CN105384246A - 内外循环厌氧好氧反应器与其自循环增温方法 - Google Patents

Abstract

一种内外循环厌氧好氧反应器与其自循环增温方法，本发明属可再生能源领域及废水处理设备环保领域。它解决了内循环厌氧反应器的启动周期长和高负荷时污泥容易流失的问题和不能自循环增温问题；以何黎泰发明的“厌氧生物能流体动力全自动工作器”(国际发明金奖)的自(外)循环巧妙复合了目前世界前列技术IC厌氧反应器的内循环，以气室上清液降流出水的SBR滗水出水模式解决IC升流出水模式容易带走污泥的问题；若建于地下能单向自动沼气气压沼液于地上数米，用于循环初洗畜场，节水资源和减少向下游排水；提供了反应器自给增温，简便增温、高效增温；适合好氧处理城市污水等多种类污水；自动收集污水处理后排出的废气、毒气。

Description

内外循环厌氧好氧反应器与其自循环增温方法

技术领域：本发明属可再生能源领域及废水处理设备——环保领域和生态农业(生态畜业)技术领域。

背景技术：内循环厌氧反应器(IC)对有机污水的处理效果比升流式厌氧反应器(UASB)的处理效果有明显进步，故在《中国沼气》刊物上被胡纪萃称为：重大发明。而从邓良伟等：“IC工艺处理猪场废水试验研究”和吴静等：“内循环厌氧反应器处理葡萄糖配水的启动研究”两篇文中共同都提出了IC反应器尚存在的问题：“……当负荷提高，产气率高时，SS随沼气的上升而流失，同时也带出污泥……”等现象，这成了“内循环厌氧反应器”再提高负荷的障碍问题；还有：内循环厌氧反应器，也像其他类型厌氧装置一样，同样存在着“启动周期较长，启动期运行不够稳定的问题”，虽曾有丁建南等关于“附加外循环IC反应器启动试验”的进展介绍，但该文中的附加外循环需外加动力设备与能耗，也是个存在的问题；还有常规的厌氧反应器增温通常在预处理池进行，这样容易存在热量蒸发的问题；如果用太阳能等换热盘管热水循环增温，需泵为循环动力，又增加设备和耗能问题；还有：IC工艺欠水回收功能和无法应用在城市废水处理上。

发明内容：本发明的目的在于解决上述存在问题乃至解决以上未述的些问题。即本发明在内循环厌氧反应器的无需附加动力设备的沼气气动力推动液体内循环功能的基础上，又实现了无须附加动力设备的利用沼气气动力推动液体外循环——水压式自循环。通过增加外循环，不仅增加既有的搅拌功能，还能解善内循环厌氧反应器与及常规厌氧装置因连续进水连续出水带走污泥的问题-即实行序批式活性污泥法的SBR间歇式进出水。则反应器进水时不出水(实行输气纳水)，出水时不进水(实行蓄气压水)，使生物滞留量增加；还通过对进水和内外循环液的流通要道进行简易的温控，对循环量的大小进行有区别的加温，使反应器效率大为提高。

本发明装置可以是地上式，也可以是地下式，由于增加采用了上述的外循环技术，能使排液管直通口(15)通向另设高位水箱，这是由于从圈水槽(2)单向进水和气压作用，直通口(15)可升位提高于进水口水压间际高位置数十公分乃至数米以上，这有利于建于地下的禽畜场沼气池(反应器)沼液势能利用，即有利本反应器的直通口(15)通至另设的高位水箱的高位蓄水，以作为禽畜场栏初级冲洗用水——循环用水，减少好氧处理量，减少向下游排水。

以上目的是处理中、高浓度有机污水，本发明还有并举的目的，能处理包括城市污水在内的低浓度污水，即就是在三相分离器(6)下面人为地输入沼气或空气，替代原产沼气推动本发明装置对少产沼气或不产沼气的废水进行运行处理。使得本发明装置胜似SBR等工艺，又有别于SBR工艺——可一边好氧一边排水，而SBR要出水必须停止好氧。即适合处理多种类污水，还大面积节约污水处理用地，能如收集沼气一样的自动收集污水中排出的废气，即本发明若作城市污水处理设备，也适合建于居民建筑群中，不造成废气的二次污染。

发明的内容包括：本发明的工作原理：它既发挥了内循环厌氧反应器的自循环原理做功；又增加发挥了水(顶)压式自循环沼气池的工作原理(也曾记载在“在厌氧生物能流体动力全自动工作器”专利申请说明书的图2、图3中的部分功能原理——国际发明展览会金奖)做功，使得本发明的反应器之液体内外循环，处于间歇流动和多重复合流动状态，以适不同厌氧发酵阶段所需的流体流动状态。本发明利用“内循环厌氧反应器”的内循环所分离出的沼气蓄能于本发明之反应器的上部气室，即水压式气室，利用蓄产气时气压水和依靠输气时的水压气作用作为二次动力——推动水压式的自循环(外循环)，使之在同一容器内形成前所未有的两种循环，即内循环和外循环，也可称复合循环。并且在进水和内外循环的总汇处〔进水循环回流管(4)中下部〕实行按进水、循环量的大小有配比的供热(气)的自动循环加温，属节能、简便的自给自动加温。

其结构功能特点在于本发明内外循环厌氧好氧反应器是在内循环厌氧反应器的上部配套上水(顶)压式(圈水槽)自循环沼气池，或者说是：水顶压式沼气池具有自循环功能的中腔〔圈水槽(2)〕配套接上“内循环厌氧反应器”的循环结构。即是在“内循环厌氧反应器”沉淀区上部配上水压式密封气室(11)，这样有利于沉淀区少许沼气气体的收集，更有利于接纳气液分离器(10)因内循环溢出的气体集聚于反应器气室(11)，以利于蓄气时实行水压式的“气压水”(排液于水压间并出水)，上述气压排液(出水)在蓄能蓄压过程中还把原“内循环厌氧反应器”的排水堰(系统)的自下而上升流出水模式和原水(顶)压式自循环沼气沼池的中层、底层排液出水模式改良为：浮子滗水排液管(9)底口浮于气室液面层的上清液的自上而下的单向排液管滗水模式——即气室一边蓄气，一边滗水排液，实现本发明反应器的水压式产蓄气，以气压水蓄于水压间〔或溢流口(14)溢流〕之过程，这也是创新性引用了SBR的进水滗水出水技术。本发明还通过巧妙的设计，把原内循环厌氧反应器的回流管变为集内循环回流、进水、外循环回流于一体的进水循环回流管(或称进水回流循环管)，即进水循环回流管(4)在气水分离器内衔接通于进水循环水压间(13)的圈水槽(2)自循口(3)下方，当气室产气排液值到一定压力时，实行自动限压输气(或人为用气时)，此时实行了水压式沼气池的“水压气”进程，即进水循环水压间(13)液体从圈水槽(2)底单向进水自循口(3)流入气液分离器(10)内，继而沿进水循环回流管(4)进入反应器底部进行料液搅拌。借于进水循环水压间(13)因液体循环进入反应器内而水压间(13)液面的下降，浮能牵动设于进水循环水压间(13)的浮能扳动机构(16)或其它感应机构拉触动进料泵下个控制开关(23)——进水；或开关(23)延时做功[则拉触动进料泵下个控制开关(23)片刻后，值输气停止——循环进水停止后而水泵做功；人为控制开关(23)也可]后，进料泵(18)向水压间(13)定位(量)进水——可当进水至水压间液位升至一定位置，水压间的浮能扳动机构(16)，自动顶动进料泵(18)的上个控制开关(23)(或人为操作)进行关水做功，水泵停止向水压间进水；继而，又由于产气气压水，水压间水位仍在上升，直至水压间(13)液位升位至反应器的限定压力时，又自动限压输气(或人为输气)，水压间的液体又如上所述……自动循环进入进水循环回流管(4)……。且设计能随液体活动升降的浮子升流管(7)，以抗水压式状态下的升流管气爆，——【本发明的反应器的下反应区产出的沼气同样是由三相分离器聚集于升流管升流的，不同的是，上端浮子升流管(7)口是随气室(11)液面升降的，而不是如原内循环厌氧反应器升流管管口的高度是定位的。升流管口能随气室液面自动升降，这样的发明设计能避免升流管在水压式高压力状态下出现升流管内气爆，以保障水压式状态下气体推动液体能从升流管内升流出去，而产生有效的内循环。】

1、一种内外循环厌氧好氧反应器是由：水(顶)压式沼气池的(中腔圈水槽)自循环配接有内循环厌氧反应器的核心部件组成的。本发明特征是：气液分离器罩(1)罩封于顶压式自循环圈水槽(2)，由圈水槽(2)自循口(3)联通进水循环回流管(4)；三相分离器(6)顶端的可伸缩浮子升流管(7)联通于气液分离器(10)内；浮子滗水排液管(9)由气室(11)液面层联通单向排液管(12)于进水循环水压间(13)，直至溢流口(14)或由直通口(15)单向通向并溢流于另设高位水箱。

2、一种内外循环厌氧好氧反应器与其自循环增温方法：是在内外循环厌氧好氧反应器的进水循环回流管(4)的中段设有有利液体较均匀加温的温控炉(5)，这个温控炉能根据进水、外循环与内循环流量的大小有配比的自动增温(或减温)。

3、根据权利要求2所述的增温方法，温控炉的能源来源最好源于本发明——反应器自身所产的沼气。其方法是：在限压输气装置(20)的上(后)端设一路由三通管通至单向阀(24)再通向温控炉(5)的输气管，作间歇外循环与进水时之加温线路，(即输气即外循环与进水即加温同时进行)；再上端又设一路有单向阀(24)的单向向恒压气柜(21)间歇输气供气的输气管(17)；在恒压气柜(21)的导出输气管设一单向阀(24)，向温控炉恒定供气，以供不断的内循环增温。

这样的自循环供气供热方式使得自循环增温既无需外来热量，又无需外能推动循环而循环，既抓住了从进水循环回流管(4)增温的这一要穴，又依照了内外循环厌氧好氧反应器的运行节奏来实现间歇外循环与进水的自动增温和长久的内循环自动增温——即在限压输气时(进水循环回流液量最大)，限压输气装置的上(后)端的三通管通向温控炉的单向阀(24)自动打开，向温控炉增加供气，这属间歇供气。而恒压气柜则是以不间歇恒定量地给温控炉供气，以保障不断的内循环的液体加温(为温控炉加温的两路输气管相叠而互不相通)。

附图说明：

图1是内外循环厌氧好氧反应器与其自循环增温方法的剖面图，图中仅暂设一个三相分离器(6)，三相分离器(6)上的浮子升流管(7)上端的气液分离器(10)导出的气体，经输气管(17)自动输入反应器拱顶气室(11)，此时，气室产生“气压水”，而对浮在气室液面层的浮子滗水排液管(9)进行施压排液，由单向排液管(12)排至进水循环水压间(13)，〔直至水压间液位升至最高时，从溢流口(14)溢流〕，气室(11)在扩大，【这样的气室因气压水，反应器内液面从上而下降流，即实行滗水排液出水，如同SBR的出水滗上清液，——上反应室(19)内污水处于滗水降流沉淀状态，比IC及UASB升流式的升流出水模式相反，相比污泥更易絮凝沉降】，当气室的压力扩大至限定的压力时，限压输气装置(20)自动打开(或人为打开)，进行输气，一路输气至温控炉(5)，另一路输气至恒压气柜(21)。即此时如“水压式”中的水压气——进水循环水压间(13)的水经圈水槽(2)流至气液分离器罩(1)罩下升至自循口(3)、脉冲冲入气液分离器(10)内，注入进水循环回流管(4)、经温控炉(5)加温，进而对反应器底部的下反应室(22)进行脉冲进水搅拌，液体又迅速向气室(11)升腾，并占据气室使气室压力降低，此时浮子滗水排液管(9)的单向排液管(12)停止向进水循环水压间(13)排液，(这样又如同SBR的间歇进水，其进水时而不出水，污泥升腾悬浮而不流失)，气室(11)在缩小，限压输气装置(20)的水柱压力在降低，进水循环水压间(13)的液位已降低到了一定位置，此时可由水压间的浮能扳动机构(16)(或人为操作或另设感应机构)拉触动下个(进料泵)开关(23)进行进水，或进料泵开关(23)延时接通做功，进料泵才向进水循环水压间(13)进水——即也是延至输气停止后水压间水位停止降位而进料泵开始进水，进至水压间(13)的限定水位时，浮能扳动机构(或人为)扳动进料泵的上个控制开关(23)做功——进料泵停止向进水循环水压间(13)进水，但此时的水压间(13)液位仍又再因反应器气室(11)的产(充)气，而“气压水”使进水循环水压间液位又如前述的一样上升——当又升至限位溢流直至到又再限压输气后，便再现从前所述的功能做功。

图1所述的浮子升流管(7)管口的随液面升降功能是以软管兼浮子组成的。

图2是内外循厌氧好氧反应器的组成部件——浮子升流管(7)的布设，而本图2的浮子升流管(7)上段则是以硬管与浮子组成，它经橡封圈(26)套于三相分离器(6)之上的升流管(8)内。

具体实施方式：

结合附图1说明实施例如下，

以处理量为1500m³/天啤酒废水的废水处理应用内外循环厌氧好氧反应器为例——塔高43m，圆筒形筒体直径3m，反应器容积约300m³，有效水压间可设计在18m³左右，约间歇10分钟进行一次输气、进水外循环回流过程。另外设计时，反应器上端的气室直径和水压间的直径部位可另设比上述的直径较大，以降低水压式的运行压力；也可直径选择4m、高度为23.880m等尺寸的圆筒体体积的反应器。

当反应器建于畜栏，又想让反应器处理后的污水自动升位来循环冲洗(初洗)畜栏，就把反应器建成地下式的——可减小水泵动力负荷，如在进料泵(18)这侧(水压间边)设储水间(进料泵移开)，在进料泵通水压间墙的进水孔设一伸入水压间(13)的单向管，即水压间(13)液位一旦降位，就会自动补水。【能利用本技术出水再循环自动冲洗蓄栏，则可通过控制关闭单向排液管(12)及溢流口(14)，使之排液管直通口(15)液位升高，所排的液体能超出水压间更高液位，用于储蓄于高位水箱，它即是利用进水口的低液位和气压使直通口(15)出水口的高液位(排液)的位差(可达数米)，有利于处理后的污水(初级中水)用于循环冲洗畜栏，减少向下游排水，这属生态畜场环境技术】。

还有，利用内外循环厌氧好氧反应器对城市污水的好氧处理：在三相分离器下供给空气，由于好氧气量大，会使气室迅速膨胀，而使反应器内液面降低的速度高于气室液面层污泥沉降的速度，造成滗水排液排出污泥。所以必须在限压逾气装置前端设一阀闸(25)适量实行减压(气)，也以降低限压逾气的次数。从而也给气室液面的浮子滗水排液管(9)滗水排液时的降速减慢，有利污泥沉降。还有，在反应器内最好设两个以上三相分离器，使反应器底部作为厌氧池、中部作为好氧池，上反应区作为沉淀区，也可配多枝进水循环回流管伸至不同深度，以利形成多形式的复合流。

上述气液分离器罩(1)属水压活动罩，应另设固定设施拴住或扣住，以免变为浮罩。

本发明比IC反应器(目前最具先进反应器)具有更先进的五项功能技术：

1、以内外循环继承并提高了IC反应器的厌氧发酵技术工艺。

2、开拓了前所未有的自循环高效率增温简便技术方法。

3、拓宽了污水处理种类——具备厌氧、好氧两用功能技术。

4、好氧处理废水时能兼收集废气(毒气)。

5、反应器设于畜场地下，处理后污水能沼气气压自动升位用于循环冲洗畜场，有利建生态畜场。

Claims (3)

1.一种内外循环厌氧好氧反应器是由：水(顶)压式沼气池的(中腔圈水槽)自循环配接有内循环厌氧反应器的核心部件组成的，本发明特征是：气液分离器罩(1)罩封于顶压式自循环圈水槽(2)，由圈水槽(2)自循口(3)联通进水循环回流管(4)；三相分离器(6)顶端的可伸缩浮子升流管(7)联通于气液分离器(10)内；浮子滗水排液管(9)由气室(11)液面层联通单向排液管(12)于进水循环水压间(13)，直至溢流口(14)或由直通口(15)单向通向并溢流于另设高位水箱。

2.一种内外循环厌氧好氧反应器与其自循环增温方法：是在内外循环厌氧好氧反应器的进水循环回流管(4)的中段设有有利液体较均匀加温的温控炉(5)，这个温控炉能根据进水、外循环与内循环流量的大小有配比的自动增温(或减温)。

3.根据权利要求2所述的增温方法，温控炉的能源来源最好源于本发明——反应器自身所产的沼气，其方法是：在限压输气装置(20)的上(后)端设一路由三通管通至单向阀(24)再通向温控炉(5)的输气管，作间歇外循环与进水时之加温线路，(即输气即外循环与进水即加温同时进行)；再上端又设一路有单向阀(24)的单向向恒压气柜(21)间歇输气供气的输气管(17)；在恒压气柜(21)的导出输气管设一单向阀(24)，向温控炉恒定供气，以供不断的内循环增温。