CN105692887B - 一种半封闭两室的厌氧反应装置及其处理废水的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种半封闭两室的厌氧反应装置，包括主反应器和进水管，还包括中心椎体和底锥，所述中心椎体为无底盖圆锥体结构，锥角为20°~50°，并且所述中心椎体固定于所述主反应器的中下部，其顶端与所述进水管连通；所述底锥设置于所述中心椎体的正下方，为圆锥体结构，其底面与所述主反应器的底面重合，锥角为140°~160°；所述主反应器、中心椎体和底锥的中轴线重合，构成半封闭的两室结构。本发明延长了废水在反应器中的移动路径，从而增加了废水和污泥的接触概率，提高废水的处理效果，并提供均匀的回流泥水，使反应器保持稳定状态运行。

Description

一种半封闭两室的厌氧反应装置及其处理废水的方法

技术领域

本发明涉及一种厌氧反应装置，更具体的涉及一种半封闭两室的厌氧反应装置及其处理废水的方法，属于废水处理领域。

背景技术

近年来由于工农业的飞速发展，数量较少但浓度较高的有机废水以及数量巨大但有机物浓度低、营养不均衡的农业或混合生活污水对环境的破坏作用较大。在抗水质波动、毒害抑制作用以及低浓度有机废水等处理方面，成为厌氧技术广泛应用急需攻克的一大难题。现有的厌氧反应器存在有效容积利用率低、启动周期较长、抗水质波动能力低、布水不均匀、等问题，使得厌氧反应器在高浓度化工、低浓度有机废水方面的应用受到限制。

中国专利公开号：103755022A，公开日：2014年4月30日的专利文献公开了变径IC厌氧反应器，该反应器包括罐体，罐体的外壳自上而下地包括上段、中段和下段三部分，上段内部具有气液分离器和上反应室，上反应室内部又具有三相分离器和集气器；下段内部为下反应室，其内部有布水器；所述上段和下段均为圆柱形，中段的上端与下端分别与上段的最下端和下段的最上端连接，且中段的直径自下而上地逐渐收窄，使得上反应室的直径小于下反应室的直径。该反应器采用下大上小的变径设计，缩小了上反应室及三相分离的直径，虽然节省了制造材料，容易导致一下问题：上部上升流速突增，使泥水分离不佳；上部表面积突然减少，极易导致偏流或局部紊流影响三相分离效果；没有从根本上解决布水问题，虽然能够防止堵塞，但仍容易存在布水均匀等问题。中国专利公开号：202968246U，公开日：2013年6月5日的专利文献公开了一种双层多反应室厌氧反应器，该反应器包括IC反应室，由处在中间位置的主反应室和包围在主反应室四周围的副反应室顺序串联组成，主反应室的进水管与进料口连接，出水通过导流管与第一副反应室的进水管连通，第一副反应室的出水亦通过导流管与第二副反应室的进水管连通，以此类推，处理达标的废水通过第四副反应室的出水口排出。该反应器通过喷嘴进水并不断的由管道转移至串联的几个副反应室，虽然泥水混合效果较为充分，但结构复杂，最大的问题是容易堵塞和转移所需的能耗较高。因此，目前的厌氧反映装置存在布水不均匀、启动速度慢、运行维护困难和效率较低的问题。

发明内容

发明目的： 本发明目的在于针对现有技术的不足，提供一种布水均匀、运行稳定的半封闭两室的厌氧反应装置。

同时，本发明还提供一种厌氧反正装置对废水进行处理的方法。

技术方案： 本实用发明提供一种半封闭两室的厌氧反应装置，包括主反应器和进水管，还包括中心椎体和底锥，所述中心椎体为无底盖圆锥体结构，锥角为20°~50°，并且所述中心椎体固定于所述主反应器的中下部，其顶端与所述进水管连通；所述底锥设置于所述中心椎体的正下方，为圆锥体结构，其底面与所述主反应器的底面重合，锥角为140°~160°；所述主反应器、中心椎体和底锥的中轴线重合，构成半封闭的两室结构。

本发明技术方案的进一步限定为，还包括泥水收集管和回流管，所述泥水收集管设置于所述主反应器的中上部，并位于所述中心椎体的正上方，所述泥水收集管包括分配总管和支管，所述分配总管与所述回流管的一端连通，所述回流管的另一端与所述进水管的进水泵前管连通；所述支管以所述分配总管为中心向外辐射设置，且所有支管在同一水平面上；所述支管的表面分布穿孔，且穿孔口向下设置。

进一步地，还包括三相分离器和导气管，所述三相分离器设置于所述主反应器的上部，为三角形塑料板；所述导气管包括导气总管和导气支管，所述三相分离器的三角板顶部与所述导气支管连通，所述导气支管的另一端与所述导气总管连通，所述导气总管的另一端设置于所述主反应器的外部。

进一步地，所述三相分离器分两层交错设置。

本发明还提供了一种厌氧反应装置对废水进行处理的方法，按如下步骤进行：

S1、废水经进水泵泵入进水管，同时调节回流管的阀门，控制进废水的流量，混合泥水在中心锥体7顶端出口处流速为4-9 m/s，在中心锥体7中形成较大的湍流，流态状态为流化态；

S2、混合泥水在中心锥体底部下降流速为4-10 m/h，经过池底缝隙流速为20-30m/h，泥水再经缝隙折流出中心锥体与主体反应器之间的渐变区域并形成向上流，在中心锥体顶部以上的主体反应器中上升流速为3-7 m/h；

S3、泥水流经三相分离器实现泥水分离，大部分污泥下沉至泥水收集管周围被吸进回流管中，泥水分离出的已处理废水流经出水堰最终进入出水管排出。

本技术方案的进一步限定为，厌氧反应装置对泥水进行处理时的流态化过程为：

（1）泥水从中心锥体顶部向下逐步扩散，初始速度使泥和水充分混和，形成紊流，加强了泥液传质与生化反应效果；

（2）泥水通过中心锥体与主反应器环形缝隙区域时，获得由静水压转化的动能，使污泥颗粒或絮体加速向反重力方向运动，由于其实动能较大，因此仍为紊流较为强烈的流态状态；

（3）泥水继续向上流的过程中，过水面积逐渐增大，动能逐渐转化为静水压，当污泥向上速度降为临界值时，即为膨胀状态；

（4）污泥在泥水收集管以上区域在重力、浮力、黏滞力共同作用下，呈一不稳定的固定层状态，在该区域仍有较高的处理效果。。

有益效果：本发明提供一种半封闭两室的厌氧反应装置及其处理废水的方法，中心锥体提供了一个内部隔室空间，泥水在中心锥体内外形成折流，延长了废水在反应器中的移动路径，从而增加了废水和污泥的接触概率，提高废水的处理效果，同时，提供了一种集多种流态于一反应器中的高效处理装置，可有效的抗水质负荷波动与毒性冲击；本发明由于非布水管布水，采用静水压推动下的环形缝隙布水，解决了当前布水管不均匀、易堵塞等难题，且现有流化床或膨胀床中污泥颗粒为获得更高的动能，往往需要配置较大阻力布水管，耗能较多，该发明提供的布水方式可有效节约动力损耗；本发明高效性还体现在特殊的流态效果，在中心锥体顶端部分和环形缝隙口形成两次大湍流，离该两处越远湍流程度越轻，渐变反复的湍流水力条件，有利于絮体向颗粒污泥转变，加速反应器的启动；本发明的泥水收集管与三相分离器保持1.5-2.5 m，其作用是提供泥水分离缓冲区，进一步保持稳定上升流状态便于分离泥水，泥水收集管支管按沿程水头不均匀损失计算，穿孔向下，其作用是均匀收集泥水，防止较大的水流波动，提供均匀的回流泥水，使反应器保持稳定状态运行。

附图说明

图1为本发明提供的一种本封闭两室的厌氧反应装置的结构示意图；

图2为本发明提供的中心椎体的结构示意图；

图3为本发明提供的泥水收集管的结构示意图；

图4为本发明提供的支管的结构示意图。

具体实施方式

下面通过附图对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。

实施例1：本发明提供一种半封闭两室的厌氧反应装置，其结构示意图如图1所述，其基本的装置包括主反应器8和进水系统，水泵3连接于进水泵前管1和进水管4之间，进水管4的另一端通入主反应器8内。主反应器8为厌氧反应器的主体池壁，形状大多为圆柱体，钢砼或钢制结构，内壁做防腐措施，一般外部做保温层。进水系统包括进水管4、进水泵前管1和水泵3，水泵3的额定流量为设计进水量的2-4倍，扬程按照反应器液面高度确定在此结构的基础上本发明进行了三点改进。

第一处改进，增加了中心椎体7和底锥6。中心椎体7的结构示意图如图2所示，为无底盖圆锥体结构，采用扇形钢板卷制而成，锥角为30°壁面做防腐措施，并且中心椎体7由钢架悬空支撑固定于主反应器8的中下部，与主反应器8底部距离200mm，中心椎体7与池底形成环形狭缝。中心椎体7的顶端与所述进水管4通过焊接连通。中心椎体7的高度占反应器总高的40%。主反应器8高径比为3-8之间，其中中心锥体7的高度约为主反应器8高度的1/2。底锥6为主体反应器底部凸起的锥体部分，设置于中心椎体7的正下方，为圆锥体结构，其底面与主反应器8的底面重合，锥角为140°~160°。底锥6采用钢结构材料，表明做防腐措施。主反应器8、中心椎体7和底锥6的中轴线重合，构成半封闭的两室结构。

第二处改进，对泥水收集管9的改进。泥水收集管9设置于主反应器8的中上部，并位于中心椎体7的正上方，泥水收集管9的结构示意图如图3所示，包括分配总管16和支管15，分配总管16和支管15均采用钢制或塑料材料。其中，分配总管16直径应大于200 mm，本实施例中，分配总管16管径为200mm。分配总管16的孔距为0.15-0.30 m，收集泥水负荷3-5L（s﹒m），管道为聚丙烯材质，与回流管5的一端连通，回流管5的另一端与进水管4的进水泵前管1连通，并在回流管5处设置阀门2。支管15以分配总管16为中心向外辐射设置，支管15安装时平面保持水平，且所有支管15在同一水平面上，相邻两根支管间的角度为60°。另外，支管15的结构示意图如图4所示，其表面分布穿孔17，且穿孔17口向下设置，穿孔17口直径为10 mm-20 mm不等，孔距为250 mm离分配总管16越远，穿孔17孔径越大。

第三处改进，对三相分离器10和导气管的改进。三相分离器10设置于主反应器8的上部，位于泥水收集管9以上1.5-2.5 m处。三相分离器10材质为PP板、碳钢（应做防腐措施）或不锈钢，本实施例中三相分离器10为三角形塑料板，由无底三角柱形塑料板制作，三角顶角夹角为60°，分两层分别交错置于主反应器8上部，层间距为80-250mm ，本实施例中设置层间距为150 mm。导气管包括导气总管11和导气支管13，三相分离器10的三角板顶部与所述导气支管13连通，导气支管13的另一端与导气总管11连通，导气总管11的另一端设置于主反应器8的外部。出水堰12设置于三相分离器10的上部，为三角锯齿堰，其一端设置出水管14。

上述半封闭两室的厌氧反应装置对废水进行处理时，按如下步骤进行：

S1、废水经进水泵3泵入进水管4，同时调节回流管5的阀门2，控制进废水的流量，混合泥水在中心锥体7顶端出口处流速为5.2 m/s，在中心锥体7中形成较大的湍流，流态状态为流化态；

S2、混合泥水在中心锥体7底部下降流速为8.6 m/h，经过池底缝隙流速为23.3 m/h，泥水再经缝隙折流出中心锥体与主体反应器8之间的渐变区域并形成向上流，在中心锥体8顶部以上的主体反应器7中上升流速为4.9 m/h；

S3、泥水流经三相分离器10实现泥水分离，大部分污泥下沉至泥水收集管9周围被吸进回流管5中，泥水分离出的已处理废水流经出水堰12最终进入出水管14排出。

上述厌氧反应装置对泥水进行处理时的流态化过程为：

（1）泥水从中心锥体7顶部向下逐步扩散，初始速度使泥和水充分混和，形成紊流，加强了泥液传质与生化反应效果；

（2）泥水通过中心锥体7与主反应器8环形缝隙区域时，获得由静水压转化的动能，使污泥颗粒或絮体加速向反重力方向运动，由于其实动能较大，因此仍为紊流较为强烈的流态状态；

（3）泥水继续向上流的过程中，过水面积逐渐增大，动能逐渐转化为静水压，当污泥向上速度降为临界值时，即为膨胀状态；

（4）污泥在泥水收集管9以上区域在重力、浮力、黏滞力共同作用下，呈一不稳定的固定层状态，在该区域仍有较高的处理效果。

在处理不同类型的废水，由于颗粒大小、比重、产气、水质等方面的不同，三种水力流态区域在中心锥体外部区域会呈不同比例的分配变化。因此，该反应器具备较强的抗冲击能力，可以适应不同水质负荷变化和一定的抗毒性冲击能力。

本实施例的主要技术原理为：待处理废水与已处理泥水回流液一起高速进入中心锥体7，随着锥体口的扩大，废水的动能也逐渐转换成静水压，直至中心锥体底部，动能达最小值而静水压达最大值，在此过程中，废水一直处于流化态，由于混合充分、泥水间相对速度较大，加速了废水的传质与生化反应；泥水在经过中心锥体7底边与主体反应器8之间缝隙圈时，静水压又不断转化为动能，使污泥有足够的动能向上移动，至中心锥体7顶部齐平面以上，由于截面积不再变化，动能与静水压趋于平衡状态，这一过程污泥以膨胀态为主；再向上流的过程中，由于废水粘力和污泥重力作用，动能逐渐减小，污泥的向上速度逐渐降为零值，并在重力作用下向下沉淀，此外，在三相分离器10的阻挡作用下，较细小污泥被截留在主反应器8内部，在上述整个过程中，泥水不仅充分接触混合，且泥水的沿程路径也相应增加，且反应器有效空间利用率高，从而实现高效、稳定的处理过程。

本实施例的由于反应过程大多呈流化态和膨胀态，反应器容积利用率高达90%以上，因此处理效率高、适合多种行业废水处理。本实施例可以实现反应器的高效稳定运行。其处理效果的稳定性、高效性特征还表现为：突破常规的布水难题，使布水更加均匀稳定，且不存在堵塞问题；在同一个反应器中兼有流化床、膨胀床流态效果的高效生化反应。

实施例2：本发明提供一种半封闭两室的厌氧反应装置，其结构与实施例1基本相同，不同之处在于，中心锥体顶角为45°，分配总管管径为250 mm，三相分离器层间距为200mm，且采用钢板加防腐措施。

本实施例在处理废水的过程中，中心锥体顶端出口处流速为6.7 m/s，中心锥体底部下降流速为7.3 m/h，池底缝隙流速为20.2 m/h，中心锥体顶部以上的主体反应器中上升流速为5.2 m/h。

将本实施例中的厌氧反应装置和处理废水的过程应用于某食品企业生产中的废水，废水的pH：7.2；SS：3600-8500mg/L；COD ：16500-23000 mg/L，为高浓有机废水，可生化性好，但悬浮物高，利用本实施例的新型高效厌氧反应装置及其处理废水的方法，采用处理淀粉废水的颗粒污泥进行驯化，运行5天COD去除率可达72%，经过2周运行，COD去除率可达87%以上，运行一个月以后，COD去除率高达95%以上，出水COD基本稳定在1000 mg/L，且产生的沼气可用于该厂供热，一个月后的运行上清液清澈，未现明显的破碎颗粒污泥，说明该反应器有较好的截留污泥能力以及提供了较为温和的污泥生长环境。

实施例3：本发明提供一种半封闭两室的厌氧反应装置，其结构与实施例1基本相同，不同之处在于，中心锥体顶角为35°，分配总管管径为300 mm，三相分离器层间距180mm。

本实施例在处理废水的过程中，中心锥体顶端出口处流速为8.5 m/s，中心锥体底部下降流速为6.6 m/h，池底缝隙流速为25.4 m/h，中心锥体顶部以上的主体反应器中上升流速为4.8 m/h。

本实施例中的厌氧反应装置和处理废水的过程应用于某制药企业生产中的废水，废水的pH：7-9；SS：1200-3600mg/L；COD ：9600-14300 mg/L，为高浓有机废水，有一定的生化抑制作用，利用本实施例的新型高效厌氧反应装置及其处理废水的方法，用普通絮体污泥培养驯化2周，COD去除率达48%，经过1个半月运行，COD去除率可达72%，运行3个月以后，COD去除率可达80%以上，并形成较小的颗粒污泥，运行6个月以后，COD去除率稳定在90%以上，颗粒污泥长大成熟。表明该装置启动快，在有生化抑制基质环境下可以较快的形成颗粒污泥，并取得较高的处理效果。

如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明，但其不得解释为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上作出各种变化。

Claims (6)

1.一种半封闭两室的厌氧反应装置，包括主反应器（8）和进水管（4），其特征在于，还包括中心锥体（7）和底锥（6），所述中心锥体（7）为无底盖圆锥体结构，锥角为20°~50°，并且所述中心锥体（7）固定于所述主反应器（8）的中下部，其顶端与所述进水管（4）连通；所述底锥（6）设置于所述中心锥体（7）的正下方，为圆锥体结构，其底面与所述主反应器（8）的底面重合，锥角为140°~160°；所述主反应器（8）、中心锥体（7）和底锥（6）的中轴线重合，构成半封闭的两室结构。

2.根据权利要求1所述的一种半封闭两室的厌氧反应装置，其特征在于，还包括泥水收集管（9）和回流管（5），所述泥水收集管（9）设置于所述主反应器（8）的中上部，并位于所述中心锥体（7）的正上方，所述泥水收集管（9）包括分配总管（16）和支管（15），所述分配总管（16）与所述回流管（5）的一端连通，所述回流管（5）的另一端与所述进水管（4）的进水泵前管（1）连通；所述支管（15）以所述分配总管（16）为中心向外辐射设置，且所有支管（15）在同一水平面上；所述支管（15）的表面分布穿孔（17），且穿孔（17）口向下设置。

3.根据权利要求1所述的一种半封闭两室的厌氧反应装置，其特征在于，还包括三相分离器（10）和导气管，所述三相分离器（10）设置于所述主反应器（8）的上部，为三角形塑料板；所述导气管包括导气总管（11）和导气支管（13），所述三相分离器（10）的三角板顶部与所述导气支管（13）连通，所述导气支管（13）的另一端与所述导气总管（11）连通，所述导气总管（11）的另一端设置于所述主反应器（8）的外部。

4.根据权利要求3所述的一种半封闭两室的厌氧反应装置，其特征在于，所述三相分离器（10）分两层交错设置。

5.一种利用权利要求1所述的半封闭两室的厌氧反应装置对废水进行处理的方法，其特征在于，按如下步骤进行：

S1、废水经进水泵（3）泵入进水管（4），同时调节回流管（5）的阀门（2），控制进废水的流量，混合泥水在中心锥体7顶端出口处流速为4-9 m/s，在中心锥体7中形成较大的湍流，流态状态为流化态；

S2、混合泥水在中心锥体（7）底部下降流速为4-10 m/h，经过池底缝隙流速为20-30 m/h，泥水再经缝隙折流出中心锥体与主体反应器（8）之间的渐变区域并形成向上流，在中心锥体（7）顶部以上的主体反应器（8）中上升流速为3-7 m/h；

S3、泥水流经三相分离器（10）实现泥水分离，大部分污泥下沉至泥水收集管（9）周围被吸进回流管（5）中，泥水分离出的已处理废水流经出水堰（12）最终进入出水管（14）排出。

6.根据权利要求5所述的对废水进行处理的方法，其特征在于，厌氧反应装置对泥水进行处理时的流态化过程为：

（1）泥水从中心锥体（7）顶部向下逐步扩散，初始速度使泥和水充分混和，形成紊流，加强了泥液传质与生化反应效果；

（2）泥水通过中心锥体（7）与主反应器（8）环形缝隙区域时，获得由静水压转化的动能，使污泥颗粒或絮体加速向反重力方向运动，由于其动能较大，因此仍为紊流较为强烈的流态状态；

（3）泥水继续向上流的过程中，过水面积逐渐增大，动能逐渐转化为静水压，当污泥向上速度降为临界值时，即为膨胀状态；

（4）污泥在泥水收集管（9）以上区域在重力、浮力、黏滞力共同作用下，呈一不稳定的固定层状态，在该区域仍有较高的处理效果。