CN105692895B - 一种厌氧内循环制氢反应器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种厌氧内循环制氢反应器，该厌氧内循环制氢反应器从下到上依次设反应区、污泥回流区、污泥沉淀区、集气室，反应区底部设有第一进水管和第二进水管，反应区一侧设有污泥采样管，反应区中部设有温度探头插入管；污泥回流区设有回流区污泥采样管和三相分离器，三相分离器外嵌套集气室外圆筒，三相分离器和集气室外圆筒之间用连接片连接。增加了污泥内回流区，增长了三相分离器内圆筒，延长了进入反应器底物的流程，有效地避免了传统UASB反应器中短流现象发生；污泥在反应器内部形成一个循环，回流污泥能充分和进水底物混合，增加了传质作用。

Description

一种厌氧内循环制氢反应器
技术领域
本发明属于化工设备技术领域，尤其涉及一种厌氧内循环制氢反应器。
背景技术
厌氧颗粒污泥暗发酵制氢是在无光和厌氧的条件下，利用厌氧产氢颗粒污泥中微生物的代谢作用，将废水中有机物转化为氢气，达到污水净化和能源回收双重功效的过程。与传统产甲烷发酵过程相比，厌氧颗粒污泥暗发酵制氢回收气体为氢气，氢气燃烧产物是水，不会造成温室效应或环境污染。与絮状污泥发酵产氢相比，厌氧颗粒污泥暗发酵制氢能维持较高的生物量，具有较高的氢气产率和抗冲击负荷能力。因此对厌氧颗粒污泥暗发酵制氢的研究是很有必要的，对高效厌氧发酵制氢的反应器的研究能促进厌氧颗粒污泥暗发酵制氢的发展，具有重要的意义。
目前已经对厌氧颗粒污泥暗发酵制氢做了大量的研究，上流式厌氧污泥床反应器(UASB)为主要的厌氧颗粒污泥暗发酵制氢反应器。UASB反应器能形成厌氧颗粒污泥，占地面积较小，能保持较高的活性污泥浓度，对负荷的冲击较强的抵抗能力。然而UASB反应器作为生物制氢的反应器也存在一些不足：UASB会出现短流现象，活性污泥和进水不能较好地混合，导致活性污泥不能与进水充分接触，影响氢气产率和污水处理效率。若提高有机负荷以增强搅动，高负荷下产生的剧烈搅拌会导致大量颗粒污泥流失。由于UASB内部液体的流动状态，颗粒污泥形成时间较长，导致厌氧颗粒污泥暗发酵制氢启动时间较长。
发明内容
本发明为解决公知技术中存在的UASB会出现短流现象，导致活性污泥不能与进水充分接触，由于UASB内部液体的流动状态，导致厌氧颗粒污泥暗发酵制氢启动时间较长的问题而提供一种结构简单、安装使用方便、提高工作效率的厌氧内循环制氢反应器。
本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：该厌氧内循环制氢反应器从下到上依次设反应区、污泥回流区、污泥沉淀区、集气室，反应区底部设有第一进水管和第二进水管，反应区一侧设有污泥采样管，反应区中部设有温度探头插入管；污泥回流区设有回流区污泥采样管和三相分离器，三相分离器外嵌套集气室外圆筒，三相分离器和集气室外圆筒之间用连接片连接；
溢流槽外圆筒的顶部安装有密封盖，集气室外圆筒外侧为污泥沉淀区，污泥沉淀区顶部设有溢流堰，溢流堰外为溢流槽，溢流槽设有反冲洗管，溢流槽底部设有出水管，溢流槽顶部设有副排气管；顶部为集气室，集气室顶部中心设有主排气管。
本发明还可以采用如下技术措施：
所述的第一进水管位于厌氧内循环制氢反应器底部中央，两侧第二进水管所在截面中，第二进水管延长线弦心距与截面半径之比为3:5。
所述的反应区呈圆筒状，高径比为10:1，反应区、污泥回流区和污泥沉淀区的体积之比为4:3:3。
所述的反应区、污泥回流区、三相分离器、集气室和溢流槽的截面之比为1:1.61:0.64:1.44:1.75。
所述的反应区底部渐扩管与水平界面的夹角α为40°～45°，反应区外侧温度探头插入管与水平界面的夹角β为45°～50°。
所述的三相分离器下端的渐扩管与水平界面的夹角δ为55°～60°。
本发明具有的优点和积极效果是：该厌氧内循环制氢反应器增加了污泥内回流区，增长了三相分离器内圆筒，延长了进入反应器底物的流程，有效地避免了传统UASB反应器中短流现象发生；污泥在反应器内部形成一个循环，回流污泥能充分和进水底物混合，增加了传质作用。
在内循环过程中，三相分离器外侧污泥向下沉淀，此区域少量上浮的污泥与沉降污泥相互碰撞，上浮的污泥碰撞释放氢气后回流到反应区，有效避免了污泥流失。
反应区底部设有三根进水管，使进水均与分布，而两侧的进水管可使进水螺旋上升，使得在水平和垂直方向都有搅动，强化了颗粒污泥和进水之间的传质作用。另一方面，此特殊的流动状态增加了污泥之间的碰撞机会，有利于启动初期小颗粒相互聚集形成颗粒污泥，缩短了颗粒污泥形成所需要的时间，使厌氧颗粒污泥暗发酵制氢能实现快速启动。
附图说明
图1是本发明实施例提供的厌氧内循环制氢反应器的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的反应区底部两侧进水管所在截面的截面图；
图中：1.反应区；2.污泥回流区；3.污泥沉淀区；4.集气室；5.溢流槽；6.第一进水管；7.第二进水管；8.反应区污泥采样管；9.温度探头插入管；10.反应器；11.渐扩管；12.三相分离器；13.连接片；14.回流区污泥采样管；15.出水管；16.溢流堰；17.反冲洗管；18.集气室外圆筒；19.溢流槽外圆筒；20.密封盖；21.主排气管；22.副排气管。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：
请参阅图1至图2所示：厌氧内循环制氢反应器从下到上依次设反应区1、污泥回流区2、污泥沉淀区3、集气室4，反应区1底部设有第一进水管6和第二进水管7，反应区1一侧设有反应区污泥采样管8，反应区1中部设有温度探头插入管9；污泥回流区2设有回流区污泥采样管14和三相分离器12，三相分离器12外嵌套集气室外圆筒18，三相分离器12和集气室外圆筒18之间用连接片13连接。溢流槽外圆筒19的顶部安装有密封盖20，集气室外圆筒18外侧为污泥沉淀区3，污泥沉淀区3顶部设有溢流堰16，溢流堰16外为溢流槽5，溢流槽5设有反冲洗管17，溢流槽5底部设有出水管15，溢流槽5顶部设有副排气管22；顶部为集气室4，集气室4顶部中心设有主排气管21。
厌氧内循环制氢反应器底部第一进水管6位于底部中央，两侧第二进水管7所在截面中，第二进水管7延长线弦心距与截面半径之比为3:5。反应区1呈圆筒状，高径比为10:1，反应区1、污泥回流区2和污泥沉淀区3的体积之比为4:3:3。反应区1、污泥回流区2、三相分离器12圆筒、集气室4和溢流槽5的截面之比为1:1.61:0.64:1.44:1.75，反应区1底部渐扩管11与水平界面的夹角α为40°～45°，反应区1外侧温度探头插入管9与水平界面的夹角β为45°～50°。三相分离器12下端的渐扩管11与水平界面的夹角δ为55°～60°。
厌氧内循环制氢反应器的制作材料为有机玻璃，其工作过程如下：有机废水通过第一进水管6和第二进水管7进入反应器10内中反应区1，在反应区1与颗粒污泥螺旋上升，并在反应区1与厌氧颗粒污泥发生反应，产生氢气和少量二氧化碳。产生的气体附着在颗粒污泥上，颗粒污泥向上流动至污泥回流区2，与三相分离器12接触后，部分颗粒污泥释放气体回到反应区1。另一部分颗粒污泥继续向上流动，当到达污泥回流区2和集气室4的界面时，颗粒污泥释放气体，气体由集气室4收集，最终由主排气管21排出。释放气体后的颗粒随水流流向污泥回流区2，当到达污泥沉淀区3时，实现泥水分离。泥水分离后的颗粒污泥在重力作用下向下沉降，透过三相分离器12外的通道回流至反应区1，在沉降过程中与少量上升的颗粒污泥碰撞，碰撞后上升的颗粒污泥释放气体，释放后的气体由副排气管22排出，颗粒污泥在重力作用下下沉至反应区1。泥水分离后的出水通过溢流堰16进入溢流槽5，最终经出水管15排出，当溢流槽5中杂质较多时，可通过反冲洗管17通清水进行反冲洗，保证正常溢流槽5和出水管15的畅通。
通过延长三相分离器12内部圆管长度，增设污泥回流区2，为颗粒污泥回流提供了更好的条件，同时延长了底物流程，能有效地遏制短流现象的发生，回流污泥能充分和进水底物混合，增加了传质作用。回流污泥从三相分离器12外侧向下沉降，少量在此区域上浮的污泥与沉降污泥碰撞，释放氢气后一起回流到反应器10，有效避免了污泥流失。在底部特殊的布水设计，使污泥和进水成螺旋上升，不仅增强了传质作用，此特殊的流动状态还有利于颗粒污泥的形成，减少了厌氧颗粒污泥暗发酵制氢系统的启动时间。实验结果表明，本发明能实现厌氧产氢发酵快速启动，并且在运行过程中能有效避免短流和污泥流失的现象。
以上所述仅是对本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。

Claims (1)

1.一种厌氧内循环制氢反应器，其特征在于，该厌氧内循环制氢反应器从下到上依次设反应区、污泥回流区、污泥沉淀区、集气室，反应区底部设有第一进水管和第二进水管，反应区一侧设有污泥采样管，反应区中部设有温度探头插入管；污泥回流区设有回流区污泥采样管和三相分离器，三相分离器外嵌套集气室外圆筒，三相分离器和集气室外圆筒之间用连接片连接；
溢流槽外圆筒的顶部安装有密封盖，集气室外圆筒外侧为污泥沉淀区，污泥沉淀区顶部设有溢流堰，溢流堰外为溢流槽，溢流槽设有反冲洗管，溢流槽底部设有出水管，溢流槽顶部设有副排气管；顶部为集气室，集气室顶部中心设有主排气管；
所述的第一进水管位于厌氧内循环制氢反应器底部中央，两侧第二进水管所在截面中，第二进水管延长线弦心距与截面半径之比为3:5；
所述的反应区呈圆筒状，高径比为10:1，反应区、污泥回流区和污泥沉淀区的体积之比为4:3:3；
所述的反应区、污泥回流区、三相分离器、集气室和溢流槽的截面之比为1:1.61:0.64:1.44:1.75；
所述的反应区底部渐扩管与水平界面的夹角α为40°～45°，反应区外侧温度探头插入管与水平界面的夹角β为45°～50°；
所述的三相分离器下端的渐扩管与水平界面的夹角δ为55°～60°。
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