CN106186300A

CN106186300A - 一种用于处理高悬浮固体物料的高负荷复合型厌氧反应器

Info

Publication number: CN106186300A
Application number: CN201510230166.7A
Authority: CN
Inventors: 廖华平
Original assignee: 廖华平
Current assignee: Beijing Answer Engineering Technology Co., Ltd.
Priority date: 2015-05-08
Filing date: 2015-05-08
Publication date: 2016-12-07

Abstract

本发明涉及一种用于处理高悬浮固体物料的高负荷复合型厌氧反应器，属于环境保护及生物质能源技术领域。所述厌氧反应器包括循环泵2、布水器3、根据液体流速差和污泥特性的不同自下而上分为颗粒污泥床区4、缓冲区6、絮状污泥床区7和集气室8的厌氧反应器本体、外循环管(罐)5、顶部出料口9、泥水分离器10、污泥回流泵11。其特征在于，厌氧反应器为高负荷复合型厌氧反应器，反应器内无三项分离器，而是设计与厌氧反应器隔开的泥水分离器。本发明实现了利用一种厌氧反应器即可满足高悬浮固体有机废水、有机浆液及污泥的厌氧消化、无堵塞免维护、结构简单、占地少、造价低、效率高等多功能的要求。

Description

一种用于处理高悬浮固体物料的高负荷复合型厌氧反应器

技术领域

本发明涉及一种用于处理高悬浮固体物料的高负荷复合型厌氧反应器，高悬浮固体物料包括高悬浮固体有机废水、有机浆液及污泥等，并产生有利用价值的生物沼气，属于环境保护及生物质能源技术领域。

背景技术

高悬浮固体有机废水、有机浆液及污泥厌氧处理并产生有经济价值的生物沼气技术是近年来环境环保和生物质能源领域的关键技术之一。厌氧反应器也经历了从以厌氧消化反应器(CSTR)、厌氧接触工艺为代表的第一代厌氧消化工艺到以升流式厌氧污泥床(UASB)反应器等为代表的第二代厌氧消化工艺，再到以厌氧颗粒污泥膨胀床(EGSB)反应器(包括厌氧内循环(IC)反应器)为代表的第三代厌氧反应器的发展过程；相应地，厌氧污泥也从絮状污泥演进到颗粒污泥，厌氧反应器的负荷和流速也由低到高。

目前对于有机废水厌氧处理各类型厌氧反应器均有应用。其中，含悬浮固体浓度低的有机废水，主要采用厌氧颗粒污泥膨胀床(EGSB)反应器(包括内循环厌氧反应器IC)或升流式厌氧污泥床(UASB)反应器等高速反应器，以节省占地和投资；而对于悬浮固体浓度高的有机废水，为了防止系统堵塞，主要采用厌氧接触工艺或需要采取预处理措施以降低悬浮固体浓度再采用厌氧颗粒污泥膨胀床(EGSB)反应器或升流式厌氧污泥床(UASB)反应器，因此带来系统的工艺流程增加，占地面积增大，投资高等问题。同时，上述高负荷厌氧反应器内置的三项分离器制造技术条件苛刻，易引起分离效果差，腐蚀，堵塞以及维护难等问题。

对于有机浆液及污泥等的厌氧处理，目前主要是运用厌氧消化反应器(CSTR)。其特征是，反应器污泥停留时间与水力停留时间相同，反应器内为普通厌氧絮状污泥，因此厌氧反应器体积巨大，造价成本高昂。

发明内容

本发明旨在解决当前技术的以下问题：

1.低负荷厌氧反应器(即以厌氧消化反应器(CSTR)、厌氧接触工艺为代表的第一代厌氧消化工艺)占地面积大、造价高。

2.高负荷厌氧反应器(即以升流式厌氧污泥床(UASB)反应器等为代表的第二代厌氧消化工艺和以厌氧颗粒污泥膨胀床(EGSB)反应器为代表的第三代厌氧反应器)结构复杂、内置三项分离器在处理高悬浮固体物料易时发生腐蚀和堵塞而维护困难。

3.高负荷厌氧反应器(即以升流式厌氧污泥床(UASB)反应器等为代表的第二代厌氧消化工艺和以厌氧颗粒污泥膨胀床(EGSB)反应器为代表的第三代厌氧反应器)不能运用于有机浆液及污泥等粗粒有机物料厌氧消化领域。

具体地说，本发明的目的是利用一种厌氧反应器即可满足各种高悬浮固体物料的厌氧消化、无堵塞免维护、结构简单、占地少、造价低、效率高等多功能的要求。

更确切地说，本发明的目的是提出一种用于处理高悬浮固体物料的高负荷复合型厌氧反应器。

厌氧反应器包括循环系统、布水器、厌氧反应器本体、顶部出料口、泥水分离器、污泥回流系统。

其中，厌氧反应器不设置传统的三相分离器，而是设置与厌氧反应器本体隔开的泥水分离器，泥水分离器采用沉淀、浓缩、气浮、过滤、脱水等一种或多种形式。

其中，厌氧反应器本体为根据设计的液体流速差和污泥特性的不同，自下而上分为四个功能区，即颗粒污泥床区、缓冲区、絮状污泥床区和集气室。形成这种液体流速差是通过厌氧反应器外循环或污泥回流或是各区室的几何尺寸的变化或三者的联合作用而实现的。

其中，厌氧反应器颗粒污泥床内生长的厌氧污泥为颗粒污泥，该颗粒污泥是由于惰性的填料作为细菌的载体或是细菌在反应器内自身形成的。其有机负荷为5～30kgCOD/m³/d。

其中，厌氧反应器缓冲区内由于液体流速的降低，颗粒污泥将会下沉并回流入颗粒污泥床，而松散颗粒污泥及絮状污泥将会从该区析出进入上部的絮状污泥床。

其中，厌氧反应器絮状污泥床内生长的厌氧污泥为松散颗粒污泥或絮状污泥。其有机负荷为2～10kgCOD/m³/d。

其中，厌氧反应器顶部出料口采用溢流出液形式。

其中，厌氧反应器外循环系统为厌氧反应器内的混合液的自回流，其目的是通过混合液循环提高反应器内液体流速。外循环系统包括循环管(罐)和循环泵。循环比率(即外循环流量与系统进液流量的比值)是一个从零到任意大的正数。

特殊地，当循环比率为零(即循环流量为零或不设置循环系统)的情况亦是本发明的一个示例。

其中，污泥回流系统是为使厌氧反应器絮状污泥床析出的污泥和剩余悬浮固体回流到厌氧反应器，以保持反应器内污泥浓度。污泥回流系统包括回流管和回流泵。回流比率(即污泥回流量与系统进液流量的比值)是一个从零到任意大的正数。

特殊地，当回流比率为零(即回流量为零或不设置污泥回流系统)的情况亦是本发明的一个示例。

通过本发明，厌氧反应器可以达到以下效果：

1.厌氧反应器为高负荷厌氧反应器，颗粒污泥床内有机负荷可达5～30kgCOD/m³/d，絮状污泥床内有机负荷可达2～10kgCOD/m³/d，节约用地，造价经济；

2.实现高负荷厌氧反应器内无三项分离器，无堵塞，结构简单，能够处理高悬浮固体的有机废水、有机浆液及污泥等；

3.在工艺上，厌氧反应器下部的颗粒污泥床区与上部的絮状污泥床区共同构成复合型厌氧反应器，耐负荷冲击能力强，处理效率高，兼具颗粒污泥厌氧反应器和絮状污泥厌氧反应器的优点。

附图说明

通过阅读下面作为非限制性和举例说明的示例给出的本发明的优选实施例和/或其几个可替换方案的描述并从附图中，本发明的其它特征和优点将变得一目了然，在附图中：

图1是根据本发明所述的高负荷复合型厌氧反应器实施例的设计参数示意图。

图2是根据本发明的一个实施例的高负荷复合型厌氧反应器示意图

具体实施方式

下面是详细描述本发明的实施例，实施例的参考附图描述的是示例性的，旨在解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

图1是根据本发明所述的高负荷复合型厌氧反应器实施例的设计参数示意图，下面对其详细说明。

示意图中，颗粒污泥床区液体上升流速μ₁＝Q*(1+R)/A₁，推荐值1.0～10m/h；

缓冲区下截面液体上升流速μ₂＝Q*(1+R₂)/A₁；

缓冲区上截面液体上升流速μ₃＝Q*(1+R₂)/A₂；

絮状污泥床区液体上升流速μ₄＝Q*(1+R₂+r)/A₂，推荐值0.3～1.0m/h；

其中，A1为颗粒污泥床区截面面积；m²；

A2为絮状污泥床区截面面积；m²

Q为系统进液流量，m3/h；

Q1为从厌氧反应器颗粒污泥床区循环流量，m³/h；

Q2为从厌氧反应器絮状污泥床区循环流量，m³/h

R为系统循环比率或循环比率，R＝(Q1+Q2)/Q，推荐值100％～300％；

R1为颗粒污泥床区循环比率，R1＝Q1/Q；

R2为絮状污泥床区循环比率，R2＝Q2/Q；

q为回流污泥流量，m³/h；

r为污泥回流比率，r＝q/Q，推荐值100％～200％。

图2是根据本发明的一个实施例的高负荷复合型厌氧反应器示意图，为一种用于处理高悬浮固体物料的高负荷复合型厌氧反应器的一个示例方案。厌氧反应器包括进液管路1、循环泵2、布水器3、厌氧反应器颗粒污泥床区4、外循环管(罐)5、厌氧反应器缓冲区6、厌氧反应器絮状污泥床区7、厌氧反应器集气室8、顶部出料口9、泥水分离器10、污泥回流泵11、污泥回流管路12、出水管路13、排泥管路14、沼气管路15。

通过收集均衡流量和水质并去除磨损机械设备和堵塞泵及管道的粗大颗粒的废水或颗粒化的浆液，与从厌氧反应器循环回流的混合液在外循环管(罐)3中进行中和均质，然后通过可调节流量的循环泵2输送到布水器3，达到混合液在反应器内的均匀分布。

均布的含有机物的废水或浆液，在反应器的颗粒污泥床区4内以1.0～10m/h的速度向上升流，流速控制在使厌氧反应器颗粒污泥床4内的颗粒污泥处于膨胀状态或悬浮状态，形成颗粒污泥膨胀床(EGSB)反应器或升流式厌氧污泥床(UASB)反应器。该区流速控制是通过循环泵2流量变化实现的。废水中的有机污染物或有机浆液在颗粒污泥床区4内与颗粒污泥充分接触，并被生物降解产生沼气。

混合液在到达厌氧反应器缓冲区6时，流速控制在使颗粒污泥下沉并回流入颗粒污泥床区4内，而松散颗粒污泥及絮状污泥从该区析出进入上部的絮状污泥床区7。该区流速的控制是通过厌氧反应器缓冲区6的尺寸变化与从厌氧反应器絮状污泥床区循环流量变化共同实现的。厌氧反应器缓冲区截面尺寸为由下向上渐变扩大式，其上界面截面尺寸由厌氧反应器絮状污泥床区的液体流速控制，其高度由颗粒污泥床区4的颗粒污泥膨胀状态和沉降性能决定。

在厌氧反应器絮状污泥床区7，从厌氧反应器缓冲区6析出的松散的颗粒污泥及絮状污泥与废水充分接触，废水中的有机污染物在此进一步被降解并产生沼气。该区的泥水混合是通过控制回流污泥的流量和产生的沼气搅拌而使污泥处于悬浮状态现实的。

厌氧反应器内产生的沼气在厌氧反应器集气室8内进行收集，并通过沼气管路15进入沼气处理和利用系统。

经过厌氧反应器处理后的废水及泥水混合物，通过特殊设计的顶部出料口9溢流进入泥水分离器10，泥水分离器10采用斜板高速沉淀池。在泥水分离器10首端设置一个带搅拌器的絮凝区，在絮凝搅拌器的搅拌过程中过饱和气体进一步析出，同时厌氧污泥的絮体长大，提高泥水分离效果。在泥水分离器内下沉的污泥进入污泥浓缩区，经过压缩沉淀到一定浓度后，由污泥回流泵11泵入厌氧反应器缓冲区6或絮状污泥床区7的底部，以保持系统污泥浓度，同时通过剩余污泥排放管14排除剩余污泥。

经过泥水分离后的上清液通过出水管13流出系统。

Claims

1.一种用于处理高悬浮固体物料的高负荷复合型厌氧反应器，所述厌氧反应器包括循环系统、布水器、厌氧反应器本体、顶部出料口、泥水分离器、污泥回流系统。

2.根据权利要求1所述的厌氧反应器本体为根据设计的液体流速差和污泥特性的不同，自下而上分为四个功能区，即颗粒污泥床区、缓冲区、絮状污泥床区和集气室。不管形成这种液体流速差是通过厌氧反应器外循环或污泥回流或是各区室的几何尺寸的变化或是三者的联合作用而实现的。

3.根据权利要求1所述的泥水分离器，其特征在于，与权利要求1-2所述的厌氧反应器本体隔开，采用沉淀、浓缩、气浮、过滤、脱水等一种或多种形式。

4.根据权利要求2所述的厌氧反应器颗粒污泥床区，其特征在于，颗粒污泥床区内生长的厌氧污泥为颗粒污泥，不管该颗粒污泥是以任何惰性的填料作为细菌的载体或是细菌在反应器内自身形成的，其有机负荷为5～30kgCOD/m³/d。

5.根据权利要求2所述的厌氧反应器缓冲区，其特征在于，在缓冲区内由于液体上升流速的降低，颗粒污泥将会下沉并回流入颗粒污泥床区，而松散颗粒污泥及絮状污泥将会从该区析出进入上部的絮状污泥床区。

6.根据权利要求2所述的厌氧反应器絮状污泥床区，其特征在于，絮状污泥床内生长的厌氧污泥为松散颗粒污泥或絮状污泥。其有机负荷为2～10kgCOD/m³/d。

7.根据权利要求1-2所述的厌氧反应器，其特征在于，顶部出料口采用溢流出液形式。

8.根据权利要求1-2所述的厌氧反应器，其特征在于，厌氧反应器不设置传统的三相分离器，而是设置权利要求3所述的泥水分离器。

9.根据权利要求1所述的外循环系统为根据权利要求1-2所述的厌氧反应器内的混合液的自回流，其目的是通过混合液循环提高反应器内液体流速，包括循环管(罐)和循环泵。特殊地，循环比率为零(即循环流量为零或不设置循环系统)的厌氧反应器亦是本发明的权利要求范围。

10.根据权利要求1所述的污泥回流系统为将根据权利要求3所述的泥水分离器释出的污泥和剩余悬浮固体回流到根据权利要求2所述的絮状污泥床区，包括回流管路和回流泵。特殊地，回流比率为零(即污泥回流量与系统进液流量的比值)的厌氧反应器亦是本发明的权利要求范围。