CN107720959A

CN107720959A - 一种气液固三相分离器

Info

Publication number: CN107720959A
Application number: CN201711183891.9A
Authority: CN
Inventors: 管锡珺
Original assignee: Qingdao University of Technology
Current assignee: Qingdao University of Technology
Priority date: 2017-11-23
Filing date: 2017-11-23
Publication date: 2018-02-23
Anticipated expiration: 2037-11-23
Also published as: CN107720959B

Abstract

本发明属于污水生化处理设备技术领域，具体涉及一种气液固三相分离器，主体结构包括池体、折板式斜板、气水泥混流隙、气水泥分离区、清水隙、集泥区、集气区、清水区、出水渠、污泥回流管、反应区和沼气管，采用浅层沉淀理论，利用折板式斜板使厌氧反应区升流进入三相分离器的气水泥混合液通过气水泥混流隙受到挤压和扩散作用，沼气被收集在集气区后通过沼气管排除，污泥和不带气污泥在重力作用下下沉到集泥区，通过污泥回流管回流到反应区，脱除污泥和气体的污水通过清水隙上升到集水区，实现气水泥三相的充分分离；其结构简单，设计理念新颖、独特，气水泥分离性能好，实用性强，水力条件好，能够提高三相反应器的运行稳定性和效率。

Description

一种气液固三相分离器

技术领域：

本发明属于污水生化处理设备技术领域，具体涉及一种气液固三相分离器，适用于符合污水厌氧生物处理技术要求的反应器中，基于浅层沉淀理论，提高反应器的过水断面积和分离性能，实现泥水气的高效分离。

背景技术：

三相分离器多用于生物污水处理中的上流式厌氧污泥床反应器(UASB)，用以分离消化气、消化液和污泥颗粒，消化气自反应器顶部导出，污泥颗粒自动滑落沉降至反应器底部的污泥床，消化液从澄清区出水；三相分离器能收集从分离器下的反应室产生的沼气，使得在分离器之上的悬浮物沉淀下来；三相分离器的设计要求主要有六点：一是集气室的隙缝部分的面积应该占反应器全部面积的15～20％，二是在反应器高度为5-7m时，集气室的高度在1.5～2m，三是在集气室内应保持气液界面以释放和收集气体，防止浮渣或泡沫层的形成，四是在集气室的上部应该设置消泡喷嘴，当处理污水有严重泡沫问题时消泡，五是反射板与隙缝之间的遮盖应该在100-200mm，以避免上升的气体进入沉淀室，六是出气管的直管应该充足以保证从集气室引出沼气，特别是有泡沫的情况；为了充分实现三相分离，科研人员构建了多种多样的三相分离器，如多层设置的三相分离器、扩大断面积的三相分离器等，中国专利201720258400.1公开的一种三相分离器包括气体出口、注入口、中间轴承、罐体、盖子、过滤网、水出口、罐体轴承、油出口和电机，所述气体出口位于罐体的顶部左上角位置，所述注入口位于罐体的中部位置且与中间轴承内圈固定，所述中间轴承外圈与罐体固定，所述罐体内部固定有过滤网，所述过滤网位于罐体中间位置，所述过滤网为双层，所述水出口位于罐体右侧底部位置，所述罐体轴承位于罐体的底部，所述罐体固定在罐体轴承的内圈，所述油出口位于罐体最底部，所述电机位于罐体底部位置，且立式放置；中国专利201710304427.4公开的一种用于内循环厌氧反应器的三相分离器包括集气罩、集气腔和导流管，集气罩是倒V字型结构，集气罩沿着其长度方向的两端垂直设置在反应器侧壁上，集气腔为封闭的柱面空腔，其上表面和下表面均向上凸起，下表面上沿集气腔的准线方向开设有集气孔，所述集气腔设置在V字型结构内、且与集气罩的两个斜面平行，所述集气腔的端部设置有连接孔，用于通过软管可拆卸地与设置在反应器内部或外部的导流管连通；中国专利201621472689.9公开的新型三相分离器包括UASB反应器，所述UASB反应器的内壁上设有第一斜板-第十斜板，第一斜板和第二斜板构成“＞”型板，所述第三斜板和第四斜板构成“＜”型板；第五斜板与第六斜板连接构成“＞”型板，第六斜板与第七斜板连接构成“＜”型板，第八斜板与第九斜板连接构成“＜”型板，第六斜板与第七斜板连接构成“＞”型板，第一斜板、第二斜板、第五斜板、第六斜板和第七斜板构成了左集气区，第三斜板、第四斜板、第八斜板、第九斜板、第十斜板构成了右集气区，第五斜板、第六斜板、第七斜板、第八斜板、第九斜板、第十斜板构成了沉淀区，左集气区和右集气区和UASB反应器顶部的排气口连通，第五斜板和第八斜板之间设有出水槽；中国专利201710329495.6公开的一种三相分离器包括罐体，罐体上设有进料口、污泥回流进水口以及出气口，罐体内由上至下依次设有污泥收集层、气体收集层和导流层，污泥收集层包括多个的污泥斗，污泥斗的下端开口通过管道连通罐体上的污泥回流进水口，气体收集层包括多个气室，气室下端和上端分别设置进气口和出气口，出气口通过管道连通罐体上的出气口，污泥收集层的各污泥斗与气体收集层的各气室之间间隔错位布置，使得相邻污泥斗之间、相邻气室之间，以及相邻污泥斗与气室之间形成过流缝，导流层包括多个折流块，各折流块分别位于相邻气室之间过流缝的下方，罐体上进料口的位置高度低于折流块顶部所在位置高度；中国专利201621285815.X公开的一种污水处理用三相分离器包括用于与厌氧反应池内壁固定的支架，固定在支架上的三相分离结构，所述三相分离结构由PVC材料制成，该三相分离结构又包括多块截面为三角形的槽钢，该槽钢的顶部设置有出气管；所述多块槽钢分两层设置，位于上层位置处的槽钢与正下方相邻的两块槽钢通过连接杆连接为一体，通过连接杆将位于上层位置处的一层槽钢与位于下层位置处的一层槽钢连接为一体，位于下层位置处边部的槽钢固定在支架上；以上专利产品的沉淀依赖于澄清区，污泥通过过水缝隙回流，造成污泥再次冲起，特别是絮状污泥存在的情况下，污泥流失严重，并且在处理低浓度污水时，过大的缝隙流速导致污泥难以回流和跑泥等泥水分离问题，致使反应器不能正常工作，目前，在低浓度污水处理方面，当水力负荷是限制性设计参数时，在三相分离器缝隙处保持大的过流面积，使得最大的上升流速在过水断面上尽可能的低是亟待解决的技术问题。因此，研发设计一种基于浅层沉淀理论的气液固三相分离器，以分离能力强的厌氧生物处理方式解决较低浓度污水厌氧处理时的气水泥分离困难和易于跑泥的问题，具有社会和经济价值。

发明内容：

本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，研发设计一种气液固三相分离器，利用基于浅层沉淀理论的分离能力强的厌氧生物处理技术进行较低浓度污水的厌氧处理，解决跑泥问题。

为了实现上述目的，本发明涉及的气液固三相分离器的主体结构包括池体、折板式斜板、气水泥混流隙、气水泥分离区、清水隙、集泥区、集气区、清水区、出水渠、污泥回流管、反应区和沼气管；内空式结构的池体的内部设置有若干块S形板状结构的折板式斜板，折板式斜板由斜板、上折板和下折板组合构成，倾斜式板状结构的斜板的前端设置有向上折弯的L形板状结构的上折板，斜板的后端设置有向下折弯的L形板状结构的下折板，上折板顶端点所在的水平面低于下折板底端点所在的水平面，斜板与斜板之间的下部空隙为气水泥混流隙，斜板与斜板之间的中部空隙为气水泥分离区，斜板与斜板之间的上部空隙为清水隙，斜板与上折板之间的空间为集泥区，斜板与下折板之间的空间为集气区，集气区的上方为清水区，清水区的池体周边设置有矩形槽状结构的出水渠，集泥区通过圆柱形管状结构的污泥回流管与位于池体下部的反应区连通，集气区与圆柱形管状结构的沼气管连通。

本发明涉及的池体的结构包括矩形和圆形；池体与折板式斜板固定连接，靠近矩形池体侧壁的折板式斜板的下方也设置污泥回流管；斜板与斜板的横向中轴线所在的水平面的夹角为45-60°；气水泥混流隙是气水泥混合液的上流断面，气水泥混合液的上流断面面积大于现有技术中三相分离器构建的气水泥混合液上流与污泥下沉双向流的总断面面积；气水泥分离区也称为浅层沉淀区；清水区不是现有技术中的三相分离器的沉淀区；污泥回流管属于预防性设置部件。

本发明涉及的气液固三相分离器使用时，折板式斜板、污泥回流管和沼气管组合构成三相分离器，反应区中的气水泥混合液进入气水泥混流隙，气水泥混合液通过气水泥混流隙时，流线由垂直转变为斜向，由于断面积减小，气水泥混合液中的气泡在较高的流速下碰撞到斜板并快速的沿斜板上升至集气区，气水泥混合液受到上折板的影响，形成收缩、挤压和扩散作用，有利于带气污泥中的气体的逸出；基于浅层沉淀理论，在斜板形成的浅层斜板中，层流条件利于气水泥的三相分离，气体上升被收集到集气区后由沼气管排出池体，通过清水隙带出的污泥量非常少以至于能被忽略不计，是非去除对象，因此，浮渣量极少，到达清水区的处理水属于满足出流要求的水质，处理水经由出水渠排出池体，处理水的流速不会对气水泥混合液的处理过程和结果产生影响；沿斜板进入集泥区的污泥在上折板的保护下，不受通过气水泥混流隙的上升水流的影响，污泥通过污泥回流管返回到反应区，实现气水泥三相的快速和高效分离。

本发明与现有技术相比，采用浅层沉淀理论，利用折板式斜板使厌氧反应区升流进入三相分离器的气水泥混合液通过气水泥混流隙受到挤压和扩散作用，其中的气体沿斜板的底面快速浮升到上折流区，带气污泥中的气泡在受到斜板的底面撞击后沿斜板的底面快速浮升到上折流区，沼气被收集在集气区后通过沼气管排除，带气污泥在受到斜板底面的撞击后而脱气，污泥和不带气污泥在重力作用下下沉到集泥区，通过污泥回流管回流到反应区，不需要额外设置专门的污泥导流体，脱除污泥和气体的污水通过清水隙上升到集水区，实现气水泥三相的充分分离；其结构简单，设计理念新颖、独特，气水泥分离性能好，实用性强，水力条件好，能够提高三相反应器的运行稳定性和效率。

附图说明：

图1为本发明的剖面结构原理示意图。

具体实施方式：

下面通过实施例并结合附图对本发明作进一步说明。

实施例1：

本实施例涉及的气液固三相分离器的主体结构包括池体1、折板式斜板2、气水泥混流隙6、气水泥分离区7、清水隙8、集泥区9、集气区10、清水区11、出水渠12、污泥回流管13、反应区14和沼气管15；内空式结构的池体1的内部设置有若干块S形板状结构的折板式斜板2，折板式斜板2由斜板3、上折板4和下折板5组合构成，倾斜式板状结构的斜板3的前端设置有向上折弯的L形板状结构的上折板4，斜板3的后端设置有向下折弯的L形板状结构的下折板5，上折板4顶端点所在的水平面低于下折板5底端点所在的水平面，斜板3与斜板3之间的下部空隙为气水泥混流隙6，斜板3与斜板3之间的中部空隙为气水泥分离区7，斜板3与斜板3之间的上部空隙为清水隙8，斜板3与上折板4之间的空间为集泥区9，斜板3与下折板5之间的空间为集气区10，集气区10的上方为清水区11，清水区11的池体1周边设置有矩形槽状结构的出水渠12，集泥区9通过圆柱形管状结构的污泥回流管13与位于池体1下部的反应区14连通，集气区10与圆柱形管状结构的沼气管15连通。

本实施例涉及的池体1的结构包括矩形和圆形；池体1与折板式斜板2固定连接，靠近矩形池体1侧壁的折板式斜板2的下方也设置污泥回流管13；斜板3与斜板3的横向中轴线所在的水平面的夹角为45-60°；气水泥混流隙6是气水泥混合液的上流断面，气水泥混合液的上流断面面积大于现有技术中三相分离器构建的气水泥混合液上流与污泥下沉双向流的总断面面积；气水泥分离区7也称为浅层沉淀区；清水区11不是现有技术中的三相分离器的沉淀区；污泥回流管13属于预防性设置部件。

本实施例涉及的气液固三相分离器使用时，折板式斜板2、污泥回流管13和沼气管15组合构成三相分离器，反应区14中的气水泥混合液进入气水泥混流隙6，气水泥混合液通过气水泥混流隙6时，流线由垂直转变为斜向，由于断面积减小，气水泥混合液中的气泡在较高的流速下碰撞到斜板3并快速的沿斜板3上升至集气区10，气水泥混合液受到上折板4的影响，形成收缩、挤压和扩散作用，有利于带气污泥中的气体的逸出；基于浅层沉淀理论，在斜板3形成的浅层斜板中，层流条件利于气水泥的三相分离，气体上升被收集到集气区10后由沼气管15排出池体1，通过清水隙8带出的污泥量非常少以至于能被忽略不计，可以认为是非去除对象，因此，浮渣量极少，到达清水区11的处理水属于满足出流要求的水质，处理水经由出水渠12排出池体1，处理水的流速不会对气水泥混合液的处理过程和结果产生影响；沿斜板3进入集泥区9的污泥在上折板4的保护下，不受通过气水泥混流隙6的上升水流的影响，污泥通过污泥回流管13返回到反应区14，实现气水泥三相的快速和高效分离。

本实施例涉及的气液固三相分离器使三相分离器的概念发生了变化，在三相分离区内既容纳沉淀区，又实现三相分离，采用斜板叠加的结构，以折角式集气和集泥形式，使气水泥混合液在流动的过程中实现了浅层理论下的三相分离，使收集的沼气与分离泥、气后的上升水流各行其道，使回流到反应区的污泥不受上升水流的影响，使沉淀面积比现有技术中的三相分离器的沉淀面积增加了4倍以上，使现有技术中三相分离器中集气室的隙缝部分的面积占反应器全部面积的15-20％提升到了50％，使现有技术中三相分离器中反射板与隙缝之间的遮盖为100-200mm提升到了全流线遮盖，彻底解决三相分离器的缝隙流速过高而影响气泥水分离效果和跑泥的问题，有效提高了分离能力。

本实施例涉及的浅层沉淀理论的机理为每两块平行斜板间相当于一个很浅的沉淀池，浅层沉淀理论的优点主要是去除率高，停留时间短和占地面积小，具体包括三点：一是利用了层流原理，提高了沉淀池的处理能力，二是缩短了颗粒沉降距离，从而缩短了沉淀时间，三是增加了沉淀池的沉淀面积，从而提高了处理效率；基于浅层沉淀理论的沉淀池的过流率为36m³/(m².h),比一般沉淀池的处理能力高出7-10倍，是一种新型高效沉淀设备。

本实施例涉及的浅层沉淀理论的原理是设斜管沉淀池池长为L，池中水平流速为v，颗粒沉速为u₀，在理想状态下，L/H＝v/u₀，L与v值不变时，池深H越浅，可被去除的悬浮物颗粒越小；若用水平隔板，将H分成3层，每层层深为H/3，在u₀与v不变的条件下，只需L/3，就可以将u₀的颗粒去除，也即总容积可减少到原来的1/3；如果池长不变，由于池深为H/3，则水平流速可增加到3v，仍能将沉速为u₀的颗粒除去，也即处理能力提高3倍；同时将沉淀池分成n层就可以把处理能力提高n倍。

Claims

1.一种气液固三相分离器，主体结构包括池体、折板式斜板、气水泥混流隙、气水泥分离区、清水隙、集泥区、集气区、清水区、出水渠、污泥回流管、反应区和沼气管；内空式结构的池体的内部设置有若干块S形板状结构的折板式斜板，折板式斜板由斜板、上折板和下折板组合构成，倾斜式板状结构的斜板的前端设置有向上折弯的L形板状结构的上折板，斜板的后端设置有向下折弯的L形板状结构的下折板，上折板顶端点所在的水平面低于下折板底端点所在的水平面，斜板与斜板之间的下部空隙为气水泥混流隙，斜板与斜板之间的中部空隙为气水泥分离区，斜板与斜板之间的上部空隙为清水隙，斜板与上折板之间的空间为集泥区，斜板与下折板之间的空间为集气区，集气区的上方为清水区，清水区的池体周边设置有矩形槽状结构的出水渠，集泥区通过圆柱形管状结构的污泥回流管与位于池体下部的反应区连通，集气区与圆柱形管状结构的沼气管连通。

2.根据权利要求1所述的气液固三相分离器，其特征在于所述池体的结构包括矩形和圆形；池体与折板式斜板固定连接，靠近矩形池体侧壁的折板式斜板的下方也设置污泥回流管；斜板与斜板的横向中轴线所在的水平面的夹角为45-60°；气水泥混流隙是气水泥混合液的上流断面，气水泥混合液的上流断面面积大于现有技术中三相分离器构建的气水泥混合液上流与污泥下沉双向流的总断面面积；气水泥分离区也称为浅层沉淀区；清水区不是现有技术中的三相分离器的沉淀区；污泥回流管属于预防性设置部件。

3.根据权利要求1所述的气液固三相分离器，其特征在于使用时，折板式斜板、污泥回流管和沼气管组合构成三相分离器，反应区中的气水泥混合液进入气水泥混流隙，气水泥混合液通过气水泥混流隙时，流线由垂直转变为斜向，由于断面积减小，气水泥混合液中的气泡在较高的流速下碰撞到斜板并快速的沿斜板上升至集气区，气水泥混合液受到上折板的影响，形成收缩、挤压和扩散作用，有利于带气污泥中的气体的逸出；基于浅层沉淀理论，在斜板形成的浅层斜板中，层流条件利于气水泥的三相分离，气体上升被收集到集气区后由沼气管排出池体，通过清水隙带出的污泥量非常少以至于能被忽略不计，是非去除对象，因此，浮渣量极少，到达清水区的处理水属于满足出流要求的水质，处理水经由出水渠排出池体，处理水的流速不会对气水泥混合液的处理过程和结果产生影响；沿斜板进入集泥区的污泥在上折板的保护下，不受通过气水泥混流隙的上升水流的影响，污泥通过污泥回流管返回到反应区，实现气水泥三相的快速和高效分离。