CN108455727B - 增强污泥颗粒化的内循环厌氧反应器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种增强污泥颗粒化的内循环厌氧反应器，一种增强污泥颗粒化的内循环厌氧反应器主要包括进水区、生物反应区、循环区和分离区；进水区设有进水管和布水器；生物反应区设有集泥斗、散泥器和保温夹套；循环区设有循环器和缓存室；分离区设有沉淀室、回流管、出水槽、集气室和出水管。本发明通过专设的缓存室，选留、培养高效功能菌；并通过专设的循环器，促使功能菌团聚，形成颗粒污泥；借助厌氧生物反应器的特殊结构和自产沼气，驱动颗粒污泥持续更新，赋予厌氧生物反应器高效稳定的运行性能。

Description

增强污泥颗粒化的内循环厌氧反应器
技术领域
本发明属于环保设备领域，具体涉及一种增强污泥颗粒化的内循环厌氧反应器及其方法。
背景技术
在废水厌氧生物处理中，颗粒污泥是厌氧反应器呈现高效的关键。颗粒污泥因具有优良的沉降性能从而持留在反应器内部，以保证反应器高效稳定运行。目前应用较多的高效厌氧反应器，如上流式污泥床反应器(UASB)和厌氧颗粒污泥膨胀床反应器(EGSB)都存在污泥没有颗粒化的悬浮污泥层。因为在厌氧反应器中，粒径小的絮体污泥在上升流速作用下容易从颗粒污泥床层中跑出，在反应器上部区域形成一个悬浮污泥层。颗粒污泥会因为老化而失去功能，故要定期排泥，但絮体污泥的颗粒化过程复杂且漫长，造成颗粒污泥的形成速度小于老化速度，从而影响反应器的稳定运行。当存在三相分离器分离效果差等设计问题，或者冲击负荷等运行问题时，悬浮污泥易被洗出反应器，影响反应器生物量累积和出水水质。解决絮体污泥颗粒化进程慢的问题成了推进厌氧反应器发展的重要手段。有鉴于此，本发明设计了一个基于污泥内循环颗粒化的厌氧反应器，加快颗粒污泥形成速度以维持厌氧反应器高效稳定运行。
发明内容
本发明的目的是解决现有技术中存在的问题，并提供一种增强污泥颗粒化的内循环厌氧反应器。本发明具体通过如下技术方案实现：
增强污泥颗粒化的内循环厌氧反应器，该反应器主体包括同轴设置的上圆筒和下圆筒，上圆筒的直径大于下圆筒且两者之间通过呈倒圆台形的扩张筒密闭连接；下圆筒中分为进水区和生物反应区，上圆筒中分为循环区和分离区；所述的进水区中设有与进水管相连的布水器，进水区底部设有集泥斗；生物反应区中部设有若干个散泥器，外部包裹有保温夹套；循环区中在扩张筒上方设有循环器，循环器由三条同轴设置的收缩管组成，三条收缩管的上口均小于下口，且一级收缩管上口与二级收缩管下口重叠嵌套，二级收缩管上口和三级收缩管下口重叠嵌套，三级收缩管上口与升流管相连，升流管顶部延伸至分离区内；循环器与循环区内壁之间夹持形成缓存室，且三条收缩管的两处重叠嵌套部分均具有连通缓存室与收缩管内腔的缝隙；分离区中设有同轴嵌套于升流管外的降流筒，降流筒与分离区内壁之间夹持形成沉降室，降流筒和沉降室顶部连接集气室，上圆筒外部设有出水槽，且出水槽底部连通沉降室，出水槽上设有出水管。
基于上述方案，本发明还可以进一步提供如下优选参数和设置方式中的一种或多种，且各优选方式中的技术特征在没有冲突的情况下均可进行组合。
所述下圆筒和上圆筒的直径之比为3:4。所述进水区、生物反应区、循环区和分离区由下至上顺次相连，且体积之比为2:30～40:5～8:3～5。生物反应区的高径比为10～20。生物反应区中纵向设有3个散泥器，分别位于生物反应区的1/3、1/2和5/6高处；所述的散泥器为直径与下圆筒内径相同的圆形金属网，金属网上分布有若干孔眼，孔眼尺寸10mm×10mm。两处重叠嵌套部分中所述的缝隙宽度与升流管直径相等；一级收缩管、二级收缩管和三级收缩管的上口直径之比为5～6:2:1，下口直径之比也为5～6:2:1；升流管上沿与出水管等高。所述降流筒与下圆筒直径相同，升流管与降流筒的横截面积之比为1:50～100；降流筒的上沿与上圆筒上沿平齐，降流筒高度为上圆筒的1/2。所述出水槽底面与水平面的夹角为60°～75°。所述的沉降室中连通有回流管，回流管与出水槽底面上沿等高。
一种利用上述内循环厌氧反应器处理废水的方法，其步骤如下：
将废水经由进水管进入布水器，布水器将废水均匀分布在反应器进水区截面上；然后废水进入生物反应区中的颗粒污泥床，利用污泥中的微生物将废水中的有机物转化成沼气和絮体污泥，夹带有气泡和絮体污泥的混合液在气泡的浮力作用下，穿过颗粒污泥床后进入到循环区；在循环区，混合液经由扩张筒进入循环器的一级收缩管，第一次提升混合液的流速；接着混合液进入二级收缩管，第二次提升混合液的流速；然后混合液进入到三级收缩管，第三次提升混合液的上升流速，最终混合液经由一段升流管直接提升至液面，并在液面处发生气液分离，使混合液中的气体进入集气室，而脱气后的混合液则从降流筒向下流至缓存室，并在文丘里效应作用下将降流的混合液重新吸入各级收缩管间的缝隙，从而形成多级内循环，加快污泥颗粒化进程；絮体污泥形成的颗粒污泥沉降至生物反应区参与生物转化；另外一部分混合液进入分离区的沉降室进行泥水分离，最后将上清液经由出水槽从出水管排出。
本发明的优点是：1)运行高效。依靠循环区的循环器结构，促使反应器上部的絮体污泥经历多级内循环，加速絮体污泥形成颗粒污泥，维持反应器生物量。2)运行稳定。因为加快了絮体污泥颗粒化，可持留高生物量，且生物反应区有散泥器用以消除颗粒污泥的气涌，维持反应器的稳定运行。3)节省能耗。依靠厌氧反应器自身产生的沼气作为动力，从而驱动循环区中内循环，无需外部动力输入。4)出水水质好。依靠外设的出水槽去除随水流出的悬浮物，避免了反应器内部水流扰动，可以取得良好的沉淀效果。5)适用性强。依靠循环区的循环器和缓存室，可以处理高悬浮物浓度废水，应用范围广泛。
附图说明
图1是基于增强污泥颗粒化的内循环厌氧反应器功能分区示意图；
图2是基于增强污泥颗粒化的内循环厌氧反应器结构示意图；
图中：进水区Ⅰ、生物反应区Ⅱ、循环区Ⅲ、分离区Ⅳ、进水管1、布水器2、集泥斗3、散泥器4、保温夹套5、扩张筒6、一级收缩管7、二级收缩管8、三级收缩管9、升流管10、降流筒11、循环器12、缓存室13、沉降室14、出水槽15、回流管16、集气室17、出水管18。
具体实施方式
如图1和图2所示，一种增强污泥颗粒化的内循环厌氧反应器，其反应器主体包括同轴设置的上圆筒和下圆筒，上圆筒的直径大于下圆筒且两者之间通过呈倒圆台形的扩张筒6密闭连接，扩张筒6直径由下到上逐渐扩张。下圆筒中按功能划分可分为进水区Ⅰ和生物反应区Ⅱ，上圆筒中按功能划分可分为循环区Ⅲ和分离区Ⅳ。
进水区Ⅰ中设有与进水管1相连的布水器2，进水区Ⅰ底部设有集泥斗3。生物反应区Ⅱ中部设有3个用于分散污泥的散泥器4，下圆筒外部包裹有保温夹套5，以减少内部废水温度波动。循环区Ⅲ中在扩张筒6上方设有循环器12，循环器12由三条同轴设置的收缩管组成，每条收缩管均呈三段式结构，分别为下口、上口以及连接下口和上口的渐缩段，三条收缩管的上口直径均小于下口。一级收缩管7的下口下沿与扩张筒6上沿平齐，一级收缩管7上口与二级收缩管8下口重叠嵌套，二级收缩管8上口和三级收缩管9下口重叠嵌套，三级收缩管9上口与升流管10相连，升流管10顶部延伸至分离区Ⅳ内。循环器12与循环区Ⅲ内壁之间夹持形成缓存室13，且三条收缩管的两处重叠嵌套部分均具有环形缝隙，缝隙连通缓存室13与收缩管内腔，用于在文丘里效应下降缓存室13中的废水吸入收缩管中。分离区Ⅳ中设有同轴嵌套于升流管10外的降流筒11，降流筒11与分离区Ⅳ内壁之间夹持形成沉降室14。降流筒11和沉降室14的底部连通缓存室13，降流筒11和沉降室14顶部连接集气室17。上圆筒外部设有出水槽15，且出水槽15底部连通沉降室14，出水槽15上设有出水管18。沉降室14中连通有回流管16，回流管16与出水槽15底面上沿等高。回流管16可根据工艺需要将沉降室14中的上清液回流至生物反应区Ⅱ中。
在本反应器中，各部件的具体参数如下：下圆筒和上圆筒的直径之比为3:4。进水区Ⅰ、生物反应区Ⅱ、循环区Ⅲ和分离区Ⅳ由下至上顺次相连，且体积之比为2:30～40:5～8:3～5。生物反应区Ⅱ的高径比为10～20。生物反应区Ⅱ中纵向设有的3个散泥器4，分别位于生物反应区Ⅱ的1/3、1/2和5/6高处。散泥器4为直径与下圆筒内径相同的圆形金属网，横向布置于下圆筒的横断面上，金属网上分布有若干孔眼，孔眼尺寸10mm×10mm。两处重叠嵌套部分中的环形缝隙宽度(外径和内径之差)与升流管10直径相等；一级收缩管7、二级收缩管8和三级收缩管9的上口直径之比为5～6:2:1，下口直径之比也为5～6:2:1。升流管10上沿与出水管18等高。降流筒11与下圆筒直径相同，升流管10与降流筒11的横截面积之比为1:50～100；降流筒11的上沿与上圆筒上沿平齐，降流筒11高度为上圆筒的1/2。出水槽15底面与水平面的夹角为60°～75°。
利用上述基于增强污泥颗粒化的内循环厌氧反应器处理废水的步骤如下：
将废水经由进水管1进入布水器2，布水器2将废水均匀分布在反应器进水区Ⅰ截面上；然后废水进入生物反应区Ⅱ中的颗粒污泥床。在生物反应区，废水流过颗粒污泥床，利用污泥中的微生物将废水中的有机物转化成沼气和微生物细胞(絮体污泥)，部分沼气以气泡形式被絮体污泥裹挟，因此夹带有气泡和絮体污泥的混合液在气泡的浮力作用下，穿过颗粒污泥床后进入到循环区Ⅲ。在循环区Ⅲ，混合液经由扩张筒6进入循环器12的一级收缩管7，由于管径的缩小混合液的流速得到第一次提升；接着混合液进入二级收缩管8，由于二级收缩管的上口管径小于一级收缩管的上口管径，混合液的流速得到第二次提升；然后混合液进入到三级收缩管9，三级收缩管上口直径达到最小，因此混合液的上升流速得到第三次提升，混合液上升流速达到最大，最终混合液经由一段升流管10直接提升至反应器的顶部液面，并在液面处发生气液分离。气液分离后，混合液中的气体进入集气室17，而在返流和压力的作用下，脱气后的混合液则从降流筒11向下流至缓存室13，而循环器12中的收缩管处存在文丘里效应，因此会在各级收缩管间的缝隙处产生吸力，将降流的混合液重新吸入收缩管内腔，从而形成多级内循环，在内循环过程中絮体污泥发生吸引粘连作用，颗粒化进程加快。絮体污泥形成的沉降性良好颗粒污泥便可沉降至生物反应区Ⅱ参与生物转化，降解有机物。另外一部分混合液进入分离区Ⅳ的沉降室14进行泥水分离，沉降室14处的气体也进入集气室17，污泥沉降进入缓存室13，上清液经由出水槽15从出水管18排出，完成废水的处理过程。
本发明通过专设的缓存室，选留、培养高效功能菌；并通过专设的循环器，促使功能菌团聚，形成颗粒污泥；借助厌氧生物反应器的特殊结构和自产沼气，驱动颗粒污泥持续更新，能够赋予厌氧生物反应器高效稳定的运行性能。

Claims (10)

1.一种增强污泥颗粒化的内循环厌氧反应器，其特征在于：反应器主体包括同轴设置的上圆筒和下圆筒，上圆筒的直径大于下圆筒且两者之间通过呈倒圆台形的扩张筒(6)密闭连接；下圆筒中分为进水区(Ⅰ)和生物反应区(Ⅱ)，上圆筒中分为循环区(Ⅲ)和分离区(Ⅳ)；所述的进水区(Ⅰ)中设有与进水管(1)相连的布水器(2)，进水区(Ⅰ)底部设有集泥斗(3)；生物反应区(Ⅱ)中部设有若干个散泥器(4)，外部包裹有保温夹套(5)；循环区(Ⅲ)中在扩张筒(6)上方设有循环器(12)，循环器(12)由三条同轴设置的收缩管组成，三条收缩管的上口均小于下口，且一级收缩管(7)上口与二级收缩管(8)下口重叠嵌套，二级收缩管(8)上口和三级收缩管(9)下口重叠嵌套，三级收缩管(9)上口与升流管(10)相连，升流管(10)顶部延伸至分离区(Ⅳ)内；循环器(12)与循环区(Ⅲ)内壁之间夹持形成缓存室(13)，且三条收缩管的两处重叠嵌套部分均具有连通缓存室(13)与收缩管内腔的缝隙；分离区(Ⅳ)中设有同轴嵌套于升流管(10)外的降流筒(11)，降流筒(11)与分离区(Ⅳ)内壁之间夹持形成沉降室(14)，降流筒(11)和沉降室(14)顶部连接集气室(17)，上圆筒外部设有出水槽(15)，且出水槽(15)底部连通沉降室(14)，出水槽(15)上设有出水管(18)。
2.根据权利要求1所述的一种增强污泥颗粒化的内循环厌氧反应器，其特征在于：所述下圆筒和上圆筒的直径之比为3:4。
3.根据权利要求1所述的一种增强污泥颗粒化的内循环厌氧反应器，其特征在于：所述进水区(Ⅰ)、生物反应区(Ⅱ)、循环区(Ⅲ)和分离区(Ⅳ)由下至上顺次相连，且体积之比为2:30～40:5～8:3～5。
4.根据权利要求1所述的一种增强污泥颗粒化的内循环厌氧反应器，其特征在于生物反应区(Ⅱ)的高径比为10～20。
5.根据权利要求1所述的一种增强污泥颗粒化的内循环厌氧反应器，其特征在于：生物反应区(Ⅱ)中纵向设有3个散泥器(4)，分别位于生物反应区(Ⅱ)的1/3、1/2和5/6高处；所述的散泥器(4)为直径与下圆筒内径相同的圆形金属网，金属网上分布有若干孔眼，孔眼尺寸10mm×10mm。
6.根据权利要求1所述的一种增强污泥颗粒化的内循环厌氧反应器，其特征在于：两处重叠嵌套部分中所述的缝隙宽度与升流管(10)直径相等；一级收缩管(7)、二级收缩管(8)和三级收缩管(9)的上口直径之比为5～6:2:1，下口直径之比也为5～6:2:1；升流管(10)上沿与出水管(18)等高。
7.根据权利要求1所述的一种增强污泥颗粒化的内循环厌氧反应器，其特征在于：所述降流筒(11)与下圆筒直径相同，升流管(10)与降流筒(11)的横截面积之比为1:50～100；降流筒(11)的上沿与上圆筒上沿平齐，降流筒(11)高度为上圆筒的1/2。
8.根据权利要求1所述的一种增强污泥颗粒化的内循环厌氧反应器，其特征在于：所述出水槽(15)底面与水平面的夹角为60°～75°。
9.根据权利要求1所述的一种增强污泥颗粒化的内循环厌氧反应器，其特征在于：所述的沉降室(14)中连通有回流管(16)，回流管(16)与出水槽(15)底面上沿等高。
10.一种利用权利要求1所述内循环厌氧反应器处理废水的方法，其特征在于步骤如下：
将废水经由进水管(1)进入布水器(2)，布水器(2)将废水均匀分布在反应器进水区(Ⅰ)截面上；然后废水进入生物反应区(Ⅱ)中的颗粒污泥床，利用污泥中的微生物将废水中的有机物转化成沼气和絮体污泥，夹带有气泡和絮体污泥的混合液在气泡的浮力作用下，穿过颗粒污泥床后进入到循环区(Ⅲ)；在循环区(Ⅲ)，混合液经由扩张筒(6)进入循环器(12)的一级收缩管(7)，第一次提升混合液的流速；接着混合液进入二级收缩管(8)，第二次提升混合液的流速；然后混合液进入到三级收缩管(9)，第三次提升混合液的上升流速，最终混合液经由一段升流管(10)直接提升至液面，并在液面处发生气液分离，使混合液中的气体进入集气室(17)，而脱气后的混合液则从降流筒(11)向下流至缓存室(13)，并在文丘里效应作用下将降流的混合液重新吸入各级收缩管间的缝隙，从而形成多级内循环，加快污泥颗粒化进程；絮体污泥形成的颗粒污泥沉降至生物反应区(Ⅱ)参与生物转化；另外一部分混合液进入分离区(Ⅳ)的沉降室(14)进行泥水分离，最后将上清液经由出水槽(15)从出水管(18)排出。
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