CN108483641B - 一种多级自循环厌氧消化反应器及其工作方法 - Google Patents

Abstract

一种多级自循环厌氧消化反应器，该反应器的一级三相分离器和二级三相分离器都固定安装在罐体中，一级三相分离器和二级三相分离器都是大径端在下小径端在上锥形；二级三相分离器位于一级三相分离器的上方，一级三相分离器的下方为一级反应区，一级反应区下方至罐底的空间为布水混合区，一级三相分离器和二级三相分离器之间为二级反应区，二级三相分离器与罐体顶部之间的空间为沉淀出水区。本发明外部动力辅助多级循环利用沼气射流进入各级反应区，传质与流速的可控性好，强化反应区的气液密度差，快速增强系统循环、混合、搅拌功能，防止底泥沉积，适合高固体含量污水的厌氧发酵，提高可生化性差、高浓度的水质处理效果和效率。

Description

一种多级自循环厌氧消化反应器及其工作方法

技术领域

本发明涉及一种用于高固体含量污水厌氧消化处理的反应装置，属于厌氧消化反应技术领域，具体是一种多级自循环厌氧消化反应器（Multistage self circulatinganaerobic digestion reactor，M-SC反应器）。

背景技术

针对高固体含量污水的厌氧消化反应器，目前发展形成了常规厌氧反应器（CADT）、全混式反应器（CSTR）、厌氧接触消化器（ACP）、升流式固定床反应器（USR）、塞流式反应器（PFR）等多种形式，这类厌氧消化反应器构造简单，操作运行比较方便，通过水流和沼气上升起到搅拌，或安装搅拌装置进行传质以达到降解污染物的目的。

但是，这类厌氧消化反应器上升流速低，混合、传质效率低，重力作用使底部沉积污泥，特别是高固体含量污水都属于高浓度水质，可生化性较差，浮渣多，应用此类反应器效率非常低，容积负荷较低。

目前，亟需一种高混合、传质快，能够对高固体含量污水实现高效处理的厌氧消化反应器。

发明内容

本发明针对现有厌氧消化反应器的不足，提供一种多级循环传质、流速可控的多级自循环厌氧消化反应器，该反应器可实现多级内部自循环厌氧消化运行模式或外部动力辅助多级自循环厌氧消化运行模式或外部动力辅助增强多级自循环厌氧消化运行模式的任一种或两种或三种的交替运行模式工作，特别适合高固体含量废水的高效厌氧消化处理。

本发明多级自循环厌氧消化反应器，采用以下技术方案：

一种多级自循环厌氧消化反应器，该反应器包括反应器包括罐体、外循环泵、管道射流器、内气水分离器、顶气水分离器、一级三相分离器、二级三相分离器、内导流板、中导流板、气水分离挡板、挡渣板、溢流口、出水堰、控制系统；一级内循环喷头、一级外循环喷头、二级外循环喷头、二级内循环喷头、进水喷头、第一气提上升管、第二气提上升管、回流管、收气管、一级外循环出水管、二级外循环出水管、一级外循环进水管、二级外循环进水管、进水管、U型出水管、排空口、排水管、沼气管、一级内循环管、二级内循环管、管道射流器进水阀、管道射流器出水阀、外循环进水阀、一级外循环出水阀、二级外循环出水阀、一级外循环进水阀、二级外循环进水阀和进水阀；

一级三相分离器和二级三相分离器都固定安装在罐体中，一级三相分离器和二级三相分离器都是大径端在下小径端在上锥形；二级三相分离器位于一级三相分离器的上方，一级三相分离器的下方为一级反应区，一级反应区下方至罐底的空间为布水混合区，一级三相分离器和二级三相分离器之间为二级反应区，二级三相分离器与罐体顶部之间的空间为沉淀出水区；

顶气水分离器安装在罐体顶面，回流管一端连接在顶气水分离器底部，回流管另一端连接在一级内循环管上，一级内循环管上设有多个一级内循环喷头，收气管一端连接在罐体顶面，收气管另一端连接在顶气水分离器上，沼气管一端连接在顶气水分离器顶面，沼气管另一端通过三通管一路与管道射流器连接，另一路为排沼气口；

内气水分离器安装在二级反应区，第一气提上升管一端连接在一级三相分离器的顶部，第一气提上升管另一端连接内气水分离器底部并伸至内气水分离器的中部；第二气提上升管一端连接在内气水分离器顶部，第二气提上升管另一端通过水平管连进顶气水分离器的中部；一级外循环出水管一端连接在内气水分离器上，一级外循环出水管另一端经过一级外循环出水阀与外循环泵的进口连接，外循环泵的出口通过三通管一路经过外循环进水阀与二级外循环进水管连接，另一路经过管道射流器进水阀与管道射流器的进口连接，管道射流器的出口经过管道射流器出水阀与二级外循环进水管和一级外循环进水管同时连接，二级外循环进水管上设有二级外循环进水阀和二级外循环喷头，一级外循环进水管上设有一级外循环进水阀和一级外循环喷头；

二级三相分离器顶部设有溢流口与沉淀出水区连通，溢流口周围设有环形的气水分离挡板，二级外循环出水管一端连接在气水分离挡板上，二级外循环出水管另一端连接至外循环泵进口，二级内循环管一端连接在气水分离挡板上，二级内循环管另一端连接至位于沉淀出水区中的二级内循环喷头；

进水管一端设置在沉淀出水区，进水管另一端通过三通管一路经过进水阀作为进水口，另一路经过排泥阀连接排泥管，

布水混合区设有内导流板和中导流板，内导流板和中导流板将布水混合区从罐体中心向外依次分割为内旋混区、中旋混区和外旋混区；

罐顶同心固定有环形的挡渣板，挡渣板与罐体之间的环形空间中设有环形的出水堰，U型出水管一端连接在出水堰，U型出水管另一端与三通管连接，三通管的水平出口为排水管，三通管的竖直出口为排空口。

进一步的，所述内导流板和中导流板的数量均≥2片，每片所述内导流板和中导流板的弧长均≤1/4圆周，各个内导流板均匀分布在圆周上，各个中导流板也均匀分布在圆周上，内导流板和中导流板交错布置。

进一步的，还包括控制系统，控制系统与外循环泵、管道射流器进水阀、管道射流器出水阀、外循环进水阀、一级外循环出水阀、二级外循环出水阀、一级外循环进水阀、二级外循环进水阀、进水阀和排泥阀连接以实现自动控制。

进一步的，还包括第一锥形挡流环和第二锥形挡流环；所述一级三相分离器为大径端在下小径端在上的锥形，一级三相分离器大径端与管壁之间为第一环形通道；所述二级三相分离器为大径端在下小径端在上的锥形，二级三相分离器大径端与管壁之间为第二环形通道；第一锥形挡流环设置在第一环形通道下方，第一锥形挡流环大径端在上小径端在下，第一锥形挡流环大径端固定在管壁上；第二锥形挡流环设置在第二环形通道下方，第二锥形挡流环大径端在上小径端在下，第二锥形挡流环大径端固定在管壁上。

进一步的，第一气提上升管在内气水分离器中部的一端管口位置高于一级外循环出水管与内气水分离器连接一端的管口。

进一步的，所述一级内循环喷头的射流方向、一级外循环喷头的射流方向、二级外循环喷头的射流方向、二级内循环喷头的射流方向、进水喷头的射流方向均相同且均沿罐体横截面的割线方向；所述第二气提上升管上端的水平管管口射流方向沿气水分离器横截面的割线方向。

进一步的，内导流板直接固定在罐底，中导流板通过支撑脚固定在罐底。

所述的多级自循环厌氧消化反应器的工作方法，

运行时，原渣水由进水阀的启闭控制，通过进水管连接的进水喷头进入布水混合区，进水为连续进水或者脉冲式进水，反应器在进水与间歇时，均能结合工况与水质特点，采用多级内部自循环厌氧消化运行模式、外部动力辅助多级自循环厌氧消化运行模式或外部动力辅助增强多级自循环厌氧消化运行模式的任一种或两种或三种的交替运行模式；

反应器按多级内部自循环厌氧消化运行模式工作时，进水阀打开，原渣水通过进水管从进水喷头射出进入布水混合区形成旋转混合，在一级反应区进行消化产生沼气，混合液由于密度差形成气提作用被一级三相分离器收集，经第一气提上升管进入内气水分离器，再经过第二气提上升管进入顶气水分离器，固、液混合物因压差再从回流管经一级内循环喷头喷射出，再次与布水混合区新进渣水混合消化反应产生沼气，再次被气提形成布水混合区与一级反应区，无限次周而复始的自循环厌氧消化工作；与进水量等量的被处理水经过一级三相分离器和第一环形通道上升进入二级反应区进行消化反应产生沼气，气、液、固混合物经二级三相分离器收集上升通过溢流口排出，再从气水分离挡板底部的二级内循环喷头射出进入沉淀出水区并形成涡流旋转下沉，固、液混合物再从二级三相分离器与第二环形通道回流进入二级反应区混合消化产生沼气，再次形成二级反应区与一级反应区、沉淀出水区，无限次周而复始的自循环厌氧消化工作；与进水量等量的被处理水经挡渣板导流后进入出水堰，从U型出水管排出罐体，经排水管进入下一处理系统；二级反应区产生的沼气经收气管进入顶气水分离器，沼气经沼气管外排进入下一系统利用；

反应器按外部动力辅助多级自循环厌氧消化运行模式工作时，在反应器的多级内部自循环厌氧消化运行模式正常工作的基础上增加以下工序：外循环泵启动，外循环进水阀开启，一级外循环出水阀与二级外循环出水阀、一级外循环进水阀与二级外循环进水阀根据控制系统设计的控制参数同时开启或单一开启或间歇开启，通过增强反应器的外循环，加大反应器的混合传质实现反应器的一级反应区外部动力辅助自循环或一级反应区与二级反应区外部动力辅助自循环或二级反应区外部动力辅助自循环多种组合的外部动力辅助多级自循环厌氧消化运行模式工作，外循环泵启动可间歇或连续式工作；

反应器按外部动力辅助增强多级自循环厌氧消化运行模式工作时，在反应器的多级内部自循环厌氧消化运行模式正常工作的基础上增加以下工序：外循环泵启动，管道射流器进水阀与管道射流器出水阀开启，一级外循环出水阀与二级外循环出水阀、一级外循环进水阀与二级外循环进水阀根据控制系统设计的控制参数同时开启或单一开启或间歇开启，顶气水分离器的沼气被管道射流器吸入，并从一级外循环喷头或二级外循环喷头喷射而出，增大一级反应区与二级反应区的混合液密度差，增强气提量，强化了反应器的混合、传质，可实现反应器的一级反应区外部动力辅助增强自循环或一级反应区与二级反应区外部动力辅助增强自循环或二级反应区外部动力辅助增强自循环多种组合的外部动力辅助增强多级自循环厌氧消化运行模式工作，外循环泵启动可间歇或连续式工作。

本发明多级自循环厌氧消化反应器具有以下优点：

（1）多级循环功能，实现快速混合，传质效果优越，抗负荷冲击能力强，容积负荷高。

（2）内部自循环功能设计巧妙，利用沼气产生密度差使污泥形成多级的内自循环，能耗低。

（3）外部动力辅助多级循环利用沼气射流进入各级反应区，传质与流速的可控性好，强化反应区的气液密度差，快速增强系统循环、混合、搅拌功能。

（4）内、外多级循环功能，防止底泥沉积，特别适合高固体含量污水的厌氧发酵，提高可生化性差、高浓度的水质处理效果和效率。

附图说明

图1：多级自循环厌氧消化反应器结构示意图。

图2：布水混合区结构示意图。

图3：罐体、第一锥形挡流环和一级三相分离器的装配关系示意图。

图中：1-罐体、2-布水混合区、3-一级反应区、4-二级反应区、5-沉淀出水区、6-外循环泵、7-内气水分离器、8-顶气水分离器、9-一级三相分离器、10-二级三相分离器、11-一级内循环喷头、12-一级外循环喷头、13-二级外循环喷头、14-二级内循环喷头、15-进水喷头、16-气提上升管、17-回流管、18-收气管、19-一级外循环出水管、20-二级外循环出水管、21-一级外循环进水管、22-二级外循环进水管、23-内旋混区、24-中旋混区、25-外旋混区、26-内导流板、27-中导流板、28-管道射流器、29-管道射流器进水阀、30-管道射流器出水阀、31-外循环进水阀、32-一级外循环出水阀、33-二级外循环出水阀、34-一级外循环进水阀、35-二级外循环进水阀、36-进水阀、37-排泥阀、38-进水管、39-排泥管、40-溢流口、41-气水分离挡板、42-挡渣板、43-出水堰、44-U型出水管、45-排空口、46-排水管、47-沼气管、48-控制系统、一级内循环管99、二级内循环管98、第二气提上升管97、第一锥形挡流环96、第二锥形挡流环95。

实施方式

下面结合实例、附图对本发明座进一步说明，本发明的实施不限于下列实施例。

实施例1

一种多级自循环厌氧消化反应器，该反应器包括反应器包括罐体1、外循环泵6、管道射流器28、内气水分离器7、顶气水分离器8、一级三相分离器9、二级三相分离器10、内导流板26、中导流板27、气水分离挡板41、挡渣板42、溢流口40、出水堰43、控制系统48；一级内循环喷头11、一级外循环喷头12、二级外循环喷头13、二级内循环喷头14、进水喷头15、第一气提上升管16、第二气提上升管97、回流管17、收气管18、一级外循环出水管19、二级外循环出水管20、一级外循环进水管21、二级外循环进水管22、进水管38、U型出水管44、排空口45、排水管46、沼气管47、一级内循环管99、二级内循环管98、管道射流器进水阀29、管道射流器出水阀30、外循环进水阀31、一级外循环出水阀32、二级外循环出水阀33、一级外循环进水阀34、二级外循环进水阀35和进水阀36；

一级三相分离器9和二级三相分离器10都固定安装在罐体1中，一级三相分离器9和二级三相分离器10都是大径端在下小径端在上锥形；二级三相分离器10位于一级三相分离器9的上方，一级三相分离器9的下方为一级反应区3，一级反应区3下方至罐底的空间为布水混合区2，一级三相分离器9和二级三相分离器10之间为二级反应区4，二级三相分离器10与罐体1顶部之间的空间为沉淀出水区5；

顶气水分离器8安装在罐体1顶面，回流管17一端连接在顶气水分离器8底部，回流管17另一端连接在一级内循环管99上，一级内循环管99上设有多个一级内循环喷头11，收气管18一端连接在罐体1顶面，收气管18另一端连接在顶气水分离器8上，沼气管47一端连接在顶气水分离器8顶面，沼气管47另一端通过三通管一路与管道射流器28连接，另一路为排沼气口；

内气水分离器7安装在二级反应区4，第一气提上升管16一端连接在一级三相分离器9的顶部，第一气提上升管16另一端连接内气水分离器7底部并伸至内气水分离器7的中部；第二气提上升管97一端连接在内气水分离器7顶部，第二气提上升管97另一端通过水平管连进顶气水分离器8的中部；一级外循环出水管19一端连接在内气水分离器7上，一级外循环出水管19另一端经过一级外循环出水阀32与外循环泵6的进口连接，外循环泵6的出口通过三通管一路经过外循环进水阀31与二级外循环进水管22连接，另一路经过管道射流器进水阀29与管道射流器28的进口连接，管道射流器28的出口经过管道射流器出水阀30与二级外循环进水管22和一级外循环进水管21同时连接，二级外循环进水管22上设有二级外循环进水阀35和二级外循环喷头13，一级外循环进水管21上设有一级外循环进水阀34和一级外循环喷头12；

二级三相分离器10顶部设有溢流口40与沉淀出水区5连通，溢流口40周围设有环形的气水分离挡板41，二级外循环出水管20一端连接在气水分离挡板41上，二级外循环出水管20另一端连接至外循环泵6进口，二级内循环管98一端连接在气水分离挡板41上，二级内循环管98另一端连接至位于沉淀出水区5中的二级内循环喷头14；

进水管38一端设置在沉淀出水区5，进水管38另一端通过三通管一路经过进水阀36作为进水口，另一路经过排泥阀37连接排泥管39，

布水混合区2设有内导流板26和中导流板27，内导流板26和中导流板27将布水混合区2从罐体1中心向外依次分割为内旋混区23、中旋混区24和外旋混区25；

罐顶同心固定有环形的挡渣板42，挡渣板42与罐体1之间的环形空间中设有环形的出水堰43，U型出水管44一端连接在出水堰43，U型出水管44另一端与三通管连接，三通管的水平出口为排水管46，三通管的竖直出口为排空口45。

进一步的，所述内导流板26和中导流板27的数量均≥2片，每片所述内导流板26和中导流板27的弧长均≤1/4圆周，各个内导流板26均匀分布在圆周上，各个中导流板27也均匀分布在圆周上，内导流板26和中导流板27交错布置。

进一步的，还包括控制系统48，控制系统48与外循环泵6、管道射流器进水阀29、管道射流器出水阀30、外循环进水阀31、一级外循环出水阀32、二级外循环出水阀33、一级外循环进水阀34、二级外循环进水阀35、进水阀36和排泥阀37连接以实现自动控制。

进一步的，还包括第一锥形挡流环96和第二锥形挡流环95；所述一级三相分离器9为大径端在下小径端在上的锥形，一级三相分离器9大径端与管壁之间为第一环形通道；所述二级三相分离器10为大径端在下小径端在上的锥形，二级三相分离器10大径端与管壁之间为第二环形通道；第一锥形挡流环96设置在第一环形通道下方，第一锥形挡流环96大径端在上小径端在下，第一锥形挡流环96大径端固定在管壁上；第二锥形挡流环95设置在第二环形通道下方，第二锥形挡流环95大径端在上小径端在下，第二锥形挡流环95大径端固定在管壁上。

进一步的，第一气提上升管16在内气水分离器7中部的一端管口位置高于一级外循环出水管19与内气水分离器7连接一端的管口。

进一步的，所述一级内循环喷头11的射流方向、一级外循环喷头12的射流方向、二级外循环喷头13的射流方向、二级内循环喷头14的射流方向、进水喷头15的射流方向均相同且均沿罐体1横截面的割线方向；所述第二气提上升管97上端的水平管管口射流方向沿气水分离器8横截面的割线方向。

进一步的，内导流板直接固定在罐底，中导流板通过支撑脚固定在罐底。

实施例2

所述的多级自循环厌氧消化反应器的工作方法，

运行时，原渣水由进水阀36的启闭控制，通过进水管38连接的进水喷头15进入布水混合区2，进水为连续进水或者脉冲式进水，反应器在进水与间歇时，均能结合工况与水质特点，采用多级内部自循环厌氧消化运行模式、外部动力辅助多级自循环厌氧消化运行模式或外部动力辅助增强多级自循环厌氧消化运行模式的任一种或两种或三种的交替运行模式；

反应器按多级内部自循环厌氧消化运行模式工作时，进水阀36打开，原渣水通过进水管38从进水喷头15射出进入布水混合区2形成旋转混合，在一级反应区3进行消化产生沼气，混合液由于密度差形成气提作用被一级三相分离器9收集，经第一气提上升管16进入内气水分离器7，再经过第二气提上升管97进入顶气水分离器8，固、液混合物因压差再从回流管17经一级内循环喷头11喷射出，再次与布水混合区2新进渣水混合消化反应产生沼气，再次被气提形成布水混合区2与一级反应区3，无限次周而复始的自循环厌氧消化工作；与进水量等量的被处理水经过一级三相分离器9和第一环形通道上升进入二级反应区4进行消化反应产生沼气，气、液、固混合物经二级三相分离器10收集上升通过溢流口40排出，再从气水分离挡板41底部的二级内循环喷头13射出进入沉淀出水区5并形成涡流旋转下沉，固、液混合物再从二级三相分离器10与第二环形通道回流进入二级反应区4混合消化产生沼气，再次形成二级反应区4与一级反应区3、沉淀出水区5，无限次周而复始的自循环厌氧消化工作；与进水量等量的被处理水经挡渣板42导流后进入出水堰43，从U型出水管44排出罐体1，经排水管46进入下一处理系统；二级反应区4产生的沼气经收气管18进入顶气水分离器8，沼气经沼气管47外排进入下一系统利用；

反应器按外部动力辅助多级自循环厌氧消化运行模式工作时，在反应器的多级内部自循环厌氧消化运行模式正常工作的基础上增加以下工序：外循环泵6启动，外循环进水阀31开启，一级外循环出水阀32与二级外循环出水阀33、一级外循环进水阀34与二级外循环进水阀35根据控制系统设计的控制参数同时开启或单一开启或间歇开启，通过增强反应器的外循环，加大反应器的混合传质实现反应器的一级反应区3外部动力辅助自循环或一级反应区3与二级反应区4外部动力辅助自循环或二级反应区4外部动力辅助自循环多种组合的外部动力辅助多级自循环厌氧消化运行模式工作，外循环泵6启动可间歇或连续式工作；

反应器按外部动力辅助增强多级自循环厌氧消化运行模式工作时，在反应器的多级内部自循环厌氧消化运行模式正常工作的基础上增加以下工序：外循环泵6启动，管道射流器进水阀29与管道射流器出水阀30开启，一级外循环出水阀32与二级外循环出水阀33、一级外循环进水阀34与二级外循环进水阀35根据控制系统设计的控制参数同时开启或单一开启或间歇开启，顶气水分离器8的沼气被管道射流器28吸入，并从一级外循环喷头12或二级外循环喷头13喷射而出，增大一级反应区3与二级反应区4的混合液密度差，增强气提量，强化了反应器的混合、传质，可实现反应器的一级反应区3外部动力辅助增强自循环或一级反应区3与二级反应区4外部动力辅助增强自循环或二级反应区4外部动力辅助增强自循环多种组合的外部动力辅助增强多级自循环厌氧消化运行模式工作，外循环泵6启动可间歇或连续式工作。

实施例3

布水混合区2设置于一级反应区3的一级三相分离器9下部至罐体1底部，占罐体1高度的1/8-1/6，从罐体1中心向外依次设有内旋混区23、中旋混区24、外旋混区25，内旋混区23、中旋混区24分别设置内导流板26和中导流板27，内导流板26和中导流板27均为与罐体1同圆心的圆弧型，内导流板26和中导流板27数量均≥2组，内导流板26和中导流板27长均为≤1/4圆，内导流板26与中导流板27夹角≤90°布置，分别对向均匀布置，内导流板26置于罐体1底部，高度30-150厘米，中导流板27与罐体1底部间隙30-100厘米，高度30-150厘米。

一级外循环进水管21、进水管38在内旋混区23、中旋混区24、外旋混区25分别设置一级外循环喷头12、进水喷头15，喷头出口均沿导流板和罐体1的切向顺时针水平向下45°均匀布置，一级内循环喷头11设置于内旋混区23、中旋混区24，一级内循环喷头11出口均沿导流板的切向顺时针均匀布置，布水混合区2的一级外循环喷头12、进水喷头15、一级内循环喷头11交叉形成60°夹角布置，一级外循环喷头12布置距离罐体1底部50-150厘米，进水喷头15布置距离罐体1底部30-80厘米，一级内循环喷头11布置距离罐体1底部60-150厘米，排泥管39连接与罐体1外的进水管38上并设置排泥阀37。

一级反应区3设置于布水混合区2上，占罐体1高度的1/6-2/6，设有一级三相分离器9，一级三相分离器9为30°-65°的锥形，锥顶有第一气提上升管16连接内气水分离器7底部并伸至内气水分离器7的中部，内气水分离器7为圆柱体结构，顶部为平顶或锥体结构，内气水分离器7底部有二级外循环进水管22与设置于罐体1外的外循环泵6连接，内气水分离器7顶部的第一气提上升管16从顶气水分离器8的中部筒壁切向连接进入。

二级反应区4设置于罐体1中上部，占罐体1高度的1/6-2/6，二级反应区4设有二级三相分离器10，二级三相分离器10为30°-65°锥形，锥顶有溢流口40、气水分离挡板41，溢流口40顶部低于出水堰43顶，气水分离挡板41顶部敞口，高于挡渣板42且下部与二级三相分离器10的锥体密封连接，气水分离挡板41均布设有≥3组的二级内循环喷头14，喷头顺时针水平向下45°，气水分离挡板41下部有二级外循环出水管20与外循环泵6连接。

沉淀出水区5位于罐体1顶部至三级三相分离器，占罐体1高度的1/8-1/6，沉淀出水区5设有挡渣板42、出水堰43、U型出水管44，沿罐体1内壁设有出水堰43，出水堰43包括沿罐体1四周均布的圆形与顶面的井字型或米字型布置，挡渣板42插入液面30-70厘米，U型出水管44内接出水堰43底部，外设排空口45并与排水管46连接。

顶气水分离器8设置于罐体1顶部，为圆柱体状，底部设有回流管17连接内旋混区23与中旋混区24的一级内循环喷头11，中部设有收气管18与罐体1顶部连接，顶部设有沼气管47与管道射流器28连接。

外循环泵6设置于罐体1外，进口分别通过一级外循环出水阀32、二级外循环出水阀33与一级外循环出水管19、二级外循环出水管20连接，出口一组与外循环进水阀31连接，一组与管道射流器进水阀29连接，经管道射流器28与管道射流器出水阀30后再分别通过一级外循环进水阀34、二级外循环进水阀35与一级外循环喷头12、二级外循环喷头13连接，管道射流器28进气口与顶气水分离器8的沼气管47连接。

内导流板和中导流板交错布置；意味着，内导流板的圆弧中点与圆心的连线同中导流板的圆弧中点与圆心的连线不重合；最优的内导流板的圆弧中点与圆心的连线同中导流板31的圆弧中点与圆心的连线间隔均匀。

多级自循环厌氧消化反应器的进料TS浓度为12%-25%，PH范围5.0-9.0，发酵温度控制10-32℃，容积产沼气率1.5-3.0m³/(m³.d)，水力停留时间1-6天，进料方式为连续式或序批式。

一级内循环管99、一级外循环进水管21、进水管38都设置在布水混合区2，而且一级内循环管99、一级外循环进水管21和进水管38三者以罐体轴线为中心，均匀辐射状分布。

所述罐体1上端有盖子，使得罐体成为密闭罐。

所述锥形挡流环为向罐体中心倾斜的面，锥形挡流环上方的固体下落至锥形挡流环上面时，由于重力而向罐体中心滑落。锥形挡流环从竖直方向在环形通道上的投影与环形通道重合，环形通道的内径大于上述锥形挡流环的投影的内径，因此锥形挡流环将环形通道遮挡，锥形挡流环下方的固体竖直向上运动时无法通过环形通道；使得环形通道仅能由液体和气体通过。例如，二级反应区中的固体先竖直下落至一级三相分离器上面，沿一级三相分离器的锥面向罐壁方向滑落至环形通道，再落到锥形挡流环上，沿锥形挡流环向罐体中心滑落。

Claims (8)

1.一种多级自循环厌氧消化反应器，其特征在于，该反应器包括反应器包括罐体（1）、外循环泵（6）、管道射流器（28）、内气水分离器（7）、顶气水分离器（8）、一级三相分离器（9）、二级三相分离器（10）、内导流板（26）、中导流板（27）、气水分离挡板（41）、挡渣板（42）、溢流口（40）、出水堰（43）、控制系统（48）；一级内循环喷头（11）、一级外循环喷头（12）、二级外循环喷头（13）、二级内循环喷头（14）、进水喷头（15）、第一气提上升管（16）、第二气提上升管（97）、回流管（17）、收气管（18）、一级外循环出水管（19）、二级外循环出水管（20）、一级外循环进水管（21）、二级外循环进水管（22）、进水管（38）、U型出水管（44）、排空口（45）、排水管（46）、沼气管（47）、一级内循环管（99）、二级内循环管（98）、管道射流器进水阀（29）、管道射流器出水阀（30）、外循环进水阀（31）、一级外循环出水阀（32）、二级外循环出水阀（33）、一级外循环进水阀（34）、二级外循环进水阀（35）和进水阀（36）；

一级三相分离器（9）和二级三相分离器（10）都固定安装在罐体（1）中，一级三相分离器（9）和二级三相分离器（10）都是大径端在下小径端在上锥形；二级三相分离器（10）位于一级三相分离器（9）的上方，一级三相分离器（9）的下方为一级反应区（3），一级反应区（3）下方至罐底的空间为布水混合区（2），一级三相分离器（9）和二级三相分离器（10）之间为二级反应区（4），二级三相分离器（10）与罐体（1）顶部之间的空间为沉淀出水区（5）；

顶气水分离器（8）安装在罐体（1）顶面，回流管（17）一端连接在顶气水分离器（8）底部，回流管（17）另一端连接在一级内循环管（99）上，一级内循环管（99）上设有多个一级内循环喷头（11），收气管（18）一端连接在罐体（1）顶面，收气管（18）另一端连接在顶气水分离器（8）上，沼气管（47）一端连接在顶气水分离器（8）顶面，沼气管（47）另一端通过三通管一路与管道射流器（28）连接，另一路为排沼气口；

内气水分离器（7）安装在二级反应区（4），第一气提上升管（16）一端连接在一级三相分离器（9）的顶部，第一气提上升管（16）另一端连接内气水分离器（7）底部并伸至内气水分离器（7）的中部；第二气提上升管（97）一端连接在内气水分离器（7）顶部，第二气提上升管（97）另一端通过水平管连进顶气水分离器（8）的中部；一级外循环出水管（19）一端连接在内气水分离器（7）上，一级外循环出水管（19）另一端经过一级外循环出水阀（32）与外循环泵（6）的进口连接，外循环泵（6）的出口通过三通管一路经过外循环进水阀（31）与二级外循环进水管（22）连接，另一路经过管道射流器进水阀（29）与管道射流器（28）的进口连接，管道射流器（28）的出口经过管道射流器出水阀（30）与二级外循环进水管（22）和一级外循环进水管（21）同时连接，二级外循环进水管（22）上设有二级外循环进水阀（35）和二级外循环喷头（13），一级外循环进水管（21）上设有一级外循环进水阀（34）和一级外循环喷头（12）；

二级三相分离器（10）顶部设有溢流口（40）与沉淀出水区（5）连通，溢流口（40）周围设有环形的气水分离挡板（41），二级外循环出水管（20）一端连接在气水分离挡板（41）上，二级外循环出水管（20）另一端连接至外循环泵（6）进口，二级内循环管（98）一端连接在气水分离挡板（41）上，二级内循环管（98）另一端连接至位于沉淀出水区（5）中的二级内循环喷头（14）；

进水管（38）一端设置在沉淀出水区（5），进水管（38）另一端通过三通管一路经过进水阀（36）作为进水口，另一路经过排泥阀（37）连接排泥管（39），

布水混合区（2）设有内导流板（26）和中导流板（27），内导流板（26）和中导流板（27）将布水混合区（2）从罐体（1）中心向外依次分割为内旋混区（23）、中旋混区（24）和外旋混区（25）；

罐顶同心固定有环形的挡渣板（42），挡渣板（42）与罐体（1）之间的环形空间中设有环形的出水堰（43），U型出水管（44）一端连接在出水堰（43），U型出水管（44）另一端与三通管连接，三通管的水平出口为排水管（46），三通管的竖直出口为排空口（45）。

2.如权利要求1所述的多级自循环厌氧消化反应器，其特征在于，还包括第一锥形挡流环（96）和第二锥形挡流环（95）；所述一级三相分离器（9）为大径端在下小径端在上的锥形，一级三相分离器（9）大径端与管壁之间为第一环形通道；所述二级三相分离器（10）为大径端在下小径端在上的锥形，二级三相分离器（10）大径端与管壁之间为第二环形通道；第一锥形挡流环（96）设置在第一环形通道下方，第一锥形挡流环（96）大径端在上小径端在下，第一锥形挡流环（96）大径端固定在管壁上；第二锥形挡流环（95）设置在第二环形通道下方，第二锥形挡流环（95）大径端在上小径端在下，第二锥形挡流环（95）大径端固定在管壁上。

3.如权利要求1所述的多级自循环厌氧消化反应器，其特征在于，还包括控制系统（48），控制系统（48）与外循环泵（6）、管道射流器进水阀（29）、管道射流器出水阀（30）、外循环进水阀（31）、一级外循环出水阀（32）、二级外循环出水阀（33）、一级外循环进水阀（34）、二级外循环进水阀（35）、进水阀（36）和排泥阀（37）连接以实现自动控制。

4.如权利要求1~3任意一项所述的多级自循环厌氧消化反应器，其特征在于，所述内导流板（26）和中导流板（27）的数量均≥2片，每片所述内导流板（26）和中导流板（27）的弧长均≤1/4圆周，各个内导流板（26）均匀分布在圆周上，各个中导流板（27）也均匀分布在圆周上，内导流板（26）和中导流板（27）交错布置。

5.如权利要求1~3任意一项所述的多级自循环厌氧消化反应器，其特征在于，第一气提上升管（16）在内气水分离器（7）中部的一端管口位置高于一级外循环出水管（19）与内气水分离器（7）连接一端的管口。

6.如权利要求1~3任意一项所述的多级自循环厌氧消化反应器，其特征在于，所述一级内循环喷头（11）的射流方向、一级外循环喷头（12）的射流方向、二级外循环喷头（13）的射流方向、二级内循环喷头（14）的射流方向、进水喷头（15）的射流方向均相同且均沿罐体（1）横截面的割线方向；所述第二气提上升管（97）上端的水平管管口射流方向沿气水分离器（8）横截面的割线方向。

7.如权利要求1~3任意一项所述的多级自循环厌氧消化反应器，其特征在于，内导流板直接固定在罐底，中导流板通过支撑脚固定在罐底。

8.如权利要求1~3任意一项所述的多级自循环厌氧消化反应器的工作方法，其特征在于，

运行时，原渣水由进水阀（36）的启闭控制，通过进水管（38）连接的进水喷头（15）进入布水混合区（2），进水为连续进水或者脉冲式进水，反应器在进水与间歇时，均能结合工况与水质特点，采用多级内部自循环厌氧消化运行模式、外部动力辅助多级自循环厌氧消化运行模式或外部动力辅助增强多级自循环厌氧消化运行模式的任一种或两种或三种的交替运行模式；

反应器按多级内部自循环厌氧消化运行模式工作时，进水阀（36）打开，原渣水通过进水管（38）从进水喷头（15）射出进入布水混合区（2）形成旋转混合，在一级反应区（3）进行消化产生沼气，混合液由于密度差形成气提作用被一级三相分离器（9）收集，经第一气提上升管（16）进入内气水分离器（7），再经过第二气提上升管（97）进入顶气水分离器（8），固、液混合物因压差再从回流管（17）经一级内循环喷头（11）喷射出，再次与布水混合区（2）新进渣水混合消化反应产生沼气，再次被气提形成布水混合区（2）与一级反应区（3），无限次周而复始的自循环厌氧消化工作；与进水量等量的被处理水经过一级三相分离器（9）和第一环形通道上升进入二级反应区（4）进行消化反应产生沼气，气、液、固混合物经二级三相分离器（10）收集上升通过溢流口（40）排出，再从气水分离挡板（41）底部的二级内循环喷头（13）射出进入沉淀出水区（5）并形成涡流旋转下沉，固、液混合物再从二级三相分离器（10）与第二环形通道回流进入二级反应区（4）混合消化产生沼气，再次形成二级反应区（4）与一级反应区（3）、沉淀出水区（5），无限次周而复始的自循环厌氧消化工作；与进水量等量的被处理水经挡渣板（42）导流后进入出水堰（43），从U型出水管（44）排出罐体（1），经排水管（46）进入下一处理系统；二级反应区（4）产生的沼气经收气管（18）进入顶气水分离器（8），沼气经沼气管（47）外排进入下一系统利用；

反应器按外部动力辅助多级自循环厌氧消化运行模式工作时，在反应器的多级内部自循环厌氧消化运行模式正常工作的基础上增加以下工序：外循环泵（6）启动，外循环进水阀（31）开启，一级外循环出水阀（32）与二级外循环出水阀（33）、一级外循环进水阀（34）与二级外循环进水阀（35）根据控制系统设计的控制参数同时开启或单一开启或间歇开启，通过增强反应器的外循环，加大反应器的混合传质实现反应器的一级反应区（3）外部动力辅助自循环或一级反应区（3）与二级反应区（4）外部动力辅助自循环或二级反应区（4）外部动力辅助自循环多种组合的外部动力辅助多级自循环厌氧消化运行模式工作，外循环泵（6）启动可间歇或连续式工作；

反应器按外部动力辅助增强多级自循环厌氧消化运行模式工作时，在反应器的多级内部自循环厌氧消化运行模式正常工作的基础上增加以下工序：外循环泵（6）启动，管道射流器进水阀（29）与管道射流器出水阀（30）开启，一级外循环出水阀（32）与二级外循环出水阀（33）、一级外循环进水阀（34）与二级外循环进水阀（35）根据控制系统设计的控制参数同时开启或单一开启或间歇开启，顶气水分离器（8）的沼气被管道射流器（28）吸入，并从一级外循环喷头（12）或二级外循环喷头（13）喷射而出，增大一级反应区（3）与二级反应区（4）的混合液密度差，增强气提量，强化了反应器的混合、传质，可实现反应器的一级反应区（3）外部动力辅助增强自循环或一级反应区（3）与二级反应区（4）外部动力辅助增强自循环或二级反应区（4）外部动力辅助增强自循环多种组合的外部动力辅助增强多级自循环厌氧消化运行模式工作，外循环泵（6）启动可间歇或连续式工作。