CN109160604A - 一种复合式三相分离器 - Google Patents

Abstract

本发明属于污水生化处理设备技术领域，具体涉及一种复合式三相分离器，基于浅池理论，采用斜板叠加的结构，气水泥混合体进入斜板，比重较小的气泡和浮渣上升碰撞到斜板的底面，并受到沿斜板升流的气层作用，易于浮渣脱气，脱气污泥在层流状态下，沉淀到斜板上表面，并沿斜板返回到反应区，基本脱除污泥的气水二重流离开斜板分离区，气泡急速升腾到集气室，并且受到斜板阻碍，集气室受气泡升腾力不均衡，对集气室内浮渣形成进一步的消泡作用，减少跑泥跑渣，进一步脱气的污泥，回流到斜板分离区并返回反应区，真正进入沉淀区的污泥量微乎其微，污泥回流与水力上升的矛盾小，污泥分离不完全依赖沉淀区，跑泥问题得以解决。

Description

一种复合式三相分离器

技术领域：

本发明属于污水生化处理设备技术领域，具体涉及一种复合式三相分离器，利用浅池理论，在斜板中提高沉淀断面积和分离性能，并在常规的三相分离室中实现水气的高效分离和对浮渣的消减，克服现有技术中三相分离器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的泥水分离问题，适用于包括IC、EGSB和UASB的污水厌氧生物处理反应器。

背景技术：

三相分离器多用于厌氧生物处理中的上流式厌氧污泥床反应器UASB和IC反应器中，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，消化液从澄清区出水，污泥颗粒自动滑落沉降至反应器底部的污泥床。三相分离器的功能是收集从分离器下的反应室产生的沼气，同时使得在分离器之上的悬浮物沉淀下来。一般认为三相分离器的设计要点包括六方面：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％，二是反应器高度为5～7m时，集气室的高度在1.5～2m，三是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分保证能从集气室引出沼气，特别是在有泡沫的情况下。此外，对于低浓度污水处理，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这一过水断面上尽可能的低是十分重要的。

为了充分实现三相分离，构建了多种多样的三相分离器：中国专利201621462722.X公开的一种针对高浓化工废水的高效厌氧反应器包括反应器本体，所述反应器顶部连有沼气管，所述沼气管连有沼气水封罐，所述反应器本体上部设有集水槽，所述集水槽下部依次交叉设有上反射板、中反射板和下反射板，所述下反射板下部设有支撑槽钢，所述反应器本体下部一侧设有观察窗口，所述反应器本体底部设有水布器，所述反应器本体下部设有搅拌器，所述搅拌器连接小型沼气电机组，所述小型沼气电机组连接沼气水封罐；中国专利201710432251.0公开的一种厌氧反应器包括筒体、反应器盖、水浴夹层、固定填料床和平板膜，一对水浴夹层对称布置于筒体内壁两侧，平板膜竖直布置于筒体中的所述一对水浴夹层之间，平面膜的两侧均设有与其平行的挡板，平板膜两侧的挡板分别与平板膜形成空间，出水导管与膜出水嘴相连，出水导管上设置液体泵，散气管设置在筒体的底部，反应器盖和散气管之间设有曝气回路，曝气回路上设有气泵，在筒体内部、平板膜的上方，设置固定填料床；中国专利201720078713.9公开的一种沼气循环厌氧反应器包括壳体、沼气循环搅拌装置、分离模块、沼气管、沼气压缩机，所述壳体内底部设有旋流布水器，进水管与旋流布水器连通，所述旋流布水器由转接头和L形喷嘴构成，进水管与转接头连通，转接头四周均匀连接若干个L形喷嘴，所有L形喷嘴的喷口沿同一圆周的切线方向；中国专利201710457798.6公开的一种IC厌氧反应器包括罐体，混合区，第一厌氧区、下三相分离器、第二厌氧区、上三相分离器和沉淀区，气液分离器，该气液分离器通过提升管分别与下三相分离器、上三相分离器相连接，所述混合区包括锥形罐底、设在锥形罐底上侧的进水管、设在进水管上端的回流管，所述回流管的下端设有锥形管口、上端与气液分离器相连，所述锥形罐底的周边设有环形的沉淀槽，该环形的沉淀槽的侧壁设有多个排泥管，所述罐体的外部设有循环泵，该循环泵的两端分别通过循环管与回流管和沉淀区相连；中国专利201720274171.2公开的一种UASB厌氧反应器包括罐体和旋流气液分离器，所述罐体内部自上而下依次设置有二极三相分离器、一极三相分离器和布水器，所述布水器布设于罐体底端内部，所述布水器下端连接有污水进水管，所述污水进水管穿过罐体端口外伸，通过设置布水器将污水均匀地分配到反应器的横断面上并均匀上升，通过设置一极三相分离器和二极三相分离器有效将气体、液体和固体三类物质进行分离，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；上述专利涉及的多层三相分离器和扩大断面积三相分离器等三相分离器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，特别是在絮状污泥情况下，污泥流失严重，目前，使用斜板的三相分离器尚未见诸报道或专利文献。因此，研发设计一种复合式三相分离器，利用浅池理论，在斜板中提高沉淀断面积和分离性能，并在常规的三相分离室中实现水气的高效分离和对浮渣的消减，克服现有技术中三相分离器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的泥水分离问题，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较低浓度污水厌氧处理时气水泥分离困难和易于跑泥的缺点，寻求设计一种分离能力强的厌氧生物处理三相分离器。

为了实现上述目的，本发明涉及的复合式三相分离器的主体结构包括池体、进水管、斜板、挡板、三相分离室板、沼气管、出水渠和出水管；矩形结构的池体的内部从下至上依次为反应区、斜板分离区和三相分离室，反应区的底部中心设置有圆柱形管状结构的进水管，进水管的一端伸出池体的侧壁，斜板分离区等间距式设置有倾斜板状结构的斜板，斜板的两端分别与池体固定连接，第1块斜板的底部与池体之间的空隙为回泥隙，最后1块斜板的顶部与池体之间的空隙为气隙，三相分离室的底部等间距式设置有横截面为三角形的挡板，挡板的两端分别与池体固定连接，挡板的上部设置有倒V形结构的三相分离室板，三相分离室板与池体之间和三相分离室板之间的三角形区域为沉淀区，三相分离室板的下部区域为集气室，集气室的顶部设置有圆柱形管状结构的沼气管，三相分离室的顶部为清水区，清水区设置有矩形结构的出水渠，出水渠的一侧设置有圆柱形管状结构的出水管，出水管的一端伸出池体的侧壁。

本发明涉及的池体既是围护结构部件也是承重结构部件；反应区为污水进行反应的区域；斜板分离区为污泥分离主区，斜板分离区既能够进行沉淀，又能够进行气体分离，增加了带气污泥碰撞固体界面面积和沉淀面积，克服了常规三相分离器缝隙流速影响污泥回流的问题，减弱了所谓的三相分离器设计要点：集气室的隙缝部分的面积应该占反应器全部面积的15～20％的限制意义，流出斜板分离区的气体为大气流，在气团升流时，不易进入沉淀区；三相分离室用以分离沼气、清水和污泥颗粒；进水管作为污水进入池体的通道；斜板的设置数量根据池体的尺寸选取，斜板相互平行，斜板之间的间距根据水质的要求选取，斜板的倾斜角度为45～60°，斜板的阻挡作用能够使带气污泥和夹气污泥脱气，强化水力层流的稳定性；回泥隙为回泥隙对应的斜板上脱气后的污泥重新进入反应区的通道；气隙为气隙对应的斜板下带气污泥和夹气污泥脱出的气体进入三相分离室的通道；挡板与三相分离室板的底缝隙相适应，阻止沼气进入沉淀区；三相分离室板为沉淀区与集气室的分隔部件；沉淀区具有稳流作用；集气室为沼气集存的区域；沼气管作为沼气排出池体的通道；清水区为澄清水要求的区域；出水渠为清水集存的区域；出水管用于将出水渠集存的清水排出池体。

本发明涉及的斜板分离区能够独立完成气水泥的分离，来自反应区的气水泥混合体碰撞斜板释气并在斜板之间的稳定层流下形成气、水、泥三相流，气流上升至集气室，脱气污泥沿斜板回流到反应区，水流流经三相分离室后流出池体，斜板分离区的过水断面大，避免了常规三相分离器污泥回流与上升流体冲突的问题，斜板分离区沉淀断面积相比常规三相分离器的沉淀断面积增加了数倍，沉淀面积大，能够使脱气污泥易于回流到反应区，水力条件好，能够改善运行的稳定性，提高气水泥分离的效率；三相分离室也不再是污泥脱气的主功能区，而是已分离气团的收集场所，由于与斜板分离区水平布局正相交，气团进入三相分离室时不均衡，浮渣转换成污泥后回落到反应区，有利于除渣；斜板增加了脱气污泥沉淀面积，提高了污泥去除率，减少了跑泥，容许上升水流的高流速，避免了常规三相分离器收缩断面小造成高上升水流时的跑泥问题；沉淀区虽然能够起到二次沉淀的作用，但不再是常规三相分离器的主沉泥场所，污泥分离的主要区域为斜板分离区。

本发明涉及的复合式三相分离器使用时，污水通过进水管进入反应区形成的气水泥混合体，气水泥混合体进入斜板分离区，带气污泥和夹气污泥受到斜板的阻挡发生脱气作用，脱出的气体沿斜板的下板面浮升形成气流层并进入三相分离室，进入三相分离室的气流层由于升流气体的不均匀性，在三相分离室板的阻挡下会形成不稳定流，同时，由于斜板覆盖偏重，集气室受到冲击，对气体产生消渣效果，沼气集中在集气室中并经沼气管排出，带气污泥和夹气污泥脱出气体后的污泥在重力作用下沉淀到斜板的上表面，并沿斜板返回反应区，脱除了污泥的清水在斜板之间稳定升流到三相分离室，清水中基本无泥夹带，不受缝隙流速限制，依次进入沉淀区、清水区和出水渠并通过出水管排出，实现气水泥的三相分离。

本发明与现有技术相比，基于浅池理论，采用斜板叠加的结构，气水泥混合体进入斜板，比重较小的气泡和浮渣上升碰撞到斜板的底面，并受到沿斜板升流的气层作用，易于浮渣脱气，脱气污泥在层流状态下，沉淀到斜板上表面，并沿斜板返回到反应区，基本脱除污泥的气水二重流离开斜板分离区，气泡急速升腾到集气室，并且受到集气室阻碍，集气室受气泡升腾力不均衡，对集气室内浮渣形成进一步的消泡作用，减少跑泥跑渣，进一步脱气的污泥，回流到斜板分离区并返回反应区，真正进入沉淀区的污泥量微乎其微，污泥回流与水力上升的矛盾小，污泥分离不完全依赖沉淀区，跑泥问题得以解决；其结构简单，污泥的分离和回流是在斜板中进行，不受污泥回流缝隙为15-20％和收缩断面积的限制和影响，可分离性提高了数倍，不同于常规的三相分离器先除气体，而是通过斜板分离区先除泥，气体被释放到斜板的下表面后升腾到集气室中由沼气管排出，斜板分离的清水平稳的上升到沉淀区、清水区和出水渠后通过出水管排出，污泥从斜板回流到反应区，实现气水泥的三相分离，有效解决了缝隙流速过高影响泥水分离的问题，原理科学可靠，分离性能好，易于实施。

附图说明：

图1为本发明的主体结构的横向剖面原理示意图。

图2为本发明的主体结构的纵向剖面原理示意图。

具体实施方式：

下面通过实施例并结合附图做进一步说明。

实施例1：

本实施例涉及的复合式三相分离器的主体结构包括池体1、进水管5、斜板6、挡板9、三相分离室板10、沼气管13、出水渠15和出水管16；矩形结构的池体1的内部从下至上依次为反应区2、斜板分离区3和三相分离室4，反应区2的底部中心设置有圆柱形管状结构的进水管5，进水管5的一端伸出池体1的侧壁，斜板分离区3等间距式设置有倾斜板状结构的斜板6，斜板6的两端分别与池体1固定连接，第1块斜板6的底部与池体1之间的空隙为回泥隙7，最后1块斜板6的顶部与池体1之间的空隙为气隙8，三相分离室4的底部等间距式设置有横截面为三角形的挡板9，挡板9的两端分别与池体1固定连接，挡板9的上部设置有倒V形结构的三相分离室板10，三相分离室板10与池体1之间和三相分离室板10之间的三角形区域为沉淀区11，三相分离室板10的下部区域为集气室12，集气室12的顶部设置有圆柱形管状结构的沼气管13，三相分离室4的顶部为清水区14，清水区14设置有矩形结构的出水渠15，出水渠15的一侧设置有圆柱形管状结构的出水管16，出水管16的一端伸出池体1的侧壁。

本实施例涉及的池体1既是围护结构部件也是承重结构部件；反应区2为污水进行反应的区域；斜板分离区3为污泥分离主区，斜板分离区3既能够进行沉淀，又能够进行气体分离，增加了带气污泥碰撞固体界面面积和沉淀面积，克服了常规三相分离器缝隙流速影响污泥回流的问题，减弱了所谓的三相分离器设计要点：集气室的隙缝部分的面积应该占反应器全部面积的15～20％的限制意义，流出斜板分离区3的气体为大气流，在气团升流时，不易进入沉淀区11；三相分离室4用以分离沼气、清水和污泥颗粒；进水管5作为污水进入池体1的通道；斜板6的设置数量根据池体1的尺寸选取，斜板6相互平行，斜板6之间的间距根据水质的要求选取，斜板6的倾斜角度为45～60°，斜板6的阻挡作用能够使带气污泥和夹气污泥脱气，强化水力层流的稳定性；回泥隙7为回泥隙7对应的斜板6上脱气后的污泥重新进入反应区2的通道；气隙8为气隙8对应的斜板6下带气污泥和夹气污泥脱出的气体进入三相分离室4的通道；挡板9与三相分离室板10的底缝隙相适应，阻止沼气进入沉淀区11；三相分离室板10为沉淀区11与集气室12的分隔部件；沉淀区11具有稳流作用；集气室12为沼气集存的区域；沼气管13作为沼气排出池体1的通道；清水区14为澄清水要求的区域；出水渠15为清水集存的区域；出水管16用于将出水渠15集存的清水排出池体1。

本实施例涉及的斜板分离区3能够独立完成气水泥的分离，来自反应区2的气水泥混合体碰撞斜板6释气并在斜板6之间的稳定层流下形成气、水、泥三相流，气流上升至集气室12，脱气污泥沿斜板6回流到反应区2，水流流经三相分离室4后流出池体1，斜板分离区3的过水断面大，避免了常规三相分离器污泥回流与上升流体冲突的问题，斜板分离区3沉淀断面积相比常规三相分离器的沉淀断面积增加了数倍，沉淀面积大，能够使脱气污泥易于回流到反应区2，水力条件好，能够改善运行的稳定性，提高气水泥分离的效率；三相分离室4也不再是污泥脱气的主功能区，而是已分离气团的收集场所，由于与斜板分离区3水平布局正相交，气团进入三相分离室4时不均衡，浮渣转换成污泥后回落到反应区2，有利于除渣；斜板6增加了脱气污泥沉淀面积，提高了污泥去除率，减少了跑泥，容许上升水流的高流速，避免了常规三相分离器收缩断面小造成高上升水流时的跑泥问题；沉淀区11虽然能够起到二次沉淀的作用，但不再是常规三相分离器的主沉泥场所，污泥分离的主要区域为斜板分离区3。

本实施例涉及的复合式三相分离器使用时，污水通过进水管5进入反应区2形成的气水泥混合体，气水泥混合体进入斜板分离区3，带气污泥和夹气污泥受到斜板6的阻挡发生脱气作用，脱出的气体沿斜板6的下板面浮升形成气流层并进入三相分离室4，进入三相分离室4的气流层由于升流气体的不均匀性，在三相分离室板10的阻挡下会形成不稳定流，同时，由于斜板6覆盖偏重，集气室12受到冲击，对气体产生消渣效果，沼气集中在集气室12中并经沼气管13排出，带气污泥和夹气污泥脱出气体后的污泥在重力作用下沉淀到斜板6的上表面，并沿斜板6返回反应区2，脱除了污泥的清水在斜板6之间稳定升流到三相分离室4，清水中基本无泥夹带，不受缝隙流速限制，依次进入沉淀区11、清水区14和出水渠15并通过出水管16排出，实现气水泥的三相分离。

本实施例涉及的复合式三相分离器中每两块平行的斜板6之间形成很浅的沉淀池，进行浅层沉淀，利用层流原理，提高了沉淀池的处理能力，通过缩短颗粒沉降距离，缩短了沉淀时间，通过增加沉淀池的沉淀面积，提高了处理效率，沉淀池的过流率大,比常规沉淀池的处理能力高出7-10倍，具有去除率高、停留时间短和占地面积小的优势。

本实施例涉及的复合式三相分离器是基于浅池理论进行气水泥三相分离的，浅池理论是哈真(Hazen)于20世纪初提出的，浅池理论的原理是，设斜板沉淀池池长为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，就能够将u₀的颗粒去除，也即总容积能够减少到原来的1/3；如果池长不变，由于池深为H/3，则水平流速增加到3v，仍能将沉速为u₀的颗粒去除，也即处理能力提高了3倍；同时将沉淀池分成n层就能够把处理能力提高n倍。

Claims (4)

1.一种复合式三相分离器，其特征在于主体结构包括池体、进水管、斜板、挡板、三相分离室板、沼气管、出水渠和出水管；矩形结构的池体的内部从下至上依次为反应区、斜板分离区和三相分离室，反应区的底部中心设置有圆柱形管状结构的进水管，进水管的一端伸出池体的侧壁，斜板分离区等间距式设置有倾斜板状结构的斜板，斜板的两端分别与池体固定连接，第1块斜板的底部与池体之间的空隙为回泥隙，最后1块斜板的顶部与池体之间的空隙为气隙，三相分离室的底部等间距式设置有横截面为三角形的挡板，挡板的两端分别与池体固定连接，挡板的上部设置有倒V形结构的三相分离室板，三相分离室板与池体之间和三相分离室板之间的三角形区域为沉淀区，三相分离室板的下部区域为集气室，集气室的顶部设置有圆柱形管状结构的沼气管，三相分离室的顶部为清水区，清水区设置有矩形结构的出水渠，出水渠的一侧设置有圆柱形管状结构的出水管，出水管的一端伸出池体的侧壁。

2.根据权利要求1所述的复合式三相分离器，其特征在于池体既是围护结构部件也是承重结构部件；反应区为污水进行反应的区域；斜板分离区为污泥分离主区，斜板分离区既能够进行沉淀，又能够进行气体分离，增加了带气污泥碰撞固体界面面积和沉淀面积，克服了常规三相分离器缝隙流速影响污泥回流的问题，减弱了所谓的三相分离器设计要点：集气室的隙缝部分的面积应该占反应器全部面积的15～20％的限制意义，流出斜板分离区的气体为大气流，在气团升流时，不易进入沉淀区；三相分离室用以分离沼气、清水和污泥颗粒；进水管作为污水进入池体的通道；斜板的设置数量根据池体的尺寸选取，斜板相互平行，斜板之间的间距根据水质的要求选取，斜板的倾斜角度为45～60°，斜板的阻挡作用能够使带气污泥和夹气污泥脱气，强化水力层流的稳定性；回泥隙为回泥隙对应的斜板上脱气后的污泥重新进入反应区的通道；气隙为气隙对应的斜板下带气污泥和夹气污泥脱出的气体进入三相分离室的通道；挡板与三相分离室板的底缝隙相适应，阻止沼气进入沉淀区；三相分离室板为沉淀区与集气室的分隔部件；沉淀区具有稳流作用；集气室为沼气集存的区域；沼气管作为沼气排出池体的通道；清水区为澄清水要求的区域；出水渠为清水集存的区域；出水管用于将出水渠集存的清水排出池体。

3.根据权利要求1所述的复合式三相分离器，其特征在于斜板分离区能够独立完成气水泥的分离，来自反应区的气水泥混合体碰撞斜板释气并在斜板之间的稳定层流下形成气、水、泥三相流，气流上升至集气室，脱气污泥沿斜板回流到反应区，水流流经三相分离室后流出池体，斜板分离区的过水断面大，避免了常规三相分离器污泥回流与上升流体冲突的问题，斜板分离区沉淀断面积相比常规三相分离器的沉淀断面积增加了数倍，沉淀面积大，能够使脱气污泥易于回流到反应区，水力条件好，能够改善运行的稳定性，提高气水泥分离的效率；三相分离室也不再是污泥脱气的主功能区，而是已分离气团的收集场所，由于与斜板分离区水平布局正相交，气团进入三相分离室时不均衡，浮渣转换成污泥后回落到反应区，有利于除渣；斜板增加了脱气污泥沉淀面积，提高了污泥去除率，减少了跑泥，容许上升水流的高流速，避免了常规三相分离器收缩断面小造成高上升水流时的跑泥问题；沉淀区虽然能够起到二次沉淀的作用，但不再是常规三相分离器的主沉泥场所，污泥分离的主要区域为斜板分离区。

4.根据权利要求1所述的复合式三相分离器，其特征在于使用时，污水通过进水管进入反应区形成的气水泥混合体，气水泥混合体进入斜板分离区，带气污泥和夹气污泥受到斜板的阻挡发生脱气作用，脱出的气体沿斜板的下板面浮升形成气流层并进入三相分离室，进入三相分离室的气流层由于升流气体的不均匀性，在三相分离室板的阻挡下会形成不稳定流，同时，由于斜板覆盖偏重，集气室受到冲击，对气体产生消渣效果，沼气集中在集气室中并经沼气管排出，带气污泥和夹气污泥脱出气体后的污泥在重力作用下沉淀到斜板的上表面，并沿斜板返回反应区，脱除了污泥的清水在斜板之间稳定升流到三相分离室，清水中基本无泥夹带，不受缝隙流速限制，依次进入沉淀区、清水区和出水渠并通过出水管排出，实现气水泥的三相分离。