CN109516554B - 一种与三相分离器相耦合的厌氧折流板反应器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种与三相分离器相耦合的厌氧折流板反应器，包括内部设有厌氧反应单元的反应器本体，厌氧反应单元由一个或通过隔板隔开的沿进水到出水方向排列的多个隔室组成，隔板中部设有出水口，每个隔室的顶部均设有集气口，内部沿进水方向依次设有折流板和三相分离器，折流板垂直于反应器本体底部，与反应器本体底部之间留有空隙形成进水通道；三相分离器包括挡板、导气管和阻流板；挡板一端固定在隔板出水口下方或反应器本体侧壁出水口下方，向下倾斜，档板的两侧均与反应器本体的内壁固定，导气管穿过挡板，两端开口，阻流板位于导气管上方，垂直于反应器本体底部。本发明减少了生物量流失，增加了处理效率，降低了成本。
Description
技术领域
本发明涉及废水处理领域，具体涉及一种与三相分离器相耦合的厌氧折流板反应器。
背景技术
随着工业的发展，高浓度有机废水的排放量逐渐增加，因其有机物浓度高、成分复杂、含有大量难降解的污染物，对环境构成了很大的威胁。在处理高浓度有机废水的众多工艺技术中，厌氧生物处理技术因其负荷高、能耗低、可实现能源回收等优点成为了首选。
在众多厌氧生物处理反应器中，厌氧折流板反应器因其具备诸多优点而受到青睐。厌氧折流板反应器是一种分区明显的厌氧反应器，它可以在两相系统中为产甲烷菌与产酸菌提供最佳的环境条件。
厌氧折流板反应器(ABR)在处理含硫酸盐有机废水时，进水中的硫酸盐首先在厌氧折流板反应器的第一隔室中被转化为硫化物或单质硫，这使得硫化氢主要集中在第一隔室所产生的沼气中，进而避免了其对后续隔室中产甲烷菌的抑制作用。此外，厌氧折流板反应器拥有较长的固体停留时间，对于温度与pH等环境因素的波动有较强的适应性。
但是传统厌氧折流板反应器同时也存在着一些问题，如微生物生长速率慢、对微生物的截留效果差等。针对以上问题目前也已存在一些应对的方法与策略，如设置填料或增加隔室数量等。但是填料的设置会减小有效容积，增加成本，并且容易造成反应器内部的堵塞，增加隔室数量的成效不尽如人意。
公告号为CN 105254006 B的专利说明书公开了一种一体化半亚硝化厌氧氨氧化装置及其工作方法，该方法应用复合式厌氧折流板反应器，在第一格室进行半亚硝化反应，此格室设有曝气控制系统、溶解氧和pH在线检测仪用于控制反应条件，不仅能去除大部分COD还能够吸收磷；再将第二格室混合液通过蠕动泵回流入第一格室，使得厌氧环境下聚磷菌释放的磷能被吸收，第二格室采用氮气吹脱氧气，顶部的三相分离器将气液固分离后，混合气体再通过碳分子筛截留氧气，形成氮气循环，为第三格室提供厌氧环境。最后通过第三格室的厌氧氨氧化反应将进水中氨态氮和亚硝态氮同时去除。
公告号为CN 100506721 C的专利说明书公开了一种提高折流式厌氧生物反应器三相分离效率的装置，采取如下措施：(1)参考UASB反应器的三相分离器的设计原则，在ABR反应器内各个隔室上流区的上部位置设置一个带转角的上折流板，将反应区分割成消化区、预排气区和污泥沉淀区；与此同时，在污泥过渡区和顶部斜板之间设置气体反射锥；(2)通过改变上折流板的长度、高度和角度参数，以及在污泥沉淀区内添加填料的措施，对ABR反应器进行性能优化与反应条件优化。该装置可以显著改善厌氧污泥的沉淀和回流效率，减少厌氧污泥由于水力和产气引起的流失，有效预防反应器酸化。
发明内容
针对本领域存在的不足之处，本发明提供了一种与三相分离器相耦合的厌氧折流板反应器，解决了传统厌氧折流板反应器存在的微生物生长速率慢、对微生物的截留效果差等问题，在减少生物量流失、增加处理效率的同时，最大程度的降低了成本。
一种与三相分离器相耦合的厌氧折流板反应器，包括内部设有厌氧反应单元的反应器本体，所述的厌氧反应单元由一个或通过隔板隔开的沿进水到出水方向排列的多个隔室组成，隔板中部设有出水口，每个隔室的顶部均设有集气口，内部沿进水方向依次设有折流板和三相分离器，所述的折流板垂直于反应器本体底部，与反应器本体底部之间留有空隙形成进水通道；所述的三相分离器包括挡板、导气管和阻流板；所述的挡板一端固定在隔板出水口下方或反应器本体侧壁出水口下方，向下倾斜，档板的两侧均与反应器本体的内壁固定，所述的导气管穿过挡板，两端开口，所述的阻流板位于导气管上方，垂直于反应器本体底部。
三相分离器指所述的挡板、导气管和阻流板组成的结构，可以防止污泥随液体的流动而流失，并且减少沼气所夹带的污泥量，在减少生物量流失的同时增加了反应器的处理效率。
三相分离器中挡板的设置可以有效地截留因沼气产生所夹带的厌氧污泥，有效地减少了生物量的流失。
被挡板阻挡而无法逃逸的气体可沿导气管流通至折流板和阻流板之间的区域，从而顺利逃逸。这一过程使得折流板和阻流板之间的区域为气区，三相分离器和出水口之间的区域为无气区，实现了对气体的有效分离。
反应器内部多隔室的设计为厌氧生物处理不同阶段的功能微生物分别提供了适宜的环境。在厌氧条件下，反应器内部的厌氧微生物可对高浓度有机废水进行厌氧分解以实现有机污染物的削减，厌氧分解的气体产物，如沼气，则通过三相分离器的分离在反应器顶部被收集。
反应器本体可使用PVC板或钢板制作。
优选地，所述的厌氧反应单元的多个隔室大小等分。各隔室体积与构型设置相同，可使液体在流经各隔室的过程中保持相对平稳的流态，利于反应器的稳定运行。
与三相分离器相耦合的厌氧折流板反应器的进水到出水的方向与反应器本体的长度方向一致。
隔室、折流板、挡板、导气管、阻流板的长、宽、高的方向与反应器本体的长、宽、高的方向一致。
出水口在竖直方向上的尺寸大小定义为出水口的纵向长度。
折流板、阻流板在竖直方向的长度定义为折流板、阻流板的高度。
所述的阻流板与挡板上端之间的水平距离与所在隔室的长度之比为0.2～0.4:1，折流板与阻流板之间的距离与所在隔室的长度之比为0.5～0.7:1。该比例下，折流板与阻流板之间的距离大于阻流板与挡板上端之间的水平距离，这有利于缓解三相分离器中导气管的导气压力，避免气体过度积累现象的发生。
所述的出水口的下沿与反应器本体底部之间的距离和反应器本体的高度之比为0.55～0.58:1，出水口的纵向长度与反应器本体的高度之比为0.07～0.1:1。该比例的设置保证了出水口低于预设水面，这使得各隔室相对密闭，利于沼气的分质利用。
所述的折流板的高度与反应器本体的高度之比为0.65～0.85:1，折流板的下端与反应器本体底部之间的距离和反应器本体的高度之比为0.05～0.15:1，折流板的上端与反应器本体顶部之间的距离和反应器本体的高度之比为0.1～0.2:1。该比例的设置利于折流区流态的控制，折流板上端高于预设水面，增加了反应器在较大流量下的折流性能，使反应器处理能力留有富余。
挡板沿竖直方向的倾斜角度为30～60°，挡板的下端与反应器本体底部之间的距离和反应器本体的高度之比为0.4～0.5:1，挡板的长度与反应器本体的高度之比为0.05～0.15:1。该角度与比例的设置有利于对水、气、固三相混合物的拦截，并使得挡板下方区域拥有一定的储气能力。
所述的导气管的长度与反应器本体的高度之比为0.1～0.2:1，导气管的内径与导气管的长度之比为0.12～0.15:1。该导气管长度的设置保证了被挡板阻挡而无法逃逸的气体能够被顺利地排放到折流板和阻流板之间的区域避免了气、液、固的二次混合。该导气管内径比例的设置优化了导气能力，避免了导气管的堵塞问题。
所述的阻流板的高度与反应器本体的高度之比为0.1～0.2:1，阻流板的上端与反应器本体顶部之间的距离和反应器本体的高度之比为0.2～0.3:1，阻流板的下端与反应器本体底部之间的距离和反应器本体的高度之比为0.5～0.7:1。该比例的设置使得阻流板充分的拦截了未经三相分离器分离，而直接流向出水口的混合液，有效的减少了生物量的流失。
优选地，所述的每个隔室的集气口分别接有集气管，每根集气管的另一端分别连接独立的集气装置，便于不同隔室厌氧反应产生的气体的分类收集，集气装置用于回收不同隔室厌氧反应所产生的不同纯度的沼气。
所述的反应器本体接有进水管和出水管，出水管的另一端连接有储水装置，便于废水的流入和流出，以及处理后的废水的收集。
本发明与现有技术相比，主要优点包括：
(1)折流板的设置与多隔室的设计，有效延长了污水在反应器内部的停留时间，提高了处理效率。
(2)三相分离器的设置，可以防止污泥随液体的流动而流失，并且减少沼气所夹带的污泥量，在减少生物量流失的同时增加了反应器的处理效率。
(3)多个隔室各自进行厌氧反应，为所处不同厌氧发酵阶段的功能微生物分别提供了适宜的环境，优化厌氧处理的水解酸化与产甲烷阶段。针对含硫废水，可将硫化氢的产生控制在第一个隔室，利于高纯度沼气的回收，并且优化了反应器的耐冲击能力。
(4)各隔室单独收集纯度不一的沼气，有利于分质利用。
(5)通过简单巧妙的设计与优化，在减少生物量流失、增加处理效率的同时，最大程度的降低了成本。
附图说明
图1为实施例1的与三相分离器相耦合的厌氧折流板反应器的结构示意图；
图2为实施例1的与三相分离器相耦合的厌氧折流板反应器的三相分离器A的放大图；
图中：1-反应器本体；2-布水单元；21-进水管；3-厌氧反应单元；31-第一个隔室；32-折流区；33-折流板；34-厌氧反应区；35-三相分离区；36-挡板；37-导气管；38-出水口；39-阻流板；4-出水单元；41-出水管；42-储水装置；5-集气单元；51-集气管；52-集气装置；A-三相分离器。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，本发明的实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下列实施例中未注明具体条件的方法，通常按照常规条件，或按照制造厂商所建议的条件。
实施例1
如图1所示的与三相分离器相耦合的厌氧折流板反应器，包括由PVC板制作的反应器本体1，反应器本体1沿进水到出水的方向依次设有布水单元2、厌氧反应单元3和出水单元4。
反应器本体1呈长方体，长、宽、高之比为4:1:3，设有进水口。
布水单元2设有进水管21，进水管21穿过反应器本体1的进水口通过90°弯头延伸至反应器本体1下部，并且进水管21的出水端开口向下，与反应器本体1底部垂直。
厌氧反应单元3由沿进水到出水的方向上依次排列的四个相同结构和大小的隔室组成，隔室之间通过隔板隔开，隔板上设有出水口38。出水口38的下沿与反应器本体1底部之间的距离和反应器本体1的高度之比为0.58:1，出水口38的纵向长度与反应器本体1的高度之比为0.07:1。
每一隔室的顶部均设有集气单元5，集气单元5包括集气管51和集气装置52，集气装置52和隔室通过集气管51连接。集气装置52为集气罐。
每一隔室的内部沿进水到出水的方向上依次设有折流板33和三相分离器A。
折流板33垂直于反应器本体1底部，折流板33的高度与反应器本体1的高度之比为0.75:1，折流板33的下端与反应器本体1底部之间的距离和反应器本体1的高度之比为0.1:1，折流板33的上端与反应器本体顶部之间的距离和反应器本体的高度之比为0.15:1。
以第一个隔室31的三相分离器A为例，如图2所示，三相分离器A包括挡板36、导气管37和阻流板39。
挡板36向下倾斜，与竖直方向的角度为45°，上端固定在隔板出水口38下方。挡板36的两侧固定在反应器本体1的内壁上。挡板36与反应器本体1内壁、隔板的连接处完全密封，使得挡板36、反应器本体1内壁和隔板之间形成死角，可以积累厌氧反应产生的气体。
挡板36的下端与反应器本体1底部之间的距离和反应器本体1的高度之比为0.45:1，挡板36的长度与反应器本体1的高度之比为0.1:1。
导气管37从挡板36的中间位置穿过，与反应器本体1底部平行，导气管37的长度与反应器本体1的高度之比为0.15:1，导气管37的内径与导气管37的长度之比为0.12:1。
阻流板39位于导气管37中间处的正上方，垂直于反应器本体1底部。阻流板39的高度与反应器本体1的高度之比为0.17:1，阻流板39的上端与反应器本体1顶部之间的距离和反应器本体1的高度之比为0.25:1，阻流板39的下端与反应器本体1底部之间的距离和反应器本体1的高度之比为0.58:1。
阻流板39与挡板36的上端之间的水平距离与第一个隔室31的长度之比为0.3:1，折流板33与阻流板39之间的距离与第一个隔室31的长度之比为0.6:1。
以第一个隔室31为例，第一个隔室31被折流板33和三相分离器A划分为折流区32、厌氧反应区34和三相分离区35。废水通过进水管21进入第一个隔室31后先到达折流区32，折流区32为折流板33和反应器本体1的进水口之间的区域，由于折流板33的存在而形成。折流区32的废水通过折流板33下方的进水通道后进入厌氧反应区34，厌氧反应区34位于三相分离器A下方。废水在厌氧反应区34反应后进入三相分离区35，三相分离区35位于厌氧反应区34上方，包括三相反应器A。
厌氧反应产生的气体被挡板36阻挡而积累，并沿导气管37流通至折流板33和阻流板39之间的区域，从而顺利逃逸。这使得折流板33和阻流板39之间的区域为气区，三相分离器A和出水口38之间的区域为无气区，实现了对气体的有效分离。
出水单元4包括出水管41和储水装置42，储水装置42与反应器本体1通过出水管41连接。储水装置42为储液罐。
上述与三相分离器相耦合的厌氧折流板反应器的工作流程包括：含高浓度有机组分的废水经进水管21引入反应器本体1内，经过第一个隔室31的折流区32后与厌氧反应区34进行充分地泥水混合，经厌氧反应后在三相分离区35实现废水、污泥以及反应产生的沼气等气体的三相分离，气体通过集气管51被集气装置52收集，污泥仍留在第一个隔室31中，废水经出水口38进入后续隔室。有机废水如此依次流经四个隔室，经过厌氧反应处理后通过出水管41进入储水装置42，收集处理后的废水。
由于该反应器本体1分为4个隔室，会使得入水依次流经各隔室的过程中每个隔室中有机物组分与浓度存在差异，因此每个隔室可以根据进入有机物的不同而培养出与之相适应的微生物群落，从而导致厌氧发酵阶段的产酸相和产甲烷相在进水到出水的方向上得到了分离，进而提升了反应器的效率。
该反应器本体1在每一隔室分别设有集气单元5，这使得每个隔室产生的沼气可单独排放，从而避免了厌氧过程不同阶段产生的气体相互混合，尤其是酸化过程中产生的H2可在靠前的隔室中先行排放，利于后续产甲烷阶段中丙酸、丁酸等中间代谢产物在较低的H2分压下进行转化，有利于后续隔室中高纯度沼气的回收，从而实现了对沼气的分质利用。
在处理含硫酸盐的有机废水时，进水中的硫酸盐首先在第一个隔室31中被转化为硫化氢，使硫化氢主要集中在第一个隔室31所产生的沼气中，进而避免了硫化氢对后续隔室中产甲烷菌的抑制作用，利于后续隔室中高纯度沼气的回收。
此外应理解，在阅读了本发明的上述描述内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
Claims (2)
1.一种与三相分离器相耦合的厌氧折流板反应器，包括内部设有厌氧反应单元的反应器本体，其特征在于，所述的厌氧反应单元由通过隔板隔开的沿进水到出水方向排列的多个隔室组成，隔板中部设有出水口，出水口低于预设水面，使得各隔室相对密闭，每个隔室的顶部均设有集气口，每个隔室的集气口分别接有集气管，每根集气管的另一端分别连接独立的集气装置，内部沿进水方向依次设有折流板和三相分离器，所述的折流板垂直于反应器本体底部，与反应器本体底部之间留有空隙形成进水通道；所述的三相分离器包括挡板、导气管和阻流板；所述的挡板一端固定在隔板出水口下方或反应器本体侧壁出水口下方，向下倾斜，挡板的两侧均与反应器本体的内壁固定，所述的导气管穿过挡板，两端开口，所述的阻流板位于导气管上方，垂直于反应器本体底部；
所述的阻流板与挡板上端之间的水平距离与所在隔室的长度之比为0.2~0.4:1；
所述的折流板与阻流板之间的距离与所在隔室的长度之比为0.5~0.7:1；
所述的隔板出水口的下沿与反应器本体底部之间的距离和反应器本体的高度之比为0.55~0.58:1，隔板出水口的纵向长度与反应器本体的高度之比为0.07~0.1:1；
所述的折流板的高度与反应器本体的高度之比为0.65~0.85:1，折流板的下端与反应器本体底部之间的距离和反应器本体的高度之比为0.05~0.15:1，折流板的上端与反应器本体顶部之间的距离和反应器本体的高度之比为0.1~0.2:1；
所述的挡板沿竖直方向的倾斜角度为30~60°，挡板的下端与反应器本体底部之间的距离和反应器本体的高度之比为0.4~0.5:1，挡板的长度与反应器本体的高度之比为0.05~0.15:1；
所述的导气管的长度与反应器本体的高度之比为0.1~0.2:1，导气管的内径与导气管的长度之比为0.12~0.15:1；
所述的阻流板的高度与反应器本体的高度之比为0.1~0.2:1，阻流板的上端与反应器本体顶部之间的距离和反应器本体的高度之比为0.2~0.3:1，阻流板的下端与反应器本体底部之间的距离和反应器本体的高度之比为0.5~0.7:1。
2.根据权利要求1所述的与三相分离器相耦合的厌氧折流板反应器，其特征在于，所述的厌氧反应单元的多个隔室大小等分。
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