CN110204036A - 一种多段立式变径导流筒中心气升式环流反应器 - Google Patents
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Abstract
一种多段立式变径导流筒中心气升式环流反应器，属于高浓度工业废水处理设备领域。包括外筒、变径导流筒和倒U形管压力计，倒U形管压力计的两个开口分别与外筒的上端开口和下端开口连通，外筒内竖直设有多个变径导流筒，变径导流筒开口较小的一端向上，变径导流筒开口较大的一端下方设有微孔板，外筒底部设有污水入口。本发明的外筒、微孔板和变径导流筒的结构及组合设置能提升混合作用、增大气泡的聚并与破碎效率、增大气含率进而提高整体反应效率；同时本发明占地面积小，节约空间。
Description
技术领域
本发明涉及高浓度工业废水处理设备领域，尤其涉及一种多段立式变径导流筒中心气升式环流反应器。
背景技术
随着酿造行业的快速发展以及人类生活水平的提高，酒水、酱食醋的产销量大幅增加，在消耗大量粮食的同时必然增加酿造工业废水的排放量，因此所带来的环境问题日趋严重；在酿造工业中，酒所占比重最大，酒是以水为介质生产的，酿造过程中需用大量的清洗水和工艺水，啤酒行业作为最耗水行业，其生产的污水量占总耗水量的80％，啤酒工业废水主要包含乙醇、可溶性淀粉、蛋白质、脂肪、废酵母液、啤酒残渣等成分，啤酒工业废水是典型的高浓度、重污染有机废水，COD浓度在20000～40000mg/L，BOD浓度在9000～26000mg/L，在酿造过程中产生的废水含多种副产物和废弃物，其氮磷无机盐含量很高，而目前很多酒厂产生的废水是未经处理直接排放的，直接排入自然水体会使水体富营养化、微生物藻类大量繁殖、造成水体缺氧、加快水底沉积化合物厌氧分解过程并产生臭气，严重危害地表与地下水质，也对我国工农业造成经济损失，并且污染饮用水源严重危害我国公民的生存与发展。
酿造工业废水的生物处理分为天然生物处理和人工生物处理；人工生物处理一般分为好氧和厌氧两大类，好氧生物处理通常采用生物膜法，其是一种固定膜法，主要去除废水中溶解性的和胶体状的有机污染物，处理技术有生物滤池、生物转盘、生物接触氧化设备和生物流化床，国内啤酒厂处理啤酒废水大都采用此方法，但生物膜法也存在很多不足：1)活性生物难以人为控制，因而在运行方面灵活性较差，2)由于载体材料的比表面积小，故设备容积负荷有限，空间效率较低，3)处理出水往往含有较大的脱落的生物膜片，使得出水澄清度降低，4)需要大量的投资和占地，能耗较高。
发明内容
为解决现有酿造工业废水好氧生物工艺处理方式运行方面灵活性较差、空间效率较低、出水澄清度低以及投资、占地面积以及能耗较高的问题，本发明提供了一种多段立式变径导流筒中心气升式环流反应器。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种多段立式变径导流筒中心气升式环流反应器，包括反应系统；所述反应系统包括外筒、变径导流筒和倒U形管压力计，倒U形管压力计的两个开口分别与外筒的上端开口和下端开口连通，外筒内竖直设有多个变径导流筒，变径导流筒开口较小的一端向上，变径导流筒开口较大的一端下方设有微孔板，外筒底部设有污水入口。
进一步的，所述反应系统与进水系统连接，进水系统包括营养投加装置、阀门A、流量计A和进入泵，营养投加装置底部的营养液排放阀通过依次安装有阀门A、流量计A和进入泵的管道与外筒底部的入口连接，所述营养投加装置包括料仓、定量器、搅拌器、溶剂进口阀、给料阀、营养液排放阀、控制器和溶解槽，溶解槽上设置多个料仓，料仓的出料口处设有定量器，定量器的进料口位于料仓内，定量器的出料口设有给料阀，溶解槽顶部设有溶剂进口阀，搅拌器的搅拌叶片位于溶解槽内，搅拌叶片位于搅拌轴一端，搅拌轴另一端设有电机，电机固定在溶解槽上，定量器、搅拌器、溶剂进口阀、给料阀和营养液排放阀均与控制器相连，控制器上设有显示屏和操作面板。
进一步的，所述反应系统与进气系统连接，进气系统包括空气压缩机、阀门B和流量计B，外筒内的微孔板分别通过安装有阀门B和流量计B的管道与空气压缩机连接。
进一步的，所述反应系统与PLC控制系统连接，PLC控制系统包括液面传感器、温度传感器、DO传感器、pH传感器、PLC自动控制箱和电脑终端，外筒顶部安装有顶板，外筒底部安装有底板，液面传感器安装在顶板底面，温度传感器、DO传感器和pH传感器安装在外筒上，液面传感器、温度传感器、DO传感器、pH传感器和电脑终端均与PLC自动控制箱相连。
进一步的，所述反应系统与出水系统连接，出水系统包括净水槽、圆管式膜组件、压力表、反洗泵和污泥回流泵，外筒顶部通过安装有阀门C的管道连接圆管式膜组件的顶部，圆管式膜组件的底部通过安装有污泥回流泵和阀门D的管道与外筒的下端开口连通，圆管式膜组件侧壁设有伸入净水槽的管路A，管路A上安装有压力表和阀门E，净水槽侧面设有与管路A相连的管路B，管路B与管路A的连接点位于压力表和阀门E之间，管路B上设有反洗泵、流量计C和阀门F。
进一步的，所述变径导流筒包括直径递增并由上至下设置的竖直段A、竖直段B和竖直段C，竖直段A和竖直段B通过倾斜段A连接，竖直段B和竖直段C通过倾斜段B连接。
本发明的有益效果是：营养投加装置能够实现对营养液原料的准确定量投加，生成的营养液直接导入外筒内，提高了营养液的利用率；外筒、微孔板和变径导流筒的结构及组合设置能提升混合作用、增大气泡的聚并与破碎效率、增大气含率进而提高整体反应效率；本发明占地面积小，节约空间。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明进水系统的结构示意图；
图3为本发明进气系统的结构示意图；
图4为本发明反应系统的结构示意图；
图5为本发明PLC控制系统的结构示意图；
图6为本发明出水系统的结构示意图；
图7为本发明微孔板的结构示意图；
图8为本发明变径导流筒的结构示意图。
图中1.净水槽，2.料仓，3.定量器，4.搅拌器，5.溶剂进口阀，6.给料阀，7.营养液排放阀，8.控制器，9.溶解槽，10.阀门A，11.流量计A，12.进入泵，13.空气压缩机，14.变径导流筒，15.外筒，16.微孔板，17.倒U形管压力计，18.液面传感器，19.温度传感器，20.DO传感器，21.pH传感器，22.PLC自动控制箱，23.电脑终端，24.圆管式膜组件，25.压力表，26.反洗泵，27.污泥回流泵，28.竖直段A，29.倾斜段A，30.竖直段B，31.倾斜段B，32.竖直段C。
具体实施方式
一种多段立式变径导流筒中心气升式环流反应器，包括反应系统；所述反应系统包括外筒15、变径导流筒14和倒U形管压力计17，倒U形管压力计17的两个开口分别与外筒15的上端开口和下端开口连通，外筒15内通过支架竖直设有多个变径导流筒14，变径导流筒14开口较小的一端向上，变径导流筒14开口较大的一端下方设有微孔板16，微孔板16通过支架固定，外筒15底部设有污水入口；优选的变径导流筒14及微孔板16的数量为3个；变径导流筒14与外筒15由于相含率的差异形成密度差，推动气液两相流不断从变径导流筒14内向上流动并在变径导流筒14开口较小的一端的开口处向外侧流入外筒15与变径导流筒14之间，再从外筒15与变径导流筒14之间向下流动并从变径导流筒14开口较大的一端的开口处流入变径导流筒14实现循环运动；变径导流筒14相比于传统高低径比环流反应器和锯齿形导流筒环流反应器的结构更为优化，增强传质效果，可显著提高循环液速减少结焦现象；多段立式相比于单级环流反应器拥有更低的能耗和更高的传质系数，环流反应器的高度和内筒与外筒的直径比会影响气含率。本实施例运用压差法通过倒U形管压力计17测量气含率，气含率为0.0226，液体在不同高度的外筒15中受到的阻力不同，流速也不同，因此本实施例采用多段立式来增加外筒15的高度进而提高气含率，此外变径导流筒14与外筒15的直径比较大，会减小外筒15内的液速，从而减小气泡的上升速度，增大气泡在液体中的停留时间，此外还能增强液体对气泡的夹带能力，增大气含率，使气-液相界面的接触面积充分，达到良好的处理效果，外筒15内的总循环液速范围在0.299～0.378m/s。
所述反应系统与进水系统连接，进水系统包括营养投加装置、阀门A10、流量计A11和进入泵12，营养投加装置底部的营养液排放阀7通过依次安装有阀门A10、流量计A11和进入泵12的管道与外筒15底部的入口连接，所述营养投加装置包括料仓2、定量器3、搅拌器4、溶剂进口阀5、给料阀6、营养液排放阀7、控制器8和溶解槽9，溶解槽9上设置多个料仓2，料仓2的出料口处设有定量器3，定量器3的进料口位于料仓2内，定量器3的出料口设有给料阀6，溶解槽9顶部设有溶剂进口阀5，搅拌器4的搅拌叶片位于溶解槽9内，搅拌叶片位于搅拌轴一端，搅拌轴另一端设有电机，电机固定在溶解槽9上，定量器3、搅拌器4、溶剂进口阀5、给料阀6和营养液排放阀7均与控制器8相连，控制器8上设有显示屏和操作面板；多个料仓2用于分别投放碳源(葡萄糖)、氮源(尿素)、磷源(磷肥)，用于维持废水C:N:P＝100:5:1。
所述反应系统与进气系统连接，进气系统包括空气压缩机13、阀门B和流量计B，外筒15内的微孔板16分别通过安装有阀门B和流量计B的管道与空气压缩机13连接，空气从微孔板16向上排出，与传统的曝气池污水处理相比结构简单，占地面积小，气-液混合效果较好，溶解效率高达80％，因具有较高的传质效率，可以承受较高的进水COD浓度，能达到传统生物膜法的3-5倍。
所述反应系统与PLC控制系统连接，PLC控制系统包括液面传感器18、温度传感器19、DO传感器20、pH传感器21、PLC自动控制箱22和电脑终端23，外筒15顶部安装有顶板，外筒15底部安装有底板，液面传感器18安装在顶板底面，温度传感器19、DO传感器20和pH传感器21安装在外筒15上，液面传感器18、温度传感器19、DO传感器20、pH传感器21和电脑终端23均与PLC自动控制箱22相连。
所述反应系统与出水系统连接，出水系统包括净水槽1、适宜高粘度及稠厚液体的微滤和超滤的圆管式膜组件24、压力表25、反洗泵26和污泥回流泵27，外筒15顶部通过安装有阀门C的管道连接圆管式膜组件24的顶部，圆管式膜组件24的底部通过安装有污泥回流泵27和阀门D的管道与外筒15的下端开口连通，圆管式膜组件24侧壁设有伸入净水槽1的管路A，管路A上安装有压力表25和阀门E，净水槽1侧面设有与管路A相连的管路B，管路B与管路A的连接点位于压力表25和阀门E之间，管路B上设有反洗泵26、流量计C和阀门F；污泥回流泵27流量大、扬程低、使污水泥浆一直处于流动状态，不会出现凝固的现象；反洗泵26能够清除截留在圆管式膜组件24的滤料层中的杂质，使反应器在短时间内恢复过滤能力。
所述变径导流筒14包括直径递增并由上至下设置的竖直段A28、竖直段B30和竖直段C32，竖直段A28和竖直段B30通过倾斜段A29连接，竖直段B30和竖直段C32通过倾斜段B31连接；优选的外筒15直径1100mm、高度348mm，竖直段C32直径890mm，竖直段B30直径700mm，竖直段A28直径540mm，α角为141度，β角为136度；变径导流筒14能够增加其内部的混合作用，增大气泡的聚并与破碎效率，此外能够保证有较大的气含率，提高整体反应效率，变径导流筒14的变径结构不仅能够规整流型，还能够大幅度的提高流体在外筒15内的循环液速，循环液速的提高能够进一步提高传质、传热效率，能够对外筒15内部的流场起到优化作用，并使循环液速提高约27％。
首先打开溶剂进口阀5、给料阀6、营养液排放阀7、控制器8，观察控制器8的显示屏，使溶解槽9内pH值在6～9之间，打开阀门A10，溶解槽9内的的营养液通过管道从外筒15底部的入口进入，打开空气压缩机13、阀门B，空气压缩机13中的气体在加压的作用下被水泵叶轮搅拌，充分混合后分别经过对应的流量计B从微孔板16进入外筒15，观察倒U形管压力计17两端的液面差可反映出外筒15和变径导流筒14的密度差，打开阀门C、阀门D、污泥回流泵27，外筒15内处理的废水从顶部流入圆管式膜组件24，及时过滤掉废水中的杂质后再流入净水槽1，在反洗泵26的作用下，及时清除截留在滤料层中的杂质提高循环液速，废水再次进入圆管式膜组件24滤掉废水中的杂质，随后在污泥回流泵27的作用下使流体保持良好的流动状态，从底部进入外筒15完成循环处理过程，待废水达到酿造工业废水治理工程技术规范(HJ 575—2010)中所要求的各项标准时，最终将处理好的废水收集在净水槽1中，PLC控制系统中PLC自动控制箱22采集液面传感器18、温度传感器19、DO传感器20、pH传感器21的数据，及时反映循环过程中处理废水的效果，并将结果传至电脑终端23。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种多段立式变径导流筒中心气升式环流反应器，其特征在于，包括反应系统；所述反应系统包括外筒(15)、变径导流筒(14)和倒U形管压力计(17)，倒U形管压力计(17)的两个开口分别与外筒(15)的上端开口和下端开口连通，外筒(15)内竖直设有多个变径导流筒(14)，变径导流筒(14)开口较小的一端向上，变径导流筒(14)开口较大的一端下方设有微孔板(16)，外筒(15)底部设有污水入口。
2.根据权利要求1所述的一种多段立式变径导流筒中心气升式环流反应器，其特征在于，所述反应系统与进水系统连接，进水系统包括营养投加装置、阀门A(10)、流量计A(11)和进入泵(12)，营养投加装置底部的营养液排放阀(7)通过依次安装有阀门A(10)、流量计A(11)和进入泵(12)的管道与外筒(15)底部的入口连接，所述营养投加装置包括料仓(2)、定量器(3)、搅拌器(4)、溶剂进口阀(5)、给料阀(6)、营养液排放阀(7)、控制器(8)和溶解槽(9)，溶解槽(9)上设置多个料仓(2)，料仓(2)的出料口处设有定量器(3)，定量器(3)的进料口位于料仓(2)内，定量器(3)的出料口设有给料阀(6)，溶解槽(9)顶部设有溶剂进口阀(5)，搅拌器(4)的搅拌叶片位于溶解槽(9)内，搅拌叶片位于搅拌轴一端，搅拌轴另一端设有电机，电机固定在溶解槽(9)上，定量器(3)、搅拌器(4)、溶剂进口阀(5)、给料阀(6)和营养液排放阀(7)均与控制器(8)相连，控制器(8)上设有显示屏和操作面板。
3.根据权利要求1所述的一种多段立式变径导流筒中心气升式环流反应器，其特征在于，所述反应系统与进气系统连接，进气系统包括空气压缩机(13)、阀门B和流量计B，外筒(15)内的微孔板(16)分别通过安装有阀门B和流量计B的管道与空气压缩机(13)连接。
4.根据权利要求1所述的一种多段立式变径导流筒中心气升式环流反应器，其特征在于，所述反应系统与PLC控制系统连接，PLC控制系统包括液面传感器(18)、温度传感器(19)、DO传感器(20)、pH传感器(21)、PLC自动控制箱(22)和电脑终端(23)，外筒(15)顶部安装有顶板，外筒(15)底部安装有底板，液面传感器(18)安装在顶板底面，温度传感器(19)、DO传感器(20)和pH传感器(21)安装在外筒(15)上，液面传感器(18)、温度传感器(19)、DO传感器(20)、pH传感器(21)和电脑终端(23)均与PLC自动控制箱(22)相连。
5.根据权利要求1所述的一种多段立式变径导流筒中心气升式环流反应器，其特征在于，所述反应系统与出水系统连接，出水系统包括净水槽(1)、圆管式膜组件(24)、压力表(25)、反洗泵(26)和污泥回流泵(27)，外筒(15)顶部通过安装有阀门C的管道连接圆管式膜组件(24)的顶部，圆管式膜组件(24)的底部通过安装有污泥回流泵(27)和阀门D的管道与外筒(15)的下端开口连通，圆管式膜组件(24)侧壁设有伸入净水槽(1)的管路A，管路A上安装有压力表(25)和阀门E，净水槽(1)侧面设有与管路A相连的管路B，管路B与管路A的连接点位于压力表(25)和阀门E之间，管路B上设有反洗泵(26)、流量计C和阀门F。
6.根据权利要求1所述的一种多段立式变径导流筒中心气升式环流反应器，其特征在于，所述变径导流筒(14)包括直径递增并由上至下设置的竖直段A(28)、竖直段B(30)和竖直段C(32)，竖直段A(28)和竖直段B(30)通过倾斜段A(29)连接，竖直段B(30)和竖直段C(32)通过倾斜段B(31)连接。
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