CN110642383B - 一种防止厌氧反应器出水管结垢的污水处理系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种防止厌氧反应器出水管结垢的污水处理系统及方法，涉及污水处理技术领域；包括厌氧反应系统、厌氧出水系统、通气系统和好氧反应系统，所述厌氧反应系统通过所述厌氧出水系统和所述通气系统与所述厌氧反应系统相连通；所述好氧反应系统包括闭式进水系统、缓冲区和好氧反应区，所述闭式进水系统、所述缓冲区和所述好氧反应区依次设置，所述闭式进水系统和所述缓冲区之间通过设置过水口连通，所述缓冲区和所述好氧反应区通过出水堰连通。保证了厌氧反应器出水管道环境条件与厌氧反应器内部相同，使管道内部不具备结垢条件，保证厌氧反应器出水管道污水pH稳定，同时设置缓冲池使得好氧曝气不会影响闭式进水井出水水体的环境条件。
Description
技术领域
本发明涉及废水厌氧生化处理技术领域，尤其涉及一种防止厌氧反应器出水管结垢的污水处理系统及方法。
背景技术
厌氧反应器在污水处理领域，特别是高浓度有机废水(食品、发酵、酿造、畜禽养殖、屠宰、化工、制药等)的处理中作为一种低能耗、高效率的处理技术已被广泛应用。有机污染物在厌氧处理过程中被转化为有机酸、甲烷、二氧化碳等物质，大分子的有机物本身得以被降解，使污水的低成本处理得以实现，同时还可获得生物质能——沼气。但是，在实际生产中产生的有机废水(柠檬酸生产废水、酒精生产废水、淀粉生产废水)在经厌氧处理后，会存在一定浓度的无机铵离子、镁离子和磷酸根离子，如果它们的浓度超过磷酸铵镁(俗称鸟粪石)形成的溶度积，就会结合形成难溶复盐晶体MgNH4PO4·6H2O(MAP，鸟粪石)。大量、坚硬的鸟粪石易在厌氧的出水管道、厌氧反应池壁、污泥回流管道及水泵叶轮等过水面产生并附着，引起堵塞及运行故障，降低管道输送效率，严重影响污水处理系统的正常运营和管理。
根据工程实践中厌氧反应器设施的运行状况，反应器内部结垢较少甚至不结垢，而反应器出水管在厌氧反应器正常运行后，随即产生结垢，并逐渐在出水管道中累积，最终堵塞管道，影响厌氧反应器出水。
目前，清除鸟粪石结垢的方法主要有两种：对严重结垢的管道进行更换，但更换需停产进行；对结垢较轻的管道采用人力、水力、热力或者机械力的方法对垢进行清除；对于不方便进行清除的场合，一般采用稀酸浸泡来去除结垢。由于清除结垢可能导致设备停产，造成停产损失，且清除过程需耗费大量的人力物力，增加了成产成本，故本专利旨在污水处理系统中防止厌氧出水管道结垢，从而减少清除污垢的频次或无需进行除垢。
防止鸟粪石结垢的方法分为抑制鸟粪石的形成和抑制鸟粪石结垢两类。抑制鸟粪石形成主要是破坏鸟粪石的生成条件，抑制鸟粪石晶核的形成；抑制鸟粪石结垢是在不考虑鸟粪石是否形成的条件下，破坏鸟粪石在设备、设施表面上的吸附沉积条件，抑制结垢的发展，因此亟待提供一种防止厌氧反应器出水管道鸟粪石结垢的反应系统及方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种防止厌氧反应器出水管结垢的污水处理系统及方法，从而解决现有技术中存在的前述问题。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种防止厌氧反应器出水管结垢的反应系统，包括厌氧反应系统、厌氧出水系统、通气系统和好氧反应系统，所述厌氧反应系统通过所述厌氧出水系统和所述通气系统与所述厌氧反应系统相连通；
所述好氧反应系统包括闭式进水系统、缓冲区和好氧反应区，所述闭式进水系统、所述缓冲区和所述好氧反应区依次设置，所述闭式进水系统和所述缓冲区之间通过设置过水口连通，所述缓冲区和所述好氧反应区通过出水堰连通。
优选地，所述厌氧反应系统前设置有调节池，待反应的污水通过厌氧调节池后进入所述厌氧反应系统进行反应；
所述厌氧反应系统包括布水装置、三相分离器和厌氧反应器，所述布水装置设置在所述厌氧反应器底部的污水进水管上，所述三相分离器设置在所述厌氧反应器上端，且所述三相分离器与所述通气系统相连。
优选地，所述通气系统包括通气管I、通气管II和补气管，所述通气管I与三相分离器相连，并将从三相分离器排除的气体传递给通气管II和沼气池；
所述补气管与所述通气管II相连，从而向闭式进水井中供气。
优选地，所述厌氧出水系统包括反应出水管、出水管保温层和电伴热带，所述反应出水管的一端与所述厌氧反应器上端的出水槽相连，所述反应出水管的另一端淹没进水至闭式进水井；
所述出水管保温层和电伴热布设在所述反应出水管表面。
优选地，所述厌氧反应系统和所述闭式进水系统均设置有pH计和温度计。
本发明的另一个目的是提供一种防止厌氧反应器出水管结垢的方法，包括以下步骤：
S1,取待处理的污水进入厌氧反应器，调节所述厌氧反应器中的水温和pH值；
S2,厌氧反应器顶部设置的三相分离器将厌氧反应器中产生的气体通入集气管，处理后的废水进入厌氧反应器出水管；
S3，所述集气管中产生的气体通过通气管导入闭式进水井，或通过补气管向闭式进水井通入烟道气或CO2气体，既增大所述闭式进水井的分压且保证水体pH值；
S4,在厌氧反应器出水管外壁包覆保温层和电伴热带，调节控制闭式进水井内部水温度；厌氧反应后的废水通过反应出水管通入闭式进水井；
S5,所述闭式进水井中的水流经底部的过水孔进入缓冲区，缓冲区中的水量增加，且当缓冲区中溢出的水量通过出水堰流入好氧反应区中进行好氧反应。
优选地，步骤S1中水压为1.47～1.96kPa，pH值在6.0～7.5之间；
步骤S4中闭式进水井内的温度为30～35℃。
优选地，所述的厌氧反应器出水管内流速控制在0.2～0.5m/s；
控制缓冲区上升流速在5～25mm/s。
优选地，步骤S4中反应出水管的淹没高度H1控制在0.5～1.0m；
厌氧反应器出水管底端至过水孔顶高间距H2控制在2.0～4.0m。
本发明在结构形式上具有以下四点改进之处：
(1)传统的厌氧反应器出水自流至进水井或直接进入好氧反应区。因传统厌氧反应器出水管为非满管流，使出水管道内污水由封闭环境变为开放环境，部分二氧化碳在此过程中逸出，使得厌氧出水的pH上升，为鸟粪石的结垢提供了形成条件。而本发明所采用的结构形式为厌氧反应器出水管道进入闭式进水井为淹没式进水，保证了出水管道内部环境条件与厌氧反应器内部相近，在管道内部不具备结垢条件；
传统厌氧反应过程中所产生的沼气被收集进入贮气柜，厌氧出水管的非满管流状态及在大气环境中的开放性使得厌氧出水中二氧化碳分压减少，从而导致了出水pH升高，最终造成出水管道易产生鸟粪石结垢的现象。
(2)本发明采用闭式进水井顶部通过气管与厌氧反应器顶部沼气储存区相连，补充进水井二氧化碳分压，从而确保厌氧反应器出水管道污水pH稳定；
传统厌氧反应器出水自流至进水井或直接进入好氧池的过程中，由于水体热能随管道沿程不断被消耗，特别是冬季气温低时温降较快，导致各种成分及其盐在水中的溶解度减小，此时管道末端、水泵叶轮、出水管附近池壁容易出现鸟粪石结垢现象。
(3)本发明在结构上通过对厌氧反应器至闭式进水井的沿程管道上安装电伴热带和保温措施，保证水体至闭式进水井后温度的稳定，即保障厌氧反应器出水管道末端不具备鸟粪石晶体析出的条件；
传统进水井接收来自厌氧反应器的来水后直接进入好氧反应区。由于好氧反应区底部曝气装置不断向水体中释放大量的空(氧)气，使得刚进入好氧反应区的废水在空气的气提下带出了酸性挥发性有机物及溶解在水中的二氧化碳，从而提高了进水区的pH值，为管道、叶轮生成并附着鸟粪石提供了条件。
(4)本发明在结构上通过在闭式进水井和好氧反应区间增设缓冲区，降低由于好氧反应区中高pH值废水对厌氧系统出水pH的影响，从而保障进水区废水pH的稳定，阻止鸟粪石的形成。
本发明在厌氧反应器内接种厌氧消化污泥，污泥取自污水厂消化池内较为粘稠的消化污泥，并投加淀粉废水补充污泥中出现的N源、P源等营养物质的不足，通过污泥活性增长阶段、颗粒污泥形成阶段、颗粒污泥床形成阶段，来形成较为稳定的颗粒污泥以达到对厌氧反应器的初次启动。
本发明的有益效果是：
1)本发明采用闭式进水井及厌氧反应器出水管淹没进水，保证了厌氧反应器出水管道环境条件与厌氧反应器内部相同，使管道内部不具备结垢条件。
2)本发明通过气管将厌氧反应器顶部与闭式进水井顶部联通，以及时补充闭式进水井顶部二氧化碳分压(或通入烟道气保证闭式进水井顶部二氧化碳分压)，稳定进水井内部水体pH值，即保证厌氧反应器出水管道污水pH稳定。
3)闭式进水井后设置缓冲区，缓冲区将好氧反应区与闭式进水井分隔开，使得好氧曝气不会影响闭式进水井出水水体的环境条件。
附图说明
图1是本发明实施例1中提供的防止厌氧反应器出水管结垢的反应系统工艺流程图；
I是厌氧调节池，II是厌氧反应系统，III是厌氧出水系统，IV是通气系统，V是闭式进水系统，VI是缓冲区，VII是好氧反应区，1是进水泵，2是流量计，3是布水装置，4是厌氧反应器，5-1是温度计I，5-2是温度计II，6-1是pH计I，6-2是pH计II，7是三相分离器，8-1是气压表I，8-2是气压表II，9是集气管，10是出水槽，11-1是阀门I，11-2是阀门II，11-3是阀门III，11-4是阀门IV，11-5是阀门V，12是厌氧反应器出水管，13是出水管保温层，14是电伴热带，15是淹没进水管，16是闭式进水井，17是过水孔，18是缓冲池，19是出水堰，20是补气管，21是通气管。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
本实施例提供一种防止厌氧出水管结垢方法的污水处理系统，如图1所示，所述的污水处理系统包括厌氧调节池I、厌氧反应系统II、厌氧出水系统III、通气系统IV、闭式进水系统V、缓冲区VI和好氧反应区VII。
所述厌氧反应系统通过所述厌氧出水系统和所述通气系统与所述厌氧反应系统相连通；
所述好氧反应系统包括闭式进水系统、缓冲区和好氧反应区，所述闭式进水系统、所述缓冲区和所述好氧反应区依次设置，所述闭式进水系统和所述缓冲区之间通过设置过水口连通，所述缓冲区和所述好氧反应区通过出水堰连通。
所述厌氧反应系统包括布水装置、三相分离器和厌氧反应器，所述布水装置设置在所述厌氧反应器底部的污水进水管上，所述三相分离器设置在所述厌氧反应器上端，且所述三相分离器与所述通气系统相连。
所述通气系统包括通气管I、通气管II和补气管，所述通气管I与三相分离器相连，并将从三相分离器排除的气体传递给通气管II和沼气池；
所述补气管与所述通气管II相连，从而向闭式进水井中供气。
本实施例中的厌氧出水系统包括反应出水管、出水管保温层和电伴热带，所述反应出水管的一端与所述厌氧反应器上端的出水槽相连，所述反应出水管的另一端淹没进水至闭式进水井；
所述的厌氧反应器调节池I与厌氧反应器4通过反应系统出水管12相连接，所述的反应出水管12上设置有进水泵1和流量计2，所述的厌氧反应器4通过布水装置3进行升流式动力布水，所述的厌氧反应器4内部设置有温度计5-1、pH计6-1、三相分离器7、气压表8-1和出水槽10，所述的厌氧反应器4侧壁的上部设置有出水口，所述的出水口与闭式进水井16通过反应出水管12连接，所述的厌氧反应出水管12淹没进水至闭式进水井16，保证了反应出水管12环境条件与厌氧反应器4内部相同，使管道内部不具备结垢条件；
所述的反应器出水管12上设置有阀门11-5、出水管保温层13和电伴热14，所述的厌氧反应器4顶部设置有集气管9，所述的集气管9中收集的沼气去向沼气贮柜，所述的集气管9上设置有阀门11-1和阀门11-2，所述的阀门11-1和阀门11-2之间设置有通气管21，所述的通气管21与闭式进水井16顶部相通，所述的通气管21上设置有阀门11-3和气压表8-2，所述的通气管21与补气管20连通，所述的补气管20与闭式进水井16顶部相通，向闭式进水井16供气，以增大闭式进水井16中的CO2分压，保证水体pH值在控制范围内，所述的通气管21上设置有阀门11-4，所述的闭式进水井16底部设置有过水孔17，所述的过水孔17与缓冲池18直接连通，所述的缓冲池18将好氧反应区VII与闭式进水井16分隔开，使得好氧反应区曝气不会影响闭式进水井出水水体的环境条件。
实施例2
本实施例提供一种使用实施例1中污水处理系统防止厌氧反应器出水管结垢的方法，包括以下步骤：
S1,取待处理的污水进入厌氧反应器，调节所述厌氧反应器中的水压和pH值；
S2,厌氧反应器顶部设置的三相分离器将厌氧反应器中产生的气体通入集气管，处理后的废水进入厌氧反应器出水管；
S3，所述集气管中产生的气体通过通气管传递给闭式进水井，通过补气管向闭式进水井通入厌氧生物气、烟道气或CO2气体，既增大所述闭式进水井的分压且保证水体pH值；
S4,在厌氧反应器出水管外壁包覆保温层和电伴热装置，调节控制闭式进水井内部水温度；厌氧反应后的废水通过反应出水管通入闭式进水井；
S5,所述闭式进水井中的水流经底部的过水孔进入缓冲区，缓冲区中的水量增加，且当缓冲区中溢出的水量通过出水堰流入好氧反应区中进行好氧反应，所述好氧反应区中的通入空气。
本实施例中步骤S1中水压为1.47～1.96kPa，pH值在6.0～7.5之间；步骤S4中闭式进水井内的温度为30～35℃。
所述的厌氧反应器出水管内流速控制在0.2～0.5m/s；
控制缓冲区上升流速在5～25mm/s，步骤S4中反应出水管的淹没高度H1控制在0.5～1.0m；厌氧反应器出水管底端至过水孔顶高间距H2控制在2.0～4.0m。
实施例3
本实施例中提供一种防止厌氧反应器出水管结垢的具体实例，包括以下步骤：取淀粉厂污水处理过程中厌氧工段废水，向闭式进水井顶部通入沼气或烟道气，气压范围控制在1.47kPa，pH值控制为6.5；在厌氧反应器出水管外壁上设置岩棉保温层和电伴热带，将闭式进水井内部水体温度控制在32℃；步骤3闭式进水井出水经过水孔进入缓冲区，控制缓冲区上升流速在15mm/s。
本实施例中所述的厌氧反应器出水管内流速控制在0.4m/s，所述的厌氧反应器出水管淹没入液面以下，淹没高度H1控制在0.75m；厌氧反应器出水管管底至过水孔顶高间距H2控制在3m。
实施例4
本实施例中提供一种防止厌氧反应器出水管结垢的另一种具体实例，包括以下步骤：取淀粉厂污水处理过程中厌氧工段废水，向闭式进水井顶部通入沼气或烟道气，气压范围控制在1.96kPa，pH值控制为7.0；步骤2在厌氧反应器出水管外壁上设置岩棉保温层和电伴热带装置，将闭式进水井内部水体温度控制在33℃；步骤3闭式进水井出水经过水孔进入缓冲区，控制缓冲区上升流速在25mm/s。
所述的厌氧反应器出水管内流速控制在0.5m/s，所述的厌氧反应器出水管淹没入液面以下，淹没高度H1控制在1m；厌氧反应器出水管管底至过水孔顶高间距H2控制在4m。
实施例5
本实施例提供一种防止厌氧反应器出水管结垢的方法，包括以下步骤：取淀粉厂污水处理过程中厌氧工段废水，向闭式进水井顶部通入沼气或烟道气，气压范围控制在0.098kPa，pH值控制为6.0；在厌氧反应器出水管外壁上设置岩棉保温层和电伴热带，将闭式进水井内部水体温度控制在31℃；闭式进水井出水流经过水孔进入缓冲区，控制缓冲区上升流速在5mm/s。
所述的厌氧反应器出水管内流速控制在0.2m/s，所述的厌氧反应器出水管淹没入液面以下，淹没高度H1控制在0.5m；厌氧反应器出水管管底至过水孔顶高间距H2控制在2m。
以反应器出水管12为指标，以未处理厌氧反应器出水为对照，来评价一种厌氧反应器出水管结垢的控制方法的效果，得到结果如下表：
| 反应器出水管鸟粪石结垢情况 | |
| 未处理出水 | 严重 |
| 实施例三 | 一般 |
| 实施例四 | 良好 |
| 实施例五 | 一般 |
通过采用本发明公开的上述技术方案，得到了如下有益的效果：
1)本发明采用闭式进水井及厌氧反应器出水管淹没进水，保证了厌氧反应器出水管道环境条件与厌氧反应器内部相同，使管道内部不具备结垢条件。
2)本发明通过气管将厌氧反应器顶部与闭式进水井顶部联通，以及时补充闭式进水井顶部二氧化碳分压(或通入烟道气保证闭式进水井顶部二氧化碳分压)，稳定进水井内部水体pH值，即保证厌氧反应器出水管道污水pH稳定。
3)闭式进水井后设置缓冲区，缓冲区将好氧反应区与闭式进水井分隔开，使得好氧曝气不会影响闭式进水井出水水体的环境条件。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种防止厌氧反应器出水管结垢的污水处理系统，其特征在于，包括厌氧反应系统、厌氧出水系统、通气系统和好氧反应系统，所述厌氧反应系统通过所述厌氧出水系统和所述通气系统与所述厌氧反应系统相连通；
所述好氧反应系统包括闭式进水系统、缓冲区和好氧反应区，所述闭式进水系统、所述缓冲区和所述好氧反应区依次设置，所述闭式进水系统和所述缓冲区之间通过设置过水口连通，所述缓冲区和所述好氧反应区通过出水堰连通；
所述通气系统包括通气管I、通气管II和补气管，所述通气管I与三相分离器相连，并将从三相分离器排除的气体传递给通气管II和沼气池；
所述补气管与所述通气管II相连，从而向闭式进水井中供气；
所述厌氧出水系统包括反应出水管、出水管保温层和电伴热带，所述反应出水管的一端与所述厌氧反应器上端的出水槽相连，所述反应出水管的另一端淹没进水至闭式进水井；
所述出水管保温层和电伴热布设在所述反应出水管表面。
2.根据权利要求1所述的防止厌氧反应器出水管结垢的污水处理系统，其特征在于，所述厌氧反应系统前设置有调节池，待反应的污水通过厌氧调节池后进入所述厌氧反应系统进行反应；
所述厌氧反应系统包括布水装置、三相分离器和厌氧反应器，所述布水装置设置在所述厌氧反应器底部的污水进水管上，所述三相分离器设置在所述厌氧反应器上端，且所述三相分离器与所述通气系统相连。
3.根据权利要求1所述的防止厌氧反应器出水管结垢的污水处理系统，其特征在于，所述厌氧反应系统和所述闭式进水系统均设置有pH计和温度计。
4.一种使用权利要求1-3任一所述的污水处理系统防止厌氧反应器出水管结垢的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1, 取待处理的污水进入厌氧反应器，调节所述厌氧反应器中的水温和pH值；
S2, 厌氧反应器顶部设置的三相分离器将厌氧反应器中产生的气体通入集气管，处理后的废水进入厌氧反应器出水管；
S3，所述集气管中产生的气体通过通气管导入闭式进水井，或通过补气管向闭式进水井通入烟道气或CO2气体，既增大所述闭式进水井的分压且保证水体pH值；
S4, 在厌氧反应器出水管外壁包覆保温层和电伴热带，调节控制闭式进水井内部水温度；厌氧反应后的废水通过反应出水管通入闭式进水井；
S5, 所述闭式进水井中的水流经底部的过水孔进入缓冲区，缓冲区中的水量增加，且当缓冲区中溢出的水量通过出水堰流入好氧反应区中进行好氧反应。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤S1中水压为1.47~1.96kPa，pH值在6.0~7.5之间；
步骤S4中闭式进水井内的温度为30～35℃。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述的厌氧反应器出水管内流速控制在0.2~0.5m/s；
控制缓冲区上升流速在5～25 mm/s。
7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤S4中反应出水管的淹没高度H1控制在0.5~1.0m；
厌氧反应器出水管底端至过水孔顶高间距H2控制在2.0~4.0m。
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