CN112573653A - 一种兼具脱氮功能的内循环厌氧反应系统 - Google Patents

Abstract

本申请涉及工业废水技术领域，公开了一种内循环厌氧反应系统，包括：厌氧罐体，厌氧罐体的内部设置有反应区；沼气收集室，设置于厌氧罐体的顶部，通过沼气收集管、沼气主管连接水封罐，水封罐连接沼气出气管，沼气经沼气出气管排出；出水堰，设置于厌氧罐体的内顶部，出水堰设置有出水管；三相分离器，设置于厌氧罐体的内顶部；布水装置，设置于厌氧罐体的底部；射流装置，设置于厌氧罐体的外底部，射流装置的出水口连接布水装置的位于厌氧罐体外部的部分，射流装置的导气口通过沼气导气管连接沼气主管，射流装置的进水口连接设置于三相分离器与出水堰之间的循环水管。本申请可以加快废水与污泥的反应速度，提高污泥去除效果，避免污泥沉积。

Description

一种兼具脱氮功能的内循环厌氧反应系统

技术领域

本申请涉及工业废水厌氧处理技术领域，尤其涉及一种兼具脱氮功能的内循环厌氧反应系统。

背景技术

随着工业化的发展，水环境污染越来越严重，对于高浓度污水和废水的治理方法通常采用厌氧技术，例如目前通常利用产生的沼气来搅拌反应器的底部污泥，使得进水与污泥可以尽量的处于混合均匀状态。

在实现本公开实施例的过程中，发现相关技术中至少存在如下问题：产生的沼气在搅动底部污泥时容易受到进水水质情况的影响，当反应系统运行效果不好，进水量较少或较大时时，容易使得沼气搅动底部污泥的效果不好，沼气不能够充分搅拌，废水与污泥得不到充分接触和反应，造成底部污泥沉积严重，污泥去除效果较差。

现有技术CN102745809B公开了一种厌氧流化床反应器，该厌氧流化床反应器内设有三相分离器出水口通过循环管线依次与循环泵和射流喷嘴连接，进水管线与射流喷嘴连接，从而以外循环带动内循环，反应器效率大大提高。然而，由于三相分离器的出水与反应区的温度、密度以及介质一致，进行扰动的射流为自由淹没的连续射流，使现有技术的反应器内形成连续的流体循环运动，仍然会在反应器底部产生流动死角；不能对反应器底部的废水和污泥进行充分的搅拌，污泥去除效果不佳。

现有技术CN103408202B公开了一种高密度沉淀内循环一体化污水处理设备，其在厌氧反应装置增加了射流布水器，通过流量控制使高密度絮体沉淀装置的沉淀出水不产生短流；在射流的强力冲击下，使得厌氧反应装置的底部的污泥与污水充分混合，而且搅拌起来不产生死角，保证了配水的均匀和反应的充分。然而，该设备中的厌氧反应器需要设置高压泵对射流布水器的污水和污泥进行泵送并使射流布水器的箱体形成满水压力型容器，以使其四周的配水管均匀向周围高速喷射污水，从而搅动池底污泥；该设备的高压泵送能耗高，易于造成箱体和管路的损坏及堵塞。

针对上述的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

为了解决相关技术中产生的沼气在搅动底部污泥时容易受到影响，当反应器运行效果不好，进水量较少时，容易使得沼气搅动底部污泥的效果不好，废水与污泥得不到充分接触和反应，造成底部污泥沉积严重，污泥去除效果较差的技术问题，本申请提供了一种内循环厌氧反应系统。

本申请提供了一种兼具脱氮功能的内循环厌氧反应系统，包括：

厌氧罐体，厌氧罐体的内部设置有反应区；

沼气收集室，设置于厌氧罐体的顶部，通过沼气收集管、沼气主管连接水封罐，水封罐连接沼气出气管，沼气经沼气出气管排出；

出水堰，设置于厌氧罐体的内顶部，出水堰设置有出水管；

三相分离器，设置于厌氧罐体的内顶部；

布水装置，设置于厌氧罐体的底部；

射流装置，设置于厌氧罐体的外底部，射流装置的出水口连接布水装置的位于厌氧罐体外部的部分，射流装置的导气口通过沼气导气管连接沼气主管，射流装置的进水口连接设置于三相分离器与出水堰之间的循环水管，厌氧罐体顶部的回流液体从循环水管流出，与射流装置的进水混合后由厌氧罐体底部进入厌氧罐体内部，通过高速旋转布水的布水装置与厌氧罐体底部的污泥均匀混合后进入反应区并产生沼气，沼气经三相分离器进入沼气收集室。

在一些实施例中，布水装置包括环状的布水主管，布水主管的切线方向处设置有旋流式的布水支管。

在一些实施例中，布水支管的末端设置有喷头。优选地，所述喷头为空化射流喷头。

在一些实施例中，厌氧罐体设置有取样管组件，取样管组件的取样进口设置于厌氧罐体的内部，取样管组件的取样出口设置于厌氧罐体的外部。

在一些实施例中，取样管组件包括多个取样管，多个取样管设置在厌氧罐体的不同高度。

在一些实施例中，射流装置包括至少一个射流器、提升泵和循环泵；布水装置的位于厌氧罐体外部的部分连接射流器的出水口；射流器的导气口连接沼气导气管；射流器的进水口连接提升泵和循环泵的一端，提升泵和循环泵的另一端连接循环水管。

在一些实施例中，提升泵设置有进水流量计。

在一些实施例中，循环泵设置有循环流量计。

在一些实施例中，布水装置的位于厌氧罐体外部的部分与射流装置之间设置有反冲洗装置。

在一些实施例中，还包括氮气制造机，所述氮气制造机连接所述射流装置。

本申请实施例提供的上述技术方案与现有技术相比具有如下优点：

本申请实施例提供的兼具脱氮功能的内循环厌氧反应系统，可以通过产生的沼气回流与厌氧罐体顶部的回流流体以及射流装置的进水混合，产生含有气泡的连续混合射流使得厌氧罐体的进水处于高流速状态的进入厌氧罐体的底部，同时产生的微小气泡，使得污水产生向上的升力，促进循环流动并破坏混合射流的层流状态，产生紊流加强废水的扰动，提高了搅拌效率；并通过取样获得的参数，控制射流的流速；同时，当厌氧反应系统受到冲击，水质异常，沼气流量下降而无法正常搅拌时，可以使用氮气补充沼气量不足，从而保证废水与污泥的反应效率。

另一方面，沼气作为厌氧罐体底部搅拌的一部分，不仅可提高废水与污泥的反应效率，尽量使得废水与污泥充分接触和反应，而且沼气中的硫化氢与硫氧化细菌作用，并可以利用产生的还原态硫S2-作为电子供体，通过对还原态硫S2-进行氧化获取能量，同时以硝酸盐为电子受体，将硝酸根还原为氮气；循环水与进水流量混合后进入厌氧罐体的底部可降低厌氧罐体的进水负荷，同时提高上升流速，加快废水与污泥的反应速度，提高污泥去除效果，避免污泥沉积。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的一种兼具脱氮功能的内循环厌氧反应系统的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的布水装置的结构示意图。

附图标记：

1：厌氧罐体；10：反应区；11：沼气收集室；12：沼气收集管；13：沼气主管；14：沼气出气管；15：出水堰；16：沼气导气管；17：三相分离器；18：循环水管；150：出水管；2：水封罐；3：布水装置；30：布水主管；31：布水支管；4：射流装置；40：出水口；41：导气口；42：进水口；43：射流器；44：提升泵；441：进水流量计；45：循环泵；451：循环流量计；22：第一取样管；23：第二取样管；24：第三取样管；25：第四取样管；5：反冲洗装置；6：氮气制造机；7：沼气流量计。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

参见图1，本申请实施例提供的一种兼具脱氮功能的内循环厌氧反应系统，包括：

厌氧罐体1，厌氧罐体1的内部设置有反应区10；

沼气收集室11，设置于厌氧罐体1的顶部，通过沼气收集管12、沼气主管13连接水封罐2，水封罐2连接沼气出气管14，沼气经沼气出气管14排出；

出水堰15，设置于厌氧罐体1的内顶部，出水堰15设置有出水管150，可以保证厌氧罐体1的均匀出水，出水经过出水管150进入下一个处理系统；

三相分离器17，设置于厌氧罐体1的内顶部，可保证污泥、废水、沼气在三相分离器17处可充分分离；

布水装置3，设置于厌氧罐体1的底部；

射流装置4，设置于厌氧罐体1的外底部，射流装置4的出水口40连接布水装置3的位于厌氧罐体1外部的部分，射流装置4的导气口41通过沼气导气管16连接沼气主管13，射流装置4的进水口42连接设置于三相分离器17与出水堰15之间的循环水管18，厌氧罐体1顶部的回流液体从循环水管18流出，与射流装置4的进水混合后由厌氧罐体1底部进入厌氧罐体1内部，通过高速旋转布水的布水装置3与厌氧罐体1底部的污泥均匀混合后进入反应区10并产生沼气，沼气经三相分离器17进入沼气收集室11。

可选地，沼气携带的硫化氢进入厌氧罐体1的底部，硫化氢的硫氧化细菌可以利用还原态硫S2-作为电子供体，通过对还原态硫S2-进行氧化获取能量，同时以硝酸盐为电子受体，将硝酸根还原为氮气。可以在厌氧罐体1受到冲击，沼气产量受到抑制时，切换到将氮气作为厌氧罐体1底部搅拌的一部分，可提高废水与污泥的反应效率，使得废水与污泥充分接触和反应。

在一些实施例中，该内循环厌氧反应系统还包括氮气制造机6，氮气制造机6连接射流装置4。

可选地，导体口41通过惰性气体管道连接氮气制造机6。当厌氧反应系统受到冲击，水质异常，沼气流量下降而无法正常搅拌时，例如，当沼气流量低于预设设定的沼气流量的25%的情况下，可以利用氮气制造机6产生的氮气，通过惰性气体管道输入到厌氧罐体1的底部进行搅拌，提高废水与污泥的反应效率。

可选地，该厌氧反应系统还可以设置有储气罐，将储气罐的出口连接到沼气导气管16上，储气罐作为稳压储存设备，该储气罐可以安装有压力表，使得压力稳定在所需值，当压力值低于预先设定的压力阈值时，可以启动氮气制造机6进行充气。

可选地，出水堰15可以通过焊接的方式设置在厌氧罐体1的内顶部。出水堰15可以采用不锈钢材质。出水堰15上设置的出水管150可以采用孔网钢带聚乙烯复合管，在室外可以起到耐晒、防止结垢的作用。

可选地，三相分离器17可以采用不锈钢材质，可以防止该厌氧反应系统内部产生的硫化氢等发生腐蚀反应。

可选地，沼气收集室11可以采用不锈钢材质，可以防止该厌氧反应系统内部产生的硫化氢等发生腐蚀反应。

本申请实施例提供的内循环厌氧反应系统，通过射流装置使得厌氧罐体的进水处于高流速状态的进入厌氧罐体的底部，沼气作为厌氧罐体底部搅拌的一部分，可提高废水与污泥的反应效率，使得废水与污泥充分接触和反应；循环水与进水流量混合后进入厌氧罐体的底部可降低厌氧罐体的进水负荷，同时提高上升流速，加快废水与污泥的反应速度，提高污泥去除效果，避免污泥沉积。

参见图2，图2为本申请实施例提供的布水装置的结构示意图，在一些实施例中，布水装置3包括布水主管30，布水主管30的切线方向处设置有布水支管31。

在一些实施例中，布水主管30为环状（或盘式），使得罐体1的进水均匀，布水支管31为旋流式。

在一些实施例中，布水支管31的末端设置有喷头。可选地，喷头的出口与布水主管30形成切线的方向，可以使得从喷头高速喷出的气体和液体的混合体将厌氧罐体1底部的污泥冲起来搅拌均匀。

可选地，为了保证厌氧罐体1的底部处于均匀搅拌状态，本申请实施例采用多个布水主管30，这多个布水主管30分布在厌氧罐体1的底部，厌氧进水和循环进水的交叉分布，保证气液充分混合搅拌。

在一些实施例中，厌氧罐体1设置有取样管组件，取样管组件的取样进口设置于厌氧罐体1的内部，取样管组件的取样出口设置于厌氧罐体1的外部。

在一些实施例中，取样管组件包括多个取样管，多个取样管可以设置在厌氧罐体1的不同高度。如图1中所示，取样管组件可以包括第一取样管22、第二取样管23、第三取样管24、第四取样管25。通过设置在厌氧罐体1的不同高度的取样管，可随时检测厌氧罐体1内部的污泥的反应情况，可提高厌氧反应效率，也可提高厌氧反应系统的沼气产量，缩短整个反应时间，还可以防止人员登高取样时发生危险事故，提高取样过程的安全性。

可选地，不同高度的取样管主要代表不同高度的混合样，用来监控厌氧反应系统的反应过程中污泥是否处于完全混匀状态，一般情况下，设置在厌氧罐体1的底部的第一取样管22为较少污泥；由于污泥冲起来后处于厌氧罐体1的中上部区域，第二取样管23的高度大于第一取样管22，因此第二取样管23有大量污泥，处于完全混匀状态；从厌氧罐体的底部向顶部往上的第三取样管24有较少污泥，属于沉降分离区；高度大于第三取样管24的第四取样管25为彻底分离区，表示气、液、固三相已完全分开，废水从厌氧罐体1顶部的出水堰15出水。

在一些实施例中，射流装置4包括至少一个射流器43、提升泵44和循环泵45；布水装置3的位于厌氧罐体1外部的部分连接射流器43的出水口40；射流器43的导气口41连接沼气导气管16；射流器43的进水口42连接提升泵44和循环泵45的一端，提升泵44和循环泵45的另一端连接循环水管18。

布水装置3的进口一端连接射流器43的出水口40，射流器43的进水口42连接循环泵45的出口管道，射流器43的导气口41连接沼气导气管16，厌氧罐体1的进水采用厌氧进水加循环进水的方式，利用射流器43的原理，在循环泵45和提升泵44的叶轮高速旋转下，液体将以较高的速度进入射流器43，同时高速进入的液体通过反应区10时，会在反应区10形成真空，由沼气导气管16吸入大量沼气，随后在喉管处与液体剧烈混合，形成气液混合体，由尾管高速排出。当沼气携带部分硫化氢进入厌氧罐体1的底部时，则硫氧化细菌通过对还原态硫进行氧化获取能量，同时以硝酸盐为电子受体，将硫化氢还原为氮气。

参见图2，出水口40连接布水主管30。

在一些实施例中，提升泵44设置有进水流量计441。

在一些实施例中，循环泵45设置有循环流量计451。

在一些实施例中，提升泵44设置有进水流量计441，且循环泵45设置有循环流量计451，循环泵45和提升泵44进行联动，当通过进水流量计441监测到进水异常时，则降低提升泵44的进水量，同时，可以加大循环泵45的循环水量，从而保证稳定的上升流速。

在一些实施例中，沼气出气管14连接沼气流量计7，可以调整沼气排出的速率。

在一些实施例中，布水装置3的位于厌氧罐体1外部的部分与射流装置4之间设置有反冲洗装置5。可选地，反冲洗装置5可以采用反冲洗阀门。

本申请实施例通过在厌氧罐体1底部的进水端，及与射流装置4之间增加反冲洗装置5，可保证当厌氧罐体1底部的布水装置3堵塞喷嘴时，可以利用高压水打入反冲洗口冲洗底部的布水装置3。

本申请实施例具有以下有益效果：

（1）利用射流器的原理，使得厌氧罐体的进水处于高流速状态的进入厌氧罐体底部，将沼气作为厌氧罐体底部搅拌的一部分，可提高废水与污泥的反应效率；

（2）循环水与进水流量混合后进入厌氧罐体底部可降低厌氧罐体进水负荷，同时提高上升流速，加快反应速度；

（3）利用布水装置中的环状（或盘式）布水主管和设置在布水主管的布水支管，以及在布水支管设置的喷头，可加大液体喷出的速度，提高搅拌的程度；

（4）在液体进入厌氧罐体之前增加反冲洗装置，可防止厌氧罐体底部污泥沉积堵塞喷嘴等；

（5）提升泵的进水流量计和循环泵的循环流量计打开后，根据自控运行参数开启厌氧反应系统的运行，随后进水经过射流器并通过布水装置由布水支管喷出，使得厌氧罐体1底部污泥处于混匀状态，在厌氧反应系统的运行过程中，通过第一取样管22、第二取样管23、第三取样管24、第四取样管25监控不同高度水质情况，并检测沼气、液体、污泥是否处于混匀的状态，当混匀能力较差时，可通过反冲洗装置5进行反冲洗，最后可以通过射流器43的出水口40测定水质情况，查看污染物的去除效率。通过自动调节方式，可精准控制厌氧罐体的运行，使厌氧罐体一直处于最佳运行状态，提高厌氧反应系统的处理效率。

（6）沼气含有的硫化氢进入厌氧罐体底部，硫自养型细菌利用后进行脱氮，降低了出水的总氮。

（7）当厌氧反应系统受到冲击时，产生的沼气流量降低的情况下，可以启动氮气制造机，利用氮气制造机产生的氮气进行充气，使得废水和沼气处于混匀状态后冲入厌氧罐体的底部。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的装置及系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种兼具脱氮功能的内循环厌氧反应系统，其特征在于，包括：

厌氧罐体，所述厌氧罐体的内部设置有反应区；

沼气收集室，设置于所述厌氧罐体的顶部，通过沼气收集管、沼气主管连接水封罐，所述水封罐连接沼气出气管，沼气经所述沼气出气管排出；

出水堰，设置于所述厌氧罐体的内顶部，所述出水堰设置有出水管；

三相分离器，设置于所述厌氧罐体的内顶部；

布水装置，设置于所述厌氧罐体的底部；

射流装置，设置于所述厌氧罐体的外底部，所述射流装置的出水口连接所述布水装置的位于所述厌氧罐体外部的部分，所述射流装置的导气口通过沼气导气管连接所述沼气主管，所述射流装置的进水口连接设置于所述三相分离器与所述出水堰之间的循环水管，所述厌氧罐体顶部的回流液体从所述循环水管流出，与所述射流装置的进水混合后由所述厌氧罐体底部进入所述厌氧罐体内部，通过高速旋转布水的所述布水装置与所述厌氧罐体底部的污泥均匀混合后进入所述反应区并产生沼气，所述沼气经所述三相分离器进入所述沼气收集室。

2.根据权利要求1所述的内循环厌氧反应系统，其特征在于，所述布水装置包括环状的布水主管，所述布水主管的切线方向处设置有旋流式的布水支管。

3.根据权利要求2所述的内循环厌氧反应系统，其特征在于，所述布水支管的末端设置有喷头。

4.根据权利要求1所述的内循环厌氧反应系统，其特征在于，所述厌氧罐体设置有取样管组件，所述取样管组件的取样进口设置于所述厌氧罐体的内部，所述取样管组件的取样出口设置于所述厌氧罐体的外部。

5.根据权利要求4所述的内循环厌氧反应系统，其特征在于，所述取样管组件包括多个取样管，所述多个取样管设置在所述厌氧罐体的不同高度。

6.根据权利要求1所述的内循环厌氧反应系统，其特征在于，所述射流装置包括至少一个射流器、提升泵和循环泵；所述布水装置的位于所述厌氧罐体外部的部分连接所述射流器的出水口；所述射流器的导气口连接所述沼气导气管；所述射流器的进水口连接所述提升泵和循环泵的一端，所述提升泵和循环泵的另一端连接所述循环水管。

7.根据权利要求6所述的内循环厌氧反应系统，其特征在于，所述提升泵设置有进水流量计。

8.根据权利要求6或7所述的内循环厌氧反应系统，其特征在于，所述循环泵设置有循环流量计。

9.根据权利要求1所述的内循环厌氧反应系统，其特征在于，所述布水装置的位于所述厌氧罐体外部的部分与所述射流装置之间设置有反冲洗装置。

10.根据权利要求1所述的内循环厌氧反应系统，其特征在于，还包括氮气制造机，所述氮气制造机连接所述射流装置。

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