CN113104972A - 复合两相一体化厌氧反应系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种复合两相一体化厌氧反应系统，包括配水箱、CSTR反应器、ABR反应器和储水箱，配水箱与CSTR反应器连通，CSTR反应器与ABR反应器连通，ABR反应器和储水箱连通；ABR反应器内分割成多个相连通的隔室，最后一个隔室为沉淀室，其他隔室为反应室，且第一个反应室的容积大于后面反应室的容积，每个反应室内均设有上流室和下流室，上流室内靠近其上端的位置设组合纤维填料，上流室内靠近其下端的位置设混合惰性填料，沉淀室内设蜂窝斜管填料，同一个反应室内的上流室和下流室的上端相连通，后一个反应室的上流室和前一个反应室的下流室的下端相连通，在第一个反应室内还设有进水下流室，该进水下流室的下端与第一个反应室内的上流室的下端相连通。

Description

复合两相一体化厌氧反应系统

技术领域

本发明涉及污水处理技术领域，具体涉及一种复合两相一体化厌氧反应系统。

背景技术

随着工业、农业和畜牧业的大力发展和人民生活水平的不断提高,废水排放量的不断增加成为我国环境污染的一个主要问题,严重危害人类的日常生活环境,已成为全球性的问题。我国是一个水资源贫乏的国家，人均水资源量只有世界人均占有量的四分之一，而且随着我国人口的增加，经济的发展和城市化进程的加快，我国水资源形势将更为严峻。随着世界能源的日益短缺和废水污染负荷及废水中污染物种类的日趋复杂化好氧生物处理技术能耗大的弊端伴随着全球能源危机而日益突出。厌氧生物处理技术具有低能耗、剩余污泥量少、产沼气等特点,促使人们对该技术产生了新的认识和评价,出现了研究高峰。目前,水环境污染形势严峻,节能理念日益深入人心，对厌氧生物处理技术的理论研究和工程应用，符合绿色可持续发展战略的规划要求。

ABR反应器是由美国Stanford大学的McCarty等人于80年代初提出的--种高效新型厌氧反应器。ABR反应器内设置若干竖向导流板,将反应器分隔成串联的几个反应室，每个反应室都可以看作--个相对独立的上流式污泥床系统(Upflowsludge bed,简称USB),废水进入反应器后沿导流板上下折流前进，依次通过每个反应室的污泥床，废水中的有机基质通过与微生物充分的接触而得到去除。借助于废水流动和沼气上升的作用，借助于隔室中的活性污泥层去除污水中悬浮物、油类等有机物。ABR处反应室中的污泥上下运动,但是由于导流板的阻挡和污泥自身的沉降性能,将反应器分隔成若干个串联的反应室,废水在每个隔室中作先升流后降流的上下流动，从而大量的厌氧污泥被截留在反应室中。

ABR反应器的优点主要体现在:a.优良的水力学特性:由于ABR集推流模式和完全混合流态于一身，在各隔室完全混合的前提下又保证了整体的推流形态；b.合理分布的微生物种群特征:在ABR启动之后,随着废水沿程逐步流过每个隔室,各隔室内废水中的有机物含量逐渐降低,且进入各隔室的废水基本形成自己特有的水质。于是,在整个反应器内的不同隔室里形成了与水质和反应阶段相适宜的特有的微生物种群；c.优良的抗冲击负荷潜力:前面隔室主要以水解酸化菌为主,这种细菌的适应性能力较强,当进水负荷突发变化时,承担了主要的均质作用；d.优质的处理效果；能适应环境的变化,在较高或较低温度下仍能正常运行。

但是现有的ABR反应器存在一定缺陷，首先，ABR反应器的第一隔室承受的负荷远大于平均负荷,尤其是处理高浓度废水时，局部负荷过载致使有机酸大量积累,内部环境pH值降低,对反应装置中的微生物种群的发展及其活性不利，导致处理效率的下降；同时，在高负荷条件下反应中产生大量气体,带动污泥流动,容易将颗粒污泥冲出格室外对废水处理不利,且布水不易均匀；

再者，一般厌氧反应采用单相厌氧消化工艺，整个厌氧消化过程被放置在一个容器内并被控制在同一条件下运行,各种厌氧消化菌互相干扰,反应器效能及其稳定性受到限制。

发明内容

针对目前存在的技术问题，本发明提供一种复合两相一体化厌氧反应系统，以解决现有技术中的问题。

为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

一种复合两相一体化厌氧反应系统，包括配水箱、CSTR反应器、ABR反应器和储水箱，所述配水箱与CSTR反应器之间通过第一管道连通，所述CSTR反应器与ABR反应器之间通过第二管道连通，所述ABR反应器和储水箱之间通过第三管道连通；

所述ABR反应器内分割成多个相连通的隔室，最后一个隔室为沉淀室，其他隔室为反应室，且第一个反应室的容积大于后面反应室的容积，每个反应室内均设有上流室和下流室，所述上流室内靠近其上端的位置设组合纤维填料，所述上流室内靠近其下端的位置设混合惰性填料，所述沉淀室内设蜂窝斜管填料，同一个反应室内的上流室和下流室的上端相连通，后一个反应室的上流室和前一个反应室的下流室的下端相连通，在第一个反应室内还设有进水下流室，该进水下流室的下端与第一个反应室内的上流室的下端相连通。

上述技术方案由厌氧两相工艺组成，分别为CSTR反应器作为产酸相、ABR反应器作为产甲烷相。针对单相厌氧消化技术的缺陷，采用相分离技术，把产酸和产甲烷分别放在两个反应器中分别进行，让优势菌种分别发挥其作用，使反应器效能更稳定。本系统增大了第一个反应室的容积，在CSTR反应器中未完酸化的有机物可在第一个反应室内继续反应，同时污水进入第一个反应室时可降低水流在上流室的上升速度，减轻了第一个反应室的负荷，降低固体悬浮物的浓度，减少污泥的流失。上流室上端的组合纤维填料增大微生物的附着提高污泥龄的同时，还具有很好的滞留厌氧污泥的效果，底部的混合惰性填料能促进颗粒污泥的形成，增大了污泥床的扰动，并且有利于颗粒污泥与污水充分接触，当以较大的流速从下流室底部冲击时，悬浮的混合惰性填料层还具有一定的缓冲作用，减小短流的区域，整个装置整体外形占地面积均较小，工艺流程较为简单。

优选地，除最后一个反应室外，其他反应室内的下流室和进水下流室内靠近其上端的位置处分别设有进水孔，所述第二管道分别与该进水孔连通，且在该第二管道上靠近每一个所述进水孔的位置分别设有流量计。

该方案，通过每个反应室上设置的进水孔分别向反应室内进水，同时通过流量计控制进入每个反应室的流量，能有效降低第一反应室的负荷，减少第一反应室过度酸化的现象。

优选地，所述上流室的横截面面积从下往上依次递减，所述下流室的横截面面积从下往上依次递增。

该方案，这样设置的目的是当污水在下流室内流动时水流出现增大趋势，流经下流室底部时流速增大可使污泥悬浮，增大底部污泥床的扰动，利于颗粒污泥与污水的充分接触的同时还能布水均匀，减少底部污泥床的短流区域；当污水向上流室上部运动时，上流室渐缩部分流速的增大，可弥补部分水流动力不足的问题。

优选地，位于同一个反应室内的所述上流室与下流室的上端连通处设置有锯齿形出水堰。

该方案，污水通过锯齿形出水堰从上流室进入下流室，锯齿形出水堰可截留部分厌氧污泥减少污泥的流失，同时可以使出水均匀。

优选地，后一个反应室内的所述锯齿形出水堰的位置低于前一个反应内的所述锯齿形出水堰的位置。

由于水流在流动过程中有存在水头损失，这样设置利于水流的重力自流，使水流流速稳定在一定范围。

优选地，除最后一个反应室外，其他反应室内的下流室和进水下流室内靠近其下端的位置处分别设有回水孔，回水管道的进水端与所述沉淀室相连通，该回水管道的出水端分别与所述回水孔连通，且在该回水管道上靠近每一个所述回水孔的位置分别设有流量计。

该方案，通过回流水控制上流室的水力负荷，使其在一定的范围内变化，并在回流水管上装有流量计，以此来控制各个反应室内的回流量从而控制各个反应室内的水流流速变化。

优选地，在每一个所述反应室的上端均设有排气孔，所述排气孔通过排气管道与气体收集装置连通。

优选地，在每一个反应室和沉淀室的底部均设有排泥孔，该排泥孔与排泥管连通。

优选地，所述CSTR反应器内的搅拌叶片上靠近其自由端的位置设有挡板，该挡板沿所述CSTR反应器内搅拌轴的轴向延伸，在所述CSTR反应器内还设有加热棒和温控装置。

该方案，加热棒和温控装置保证CSTR反应器内的温度维持在规定范围内，其搅拌叶片两侧的挡板在随搅拌轴转动的过程中能加大水的扰动面积，减少扰动死区的面积，提高反应效率。

优选地，所述ABR反应器置于铁支架上，且在该ABR反应器与铁支架之间设保温海绵。

与现有技术相比，本发明的有益效果：本发明由厌氧两相工艺组成，分别为CSTR反应器作为产酸相、ABR反应器作为产甲烷相，采用相分离技术，把产酸和产甲烷分别放在两个反应器中分别进行，让优势菌种分别发挥其作用，使反应器效能更稳定。本系统增大了第一个反应室的容积，在CSTR反应器中未完全酸化的有机物可在第一个反应室内继续反应，同时污水在进入第一个反应室时可降低水流在上流室的上升速度，减轻了第一个反应室的负荷，降低了固体悬浮物的浓度，减少污泥的流失，处理效率更高。上流室上端的组合纤维填料增大微生物的附着提高污泥龄的同时，还具有很好的滞留厌氧污泥的效果，底部的混合惰性填料能促进颗粒污泥的形成，增大了污泥床的扰动，并且有利于颗粒污泥与污水充分接触，当以较大的流速从下流室底部冲击时，悬浮的混合混合惰性填料层还具有一定的缓冲作用，减小短流的区域，工艺流程较为简单，使用效果较好。本系统整体结构紧凑简单、管理方便、占地面积小，降低了工程投资。

附图说明：

图1为本发明的主视图。

具体实施方式

下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

如附图1所示的复合两相一体化厌氧反应系统，包括配水箱1、CSTR反应器2、ABR反应器和储水箱6，配水箱1与CSTR反应器2之间通过第一管道12连通，第一管道12上设第一蠕动泵11，CSTR反应器2与ABR反应器之间通过第二管道81连通，第二管道81上设第二蠕动泵8，ABR反应器和储水箱6之间通过第三管道62连通，第三管道62上设第三蠕动泵61。

CSTR反应器2为圆柱形反应器，直径50cm，高70cm，有效容积135L，其混合的方式为机械混合，CSTR反应器2内的搅拌叶片21上靠近其自由端的位置设有挡板22，该挡板22沿CSTR反应器2内搅拌轴的轴向延伸，在搅拌过程中挡板22能加大水的扰动面积，减少流动死区的范围，同时第一管道12伸入到搅拌叶片21的上部，布水条件较好，在CSTR反应器2内还设有加热棒和温控装置23，使CSTR反应器2内达到所需的反应温度。CSTR反应器2的其他条件可参考现有技术，在此不做详细描述。

ABR反应器置于铁支架31上，且在该ABR反应器与铁支架31之间设保温海绵，减少容器内热量的散失，可保证反应器内厌氧菌种的正常反应。ABR反应器内分割成多个相连通的隔室，最后一个隔室为沉淀室34，其他隔室为反应室，且第一个反应室的容积大于后面几个反应室的容积，在每一个反应室的上端均设有排气孔38，排气孔38通过排气管道与气体收集装置40连通。在沉淀室34和每一个反应室的底部均设有排泥孔39，该排泥孔39与排泥管41连通，污泥通过排泥孔39进入排泥管41，然后排出。

每个反应室内均设有上流室32和下流室33，上流室32的横截面面积从下往上依次递减，下流室33的横截面面积从下往上依次递增，即上流室32和下流室33的横截面积都是随水流方向缩减的，这样当污水向上流室上部运动时，渐缩部分流速的暂时增大可抵消部分水流重力，避免造成水流动力不足的问题。

上流室32内靠近其上端的位置设组合纤维填料，组合纤维填料由两块硬质塑料栅网和安装在两块硬质塑料栅网之间的组合纤维填料所构成，组合纤维填料可增大微生物的附着，具有很好的滞留厌氧污泥的效果,提高污泥龄，塑料栅网长期浸没水中还可有效减少水体的腐蚀。上流室32内靠近其下端底部的位置设混合惰性填料，混合惰性填料采用废旧轮胎颗粒+椰壳活性炭混合构成，采用两种混合的填料，对于不同密度填料当下流室的出水口水流冲击时，能使废旧轮胎颗粒、椰壳活性炭颗粒和两种填料上面的微生物以及颗粒污泥在上流室的下部处于充分悬浮的状态，使底部的污泥床充分膨胀，不同的填料造成分布不同的悬浮效果，促进颗粒污泥的形成，增大了污泥床的扰动，并且有利于颗粒污泥与污水充分接触，当以较大的流速从下流室底部冲击时，悬浮的混合填料层还具有一定的缓冲作用，减小短流的区域。沉淀室34的右侧隔板是倾斜设置的，可使沉淀室34的横截面从下往上是增大的，在沉淀室34内设蜂窝斜管填料，类似于给水处理的斜板沉淀池，有很好的固液分离的效果，加速污泥颗粒的沉淀，缩短泥水的分离时间，可减少出水中的污泥量，用于净化出水水质。

同一个反应室内的上流室32和下流室33的上端相连通，后一个反应室的上流室32和前一个反应室的下流室33的下端相连通，在第一个反应室内还设有进水下流室35，该进水下流室35的下端与第一个反应室内的上流室32的下端相连通。在进水下流室35和下流室33的下端设折流板91，折流板91向上流室32的一侧倾斜，折流板91使用使污水在装置内水平方向上呈推流状态，垂直方向上向上流动，可减少短流现象。

位于同一个反应室内的上流室32与下流室33的上端连通处设置有锯齿形出水堰5，且锯齿形出水堰5是向上流室32的一侧偏移的，锯齿形出水堰5与组合纤维填料的上端之间有一定间距，在颗粒污泥沉降区域向上流的作用较弱，颗粒污泥容易在此沉降，在组合纤维填料上端还设置有一倾斜挡板92，该倾斜挡板92位于锯齿形出水堰5下方，倾斜挡板92使上流室32随水流方向继续收缩，当水流流过时可继续增大水流流速，可对污泥进行筛选，当流速增大后利于沉降性能不好的絮状污泥冲出隔室后形成颗粒状污泥。后一个反应室内的锯齿形出水堰5的位置低于前一个反应室内的锯齿形出水堰5的位置，这样当水流掺杂的污泥到此处经过锯齿形出水堰时具有拦截部分污泥的效果，并在锯齿形出水堰5与组合纤维填料之间的地方得以沉降，可截留一部分厌氧污泥减少污泥的流失的同时可以使出水均匀。在上流室32上设有取样孔，便于后期对水质的取样检测观察。

除最后一个反应室外，其他反应室内的下流室33和进水下流室35内靠近其上端的位置处分别设有进水孔36，第二管道81分别与该进水孔36连通，且在该第二管道81上靠近每一个进水孔36的位置分别设有流量计，用来控制每个隔室内的进水量，进水下流室35和后面几个下流室33内的进水量比例依次为5：4：3：2：1。除最后一个反应室外，其他反应室内的下流室33和进水下流室35内靠近其下端的位置处分别设有回水孔37，回水管道72的进水端与沉淀室34相连通，该回水管道72的出水端分别与所回水孔37连通，且在该回水管道72上靠近每一个回水孔37的位置分别设有流量计，回水管道72上设回水泵71，用来控制每个隔室内的回水量，进水下流室35和后面几个下流室33内的回流水的比例依次为7：5：4：3：1。采用分段进水的方式，当处理高浓度废水时，能有效降低第一个反应室的负荷，减少第一个反应室过度酸化的现象，通过调节回流泵的回流量来控制上流室的水力负荷，使其在一定的范围内变化，并在回流管上装有流量计，以此来控制各格室的回流量从而控制各个反应室的流速变化。同时分段进水与回流水分别在下流室的上部和下部，上流室是ABR反应器的主要反应区域，内部的流态以及微生物的菌种分布复杂，进水和回流水都设在下流室可减少布水时的短流现象。

ABR反应器中未说明的其他条件可参考现有技术，在此不做进一步详细描述。

在污水处理的过程中，污水在配水箱1中配好，由第一蠕动泵11定量地控制CSTR反应器2产酸相的进水量，由加热棒及温控装置23控制CSTR反应器内水的温度，第二蠕动泵8将CSTR反应器2中的水输送至ABR反应器3的进水下流室35和各个下流室33的上部进水孔10，通过第二蠕动泵8结合流量计控制各个反应室的分段进定量水，污水进入ABR反应器后在各上、下流室之间做上下往复运动，在经过上流室32底部的混合惰性填料与污泥共同形成的污泥床时，由于下流室底部横截面积减小以及水的重力冲击作用，可以使其充分悬浮起来，增大底部污泥床的扰动，利于颗粒污泥与污水的充分接触，上流室上部的组合纤维填料具有大的比表面积，附着微生物的同时并有很好的滞留厌氧污泥的效果,提高污泥龄；然后由回流泵71与流量计结合定量控制各个反应室的回水量，从而控制各个反应室内水流的流速变化。每个反应室产生的气体经由顶部的排气孔38排至气体收集装置40统一收集，为便于污水进入ABR反应器3后实现水的自流，前五个反应室内的锯齿形出水堰5的高度从前往后依次降低，每个反应室内产生的污泥通过排泥孔12进入输送至排泥管41后排出，水流经过沉淀池34净化后通过第三管道62进入储水箱6内收集，然后再进入后续程序。

以上描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种复合两相一体化厌氧反应系统，其特征在于：包括配水箱(1)、CSTR反应器(2)、ABR反应器和储水箱(6)，所述配水箱(1)与CSTR反应器(2)之间通过第一管道(12)连通，所述CSTR反应器(2)与ABR反应器之间通过第二管道(81)连通，所述ABR反应器和储水箱(6)之间通过第三管道(62)连通；

所述ABR反应器内分割成多个相连通的隔室，最后一个隔室为沉淀室(34)，其他隔室为反应室，且第一个反应室的容积大于后面反应室的容积，每个反应室内均设有上流室(32)和下流室(33)，所述上流室(32)内靠近其上端的位置设组合纤维填料，所述上流室(32)内靠近其下端的位置设混合惰性填料，所述沉淀室(34)内设蜂窝斜管填料，同一个反应室内的上流室(32)和下流室(33)的上端相连通，后一个反应室的上流室(32)和前一个反应室的下流室(33)的下端相连通，在第一个反应室内还设有进水下流室(35)，该进水下流室(35)的下端与第一个反应室内的上流室(32)的下端相连通。

2.根据权利要求1所述的复合两相一体化厌氧反应系统，其特征在于：除最后一个反应室外，其他反应室内的下流室(33)和进水下流室(35)内靠近其上端的位置处分别设有进水孔(36)，所述第二管道(81)分别与该进水孔(36)连通，且在该第二管道(81)上靠近每一个所述进水孔(36)的位置分别设有流量计。

3.根据权利要求1所述的复合两相一体化厌氧反应系统，其特征在于：所述上流室(32)的横截面面积从下往上依次递减，所述下流室(33)的横截面面积从下往上依次递增。

4.根据权利要求1所述的复合两相一体化厌氧反应系统，其特征在于：位于同一个反应室内的所述上流室(32)与下流室(33)的上端连通处设置有锯齿形出水堰(5)。

5.根据权利要求4所述的复合两相一体化厌氧反应系统，其特征在于：后一个反应室内的所述锯齿形出水堰(5)的位置低于前一个反应室内的所述锯齿形出水堰(5)的位置。

6.根据权利要求2所述的复合两相一体化厌氧反应系统，其特征在于：除最后一个反应室外，其他反应室内的下流室(33)和进水下流室(35)内靠近其下端的位置处分别设有回水孔(37)，回水管道(72)的进水端与所述沉淀室(34)相连通，该回水管道(72)的出水端分别与所述回水孔(37)连通，且在该回水管道(72)上靠近每一个所述回水孔(37)的位置分别设有流量计。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的复合两相一体化厌氧反应系统，其特征在于：在每一个所述反应室的上端均设有排气孔(38)，所述排气孔(38)通过排气管道与气体收集装置(40)连通。

8.根据权利要求7所述的复合两相一体化厌氧反应系统，其特征在于：在每一个反应室和沉淀室(34)的底部均设有排泥孔(39)，该排泥孔(39)与排泥管(41)连通。

9.根据权利要求1所述的复合两相一体化厌氧反应系统，其特征在于：所述CSTR反应器(2)内的搅拌叶片上靠近其自由端的位置设有挡板(22)，该挡板(22)沿所述CSTR反应器(2)内搅拌轴的轴向延伸，在所述CSTR反应器(2)内还设有加热棒和温控装置(23)。

10.根据权利要求1所述的复合两相一体化厌氧反应系统，其特征在于：所述ABR反应器置于铁支架(31)上，且在该ABR反应器与铁支架(31)之间设保温海绵。

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