CN113502208A - 一种三相分离完全混合式厌氧反应器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种三相分离完全混合式厌氧反应器，包括罐体、立式搅拌器、排浮渣管、沼气管、进料管和排沉渣管，罐体的上部环设有三相分离组件，三相分离组件包括第一折流板和第二折流板，第一折流板的上部与第二折流板之间设有入流区，第一折流板的下部与罐体内壁之间设有沉淀区，沉淀区的底部安装有排泥管，第一折流板的下方设有挡流板，第一折流板的底端与挡流板之间设有第一回流缝；第二折流板的顶端位于液面上方，第二折流板与罐体内壁之设有升流区，第二折流板的底端与罐体内壁之间设有第二回流缝，升流区内安装有集水板，集水板与罐体之间设有集水区，集水区内设有排水管。本发明可以有效实现污泥、沼液和沼气的连续有效分离。

Description

一种三相分离完全混合式厌氧反应器

技术领域

本发明涉及厌氧消化制备沼气工程技术领域，具体来说，涉及一种三相分离完全混合式厌氧反应器。

背景技术

2016年经国家农业部、住建部的估算，全国每年产生畜禽粪污38亿吨，综合利用率不到60%；城市污泥产生量达到约3500万吨，处置率在50%~70%；厨余垃圾产生量为54.8万吨/天；餐饮垃圾产生量约为27.3万吨/天。随着社会经济的快速发展，城市化进程的日益加快，我国养殖业以及加工业的规模日渐增长，餐厨垃圾、厨余垃圾、剩余污泥、食品加工废弃物等也随着城镇化率提高、全国城镇人口呈逐年递增趋势。这些富含生物质的垃圾由于在自然堆放及人工转运的过程中极易降解腐败、孳生蚊蝇和释放出各种气体和液体污染物，已成为城市垃圾中转站、压缩站以及垃圾填埋场污染的重要原因，也是当前城市及周边环境受到污染的重要源头。餐厨垃圾、剩余污泥、畜禽粪便、食品加工废弃物等有机固体废弃物通常具有较高的可生化降解性，含水率较高，有机物含量高。目前，有机固体废弃物的处理方法主要有厌氧消化、好氧堆肥、直接烘干作饲料和微生物处理技术，由于其中蕴含着大量的生物质能,有效利用这类生物质能源,对实现环境和经济的可持续发展具有重要意义，近年来厌氧消化工艺在该领域的应用越来越广泛，厌氧消化具有无害化程度较高，克服了“同源性”的影响，产品为沼气的可利用程度高等优点。

现有厌氧消化技术中主要有CSTR、UBF、UASB、EGSB、IC等。

UBF复合型厌氧反应器，其中部为生物挂膜污泥床区、下部为布水流化区，厌氧微生物以生物膜形式附着在砂和软性填料表面，具有占地面积小、适用于较高浓度的污水处理等特点。但填料极易污堵，影响反应器内水力流态，造成局部酸化。

UASB、EGSB、IC均采用了结构型式复杂的布配水系统、循环回流系统和三相分离系统，具有处理效率高、运行负荷高等优点，但应用于固形物及油脂含量高的废水处理时，配水系统及三相分离器易堵塞，对于水质和负荷的变化比较敏感。

目前，在工业生产中，通常采用CSTR反应器（Continuous Stirred Tank Reactor，即连续搅拌反应器系统，或称全混合厌氧反应器）处理高含固的有机废弃物浆料。CSTR反应器是在一个密闭罐体内完成料液的发酵、沼气产生的过程。反应器内安装有搅拌装置，使发酵原料和微生物处于完全混合状态。投料方式采用恒温连续投料或半连续投料运行。新进入的原料由于搅拌作用很快与反应器内的全部发酵液菌种混合，使发酵底物浓度始终保持相对较低状态。但传统的CSTR反应器结构简单，排浮渣、排沉渣困难，在反应器内无法实现连续固液分离，水力停留时间（HRT）和污泥停留时间（SRT）无法得到有效分离，存在反应器内的污泥浓度低、反应器消化效率和处理负荷低等问题。

针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

针对相关技术中的上述技术问题，本发明提出一种三相分离完全混合式厌氧反应器，能够解决上述问题。

为实现上述技术目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种三相分离完全混合式厌氧反应器，包括罐体，所述罐体的顶端设置有立式搅拌器、排浮渣管和沼气管，所述罐体的底端设置有进料管和排沉渣管，所述罐体的上部环设有三相分离组件，所述三相分离组件包括第一折流板和第二折流板，所述第一折流板的上部与所述第二折流板之间合围形成入流区，所述第一折流板的下部与所述罐体内壁之间合围形成沉淀区，所述沉淀区的底部安装有排泥管，所述第一折流板的下方设置有挡流板，所述第一折流板的底端与所述挡流板之间合围形成第一回流缝；所述第二折流板的顶端位于液面上方，所述第二折流板与所述罐体内壁之间合围形成升流区，所述第二折流板的底端与所述罐体内壁之间设置有第二回流缝，所述升流区内安装有集水板，所述集水板与所述罐体内壁之间合围形成集水区，所述集水区内设置有排水管。

进一步的，所述沉淀区内设置了吹扫管，所述吹扫管位于所述排泥管的上方，所述吹扫管连接有鼓风机。

进一步的，所述第一折流板的顶端与所述第二折流板之间合围形成入流口，所述入流口、所述入流区和所述升流区的截面积依次增大设置。

进一步的，所述第二回流缝的间隙小于入流口的间隙。

进一步的，所述第一折流板、所述第二折流板、所述挡流板与水平面之间的夹角为45°-60°，所述第一折流板在所述挡流板上的投影长度为10cm-20cm。

进一步的，所述第二折流板的顶端位于液面上方30cm-50cm。

进一步的，所述排浮渣管、所述进料管、所述排沉渣管、所述排泥管和所述排水管均连接有阀门，多个所述阀门均连接有水泵。

进一步的，所述立式搅拌器包括驱动电机，所述立式搅拌器包括驱动电机，所述驱动电机的输出端连接有输出轴，所述输出轴上均匀设置有两叶推进式螺旋桨叶，并采用多层结构布置。

本发明的有益效果：本发明通过立式搅拌器，搅拌时在罐内形成在中心区域由上至下、外沿区域由下至上的轴向流湍流流态，加强了罐内浆料和厌氧消化污泥的混合效果；通过三相分离组件可以有效实现污泥、沼液和沼气的连续有效分离，减少了厌氧消化污泥的流失，提高了反应器内活性污泥浓度、厌氧消化效率和处理负荷，通过截留污泥延长了污泥停留时间（污泥龄），可减少剩余污泥的排放量和脱水沼渣规模；本装置结构简单，可提高含高悬浮固体、油脂类污染物的废水，以及剩余污泥、畜禽粪便、餐厨垃圾、厨余垃圾、食品加工废弃物等有机固体废弃物的厌氧消化效率，处理负荷较传统技术高，减少厌氧消化污泥流失，降低了固体废物的排放总量，具有显著的社会、环境和经济效益。

附图说明

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，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是根据本发明实施例所述的一种三相分离完全混合式厌氧反应器的结构示意图。

图2是根据本发明实施例所述的三相分离组件的结构示意图。

图3是根据本发明实施例所述的一种三相分离完全混合式厌氧反应器的俯视图。

图中：1.罐体；2.立式搅拌器；3.三相分离组件；4.进料管；5.排水管；6.沼气管；7.排泥管；8.吹扫管；9.排浮渣管；10.排沉渣管；301.第一折流板；302.第二折流板；303.集水板；304.挡流板；305.入流区；306.升流区；307.集水区；308.沉淀区；309.入流口；310.第二回流缝；311.第一回流缝；312.吹扫管。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-3所示，根据本发明实施例所述的一种三相分离完全混合式厌氧反应器，包括罐体1，所述罐体1的顶端设置有立式搅拌器2、排浮渣管9和沼气管6，所述罐体1的底端设置有进料管4和排沉渣管10，所述罐体1的上部环设有三相分离组件3，所述三相分离组件3包括第一折流板301和第二折流板302，所述第一折流板301的上部与所述第二折流板302之间合围形成入流区305，所述第一折流板301的下部与所述罐体1内壁之间合围形成沉淀区308，所述沉淀区308的底部安装有排泥管7，所述第一折流板301的下方设置有挡流板304，所述第一折流板301的底端与所述挡流板304之间合围形成第一回流缝311；所述第二折流板302的顶端位于液面上方，所述第二折流板302与所述罐体1的内壁之间合围形成升流区306，所述第二折流板302的底端与所述罐体1的内壁之间设置有第二回流缝310，所述升流区306内安装有集水板303，所述集水板303与所述罐体1的内壁之间合围形成集水区307，所述集水区307内设置有排水管5。

在本发明的一个具体实施例中，所述沉淀区308内设置了吹扫管312，所述吹扫管312位于所述排泥管7的上方，所述吹扫管312连接有鼓风机。

在本发明的一个具体实施例中，所述第一折流板301的顶端与所述第二折流板302之间合围形成入流口309，所述入流口309、所述入流区305和所述升流区306的截面积依次增大设置。

在本发明的一个具体实施例中，所述第二回流缝310的间隙小于入流口309的间隙。

在本发明的一个具体实施例中，所述第一折流板301、所述第二折流板302和所述挡流板304与水平面之间的夹角均为45°-60°，所述第一折流板301在所述挡流板304上的投影长度为10cm-20cm。

在本发明的一个具体实施例中，所述第二折流板302的顶端位于液面上方30cm-50cm。

在本发明的一个具体实施例中，所述排浮渣管9、所述进料管4、所述排沉渣管10、所述排泥管7和所述排水管5均连接有阀门，多个所述阀门均连接有水泵。

在本发明的一个具体实施例中，所述立式搅拌器2包括驱动电机，所述驱动电机的输出端连接有输出轴，所述输出轴上均匀设置有两叶推进式螺旋桨叶，并采用多层结构布置。

在本发明的一个具体实施例中，罐体1内厌氧污泥浓度为30-50g/L；

在本发明的一个具体实施例中，排浮渣和排沉渣的间歇运行周期为10-15d,启动时长为15-30min；

在本发明的一个具体实施例中，三相分离组件3的入流区305流速为2-3m/h，沉淀区308上升流速为0.5-1.0m/h，第一回流缝流速311和第二回流缝310的流速均为0.5-0.8m/h。

在本发明的一个具体实施例中，三相分离组件3的宽度为0.7-1.0mm，高度为2.5-3.0m。

为了方便理解本发明的上述技术方案，以下通过具体使用方式上对本发明的上述技术方案进行详细说明。

在具体使用时，根据本发明的一种三相分离完全混合式厌氧反应器，将经过预处理破碎、分选、除油、除砂处理后的餐厨废弃物浆料经底部进料管4进入罐体1内，在立式搅拌器2的搅拌下，使得罐体1内的浆料形成湍流流态，浆料与污泥得到充分混合，立式搅拌器2可采用多层结构布置的两叶推进式螺旋桨叶；餐厨废弃物浆料在厌氧环境下被厌氧微生物消化分解，部分溶于水形成沼液，在循环水流的作用下溢流进入三相分离组件3；

具体为，浆料从入流口309进入入流区305，由于入流口309、入流区305、升流区306的截面积依次增大设置，使得进入三相分离组件3内的浆料混合物的入流速度和升流速度逐渐降低，在升流区305内污泥沉降速度大于水流的上升流速，泥水得以分离，分离后的废水通过集水区307中的排水管5排出罐体1，污泥从第一回流缝311回流至罐内1内继续参与厌氧消化反应，沼气在液面上溢出，通过沼气管6收集后统一回收利用；进一步，第二回流缝310的间隙小于入流口309的间隙，使得污泥可以更好的完成回流，通过挡流板304，使得完成回流的污泥不受罐内浆料的影响；进一步，第一折流板301、第二折流板302和挡流板304与水平面之间的夹角为45°-60°，以及第一折流板301在挡流板304上的投影长度为10cm-20cm的设置方式，使得沼气在挡流板304上形成气封，阻止上升液流及气体经第一回流缝311进入三相分离组件内；进一步，在三相分离组件3的沉淀区305内设置有吹扫管312，并连接压缩空气，同时观测集水区307的出流情况，进行出水水质分析，定期开启吹扫防止三相分离组件3内出现污堵；进一步，通过排浮渣管9和排沉渣管10可以清理罐内累积的浮渣、油脂、泡沫和沉渣等杂质，

，利用水头静压间歇冲击性排放；进一步，通过排泥管7将污泥定期排至沼渣脱水系统进行脱水处理。

本装置处理高浓度、高油脂、高悬浮物的餐厨废弃物，其应用对象针对性强，可提高含高悬浮固体、油脂类污染物的废水，以及剩余污泥、畜禽粪便、餐厨垃圾、厨余垃圾、食品加工废弃物等有机固体废弃物的厌氧消化效率，处理负荷较传统技术高，可减少厌氧消化污泥流失，降低固体废物的排放总量，具有显著的社会、环境和经济效益。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种三相分离完全混合式厌氧反应器，包括罐体（1），其特征在于，所述罐体（1）的顶端设置有立式搅拌器（2）、排浮渣管（9）和沼气管（6），所述罐体（1）的底端设置有进料管（4）和排沉渣管（10），所述罐体（1）的上部环设有三相分离组件（3），所述三相分离组件（3）包括第一折流板（301）和第二折流板（302），所述第一折流板（301）的上部与所述第二折流板（302）之间合围形成入流区（305），所述第一折流板（301）的下部与所述罐体（1）内壁之间合围形成沉淀区（308），所述沉淀区（308）的底部安装有排泥管（7），所述第一折流板（301）的下方设置有挡流板（304），所述第一折流板（301）的底端与所述挡流板（304）之间合围形成第一回流缝（311）；所述第二折流板（302）的顶端位于液面上方，所述第二折流板（302）与所述罐体（1）的内壁之间合围形成升流区（306），所述第二折流板（302）的底端与所述罐体（1）的内壁之间设置有第二回流缝（310），所述升流区（306）内安装有集水板（303），所述集水板（303）与所述罐体（1）的内壁之间合围形成集水区（307），所述集水区（307）内设置有排水管（5）。

2.根据权利要求1所述的一种三相分离完全混合式厌氧反应器，其特征在于，所述沉淀区（308）内设置有吹扫管（312），所述吹扫管（312）位于所述排泥管（7）的上方，所述吹扫管（312）连接有鼓风机。

3.根据权利要求1所述的一种三相分离完全混合式厌氧反应器，其特征在于，所述第一折流板（301）的顶端与所述第二折流板（302）之间合围形成入流口（309），所述入流口（309）、所述入流区（305）和所述升流区（306）的截面积依次增大设置。

4.根据权利要求3所述的一种三相分离完全混合式厌氧反应器，其特征在于，所述第二回流缝（310）的间隙小于入流口（309）的间隙。

5.根据权利要求1所述的一种三相分离完全混合式厌氧反应器，其特征在于，所述第一折流板（301）、所述第二折流板（302）和所述挡流板（304）与水平面之间的夹角均为45°-60°，所述第一折流板（301）在所述挡流板（304）上的投影长度为10cm-20cm。

6.根据权利要求1所述的一种三相分离完全混合式厌氧反应器，其特征在于，所述第二折流板（302）的顶端位于液面上方30cm-50cm。

7.根据权利要求1所述的一种三相分离完全混合式厌氧反应器，其特征在于，所述排浮渣管（9）、所述进料管（4）、所述排沉渣管（10）、所述排泥管（7）和所述排水管（5）均连接有阀门，多个所述阀门均连接有水泵。

8.根据权利要求1所述的一种三相分离完全混合式厌氧反应器，其特征在于，所述立式搅拌器（2）包括驱动电机，所述驱动电机的输出端连接有输出轴，所述输出轴上均匀设置有多个螺旋桨叶，所述螺旋桨叶位于所述罐体（1）的中部。

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