CN113526660B - 一种基于升流式厌氧反应器的高效三相分离器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于升流式厌氧反应器的高效三相分离器，该装置包括由下至上可分为反应区，三相分离区，集气室以及沉淀区的分离壳体、设于三相分离区内的分离元件；本发明可以避免污泥的流失并加快污泥沉淀，保证床层的污泥浓度与停留时间，从而提高升流式厌氧反应器的处理效果。通过设置数量充足的反射罩，首先将气液混合体与污泥颗粒分离，上升液体的流态在装置内被塑造为有序的塞流模式可保证污泥充分快速沉淀。此外，集气室高度留有足够余量且上部设置消泡件，有利于形成稳定的气液界面以实现气体高效分离收集。总之，本发明的三相分离器设计合理，能显著提升升流式厌氧反应器的处理效率，具有良好的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于废水厌氧处理技术领域，具体是涉及一种基于升流式厌氧反应器的高效三相分离器。
背景技术
厌氧生物处理技术是在厌氧条件下，兼性厌氧和厌氧微生物群体将有机物转化为甲烷和二氧化碳的过程。由于处理过程不需要进行供氧，可以减少大量系统能耗，并具有COD去除效果良好、反应速率高以及对毒性物质适应性强等优点，因此厌氧反应在水处理行业中应用非常广泛。
现阶段应用较多的是工艺装置主要是升流式厌氧污泥反应器(UASB)，其工作原理是将污水由反应器底部进入，自下而上地通过厌氧污泥床，废水和污泥的接触过程中发生厌氧反应，所产沼气引发污泥的内部循环能够加强反应接触效果。UASB的结构主要由配水系统、污泥反应区、三相分离器、沉淀区、出水系统以及沼气收集系统等组成。其中，三相分离器作为UASB反应器的核心部件，对气、固、液三相的分离效果将直接影响反应器的处理效果，是反应器正常高效运行的关键。
在实际水处理运行中，现有三相分离器主要存在以下问题：(1)污泥挡板结构的阻隔效果有限，气体分离与收集效果不理想，且沉淀室内存在大量气泡携带污泥微粒冲出反应器；(2)液体在三相分离器内形成湍流，干扰污泥快速沉淀，造成污泥反应区的污泥有效浓度不足、污泥停留时间过短，影响厌氧反应器的处理效果。因此，亟待开发一种高效的三相分离器，以提高升流式厌氧反应器的整体处理效果。
发明内容
针对上述存在的问题，本发明提供了一种基于升流式厌氧反应器的高效三相分离器，反应器结构合理，并能够解决现有升流式厌氧反应器运行过程中，污泥易流失以及固液分离效果不足的问题，从而提高升流式厌氧反应器的处理效果。
本发明的技术方案是：一种基于升流式厌氧反应器的高效三相分离器，包括由下至上可分为反应区、三相分离区、沉淀区的分离壳体，设于所述三相分离区内的分离元件，通过管道与分离元件连通的集气室，以及设于集气室内的排泥导气件；
所述反应区位于原水布水管上方，反应区侧壁设有进液口，反应区内设有污泥反应床板，污泥流化床板设有溢流堰，所述集气室设有出气口，所述沉淀区处设有出水堰，沉淀区上端设有储气室；
所述分离元件包括由上至下水平设于三相分离区内的多个承重梁、设于所述承重梁上的倒V型反射罩，倒V型反射罩一端采用SS304不锈钢板封堵，另一端与集气室侧板焊接，气液混合体在倒V型反射罩顶部通过集气室侧板上对应的三角形开孔，进入集气室，三角形开孔上可设置透气度≥55L/m2.s的滤布，防止污泥颗粒通过，集气室上部封堵并设置消泡件，通过管道与沉淀区顶部的储气室连通，集气室下部连接有排水管，气液分离出的水由排水管导出至装置外部，用于原水的均质均量调节，沉淀区位于集气室上部，所述集气室侧板上设有开孔；
所述排泥导气件包括上端与出气口贯通的且底端设有圆形开口的导气罩、通过所述圆形开口卡接的弧形分散筒，所述导气罩两侧设有落泥开口，所述弧形分散筒底端与外部贯通，上端设有多个通气孔，所述弧形分散筒的弧形面的尺寸大于出气口的尺寸。
进一步地，所述反应区内设有布液管，所述布液管包括贯穿进液口的进液总管、与所述进液总管连通且由多个环状管组成的布液环管，每个环状管外壁均匀设有多个布液嘴，环状管侧壁上设有多个半圆形开口，且每个所述半圆形开口处通过扭簧连接有半圆形挡板，当污水进入反应区时，通过进液总管进入各个环状管内，并经各个布液嘴流至反应区内，使废水被尽可能均匀的引入反应区内，当水压较大时，水流可冲击扭簧将半圆形挡板打开，从而经过半圆形开口流出，避免出现布液管憋压，降低其使用寿命。
进一步地，所述承重梁包括与分离壳体内对应三相分离区位置处的内壁固定连接的承重总框、相互交错设于所述承重总框内的承重杆，通过将污泥反应床板放置于由承重杆和承重总框构成的承重梁上，起到很好的承重效果，提高了装置整体的稳定性。
进一步地，所述倒V型反射罩的顶部斜面夹角为75°，有利于污泥快速回落，倒V型反射罩斜面长度留有足够余量以保证气泡上升速度。
进一步地，所述圆形开口侧壁沿周向均匀设有多个卡接豁口，且相邻两个卡接豁口之间通过滑动槽连通，所述圆形开口侧壁沿周向均匀设有多个卡接豁口，且相邻两个卡接豁口之间通过滑动槽连通，所述弧形分散筒外壁设有与卡接豁口一一对应且可沿所述滑动槽滑动的滑块，通过将滑块放入卡接豁口内，并旋转使其在滑动槽内滑动卡接，完成对弧形分散筒的固定，方便安装和拆卸，简化清洁步骤。
进一步地，所述弧形分散筒与导气罩外壁通过锁扣连接，进一步增加弧形分散筒安装的稳定性，避免因气流冲击抖动，使滑块沿滑动槽滑动至卡接豁口，造成弧形分散筒掉落，降低装置可靠性。
进一步地，所述出气口与导气罩连接处设有消泡件，所述消泡件包括与出气口连通的消泡箱、设于所述消泡箱内沿竖直方向设有安装杆、底端可套接在所述安装杆上端的移动空心套筒、设于安装杆与移动空心套筒之间的电动伸缩杆，所述消泡箱上设有上端与储气室连通，消泡箱底端设有出水口，所述移动空心套筒外壁设有多个喷洒杆，每个所述喷洒杆外壁均匀设有多个喷洒口，移动空心套筒通过连接管连接有消泡剂盒，且连接处设有抽液泵，通过抽液泵向移动空心套筒内抽消泡剂，然后经各个喷洒口对沼气进行喷淋，从而将沼气中携带的泡沫去除，泡沫去除后，沼气排入储气室，然后将水经出水口回流至三相分离区内，从而实现沼气的消泡操作，在消泡的过程中，可通过电动伸缩杆驱动移动空心套筒上下移动，可实现不同高度沼气中泡沫的充分消除，解决了因沼气上升速率过慢而使泡沫消除效率低的问题。
进一步地，所述喷洒杆外壁沿周向还设有多个横杆，且每个所述横杆上均匀设有多个破碎切片，通过破碎切片的设置，可将泡沫进行打散破碎，从而提高消泡速率。
进一步地，所述分离壳体的高度为5～7m时，集气室的高度在1.5～2m。
上述高效三相分离器的工作过程为：
(1)厌氧反应器中的废水进入反应区时，通过进液总管进入各个环状管内，并经各个布液嘴流至反应区内，使废水被尽可能均匀的引入反应区内，当水压较大时，水流可冲击扭簧将半圆形挡板打开，从而经过半圆形开口流出；
(2)污水向上进入三相分离区，并通过污泥反应床板时，与污泥颗粒接触进行生化降解，该区域COD容积负荷很高，大部分COD在此处被降解，产生沼气，此时，在污泥中形成的一些沼气附着在污泥颗粒上，附着和没有附着的沼气向分离壳体顶部上升，在上升的过程中，沼气在通过倒V型反射罩的过程中，污泥撞击倒V型反射子罩内壁，并沿着并沿倒V型反射罩22内壁落下，剩余含絮状污泥的废水进入沉淀区，经过重力沉降充分实现泥水分离。气液固三相在倒V型反射罩的间隙升流流动，由于倒V型反射罩挡板是错落覆盖排布的，保证了挡板对间隙的遮盖面积，因此可以保证所有气体与气液混合体无法进入沉淀区，并在倒V型反射罩顶部完成污泥颗粒的分离。气体与气液混合物统一经由一侧的开孔进入集气室，三角形开孔上可设置透气度≥55L/m2.s的滤布，防止污泥颗粒通过。反应器内的流态被塑造为塞流形式，沉淀区排除了气泡的干扰，因此沉降的污泥能够快速回落至污泥反应床板上。反应器上部设有溢流堰，三角型的溢流堰能实现均匀集水并有效调节水位，清水从溢流堰管道流出。最后固液彻底分离的污水排出，沉降下来的少部分污泥也落回到污泥反应床板上，而沼气进入集气室内；
(3)当沼气进入集气室内时，通过抽液泵向移动空心套筒内抽消泡剂，然后经各个喷洒口对沼气进行喷淋，从而将沼气中携带的泡沫去除，泡沫去除后，沼气排入储气室，然后将水经出水口回流至三相分离区内，从而实现沼气的消泡操作；
(4)沼气在进行消泡处理前，首先经弧形分散筒进入其内部，由于弧形分散筒的弧形面的尺寸大于出气口的尺寸，所以沼气会通过通气孔分散至弧形分散筒内各处，并与其避免进行撞击，使残余污泥经落泥开口落下，能够有效的减少沼气中的颗粒污泥的量。
本发明的有益效果是：
(1)本发明可以避免污泥的流失并加快污泥沉淀，保证床层的污泥浓度与停留时间，从而提高升流式厌氧反应器的处理效果。通过设置数量充足的反射罩，首先将气液混合体与污泥颗粒分离。上升液体的流态在装置内被塑造为有序的塞流模式可保证污泥充分快速沉淀。集气室高度留有足够余量且上部设置消泡件，有利于形成稳定的气液界面以实现气体高效分离收集。
(2)通过对混合物进行逐级分离，即将三相分离转化为单独的气液、固液分离，从而极大提高厌氧反应器的三相分离效果。通过在各层倒V型反射罩底端设置承重梁，提高了装置整体的稳定性。同时，通过每层的反射罩交错排列，可充分保证污泥颗粒的分离与快速回落，从而提高装置整体工作效率；
(3)通过设置排泥导气件，能够有效的减少沼气中的颗粒污泥的量，避免了由于部分颗粒污泥的粒径较小，极易进入三相分离器的排气管道中，增加沼气收集难度，还容易污染沼气室集气室和储气室；
(4)通过抽液泵向移动空心套筒内抽消泡剂，然后经各个喷洒口对沼气进行喷淋，从而将沼气中携带的泡沫去除，泡沫去除后，沼气排入储气室，分离出的液体由集气室底部的排水管导出至装置外部，用于原水的均质均量调节，从而实现沼气的消泡操作，在消泡的过程中，可通过电动伸缩杆驱动移动空心套筒上下移动，可实现不同高度沼气中泡沫的充分消除，解决了因沼气上升速率过慢而使泡沫消除效率低的问题。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图；
图2是本发明的侧视图；
图3是本发明的布液管的结构示意图；
图4是本发明的半圆形挡板的安装结构示意图；
图5是本发明的承重梁的结构示意图；
图6是本发明的排泥导气件的结构示意图；
图7是本发明的导气罩的仰视图；
图8是本发明的滑块在弧形分散筒上的连接示意图；
图9是本发明的消泡件的结构示意图；
图10是本发明的喷洒杆的结构示意图；
图11是本发明的出水堰放大图。
其中，1-分离壳体、10-反应区、100-布液管、101-进液总管、102-布液环管、1020-环状管、1021-布液嘴、1022-半圆形开口、1023-半圆形挡板、11-三相分离区、12-集气室、120-出气口、13-沉淀区、130-出水堰、131-储气室、2-分离元件、20-承重梁、21-污泥反应床板、22-倒V型反射罩、3-排泥导气件、30-导气罩、300-圆形开口、301-落泥开口、303-卡接豁口、304-滑动槽、31-弧形分散筒、310-通气孔、311-滑块、4-消泡件、40-消泡箱、400-出水口、41-安装杆、42-移动空心套筒、420-喷洒杆、421-喷洒口、422-消泡剂盒、423-抽液泵、424-横杆、4240-破碎切片、43-电动伸缩杆。
具体实施方式
实施例
如图1所示，一种基于升流式厌氧反应器的高效三相分离器，包括由下至上可分为反应区10、三相分离区11、沉淀区13的分离壳体1，设于所述三相分离区11内的分离元件2，通过管道与分离元件2连通的集气室12，以及设于集气室12内的排泥导气件3；
所述反应区10位于原水布水管上方，反应区10侧壁设有进液口，反应区10内设有污泥反应床板，污泥流化床板设有溢流堰，所述集气室12设有出气口120，所述沉淀区13处设有出水堰130，出水堰130的结构如图11所示，沉淀区13上端设有储气室131；
如图3、4所示，反应区10内设有布液管100，布液管100包括贯穿进液口的进液总管101、与进液总管101连通且由3个环状管1020组成的布液环管102，每个环状管1020外壁均匀设有15个布液嘴1021，环状管1020侧壁上设有10个半圆形开口1022，且每个半圆形开口1022处通过扭簧连接有半圆形挡板1023，当污水进入反应区10时，通过进液总管101进入各个环状管1020内，并经各个布液嘴1021流至反应区10内，使废水被尽可能均匀的引入反应区10内，当水压较大时，水流可冲击扭簧将半圆形挡板1023打开，从而经过半圆形开口1022流出，避免出现布液管100憋压，降低其使用寿命；
分离壳体1的高度为5～7m时，集气室12的高度在1.5～2m。
如图1、2所示，分离元件2包括由上至下水平设于三相分离区11内的多个承重梁20、设于所述承重梁20上的倒V型反射罩22，倒V型反射罩22一端采用SS304不锈钢板封堵，另一端与集气室12侧板焊接，气液混合体在倒V型反射罩22顶部通过集气室12侧板上对应的三角形开孔，进入集气室12，三角形开孔上可设置透气度≥55L/m2.s的滤布，防止污泥颗粒通过，集气室12上部封堵并设置消泡件，通过管道与沉淀区13顶部的储气室131连通，集气室12下部连接有排水管，气液分离出的水由排水管导出至装置外部，用于原水的均质均量调节，沉淀区13位于集气室12上部，所述集气室12侧板上设有开孔；
如图5所示，承重梁20包括与分离壳体1内对应三相分离区11位置处的内壁固定连接的承重总框200、相互交错设于承重总框200内的承重杆201，通过将污泥反应床板21放置于由承重杆201和承重总框200构成的承重梁20上，起到很好的承重效果，提高了装置整体的稳定性；
所述倒V型反射罩22的顶部斜面夹角为75°，有利于污泥快速回落，倒V型反射罩斜面长度留有足够余量以保证气泡上升速度；
如图6所示，排泥导气件3包括上端与出气口120贯通的且底端设有圆形开口300的导气罩30、通过圆形开口300卡接的弧形分散筒31，导气罩30两侧设有落泥开口301，弧形分散筒31底端与外部贯通，上端设有15个通气孔310，弧形分散筒31的弧形面的尺寸大于出气口120的尺寸；
如图7、8所示，圆形开口300侧壁沿周向均匀设有9个卡接豁口303，且相邻两个卡接豁口303之间通过滑动槽304连通，弧形分散筒31外壁设有与卡接豁口303一一对应且可沿滑动槽304滑动的滑块311，通过将滑块311放入卡接豁口303内，并旋转使其在滑动槽304内滑动卡接，完成对弧形分散筒31的固定，方便安装和拆卸，简化清洁步骤；
弧形分散筒31与导气罩30外壁通过锁扣连接，进一步增加弧形分散筒31安装的稳定性，避免因气流冲击抖动，使滑块311沿滑动槽304滑动至卡接豁口303，造成弧形分散筒31掉落，降低装置可靠性；
如图9所示，出气口120与导气罩30连接处设有消泡件4，消泡件4包括与出气口120连通的消泡箱40、设于消泡箱40内沿竖直方向设有安装杆41、底端可套接在安装杆41上端的移动空心套筒42、设于安装杆41与移动空心套筒42之间的电动伸缩杆43，消泡箱40上设有上端与储气室131连通，消泡箱40底端设有出水口400，移动空心套筒42外壁设有9个喷洒杆420，每个喷洒杆420外壁均匀设有10个喷洒口421，移动空心套筒42通过连接管连接有消泡剂盒422，且连接处设有抽液泵423，通过抽液泵423向移动空心套筒42内抽消泡剂，然后经各个喷洒口421对沼气进行喷淋，从而将沼气中携带的泡沫去除，泡沫去除后，沼气排入储气室131，然后将水经出水口400回流至三相分离区11内，从而实现沼气的消泡操作，在消泡的过程中，可通过电动伸缩杆43驱动移动空心套筒42上下移动，可实现不同高度沼气中泡沫的充分消除，解决了因沼气上升速率过慢而使泡沫消除效率低的问题；
如图10所示，喷洒杆420外壁沿周向还设有10个横杆424，且每个横杆424上均匀设有5个破碎切片4240，通过破碎切片4240的设置，可将泡沫进行打散破碎，从而提高消泡速率，其中，各个电气元件均为市售。
上述高效三相分离器的工作过程为：
(1)厌氧反应器中的废水进入反应区10时，通过进液总管101进入各个环状管1020内，并经各个布液嘴1021流至反应区10内，使废水被尽可能均匀的引入反应区10内，当水压较大时，水流可冲击扭簧将半圆形挡板1023打开，从而经过半圆形开口1022流出；
(2)污水向上进入三相分离区11，并通过污泥反应床板21时，与污泥颗粒接触进行生化降解，该区域COD容积负荷很高，大部分COD在此处被降解，产生沼气，此时，在污泥中形成的一些沼气附着在污泥颗粒上，附着和没有附着的沼气向分离壳体1顶部上升，在上升的过程中，沼气在通过倒V型反射罩22的过程中，污泥撞击倒V型反射罩22内壁，并沿倒V型反射罩22内壁落下，气体和液体的混合物经开孔进入集气室12，含少量污泥的废水在沉淀区13经过重力沉降进一步完成泥水分离，液固三相在倒V型反射罩22的间隙升流流动，由于倒V型反射罩22挡板是错落覆盖排布的，保证了挡板对间隙的遮盖面积，因此可以保证所有气体与气液混合体无法进入沉淀区，并在倒V型反射罩22顶部完成污泥颗粒的分离。气体与气液混合物统一经由一侧的开孔进入集气室12，三角形开孔上可设置透气度≥55L/m2.s的滤布，防止污泥颗粒通过。由此实现沉淀区13保持稳定，便于进一步完成泥水的固液分离。反应器内的流态被塑造为塞流形式，沉淀区排除了气泡的干扰，因此沉降的污泥能够快速回落至污泥反应床板21上。反应器上部设有溢流堰，三角型的溢流堰能实现均匀集水并有效调节水位，清水从溢流堰管道流出。最后固液彻底分离的污水排出，沉降下来的少部分污泥也落回到污泥反应床板21上，而沼气进入集气室12内；
(3)当沼气进入集气室12内时，通过抽液泵423向移动空心套筒42内抽消泡剂，然后经各个喷洒口421对沼气进行喷淋，从而将沼气中携带的泡沫去除，泡沫去除后，沼气排入储气室131，然后将水经出水口400回流至三相分离区11内，从而实现沼气的消泡操作；
沼气在进行消泡处理前，首先经弧形分散筒31进入其内部，由于弧形分散筒31的弧形面的尺寸大于出气口120的尺寸，所以沼气会通过通气孔310分散至弧形分散筒31内各处，并与其避免进行撞击，使残余污泥经落泥开口301落下，能够有效的减少沼气中的颗粒污泥的量。
Claims (5)
1.一种基于升流式厌氧反应器的高效三相分离器，其特征在于，包括由下至上可分为反应区(10)、三相分离区(11)、沉淀区(13)的分离壳体(1)，设于所述三相分离区(11)内的分离元件(2)，通过管道与分离元件(2)连通的集气室(12)，以及设于集气室(12)内的排泥导气件(3)；
所述反应区(10)位于原水布水管上方，反应区(10)侧壁设有进液口，反应区(10)内设有污泥反应床板，污泥流化床板设有溢流堰，所述集气室(12)设有出气口(120)，所述沉淀区(13)处设有出水堰(130)，沉淀区(13)上端设有储气室(131)；
所述分离元件(2)包括由上至下水平设于三相分离区(11)内的多个承重梁(20)、设于所述承重梁(20)上的倒V型反射罩(22)，有利于污泥快速回落，倒V型反射罩(22)斜面长度留有足够余量以保证气泡上升速度，倒V型反射罩(22)一端采用SS304不锈钢板封堵，另一端与集气室(12)侧板焊接，气液混合体在倒V型反射罩(22)顶部通过集气室(12)侧板上对应的三角形开孔，进入集气室(12)，三角形开孔上可设置透气度≥55mm/s的滤布，防止污泥颗粒通过，集气室(12)上部封堵并设置消泡件，通过管道与沉淀区(13)顶部的储气室(131)连通，集气室(12)下部连接有排水管，气液分离出的水由排水管导出至装置外部，用于原水的均质均量调节，沉淀区(13)位于集气室(12)上部，所述集气室(12)侧板上设有开孔；
所述排泥导气件(3)包括上端与出气口(120)贯通的且底端设有圆形开口(300)的导气罩(30)、通过所述圆形开口(300)卡接的弧形分散筒(31)，所述导气罩(30)两侧设有落泥开口(301)，所述弧形分散筒(31)底端与外部贯通，上端设有多个通气孔(310)，所述弧形分散筒(31)的弧形面的尺寸大于出气口(120)的尺寸；
所述圆形开口(300)侧壁沿周向均匀设有多个卡接豁口(303)，且相邻两个卡接豁口(303)之间通过滑动槽(304)连通，所述弧形分散筒(31)外壁设有与卡接豁口(303)一一对应且可沿所述滑动槽(304)滑动的滑块(311)；
所述弧形分散筒(31)与导气罩(30)外壁通过锁扣连接；
所述出气口(120)与导气罩(30)连接处设有消泡件(4)，所述消泡件(4)包括与出气口(120)连通的消泡箱(40)、设于所述消泡箱(40)内沿竖直方向设有安装杆(41)、底端可套接在所述安装杆(41)上端的移动空心套筒(42)、设于安装杆(41)与移动空心套筒(42)之间的电动伸缩杆(43)，所述消泡箱(40)上设有上端与储气室(131)连通，消泡箱(40)底端设有出水口(400)，所述移动空心套筒(42)外壁设有多个喷洒杆(420)，每个所述喷洒杆(420)外壁均匀设有多个喷洒口(421)，移动空心套筒(42)通过连接管连接有消泡剂盒(422)，且连接处设有抽液泵(423)；
所述喷洒杆(420)外壁沿周向还设有多个横杆(424)，且每个所述横杆(424)上均匀设有多个破碎切片(4240)。
2.根据权利要求1所述的一种基于升流式厌氧反应器的高效三相分离器，其特征在于，所述反应区(10)内设有布液管(100)，所述布液管(100)包括贯穿进液口的进液总管(101)、与所述进液总管(101)连通且由多个环状管(1020)组成的布液环管(102)，每个环状管(1020)外壁均匀设有多个布液嘴(1021)，环状管(1020)侧壁上设有多个半圆形开口(1022)，且每个所述半圆形开口(1022)处通过扭簧连接有半圆形挡板(1023)。
3.根据权利要求1所述的一种基于升流式厌氧反应器的高效三相分离器，其特征在于，所述承重梁(20)包括与分离壳体(1)内对应三相分离区(11)位置处的内壁固定连接的承重总框(200)、相互交错设于所述承重总框(200)内的承重杆(201)。
4.根据权利要求1所述的一种基于升流式厌氧反应器的高效三相分离器，其特征在于，所述倒V型反射罩(22)的顶部斜面夹角为75°。
5.根据权利要求1所述的一种基于升流式厌氧反应器的高效三相分离器，其特征在于，所述分离壳体(1)的高度为5～7m时，集气室(12)的高度在1.5～2m。
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