CN113788530B - 一种uasb反应器及其水力控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种UASB反应器，反应器内包括分布有颗粒污泥的污泥床、分布有絮状污泥的污泥悬浮层和分布有容纳有处理后清水的清水区，进一步地，反应器内还设置有四个回流管，所述回流管的进水口与所述清水区连接，所述回流管的出水口设置在所述污泥床上。本发明还提供了该UASB反应器内水流的水力控制方法，本发明能够提高UASB反应器颗粒污泥处理污水的效率和速率。

Description

一种UASB反应器及其水力控制方法
技术领域
本发明涉及工业废水处理技术领域，具体涉及一种UASB反应器及其水力控制方法。
背景技术
UASB反应器为升流式厌氧污泥床反应器，现有专利CN201310640875.3、CN201510802548.2等都有对其的研究，UASB反应器处理工业废水的工作原理是：参照图1，污水经过均匀布水进入反应器底部，污水自下而上地通过反应器，在反应器底部有一个高浓度、高活性的污泥床，大部分的有机物在这里被转化为甲烷和二氧化碳；气态产物的搅动和气泡黏附污泥，在污泥层之上形成一个污泥悬浮层；反应器的上部设有三相分离器，完成气、液、固三相的分离；被分离的消化气从上部导出，被分离的污泥则自动滑落到悬浮污泥层，出水则从澄清区流出。
污泥床内是颗粒污泥，而污泥颗粒化需要水流刺激，科研工作者为了增加水流刺激污泥床，往往在UASB反应器的澄清区引入回流管至污泥床的底部，回流管通过回流泵控制回流流量。而单根回流管导致污泥床内水流分布不均匀，结果污泥受水流刺激程度不同，致使污泥床内污泥颗粒的粒径大小不同，颗粒污泥处理污水的效率和速率也不相同，反应器不会达到最佳处理状态。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种UASB反应器及其水力控制方法，能够提高UASB反应器颗粒污泥处理污水的效率和速率。
本发明采用的技术方案是：本发明一种UASB反应器，反应器内包括分布有颗粒污泥的污泥床、分布有絮状污泥的污泥悬浮层和容纳有处理后清水的清水区，反应器内还设置有四个回流管，所述回流管的进水口与所述清水区连接，所述回流管的出水口设置在所述污泥床上。
进一步地，四个所述回流管的进水口均匀分布在圆周上，相邻两个回流管的进水口之间的夹角为90°，四个所述回流管的出水口均匀分布在圆周上，相邻两个回流管的出水口之间的夹角为90°；四个所述回流管上分别设置有水泵。
进一步地，所述反应器为圆柱体，内径为高度的1/8～1/12。
进一步地，所述污泥床内分布颗粒污泥，所述粒污泥粒径为0.8～1.5mm。
本发明还提供了一种UASB反应器的水力控制方法，与反应器连接四个回流管；所述每个所述回流管上设置有水泵，用于将回流管进水口处的清水输入回流管出水口处的污泥床，回流管进水口和回流管出水口的流速相同，每个所述水泵的流速控制在0.30～0.46L/h。
本发明的有益效果是：
(1)利于缩短UASB反应器内污泥的颗粒化的时间。
(2)利用改善UASB反应器内的污泥颗粒的粒径分布。
(3)利于提升UASB反应器对废水中污染物的去除效率。
附图说明
图1现有技术中UASB反应器的结构原理图；
图2本发明UASB反应器的结构示意图；
图3本发明UASB反应器俯视视角下，四个回流管的分布示意图；
图4本发明对比例1中UASB反应器的结构示意图。
图中，1反应器，2回流管，3水泵。
具体实施方式
为了能更清楚地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明进一步说明。
实施例1
如图2和图3所示，本发明提供了一种UASB反应器，反应器内包括分布有颗粒污泥的污泥床、分布有絮状污泥的污泥悬浮层和容纳有处理后清水的清水区，参照图1进行理解，本发明的创新之处在于，反应器1内还设置有四个回流管2，所述回流管2的进水口与所述清水区连接，所述回流管2的出水口设置在所述污泥床上，从图2中可以看出，回流管2的进水口设置在反应器1的上部，或者靠近顶部位置处，回流管2的出水口设置在反应器1的下部或者靠近底部位置处。
四个所述回流管2的进水口均匀分布在圆周上，相邻两个回流管2的进水口之间的夹角为90°，四个所述回流管2的出水口均匀分布在圆周上，相邻两个回流管2的出水口之间的夹角为90°；四个所述回流管2上分别设置有水泵3。
所述反应器1为圆柱体，内径为高度的1/8～1/12。
所述污泥床内分布颗粒污泥，所述颗粒污泥粒径为0.8～1.5mm。
本发明反应器使用时，其工作过程为：工业废水从反应器1底部进入，废水中污染物质通过污泥床时，被颗粒污泥中微生物硝化和反硝化，转化成胞外分泌物，同时生成甲烷和二氧化碳等气体，废水的升流作用和气体的导流作用，促使污泥悬浮层的絮状污泥上升，到达三相分离器时聚集后下降，气体从三项分离器顶端的管道溢出，清水继续达到澄清区即清水区，并在清水区顶部出水管道流出。由于回流管2上水泵3的作用，清水区内处理后的污水重新进入污泥床，促使进水流量，增加颗粒污泥的水力剪切力。回流管2内的水从反应器1上部清水区流到了污泥床内，通过本发明水力控制方法，控制水泵3达到预设的水力参数，缩短UASB反应器内污泥的颗粒化的时间，利于改善UASB反应器内的污泥颗粒的粒径分布。利于提升UASB反应器对废水中污染物的去除效率。
本发明还提供了上述UASB反应器的水力控制方法，与反应器1连接四个回流管2；所述每个所述回流管2上设置有水泵3，用于将回流管2进水口处的清水输入回流管2出水口处的污泥床，回流管2进水口和回流管2出水口的流速相同，反应器1内部回流流速和进水流速一样，每个所述水泵3的流速控制在0.30～0.46L/h。本实施例控制在0.40L/h。
不考虑摩擦损失能量条件下，
具体计算方法为：
Figure GDA0004143983270000031
P输入＝ρ混合×g×V液×V进水；
Figure GDA0004143983270000032
Figure GDA0004143983270000041
τ：反应器内部总体水力剪切力；控制在1.5-2.0Pa；
P输入：水泵输入功率；
ρ混合：反应器泥水混合密度；
t：水力停留时间；
L：反应器高度；
V进水：液相单位天数的进水体积；
V液：液相流速；
z：固液接触面；
w固:固相所占比例；
w液:液相所占比例；
ρ固：固相密度；
ρ液：液相密度；
d平均：平均粒径；控制在0.8-1.5mm；
g：重力加速度。
四个所述水泵3的设置参数相同，每个所述水泵6的τ为反应器内部总体水力剪切力的四分之一。
实施例2
实施例2和实施例1的区别在于，每个水泵3流速控制在0.30L/h。
实施例3
实施例3和实施例1的区别在于，每个水泵3流速控制在0.46L/h。
使用本发明反应器的处理效果为：
使用本发明培养的反硝化颗粒污泥处理硝酸盐废水，实施例1-3均可以达到95％的硝酸盐氮平均去除率和90％以上的COD平均去除率。
对比例1
本对比例1和实施例1的区别仅在于，本对比例1为只有一个回流管，如图4所示，对比例1的废水处理效果为：对比例1较于实施例反应器硝酸盐氮去除率平均降低了5％。实施例1比对比例1污泥整体颗粒化缩短了15天，颗粒粒径分布更为均匀。此外，实施例1比对比例1更有效抑制污泥在培养过程中的上浮现象。
对比例2
本对比例和实施例的区别仅在于，本对比例2为有6个回流管，相邻两个回流管之间夹角为60°，对比例2的废水处理效果为：对比例2相较于实施例反应器硝酸盐氮去除率平均降低了3％，实施例1比对比例2污泥整体颗粒化缩短了7天，颗粒粒径分布更为均匀。此外，实施例1比对比例2更有效抑制污泥在培养过程中的上浮现象。
对比例3
本对比例和实施例的区别仅在于，对比例3的四个水泵中，每个水泵3流速控制在0.2L/h；对比例3的废水处理效果为：对比例3相较于实施例反应器硝酸盐氮去除率平均降低了10％，实施例1比对比例3污泥整体颗粒化缩短了7天，颗粒粒径分布更为均匀。
对比例4
本对比例和实施例的区别仅在于，对比例3的四个水泵中，每个水泵3流速控制在0.5L/h；对比例4的废水处理效果为：本发明相较于实施例反应器硝酸盐氮去除率平均降低了8％，实施例1比对比例4污泥整体颗粒化缩短了14天，颗粒粒径分布更为均匀。
从本发明实施例1、对比例1-对比例4可以看出，本发明并不是简单地增加了回流管的数量，表面上看是“量变”，实际产生了“质变”，本发明科学的增加了回流，并不是无限增加也不是无序增加，结合水力控制方法进行科学控制，在废水处理过程中，污泥粉末逐渐变成颗粒，随着处理过程的延长，粒径不断增加，大大降低了废水处理效果，本发明通过设定特定的回流水流速和分布，利用水流和污泥颗粒的摩擦力对污泥颗粒进行削减，使得污泥颗粒的粒径不会持续增加也不会过渡削减，而是增减平衡，保持在一个稳定的范围内，保证废水的处理效率和效果。从实验数据中可以看出，本发明的效果为：(1)利于缩短UASB反应器内污泥的颗粒化的时间。(2)利用改善UASB反应器内的污泥颗粒的粒径分布。(3)利于提升UASB反应器对废水中污染物的去除效率。
以上所述仅是本发明的较佳实施方式，故凡依本发明专利申请范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均包括于本发明专利申请范围内。

Claims (4)

1.一种UASB反应器，反应器内包括分布有颗粒污泥的污泥床、分布有絮状污泥的污泥悬浮层和容纳有处理后清水的清水区，其特征在于，反应器(1)内还设置有四个回流管(2)，所述回流管(2)的进水口与所述清水区连接，所述回流管(2)的出水口设置在所述污泥床上；
四个所述回流管(2)的进水口均匀分布在圆周上，相邻两个回流管(2)的进水口之间的夹角为90°，四个所述回流管(2)的出水口均匀分布在圆周上，相邻两个回流管(2)的出水口之间的夹角为90°；四个所述回流管(2)上分别设置有水泵(3)。
2.根据权利要求1所述的一种UASB反应器，其特征在于，所述反应器(1)为圆柱体，内径为高度的1/8～1/12。
3.根据权利要求1所述的一种UASB反应器，其特征在于，所述污泥床内分布颗粒污泥，所述粒污泥粒径为0.8～1.5mm。
4.一种应用权利要求1-3任一项所述UASB反应器的水力控制方法，其特征在于：与反应器(1)连接四个回流管(2)；所述每个所述回流管(2)上设置有水泵(3)，用于将回流管(2)进水口处的清水输入回流管(2)出水口处的污泥床，回流管(2)进水口和回流管(2)出水口的流速相同，每个所述水泵(3)的流速控制在0.30～0.46L/h。
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