CN114394669A - 一种多级分离反应器及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多级分离反应器及控制方法，多级分离反应器包括反应器主体，反应器主体为密闭容器，反应器主体内包括第一区域、第二区域和第三区域，第一区域的底部设置有进水组件，第一区域内设有反应床，第一区域的上部设置有三相分离器，三相分离器上连接有第一出气管，第二区域设置有生物滤池，第三区域上设置有出水组件，第三区域上方连接有第二出气管，第一出气管和第二出气管均连接外部的集气装置，第一出气管上设置有排气阀。本发明能增加沼气产能，以提高沼气含量，无需增加复杂的反冲洗设备，实现对第二区域生物滤池的反冲洗，且冲洗过程简单易控制，降低整体分离反应器的生产成本。

Description

一种多级分离反应器及控制方法

技术领域

本发明涉及污水处理技术领域，具体涉及一种多级分离反应器及控制方法。

背景技术

目前针对高浓度废水通常采用厌氧生物处理，升流式厌氧污泥床(简称UASB)和内循环厌氧反应器(简称IC反应器)是典型的厌氧生物处理技术。

升流式厌氧污泥床UASB，废水从底部进入，自下而上升流。基本功能分区为：进配水区、反应区(由生物颗粒污泥及絮状污泥组成)、三相分离区(由沉淀区、集气装置、沉淀污泥斗组成)和出水区。

IC厌氧反应器是一种多级内循环反应器，为第三代厌氧反应器的代表类型(UASB为第二代厌氧反应器的代表类型)，与第二代厌氧反应器相比，它具有占地少、有机负荷高、抗冲击能力更强，性能更稳定、操作管理更简单。当COD为10000-15000mg/1时的高浓度有机废水；第二代UASB反应器一般容积负荷为5-8kgCOD/m3；第三代AIC厌氧反应器容积负荷率可达15-30kgCOD/m3。IC厌氧反应器适用于有机高浓度废水，如玉米淀粉废水、柠檬酸废水、啤酒废水、土豆加工废水、酒精废水。

但以上厌氧反应器也存在着一些问题：(1)容易发生一些体积过于细小的污泥跟随处理出水排出的情况，特别是在所产生的沼气量较大时，使得处理出水具有较高的含泥量，加重了后续环节的处理难度。(2)因其停留时间较短，抗冲击负荷方面有待进一步优化。(3)沉淀区上部溢出的沼气含量较低，约4％左右，如果不收集会影响环境，如果合并到集气装置的沼气统一收集，亦会稀释其总气体的浓度。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供的技术方案为：

一种多级分离反应器，包括反应器主体，所述反应器主体为密闭容器，所述反应器主体内包括第一区域、第二区域和第三区域，所述第一区域的底部设置有进水组件，所述第一区域内设有反应床，所述第一区域的上部设置有三相分离器，所述三相分离器上连接有第一出气管，所述第二区域设置有生物滤池，所述第三区域上设置有出水组件，所述第三区域上方连接有第二出气管，所述第一出气管和所述第二出气管均连接外部的集气装置，所述第一出气管上设置有排气阀。

本发明进一步设置为所述进水组件包括进水管和配水管，所述进水管与所述配水管连接，所述配水管上设置有多个出水口，所述配水管设置在所述第一区域的底部，所述出水组件包括出水管，所述出水管设置在所述第三区域的上部。

本发明进一步设置为所述反应床内和所述生物滤池内均发生厌氧反应。

本发明进一步设置为所述生物滤池内设置的是重质滤料或轻质滤料。

一种多级分离反应器的控制方法，采用上述的多级分离反应器，包括污水控制方法和反应器反冲洗方法；

所述污水控制方法包括以下步骤：

污水从进水管导入并均匀地从配水管进入第一区域，污水在反应床内进行第一厌氧反应，第一厌氧反应产生的沼气被三相分离器分离并通过第一出气管排入外部的集气装置；

第一厌氧反应产生的清液继续上升进入生物滤池，清液继续在生物滤池内进行第二厌氧反应，第二厌氧反应产生的少量沼气从第二出气管排入外部的集气装置；

第二厌氧反应产生的净化水从出水管排出；

所述反应器反冲洗方法包括以下步骤：

关闭第一出气管上的排气阀，三相分离器的气室收集第一厌氧反应不断产生的沼气，待三相分离器的气室存储有足够沼气量时，停止进水管污水的导入，并打开第一出气管上的排气阀，气室内的沼气在水压的作用下排入外部的集气装置，第三区域的净化水流向第一区域对生物滤池进行反冲洗。

上述多级分离反应器是厌氧-厌氧工艺组合的反应器结构，具有以下优点：1.污水经过两级厌氧反应处理，可以提高污水的去除率，同时收集第三区域的沼气，减少沼气外泄污染环境，也增加沼气产能，以提高沼气含量；2.对生物滤池的反冲洗，有效利用三相分离器的气室储气功能，通过设置排气阀来对厌氧反应产生的沼气进行存储，再次打开排气阀后使反应器主体中的水从第三区域向第一区域冲刷，实现对第二区域生物滤池的反冲洗，无需增加复杂的反冲洗设备，且冲洗过程简单易控制，降低整体分离反应器的生产成本；3.配水管的布置使废水进入并在过水断面布水均匀，避免产生涌流和死水区。

一种多级分离反应器，包括反应器主体，所述反应器主体为顶部开放的容器，所述反应器主体内包括第一区域、第二区域和第三区域，所述第一区域的底部设置有进水组件，所述第一区域内设有反应床，所述第一区域的上部设置有三相分离器，所述三相分离器上连接有第一出气管，所述第一出气管连接外部的集气装置，所述第一出气管上设置有排气阀，所述第二区域设置有生物滤池，所述第三区域上设置有出水组件，所述生物滤池和所述三相分离器之间设置有曝气管，所述曝气管上连接有进气管，所述进气管上设置有进气阀。

本发明进一步设置为所述进水组件包括进水管和配水管，所述进水管与所述配水管连接，所述配水管上设置有多个出水口，所述配水管设置在所述第一区域的底部，所述出水组件包括出水管，所述出水管设置在所述第三区域的上部。

本发明进一步设置为所述反应床内发生厌氧反应，所述生物滤池内发生好氧反应。

本发明进一步设置为所述生物滤池内设置的是重质滤料或轻质滤料。

一种多级分离反应器的控制方法，采用上述的多级分离反应器，包括污水控制方法和反应器反冲洗方法；

所述污水控制方法包括以下步骤：

污水从进水管导入并均匀地从配水管进入第一区域，污水在反应床内进行厌氧反应，厌氧反应产生的沼气被三相分离器分离并通过第一出气管排入外部的集气装置；

厌氧反应产生的清液继续上升进入生物滤池，外部空气从曝气管排出向生物滤池进行供气，清液继续在生物滤池内进行好氧反应；

好氧反应产生的净化水从出水管排出；

所述反应器反冲洗方法包括以下步骤：

关闭第一出气管上的排气阀，三相分离器的气室收集厌氧反应不断产生的沼气，待三相分离器的气室存储有足够沼气量时，停止进水管污水的导入和曝气管空气的排出，并打开第一出气管上的排气阀，气室内的沼气在水压的作用下排入外部的集气装置，第三区域的净化水流向第一区域对生物滤池进行反冲洗。

上述多级分离反应器是厌氧-好氧工艺组合的反应器结构，具有以下优点：1.污水经过厌氧和好氧反应处理，可以去除可生化性较高的废水，提高污水的去除率，同时厌氧反应出水中残留的沼气作为好氧反应中的碳源，防止沼气外溢减少环境污染，也能增加沼气产能，以提高沼气含量；2.对生物滤池的反冲洗，有效利用三相分离器的气室储气功能，通过设置排气阀来对厌氧反应产生的沼气进行存储，再次打开排气阀后使反应器主体中的水从第三区域流向第一区域，实现对第二区域生物滤池的反冲洗，无需增加复杂的反冲洗设备，且冲洗过程简单易控制，降低整体分离反应器的生产成本；3.配水管的布置使废水进入并在过水断面布水均匀，避免产生涌流和死水区；4.曝气管设置在三相分离器和生物滤池之间，能更好地为生物滤池的好氧反应提供氧气，也具有一定的气洗功能。

附图说明

图1为本发明实施例1多级分离反应器结构示意图。

图2为本发明实施例2多级分离反应器结构示意图。

图3为本发明实施例3多级分离反应器结构示意图。

具体实施方式

为进一步了解本发明的内容，结合附图及实施例对本发明作详细描述。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，一体地连接，也可以是可拆卸连接；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。

实施例1

结合附图1，本发明技术方案是一种多级分离反应器，包括反应器主体1，所述反应器主体1为密闭容器，所述反应器主体1内包括第一区域2、第二区域3和第三区域4，所述第一区域2的底部设置有进水组件，所述进水组件包括进水管5和配水管11，所述进水管5与所述配水管11连接，所述配水管11上设置有多个出水口111，所述配水管11设置在所述第一区域2的底部，所述第一区域2内设有反应床21，所述第一区域2的上部设置有三相分离器6，所述三相分离器6上设置有气室61，所述三相分离器6上连接有第一出气管7，所述第二区域3设置有生物滤池31，所述第三区域4上设置有出水组件，所述出水组件包括出水管8，所述出水管8设置在所述第三区域4的上部，所述第三区域4上方连接有第二出气管9，所述第一出气管7和所述第二出气管9均连接外部的集气装置，所述第一出气管7上设置有排气阀10。

在本实施例中，所述反应床21内和所述生物滤池31内均发生厌氧反应。

在本实施例中，所述生物滤池31内设置的是重质滤料或轻质滤料，所述重质滤料可以是石英砂、无烟煤、锰砂等，所述轻质滤料可以是泡沫滤珠、陶粒等。

在本实施例中，所述三相分离器6用于分离反应床21厌氧反应后的沼气、污泥和清液，沼气通过三相分离器6的第一出气管7排出，污泥经沉淀后回到反应床21，清液继续上升至生物滤池31的反应区。

在本实施例中，外部的集气装置并非本技术方案的核心部件，未在图中示出。

在本实施例中，所述反应床21由生物颗粒污泥层及絮状污泥层组成，生物颗粒污泥随着颗粒表面气泡的成长向上浮动，当浮动到一定高度后，由于减压使气泡释放，颗粒污泥再回到污泥层，很小的颗粒或絮状污泥一般再污泥层之上，形成悬浮层。

基于本实施例的多级分离反应器，该多级分离反应器的控制方法，包括污水控制方法和反应器反冲洗方法；

所述污水控制方法包括以下步骤：

污水从进水管导入并均匀地从配水管进入第一区域，污水在反应床内进行第一厌氧反应，第一厌氧反应产生的沼气被三相分离器分离并通过第一出气管排入外部的集气装置；

第一厌氧反应产生的清液继续上升进入生物滤池，清液继续在生物滤池内进行第二厌氧反应，第二厌氧反应产生的少量沼气从第二出气管排入外部的集气装置；

第二厌氧反应产生的净化水从出水管排出；

所述反应器反冲洗方法包括以下步骤：

关闭第一出气管上的排气阀，三相分离器的气室收集第一厌氧反应不断产生的沼气，待三相分离器的气室存储有足够沼气量时，停止进水管污水的导入，并打开第一出气管上的排气阀，气室内的沼气在水压的作用下排入外部的集气装置，第三区域的净化水流向第一区域对生物滤池进行反冲洗。

本实施例技术方案污水经过两级厌氧反应处理，可以提高污水的去除率，同时收集第三区域的沼气，减少沼气外泄污染环境，也增加沼气产能，以提高沼气含量；对生物滤池的反冲洗，有效利用三相分离器的气室储气功能，通过设置排气阀来对厌氧反应产生的沼气进行存储，再次打开排气阀后使反应器主体中的水从第三区域向第一区域冲刷，实现对第二区域生物滤池的反冲洗，无需增加复杂的反冲洗设备，且冲洗过程简单易控制。

实施例2

结合附图2，本发明技术方案是一种多级分离反应器，包括反应器主体1，所述反应器主体1为顶部开放的容器，所述反应器主体1内包括第一区域2、第二区域3和第三区域4，所述第一区域2的底部设置有进水组件，所述进水组件包括进水管5和配水管11，所述进水管5与所述配水管11连接，所述配水管11上设置有多个出水口111，所述配水管11设置在所述第一区域2的底部，所述第一区域2内设有反应床21，所述第一区域2的上部设置有三相分离器6，所述三相分离器6上设置有气室61，所述三相分离器6上连接有第一出气管7，所述第一出气管7连接外部的集气装置，所述第一出气管7上设置有排气阀10，所述第二区域3设置有生物滤池31，所述第三区域4上设置有出水组件，所述出水组件包括出水管8，所述出水管8设置在所述第三区域4的上部，所述生物滤池31和所述三相分离器6之间设置有曝气管12，所述曝气管12上连接有进气管13，所述进气管13上设置有进气阀14。

在本实施例中，所述反应床21内发生厌氧反应，所述生物滤池31内发生好氧反应。

在本实施例中，所述生物滤池31内设置的是重质滤料或轻质滤料，所述重质滤料可以是石英砂、无烟煤、锰砂等，所述轻质滤料可以是泡沫滤珠、陶粒等。

在本实施例中，所述曝气管12设置在三相分离器6和生物滤池31之间，能更好地为生物滤池31的好氧反应提供充足均匀的氧气，同时也具有一定的气洗功能。

在本实施例中，所述反应床21的反应方式和上述实施例1一致，不再赘述。

基于本实施例的多级分离反应器，该多级分离反应器的控制方法，包括污水控制方法和反应器反冲洗方法；

所述污水控制方法包括以下步骤：

污水从进水管导入并均匀地从配水管进入第一区域，污水在反应床内进行厌氧反应，厌氧反应产生的沼气被三相分离器分离并通过第一出气管排入外部的集气装置；

厌氧反应产生的清液继续上升进入生物滤池，外部空气从曝气管排出向生物滤池进行供气，清液继续在生物滤池内进行好氧反应；

好氧反应产生的净化水从出水管排出；

所述反应器反冲洗方法包括以下步骤：

关闭第一出气管上的排气阀，三相分离器的气室收集厌氧反应不断产生的沼气，待三相分离器的气室存储有足够沼气量时，停止进水管污水的导入和曝气管空气的排出，并打开第一出气管上的排气阀，气室内的沼气在水压的作用下排入外部的集气装置，第三区域的净化水流向第一区域对生物滤池进行反冲洗。

本实施例技术方案使污水经过厌氧和好氧反应处理，可以去除可生化性较高的废水，提高污水的去除率，同时厌氧反应出水中残留的沼气作为好氧反应中的碳源，防止沼气外溢减少环境污染，也能增加沼气产能，以提高沼气含量；对生物滤池的反冲洗，有效利用三相分离器的气室储气功能，通过设置排气阀来对厌氧反应产生的沼气进行存储，再次打开排气阀后使反应器主体中的水从第三区域流向第一区域，实现对第二区域生物滤池的反冲洗，无需增加复杂的反冲洗设备，且冲洗过程简单易控制，降低整体分离反应器的生产成本。

实施例3

一种多级分离反应器，包括反应器主体1和顶盖15，所述顶盖15与所述反应器主体1活动连接，使所述反应器主体1能处于顶部封闭状态或顶部开放状态，所述反应器主体1内包括第一区域2、第二区域3和第三区域4，所述第一区域2的底部设置有进水组件，所述进水组件包括进水管5和配水管11，所述进水管5与所述配水管11连接，所述配水管11上设置有多个出水口111，所述配水管11设置在所述第一区域2的底部，所述第一区域2内设有反应床21，所述第一区域2的上部设置有三相分离器6，所述三相分离器6上设置有气室61，所述三相分离器6上连接有第一出气管7，所述第二区域3设置有生物滤池31，所述第三区域4上设置有出水组件，所述出水组件包括出水管8，所述出水管8设置在所述第三区域4的上部，所述第三区域4上方连接有第二出气管9，所述第二出气管9设置在所述顶盖15上，所述第一出气管7和所述第二出气管9均连接外部的集气装置，所述第一出气管7上设置有排气阀10，所述生物滤池31和所述三相分离器6之间设置有曝气管12，所述曝气管12上连接有进气管13，所述进气管13上设置有进气阀14。

在本实施例中，所述反应床21内发生厌氧反应，所述生物滤池31内发生好氧反应或厌氧反应，当所述生物滤池31内发生好氧反应时，所述顶盖15打开使所述反应器主体1处于部开放状态，所述进气阀14处于打开状态，使外部空气不断从进气管13进入，所述曝气管12对所述生物滤池31进行曝气；当所述生物滤池31内发生厌氧反应时，所述顶盖15打开使所述反应器主体1处于部封闭状态，所述进气阀14处于关闭状态，所述曝气管12停止对所述生物滤池31曝气。

在本实施例中，所述生物滤池31内设置的是重质滤料或轻质滤料，所述重质滤料可以是石英砂、无烟煤、锰砂等，所述轻质滤料可以是泡沫滤珠、陶粒等。

在本实施例中，所述曝气管12设置在三相分离器6和生物滤池31之间，能更好地为生物滤池31的好氧反应提供充足均匀的氧气，同时也具有一定的气洗功能。

在本实施例中，所述反应床21的反应方式和上述实施例1一致，不再赘述。

基于本实施例多级分离反应器的结构，根据顶盖的开闭状态及曝气管的工作状态，可以同时实现两种实施例1和实施例2中所述的多级分离反应器的控制方法，在此不再赘述，这样的多级分离反应器具有更强的通用性，既可以对污水进行单一的厌氧处理，也可以对污水进行厌氧-好氧处理，能处理更多类型的污水，也可以减少水处理厂的设备数量；同时能增加沼气产能，以提高沼气含量；对生物滤池的反冲洗，有效利用三相分离器的气室储气功能，通过设置排气阀来对厌氧反应产生的沼气进行存储，再次打开排气阀后使反应器主体中的水从第三区域流向第一区域，实现对第二区域生物滤池的反冲洗，无需增加复杂的反冲洗设备，且冲洗过程简单易控制，降低整体分离反应器的生产成本。

以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种多级分离反应器，其特征在于，包括反应器主体，所述反应器主体为密闭容器，所述反应器主体内包括第一区域、第二区域和第三区域，所述第一区域的底部设置有进水组件，所述第一区域内设有反应床，所述第一区域的上部设置有三相分离器，所述三相分离器上连接有第一出气管，所述第二区域设置有生物滤池，所述第三区域上设置有出水组件，所述第三区域上方连接有第二出气管，所述第一出气管和所述第二出气管均连接外部的集气装置，所述第一出气管上设置有排气阀。

2.根据权利要求1所述的一种多级分离反应器，其特征在于，所述进水组件包括进水管和配水管，所述进水管与所述配水管连接，所述配水管上设置有多个出水口，所述配水管设置在所述第一区域的底部，所述出水组件包括出水管，所述出水管设置在所述第三区域的上部。

3.根据权利要求1所述的一种多级分离反应器，其特征在于，所述反应床内和所述生物滤池内均发生厌氧反应。

4.根据权利要求1所述的一种多级分离反应器，其特征在于，所述生物滤池内设置的是重质滤料或轻质滤料。

5.一种多级分离反应器的控制方法，其特征在于，采用权利要求1至4中任一项所述的多级分离反应器，包括污水控制方法和反应器反冲洗方法；

所述污水控制方法包括以下步骤：

污水从进水管导入并均匀地从配水管进入第一区域，污水在反应床内进行第一厌氧反应，第一厌氧反应产生的沼气被三相分离器分离并通过第一出气管排入外部的集气装置；

第一厌氧反应产生的清液继续上升进入生物滤池，清液继续在生物滤池内进行第二厌氧反应，第二厌氧反应产生的少量沼气从第二出气管排入外部的集气装置；

第二厌氧反应产生的净化水从出水管排出；

所述反应器反冲洗方法包括以下步骤：

关闭第一出气管上的排气阀，三相分离器的气室收集第一厌氧反应不断产生的沼气，待三相分离器的气室存储有足够沼气量时，停止进水管污水的导入，并打开第一出气管上的排气阀，气室内的沼气在水压的作用下排入外部的集气装置，第三区域的净化水流向第一区域对生物滤池进行反冲洗。

6.一种多级分离反应器，其特征在于，包括反应器主体，所述反应器主体为顶部开放的容器，所述反应器主体内包括第一区域、第二区域和第三区域，所述第一区域的底部设置有进水组件，所述第一区域内设有反应床，所述第一区域的上部设置有三相分离器，所述三相分离器上连接有第一出气管，所述第一出气管连接外部的集气装置，所述第一出气管上设置有排气阀，所述第二区域设置有生物滤池，所述第三区域上设置有出水组件，所述生物滤池和所述三相分离器之间设置有曝气管，所述曝气管上连接有进气管，所述进气管上设置有进气阀。

7.根据权利要求1所述的一种多级分离反应器，其特征在于，所述进水组件包括进水管和配水管，所述进水管与所述配水管连接，所述配水管上设置有多个出水口，所述配水管设置在所述第一区域的底部，所述出水组件包括出水管，所述出水管设置在所述第三区域的上部。

8.根据权利要求1所述的一种多级分离反应器，其特征在于，所述反应床内发生厌氧反应，所述生物滤池内发生好氧反应。

9.根据权利要求1所述的一种多级分离反应器，其特征在于，所述生物滤池内设置的是重质滤料或轻质滤料。

10.一种多级分离反应器的控制方法，其特征在于，采用权利要求6至9中任一项所述的多级分离反应器，包括污水控制方法和反应器反冲洗方法；

所述污水控制方法包括以下步骤：

污水从进水管导入并均匀地从配水管进入第一区域，污水在反应床内进行厌氧反应，厌氧反应产生的沼气被三相分离器分离并通过第一出气管排入外部的集气装置；

厌氧反应产生的清液继续上升进入生物滤池，外部空气从曝气管排出向生物滤池进行供气，清液继续在生物滤池内进行好氧反应；

好氧反应产生的净化水从出水管排出；

所述反应器反冲洗方法包括以下步骤：

关闭第一出气管上的排气阀，三相分离器的气室收集厌氧反应不断产生的沼气，待三相分离器的气室存储有足够沼气量时，停止进水管污水的导入和曝气管空气的排出，并打开第一出气管上的排气阀，气室内的沼气在水压的作用下排入外部的集气装置，第三区域的净化水流向第一区域对生物滤池进行反冲洗。

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