CN115893659A - 脉冲释气式厌氧颗粒污泥生物反应器以及废水处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了脉冲释气式厌氧颗粒污泥生物反应器以及废水处理方法,解决了现有技术中污泥床板结和碳酸钙沉积的技术问题。生物反应器包括:生物反应区,所述生物反应区使废水和厌氧颗粒污泥发生厌氧反应并得到三相混合物;布水区,所述布水区用于向生物反应区中输入废水;排泥区,所述排泥区排出三相混合物中沉降的固体;出水集气区,所述出水集气区对三相混合物进行气液固三相分离并分别排出气体和液体;跳汰区,所述跳汰区位于生物反应区和出水集气区之间,所述跳汰区使三相混合物中的固体呈上轻下重分布;所述跳汰区内设有脉冲释气单元;所述脉冲释气单元包括累气锥,所述累气锥的下端开口的尺寸大于上端开口的尺寸。
Description
技术领域
本发明涉及废水处理的技术领域,尤其涉及厌氧生物废水处理的技术领域,具体而言,涉及脉冲释气式厌氧颗粒污泥生物反应器以及废水处理方法。
背景技术
我国目前年排高浓度有机废水大约200亿m3,厌氧生物处理技术具备回收能源、占地面积省和运行成本低等优点,已被广泛应用于高浓度有机废水处理领域。随着厌氧生物处理技术逐渐成熟,已经发展出以沉降性高和活性高的厌氧颗粒污泥为核心的厌氧颗粒污泥床反应器技术,容积负荷和处理效率大大提升。基于厌氧颗粒污泥床反应器的厌氧生物处理技术的经济效益和社会效益愈加明显,对我国的废水处理和能源开发产业有着重要的作用。
处理高浓度有机废水时,往往遇到废水中盐度很高的情况,传统厌氧生物处理反应器处理高盐高浓度有机废水时会产生污泥床板结,污泥活性下降和处理效率降低等运行障碍。废水中的高浓度钙离子会与微生物代谢产生的碳酸盐发生沉淀反应产生碳酸钙沉淀,沉积在厌氧颗粒污泥的孔隙和表面,导致厌氧颗粒污泥的传质通道受阻,反应活性下降。且碳酸钙沉淀积累会占据反应器有效容积,导致反应器容积去除率下降。
发明内容
本发明的主要目的在于提供脉冲释气式厌氧颗粒污泥生物反应器以及废水处理方法,以解决现有技术中污泥床板结和碳酸钙沉积的技术问题。
为了实现上述目的,根据本发明的第一个方面,提供了脉冲释气式厌氧颗粒污泥生物反应器,技术方案如下:
脉冲释气式厌氧颗粒污泥生物反应器,包括:生物反应区,所述生物反应区使废水和厌氧颗粒污泥发生厌氧反应并得到三相混合物;布水区,所述布水区位于生物反应区的下方,所述布水区用于向生物反应区中输入废水;排泥区,所述排泥区位于布水区的下方,所述排泥区排出三相混合物中沉降的固体;出水集气区,所述出水集气区位于生物反应区的上方,所述出水集气区对三相混合物进行气液固三相分离并分别排出气体和液体;跳汰区,所述跳汰区位于生物反应区和出水集气区之间,所述跳汰区使三相混合物中的固体呈上轻下重分布;所述跳汰区内设有脉冲释气单元;所述脉冲释气单元包括累气锥,所述累气锥的下端开口的尺寸大于上端开口的尺寸。
作为本发明第一方面的进一步改进,所述跳汰区内设有两个脉冲释气单元,分别为下方的第一脉冲释气单元和上方的第二脉冲释气单元,其中,第一脉冲释气单元下方为生物反应区,第一脉冲释气单元和第二脉冲释气单元之间为第一跳汰分布单元,第二脉冲释气单元和出水集气区之间为第二跳汰分布单元;所述布水区内设有进水管和反射板;所述排泥区包括污泥斗和排泥管;所述出水集气区包括出水堰、集水渠、出水管和排气管。
作为本发明第一方面的进一步改进,所述排泥区、布水区、生物反应区、第一脉冲释气单元、第一跳汰分布单元、第二脉冲释气单元、第二跳汰分布单元和出水集气区的体积比为1:(1.5~2):(4~5):(1~1.5):(4.5~5.5):(1~1.5):(5.5~6.5):(1~1.5)。
作为本发明第一方面的进一步改进,所述布水区内还设有进气管和气体分散板;在第一跳汰分布单元和第二跳汰分布单元的中部设有进泥口;在第一跳汰分布单元和第二跳汰分布单元的底部设有排泥口。
作为本发明第一方面的进一步改进,所述出水集气区的气体通过排气管和进气管回流至气体分散板;所述出水集气区还包括回流管,所述出水集气区的液体通过回流管和进水管回流至布水区。
作为本发明第一方面的进一步改进,所述脉冲释气单元还包括跨接在生物反应器壳体内的支架,所述累气锥的底部固定于支架上。
作为本发明第一方面的进一步改进,所述脉冲释气单元包括在支架上间隔排列的累气锥;所述累气锥优选呈同心圆形分布;相邻两个累气锥的底部的间距优选为2~10cm,外侧的累气锥与生物反应器壳体的间距优选为2~15cm。
作为本发明第一方面的进一步改进,所述累气锥包括下方的锥形气罩和上方的释气管,所述释气管向下伸入至锥形气罩的内部。
作为本发明第一方面的进一步改进,所述累气锥的底面积为生物反应器壳体横截面积的1/25~1/8;所述累气锥的高度为生物反应器壳体高度的1/35~1/25;锥形气罩与释气管的高度比为(1.5~3):1,横截面直径比为(3~5):1;锥形气罩的锥体母线与高线的夹角角度为45°~60°;释气管伸入锥形气罩的长度与锥形气罩的高度比例为1:(2~3)。
为了实现上述目的,根据本发明的第二个方面,提供了废水处理方法,技术方案如下:
废水处理方法,采用上述第一方面所述的脉冲释气式厌氧颗粒污泥生物反应器。
经验证,本发明具有以下优点:
(1)融合厌氧生物处理产沼气、厌氧颗粒污泥跳汰式分层和沼气循环于一体,各单元功能互补,结构紧凑,占地面积小。
(2)采用累气锥积累沼气和脉冲式释放沼气,在垂直上升的冲击气流作用下,厌氧颗粒污泥进行跳汰运动,按密度进行分层,可精准排出被无机物沉积和覆盖的厌氧颗粒污泥,有效防止污泥床板结。
(3)将出水集气区收集的沼气回流,可以吹脱混合液中溶解二氧化碳,提升混合液碱度,降低生物反应器的酸化风险,从而显著降低碳酸钙沉积所带来的危害。
由此可见,本发明的脉冲释气式厌氧颗粒污泥生物反应器的结构简单,使用方便,突破了高盐高浓度废水处理中遇到的运行障碍,相较于传统厌氧生物反应器具有更高的处理效率和运行稳定性,具有极强的实用性。
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的说明。本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出,部分将从下面的描述中变得明显,或通过本发明的实践了解到。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来辅助对本发明的理解,附图中所提供的内容及其在本发明中有关的说明可用于解释本发明,但不构成对本发明的不当限定。在附图中:
图1为本发明的脉冲释气式厌氧颗粒污泥生物反应器的实施例的结构示意图。
图2为本发明的脉冲释气式厌氧颗粒污泥生物反应器的实施例中脉冲释气单元的立体图。
图3为本发明的脉冲释气式厌氧颗粒污泥生物反应器的实施例中脉冲释气单元的俯视图。
图4为本发明的脉冲释气式厌氧颗粒污泥生物反应器的实施例中累气锥的结构示意图。
上述附图中的有关标记为:
100-生物反应区,110-气体分散板,120-进气管,130-流量计,200-排泥区,210-污泥斗,220-排泥管,300-出水集气区,310-出水堰,320-集水渠,321-出水管,322-回流管,323-回流泵,330-排气管,340-沼气净化器,400-跳汰区,410-累气锥,411-锥形气罩,412-释气管,421-第一脉冲释气单元,422-第二脉冲释气单元,431-第一跳汰分布单元,432-第二跳汰分布单元,440-支架,450-进泥口,460-排泥口,500-布水区,510-进水管,520-反射板。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行清楚、完整的说明。本领域普通技术人员在基于这些说明的情况下将能够实现本发明。在结合附图对本发明进行说明前,需要特别指出的是:
本发明中在包括下述说明在内的各部分中所提供的技术方案和技术特征,在不冲突的情况下,这些技术方案和技术特征可以相互组合。
此外,下述说明中涉及到的本发明的实施例通常仅是本发明一部分的实施例,而不是全部的实施例。因此,基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例,都应当属于本发明保护的范围。
关于本发明中术语和单位。本发明的说明书和权利要求书及有关的部分中的术语“包括”、“具有”以及它们的任何变形,意图在于覆盖不排他的包含。
图1为本发明的脉冲释气式厌氧颗粒污泥生物反应器的实施例的结构示意图。图2为本发明的脉冲释气式厌氧颗粒污泥生物反应器的实施例中脉冲释气单元的立体图。图3为本发明的脉冲释气式厌氧颗粒污泥生物反应器的实施例中脉冲释气单元的俯视图。图4为本发明的脉冲释气式厌氧颗粒污泥生物反应器的实施例中累气锥的结构示意图。
如图1所示,脉冲释气式厌氧颗粒污泥生物反应器包括由下至上分布的排泥区200、布水区500、生物反应区100、跳汰区400和出水集气区300。所述生物反应区100使废水和厌氧颗粒污泥发生厌氧反应并得到三相混合物。所述排泥区200排出三相混合物中沉降的固体。所述布水区500用于向生物反应区100输送废水和气体。所述跳汰区400使三相混合物中的固相呈上轻下重分布。所述出水集气区300对三相混合物进行气液固三相分离并分别排出气体和液体。
所述排泥区200包括污泥斗210和排泥管220。
所述布水区500内设有进气管120、气体分散板110、进水管510和反射板520,所述气体分散板110用于使气体均匀分散,所述反射板520用于使废水均匀分散,由此,有助于提升厌氧反应均匀性。
所述跳汰区400内设有脉冲释气单元,所述脉冲释气单元包括累气锥410,所述累气锥410的下端开口的尺寸大于上端开口的尺寸。所述跳汰区400内可以设有一个、两个或两个以上的脉冲释气单元,其中,优选设置两个脉冲释气单元,此时,能适应现有技术中的大多数废水处理量需求。
所述的两个脉冲释气单元分别为下方的第一脉冲释气单元421和上方的第二脉冲释气单元422,其中,第一脉冲释气单元421下方为生物反应区100,第一脉冲释气单元421和第二脉冲释气单元422之间为第一跳汰分布单元431,第二脉冲释气单元422和出水集气区300之间为第二跳汰分布单元432。在第一跳汰分布单元431和第二跳汰分布单元432的中部设有进泥口450;在第一跳汰分布单元431和第二跳汰分布单元432的底部设有排泥口460。
所述出水集气区300内设有出水堰310,所述出水堰310上设有溢流缺口,三相混合物中的上清液从所述溢流缺口溢流记入出水堰310内,然后排入集水渠320内储存;集水渠320内的液体一部分通过出水管321排走,一部分通过回流泵323和回流管322流入进水管510后回流至布水区500。三相混合物中的气体则流入集水渠320上方的集气室,经排气管330和沼气净化器340处理后,一部分从出气管排出,一部分在流量计130的控制下流入进气管120后回流至气体分散板110。
由此,经布水区500进入生物反应区100的废水与经进泥口450进入生物反应区100的厌氧颗粒污泥在生物反应区100内接触并发生厌氧反应,使得废水中有机物被厌氧颗粒污泥转化为沼气,从而得到含有沼气的三相混合物,实现了废水中有机物的去除。在累气锥410的脉冲式释放沼气所产生的垂直上升的冲击气流作用下,三相混合物中的厌氧颗粒污泥进行跳汰运动,按密度进行分层,可通过排泥口460精准排出被无机物沉积和覆盖的厌氧颗粒污泥,有效防止污泥床板结,维持反应器运行稳定。通过沼气净化器340和进气管120使净化的沼气回流入生物反应区100内,可以吹脱混合液中溶解的二氧化碳,提升混合液碱度,降低生物反应器的酸化风险,从而显著降低碳酸钙沉积所带来的危害。
所述排泥区200、布水区500、生物反应区100、第一脉冲释气单元421、第一跳汰分布单元431、第二脉冲释气单元422、第二跳汰分布单元432和出水集气区300的体积比为1:(1.5~2):(4~5):(1~1.5):(4.5~5.5):(1~1.5):(5.5~6.5):(1~1.5),此时,以脉冲式释放的沼气所产生的冲击气流作用适中,第一跳汰分布单元431和第二跳汰分布单元432的体积有助于使其内部呈现上轻下重的分布的厌氧颗粒的分布量适宜且分层效果好。
如图2-3所示,所述脉冲释气单元还包括跨接在生物反应器壳体内的支架440,所述支架440由多个环体和杆体组装而成并焊接固定在生物反应器壳体上,由此,便于累气锥410的安装,并降低对生物反应器横截面通量的影响。
所述脉冲释气单元包括在支架440上间隔排列的累气锥410,由此,显著提升脉冲释气效果。
所述累气锥410优选呈同心圆形分布,相邻两个累气锥410的底部的间距D1优选为2~10cm,外侧的累气锥410与生物反应器壳体的间距D2优选为2~15cm,此时,累气锥410的布置与支架440的环体相适配,既便于安装和布置较多的累气锥410以提升脉冲释气效果,又不会影响物料的流动。
如图4所示,所述累气锥410包括下方的锥形气罩411和上方的释气管412,所述释气管412向下伸入至锥形气罩411的内部。由此,当沼气在累气锥410的锥形气罩411内累积并积累至累气锥410的释气管412下沿时,沼气将以脉冲式释放,产生冲击气流,使得第一跳汰分布单元431内厌氧颗粒污泥在冲击气流作用下向上分散,随后密度大的厌氧颗粒污泥迅速下沉,密度小的厌氧颗粒污泥缓慢下沉,往复多次后,厌氧颗粒污泥床最终呈现上轻下重的分布。
所述累气锥410的底面积为生物反应器壳体横截面积的1/25~1/8,所述累气锥410的高度为生物反应器壳体高度的1/35~1/25,锥形气罩411与释气管412的高度比为(1.5~3):1,横截面直径比为(3~5):1,锥形气罩411的锥体母线与高线的夹角∠A的角度为45°~60°,此时,既不会影响泥水混合物的通量,又能产生较好的脉冲释气效果,增强沼气上升流速,提升厌氧颗粒污泥的分层效果。
所述释气管412伸入锥形气罩411的长度D3与锥形气罩411的高度比例为1:(2~3),此时,可以最大化减小沼气积累死区,沼气上升流速最佳。
本发明的废水处理方法的实施例为采用上述的脉冲释气式厌氧颗粒污泥生物反应器。
以上对本发明的有关内容进行了说明。本领域普通技术人员在基于这些说明的情况下将能够实现本发明。基于本发明的上述内容,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例,都应当属于本发明保护的范围。
Claims (10)
1.脉冲释气式厌氧颗粒污泥生物反应器,包括:
生物反应区(100),所述生物反应区(100)使废水和厌氧颗粒污泥发生厌氧反应并得到三相混合物;
布水区(500),所述布水区(500)位于生物反应区(100)的下方,所述布水区(500)用于向生物反应区(100)中输入废水;
排泥区(200),所述排泥区(200)位于布水区(500)的下方,所述排泥区(200)排出三相混合物中沉降的固体;
出水集气区(300),所述出水集气区(300)位于生物反应区(100)的上方,所述出水集气区(300)对三相混合物进行气液固三相分离并分别排出气体和液体;
其特征在于:还包括:
跳汰区(400),所述跳汰区(400)位于生物反应区(100)和出水集气区(300)之间,所述跳汰区(400)使三相混合物中的固体呈上轻下重分布;所述跳汰区(400)内设有脉冲释气单元;所述脉冲释气单元包括累气锥(410),所述累气锥(410)的下端开口的尺寸大于上端开口的尺寸。
2.如权利要求1所述的脉冲释气式厌氧颗粒污泥生物反应器,其特征在于:
所述跳汰区(400)内设有两个脉冲释气单元,分别为下方的第一脉冲释气单元(421)和上方的第二脉冲释气单元(422),其中,第一脉冲释气单元(421)下方为生物反应区(100),第一脉冲释气单元(421)和第二脉冲释气单元(422)之间为第一跳汰分布单元(431),第二脉冲释气单元(422)和出水集气区(300)之间为第二跳汰分布单元(432);
所述布水区(500)内设有进水管(510)和反射板(520);
所述排泥区(200)包括污泥斗(210)和排泥管(220);
所述出水集气区(300)包括出水堰(320)、集水渠(320)、出水管(321)和排气管(330)。
3.如权利要求2所述的脉冲释气式厌氧颗粒污泥生物反应器,其特征在于:所述排泥区(200)、布水区(500)、生物反应区(100)、第一脉冲释气单元(421)、第一跳汰分布单元(431)、第二脉冲释气单元(422)、第二跳汰分布单元(432)和出水集气区(300)的体积比为1:(1.5~2):(4~5):(1~1.5):(4.5~5.5):(1~1.5):(5.5~6.5):(1~1.5)。
4.如权利要求2所述的脉冲释气式厌氧颗粒污泥生物反应器,其特征在于:所述布水区(500)内还设有进气管(120)和气体分散板(110);在第一跳汰分布单元(431)和第二跳汰分布单元(432)的中部设有进泥口(450);在第一跳汰分布单元(431)和第二跳汰分布单元(432)的底部设有排泥口(460)。
5.如权利要求2所述的脉冲释气式厌氧颗粒污泥生物反应器,其特征在于:所述出水集气区(300)的气体通过排气管(330)和进气管(120)回流至气体分散板(110);所述出水集气区(300)还包括回流管(322),所述出水集气区(300)的液体通过回流管(322)和进水管(510)回流至布水区(500)。
6.如权利要求1所述的脉冲释气式厌氧颗粒污泥生物反应器,其特征在于:所述脉冲释气单元还包括跨接在生物反应器壳体内的支架(440),所述累气锥(410)的底部固定于支架(440)上。
7.如权利要求6所述的脉冲释气式厌氧颗粒污泥生物反应器,其特征在于:所述脉冲释气单元包括在支架(440)上间隔排列的累气锥(410);所述累气锥(410)优选呈同心圆形分布;相邻两个累气锥(410)的底部的间距优选为2~10cm,外侧的累气锥(410)与生物反应器壳体的间距优选为2~15cm。
8.如权利要求1所述的脉冲释气式厌氧颗粒污泥生物反应器,其特征在于:所述累气锥(410)包括下方的锥形气罩(411)和上方的释气管(412),所述释气管(412)向下伸入至锥形气罩(411)的内部。
9.如权利要求8所述的脉冲释气式厌氧颗粒污泥生物反应器,其特征在于:所述累气锥(410)的底面积为生物反应器壳体横截面积的1/25~1/8;所述累气锥(410)的高度为生物反应器壳体高度的1/35~1/25;锥形气罩(411)与释气管(412)的高度比为(1.5~3):1,横截面直径比为(3~5):1;锥形气罩(411)的锥体母线与高线的夹角角度为45°~60°;释气管(412)伸入锥形气罩(411)的长度与锥形气罩(411)的高度比例为1:(2~3)。
10.废水处理方法,其特征在于:采用权利要求1-9之一所述的脉冲释气式厌氧颗粒污泥生物反应器。
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