CN117046403A - 气升动力大倍率回流、交错折流混合的塔式流化反应器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种气升动力大倍率回流、交错折流混合的塔式流化反应器，属于及污水处理技术领域；包括反应器罐体；反应器罐体上部的进水混合区的出水经反应器罐体上部的第一竖向折流混合区和第二竖向折流混合区进行竖向折流；而后经反应器罐体中部的横向折流混合反应区进行横向折流，最后经反应器罐体底部的回流吸入区进入大倍率气升动力回流区内，并在气升动力供气管的作用下向上提升，部分出水溢流至进水混合区，剩余部分出水经出水口排出。本发明的反应器具有结构简易、高度集成、传质效率高、外形紧凑、投资占地节省、经济性与通用性好等优点；可适用于各种循环混合接触传质的反应过程，可广泛适用于环保化工等各种循环流化混合反应场景。
Description
技术领域
本发明涉及污水处理技术领域，具体涉及一种气升动力大倍率回流、交错折流混合的塔式流化反应器。
背景技术
以普通流化床反应器和升流式厌氧污泥床反应器为例。其中，普通流化床反应器流化发生的机理是通过反应器底部设置足量的气体或水体射流释放器，在反应器底部驱动，形成向上的流化扰动效果，达到反应器内部固体颗粒床体内部气流或水流扰动，以及固体颗粒床体与反应器壁之间气流或水流扰动的效果，从而实现类似的搅拌混合加强传质的单一目的，该形式的流化床反应器，更多地是通过以气流或水流升力或旋流扰动力替代潜水搅拌机的机械搅拌力，实现反应器内单一混合传质的目的，其传质反应的路径仍然是从塔底至塔顶的单程近直线路径，没有结合错流折流、循环回流等综合方式方法以进一步增强混流传质强度及延长传质反应路径，因此效率相对低下，适应场景受限，反应器体积相对偏大，占地经济性也一般。
为了加强流化反应的混流效果和传质速率，另一种改进思路，是参考升流式厌氧污泥床反应器中增加外循环泵的形式，以提高反应器内循环速度、频次，从而延长传质反应路径，这种方式，提高了传质反应效率，优化了占地经济性，但是也带来一系列问题，如增加了外部循环动力泵和相关管路及控制系统，造成反应器系统总体结构复杂化、循环驱动力能耗增加、智能化需求增高等问题。鉴于以上，本发明的目的在于提供一种气升动力大倍率回流、交错折流混合的塔式流化反应器，在进一步优化提升回流混合倍率、混流传质效果、延长反应路径、强化反应效率、减少占地的同时，简化总体反应器系统结构及设备配置、节省大倍率循环动力消耗、并提升其智能化运行程度和总体经济性。
发明内容
针对现有流化混合类反应器或结构复杂、反应效率低、混合传质驱动能耗高、占地经济性差、运行过程智能化程度不足或适用场景单一等问题，本发明提供一种气升动力大倍率回流、交错折流混合的塔式流化反应器，使其广泛适用于环保化工等各种循环流化混合接触传质的反应场景，如生物接触氧化过程、化学混合氧化还原或混凝沉淀反应过程、接触消毒深度反应过程等，通过简化反应器结构、提升反应器传质反应效率、降低反应器运行能耗等手段，实现建设及运行双过程物料消耗降低、能耗降低、人力消耗降低等目标，从而实现全过程综合碳减排的目的，为环境治理行业迈向双碳目标做出贡献。
本发明公开了一种气升动力大倍率回流、交错折流混合的塔式流化反应器，包括：反应器罐体；
所述反应器罐体内沿污水处理方向设置有依次连通的进水混合区、第一竖向折流混合区、第二竖向折流混合区、横向折流混合反应区、回流吸入区和大倍率气升动力回流区；
所述进水混合区与第一竖向折流混合区位于所述反应器罐体的上部且左右水平设置，所述第二竖向折流混合区位于所述第一竖向折流混合区的一侧且向下延伸至所述反应器罐体的中部；所述第一竖向折流混合区的底部进水、上部出水，所述进水混合区的出水经所述第一竖向折流混合区和第二竖向折流混合区进行竖向折流；
所述横向折流混合反应区设置在所述反应器罐体的中部，所述第二竖向折流混合区的出水经所述横向折流混合反应区进行横向折流；
所述回流吸入区设置在所述反应器罐体的底部，所述大倍率气升动力回流区竖直设置在所述反应器罐体内壁处，所述大倍率气升动力回流区的底部设有吸水口和气升动力供气管、顶部设有出水口和与所述进水混合区相连通的气升动力溢流堰口；所述横向折流混合反应区的出水经所述回流吸入区、底部吸水口进入所述大倍率气升动力回流区内，并在所述气升动力供气管的作用下向上提升，部分出水溢流至所述进水混合区，剩余部分出水经出水口排出。
作为本发明的进一步改进，所述大倍率气升动力回流区由竖直的气升动力循环回流管/渠构成，所述气升动力循环回流管/渠的外壁为所述反应器罐体外壁，所述气升动力循环回流管/渠的内壁位于所述反应器罐体内，所述气升动力循环回流管/渠的内壁底部设有吸水口、外壁底部安装有气升动力供气管，所述气升动力循环回流管/渠的内壁顶部设有与所述进水混合区相连通的气升动力溢流堰口、外壁顶部设有出水口。
作为本发明的进一步改进，所述出水口配套有出水调流阀及出水流量计，所述气升动力溢流堰口上部悬空安装有溢流流量计，所述气升动力供气管配套有供气调流阀。
作为本发明的进一步改进，所述进水混合区由气升动力循环回流管/渠的内壁、底板和第一竖向折流挡板构成，所述底板横向垂直安装于所述气升动力循环回流管/渠的内壁之上，所述第一竖向折流挡板竖向垂直安装于所述底板之上；所述进水混合区上部设有进水口，污水进水经由所述进水口，进入到所述进水混合区。
作为本发明的进一步改进，所述第一竖向折流混合区由第一竖向折流挡板、底板和第二竖向折流挡板构成，所述第二竖向折流挡板竖向垂直安装于所述底板之上，所述第一竖向折流挡板底部设有竖向折流过水孔，水体从所述进水混合区经由所述竖向折流过水孔进入所述第一竖向折流混合区。
作为本发明的进一步改进，所述第二竖向折流挡板与所述反应器罐体外壁之间形成第二竖向折流混合区，水体从所述第一竖向折流混合区经由所述第二竖向折流挡板顶部溢流进入所述第二竖向折流混合区。
作为本发明的进一步改进，所述横向折流混合反应区由横向折流挡板构成，所述横向折流挡板横向垂直安装于所述反应器罐体壁板之上，所述横向折流挡板横向阻截所述第二竖向折流混合区的出水，并在远离所述第二竖向折流混合区的另一侧设置连接上下水层的横向折流过水孔。
作为本发明的进一步改进，所述底板靠近所述气升动力循环回流管/渠内壁一侧留有用于避免短流的底板连通孔，所述横向折流挡板的安装固定侧留有用于避免短流的横向折流挡板连通孔。
作为本发明的进一步改进，所述气升动力循环回流管/渠的下方有吸水锥板，所述吸水锥板底部区域为回流吸入区；所述吸水锥板位于所述横向折流挡板的下侧且入口小、出口大，所述吸水锥板的出口与所述气升动力循环回流管/渠吸水口相连通。
作为本发明的进一步改进，所述进水混合区上部还配置有第一物料投加点，所述第一竖向折流混合区上部还配置有第二物料投加点。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明的塔式流化反应器具有结构简易、高度集成、传质效率高、外形紧凑、投资占地节省、经济性与通用性好等优点；
本发明通过空气释放动力提推模式的高倍率往复回流，同等停留时间及反应器容积的情况下，提升水力混合流经的路径行程，提高反应传质效率，提高混合反应效果，节省相关物料投加消耗；同时无需循环泵设备，节能低耗，精简反应器结构；
本发明通过出水流量计和出水调流阀的连锁调控，实现出水流量的自动实时调控；通过溢流流量计和供气调流阀的连锁调控，实现回流倍率的自动实时调控，全过程运营调控精细化及智能化；
本发明的塔式流化反应器可适用于各种循环混合接触传质的反应过程，如生物接触氧化过程、化学混合氧化还原或混凝沉淀反应过程、接触消毒深度反应过程等，可广泛适用于环保化工等各种循环流化混合反应场景。
附图说明
图1为本发明公开的气升动力大倍率回流、交错折流混合的塔式流化反应器的立剖图。
图中：
1、反应器罐体；2、进水口；3、第一竖向折流挡板；4、第二竖向折流挡板；5、底板；6、竖向折流过水孔；7、底板连通孔；8、横向折流挡板；9、横向折流挡板连通孔；10、气升动力循环回流管/渠；11、吸水锥板；12、出水口；13、出水调流阀；14、出水流量计；15、溢流流量计；16、气升动力供气管；17、供气调流阀；18、第一物料投加点；19、第二物料投加点；20、气升动力溢流堰口；21、进水混合区；22、第一竖向折流混合区；23、第二竖向折流混合区；24、横向折流混合反应区；25、回流吸入区；26、大倍率气升动力回流区。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，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，都属于本发明保护的范围。
下面结合附图对本发明做进一步的详细描述：
如图1所示，本发明提供一种气升动力大倍率回流、交错折流混合的塔式流化反应器，可适用于各种循环混合接触传质的反应过程，如生物接触氧化过程、化学混合氧化还原或混凝沉淀反应过程、接触消毒深度反应过程等；其包括：反应器罐体1、进水口2、第一竖向折流挡板 3、第二竖向折流挡板 4、底板 5、横向折流挡板8、气升动力循环回流管/渠10、出水口12等结构，上述结构在反应器罐体1构成了沿污水处理方向依次连通的进水混合区21、第一竖向折流混合区22、第二竖向折流混合区23、横向折流混合反应区24、回流吸入区25和大倍率气升动力回流区26；其中，进水混合区21与第一竖向折流混合区22位于反应器罐体1的上部且左右水平设置，第二竖向折流混合区23位于第一竖向折流混合区的一侧且向下延伸至反应器罐体1的中部；第一竖向折流混合区22的底部进水、上部出水，进水混合区21的出水经第一竖向折流混合区22和第二竖向折流混合区23进行竖向折流；横向折流混合反应区24设置在反应器罐体1的中部，第二竖向折流混合区23的出水经横向折流混合反应区24进行横向折流；回流吸入区25设置在反应器罐体1的底部，大倍率气升动力回流区26竖直设置在反应器罐体1内壁处，大倍率气升动力回流区26的底部设有吸水口和气升动力供气管16、顶部设有出水口12和与进水混合区21相连通的气升动力溢流堰口20；横向折流混合反应区24的出水经回流吸入区25、底部吸水口进入大倍率气升动力回流区26内，并在气升动力供气管16的作用下向上提升，部分出水溢流至进水混合区21，剩余部分出水经出水口12排出。
具体的：
本发明的气升动力循环回流管/渠10的外壁即为反应器罐体1外壁，气升动力循环回流管/渠10的内壁位于反应器内，其与底板 5、第一竖向折流挡板 3之间形成进水混合区21，底板 5横向垂直安装于气升动力循环回流管/渠10的内壁之上。
本发明的进水口2位于进水混合区21上部，污水进水经由进水口2，进入到进水混合区21。
本发明的第一竖向折流挡板 3、底板 5、及第二竖向折流挡板 4之间形成第一竖向折流混合区 22，第一竖向折流挡板 3底部设有竖向折流过水孔6，水体从进水混合区21经由竖向折流过水孔6进入第一竖向折流混合区 22；第一竖向折流挡板 3、第二竖向折流挡板 4均竖向垂直安装于底板 5之上。
本发明的第二竖向折流挡板 4与反应器罐体1外壁之间形成第二竖向折流混合区23，水体从第一竖向折流混合区 22经由第二竖向折流挡板 4顶部溢流进入第二竖向折流混合区 23。
本发明的反应器罐体1中部主区域为横向折流混合反应区24，水体从第二竖向折流混合区 23进入横向折流混合反应区24，横向折流混合反应区24中等高度位置包含有横向折流挡板8，横向折流挡板8横向垂直安装于反应器罐体1壁板之上，横向折流挡板8横向阻截第二竖向折流混合区23的出水，并在远离第二竖向折流混合区23的另一侧设置连接上下水层的横向折流过水孔。
本发明的气升动力循环回流管/渠10下方有吸水锥板11，吸水锥板11底部区域为回流吸入区25，气升动力循环回流管/渠10内部通道区域为大倍率气升动力回流区26，大倍率气升动力回流区26下部安装有气升动力供气管16，顶部两侧分别是出水口12和气升动力溢流堰口20。
进一步地，底板 5靠近气升动力循环回流管/渠10内壁一侧还留有底板连通孔7，起到避免短流作用；
进一步地，横向折流挡板8的安装固定侧还留有横向折流挡板连通孔9，起到避免短流作用；
进一步地，出水口12还配套有出水调流阀13及出水流量计14，气升动力溢流堰口20上部还悬空安装有溢流流量计15，气升动力供气管16还配套有供气调流阀17。
进一步地，进水混合区21上部还配置有第一物料投加点18，第一竖向折流混合区22上部还配置有第二物料投加点19，各物料投加点可以是一种物料，也可以是多种物料。
本发明的使用方法包括（本例以废水中添加多种物料的液-液循环混合接触传质反应的污水达标处理为例进行说明）：
步骤1、污水通过进水口2进入到进水混合区21，与进水混合区21上端同步添加的第一物料投加点18物料一起，通过竖向折流过水孔6时进行充分上翻折流混合，并进入到第一竖向折流混合区 22；同时进水混合区21部分水体经由底板连通孔7进入到横向折流混合反应区24，可有效避免横向折流混合反应区24左上部空间形成短流死角。
步骤2、第一竖向折流混合区 22水体与本区域上端第二物料投加点19的物料一起，通过第二竖向折流挡板 4顶部折流溢流至第二竖向折流混合区 23的同时，实现下翻折流充分混合。
步骤3、第二竖向折流混合区 23水体向下流动进入横向折流混合反应区24，在本区域进一步混合反应的同时，继续向下流动，遇到横向折流挡板8后实现横向折流流动，并在进一步遇到吸水锥板11后实现向另一侧的横向折流流动，实现水体的横向往复折流混合高效反应；同时，部分水体经由横向折流挡板连通孔9从横向折流挡板8上部区域到达下部区域，避免横向折流混合反应区24下部空间短流死角。
步骤4、吸水锥板11除了作为横向折流混合反应区24下部的折流混合导板外，同时还充当大倍率气升动力回流区26的底部回流吸入区25导板，该区域安装的气升动力供气管16通过高效的升流式动力空气释放，在回流吸入区25形成强力的负压和升流推力，使横向折流混合反应区24水体顺利进入到回流吸入区25，并通过大倍率气升动力回流区26向上升流，实现低能耗的大倍率回流。
步骤5、水体到达大倍率气升动力回流区26上端，小部分通过出水口12实现达标外排，大部分经由气升动力溢流堰口20进入到进水混合区21，实现大倍率回流水与污水进水、及第一物料投加点18的物料的汇流混合。
步骤6、通过出水口12配套的出水流量计14判定出水实际流量，并通过出水调流阀13，自动调节出水流量与进水流量一致。
步骤7、通过气升动力溢流堰口20上方配套的溢流流量计15，实时监测回流流量，并通过气升动力供气管16上配套的供气调流阀17，调节升流动力气的释放量，从而实现回流吸入区25负压力度及升流作用强度的调节，进而实现气升动力溢流堰口20实际溢流流量（即回流量）的动态调节；
步骤8、重复以上步骤1~7，实现废水中添加多种物料的液液混合大倍率循环接触传质反应的污水达标处理过程。
本发明的优点为：
1、结构简易，精简去处外部繁冗的循环泵设备以及配套的回流管道，除管道仪表外的全部部件高度集成至反应器罐体内部，整体简易美观，高度集成，节约占地，减省设备费用；
2、采用空气释放动力提推模式的高倍率往复回流，同等停留时间及反应器容积的情况下，提升水力混合流经的路径行程，提高反应传质效率，提高混合反应效果的同时，节省相关物料投加消耗；
3、采用空气释放动力提推模式的高倍率往复回流，无需循环泵设备，节能低耗，精简反应器结构；
4、通过出水流量计和出水调流阀的连锁调控，实现出水流量的自动实时调控；通过溢流流量计和供气调流阀的连锁调控，实现回流倍率的自动实时调控；智能化程度高，实现运营调控精细化及无人值守管理；
5、简易反应器结构，运维省心，运行经济性好；
6、根据不同的混合反应过程需求，设置两点或多点的物料投加点，并采用分级折流混合型式，保证折流混合均一性的同时，实现多物料（营养剂、消毒剂、氧化环氧剂、混凝沉淀剂等各种反应药剂）的高效融合反应。
7、采用分级折流混合型式，能在有不同物料隔离投加需求的时候，实现物料的短暂分隔，进行混流混合稀释后才实现融合反应，避免高浓原始物料直接接触产生剧烈反应造成不良后果（如高浓酸碱，高浓亚铁与双氧水等）。
8、可适用于各种循环混合接触传质的反应过程，如生物接触氧化过程、化学混合氧化还原或混凝沉淀反应过程、接触消毒深度反应过程等，可广泛适用于环保化工等各种循环流化混合反应场景；
综上，本发明的反应器具有结构简易、高度集成、传质效率高、外形紧凑、投资占地节省、经济性与通用性好等优点。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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 (10)
1.一种气升动力大倍率回流、交错折流混合的塔式流化反应器，其特征在于，包括：反应器罐体；
所述反应器罐体内沿污水处理方向设置有依次连通的进水混合区、第一竖向折流混合区、第二竖向折流混合区、横向折流混合反应区、回流吸入区和大倍率气升动力回流区；
所述进水混合区与第一竖向折流混合区位于所述反应器罐体的上部且左右水平设置，所述第二竖向折流混合区位于所述第一竖向折流混合区的一侧且向下延伸至所述反应器罐体的中部；所述第一竖向折流混合区的底部进水、上部出水，所述进水混合区的出水经所述第一竖向折流混合区和第二竖向折流混合区进行竖向折流；
所述横向折流混合反应区设置在所述反应器罐体的中部，所述第二竖向折流混合区的出水经所述横向折流混合反应区进行横向折流；
所述回流吸入区设置在所述反应器罐体的底部，所述大倍率气升动力回流区竖直设置在所述反应器罐体内壁处，所述大倍率气升动力回流区的底部设有吸水口和气升动力供气管、顶部设有出水口和与所述进水混合区相连通的气升动力溢流堰口；所述横向折流混合反应区的出水经所述回流吸入区、底部吸水口进入所述大倍率气升动力回流区内，并在所述气升动力供气管的作用下向上提升，部分出水溢流至所述进水混合区，剩余部分出水经出水口排出。
2.如权利要求1所述的气升动力大倍率回流、交错折流混合的塔式流化反应器，其特征在于，所述大倍率气升动力回流区由竖直的气升动力循环回流管/渠构成，所述气升动力循环回流管/渠的外壁为所述反应器罐体外壁，所述气升动力循环回流管/渠的内壁位于所述反应器罐体内，所述气升动力循环回流管/渠的内壁底部设有吸水口、外壁底部安装有气升动力供气管，所述气升动力循环回流管/渠的内壁顶部设有与所述进水混合区相连通的气升动力溢流堰口、外壁顶部设有出水口。
3.如权利要求2所述的气升动力大倍率回流、交错折流混合的塔式流化反应器，其特征在于，所述出水口配套有出水调流阀及出水流量计，所述气升动力溢流堰口上部悬空安装有溢流流量计，所述气升动力供气管配套有供气调流阀。
4.如权利要求2所述的气升动力大倍率回流、交错折流混合的塔式流化反应器，其特征在于，所述进水混合区由气升动力循环回流管/渠的内壁、底板和第一竖向折流挡板构成，所述底板横向垂直安装于所述气升动力循环回流管/渠的内壁之上，所述第一竖向折流挡板竖向垂直安装于所述底板之上；所述进水混合区上部设有进水口，污水进水经由所述进水口，进入到所述进水混合区。
5.如权利要求4所述的气升动力大倍率回流、交错折流混合的塔式流化反应器，其特征在于，所述第一竖向折流混合区由第一竖向折流挡板、底板和第二竖向折流挡板构成，所述第二竖向折流挡板竖向垂直安装于所述底板之上，所述第一竖向折流挡板底部设有竖向折流过水孔，水体从所述进水混合区经由所述竖向折流过水孔进入所述第一竖向折流混合区。
6.如权利要求5所述的气升动力大倍率回流、交错折流混合的塔式流化反应器，其特征在于，所述第二竖向折流挡板与所述反应器罐体外壁之间形成第二竖向折流混合区，水体从所述第一竖向折流混合区经由所述第二竖向折流挡板顶部溢流进入所述第二竖向折流混合区。
7.如权利要求6所述的气升动力大倍率回流、交错折流混合的塔式流化反应器，其特征在于，所述横向折流混合反应区由横向折流挡板构成，所述横向折流挡板横向垂直安装于所述反应器罐体壁板之上，所述横向折流挡板横向阻截所述第二竖向折流混合区的出水，并在远离所述第二竖向折流混合区的另一侧设置连接上下水层的横向折流过水孔。
8.如权利要求7所述的气升动力大倍率回流、交错折流混合的塔式流化反应器，其特征在于，所述底板靠近所述气升动力循环回流管/渠内壁一侧留有用于避免短流的底板连通孔，所述横向折流挡板的安装固定侧留有用于避免短流的横向折流挡板连通孔。
9.如权利要求7所述的气升动力大倍率回流、交错折流混合的塔式流化反应器，其特征在于，所述气升动力循环回流管/渠的下方有吸水锥板，所述吸水锥板底部区域为回流吸入区；所述吸水锥板位于所述横向折流挡板的下侧且入口小、出口大，所述吸水锥板的出口与所述气升动力循环回流管/渠吸水口相连通。
10.如权利要求1所述的气升动力大倍率回流、交错折流混合的塔式流化反应器，其特征在于，所述进水混合区上部还配置有第一物料投加点，所述第一竖向折流混合区上部还配置有第二物料投加点。
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