CN202297249U - 内循环流化床生物反应器 - Google Patents

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Abstract

本实用新型内循环流化床生物反应器，它包括：反应器、水槽、至少一个三相分离器、集气管、回流管、回流泵和至少一个循环射流器，水槽装在反应器的上端，水槽分成内水槽和外水槽，循环射流器装在反应器内反应区中，循环射流器包括：内管和套装在内管外侧的外管，外管上端与内水槽相连，并在其周边开有若干个进流缝，内管通过回流管与回流泵出水口相连，回流泵进水口通过回流管与外水槽相连，在每个循环射流器上方装有一个三相分离器，三相分离器将分离出来的气体导入集气管，将分离出来的液体导入外水槽，将分离出来的固体留在反应器内，该反应器实现高有机负荷、高处理效率、耐冲击负荷、节能和稳定良好出水水质的功能，可用于生物的厌氧和好氧处理。

Description

内循环流化床生物反应器
技术领域
本发明涉及一种有机污水净化装置，特别是涉及一种内循环流化床生物反应器(Inner-Circulated Fluidized Bed Reactor)。
背景技术
有机废水是人类社会生活的一种必然产物，需要经过有效的处理才能减少对环境造成污染。目前对于各类有机废水的生物处理方法有厌氧及好氧两大类。一般好氧处理应用于低强度的有机废水处理，而厌氧处理应用于高强度的有机废水处理。
在厌氧生物处理方法中，到目前为止，上流式厌氧污泥床(UASB)反应器是最为成功的厌氧生物处理工艺，但它也存在许多不足之处，例如在低温条件下运行，或在启动初期，抑或处理较低浓度的有机废水时，由于不能产生大量沼气以造成足够的扰动，因此反应器中的混合效果较差，从而出现短流造成处理效率低；如果提高反应器的水力负荷来改善混合状况，则会出现污泥流失的状况。
厌氧流化床反应器具备足够的上流速率，而使得污泥床呈全部流化状态，保证厌氧颗粒污泥与污水中的基质充分的接触，达到良好的传质效果，形成的生物量大。因此，反应效率高，相对的反应器的水力停留时间短，所需的反应器体积也相对减少。但要形成流化床所需的循环水流量较大，相对的，流化床的三相分离比较困难，要求较高的设计和运行水平，因此，目前流化床反应器在生产上未得到大规模的应用。
在好氧生物处理领域里，大体上分成活性污泥法与生物膜法，其中生物膜法具备生物量相对较大，不发生污泥膨化运行稳定的优点，成为近来好氧处理发展的一个趋势。目前比较普遍的系统有生物滤床法(BAF-Biological Aerated Filter)与移动床生物膜反应器(MBBR-Moving Bed Biofilm Reactor)。好氧流化床反应器由于达到载体流化需要较大的动力消耗，另外，进水达到均匀分布也是一个技术上的问题，虽然其具备高效率、高负荷的优点，但在当前的实际应用上也不多。
发明内容
本发明的目的是克服上述问题提供一种方法，结合UASB原理与流化床原理，形成一个强化的流化床生物反应装置，可以应用于厌氧和好氧处理，形成内循环厌氧流化床生物反应器(Inner-Circulated Anaerobic Fluidize Bed Reactor)与内循环好氧流化床生物反应器(Inner-Circulated Aerobic Fluidize Bed Reactor)，实现高有机负荷、高处理效率、耐冲击负荷、节能和稳定良好出水水质的功能。
为了实现本发明的发明目的，本发明采用以下技术方案：
本发明的内循环流化床生物反应器，它包括：反应器、水槽、至少一个三相分离器、集气管、回流管、回流泵和至少一个循环射流器，其中：所述水槽装在反应器的上端，水槽分成内水槽和外水槽，循环射流器装在反应器内的反应区中，循环射流器包括：内管和套装在内管外侧的外管，外管上端与内水槽相连，并在其周边开有若干个进流缝，内管通过回流管与回流泵出水口相连，回流泵进水口通过回流管与外水槽相连，在每个循环射流器的上方装有一个三相分离器，三相分离器将分离出来的气体导入集气管，将分离出来的液体导入外水槽，将分离出来的固体留在反应器内；
本发明的内循环流化床生物反应器，其中：内管与回流管相连部分装有进气管，进气管的一端与空气相通，另一端伸入到内管中，在进气管的另一端的内管上装有文丘里装置；
本发明的内循环流化床生物反应器，其中：所述的外管通过进水连结管与内水槽相连；内管出口口径为内管管径的1/2～3/4；外管出口成喇叭口状；
本发明的内循环流化床生物反应器，其中：所述的内水槽开有进水口，外水槽开有出水口和出水孔，进水由进水管排进内水槽后流入进水连结管，经三相分离器分离出来的液体通过出水孔导入外水槽中，由出水口排出水槽；
本发明的内循环流化床生物反应器，其中：所述的三相分离器由锥形罩和至少一对两两相互平行的倾斜板构成，两个倾斜板与水平方向形成的角度和锥形罩与水平方向形成的角度基本相同，为45～65度，锥形罩的上端形成一个封闭气室，气体经由排气管至集气管排出；
本发明的内循环流化床生物反应器，其中：所述的三相分离器由锥形罩和若干个倾斜板构成，锥形罩倾斜的下端与水平方向形成的角度为45～65度，倾斜板装在锥形罩内并与锥形罩倾斜的下端平行，锥形罩的上端形成一个封闭气室，气体经由排气管至集气管(17)排出；
本发明的内循环流化床生物反应器，其中：所述倾斜板的内侧上装有若干个紊流板，紊流板与水平方向的倾角为20～30度，紊流板的宽度不超过锥形罩与倾斜板之间距离的2/3，各个紊流板的间距为倾斜板长度的1/4至1/3；
本发明的内循环流化床生物反应器，其中：所述的反应器中装有至少一个循环射流器和至少一个三相分离器；
本发明的内循环流化床生物反应器，其中：在两个三相分离器之间或/和一个三相分离器与反应器的壁之间的反应器内装有气封块；两个外管的出口之间或/和一个外管出口与反应器的壁之间的反应器内装有导流块。
本发明内循环流化床生物反应器，包括下层反应区、三相分离装置与上层澄清区。在反应区设置水力内循环射流装置，利用射流原理同时将反应区上层的水体、生物载体(或颗粒污泥)与进流污水一并吸往下，形成反应区内部的水力循环。由于水力内循环装置的作用，相对于一般的流化床反应器，本发明方法及装置形成污泥床处于流体化的状态所需的回流水量可节省40～60％。另外，由于回流水量的大量降低，三相分离器的负荷相对亦减轻很多，可以有效避免生物污泥的洗出，保证反应器具备稳定的高生物量。应用于厌氧处理的内循环厌氧流化床生物反应器，由于进流污水与反应区上层的处理水及生物载体(或颗粒污泥)在水力内循环射流装置内达到充分的接触搅拌效果，明显的增进系统的处理效率。一般的UASB厌氧处理系统在没有植种颗粒污泥的情况下启动，需3～6个月的时间才能形成污泥颗粒化进入稳定运行状态。而本发明由于具备充分的搅拌接触与优异的固液分离效率，在没有植种颗粒污泥的条件下启动，在1～3个月的时间内就可以形成污泥颗粒化而进入稳定运行状态。
尤其是本发明应用于好氧处理的内循环好氧流化床生物反应器利用回流水力将空气吸入，再水力内循环射流装置内部达到空气、处理水和生物载体间的充分的接触搅拌，大大的提升溶氧效率，达到节能、高效的处理效果。
本发明的三相分离装置由于具备扰流板，它可以在倾斜板间的流动产生紊流，致使处理水中的细小的生物团充分的接触搅拌而形成较大的颗粒从气封与斜板间的缝隙沉降至反应区，有效避免生物量的流失。
本发明方法所架构的内循环好氧流化床生物反应器，由于具备三相分离器的架构，曝气排出的气体经由排气管线排出，可避免一般好氧反应器所造成的二次空气污染的问题。
本发明内循环流化床生物反应器可以串连连结形成多相的生物反应器，其间由于反应器的进水方是以内循环射流器吸入，所以各段反应器不会有水位差。
附图说明
图1是本发明第一实施例的内循环流化床生物反应器的示意图，它是内循环厌氧流化床生物反应器的示意图；
图2是本发明第二实施例的内循环流化床生物反应器的示意图，它是内循环好氧流化床生物反应器的示意图；
图3是本发明内循环流化床反应器中内循环射流器的右向示意图；
图4是本发明内循环流化床反应器中三相分离器的另一形式的示意图；
图5是本发明内循流化床反应器的俯视图；
图6是本发明内循流化床反应器中两相串连的示意图。
图中的标号如下：1.反应器；2.气封块；3.三相分离器；4.进水槽；5.内水槽；6.外水槽；7.出水孔；8.进水口；9.出水口；10.回流管；11.回流泵；12.导流块；13.内循环射流器；14.进流缝；15.内管；16.进水连接管；17.集气管；18.文丘里装置；19.进气管；20.紊流板；21.排气管；22.外管；23.锥形罩；24.倾斜板；25.生物载体；26.反应区；27澄清区
具体实施方式
为进一步阐述本发明，下面结合实施例作更详尽的说明。
如图1、图3和图5所示，本发明内循环厌氧流化床生物反应器(Inner-CirculatedAnaerobic Fluidize Bed Reactor)的示意图，它包括：反应器1、水槽4、至少一个三相分离器3、集气管17、回流管10、回流泵11和至少一个循环射流器13，水槽4装在反应器1的上端，水槽4分成内水槽5和外水槽6，内水槽6开有进水口8，外水槽5开有出水口9和出水孔7。循环射流器13装在反应器1内的反应区26中，循环射流器13包括：内管15和套装在内管15外侧的外管22，外管22上端通过进水连结管16与内水槽6相连，并在其周边开有若干个进流缝14，内管15通过回流管10与回流泵11出水口相连，回流泵11进水口通过回流管10与外水槽5相连，在每个循环射流器13的上方装有一个三相分离器3，三相分离器3将分离出来的气体通过排气管21导入集气管17，将分离出来的液体通过出水孔7导入外水槽5，由出水口9排出水槽4，将分离出来的固体留在反应器1内。
如图1所示，内管15出口口径为内管15管径的1/2～3/4；外管22出口成喇叭口状。如图1和图4所示，三相分离器3由锥形罩23和至少一对倾斜板24构成，两个倾斜板24与水平方向形成的角度和锥形罩23与水平方向形成的角度基本相同，为45～65度，锥形罩23的上端形成一个封闭气室，气体经由排气管21至集气管17排出。倾斜板24内侧上装有若干个紊流板20，紊流板20与水平方向的倾角为20～30度，紊流板20的宽度不超过锥形罩23与倾斜板24之间距离的2/3，各个紊流板20的间距为倾斜板24长度的1/4至1/3。倾斜板24和紊流板20形成紊流以增加生物载体或颗粒污泥间的碰撞，脱附生物载体或颗粒污泥上的气体。
根据反应器的大小，反应器1中装有至少一个循环射流器13和至少一个三相分离器3。在两个三相分离器3之间或/和一个三相分离器3与反应器1的壁之间的反应器1内装有气封块2；两个外管22的出口之间或/和一个外管22出口与反应器1的壁之间的反应器1内装有导流块12。导流块12的作用在于：更好地反应器内的生物载体产生流化，减少死区的比率。三相分离器的倾斜板24与气封2两者外缘重叠，阻止反应区26内部的气体进入澄清区，达到气液分离的目的。
内循环厌氧流化床生物反应器应用三相分离器将反应器分成上层澄清区27与下层反应区26，反应区26内设置内循环射流器13。污水从进流管8进入反应器后，流入进水连结管16。内循环射流器13利用回流水力从内管15出口排出产生的负压将内管15与外管22之间的水体吸出，造成反应区26上层的液体与载体25或颗粒污泥从进流缝14被吸入内循环射流器的内外管之间，在这同时污水进水连结管16的污水与被吸入进流缝14的进水混合，而后经内循环射流器13的内外管间往下由外管22出口排出，如此，形成反应区26内高强度的水力内循环与死区百分率极低的生物反应区。在反应区内的污泥床在回流水力与内循环水力的双重作用下形成流化状态，厌氧颗粒污泥与基质得到充分的搅拌接触，得到高效的处理效率。
内循环流化床生物反应器可以在厌氧操作条件下形成内循环厌氧流化床生物反应器(Inner-Circulated Anaerobic Fluidize Bed Reactor)；也可以是好氧反应器，当应用于好氧处理时，在回流管10中间加装文丘里装置18与进气管19，在出水回流的水力循环同时吸入空气达到曝气的功能，并在反应器内装填生物载体(石英砂、活性炭、沸石等)形成内循环好氧流化床生物反应器(Inner-Circulated Aerobic Fluidize Bed Reactor)；它应用于好氧处理时，曝气后的气体经由排气管17排出，其可根据实际需要进行处理，可以避免一般开放的好氧处理系统直接排空而产生臭味污染的问题；内循环流化床生物反应器可以串连连结，形成多相的生物反应器，其间由于反应器的进水方法是以内循环射流器13吸入，所以各段反应器之间的水位高度不会有水位差。
第二实施例
图2是本发明内循环好氧流化床生物反应器(Inner-Circulated Aerobic FluidizeBed Reactor)的示意图。它与实施例1基本相同，相同的部分，不再累述，所不同的是：在内管15与回流管10相连部分装有进气管19，进气管19的一端与空气相通，另一端伸入到内管15中，在进气管19的另一端的内管15上装有文丘里装置18。
内循环好氧流化床生物反应器应用三相分离器将反应器分成上层澄清区27与下层反应区26，反应区内26设置内循环射流器13。反应器的出水利用回流泵11经由回流管10回流至反应器的内循环射流器13，回流管10设置文丘里装置18和进气管19，利用回流水力将空气吸入进气管19，空气与回流水混合后进入内循环射流器13。污水从进流管8进入反应器1后，流入进水连结管16。内循环射流器13利用回流水力从内管15出口排出产生的负压将内管15与外管22之间的水体吸出，造成反应区26上层的液体与生物载体25从进流缝14被吸入内循环射流器13的内外管之间，在这同时污水进水连结管16的污水与被吸入进流缝14的进水混合，而后经内循环射流器13的内外管间往下由外管22出口排出，如此，形成反应26区内高强度的水力内循环与死区百分率极低的生物反应区。混合空气溶氧的回流水由内循环射流器内管15排出时，将内管15和外管22间含生物载体的混合液吸出并进行充分的搅拌与气液混合，让生物载体、基质与溶氧间达到良好的传质效率。反应区26内的污泥床在回流水力与内循环水力的双重作用下形成流化状态，生物载体25与基质得到充分的搅拌接触，得到高效的处理效率。
如图6所示，本发明内循流化床反应器可以两相串连，本发明的内循流化床反应器可以进行串联或并联，串联形成分级处理，有机物的生化降解过程就被分布在不同的反应室中进行，有利于不同种类的微生物菌群在独立的反应室中生长，形成良好的微生物相分离特性，在不同的环境条件下，各反应单元驯养适应于所处环境的优势微生物菌群，使系统内的不同微生物菌群能在其适应的环境中发挥最大的活性。形成多相生物反应器，增进处理效率与运行的安定性。并联可以增大内循环流化床生物反应器的处理量。也可以采用串联和并联复合的处理方式。
本发明内循环流化床生物反应器具备如下特性：(1)三相分离装置具备良好的颗粒污泥生物载体截流性能；(2)良好的水力流态，流化床充分的混合流态使生物污泥能够和进水基质充分的混合接触，提高传质效能，保持微生物具备充分的活性；(3)反应区内部的内循环射流架构，大大的降低回流水量，并得到优良的细小颗粒污泥截流能力；(4)反应室形成流化床，在高负荷的反应室填充生物载体，微生物在颗粒污泥或多孔载体表面上生成紧密的生物膜结构，保证反应室内最大的单位体积生物量和维持高的生物活性；(5)利用回流水力形成负压吸气，大大地增进好氧处理的溶氧效率；(6)具有模块化架构的厌氧处理器，方便做弹性化的组合及扩充；(7)反应装置可以串联形成多相的生物反应器结构。
以上只是对本发明的解释，不是对发明的限定，本发明所限定的范围参见权利要求，在不违背本发明的精神的情况下，本发明可以作任何形式的修改。

Claims (9)

1.一种内循环流化床生物反应器，它包括：反应器(1)、水槽(4)、至少一个三相分离器(3)、集气管(17)、回流管(10)、回流泵(11)和至少一个循环射流器(13)，其特征在于：所述水槽(4)装在反应器(1)的上端，水槽(4)分成内水槽(5)和外水槽(6)，循环射流器(13)装在反应器(1)内的反应区(26)中，循环射流器(13)包括：内管(15)和套装在内管(15)外侧的外管(22)，外管(22)上端与内水槽(6)相连，并在其周边开有若干个进流缝(14)，内管(15)通过回流管(10)与回流泵(11)出水口相连，回流泵(11)进水口通过回流管(10)与外水槽(5)相连，在每个循环射流器(13)的上方装有一个三相分离器(3)，三相分离器(3)将分离出来的气体导入集气管(17)，将分离出来的液体导入外水槽(5)，将分离出来的固体留在反应器(1)内。
2.根据权利要求1所述的内循环流化床生物反应器，其特征在于：内管(15)与回流管(10)相连部分装有进气管(19)，进气管(19)的一端与空气相通，另一端伸入到内管(15)中，在进气管(19)的另一端的内管(15)上装有文丘里装置(18)。
3.根据权利要求1或2所述的内循环流化床生物反应器，其特征在于：所述的外管(22)通过进水连结管(16)与内水槽(6)相连；内管(15)出口口径为内管(15)管径的1/2～3/4；外管(22)出口成喇叭口状。
4.根据权利要求3所述的内循环流化床生物反应器，其特征在于：所述的内水槽(6)开有进水口(8)，外水槽(5)开有出水口(9)和出水孔(7)，进水由进水管(8)排进内水槽(6)后流入进水连结管(16)，经三相分离器(13)分离出来的液体通过出水孔(7)导入外水槽(5)中，由出水口(9)排出水槽(4)。
5.根据权利要求4所述的内循环流化床生物反应器，其特征在于：所述的三相分离器(3)由锥形罩(23)和至少一对两两相互平行的倾斜板(24)构成，两个倾斜板(24)与水平方向形成的角度和锥形罩(23)与水平方向形成的角度基本相同，为45～65度，锥形罩(23)的上端形成一个封闭气室，气体经由排气管(21)至集气管(17)排出。
6.根据权利要求5所述的内循环流化床生物反应器，其特征在于：所述的三相分离器(3)由锥形罩(23)和若干个倾斜板(24)构成，锥形罩(23)倾斜的下端与水平方向形成的角度为45～65度，倾斜板(24)装在锥形罩(23)内并与锥形罩(23)倾斜的下端平行，锥形罩(23)的上端形成一个封闭气室，气体经由排气管(21)至集气管(17)排出。
7.根据权利要求6所述的内循环流化床生物反应器，其特征在于：所述倾斜板(24)的内侧上装有若干个紊流板(20)，紊流板(20)与水平方向的倾角为20～30度，紊流板(20)的宽度不超过锥形罩(23)与倾斜板(24)之间距离的2/3，各个紊流板(20)的间距为倾斜板(24)长度的1/4至1/3。
8.根据权利要求7所述的内循环流化床生物反应器，其特征在于：所述的反应器(1)中装有至少一个循环射流器(13)和至少一个三相分离器(3)。
9.根据权利要求8所述的内循环流化床生物反应器，其特征在于：在两个三相分离器(3)之间或/和一个三相分离器(3)与反应器(1)的壁之间的反应器(1)内装有气封块(2)；两个外管(22)的出口之间或/和一个外管(22)出口与反应器(1)的壁之间的反应器(1)内装有导流块(12)。
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