CN202465382U - 一种三相分离器及筒形厌氧反应器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种三相分离器及筒形厌氧反应器，属于废水厌氧生物处理技术领域。所述三相分离器包括上部罩体(1)、下部罩体(2)和集气筒(5)；前两者均为广口向下的喇叭口形状，所述上部罩体(1)的锥角α大于下部罩体(2)的锥角β；所述下部罩体(2)的上部伸入到上部罩体(1)的下部内，与上部罩体(1)的下部重叠，两者之间的空间形成一个变截面的立体环形过流缝(3)；在所述过流缝(3)内设置有多个导流板(6)。所述三相分离器安装在筒形厌氧反应器内的沉淀区和反应区之间。利用本实用新型提高了气体的分离效率，改善了固液分离的效果，简化了工艺结构，降低了工程造价。

Description

一种三相分离器及筒形厌氧反应器

技术领域

本实用新型属于废水厌氧生物处理技术领域，具体涉及一种三相分离器及筒形厌氧反应器。

背景技术

三相分离器是厌氧反应器中的关键设备，其功能在于实现固体(颗粒污泥)、液体(污水)、气体(沼气)三相的分离。三相分离器一般设置在厌氧反应器内不同的反应区之间或反应区与沉淀区之间，主要作用在于将沼气从泥水混合液中脱除，避免沼气进入沉淀区影响固液分离的效果；使分离了沼气后的颗粒污泥尽可能多的沉降到反应区下部；使进入沉淀区的污泥颗粒有良好的分离条件，实现污泥颗粒的沉降并回落到下部反应区。

但是，现有的三相分离器具有如下缺点：

(1)现有三相分离器的安装形式多适用于横截面为矩形的厌氧反应器，用于筒形厌氧反应器时构造复杂；

(2)传统的三相分离器，存在着泥水分离效果不佳的问题。部分三相分离器采用过流缝与回流缝合并设置，由于泥水混合液的过流与颗粒污泥回流方向相反，形成水流扰动，影响泥水混合物过流的均匀性，进而影响泥水分离效果。

实用新型内容

本实用新型的目的在于解决上述现有技术中存在的难题，提供一种三相分离器及筒形厌氧反应器，提高气体的分离效率，改善固液分离的效果，简化工艺结构，降低工程造价。

本实用新型是通过以下技术方案实现的：

一种三相分离器，其为轴对称结构，包括同轴线的上部罩体1、下部罩体2和集气筒5；

所述集气筒5的下端与所述上部罩体1的上端连通，所述上部罩体1和下部罩体2连通；

所述上部罩体1和下部罩体2均为广口向下的喇叭口形状，上部罩体1的锥角大于下部罩体2的锥角；

所述下部罩体2的上部伸入到上部罩体1的下部内，与上部罩体1的下部重叠，两者之间的空间形成一个变截面的立体环形过流缝3。

在所述过流缝3内设置有多个导流板6，所述导流板6在圆周上呈放射状对称均布；相邻两个所述导流板6之间形成过流通道。多个过流通道可以使液流分布更为均匀，过流断面的水力半径减小，使流动的稳定性增强，有利于混合液在流动过程中气泡的上升和颗粒污泥的沉降，提高三相分离效率。

每个所述导流板6的形状为等腰梯形，该梯形的顶与所述上部罩体1的底口齐平，该梯形的底与下部罩体2的顶口齐平；该梯形的两腰分别与上部罩体1和下部罩体2焊接连接，增加三相分离器的结构强度。

所述过流缝3的入口过流面积为：

$A_1={\mathrm{\πB}}_1({2R}_1-B_1\sin \frac{\mathrm{\α}+\mathrm{\β}}{2})---\left(1\right)$

所述过流缝3的出口过流面积为：

$A_2={\mathrm{\πB}}_2({2R}_2-B_2\sin \frac{\mathrm{\α}+\mathrm{\β}}{2})---\left(2\right)$

其中，

B₁为过流缝3的入口的过流断面宽度；

B₂为过流缝3的出口的过流断面宽度；

R₁为过流缝3的入口环形过流断面外环半径；

R₂为过流缝3的出口环形过流断面外环半径；

α为上部罩体1的锥角；

β为下部罩体2的锥角。

所述上部罩体1的锥角α大于下部罩体2的锥角β，所述过流缝3的入口的过流断面宽度B₁大于过流缝3的出口的过流断面宽度B₂；过流缝3的入口过流面积A₁大于过流缝3的出口过流面积A₂，这样能降低泥水混合液通过过流缝3的入口流速，尽可能减少可液流夹带的气泡，同时控制过流缝3出口流速在一定范围之内，一般不大于20mm/s，减少对沉淀区内颗粒污泥沉降的干扰。

所述上部罩体1的锥角α为50°～60°之间，所述下部罩体2的锥角β为45°～55°之间。

一种装有所述三相分离器的筒形厌氧反应器，所述三相分离器安装在筒形厌氧反应器内的沉淀区a和反应区b之间，在所述筒形厌氧反应器的内壁上附着有环状导流环，所述导流环位于所述下部罩体2的下方，其截面形状为三角形；所述导流环与筒形厌氧反应器的内壁一起与所述下部罩体2的底口外沿共同构成回流缝4。

所述过流缝3的出口过流面积大于回流缝4的面积40％以上；所述回流缝4的面积是指下部罩体2的底口外沿与筒形厌氧反应器内壁围成的环形区域的面积。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

(1)本实用新型通过设置双层罩体实现过流缝与回流缝的分开设置，保证了污泥回流与混合液过流的互不干扰，污泥回流畅通；

(2)从反应器横截面看，本实用新型的过流缝设置在反应器1/2半径附近，回流缝设置在厌氧反应器筒壁内侧，横向液流流速由大变小，同时由于反应器内壁存在边界层，纵向流速也变小吗，回流缝处得液流流速减小有利于污泥沉降和分离；从反应器纵断面看，过流缝的高度高于回流缝，为沉淀区中颗粒污泥的沉降提供了空间；

(3)由于上部罩体和下部罩体的变角度设置，可使过流缝入口过流面积尽可能大，以减小过流缝入口的液流流速，过流缝液流的速度越小，夹带的气泡粒径越小，气体夹带量也越小，可有效提高气体分离效率；

(4)本实用新型为轴对称结构，用于筒形反应器时构造简单，制造方便，可有效降低工程造价。

附图说明

图1是本实用新型三相分离器的纵断面结构图。

图2是本实用新型三相分离器的平面结构图。

图3是本实用新型三相分离器的工作原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步详细描述：

如图1所示，一种三相分离器，安装在厌氧反应器的沉淀区a和反应区b之间，包括上部罩体1、下部罩体2、过流缝3、回流缝4、集气筒5、导流板6；

所述上部罩体1和下部罩体2均为广口向下的喇叭口形状，上部罩体1的锥角大于下部罩体2的锥角；

下部罩体2的上部伸入到上部罩体1的下部，与上部罩体1的下部重叠，重叠部分的空间形成环形过流缝3；如图2所示，所述环形过流缝3中设置有在圆周上呈放射状均匀分布的导流板6；所述导流板6的形状为等腰梯形，该梯形的顶与所述上部罩体1的底口齐平，该梯形的底与下部罩体2的顶口齐平，该梯形的两腰分别与上部罩体1和下部罩体2连接；

在筒形厌氧反应器内壁上附着有环状导流环(见图1中下部罩体2下方的两个三角形。)，所述导流环位于所述下部罩体2的下方，其截面形状为三角形，俯视形状为环形；导流环的主要作用是不让反应区的气泡通过回流缝4进入沉淀区b，它与筒形厌氧反应器的内壁一起与下部罩体2的底部外沿共同构成回流缝4。

过流缝3的入口过流面积为(应该减去导流板入口处截面面积，但导流板截面面积相对很小，对该入口过流面积影响很小，因此可忽略)：

$A_1={\mathrm{\πB}}_1({2R}_1-B_1\sin \frac{\mathrm{\α}+\mathrm{\β}}{2})---\left(1\right)$

过流缝3的出口过流面积为(应该减去导流板出口处截面面积，但该截面面积相对很小，对该出口过流面积影响很小，因此可忽略)：

$A_2={\mathrm{\πB}}_2({2R}_2-B_2\sin \frac{\mathrm{\α}+\mathrm{\β}}{2})---\left(2\right)$

B₁：过流缝入口的过流断面宽度；

B₂：过流缝出口的过流断面宽度；

R₁：过流缝入口环形过流断面外环半径；

R₂：过流缝出口环形过流断面外环半径；

α：上部罩体的锥角；

β：下部罩体的锥角。

如图1所示，上部罩体1的锥角α大于下部罩体2的锥角β，过流缝出口的过流断面宽度B₂小于过流缝入口的过流断面宽度B₁，并使过流缝3的入口过流面积A₁大于过流缝3的出口过流面积A₂，降低泥水混合液通过过流缝3的入口流速，尽可能减少液流夹带的气泡，同时控制过流缝3出口流速在一定范围之内，一般不大于20mm/s，减少对沉淀区内颗粒污泥沉降的干扰。

上部罩体1和下部罩体2组成了一个变截面的立体环形缝隙，即过流缝3，如图2所示，在该环形缝隙中设置有放射状的均匀分布的多个导流板6，可以使液流分布更为均匀，同时由于导流板6将过流缝分隔成多个通道，过流断面的水力半径减小，使流动的稳定性增强，有利于混合液在流动过程中气泡的上升和颗粒污泥的沉降，提高三相分离效率。此外，导流板6与上部罩体1和下部罩体2焊接连接，可作为三相分离器的结构连接件，增加三相分离器的结构强度。

上部罩体1和下部罩体2对反应区b的气泡上升和沉淀区的颗粒污泥沉降均有导流作用，应设置合理的锥角，本实用新型三相分离器上部罩体的锥角α设置为为50°～60°之间，下部罩体锥角β设置为为45°～55°之间。

根据功能需求，过流缝3需要通过泥水混合物，而回流缝4仅通过颗粒污泥，泥水混合物流量大于颗粒污泥流量，相应的，过流缝3的面积(是指A2，因为过流缝3的面积由入口的A1变为出口的A2，由于A1＞A2，应按较小的面积计，故为A2)应大于回流缝4的面积(是指下部罩体2的底部外沿与筒形厌氧反应器内壁围成的环形区的面积)，使反应器内自发形成的流动与需求的流动相一致，实施中过流缝3的面积应大于回流缝4的面积40％以上。

利用本实用新型实现三相分离的过程如图3所示，位于反应区边部区域的水、沼气、颗粒污泥三相混合物自反应区b底部向上流动，到达下部罩体2后受其空间约束，泥水混合物向中心汇集并上升，沼气气泡则垂直上升至下部罩体2内壁，附着在罩体内壁上并与其它沼气气泡合并成大气泡，大气泡上升速度变大，依次沿下部罩体2的内壁、上部罩体1的内壁斜线上升，进入集气筒5后垂直上升至集气筒内的气液分界面，并从液相脱离进入气相空间，实现沼气与泥水混合物的分离；反应器中心区域的三相混合物中的沼气气泡直接上升至集气筒5内的气液分界面，实现气相分离。与沼气附着在一起的颗粒污泥随沼气气泡上升至气液分界面后形成浮泥层，由于沼气脱出后，颗粒污泥的密度增大，部分大颗粒污泥依靠自身重力回落到反应区b，部分较小的颗粒污泥则暂时存留在浮泥层中，由于沼气分离过程产生强烈的扰动，可促使浮泥层中的小颗粒污泥合并为大颗粒污泥后下沉至反应区b。脱除大部分气体的泥水混合物由反应区b进入过流缝3，在流经过流缝3的过程中，被液流夹带的小气泡向上运动，上升到过流缝3的顶壁后，小气泡聚集合并成大气泡后沿上部罩体1的内壁向上运动，最终进入集气筒5实现气液分离。泥水混合物从过流缝3流出后进入沉淀区a，残留在混合物中的沼气总量已经很少，气泡粒径也很小，对后续泥水分离的影响降至最低。在沉淀区a中，颗粒污泥沉降到底部并通过回流缝3返回到反应区b，以维持反应区中的污泥量，保证反应效率，少部分密度较小的絮体污泥则可能随水流流出反应器，实现污泥的筛选和更新。

上述技术方案只是本实用新型的一种实施方式，对于本领域内的技术人员而言，在本实用新型公开了原理的基础上，很容易做出各种类型的改进或变形，而不仅限于本实用新型上述具体实施例所描述的结构，因此前面描述的只是优选的，而并不具有限制性的意义。

Claims (8)

1.一种三相分离器，其特征在于：所述三相分离器为轴对称结构，包括同轴线的上部罩体(1)、下部罩体(2)和集气筒(5)；

所述集气筒(5)的下端与所述上部罩体(1)的上端连通，所述上部罩体(1)和下部罩体(2)连通；

所述上部罩体(1)和下部罩体(2)均为广口向下的喇叭口形状，所述上部罩体(1)的锥角α大于下部罩体(2)的锥角β；

所述下部罩体(2)的上部伸入到上部罩体(1)的下部内，与上部罩体(1)的下部重叠，两者之间的空间形成一个变截面的立体环形过流缝(3)。

2.根据权利要求1所述的三相分离器，其特征在于：在所述过流缝(3)内设置有多个导流板(6)，所述导流板(6)在圆周上呈放射状对称均布；相邻两个所述导流板(6)之间形成过流通道。

3.根据权利要求2所述的三相分离器，其特征在于：每个所述导流板(6)的形状为等腰梯形，该梯形的顶与所述上部罩体(1)的底口齐平，该梯形的底与下部罩体(2)的顶口齐平；该梯形的两腰分别与上部罩体(1)和下部罩体(2)焊接连接。

4.根据权利要求3所述的三相分离器，其特征在于：

所述过流缝(3)的入口过流面积为：

所述过流缝(3)的出口过流面积为：

其中， 

B₁为过流缝(3)的入口的过流断面宽度；

B₂为过流缝(3)的出口的过流断面宽度；

R₁为过流缝(3)的入口环形过流断面外环半径；

R₂为过流缝(3)的出口环形过流断面外环半径；

α为上部罩体(1)的锥角；

β为下部罩体(2)的锥角。

5.根据权利要求4所述的三相分离器，其特征在于：所述过流缝(3)的入口的过流断面宽度B₁大于过流缝(3)的出口的过流断面宽度B₂；过流缝(3)的入口过流面积A₁大于过流缝(3)的出口过流面积A₂。

6.根据权利要求1至5任一所述的三相分离器，其特征在于：所述上部罩体(1)的锥角α为50°～60°之间，所述下部罩体(2)的锥角β为45°～55°之间。

7.一种装有权利要求6所述的三相分离器的筒形厌氧反应器，其特征在于：所述三相分离器安装在所述筒形厌氧反应器内的沉淀区(a)和反应区(b)之间，在所述筒形厌氧反应器的内壁上附着有环状导流环，所述导流环位于所述下部罩体(2)的下方，其截面形状为三角形；所述导流环与筒形厌氧反应器的内壁一起与所述下部罩体(2)的底口外沿共同构成回流缝(4)。

8.根据权利要求7所述的筒形厌氧反应器，其特征在于：所述过流缝(3)的出口过流面积大于回流缝(4)的面积40％以上；所述回流缝(4)的面积是指下部罩体(2)的底口外沿与筒形厌氧反应器内壁围成的环形区域的面积。 

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