CN203715375U - 自动循环旋混式内循环厌氧反应器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种自动循环旋混式内循环厌氧反应器，包括罐体，罐体中设有均与沼气收集装置相连通的上下两层三相分离器，沼气收集装置与设置于罐体上方的气液分离器相连通，气液分离器与沼气排出装置和内回流装置相连通；内回流装置与设置于罐体内底部的旋混布水装置相连通，罐体高径比为4～8，罐体侧面靠近顶部还设置有与原水进水管线相连通的外循环装置；旋混布水装置包括上锥体、下锥体、中心分水包和旋流分支管，上锥体在上部，与内回流装置底部相连通，下锥体设置在上锥体和中心分水包之间，中心分水包分别与罐体底部的原水进水管道和旋流分支管连通，旋流分支管与上锥体内腔相通。本实用新型调试时间短、抗冲击负荷高、上升流速高。

Description

自动循环旋混式内循环厌氧反应器

技术领域

本实用新型涉及一种工业水处理厌氧反应器，尤其是一种适用于处理高浓度有机废水的自动循环旋混式内循环厌氧反应器。

背景技术

目前，现有污水处理技术从氧的需求上可以分为两大类，一类是厌氧技术，一类是好氧技术，环保技术经过多年的行业发展和探索，厌氧和好氧技术不断得到完善和改进，尤其以厌氧处理技术的利用和开发最为广泛，在最近几年得到突飞猛进的发展，越来越受到重视，并被广泛的应用于各类污水处理工程实践中，究其原因，是因为好氧技术需要消耗巨大的电能作为降低有机污染物浓度的代价，不仅耗能大，而且去除效率低，故好氧技术通常用在厌氧工艺之后，作为厌氧处理的精处理，这样就从总体上了降低了污水处理工程的总体投资和运行单耗。从总体上来说，相对于好氧技术，厌氧技术具有能耗低，占地面积小，处理效率高，经济效益显著等优点，产生的可利用能源有沼气和颗粒污泥，沼气可用来发电供生产用和代替燃煤用作锅炉燃烧，颗粒污泥可销售给污水处理行业用作厌氧反应器接种颗粒污泥菌种用。

自上世纪50年代中期出现第一台厌氧接触反应器以来，随着能源危机的愈演愈烈，在国家对能源和科技重视的情况下，厌氧技术得到了长足发展，相继出现了厌氧接触反应器、厌氧滤器、厌氧流化床反应器、上流式厌氧污泥床（UASB）反应器、厌氧膨胀颗粒污泥床（EGSB）反应器和内循环（IC）反应器。但是目前大多数厌氧反应器在实际运行中，存在运行不稳定、颗粒污泥生长缓慢甚至于出现负增长等问题。

中国专利CN202038916U公开了一种IC厌氧反应器，本实用新型包括反应罐体和设置在反应罐体内的三相分离器，反应罐体上设有原水进口和净化水出口，还包括有位于反应罐体上方的气水分离罐，三相分离器的沼气收集管接气水分离罐，气水分离罐的底部连接有插入到反应罐体底部的内回流管，气水分离罐上设有气体排放管口。专利中提到的IC反应器只是目前非常普通的一种，其容积负荷低，处理效率低，运行不稳定，无法满足处理高浓度有机废水的要求。

中国专利申请CN102897909A公开了一种自循环厌氧反应器，其属于酿造行业污水处理技术领域。其主要包括内部通过中心支撑柱设有集气器的罐体，所述集气器将罐体分为上反应室和下反应室，所述罐体的顶部通过溢流堰安装有拱形的集气罩，底部设有进料分布器和进水管、排泥管和侧入式搅拌器；所述罐体内设有四组自循环系统，每组自循环系统包括回流管、沼气管和气提管，所述回流管上端连接有设在上反应室的气液分离器，下端连接有设在下反应室的旋流布水器，所述沼气管一部分直接连通气液分离器与上反应室，另一部分通过沼气收集管连通气液分离器与上反应室，所述气液分离器通过气提管与集气器相连。该自动循环厌氧反应器使用范围小，只适应于酿造行业污水处理领域；该集气器只是单独起到收集沼气的作用，不具有泥水分离功能，容易造成罐体内部污泥流失；该反应器泥水混合传质靠外加动力即侧入式搅拌器，故障率高，运行费用高，使用效果差。

中国专利申请CN101817586A公开了一种旋流布水旋液分离内循环厌氧反应器，在罐体内设有中心立柱支撑连接中部集气器和顶部的三相分离器；集气器将罐体分隔成上下两个反应室；在罐体底部均布设有旋流布水器，三相分离器上侧与旋流布水器对应位置上设气液分离器；气液分离器与三相分离器和集气器之间设提气管连通、与旋流布水器之间设回流管连通。该旋流布水旋液分离内循环厌氧反应器的气液分离器设置在三相分离器上侧与旋流布水器对应位置上，灵活性差，同种直径的厌氧反应器，需要额外增加气液分离器台数，这样的话产生的沼气会被分流，容易导致气提动力不足，沼气上升过程中携带水量会大大减少，相对于单个旋流布水器器分配到的内回流水量就会减少，弱化了和原水的混合效果，最终导致负荷偏低。

发明内容

本实用新型的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种调试时间短、抗冲击负荷高、上升流速高、混合流化效果好、避免固积物沉积、占地面积小、避免结垢、降低能耗、运行稳定可靠的自动循环旋混式内循环厌氧反应器。

为实现上述目的，本实用新型采用下述技术方案：

一种自动循环旋混式内循环厌氧反应器，包括罐体，罐体中设有上下两层三相分离器，上下两层三相分离器均与沼气收集装置相连通，沼气收集装置与设置于罐体上方的气液分离器相连通，气液分离器与沼气排出装置和内回流装置相连通；内回流装置与设置于罐体内底部的旋混布水装置相连通；旋混布水装置还与罐体底部的原水进水管道相连通，所述罐体的高径比为4～8，罐体侧面靠近顶部位置还设置有与原水进水管线相连通的外循环装置。

所述旋混布水装置包括上锥体、下锥体和旋流分支管，其中上锥体在上部，且与内回流装置底部相连通，下锥体设置在上锥体下部，旋流分支管一端与原水进水管线相连通，另一端与上锥体内腔相通。

旋混布水装置的工作原理是原水通过原水进水管道进入旋流分支管，由旋流分支管流出后再与上锥体和下锥体之间流入的内回流水完全混合，最后从旋混布水装置底部高速旋流流出。该旋混布水装置具有如下的功能和效果：上下锥体能使水流产生旋流和加速的作用，均质效果好；有机负荷稳定，不会出现局部负荷偏高；能够促进厌氧污泥菌种的颗粒化，形成质量良好的颗粒污泥；不会造成局部偏流，可以避免局部酸化。

所述上下两层三相分离器之间的第一反应室为低流速精处理区，下层三相分离器以下的第二反应室由下至上依次分为颗粒污泥膨胀区和粗处理混合区。上层三相分离器分离第一反应室的颗粒污泥，并收集第一反应室的沼气，下层三相分离器分离第二反应室的颗粒污泥，并收集第二反应室的沼气。

所述三相分离器的集气罩的夹角范围在60°—90°之间；集气罩斜面长度范围在500mm—750mm之间。

所述罐体高度为20～28m，能够增加罐体内部CO₂分压，避免厌氧反应器内部及厌氧出水管线的鸟粪石结晶。

所述罐体顶部侧面上设置有出水装置，出水装置和颗粒污泥回收装置相连通。

所述颗粒污泥回收装置是指曲筛泥水分离器。

所述罐体内部靠近罐壁的位置设置有取样装置。

所述取样装置，是指分布在罐体各个高度上的取样管，末端安装有电动阀。

所述罐体底部设置有颗粒污泥排出装置。

所述外循环装置包括一端成分支状连通至罐体顶部内部的外循环管线，其上安装电动阀和电磁流量计，两者与计算机系统相连接，外循环管线另一端与原水进水管线相连通后连接到均质分水包上，原水和外循环水通过均质分水包和分水管线进入罐体中。

外循环装置与现有技术的主要区别是吸水端设置成分支状，能够避免罐体顶部出水形成偏流，既能稳定出水效果，也能保证外循环水水质的稳定。外循环管线上端与罐顶内部相连通，罐体顶部出水通入到外循环管线中。

所述旋混布水装置，能够达到原水、外循环水、内回流水的完全混合状态，并在内部结构的作用下，以螺旋上升的高速流态与厌氧反应器底部的颗粒污泥完全接触并快速传质，在水力和沼气产量的双重作用下使得厌氧反应器底部颗粒污泥处于完全流化膨胀状态，无布水死区，流化状态好，传质快，有利于质量良好的颗粒污泥的形成与生长。该旋混布水装置与分水管线和内循环管线相连通，实现了旋混布水系统与自动循环系统的相结合，仅靠原水提升泵的动力，在装置内部就已经达到了内回流水、原水和外循环水的完全混合，混合过程中不受任何阻力影响，也不会给内回流增加阻力，与传统的IC厌氧反应器布水系统和内循环系统相分离的缺点相比，具有如下的功能和效果：均质效果好；有机负荷稳定，不会出现局部负荷偏高；能够促进厌氧污泥菌种的颗粒化，形成质量良好的颗粒污泥；不会造成局部偏流，可以避免局部酸化。

气液分离器，其底部连接有沼气提升装置和内回流装置，顶部设置有沼气排出装置，并设置有双视镜便于观察内部情况。

沼气提升装置，包括下层沼气管线和上层沼气管线，其底部分别与下层三相分离器和上层三相分离器集气室相连通，顶部与气液分离器相连通。

内回流装置，其底部与旋混布水装置相连通，顶部与气液分离器底部相连通。

沼气排出装置，是指气液分离器顶部沼气排放管线。

出水装置，是指出水管线。

本实用新型的工作过程为：原水通过泵提升，首先与外循环水相混合，由均质分水包分流后经过分水管线进入反应器底部的旋混布水系统，在旋流状态下，再与内回流水相混合，混合水流出旋混布水系统后，呈现一种高速旋流上升状态，此种状态充满整个反应器底部，把颗粒污泥全部搅动起来，混合水和颗粒污泥传质过程加快，产生大量沼气，沼气形成的上升气流和旋流上升的混合水形成了非常高的上流速度，使得颗粒污泥达到了完全流化膨胀状态。上升水流经过上下两层三相分离器，大部分颗粒污泥被截留在反应器内，保证了高负荷的运行，沼气则带着部分颗粒污泥和混合水通过沼气提升装置进入气液分离器，并通过顶部的沼气排出装置排出，分离出来的泥水混合物则通过内回流装置回流到旋混布水系统内部。出水则通过出水装置进入曲筛泥水分离器，经过回收颗粒污泥后的出水进入下一步工序。

本实用新型与现有技术相比，其有益效果是：

1、反应器内污泥浓度高，旋混布水系统的使用，使颗粒污泥达到完全流化膨胀状态，传质效果好，容积负荷大，通过内循环加强了生物反应的效果，其有机负荷是普通厌氧反应器的5倍以上；

2、反应器的高径比很大，占地面积小，减少了基础建设投资；

3、能处理高低浓度的废水，反应器循环量可达进水量的5～20倍，大量的循环水和进水充分混合，使原水中的有害物质充分稀释，大大降低了毒物对厌氧消化负荷的影响，抗冲击负荷能力强；

4、具有缓冲pH的能力，内循环量相当于第一厌氧区的出水回流，可利用COD转化的碱度对pH起缓冲作用，使反应器内pH保持最佳状态，无需投加碱液，节省运行费用；

5、改变三相分离器结构，颗粒污泥能够有效被截留，沼气能够有效被分离去除。与普通三相分离器相比，针对不同水质，对有关的结构作出相应的改变，主要体现在：改变集气罩夹角，夹角范围可在60°和90°之间进行调整；改变集气罩斜面长度，长度范围可在500mm和750mm之间进行调整。通过改变相关数值，该技术相比现有技术来说，既能避免颗粒污泥流失，增加厌氧菌种停留时间，稳定IC厌氧反应器有机负荷，又能避免沼气溢出造成过多损失，增加沼气回收量，提高资源利用率。

6、不需要额外增加动力，反应器的内循环是自动的，以自身产生的沼气作为提升的动力来实现混合液内循环，不必设泵强制循环，减少动力消耗；

7、反应器内生物量高，系统启动调试时间短。

附图说明

图1为一个实施例的结构示意图；

图2为旋混布水系统俯视图；

图3为旋混布水系统剖面示意图。

其中，1分水管线，2旋混布水装置，3均质分水包，4排泥装置，5内循环管线，6外循环管线，7上层沼气提升管线，8下层沼气提升管线，9气液分离器，10沼气排放管线，11出水管线，12原水进水管线，13曲筛泥水分离器，14下层三相分离器，15上层三相分离器，16取样系统，17排空装置,18.内回流装置，19.旋流分支管，20.上锥体，21.下锥体。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

图1中，罐体底部设置有旋混布水装置2和排泥装置4，旋混布水装置2与分水管线1和内循环管线5相连通，其中分水管线1的另一端与均质分水包3相连通，内循环管线5的上端与气液分离器9相连通。罐体内部设置有下层三相分离器14和上层三相分离器15，其中下层三相分离器14上部和下层沼气提升管线8相连通，上层三相分离器15上部和上层沼气提升管线7相连通，下层沼气提升管线8和上层沼气提升管线7顶部和气液分离器9相连通。罐体顶部设置有气液分离器9，其顶部和沼气排放管线10相连通，底部和内循环管线5相连通，内回流管线5底部和旋混布水装置2相连通。罐体顶端设置有出水管线11，其中出水管线11和曲筛泥水分离器13相连通，外循环管线6和原水进水管线12汇合后与均质分水包3相连通。罐体上还设置有取样系统16和排空装置17。

上下两层三相分离器之间的第一反应室为低流速精处理区，下层三相分离器以下的第二反应室由下至上依次分为颗粒污泥膨胀区和粗处理混合区。上层三相分离器分离第一反应室的颗粒污泥，并收集第一反应室的沼气，下层三相分离器分离第二反应室的颗粒污泥，并收集第二反应室的沼气。三相分离器的集气罩的夹角范围在60°—90°之间；集气罩斜面长度范围在500mm—750mm之间。

罐体高径比为4～8，高度为20～28m，能够增加罐体内部CO₂分压，避免厌氧反应器内部及厌氧出水管线的鸟粪石结晶。

外循环装置包括一端成分支状连通至罐体顶部内部的外循环管线，其上安装电动阀和电磁流量计，两者与计算机系统相连接，外循环管线另一端与原水进水管线相连通后连接到均质分水包上，原水和外循环水通过均质分水包和分水管线进入罐体中。

外循环装置与现有技术的主要区别是吸水端设置成分支状，能够避免罐体顶部出水形成偏流，既能稳定出水效果，也能保证外循环水水质的稳定。外循环管线上端与罐顶内部相连通，罐体顶部出水通入到外循环管线中。

旋混布水装置包括上锥体20、下锥体21和旋流分支管19，其中上锥体20在上部，且与内回流装置18底部相连通，下锥体21设置在上锥体20下部，旋流分支管19一端与原水进水管线12相连通，另一端与上锥体20内腔相通。

旋混布水装置的工作原理是原水通过原水进水管道进入旋流分支管，由旋流分支管流出后再与上锥体和下锥体之间流入的内回流水完全混合，最后从旋混布水装置底部高速旋流流出。该旋混布水装置具有如下的功能和效果：上下锥体能使水流产生旋流和加速的作用，均质效果好；有机负荷稳定，不会出现局部负荷偏高；能够促进厌氧污泥菌种的颗粒化，形成质量良好的颗粒污泥；不会造成局部偏流，可以避免局部酸化。

旋混布水装置能够达到原水、外循环水、内回流水的完全混合状态，并在内部结构作用下，以螺旋上升的高速流态与厌氧反应器底部的颗粒污泥完全接触并快速传质，在水力和沼气产量的双重作用下使得厌氧反应器底部颗粒污泥处于完全流化膨胀状态，无布水死区，流化状态好，传质快，有利于质量良好的颗粒污泥的形成与生长。

该旋混布水装置与分水管线和内循环管线相连通，实现了旋混布水系统与自动循环系统的相结合，仅靠原水提升泵的动力，在装置内部就已经达到了内回流水、原水和外循环水的完全混合，混合过程中不受任何阻力影响，也不会给内回流增加阻力，与传统的IC厌氧反应器布水系统和内循环系统相分离的缺点相比，具有如下的功能和效果：均质效果好；有机负荷稳定，不会出现局部负荷偏高；能够促进厌氧污泥菌种的颗粒化，形成质量良好的颗粒污泥；不会造成局部偏流，可以避免局部酸化。

本实用新型的工作过程为：原水通过泵提升，首先与外循环水相混合，由均质分水包分流后经过分水管线进入反应器底部的旋混布水系统，在旋流状态下，再与内回流水相混合，混合水流出旋混布水系统后，呈现一种高速旋流上升状态，此种状态充满整个反应器底部，把颗粒污泥全部搅动起来，混合水和颗粒污泥传质过程加快，产生大量沼气，沼气形成的上升气流和旋流上升的混合水形成了非常高的上流速度，使得颗粒污泥达到了完全流化膨胀状态。上升水流经过上下两层三相分离器，大部分颗粒污泥被截留在反应器内，保证了高负荷的运行，沼气则带着部分颗粒污泥和水通过沼气提升装置进入气液分离器，并通过顶部的沼气排出装置排出，分离出来的泥水则通过内回流装置回流到旋混布水系统内部。出水则通过出水装置进入曲筛泥水分离器，经过回收颗粒污泥后的出水进入下一步工序。

下面是本实用新型一个试验应用的例子：

河南周口某淀粉厂，处理水量为1080m3/d，厌氧进水水质COD为13000mg/L，BOD为8000mg/L，原厌氧工艺采用EGSB厌氧反应器，容积负荷为6～8KgCOD/m³·d，不但运行负荷偏低，而且运行过程中需要投加液碱来调节pH以补充碱度。实际运行中每天需要投加5吨浓度30%的液碱以保持进水pH在6.0以上，不但运行费用高，而且运行过程中pH控制稍微偏低的话，就容易导致运行失败，出现EGSB厌氧反应器酸化现象。

针对此种情况，试验性质新建了一座本实用新型的反应器，由于其具有内外循环且循环量大、传质效果好、耐冲击负荷高等优点，容积负荷能达到27KgCOD/m³·d，而且运行过程中不需要再投加液碱调节pH，仅靠自身的内外循环即可补充厌氧反应所需的足够碱度，节省了运行费用。

上述虽然结合附图对本实用新型的具体实施方式进行了描述，但并非对本实用新型保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本实用新型的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本实用新型的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种自动循环旋混式内循环厌氧反应器，包括罐体，罐体中设有上下两层三相分离器，上下两层三相分离器均与沼气收集装置相连通，沼气收集装置与设置于罐体上方的气液分离器相连通，气液分离器与沼气排出装置和内回流装置相连通；内回流装置与设置于罐体内底部的旋混布水装置相连通，旋混布水装置还与罐体底部的原水进水管道相连通，其特征是，所述罐体的高径比为4～8，罐体侧面靠近顶部位置还设置有与原水进水管线相连通的外循环装置；

所述旋混布水装置包括上锥体、下锥体、中心分水包和旋流分支管，其中上锥体在上部，且与内回流装置底部相连通，下锥体设置在上锥体和中心分水包之间，中心分水包分别与原水进水管道和旋流分支管相连通，旋流分支管与上锥体内腔相通。

2.如权利要求1所述的反应器，其特征是，所述上下两层三相分离器之间的第一反应室为低流速精处理区，下层三相分离器以下的第二反应室由下至上依次分为颗粒污泥膨胀区和粗处理混合区。

3.如权利要求1所述的反应器，其特征是，所述罐体高度为20～28m。

4.如权利要求1所述的反应器，其特征是，所述罐体顶部侧面上设置有出水装置，出水装置和颗粒污泥回收装置相连通。

5.如权利要求4所述的反应器，其特征是，所述颗粒污泥回收装置是曲筛泥水分离器。

6.如权利要求1所述的反应器，其特征是，所述罐体内部靠近罐壁的位置设置有取样装置。

7.如权利要求6所述的反应器，其特征是，所述取样装置是指分布在罐体各个高度上的取样管，末端安装有电动阀。

8.如权利要求1所述的反应器，其特征是，所述罐体底部设置有颗粒污泥排出装置。

9.如权利要求1所述的反应器，其特征是，所述外循环装置包括一端成分支状连通至罐体顶部内部的外循环管线，外循环管线上安装电动阀和电磁流量计，电动阀和电磁流量计与计算机系统相连接，外循环管线另一端与原水进水管线相连通后连接到均质分水包上，原水和外循环水通过均质分水包和分水管线进入罐体中。

10.如权利要求1所述的反应器，其特征是，三相分离器的集气罩的夹角范围在60°—90°之间；集气罩斜面长度范围在500mm—750mm之间。