CN209226676U

CN209226676U - 一种填料流化优化的uasb反应器

Info

Publication number: CN209226676U
Application number: CN201821781896.1U
Authority: CN
Inventors: 冯华军; 李烜; 余晓琴; 吴哲峰; 陈维; 王永康; 周玉央
Original assignee: Zhejiang Leo Environmental Protection & Technology Co Ltd
Current assignee: Zhejiang Leo Environmental Protection & Technology Co Ltd
Priority date: 2018-10-31
Filing date: 2018-10-31
Publication date: 2019-08-09
Anticipated expiration: 2028-10-31

Abstract

本实用新型公开了一种填料流化优化的UASB反应器。该反应器包括进水系统、填料、填料箱、填料箱限位系统。反应器为圆形筒体，进水总管从反应器底部中心处引入，与进水支管、圆环形支管组成进水系统。进水系统上部设有填料箱，填料箱内装有球体聚氨酯海绵填料，填料箱依靠限位自动控制系统在筒体内的一定范围内上下活动。本实用新型可保证均匀布水，填料的设置可大幅提高污水与污泥的接触面积，提高污水处理效率，有效减少反应器内污泥流失量，自动移动的填料箱增强了填料的流化范围，提高污泥空间分布的均匀性，外设海绵层可保证反应温度。

Description

一种填料流化优化的UASB反应器

技术领域

本实用新型涉及废水处理技术领域，涉及一种填料流化优化的UASB反应器的设计。

背景技术

上流式厌氧污泥床反应器(UASB)是一种处理污水的厌氧生物方法，又叫做升流式厌氧污泥床。传统UASB结构主要包括污泥床、悬浮污泥床、气体反射板、三相分离器、集气罩。UASB的水力流型成推流式，进水与污泥床及悬浮污泥床中的微生物充分混合接触并进行厌氧分解，厌氧分解过程中产生的沼气在上升过程中将污泥颗粒托起，由于大量气泡的产生，即使在较低的有机及水力负荷条件下，污泥床也发生明显的搅动作用，反应器中沉降性能较差的絮体状污泥则在气体的搅动作用下，在反应器上部形成污泥悬浮层，沉降性能较好的颗粒状污泥则在反应器下部形成高浓度的污泥床，随着水流的上升流动，气、水、泥三相混合液(消化液)上升至三相分离器中，气体遇到反射板或挡板后折向集气室而被有效的分离排出，污泥和水进入上部的沉淀区，在重力的作用下泥水发生分离。UASB适合处理高、中浓度的有机工业废水，具有污泥活性高、水力停留时间短等优点，但其也存在缺点，如:污泥易流失、污泥立体空间分布不均匀、容积负荷偏低，反应需要适宜温度等。为避免UASB反应器内污泥流失，目前有人提出在反应器中添加填料架，虽然减少了污泥流失，但固定的填料架限制了填料的流化范围，仍存在污泥立体空间分布不均匀的缺点，故认为使填料在不影响颗粒污泥床稳定性的前提下，在反应器大部分体积内流化起来是解决以上问题的有效方法。

发明内容

为了改善上述问题，本实用新型提供了一种填料流化优化的UASB反应器。反应器中装有球体状聚氨酯海绵填料，填料亲水性能好、孔隙率高、易挂膜，采用球体形状可增强填料的流化性，同时，填料放在可移动的填料箱中，可使填料的流化范围大大增大，填料和可移动填料箱的应用可较好的解决污泥流失、污泥空间分布不均匀的问题，提高反应器容积负荷，同时，填料箱由自动控制系统控制，整体易操作，不耗费人力。外设海绵保温层可保证反应温度。

本实用新型的技术方案是按照以下方式实现的：

一种填料流化优化的UASB反应器，包括进水系统、移动填料装置、三相分离器、出水管及保温层。反应器为圆柱形筒体。进水系统包括进水总管及环形支管。进水总管为污水入口，从反应器底部引入，与环形支管相连。环形支管位于反应器底部用于配水，环形支管上设有布水孔。移动填料装置包括填料箱、填料箱限位系统及驱动装置。填料箱安装于进水系统上方的反应区域中，填料箱为圆柱形箱体，其底面半径小于反应器内径，使填料箱在反应区域中具有一定的上下移动行程。填料箱中装有具有流化性的填料，填料箱上下底面设有供废水流经的孔隙，但填料不能从上下底面的孔隙中通过。驱动装置与填料箱相连，用于带动填料箱。填料箱限位系统用于限定填料箱在筒体内上下移动的范围。三相分离器位于反应器上部。出水管设于三相分离器上端，采用溢流出水。保温层包裹于反应器的外侧筒壁。

作为优选，填料箱为不锈钢网状箱，体积为反应器筒体体积的25％～30％。

作为优选，填料在填料箱中的填充比例为70％～80％。

作为优选，填料为球形填料，直径为2～3cm，其材料为亲水性聚氨酯海绵；密度为15～35kg/m³；填料体内及表面设有密集微孔，微孔直径为1～3mm，孔间距为0.5～1mm。

该亲水性聚氨酯海绵填料亲水性能好、易挂膜、易流化。同时，该填料还具有耐温、耐腐、不易老化的优点，在反应器颗粒污泥区上方放置填料，可利用填料去除一定基质，同时，填料也可吸收上浮的污泥，在污水和活性污泥的共同作用下，各种微生物在填料表面形成生物膜，生物膜不仅能均匀的着床在每一根丝条上，保持良好的活性和空隙可变性，而且能在运行过程中获得愈来愈大的比表面积，又能进行良好的新陈代谢，提高了处理效率。

作为优选，填料箱限位系统包括上限位挡板、下限位挡板及控制系统；上限位挡板及下限位挡板均位于反应器的内侧筒壁上；所述填料箱外侧设有触点，触点随填料箱上下移动过程中能分别与上限位挡板和下限位挡板接触，控制系统分别与驱动装置和触点相连，控制填料箱在上限位挡板、下限位挡板及之间来回移动。

上、下限位挡板之间设置传动装置，触点在上、下限位挡板之间上下移动，从而带动填料箱移动，即在触点接触到下限位挡板时，控制系统会使其运动反向，填料箱向上运动，同理，在触点接触到上限位挡板时，控制系统使其反向运动，填料箱向下运动，填料随填料箱上下浮动，相比于固定的填料床，此种设计远远增大了填料在反应器筒体中的流化范围，更加充分地发挥填料的作用，提高了水处理效率，同时，自动控制系统的设置可使填料箱移动更为准确、方便。

作为优选，下限位挡板距反应器筒底的距离为筒体高度的25％～30％，上限位挡板距反应器筒底的距离为筒体高度的75％～80％。

作为优选，布水孔于环形支管的朝上一面均匀布置，布水孔直径为5mm～10mm，两布水孔之间间距为10～15mm。

作为优选，环形支管包括三个同心环形管，三个同心环形管均通过管路直接与进水总管相连；所述三个同心环形管水平布置在反应器筒体底底部。

进一步优选，进水总管与六根进水支管垂直相连，进水支管沿进水方向标号为1～6。1、6两管与a圆环形支管垂直相连，2、5两管与b圆环形支管垂直相连，3、4两管与c圆环形支管垂直相连。a、b、c三个圆环组成同心圆，水平均匀布置在反应器筒体底部。此种环形支管，可使反应器筒体中进水更加均匀平稳，同时也使污泥不易积聚。

作为优选，保温层为可折叠海绵，厚度为0.2～5mm，将反应器筒体外壁全部包裹。保温层可对反应系统起到保温作用，创造良好的反应条件。

本实用新型新型UASB反应器与传统UASB反应器相比，有益效果包括以下三个方面：

1、配水系统采用圆环形配水，使反应器中进水更加均匀，使污泥不易积聚。

2、在反应器中增设了可上下浮动的填料箱，填料可截留大量悬浮污泥，附着生物膜，同时填料箱的可移动性增强了填料在整个反应器中的流化范围。

3、外设保温层，有效保障反应器中温度。

附图说明

图1为传统UASB反应器结构示意图。

图2为本实用新型新型UASB反应器结构示意图。

图3为进水系统俯视图。

图4为图2中所标记的I区域的放大图。

图中所示附图标记如下：

1-进水系统；101-进水总管；102-环形支管；1021-布水孔；2-颗粒污泥床；3-下限位挡板；4-填料；5-触点；6-反应器筒体；7-上限位挡板；8-三相分离器；9-海绵保温层；10-出水管；11-填料箱。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步阐述和说明。本实用新型中各个实施方式的技术特征在没有相互冲突的前提下，均可进行相应组合。

如图1所示为传统UASB反应器结构示意图。

如图2所示装置为本实用新型的一种具体实施方式。一种填料流化优化的UASB反应器，包括进水系统1、移动填料装置、三相分离器8、出水管10及海绵保温层9。反应器筒体6为圆柱形筒体。进水系统1包括进水总管101及环形支管102。进水总管101为污水入口，从反应器筒体6底部引入，与环形支管102相连。环形支管102位于反应器筒体6底部用于配水，环形支管102上设有布水孔1021。移动填料装置包括填料箱11、填料箱限位系统及驱动装置。填料箱11安装于进水系统1上方的反应区域中，填料箱11为圆柱形箱体，其底面半径略小于反应器筒体6内径，使填料箱在反应区域中具有一定的上下移动行程。但填料箱11侧面与反应器筒体6内壁之间的间距应当尽量小，使下方的水流须经过填料箱11方能进入填料箱上方区域。驱动装置可以采用正反转电机配合皮带传动的形式，也可以是剪刀叉式的顶升平台，或者任何能够驱动填料箱11上下移动的机电设备。填料箱11中装有具有流化性的填料4，填料箱11上下底面设有供废水流经的孔隙。填料4不能从上下底面的孔隙中通过。驱动装置与填料箱11相连，用于带动填料箱11。填料箱限位系统用于限定填料箱11在筒体内上下移动的范围。三相分离器8位于反应器筒体6上部。出水管10设于三相分离器8上端，采用溢流出水。海绵保温层9包裹于反应器筒体6的外侧筒壁。

在此实施例中，填料箱11为不锈钢网状箱，体积可以为反应器筒体6筒体体积的25％～30％，根据需求可使用不同大小的填料箱11。填料4在填料箱11中的填充比例为70％～80％可调。本装置中，填料4为球形亲水性聚氨酯海绵填料4，且直径为3cm，35kg/m³。填料4体内及表面设有密集微孔，以增加吸附能力，微孔直径为1～3mm，孔间距为0.5～1mm。

在该反应器筒体6中，填料箱11限位系统通过限位板的方式实现，包括上限位挡板、下限位挡板及控制系统。控制系统可以是PLC、DCS等自控设备。上限位挡板及下限位挡板均位于反应器筒体6的内侧筒壁上，填料箱11外侧设有触点5。其具体结构如图4所示，上限位挡板7、下限位挡板3之间设置传动装置。触点5上连接一圆环，圆环套于传动装置的导向杆上，触点5在上限位挡板7、下限位挡板3之间上下移动，从而带动填料箱11移动。在触点5接触到下限位挡板3时，控制系统收到信号，会使驱动装置的运动反向，填料箱11向上运动，同理，在触点5接触到上限位挡板7时，控制系统使其反向运动，填料箱11向下运动，填料4随填料箱11上下浮动。下限位挡板距反应器筒底的距离一般为筒体高度的25％～30％，上限位挡板距反应器筒底的距离为筒体高度的75％～80％。

如图3所示为本实施例所用的环形支管102，环形支管102包括三个同心环形管，水平布置在反应器筒体6筒体底底部。进水总管101与六根进水支管垂直相连，进水支管沿进水方向编号为1～6。第1、6两管与a圆环形支管102垂直相连，第2、5两管与b圆环形支管102垂直相连，第3、4两管与c圆环形支管102垂直相连。a、b、c三个圆环组成同心圆，水平均匀布置在反应器筒体6筒体底部。a、b、c圆环形支管102上均设有布水孔1021，布水孔1021在支管的向上一面均匀布置，布水孔1021直径为5mm，两布水孔1021之间间距为10mm。

此外，反应器筒体6筒体外部还包有海绵保温层9，为可折叠海绵，厚度为5mm，将反应器筒体6筒体外壁全部包裹。

基于上述装置的具体污水处理流程如下：污水从底部进水总管101进入，经过环形支管102流入到颗粒污泥床2，与厌氧污泥充分混合，后向上经过移动的填料箱11，与流化的填料4接触，得到进一步净化，在此过程中，填料箱在驱动装置的带动下不断上下移动使污水与填料充分接触；在填料箱向上移动的过程中，当箱体外侧触点接触到上限位挡板时，控制系统控制驱动装置反向运转，带动填料箱开始向下移动；在填料箱向下移动的过程中，当箱体外侧触点接触到下限位挡板时，控制系统控制驱动装置正向运转，带动填料箱开始向上运动；污水经过填料箱后，再向上经过三相分离器8之后，液体通过顶部的溢流堰、出水管10流出反应器筒体6。厌氧反应中产生的沼气通过三相分离器8的气相出口排出。

以下为使用上述UASB反应器的具体污水处理效果。

实施例1：

取模拟高浓度有机废水作为反应器进水进行实验。

模拟高浓度有机废水COD为5000mg/L，水温为38℃，pH为7.2。

取传统UASB反应器进行实验，筒体直径为0.8m，筒体高度为1m，配备与处理高浓度有机废水特性相似的污泥为接种污泥，种污泥量为13KgVSS/m³，反应器底部污泥床污泥浓度为50g/L，进水流速为1m³/d，水力停留时间为18h，待反应器稳定后测得出水COD浓度为1500mg/L。

取本实用新型中的填料流化优化的UASB反应器进行实验，反应器大小、污泥特性、进水速度、停留时间均与本例中传统UASB反应器一致。反应器中各圆环形布水支管的直径分别为0.2m、0.4m、0.6m。下限位挡板距反应器筒体筒底的距离为0.3m，上限位挡板距反应器筒体筒底的距离为0.8m，填料箱直径为0.79m，高度为0.25m，填料的填充率为75％。待反应器稳定后测得出水COD浓度为800mg/L。

取本实用新型中的填料流化优化的UASB反应器进行实验，但不启动填料箱控制系统，使填料箱触点位于下限位挡板处，填料箱固定不运动，反应器大小、反应器内部结构尺寸、污泥特性、进水速度、停留时间均与本例中填料流化优化的UASB反应器一致。待反应器稳定后测得出水COD浓度为1150mg/L。

实施例2：

取预处理后的畜禽废水作为反应器进水进行实验。

畜禽废水COD浓度为1500mg/L，氨氮浓度为200mg/L，总磷浓度为18mg/L，水温为35℃，pH为6.8。

取传统UASB反应器进行实验，反应器大小与实施例1相同，配备与处理畜禽废水特性相似的污泥为接种污泥，种污泥量为15KgVSS/m³，反应器底部污泥床污泥浓度为60g/L，进水流速为1m³/d，水力停留时间为18h，待反应器稳定后测得出水COD浓度为500mg/L，氨氮浓度为100mg/L，总磷浓度为11mg/L。

取本实用新型中的填料流化优化的UASB反应器进行实验，反应器大小、污泥特性、进水速度、停留时间均与本例中传统UASB反应器一致。反应器中内部细节与实施例1中新型UASB反应器一致。待反应器稳定后测得出水COD浓度为300mg/L，氨氮浓度为70mg/L，总磷浓度为8mg/L。

取本实用新型中的填料流化优化的UASB反应器进行实验，但不启动填料箱控制系统，使填料箱触点位于下限位挡板处，填料箱固定不运动，反应器大小、反应器内部结构尺寸、污泥特性、进水速度、停留时间均与本例中填料流化优化的UASB反应器一致。待反应器稳定后测得出水COD浓度为380mg/L，氨氮浓度为83mg/L，总磷浓度为9mg/L。

以上所述的实施例只是本实用新型的一种较佳的方案，然其并非用以限制本实用新型。有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型。因此凡采取等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本实用新型的保护范围内。

Claims

1.一种填料流化优化的UASB反应器，其特征在于：包括进水系统、移动填料装置、三相分离器、出水管及保温层；所述反应器为圆柱形筒体；所述进水系统包括进水总管及环形支管；进水总管为污水入口，从反应器底部引入，与环形支管相连；环形支管位于反应器底部用于配水，环形支管上设有布水孔；所述移动填料装置包括填料箱、填料箱限位系统及驱动装置；所述填料箱安装于进水系统上方的反应区域中，填料箱为圆柱形箱体，其底面半径小于反应器内径，使填料箱在反应区域中具有一定的上下移动行程；填料箱中装有具有流化性的填料，填料箱上下底面设有供废水流经的孔隙，但填料不能从上下底面的孔隙中通过；驱动装置与填料箱相连，用于带动填料箱；填料箱限位系统用于限定填料箱在筒体内上下移动的范围；所述三相分离器位于反应器上部；所述出水管设于三相分离器上端，采用溢流出水；所述保温层包裹于反应器的外侧筒壁。

2.根据权利要求1所述一种填料流化优化的UASB反应器，其特征在于：所述填料箱为不锈钢网状箱，体积为反应器筒体体积的25％～30％。

3.根据权利要求1所述一种填料流化优化的UASB反应器，其特征在于：所述填料在填料箱中的填充比例为70％～80％。

4.根据权利要求1所述一种填料流化优化的UASB反应器，其特征在于：所述填料为球形填料，直径为2～3cm，其材料为亲水性聚氨酯海绵；密度为15～35kg/m³；填料体内及表面设有密集微孔，微孔直径为1～3mm，孔间距为0.5～1mm。

5.根据权利要求1所述一种填料流化优化的UASB反应器，其特征在于：所述填料箱限位系统包括上限位板、下限位挡板及控制系统；上限位挡板及下限位挡板均位于反应器的内侧筒壁上；所述填料箱外侧设有触点，触点随填料箱上下移动过程中能分别与上限位挡板和下限位挡板接触，控制系统分别与驱动装置和触点相连，控制填料箱在上限位挡板、下限位挡板及之间来回移动。

6.根据权利要求5所述一种填料流化优化的UASB反应器，其特征在于：所述下限位挡板距反应器筒底的距离为筒体高度的25％～30％，上限位挡板距反应器筒底的距离为筒体高度的75％～80％。

7.根据权利要求1所述一种填料流化优化的UASB反应器，其特征在于：所述布水孔于环形支管的朝上一面均匀布置，布水孔直径为5mm～10mm，两布水孔之间间距为10～15mm。

8.根据权利要求1所述一种填料流化优化的UASB反应器，其特征在于：所述环形支管包括三个同心环形管，三个同心环形管均通过管路直接与进水总管相连；所述三个同心环形管水平布置在反应器筒体底反应器筒体底部。

9.根据权利要求1所述一种填料流化优化的UASB反应器，其特征在于：所述保温层为可折叠海绵，厚度为0.2～5mm，将反应器筒体外壁全部包裹。