CN210176568U - 一种厌氧氨氧化循环反应器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种厌氧氨氧化循环反应器，反应器主体呈圆筒状，布水区位于反应器筒体下部，设进水管、布水盘、排空管；反应区位于筒体中部，内部充填厌氧氨氧化颗粒污泥；分离区位于筒体上部，设集气室、排气管；循环区位于反应区中央，设集流仓、降流管、分流仓、环流管、射流管；排水区位于反应区筒体外侧，设升流管和排水箱。通过布水盘作用，可促使进水分布均匀；通过升流管逆向排水，可防止颗粒污泥流失；通过内循环（反应区‑集流仓‑分流仓‑反应区）和外循环（反应区‑分流仓‑射流管‑布水盘‑反应区），可强化液固传质；通过自气提和进水文丘里效应驱动双循环，可节省动力能耗；装置结构简单，安装操作方便，运行高效稳定。

Description

一种厌氧氨氧化循环反应器

技术领域

本实用新型属于环保设备领域，具体属于一种厌氧氨氧化循环反应器。

背景技术

功能菌是生物脱氮反应器的驱动器。在生物脱氮反应器特别是污泥床脱氮反应器中，脱氮菌常以颗粒污泥形态存在。生物脱氮反应器的效能与颗粒污泥的活性、浓度和传质密切相关。颗粒污泥、反应液、氮气的三相分离是生物脱氮反应器高效运行的关键。在污泥颗粒化过程中，脱氮菌自由选择配伍并固定于颗粒污泥内，可形成高效脱氮菌群落，这是生物脱氮反应器高效运行的根本。颗粒污泥具有良好的沉降性能，可在反应器内积累高浓度的脱氮菌细胞，这是生物脱氮反应器高效运行的支柱。脱氮菌将基质转化成氮气，可带动混合液在反应器内循环，这是生物脱氮反应器高效运行的保障。由于污泥床反应器的高效性，上流式污泥(UASB)反应器、厌氧颗粒污泥膨胀床(EGSB)反应器、内循环(IC)反应器等广泛应用于各类废水处理中。

厌氧氨氧化菌生长极慢，细胞产率很低，对环境条件敏感，致使厌氧氨氧化反应器启动时间漫长，工作性能极易失稳。现有反应器利用颗粒污泥重力沉降，在容积负荷较高的条件下，产气易造成颗粒污泥浮升；现有反应器采用上流式运行，上浮污泥易随出水流失。

发明内容

本实用新型的目的是解决现有技术存在的问题，并提供一种强化污泥持留、强化污泥作用的内外双循环厌氧氨氧化脱氮反应器。该双循环厌氧氨氧化脱氮反应器，力图利用文丘里效应，增设双循环装置，强化颗粒污泥沉降；利用泥水逆流效应，增设逆流出水装置，减少颗粒污泥流失。通过颗粒污泥的有效持留和循环作用，保障脱氮反应器的高效性和稳定性，支撑废水脱氮工程出水的达标排放和提标排放。

本实用新型具体通过如下技术方案实现：

一种双循环厌氧氨氧化脱氮反应器，该反应器主体呈圆筒状，反应器主体的底板呈圆弧形，布水盘设置于反应器底部中央，底板中心连接有与外部相连通的排空管，进水管从筒体外部穿过筒体壁与布水盘进口连通；集气室设置于筒体顶部，其上部设有与外部相连通的排气管；反应器主体内在集气室下方设置集流仓；集流仓上部呈竖直圆筒状，下部直径逐渐收缩呈漏斗形，漏斗底部出口连接降流管的一端；降流管为一条管径小于集流仓筒体内径的圆管，降流管另一端与分流仓顶部相连；分流仓的上部直径逐渐变大呈倒漏斗形，下部呈竖直圆筒状；分流仓的底部固定有第一斜板，所述第一斜板由分流仓底部边缘朝分流仓中心轴线方向倾斜向下延伸；分流仓外部嵌套设有分流仓外壳，分流仓下部与分流仓外壳在反应器高度方向部分重合，但两者之间保持间隔以形成一条流道；所述的分流仓外壳底部固定有第二斜板，所述第二斜板由分流仓外壳底部边缘朝分流仓外壳中心轴线方向倾斜向下延伸，且第一斜板和第二斜板的倾斜方向相反，第一斜板的底部与第二斜板上表面之间留有间隔；第二斜板与分流仓外壳底部之间留有泥水流出通道，泥水流出通道位于布水盘上方；所述进水管上设有射流管，环流管一端与分流仓外壳底部侧壁相连，另一端连接所述射流管的吸入口；升流管一端穿过反应器主体侧壁后连通分流仓的内腔，另一端沿反应器主体外壁垂直设置并与排水箱相连，排水箱底部设有排水管；所述升流管在反应器主体内的部分呈倾斜向上布置。

基于上述方案，本实用新型还可以进一步提供如下优选参数和设置方式中的一种或多种，且各优选方式中的技术特征在没有冲突的情况下均可进行组合。

优选的，所述反应器主体的高为9440～11360mm，高径比为4～8。

优选的，所述的布水盘呈圆饼形，其直径为反应器主体内径的0.747倍，厚度为300mm；布水盘上均匀开设6个垂直的布水孔，孔径为10mm×10mm。

优选的，集气室与反应器主体的有效体积之比为1：12。

优选的，集流仓上部、降流管和分流仓外壳的内径比为1:(3～4):1。

优选的，集流仓、降流管和分流仓的高度比为1：3：2。

优选的，所述的第一斜板和第二斜板的倾斜角度均为45°，两者所在平面垂直。

优选的，所述的分流仓下部与分流仓外壳的重合高度为100～200mm。

优选的，所述的射流管采用文丘里射流管。

本实用新型相对于现有技术的优点如下：

(1)运行高效：通过布水盘的作用、污泥颗粒内外循环，尤其是布水孔的设计，促使进水分布均匀，废水与污泥颗粒混合接触良好，保证了反应器的高效性；

(2)运行稳定：通过污泥颗粒内外循环与回用污泥装置，强化固液传质，减少污泥流失，增加运行的稳定性；

(3)节省能源：通过气体自动提升作用与分离区文丘里效应驱动内循环，可节省能耗；

(4)简单易操作：装置结构简单，安装操作方便；

(5)适用性广：装置运行稳定高效，污泥循环利用效率高，可适用于低浓度，大进水量废水的处理作业，适用性广。

附图说明

图1是本实用新型的双循环厌氧氨氮化反应器的具体结构示意图

图2是本实用新型的双循环厌氧氨氮化反应器的分区示意图

图3是本实用新型的双循环厌氧氨氮化反应器的布水盘俯视图

图中具体附图标记如下：

1排气管、2集气室、3集流仓、4降流管、5分流仓、6分流仓外壳、7第一斜板、8第二斜板、9升流管、10布水盘、11环流管、12进水管、13射流管、14排空管、15布水孔、16底板、17排水箱、18排水管、Ⅰ布水区、Ⅱ反应区、Ⅲ分离区、Ⅳ循环区和Ⅴ排水区。

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和图2所示，一种双循环厌氧氨氧化脱氮反应器，该反应器主体呈圆筒状，如果按功能进行分区，反应器中可以划分为布水区Ⅰ、反应区Ⅱ、分离区Ⅲ、排水区Ⅴ，反应器外部设置循环区Ⅳ。布水区Ⅰ位于反应器主体下部，设有进水管12、布水盘10、排空管14。反应区Ⅱ位于反应器主体中部，反应区Ⅱ为中空区域，内部充填厌氧氨氧化颗粒污泥。而循环区Ⅳ部分置于反应区Ⅱ内，由反应区Ⅱ环绕。循环区Ⅳ设有集流仓3、降流管4、分流仓5、环流管11、射流管13；分离区Ⅲ位于反应器主体上部，设有集气室2、排气管1。排水区Ⅴ位于反应器筒体外侧，设有升流管9、排水箱17。下面具体描述整个反应器的结构组成。

反应器主体的底板16呈圆弧形，布水盘10设置于反应器底部中央，底板16中央最低位置连接有与外部相连通的排空管14，用于对反应器内部的物料进行排空，管上需带有阀门。进水管12从筒体外部穿过筒体壁与布水盘10进口连通。集气室2设置于筒体顶部，其上部设有与外部相连通的排气管1。反应器主体内在集气室2下方设置集流仓3，集流仓3上部呈无盖的竖直圆筒状，下部直径逐渐收缩呈漏斗形，漏斗形的底部出口连接降流管4的一端；降流管4为一条管径明显小于集流仓3筒体内径的细长圆管，能够使集流仓3中的废水快速下降，利用高速水流的剪切力强化颗粒污泥。降流管4另一端与分流仓5顶部相连。分流仓5的上部直径逐渐变大呈倒漏斗形，下部呈竖直圆筒状，用于使降流管4中输送的高速流动液体因为管径突扩而减缓流速，进而便于沉降。分流仓5的底部固定有第一斜板7，第一斜板7由分流仓5底部边缘朝分流仓5中心轴线方向倾斜向下延伸。第一斜板7应当尽量覆盖分流仓5的下部开口，使沉降的颗粒污泥能够沿斜板下沉。斜板7倾角为45度，根据浅池理论，处于最有利于颗粒污泥沉降的角度范围

分流仓5外部嵌套设有无盖无底的圆筒状分流仓外壳6，分流仓5下部与分流仓外壳6在反应器高度方向部分重合，但两者之间保持一定的间隔，以形成一条流道。由于后续通过文丘里效应会在分流仓外壳6内抽吸液体，因此产生负压，分流仓外壳6外部反应区的废水可以沿这条流道进入分流仓内，促进颗粒污泥沉降。而分流仓外壳6外部反应区的气体由于浮力作用是向上抬升的，因此不会进入该流道中，防止气流从反应区逆向进入分流仓5破坏内循环。另外，分流仓外壳6底部固定有第二斜板8，第二斜板8由分流仓外壳6底部边缘朝分流仓外壳6中心轴线方向倾斜向下延伸，且第一斜板7和第二斜板8的倾斜方向相反，两者呈交错状态。在本实施例中，第二斜板8的倾斜角度也为45°，与第一斜板7所在平面垂直。第一斜板7的底部与第二斜板8上表面之间留有间隔，从第一斜板7滑落的颗粒污泥能够通过这条间隔继续向下滑动。第二斜板8与分流仓外壳6底部之间留有泥水流出通道，而泥水流出通道位于布水盘10上方，从泥水流出通道滑落的颗粒污泥能够重新进入布水区。但本反应器中，颗粒污泥并非全部通过泥水流出通道回流进入布水区的，而是需要经过一定的外循环。具体而言，本实用新型在进水管12上设有射流管13，射流管13可以采用文丘里射流管，其两端分别连接在进水管12上，中间具有一段管径收缩的喉管。环流管11一端与分流仓外壳6底部侧壁相连，另一端连接射流管13喉管位置设置的吸入口，通过文丘里效应可以将分流仓外壳6内的混合液吸入环流管11，进而在射流管13中与新进入的废水混合，重新输入布水盘10中。

本实用新型的排水区Ⅴ采用逆流外排水形式，其中升流管9一端穿过反应器主体侧壁后连通分流仓5的内腔，另一端沿反应器主体外壁垂直设置并与排水箱17底部相连，排水箱17底部设有排水管18。而且，升流管9在反应器主体内的部分呈45°倾斜向上布置，废水在逆重力上流的过程中被进一步沉降，减少颗粒污泥的损失。

由此可见，在该反应器中实际上存在内循环和外循环，内循环的路径为：反应区-集流仓-分流仓-反应区，和外循环的路径为：反应区-分流仓-射流管-布水盘-反应区，通过自气提和进水文丘里效应驱动双循环，可强化液固传质并节省动力能耗，提高颗粒污泥保留率。

在本反应器中，各部件的具体参数优选如下：

反应器主体是一个高9440～11360mm，高径比为4～8的一个圆筒。布水区Ⅰ、反应区Ⅱ、分离区Ⅲ、循环区Ⅳ、排水区Ⅴ的有效容体之比为1:10～12:0.8～1.2:1～2:0.1～0.3，可根据实际调整。反应器主体的筒体底板16呈圆弧形，排空管14设置于圆弧中央的最低点处。进水管12离筒体底沿300mm。如图3所示，布水盘10呈圆饼形，直径为筒体直径的0.747倍，厚度为300mm，垂直圆弧均匀开设6个布水孔15，孔径为10mm×10mm，可采用朝下布水的形式。循环区Ⅳ中的集流仓3位于水面以下200mm，集流仓3高度为反应区Ⅱ高度的1/6；集流仓3下接的降流管4长度为反应区Ⅱ高度的1/2；降流管4下接的分流仓5高度为反应区Ⅱ高度的1/3。分流仓5下沿离布水盘10上盖500mm。集流仓3、降流管4和分流仓外壳6的内径比为1:3～4:1。分流仓5中与外壳与分流仓外壳6有一段100～200mm高度的重叠。升流管9中位于分流仓5与筒体壁之间的一段与水平方向呈45度角，经过第一个转折处后，升流管9竖直向上，经过第二个转折处后水平向外与排水箱相连。射流管13中喉管与进水管12的内径比为1:2～1:3。集气室2与反应器主体的有效体积之比为1：12。集流仓3上部、降流管4和分流仓外壳6的内径比为1:(3～4):1。上述各参数可以根据需要进行调整。

基于上述反应器可进行废水生物处理，废水的双循环厌氧氨氧化脱氮方法的具体步骤如下：

废水经由进水管12进入布水盘10，布水盘10将废水均匀分布在布水区Ⅰ截面上；然后，废水进入反应区Ⅱ中的颗粒污泥床。在反应区Ⅱ中，废水流过颗粒污泥床，利用污泥中的微生物将废水中的有机物转化为氮气，产生的氮气推动颗粒污泥向上运动。颗粒污泥在气体推动下持续向上运动，并穿过反应区Ⅱ，到达分离区Ⅲ，在集气室2中气液发生分离，气体从排气管1排出，液体则由于反混流和文丘里效应被吸入集流仓3中，此时的液体中还夹杂着大量颗粒污泥。混合液在集流仓3中由于重力作用下降，然后到达降流管4，由于降流管4的管径缩小，混合液的流速得到提升，混合液快速下流。通过降流管4的混合液到达分流仓5，在这里管径又扩大，混合液流速放缓，有利于颗粒污泥的沉淀。在分流仓5，通过连接着主体的第一个斜板7，泥水实现第一次分离。经过第一次分离的颗粒污泥顺着斜板7下滑，到达第二块倾斜方向相反的斜板8，斜板8倾角依然为45度，实现第二次颗粒污泥沉降。利用进水管12上设置的射流管13，在文丘里效应作用下对泥水流出通道上方的混合液进行抽吸，使二次沉降后的颗粒污泥大部分被抽入环流管11，小部分顺着斜板8滑下，重新进入反应区Ⅱ，再次与有机物结合发生反应。整个分流仓5与外壳之间由于存在一小段重叠的高度进而形成了一条流道，在射流管13的抽吸负压下，该流道的作用是防止气流从反应区逆向进入分流仓5破坏内循环，但可让水流通过缝隙进入分流仓5，带动颗粒污泥沉降，形成小的局部循环。被净化的水通过分流仓5上部的升流管9进入排水箱17，然后通过排水箱17底部的排水管18排出，在反应器内部的升流管9与水平方向呈45度倾角，由于逆流出水，颗粒污泥会在45度斜管中由于重力作用再次沉降，并顺着斜管滑回分流仓，实现颗粒污泥最大程度的保留。二次沉淀后的大部分颗粒污泥被抽入环流管11，进入射流管13，在这里与进水管12中的污水混合，可以提高有机物的分解效率。射流管13的管径小于环流管11和进水管12，由于文丘里效应，形成巨大助推力，推动混合液快速向前流动，再次进入布水盘10。

本实用新型通过专设的双循环系统，提高颗粒污泥的保留率和有机物的反应效率；并通过专设的分流仓5，提高泥水分离效率；也借助逆流排水的升流管9，进一步截住颗粒污泥，实现颗粒污泥最大程度的保留。

Claims (9)

1.一种厌氧氨氧化循环反应器，其特征在于，反应器主体呈圆筒状，反应器主体的底板(16)呈圆弧形，布水盘(10)设置于反应器底部中央，底板(16)中心连接有与外部相连通的排空管(14)，进水管(12)从筒体外部穿过筒体壁与布水盘(10)进口连通；集气室(2)设置于筒体顶部，其上部设有与外部相连通的排气管(1)；反应器主体内在集气室(2)下方设置集流仓(3)；集流仓(3)上部呈竖直圆筒状，下部直径逐渐收缩呈漏斗形，漏斗底部出口连接降流管(4)的一端；降流管(4)为一条管径小于集流仓(3)筒体内径的圆管，降流管(4)另一端与分流仓(5)顶部相连；分流仓(5)的上部直径逐渐变大呈倒漏斗形，下部呈竖直圆筒状；分流仓(5)的底部固定有第一斜板(7)，所述第一斜板(7)由分流仓(5)底部边缘朝分流仓(5)中心轴线方向倾斜向下延伸；分流仓(5)外部嵌套设有分流仓外壳(6)，分流仓(5)下部与分流仓外壳(6)在反应器高度方向部分重合，但两者之间保持间隔以形成一条流道；所述的分流仓外壳(6)底部固定有第二斜板(8)，所述第二斜板(8)由分流仓外壳(6)底部边缘朝分流仓外壳(6)中心轴线方向倾斜向下延伸，且第一斜板(7)和第二斜板(8)的倾斜方向相反，第一斜板(7)的底部与第二斜板(8)上表面之间留有间隔；第二斜板(8)与分流仓外壳(6)底部之间留有泥水流出通道，泥水流出通道位于布水盘(10)上方；所述进水管(12)上设有射流管(13)，环流管(11)一端与分流仓外壳(6)底部侧壁相连，另一端连接所述射流管(13)的吸入口；升流管(9)一端穿过反应器主体侧壁后连通分流仓(5)的内腔，另一端沿反应器主体外壁垂直设置并与排水箱(17)相连，排水箱(17)底部设有排水管(18)；所述升流管(9)在反应器主体内的部分呈倾斜向上布置。

2.如权利要求1所述的厌氧氨氧化循环反应器，其特征在于，所述反应器主体的高为9440～11360mm，高径比为4～8。

3.如权利要求1所述的厌氧氨氧化循环反应器，其特征在于，所述的布水盘(10)呈圆饼形，其直径为反应器主体内径的0.747倍，厚度为300mm；布水盘(10)上均匀开设6个垂直的布水孔(15)，孔径为10mm×10mm。

4.如权利要求1所述的厌氧氨氧化循环反应器，其特征在于，集气室(2)与反应器主体的有效体积之比为1：12。

5.如权利要求1所述的厌氧氨氧化循环反应器，其特征在于，集流仓(3)上部、降流管(4)和分流仓外壳(6)的内径比为1:(3～4):1。

6.如权利要求1所述的厌氧氨氧化循环反应器，其特征在于，集流仓(3)、降流管(4)和分流仓(5)的高度比为1：3：2。

7.如权利要求1所述的厌氧氨氧化循环反应器，其特征在于，所述的第一斜板(7)和第二斜板(8)的倾斜角度均为45°，两者所在平面垂直。

8.如权利要求1所述的厌氧氨氧化循环反应器，其特征在于，所述的分流仓(5)下部与分流仓外壳(6)的重合高度为100～200mm。

9.如权利要求1所述的厌氧氨氧化循环反应器，其特征在于，所述的射流管(13)采用文丘里射流管。

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