專利名稱：多相內(nèi)循環(huán)厭氧反應(yīng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種有機(jī)污水處理設(shè)備，特別是涉及一種多相內(nèi)循環(huán)厭氧反應(yīng)器。
背景技術(shù)：
有機(jī)廢水是人類社會生活的一種必然產(chǎn)物，需要經(jīng)過有效的處理才能減少對環(huán)境造成污染。目前對于各類有機(jī)廢水的生物處理方法有厭氧及好氧兩大類。相對于好氧生物處理法，厭氧生物處理法具備了更多的優(yōu)點，包括低污泥產(chǎn)率、低能耗、能源回收等。因此，厭氧生物處理技術(shù)是污水生物處理領(lǐng)域最值得大力發(fā)展的項目。
在厭氧生物處理方法中，到目前為止，上流式厭氧污泥床(UASB)反應(yīng)器是最為成功的厭氧生物處理工藝，但它也存在許多不足之處，例如在低溫條件下運行，或在啟動初期，抑或處理較低濃度的有機(jī)廢水時，由于不能產(chǎn)生大量沼氣以造成足夠的擾動，因此反應(yīng)器中的混合效果較差，從而出現(xiàn)短流造成處理效率低；如果提高反應(yīng)器的水力負(fù)荷來改善混合狀況，則會出現(xiàn)污泥流失的狀況。
在厭氧處理方式中，采用分級處理或推流式反應(yīng)器可以改善水質(zhì)，甚至?xí)箙捬跆幚淼某鏊|(zhì)達(dá)到二級標(biāo)準(zhǔn)。分級處理能明顯改善碳水化合物和其它污染物的厭氧處理，它們的中間產(chǎn)物是丙酸和氫。分級厭氧處理可以補償厭氧過程由于生物動力學(xué)常數(shù)Ks(半速度常數(shù))高所產(chǎn)生的不利效果，使厭氧生物的活性增加一倍，而整個處理過程所需的生物量僅為單級處理的一半。另外，厭氧處理系統(tǒng)中推流式反應(yīng)器比完全混合反應(yīng)器更能有效地適應(yīng)毒性和環(huán)境的沖擊。針對上述，產(chǎn)生了一種新的厭氧工藝思想--分段多相厭氧反應(yīng)器(SMPA，Staged Multi-Phase Anaerobic reactor)，其思路如下(1)在各級分隔的反應(yīng)室中馴養(yǎng)出適應(yīng)環(huán)境因子(如酸堿度、氫分壓、代謝中間產(chǎn)物等)及底物成分的優(yōu)勢厭氧微生物群落。(2)防止系統(tǒng)內(nèi)各反應(yīng)室的污泥互相混合的現(xiàn)象。(3)各反應(yīng)室的產(chǎn)氣隔開收集。(4)系統(tǒng)的水力流態(tài)接近推流式，追求更高的處理去除效率及更優(yōu)良的出水水質(zhì)。但所習(xí)知的推流式反應(yīng)器(例如，折流室厭氧反應(yīng)器，ABR)也存在一些缺失，主要方面有(1)反應(yīng)器的第一反應(yīng)室承受遠(yuǎn)大于平均負(fù)荷的局部負(fù)荷，如此可能發(fā)生處理效能的降低。(2)進(jìn)水如何均勻分布的問題。(3)反應(yīng)器不能太深，否則水流和產(chǎn)氣上升速度過大，會造成污泥流失。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為了彌補上述不足，提供一種結(jié)合上述兩種反應(yīng)器的優(yōu)點、具有多級處理、局部完全混合，達(dá)到高有機(jī)負(fù)荷、高處理效能、耐沖擊負(fù)荷、節(jié)能和穩(wěn)定良好出水水質(zhì)目的的多相內(nèi)循環(huán)厭氧反應(yīng)器。
本發(fā)明多相內(nèi)循環(huán)厭氧反應(yīng)器，包括帶I、II兩級反應(yīng)區(qū)和相應(yīng)氣升管、集氣管、回流管、氣液分離器、三相分離器、氣封的內(nèi)循環(huán)厭氧反應(yīng)室，是在一個反應(yīng)器池體中設(shè)置至少二個用分隔板分隔、并在水力上串聯(lián)連接形成推流流態(tài)的所述內(nèi)循環(huán)厭氧反應(yīng)室，所述的內(nèi)循環(huán)厭氧反應(yīng)室的氣液分離器出口并聯(lián)在同一條沼氣排出管上，或者單獨排出。
本發(fā)明多相內(nèi)循環(huán)厭氧反應(yīng)器，所述的內(nèi)循環(huán)厭氧反應(yīng)室，設(shè)置從進(jìn)水堰沿室壁延伸到所述反應(yīng)室底部的導(dǎo)流板，在所述導(dǎo)流板一側(cè)的所述氣封設(shè)置在所述導(dǎo)流板上，所述的回流管通至所述導(dǎo)流板和分隔板之間，所述氣升管的下部有氣提器。
本發(fā)明多相內(nèi)循環(huán)厭氧反應(yīng)器，所述的氣提器是由外部集氣筒和內(nèi)部布?xì)馔矘?gòu)成，集氣筒的下緣均勻分布扇形狀的缺口，所述布?xì)馔苍O(shè)一收縮喉部，其周圈均勻分布著直徑和數(shù)量適當(dāng)?shù)目卓冢雒總€孔口有一個對應(yīng)的導(dǎo)流溝，所述導(dǎo)流溝處在所述布器筒的內(nèi)側(cè)，從所述布器筒底部對應(yīng)于孔口的扇形缺口下緣順著所述收縮喉管一直到所述孔口。
本發(fā)明多相內(nèi)循環(huán)厭氧反應(yīng)器，可以在所述三相分離器隔出的I級反應(yīng)區(qū)中充填細(xì)小粒體的生物載體，形成膨脹床或流化床。
本發(fā)明多相內(nèi)循環(huán)厭氧反應(yīng)器，由數(shù)個所述具有氣提內(nèi)循環(huán)的厭氧反應(yīng)室構(gòu)成，形成一個多相、高有機(jī)負(fù)荷的厭氧生物處理系統(tǒng)。在整個反應(yīng)系統(tǒng)中，反應(yīng)室之間的水力流態(tài)為推流流態(tài)，各反應(yīng)室之間維持一定的底物濃度梯度，使每個反應(yīng)室中可以培養(yǎng)出與流至該反應(yīng)室的基質(zhì)組成和環(huán)境因子(酸堿度、氫分壓、代謝中間產(chǎn)物等)相適應(yīng)的優(yōu)勢微生物群落，形成多相的厭氧處理系統(tǒng)。而在單獨的反應(yīng)室中，利用厭氧生化反應(yīng)產(chǎn)生沼氣的氣提原理，提升反應(yīng)室下層的污泥顆粒和底物，造成反應(yīng)室內(nèi)部的水力循環(huán)，形成完全混流的水力流態(tài)；內(nèi)循環(huán)加強(qiáng)了顆粒污泥和底物的混合接觸，大大的提高有機(jī)容積負(fù)荷，而由于具有高有機(jī)負(fù)荷，相對有高產(chǎn)氣量的沼氣產(chǎn)生，形成高強(qiáng)度的循環(huán)流量；在I級反應(yīng)區(qū)填充生物載體，利用高有機(jī)負(fù)荷產(chǎn)生的高內(nèi)循環(huán)量，形成膨脹床或流化床的狀態(tài)，更易達(dá)到高處理效率，良好穩(wěn)定的出水水質(zhì)。
本發(fā)明多相內(nèi)循環(huán)厭氧反應(yīng)器具有(1)良好的污泥截流性能，因為厭氧微生物的世代期長，反應(yīng)器保持高污泥量是保證厭氧反應(yīng)器處理高效率的基礎(chǔ)。(2)良好的水力流態(tài)，局部的完全混合流態(tài)使生物污泥能夠和進(jìn)水基質(zhì)充分的混合接觸，提高傳質(zhì)效能，保持微生物具備充分的活性；而整體的推流流態(tài)保證系統(tǒng)一定的基質(zhì)濃度梯度，充分分解污水中的基質(zhì)，提高出水水質(zhì)。(3)良好的微生物相分離特性，在不同的環(huán)境條件下，各反應(yīng)單元馴養(yǎng)適應(yīng)于所處環(huán)境的優(yōu)勢微生物菌群，使系統(tǒng)內(nèi)的不同微生物菌群能在其適應(yīng)的環(huán)境中發(fā)揮最大的活性。(4)反應(yīng)室可形成膨脹床或流化床，在高負(fù)荷的反應(yīng)室填充生物載體，微生物在多孔載體表面上生成緊密的生物膜結(jié)構(gòu)，利用高有機(jī)負(fù)荷產(chǎn)生的高內(nèi)循環(huán)量，在反應(yīng)室的下層反應(yīng)區(qū)形成膨脹床或流化床的狀態(tài)，保證反應(yīng)室內(nèi)最大的單位體積生物量和維持高的生物活性。(5)具有模塊化架構(gòu)的厭氧處理器，方便做彈性化的組合及擴(kuò)充。


圖1是本發(fā)明多相內(nèi)循環(huán)厭氧反應(yīng)器的示意圖；圖2是本發(fā)明多相內(nèi)循環(huán)厭氧反應(yīng)器的俯視圖；圖3是本發(fā)明多相內(nèi)循環(huán)厭氧反應(yīng)器中氣提器的示意圖。
具體實施例方式
為進(jìn)一步闡述本發(fā)明，下面結(jié)合實施例作更詳盡的說明。
圖1是本發(fā)明多相內(nèi)循環(huán)厭氧反應(yīng)器的實施例示意圖。多相內(nèi)循環(huán)厭氧反應(yīng)器池體19用兩個隔墻16分隔成三個內(nèi)循環(huán)厭氧反應(yīng)室4、5、6，三個單個的內(nèi)循環(huán)厭氧反應(yīng)室的結(jié)構(gòu)是一樣的，為具有二級反應(yīng)區(qū)的內(nèi)循環(huán)厭氧反應(yīng)室(以下簡稱反應(yīng)室)。
在每個反應(yīng)室中，設(shè)有兩個三相分離器10、9，分別形成下面的I級反應(yīng)區(qū)和上面的II級反應(yīng)區(qū)，在兩個三相分離器10、9的斜面上，形成兩個沉淀區(qū)，集氣管12連到II級反應(yīng)區(qū)的三相分離器9，氣升管14連到I級反應(yīng)區(qū)的三相分離器10下的I級反應(yīng)區(qū)，氣升管14下端上有氣提器15，反應(yīng)室頂端設(shè)氣液分離器11，在其下部有回流管13直通到折流板17和分隔板16之間的進(jìn)流區(qū)，氣液分離器11的出口或并聯(lián)在沼氣排出管3上，或單獨引出。反應(yīng)室側(cè)壁上和兩個三相分離器9、10對應(yīng)，設(shè)有氣封7、8，在每個反應(yīng)室的入口1處有一導(dǎo)流板17直通反應(yīng)室底部，在導(dǎo)流板17一側(cè)，氣封7、8設(shè)在導(dǎo)流板17內(nèi)側(cè)。
氣提器15的結(jié)構(gòu)可見圖2，氣提器15是由外部集氣筒21和內(nèi)部布?xì)馔?2所構(gòu)成。集氣筒21下緣均勻分布扇形狀的曲線，保證達(dá)到均勻布?xì)獾淖饔谩２細(xì)馔?2設(shè)一收縮喉管23，其周圈均勻分布著直徑和數(shù)量適當(dāng)?shù)目卓?4，每個孔口24有一個對應(yīng)的導(dǎo)流溝25，導(dǎo)流溝25是從布?xì)馔?2底部對應(yīng)于孔口24的扇形缺口下緣順著收縮喉管23一直到孔口24，它的作用是形成水力導(dǎo)流的作用。沼氣先經(jīng)外部的集氣筒21收集，再由內(nèi)部布?xì)馔?2的孔口24注入氣提器15內(nèi)。當(dāng)沼氣從均勻分布的孔口24注入氣提器15時，產(chǎn)生文特利(Venturi)效應(yīng)形成射流，將污水和厭氧污泥顆粒吸入氣提器15，在收縮喉管23處由于流速增大，形成大的剪切力將氣體切割成微小的氣泡，造成更有效率的氣提效果和混合攪拌的作用，增大內(nèi)循環(huán)的循環(huán)量和厭氧污泥顆粒和底物的傳質(zhì)效率。
還可以在所述三相分離器10隔出的I級反應(yīng)區(qū)中充填細(xì)小粒體的生物載體(也稱為污泥顆粒)，此時，可在生物載體的表面形成厭氧污泥膜，由于生物載體具有較大的分量，利用高有機(jī)負(fù)荷產(chǎn)生的高內(nèi)循環(huán)量，形成膨脹床或流化床狀態(tài)，在流速大的狀態(tài)，可以進(jìn)一步減少污泥的流失。
三個反應(yīng)室在水力上串聯(lián)連接，即前一反應(yīng)室的出口連接后一反應(yīng)室的入口，形成推流式流態(tài)。
在每個反應(yīng)室中，污水從進(jìn)水堰1沿導(dǎo)流板和分隔板16(或池體壁)之間的進(jìn)流區(qū)流到反應(yīng)室4底部，由下而上充滿反應(yīng)室后由出口2經(jīng)第二反應(yīng)室5的進(jìn)流區(qū)流到第二反應(yīng)室5，再到第三反應(yīng)室6，最后從出水堰2流出經(jīng)過處理的水。
在反應(yīng)室下部的I級反應(yīng)區(qū)，污水和厭氧污泥顆粒均勻混合，進(jìn)行生物降解反應(yīng)，產(chǎn)生大量的沼氣，三相分離器10分離出大量的沼氣，進(jìn)入氣提器15，連同第一反應(yīng)室下層的泥水混合液提升到反應(yīng)室頂部的氣液分離器11，氣體由沼氣排出管3排出，其中的厭氧污泥顆粒和液體由回流管13回流至反應(yīng)室的進(jìn)流區(qū)和進(jìn)流液混合，混合液沿著導(dǎo)流板17進(jìn)入I級反應(yīng)區(qū)的底部，完成反應(yīng)室內(nèi)混合液的內(nèi)部循環(huán)。前面已經(jīng)介紹了氣提器15的作用，由于有了氣提器15，可以更多地提升I級反應(yīng)區(qū)的泥水混合液，加強(qiáng)水力循環(huán)和混合流態(tài)，提高污水和厭氧顆粒污泥的傳質(zhì)效率。如果在反應(yīng)室再填充粒徑0.2～1.0mm的生物載體，微生物在多孔載體表面上生成緊密的生物膜結(jié)構(gòu)，形成分量較大的顆粒，利用高有機(jī)負(fù)荷產(chǎn)生的高內(nèi)循環(huán)量，在反應(yīng)室的下層反應(yīng)區(qū)就可以形成膨脹床或流化床的狀態(tài)，如此，可保證反應(yīng)室內(nèi)最大的單位體積生物量和維持高的生物活性。
經(jīng)I級反應(yīng)區(qū)處理后，污水流至上部的II級反應(yīng)區(qū)作進(jìn)一步的生化降解反應(yīng)，所產(chǎn)生沼氣由三相分離器9收集通過氣升管12送入氣液分離器11；II級反應(yīng)區(qū)的泥水混合液在沉淀區(qū)進(jìn)行固液分離，沉降的厭氧污泥顆粒返回II級反應(yīng)區(qū)；分離出的污水從第一反應(yīng)器4的頂部沿第二反應(yīng)器的進(jìn)流區(qū)進(jìn)入第二反應(yīng)器5的I級反應(yīng)區(qū)。
在第二反應(yīng)室5中，污水的流動及生化降解過程和第一反應(yīng)室4相同。依此類推至第三反應(yīng)器6。
由多個具有內(nèi)循環(huán)厭氧反應(yīng)室構(gòu)成一個多相、高有機(jī)負(fù)荷的厭氧生物處理系統(tǒng)，在整個反應(yīng)系統(tǒng)中，反應(yīng)室之間的水力流態(tài)為推流流態(tài)，各反應(yīng)室之間維持一定的底物濃度梯度，使每個反應(yīng)室中可以培養(yǎng)出與流至該反應(yīng)室的基質(zhì)組成和環(huán)境因子(酸堿度、氫分壓、代謝中間產(chǎn)物等)相適應(yīng)的優(yōu)勢微生物群落，形成多相的厭氧處理系統(tǒng)。而在單獨的反應(yīng)室中，將利用厭氧生化反應(yīng)產(chǎn)生沼氣的氣提原理，提升反應(yīng)室下層的顆粒污泥和底物，造成反應(yīng)室內(nèi)部的水力循環(huán)，形成完全混流的水力流態(tài)；內(nèi)循環(huán)加強(qiáng)了厭氧污泥顆粒和底物的混合接觸，大大的提高有機(jī)容積負(fù)荷，而由于具有高有機(jī)負(fù)荷，相對有高產(chǎn)氣量的沼氣產(chǎn)生，形成高強(qiáng)度的循環(huán)流量，如此造成極低死區(qū)百分率的厭氧反應(yīng)室，達(dá)到高處理效率，良好穩(wěn)定的出水水質(zhì)，改善水質(zhì)，甚至?xí)箙捬跆幚淼某鏊|(zhì)達(dá)到二級標(biāo)準(zhǔn)。
雖然本實施例中的多相內(nèi)循環(huán)厭氧反應(yīng)器為三個反應(yīng)室，但并不限定多相內(nèi)循環(huán)厭氧反應(yīng)器的反應(yīng)室只能為三個。
本發(fā)明多相內(nèi)循環(huán)厭氧反應(yīng)器具備如下特性(1)良好的污泥截流性能，因為厭氧微生物的世代期長，反應(yīng)器保持高污泥量是保證厭氧反應(yīng)器處理高效率的基礎(chǔ)。(2)良好的水力流態(tài)，局部的完全混合流態(tài)使生物污泥能夠和進(jìn)水基質(zhì)充分的混合接觸，提高傳質(zhì)效能，保持微生物具備充分的活性；而整體的推流流態(tài)保證系統(tǒng)一定的基質(zhì)濃度梯度，充分分解污水中的基質(zhì)，提高出水水質(zhì)。(3)良好的微生物相分離特性，在不同的環(huán)境條件下，各反應(yīng)單元馴養(yǎng)適應(yīng)于所處環(huán)境的優(yōu)勢微生物菌群，使系統(tǒng)內(nèi)的不同微生物菌群能在其適應(yīng)的環(huán)境中發(fā)揮最大的活性。(4)反應(yīng)室可形成膨脹床或流化床，在高負(fù)荷的反應(yīng)室填充生物載體，微生物在多孔載體表面上生成緊密的生物膜結(jié)構(gòu)。利用高有機(jī)負(fù)荷產(chǎn)生的高內(nèi)循環(huán)量，在反應(yīng)室的下層反應(yīng)區(qū)形成膨脹床或流化床的狀態(tài)，保證反應(yīng)室內(nèi)最大的單位體積生物量和維持高的生物活性。(5)具有模塊化架構(gòu)的厭氧處理器，方便做彈性化的組合及擴(kuò)充。本實施例的樣品，有機(jī)負(fù)荷是UASB厭氧反應(yīng)器的3-6倍，體積僅為UASB厭氧反應(yīng)器的1/4-1/3。
權(quán)利要求
1.多相內(nèi)循環(huán)厭氧反應(yīng)器，包括帶I、II兩級反應(yīng)區(qū)和相應(yīng)氣升管(14)、集氣管(12)、回流管(13)、氣液分離器(11)、三相分離器(9、10)、氣封(7，8)的厭氧內(nèi)循環(huán)反應(yīng)室，其特征是在反應(yīng)器池體(19)中設(shè)置至少二個用分隔板(16)分隔、并串聯(lián)連接的所述內(nèi)循環(huán)厭氧反應(yīng)室(4、5、6)，所述的內(nèi)循環(huán)厭氧反應(yīng)室(4、5、6)的氣液分離器(11)出口并聯(lián)在同一條沼氣排出管(3)上或者單獨排出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多相厭氧內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器，其特征是所述的內(nèi)循環(huán)厭氧反應(yīng)室(4、5、6)，設(shè)置從進(jìn)水堰(1)沿室壁延伸到所述反應(yīng)室底部的導(dǎo)流板(17)，在所述導(dǎo)流板(17)一側(cè)的所述氣封(7，8)設(shè)置在所述導(dǎo)流板(17)上，所述的回流管(13)通至所述導(dǎo)流板(17)和分隔板(16)之間，所述氣升管(14)的下部設(shè)置氣提器(15)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多相厭氧內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器，其特征是所述氣提器(15)是由外部集氣筒(21)和內(nèi)部布?xì)馔?22)所構(gòu)成。集氣筒(21)下緣均勻分布扇形缺口狀的曲線，所述布?xì)馔?22)設(shè)一收縮喉部(23)，其周圈均勻分布著直徑和數(shù)量適當(dāng)?shù)目卓?24)，所述每個孔口(24)有一個對應(yīng)的導(dǎo)流溝(25)，所述導(dǎo)流溝(25)是在所述布器筒(22)的內(nèi)側(cè)，從所述布器筒(22)底部對應(yīng)于孔口(24)的扇形缺口下緣順著所述收縮喉管(23)一直到所述孔口(24)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多相厭氧內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器，其特征是可以在所述三相分離器(10)隔出的I級反應(yīng)區(qū)中充填細(xì)小粒體的生物載體，形成膨脹床或流化床。
全文摘要
本發(fā)明多相內(nèi)循環(huán)厭氧反應(yīng)器，是在反應(yīng)器池體中設(shè)置至少二個用分隔板分隔、并串聯(lián)連接的、帶兩級反應(yīng)區(qū)和相應(yīng)氣升管、集氣管、回流管、氣液分離器、三相分離器、氣封的內(nèi)循環(huán)厭氧反應(yīng)室，反應(yīng)室的氣液分離器或并聯(lián)在同一條沼氣排出管上，或分別輸出。在反應(yīng)室的入口設(shè)導(dǎo)流板，在氣升管的下部有氣提器。由于是分級處理，有機(jī)物的生化降解過程就被分布在不同的反應(yīng)室中進(jìn)行，這利于不同種類的厭氧微生物菌群在獨立的反應(yīng)室中生長，氣提器內(nèi)循環(huán)加大了液體的提升力度，本發(fā)明多相內(nèi)循環(huán)厭氧反應(yīng)器具有良好的水利流態(tài)和混合液態(tài)、良好的微生物相分離狀態(tài)、優(yōu)良的污泥截留能力、有機(jī)負(fù)荷高、體積小、節(jié)能和抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)的優(yōu)點。
文檔編號C02F101/30GK1803668SQ20061000091
公開日2006年7月19日 申請日期2006年1月12日 優(yōu)先權(quán)日2006年1月12日
發(fā)明者林長青 申請人:林長青