專利名稱：生物反應器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種適合用于排水的生物學處理等的生物反應器(bioreactor)，尤其涉及在用于生物反應的容器內上部設有氣液固分離室的生物反應器。
背景技術：
一直以來，UASB(Upflow Anaerobic Sludge Blanket，升流式厭氧污泥床)或EGSB(Expanded Granular Sludge Bed，顆粒污泥膨脹床)方式的生物處理裝置被廣泛用于有機性排水的生物處理(biotreatment)。通過進行這些UASB、EGSB處理，排水中的有機性物質經過厭氧性(anaerobic)生物處理而轉換為甲烷以及CO2氣體。因此，生物處理水中將包含氣體(甲烷、CO2)、液體(水)以及固體(污泥)。為了高效地進行UASB、EGSB處理，必須以不讓固體成分(solid content)流出的方式進行氣液固分離。
在日本專利特開平10-165980號公報以及日本專利特表平7-507233號公報中，揭示了在UASB方式等的生物處理反應槽(reactor tank)內的上部設置氣液固分離器，用以沉淀分離固體成分并且使氣體上浮分離。
專利文獻1日本專利特開平10-165980號公報專利文獻2日本專利特表平7-507233號公報所述日本專利特開平10-165980號公報以及日本專利特表平7-507233號公報中所使用的氣液固分離器，構造簡單、氣液固分離效率低。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種可以通過提高氣液固分離效率，而提高容器內生物反應效率的生物反應器。
本發(fā)明第1觀點的生物反應器，包括容器，在內部進行液體的生物反應處理；以及氣液固分離室，設置于該容器內的上部，液體從該容器內流入到氣液固分離室，氣液固分離室對該液體進行固體成分的沉淀分離及氣體的上浮分離，該生物反應器的特征在于在該氣液固分離室內設有多個擋板(baffle)，相互空開間隔并配置成同心狀，且具有直徑愈向下愈小的錐形形狀。
本發(fā)明第2觀點的生物反應器是如本發(fā)明第1觀點所述的生物反應器，其特征在于所述氣液固分離室包括上部圓筒部、以及與該圓筒部的下側相連的圓錐部，固體成分排出管從該圓錐部的下端部向下方延伸設置，用以使氣液固分離室內已沉淀的固體成分依靠重力從該氣液固分離室向下方流出，該固體成分排出管的鉛直方向長度h2大于等于該圓筒部內徑d1的0.1倍。
本發(fā)明第3觀點的生物反應器是如本發(fā)明第2觀點所述的生物反應器，其特征在于所述固體成分排出管相對于鉛直方向傾斜而延伸設置，該固體成分排出管的下端的開口朝向橫向或斜上方。
本發(fā)明第4觀點的生物反應器使如本發(fā)明第2觀點或第3觀點所述的生物反應器，其特征在于在該氣液固分離室下部或該固體成分排出管上部設有排氣孔，用以使該氣液固分離室內或固體成分排出管內的氣體流至該氣液固分離室或固體成分排出管外。
本發(fā)明第5觀點的生物反應器是如本發(fā)明第2觀點所述的生物反應器，其特征在于所述固體成分排出管包括延伸設置于鉛直方向上的上部管，以及與該上部管相連，朝向橫向或斜下方延伸的下部管，該下部管的末端的開口朝向橫向或斜上方。
本發(fā)明第6觀點的生物反應器是如本發(fā)明第5觀點所述的生物反應器，其特征在于在所述上部管的下部或所述下部管上設有排氣孔，用以使該固體成分排出管內的氣體流出該固體成分排出管外。
本發(fā)明第7觀點的生物反應器是如本發(fā)明第1觀點至第6觀點中任何一項所述的生物反應器，其特征在于最外周的擋板的上端與所述氣液固分離室的內面相連，并在該氣液固分離室的內面與最外周的擋板之間設有流入部，以使所述容器內的液體大致沿切線方向流入該氣液固分離室內。
本發(fā)明第8觀點的生物反應器是如本發(fā)明第7觀點所述的生物反應器，其特征在于所述圓筒部上設有排氣口，用以使氣體從該氣液固分離室的內面與最外周的擋板之間向該圓筒部的外側流出。
本發(fā)明的生物反應器中，在反應容器內上部的氣液固分離室內呈同心狀設置多個擋板，使得氣液固分離效率提高。因此，可以提高容器內的生物處理反應效率。
如本發(fā)明第2觀點所述，當將固體成分排出管從氣液固分離室向下方延伸設置時，固體成分滯留在該排出管內，并依靠重力逐漸從該排出管朝向容器下部流出。由于密度(比重)大于液體的固體成分滯留在排出管內，因此液體不會從該排出管逆流向氣液固分離室，從而維持住氣液固分離室內的高氣液固分離效率。
如本發(fā)明第3、4觀點所述，通過使固體成分排出管傾斜、或使下部管朝向橫向或斜下方，易于使固體成分滯留于排出管內。另外，通過使固體成分排出管的下端或末端的開口朝向橫向或斜上方，而確實防止反應容器內所產生的氣體流入排出管內。
因為固體成分滯留在該氣液固分離室內的下部直至排出管中，所以如本發(fā)明第5觀點所述，通過在該部分設置排氣孔，可以從滯留固體成分中排出氣體。由此，氣體的浮力對滯留固體成分所起作用得到防止或抑制，從而固體成分可以順利地向下方穿過排出管。
如本發(fā)明第6觀點所述，當在固體成分排出管下部設有朝向橫向或斜下方的下部管時，通過在該上部管的下部或下部管上設置排氣孔，可以充分地將氣體從滯留固體成分中排出。
如本發(fā)明第7觀點所述，通過使液體沿切線方向流入最外周的擋板與氣液固分離室內面之間，使得氣液固分離室內形成液體的回旋流，從而極其充分地進行氣液固分離。
如本發(fā)明第8觀點所述，在圓筒部設置排氣口，以使氣體從該最外周的擋板與氣液固分離室內面之間的部分排出，由此防止氣體聚集在接觸部位。另外，由此，液體可順利地流入氣液固分離室內。


圖1是一實施例的生物反應器的縱剖面圖。
圖2(a)是圖1中生物反應器的上部放大圖，圖2(b)是氣液固分離器的平面圖。
圖3是擋板的縱剖面圖。
圖4(a)是另一實施例的生物反應部的上部放大圖，圖4(b)是氣液固分離器的立體圖。
圖5是另一實施例的平面圖。
圖6是又一實施例的平面圖。
圖7是不同實施例的生物反應器的縱剖面圖。
1、1A容器 2原水管道3分配器 4、4A、4D氣液固分離器5、10a排氣口6處理水抽出管道6A、7A集合管7、7D固體成分排出管7a上部管7b下部管10圓筒部11圓錐部12槽13、13A流入口13a導件 14噴嘴15管道 16氣孔17排氣孔21～24擋板S生物反應區(qū)域 θ1、θ2、θ3、θ4、θ5斜角度h1、h2、h3、h4高度(長度)d1、d2直徑
P泵具體實施方式
以下，參照附圖對實施例加以說明。
圖1是固體成分排出管整體傾斜實施例的生物反應器的縱剖面圖，圖2(a)是圖1中生物反應器的上部放大圖，圖2(b)是氣液固分離器的平面圖，圖3是擋板的縱剖面圖。此外，圖2(a)顯示沿圖2(b)的A-A線的剖面。圖4(a)是另一實施例的生物反應器上部的放大圖，圖4(b)是圖4(a)中氣液固分離器的立體圖。
圖1至圖3所示的實施例中，容器1為圓筒形，原水(raw water)從原水管道2供給至容器1內下部的分配器(distributor)3，并通過該分配器3被導入容器1內的下部。
從容器1內中間或較其稍許上部的附近直到底部，是漂浮著污泥的生物反應區(qū)域S。原水在該生物反應區(qū)域S內受到厭氧性生物處理后，導入到容器1內上部的氣液固分離器4內(氣液固分離室)，進行氣液固分離。
此外，大部分氣體會并不進入氣液固分離器4而是脫離容器1內的水面，并通過容器1頂部的排氣口5被排出容器1外。雖然一部分氣體會流入氣液固分離器4內，但是它們會從下文將要敘述的排氣口10a排出該氣液固分離器4外并脫離容器1內的水面，或者脫離該氣液固分離器4的水面，從排氣口5排出。在氣液固分離器4內經過氣液固分離后的處理水，通過處理水抽出管道6被抽出容器1外。固體成分在氣液固分離器4內沉淀，并通過固體成分排出管7返回容器1內的生物反應區(qū)域S。
參照圖2(a)、(b)以及圖3對該氣液固分離器4的結構加以說明。
氣液固分離器4的外殼包括上部圓筒部10；以及圓錐部11，與該圓筒部10的下側相連，并具有直徑愈向下愈小的錐形形狀。在該圓錐部11的下端連接著固體成分排出管7。在該實施例中，固體成分排出管7整體傾斜，也可以在鉛直方向上延伸設置固體成分排出管7，而使該排出管7的下端附近成傾斜設置。另外，該排出管7下端的開口朝向斜上方，也可朝向橫向，角度θ3較好的是0～20°，尤其好的是10～15°。
圓筒部10內的上部設有處理水溢出時用的槽(trough)12。所述處理水抽出用管道6(圖2(a)、(b)～圖4(a)、(b)中省略圖示)連接于該圓筒部10，用以抽出溢出在該槽12中的處理水。
在圓筒部10的下部附近設有流入口13，用以使生物反應水流入氣液固分離器4內。在圖2(a)、(b)的實施例中，在圓筒部10的外表面設有導件(guide)13a，用以導引水沿切線方向從流入口13流入圓筒部10內。該流入口13和導件13a構成水的流入部。在該實施例中，來自流入口13的水的流入線速度(處理水量除以流入口13的面積而求得的速度)較好的是2～8cm/s，尤其好的是4～6cm/s。
在圓錐部11的下部設有噴嘴(jet nozzle)14，用以使水朝向固體成分排出管7噴出，以清洗圓錐部11的下部或該固體成分排出管7。通過管道15，高壓水能夠由泵(省略圖示)供給至該噴嘴14。但是，也可省略該噴嘴14。
該實施例中，在固體成分排出管7的上部設有用以收集氣體的氣孔(gaspocket)16，并且設有用以將氣體從該氣孔(gas pocket)16排出到排出管7外的排氣孔17。但是，也可以省略該氣孔(gas pocket)16以及排氣孔17。
在圓筒部10內設有由圓環(huán)形板材所構成的擋板21～24，這些擋板具有直徑愈向下愈小的錐形形狀。各擋板21～24相互之間空開間隔并配設成同心狀。該實施例中，從最內周的擋板21直至最外周的擋板24總共設有4個擋板，而擋板的數(shù)量并未限定于4個。
最外周的擋板24的上端接觸或固定于圓筒部10的內周面。所述流入口的開口朝向該最外周的擋板24與圓筒部10的內周面之間。
該實施例中，如圖2(a)、(b)所示，構成為在最外周的擋板24的上端與圓筒部10內周面的接觸部或固定部的正下方設有切口狀的排氣口10a，可以將氣體以從擋板24與圓筒部10的內周面之間向氣液固分離器4外排出。通過設置排氣口10a，不會使氣體聚集于擋板24與圓筒部10的內周面之間，而讓水從流入口13順利地流入。如圖3所示，較好的是，外周側擋板23較內周側擋板21、22向下方延長，最外周的擋板24較擋板23進一步向下方延長。
如此構成的生物反應器中，原水從分配器3導入生物反應區(qū)域S中，并經過厭氧性生物處理后，導入氣液固分離器4內(氣液固分離室)。
該生物反應水從流入口13流入氣液固分離器4內，進行氣液固分離處理。通過該生物反應水與擋板21～24相接觸，高效地進行該氣液固分離處理。從水中所分離的氣體，通過氣體排出口5排出。溢出在槽12中的水，通過處理水抽出管道6被抽出。
在氣液固分離器4內沉淀在圓錐部11的固體成分(污泥)，依靠重力在該圓錐部11以及固體成分排出管7內逐漸向下方移動，并從該排出管7的下端朝向生物反應區(qū)域S下落。
該實施例中，因為設有擋板21～24，所以能夠高效地進行氣液固分離器4內的氣液固分離。并且，由于充分濃縮后的固體成分經由排出管7返回到生物反應區(qū)域S，故而該生物反應區(qū)域S中的生物反應能夠高效地進行。
該實施例中，因為由排出管7內的污泥所產生的氣體通過氣孔(gaspocket)16以及排氣孔17而流出排出管7外，所以防止或抑制住氣體滯留于排出管7的上部或圓錐部11的下部。因此，氣體的浮力對污泥所起作用得到防止或抑制，污泥則由排出管7順利地排出。此外，排氣孔17也可設置于圓錐部11的下部。
該實施例中，因為如此污泥滯留在圓錐部11的下部直至排出管7內，所以處理水不會從排出管7的下端或排氣孔17逆流到排出管7內。另外，因為排出管7下端的開口如角度θ3所示，朝向斜上方，所以也可以防止在容器1內上升的反應氣體流入排出管7內。此外，排出管7的下端也可以朝向橫向。
接下來，對所述實施例的生物反應器中各部分的較佳尺寸、運轉條件等加以說明。
氣液固分離器4圓筒部10的直徑d1較好的是圓筒形容器1直徑的60～90％，尤其好的是70～85％。
圓筒部10的高度h1較好的是小于等于250cm，尤其好的是50～200cm。
圓錐部11相對于水平面的傾斜角度θ1較好的是45～60°，尤其好的是50～60°。
擋板21～24相對于水平面的傾斜角度θ2較好的是45～60°，尤其好的是50～60°。
固體成分排出管7的直徑(非圓形管時為平均直徑)較好的是流入口13口徑的50～150％，且大于等于50mm。
固體成分排出管7的鉛直方向長度(高度)h2較好的是大于等于氣液固分離器4直徑d1的10％，例如10～70％，更好的是30～80％。
固體成分排出管7相對于水平面的傾斜角度θ4較好的是45～135°，尤其好的是50～130°。
設于圓筒部10上的排氣口10a的數(shù)量較好的是大于等于4。
擋板的數(shù)量較好的是1～10，尤其好的是4。
從最外周的擋板24與圓筒部10內周面的接觸部或固定部直至圓筒部10下端的長度h3，較好的是流入口13口徑或流入口13上下寬度的1～3倍，尤其好的是1.5～2倍。
最外周的擋板24的高度h4較好的是所述高度h3的1～2倍，尤其好的是1.25～1.5倍。
容器1內的空筒速度較好的是小于等于7m/h。容器1內的COD負荷較好的是小于等于30kgCOD/m3·d，更好的是小于等于25kgCOD/m3·d。
所述實施例中，將噴嘴14設置為沿著圓錐部11的內面，也可以如下文將要敘述的圖7所示設置為鉛直狀態(tài)。
圖4(a)是另一實施例的生物反應器的上部放大圖，圖4(b)是該氣液固分離器的立體圖。
在圖4(a)、(b)的實施例中，生物反應水從多個橫長的長方形狀的流入口13A流入氣液固分離器4A內，這些流入口13A設置于氣液固分離器4A圓筒部10的大致整個圓周上。各流入口13A設置為圍繞在擋板24的外側。
在圖2(a)、(b)的實施例中，通過使生物反應水沿切線方向流入氣液固分離室內，使氣液固分離室內形成回旋流，從而高效地進行氣液固分離，與此相對，在圖4(a)、(b)的實施例中，通過增大生物反應水的流入口，使生物反應水的流入速度減小，由此提高氣液固分離室內固體的沉淀效率。
此外，在圖4(a)、(b)的情況下，固體成分排出管7的直徑(非圓形管時為平均直徑)較好的是流入口13A上下寬度的50～100％，且大于等于50mm。
圖4(a)、(b)中其它結構與圖2(a)、(b)相同，同一個符號表示同一個部分。在圖4(a)、(b)的實施例中，流入口13A設置成狹縫狀，但是若設置于圓筒部10的大致整個圓周上，則對流入口13A的形狀并不特別限定。在該形態(tài)中，來自流入口13A的水的流入線速度較好的是小于等于5cm/s，尤其好的是1～4cm/s。
在所述實施例中，容器1均為圓筒形，也可以是橢圓筒形、方筒形等，例如可為四邊形的筒狀。而四邊形的筒狀，可以是正方形筒狀，也可以是長方形筒狀。
所述實施例中，在容器1的上部設有1個氣液固分離器4、4A，也可以設置多個氣液固分離器。
圖5表示其一例，在長方形容器1A內設置6個氣液固分離器4。來自各氣液固分離器4的處理水聚集于集合管6A并被排出。此外，較好的是，各氣液固分離器4受到架設在容器1A上部的梁狀構件(省略圖示)的支撐。
所述實施例，構成為氣液固分離器4內的污泥依靠重力而排出，也可以利用泵進行抽吸而排出。
圖6表示其一例，構成為各氣液固分離器4的固體成分排出管7連接于集合管7A，并通過泵P將污泥送回到生物反應區(qū)域S中。圖6中，設有多個氣液固分離器4，在圖1的例中也可以構成為通過泵從排出管7中抽出污泥。較好的是，將已抽出的污泥返送到容器1A的生物反應區(qū)域中。
圖7是表示固體成分排出管包括鉛直的上部管和朝向橫向或斜下方的下部管的生物反應器實施例的剖面圖，與所述圖2(a)、(b)相同，該圖是生物反應器上部的剖面圖。
該實施例中，在容器1內的上部也設有氣液固分離器4D。該氣液固分離器4D的構造與所述圖2(a)、(b)的氣液固分離器4相類似，不同之處在于固體成分排出管7D包括鉛直的上部管7a，和連接于上部管7a、以傾斜角度θ5朝向斜下方延伸的下部管7b；以及噴嘴14和與其相連的管道15鉛直配置在氣液固分離器4D的軸心部分。
固體成分排出管7D上部管7a的上端部與圓錐部11的下端相連。下部管7b從上部管7a的下端開始向斜下方延伸。在下部管7b的上部最接近上部管7a的部分，設有氣孔(gas pocket)16以及排氣孔17，以對自固體成分排出管7D內的氣體進行排氣。下部管7b的末端的開口僅以角度θ3朝向斜上方。此外，排氣孔也可以設于上部管7a的下部。
其它結構與所述圖1～圖3的實施例相同，故相同符號表示相同部分。
圖7的角度θ1、θ2、θ3的較佳范圍與以上所述的相同。下部管的傾斜角度θ5為0°～90°即可，但更好的是45°～90°，尤其好的是60～80°。
圖7中各部分尺寸的較佳范圍也與所述實施例相同。較好的是下部管7b的水平方向長度為固體成分排出管7D高度h2的5～90％左右。
在圖7所示結構的生物反應器中，也能夠起到與圖1～圖3中生物反應器相同的作用效果。
圖7是在圖1～圖3中由上部管7a和下部管7b構成固體成分排出管7D，而如上所述，也可以在圖4(a)、(b)～圖6的生物反應器中由上部管7a和下部管7b來構成固體成分排出管。
權利要求
1.一種生物反應器，包括容器，在內部進行液體的生物反應處理；以及氣液固分離室，設置于該容器內的上部，液體從該容器內流入到氣液固分離室，氣液固分離室對該液體進行固體成分的沉淀分離和氣體的上浮分離，其特征在于該生物反應器在該氣液固分離室內設有多個擋板，相互空開間隔并配置成同心狀，且具有直徑愈向下愈小的錐形形狀。
2.如權利要求1所述的生物反應器，其特征在于所述氣液固分離室包括上部圓筒部，以及與該圓筒部下側相連的圓錐部；固體成分排出管從該圓錐部的下端部向下方延伸設置，用以使在氣液固分離室內沉淀的固體成分依靠重力從該氣液固分離室向下方流出；該固體成分排出管的鉛直方向長度h2大于等于該圓筒部內徑d1的0.1倍。
3.如權利要求2所述的生物反應器，其特征在于所述固體成分排出管相對于鉛直方向傾斜而延伸設置；該固體成分排出管的下端的開口朝向橫向或斜上方。
4.如權利要求2或3所述的生物反應器，其特征在于在該氣液固分離室的下部或該固體成分排出管的上部設有排氣孔，用以使該氣液固分離室內或固體成分排出管內的氣體流出該氣液固分離室或固體成分排出管外。
5.如權利要求2所述的生物反應器，其特征在于所述固體成分排出管包括在鉛直方向上延伸設置的上部管，以及與該上部管相連，朝向橫向或斜下方延伸的下部管；該下部管的末端的開口朝向橫向或斜上方。
6.如權利要求5所述的生物反應器，其特征在于在所述上部管的下部或所述下部管上設有排氣孔，用以使該固體成分排出管內的氣體流出該固體成分排出管外。
7.如權利要求1至3中任一項所述的生物反應器，其特征在于最外周的擋板的上端與所述氣液固分離室的內面相連；在該氣液固分離室的內面與最外周的擋板之間設有流入部，使得所述容器內的液體沿大致切線方向流入該氣液固分離室內。
8.如權利要求7所述的生物反應器，其特征在于所述圓筒部上設有排氣口，用以使氣體從該氣液固分離室的內面與最外周的擋板之間向該圓筒部的外側流出。
全文摘要
本發(fā)明提供一種可以通過提高氣液固分離效率，而提高容器內生物反應效率的生物反應器。本發(fā)明中，從容器(1)內中間附近到底部是漂浮著污泥的生物反應區(qū)域(S)。原水在該生物反應區(qū)域(S)內受到厭氧性生物處理后，導入到容器(1)內上部的氣液固分離器(4)中，進行氣液固分離。氣液固分離后的處理水通過處理水抽出管道(6)被抽至容器(1)外。固體成分在氣液固分離器(4)內沉淀，并通過固體成分排出管(7)，返回容器(1)內的生物反應區(qū)域(S)中。在氣液固分離器(4)內設有由圓環(huán)形板材所構成的擋板(21)～(24)，這些擋板具有直徑愈向下愈小的錐形形狀。各擋板(21)～(24)相互之間空開間隔并配設成同心狀。
文檔編號C02F9/14GK1962494SQ20061015287
公開日2007年5月16日 申請日期2006年11月6日 優(yōu)先權日2005年11月7日
發(fā)明者葛艾魯拉吉普, 三輪聰志 申請人:栗田工業(yè)株式會社