CN105330017A - 一种厌氧反应器及养殖废水处理***和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种厌氧反应器、包括该厌氧反应器的养殖废水处理***以及养殖废水的处理方法。该厌氧反应器通过设置在壳体底部的进气口的进气能够将位于过滤填料区底部的填料进行气水擦洗以实现填料的再生，并且再生的填料和底部厌氧物质能够随气体再次回到反应区的上方继续参加新的反应，因此在实现反应的同时对过滤填料进行再生循环，无需专门的工艺过程清理和再生过滤填料，提高了反应器的处理效率。包含该反应器的养殖废水处理***和方法可以通过气体储存装置回收利用厌氧反应产生的沼气对填料进行再生循环，实现了***内的资源合理利用。

Description

一种厌氧反应器及养殖废水处理***和方法

技术领域

本发明涉及一种反应器和处理***，具体地，涉及一种厌氧反应器和养殖废水处理***。

背景技术

全国畜禽养殖业的化学需氧量、总氮分别占农业源总量的96％和38％，由于近年来集约化、规模化畜禽养殖的迅速发展，畜禽养殖产生的污水越来越多，对水环境造成的污染日益严重。然而，现有技术中用于养殖废水处理的厌氧反应器，都存在反应器结构复杂、处理效率低等问题，同时应用填料的反应器还存在需要专门工艺过程对反应填料进行再生、反应器不能连续稳定运行的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种厌氧反应器，该反应器可以克服现有厌氧反应器结构复杂、处理效率低等问题，同时克服需要专门工艺过程对反应填料进行再生、反应器不能连续稳定运行的问题。

为了实现上述目的，本发明提供一种厌氧反应器，该厌氧反应器包括具有进水口、出水口和出气口的反应器壳体以及位于反应器壳体内的反应区，所述出气口位于所述反应区上方，所述反应区内形成有用于填充负载厌氧微生物的过滤填料的过滤填料区，并且所述反应器壳体的底部还设置有进气口，该进气口与所述过滤填料区的底部连通以用于通过进气对所述过滤填料进行再生，并且所述出水口与所述过滤填料区通过过滤装置连通。

优选地，所述反应器壳体内还形成有循环再生区，所述循环再生区与所述反应区之间设有沿高度方向延伸的隔离装置，所述隔离装置顶部和底部分别与所述反应器壳体间隔设置以使得所述循环再生区与所述反应区连通，所述进气口位于所述循环再生区的下方。

优选地，所述反应器壳体内竖直设置过滤旁管，所述过滤旁管的上端与所述出水口相连，所述过滤旁管的下端与所述过滤填料区的底部连通，所述过滤装置设置在所述过滤旁管和所述过滤填料区之间。

优选地，所述反应区还包括位于所述过滤填料区上方的厌氧反应区。

优选地，所述出气口位于所述反应区壳体的顶部，并且所述反应区壳体内还形成有位于所述出气口和所述反应区之间的气液分离区。

优选地，所述进水口的位置高于所述反应区，所述出水口的位置低于所述进水口。

优选地，所述填料的相对密度为1.3-1.5，粒径为0.5-2mm，填料的材质为选自陶粒、砂砾和聚合物中的一种或几种。

本发明还提供一种养殖废水的处理***，该处理***包括厌氧反应器，所述厌氧反应器为如上所述的厌氧反应器。

优选地，所述处理***还包括位于所述反应器壳体外的增压装置，所述出气口与所述进气口通过该增压装置连通。

优选地，所述处理***还包括气体储存装置，该气体储存装置位于所述增压装置和所述出气口之间。

优选地，所述处理***还包括调配池、好氧池、沉降池和清水池，其中，所述调配池的出水口与所述厌氧反应器的进水口连接，所述好氧池的进水口与所述厌氧反应器的出水口连接，所述沉降池的进水口与所述好氧池的出水口连接，所述沉降池的出水口与所述清水池的进水口连接，所述清水池的出水口与所述厌氧反应器的进水口连接。

本发明还提供一种养殖生产废水的处理方法，该处理方法采用如上所述的养殖废水处理***。

优选地，所述处理方法包括以下步骤：A.使养殖废水进入所述调配池调节水质和水量后从所述进水口进入所述厌氧反应器进行厌氧反应；B.使所述厌氧反应器内产生的沼气经所述出气口送至所述气体储存装置，使所述气体储存装置中的部分沼气经所述增压装置增压后进入所述厌氧反应器的进气口进行填料的循环再生；C.使厌氧反应器的出水从所述出水口进入所述好氧池进行好氧反应；D.使所述好氧池的出水进入所述沉降池进行混凝沉淀以除去好氧出水中的胶体和悬浮物；E.使所述沉降池的上清液进入所述清水池，所述清水池中部分出水回流至所述厌氧反应器进行反硝化作用去除总氮；使所述清水池的剩余部分出水达标排放或回用。

优选地，所述调配池的出水进入所述厌氧反应器前经过预热升温，使所述气体储存装置中的部分沼气用于所述调配池的出水预热升温，其中，所述预热升温的温度为30-35℃。

在本发明的厌氧反应器中，由于在反应器内设置过滤填料区并在反应器壳体底部设置与过滤填料区的底部连通的进气口，通过进气口的进气能够将位于过滤填料区底部的填料进行气水擦洗以实现填料的再生，并且再生的填料和底部厌氧物质能够随气体再次回到反应区的上方继续参加新的反应，因此在实现反应的同时对过滤填料进行再生循环，避免了由于过滤填料被反应污泥堵塞导致反应器效率降低，也无需专门的工艺过程清理和再生过滤填料，提高了反应器的处理效率，另外过滤装置能够防止填料随被处理后的水排出，保证了反应区的正常工作。

在本发明的养殖废水处理***及方法中，由于将厌氧反应器与气体储存和增压装置联用，并与反应器的进气口连接，可以将厌氧反应过程生成的沼气回收利用，在实现填料再生循环的同时也充分利用了***内的资源。

本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是根据本发明的一种实施方式的厌氧反应器的示意图。

图2是根据本发明的一种实施方式的养殖废水处理***示意图。

附图标记说明

1反应器壳体2进水口

3出水口4出气口

5进气口6循环再生区

7隔离装置8过滤旁管

9过滤装置10过滤填料区

11厌氧反应区12气液分离区

13增压装置14气体储存装置

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

根据本发明的一个方面，提供一种厌氧反应器，该厌氧反应器包括具有进水口2、出水口3和出气口4的反应器壳体1以及位于反应器壳体1内的反应区，出气口4位于反应区上方，反应区内形成有用于填充负载厌氧微生物的过滤填料的过滤填料区10，并且所述反应器壳体1的底部还设置有进气口5，该进气口5与过滤填料区10的底部连通以用于通过进气对过滤填料进行再生，并且所述出水口3与过滤填料区10通过过滤装置9连通。

在根据本发明的厌氧反应器中，由于在反应器内设置过滤填料区10并在反应器壳体1底部设置与过滤填料区10的底部连通的进气口5，通过进气口5的进气能够将位于过滤填料区10底部的被污泥包裹的填料进行气水擦洗以实现填料的再生，并且再生的填料和底部厌氧物质能够随气体再次回到反应区的上方继续参加新的反应，因此在实现反应的同时对过滤填料进行再生循环，避免了由于过滤填料被反应污泥堵塞导致反应器效率降低，也无需专门的工艺过程清理和再生过滤填料，提高了反应器的处理效率，另外过滤装置9能够防止填料随被处理后的水排出，保证了反应区的正常工作。

其中，填料可以为惰性固体物料，本发明中对填料的形状不做限制，例如可以为环形填料、鞍形填料、环鞍形填料或球形填料，填料的材质可以为陶粒、砂砾、聚丙烯或聚氯乙烯。在本发明中，为了使过滤填料层置于反应区底部，填料的相对密度优选为1.3-1.5，填料的粒径优选为0.5-2mm。采用相对密度和粒径在上述范围内的填料可以保证养殖废水经过反应区厌氧反应后，其中含有厌氧微生物的活性污泥不被出水的水流带走，保持反应区内活性厌氧微生物的浓度，同时，负载于填料上的厌氧微生物可以对养殖废水进一步处理净化，提高出水水质。

其中，厌氧活性污泥可以包括厌氧微生物以及它们所依附的有机物质和无机物质，厌氧活性污泥具有生物吸附、生物降解和凝絮作用。具体地，厌氧微生物可以包括水解细菌、发酵细菌、氢细菌、乙酸菌、甲烷菌、硫酸盐还原菌和厌氧原生动物。废水中的蛋白质等大分子有机物质在厌氧分解菌的作用下首先分解成小分子物质，然后小分子物质部分在甲烷菌的作用下降解成CH₄等物质

在根据本发明的厌氧反应器中，为了进一步提高过滤填料的再生循环效率，优选地，反应器壳体1内还形成有循环再生区6，循环再生区6与反应区之间可以设有沿高度方向延伸的隔离装置7，隔离装置7顶部和底部分别与反应器壳体1间隔设置以使得循环再生区6与反应区连通。因此，既能够保证反应区的下方的填料从底部进入循环再生区6，也能够保证循环再生区6内随气体上移的填料进入反应区的上方，从而完成填料的再生循环。在这种实施方式中，进气口5可以设置于循环再生区6的下方，以增加对循环再生区6内气体的通入量，加强循环再生区6内气水湍流程度，从而对过滤填料起到更有效的清洗再生效果。在这种情况下，循环再生区6底部的过滤填料在进气口5吹入的气体作用下向上运动，在气体和水流湍动的共同作用下，粘附在过滤填料上的污泥与填料本体分离，并共同越过隔离装置7被送至反应区的上部。再生后的过滤填料由于密度较大而沉入反应区下部的过滤填料区10，继续参与厌氧反应。在过滤填料区10的下部，粘附有厌氧污泥的填料在水流的作用下，不断流入与过滤填料区10底部连通的循环再生区6的底部，在进气口5通入的气体作用下完成再生过程，从而完成过滤填料的再生循环。

本发明对隔离装置7的形状不做限制，隔离装置7例如可以形成为挡板状或筒状。在本发明优选的一种实施方式中，隔离装置7可以为沿反应器高度方向设置的挡板，如图1所示。该挡板上下两端可以与反应器内壁留有间隔，挡板的左右两端可以与反应器内壁封闭连接，以防止反应区的大量厌氧污泥和过滤填料流入循环再生区6而影响循环再生区6的循环效果。

为了进一步提高本发明的厌氧反应器的反应效率，防止进水口2和出水口3之间形成短流情况，反应器壳体1内可以竖直设置过滤旁管8，过滤旁管8的上端可以与出水口3相连，过滤旁管8的下端可以与过滤填料区10的底部连通，这样可以防止未经处理的废水直接通过出水口3排出。在这种实施方式中，过滤装置9可以设置在过滤旁管8和过滤填料区10之间，以避免过滤填料经过滤旁管8从出水口3离开反应器。

在根据本发明的厌氧反应器中，反应区还包括位于过滤填料区10上方的厌氧反应区11，从进水口2进入反应器的养殖废水可以在该厌氧反应区11内进行厌氧反应，去除养殖废水中的有机物并生成CH₄，经循环再生区6分离再生的厌氧污泥越过隔离装置7后返回该厌氧反应区11，以保证该厌氧反应区11内活性微生物的含量，提高厌氧反应器出水的水质。其中此处所说的厌氧反应区11是指在养殖废水进入后废水与厌氧微生物在过滤填料区10上方主要进行反应的区域，这并不代表厌氧反应被限制为只发生在该区域，在过滤填料区10以及其他废水和微生物接触的区域亦可有厌氧反应的发生。

在根据本发明的厌氧反应器中，为了在反应区内形成良好的湍流形态，形成由下向上的气体流向，出气口4可以位于反应器壳体1的顶部，并且反应区壳体内还可以形成有位于出气口4和反应区之间的气液分离区12。在本实施方式中，通过使得液面与反应器壳体1的顶部之间设置间隙来实现气液分离，在其他实施方式中，也可以通过额外的气液分离装置来实现。

在根据本发明的厌氧反应器中，为了提高厌氧反应的效率，优选地，进水口2的位置高于反应区，出水口3的位置低于进水口2。在这种实施方式中，养殖废水在反应器内形成从上至下的流向，依次通过厌氧反应区11和过滤填料区10，废水与微生物可以充分接触反应，提高了反应器出水的水质。

根据本发明的第二个方面，还提供一种养殖废水处理***，该处理***可以包括本发明的厌氧反应器。

为了加强厌氧反应器内气体的湍动程度，使过滤填料达到更有效地再生循环效果，根据本发明的处理***还包括位于厌氧反应器壳体1外的增压装置13，例如引风机。同时，为了综合利用厌氧反应器内反应产生的沼气，优选地，厌氧反应器的出气口4可以与进气口5通过该增压装置13连通。这样，厌氧反应产生的沼气能够在外部增压后重新回到反应器内部，从而实现处理***的循环工作。另外还能够使得整个厌氧反应器维持了厌氧的条件。

为了进一步控制进入厌氧反应器的沼气的流量，根据本发明的处理***还可以包括气体储存装置14，例如沼气柜。该气体储存装置14可以位于所述增压装置13和出气口4之间。这样，从出气口4排出的沼气能够首先得到储存然后再由增压装置13引出。另外在进气口5的上游管路中还可以设置流量阀、压力阀等调节部件，以实现整体处理***工作的最优化操作。

为了进一步提高养殖废水处理后出水的水质，在根据本发明的处理***中还可以包括调配池、好氧池、沉降池和清水池，其中，调配池的出水口与厌氧反应器的进水口2连接，好氧池的进水口与厌氧反应器的出水口3连接，沉降池的进水口与好氧池的出水口连接，沉降池的出水口与清水池的进水口连接，清水池的出水口与厌氧反应器的进水口2连接。

根据本发明的处理***，养殖废水可以首先在调配池中调节水量和水质再进入厌氧反应器，这种实施方式可以降低厌氧反应器的处理负荷，使反应器内的厌氧反应平稳进行。

根据本发明的处理***，好氧池中可以含有好养活性污泥，好氧活性污泥中包含好养微生物及其代谢和吸附的有机物和无机物。好氧活性污泥中的微生物首先与废水充分接触，形成悬浊混合液，由于微生物的比表面积大且表面含有多糖类黏性物质，养殖废水中的有机颗粒、悬浮物和胶体被微生物吸附和粘连，呈胶体的大分子有机物被吸附后首先在水解酶的作用下分解为小分子物质，然后这些小分子进入微生物细胞内进一步代谢，使得废水中的有机物含量下降而得到净化。

根据本发明的处理***，好氧池的出水进入沉降池，以进一步去除养殖废水中的悬浮物和胶体等污染物。沉降池的上清液出水进入清水池储存，清水池的部分出水回流至厌氧反应器进行反硝化作用以进一步去除养殖废水中的总氮，同时降低反应器处理负荷，其余部分出水达标后排放或回用。

根据本发明的第三个方面，还提供一种养殖生产废水的处理方法，该方法采用上述的养殖废水处理***。

具体地，该方法包括以下步骤：A.使养殖废水进入调配池调节水质和水量后从进水口2进入厌氧反应器进行厌氧反应；B.使厌氧反应器内产生的沼气经出气口4送至气体储存装置14，使气体储存装置14中的部分沼气经增压装置13增压后进入厌氧反应器的进气口5进行填料的循环再生；C.使厌氧反应器的出水从出水口3进入好氧池进行好氧反应；D.使好氧池的出水进入沉降池进行混凝沉淀以除去好氧出水中的胶体和悬浮物；E.使沉降池的上清液进入清水池储存，清水池中部分出水回流至厌氧反应器进行反硝化作用去除总氮；使清水池的剩余部分出水达标排放或回用。

在根据本发明的处理方法中，养殖废水首先经调配池调节水量和水质，保证进入厌氧反应器的水量和水质平稳；调配池的出水可以经泵提升进入厌氧反应器，为了保证厌氧反应完全，优选情况下，养殖废水在厌氧反应器中反应1-4小时以去除COD和硝态氮；厌氧反应器出水进入好氧池，停留时间优选为1-2小时以去除COD和氨氮；好氧池出水进入沉降池以进一步去除胶体和悬浮物；沉降池的上清液出水可以进入清水池进行储存，清水池中的部分出水可以回流至厌氧反应器进行反硝化作用以进一步降低废水中的总氮，同时降低反应器的处理负荷；清水池的剩余出水可以达标后排放或回用。

在根据本发明的处理方法中，厌氧反应器中产生的沼气可以由气体储存装置14收集，气体储存装置14中的部分沼气可以经增压装置13增压后进入厌氧反应器的进气口5，以对反应器内的过滤填料进行再生循环，同时加强反应区的水气湍流程度，使得养殖废水与微生物充分接触反应，提高出水的水质。

根据本发明的处理方法，为了提高养殖废水在厌氧反应器内进行厌氧反应的效率，调配池的出水进入厌氧反应器前可以经过预热升温。用于升温的热源没有特别的限制，优选情况下，可以使气体储存装置14中的部分沼气用于调配池的出水预热升温，预热升温的温度为30-35℃，这样可以充分利用***内的沼气资源。

下面将结合附图通过实施例来进一步说明本发明，但是本发明并不因此而受到任何限制。

实施例

本实施例处理来自山东某猪场养殖厂的各种冲洗水、排放水等生产废水(平均水质为COD2465mg/L，TP47mg/L，TN652mg/L，NH4⁺-N297mg/L，SS1749mg/L，pH7.56)。

如图1所示，上述养殖废水经调配池进行水质水量的调节后采用厂区供暖***进行升温至30℃，然后直接通过泵提升进入厌氧反应器，进水流量为5m³/h，产生的沼气进入沼气柜14进行调配，一部分经过增压装置进入反应器用于填料的再生循环使用，进气口5的气体压力为0.2-0.5MPa，其余部分通过输送进入养殖场的锅炉供暖***填料材质为聚丙烯，粒径为1.2mm，相对密度为1.3。填料经再生后返回到过滤填料区10上部继续使用，经沼气分离下来的厌氧污泥回到厌氧反应区11继续参与厌氧反应，养殖废水在厌氧反应器中停留3h后去除95％的COD和99％的硝态氮后排放到好氧池进行好氧处理。废水在好氧池停留2h去除剩余85％的COD和99％的氨氮后进入沉降池，通过混凝沉淀去除胶体、悬浮物等污染物。沉降池出水部分上清液回流至厌氧反应器进行反硝化作用去除总氮，回流量为15m³/h，最终出水水质为COD18.5mg/L，TP0.2mg/L，TN3.22mg/L，NH4⁺-N2.57mg/L，SS5mg/L，pH7.13，符合《畜禽养殖业污染物排放标准》(GB18596-2001)一级标准以及《污水综合排放标准》(GB8978-1996)一级标准。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (14)

1.一种厌氧反应器，包括具有进水口(2)、出水口(3)和出气口(4)的反应器壳体(1)以及位于反应器壳体(1)内的反应区，所述出气口(4)位于所述反应区上方，其特征在于，所述反应区内形成有用于填充负载厌氧微生物的过滤填料的过滤填料区(10)，并且所述反应器壳体(1)的底部还设置有进气口(5)，该进气口(5)与所述过滤填料区(10)的底部连通以用于通过进气对所述过滤填料进行再生，并且所述出水口(3)与所述过滤填料区(10)通过过滤装置(9)连通。

2.根据权利要求1所述的厌氧反应器，其特征在于，所述反应器壳体(1)内还形成有循环再生区(6)，所述循环再生区(6)与所述反应区之间设有沿高度方向延伸的隔离装置(7)，所述隔离装置(7)的顶部和底部分别与所述反应器壳体(1)间隔设置以使得所述循环再生区(6)与所述反应区连通，所述进气口(5)位于所述循环再生区(6)的下方。

3.根据权利要求1或2所述的厌氧反应器，其特征在于，所述反应器壳体(1)内竖直设置过滤旁管(8)，所述过滤旁管(8)的上端与所述出水口(3)相连，所述过滤旁管(8)的下端与所述过滤填料区(10)的底部连通，所述过滤装置(9)设置在所述过滤旁管(8)和所述过滤填料区(10)之间。

4.根据权利要求1所述的厌氧反应器，其特征在于，所述反应区还包括位于所述过滤填料区(10)上方的厌氧反应区(11)。

5.根据权利要求1或4所述的厌氧反应器，其特征在于，所述出气口(4)位于所述反应区壳体(1)的顶部，并且所述反应区壳体内还形成有位于所述出气口(4)和所述反应区之间的气液分离区(12)。

6.根据权利要求1所述的厌氧反应器，其特征在于，所述进水口(2)的位置高于所述反应区，所述出水口(3)的位置低于所述进水口(2)。

7.根据权利要求1所述的厌氧反应器，其特征在于，所述填料的相对密度为1.3-1.5，粒径为0.5-2mm，填料的材质为选自陶粒、砂砾和聚合物中的一种或几种。

8.一种养殖废水的处理***，其特征在于，所述处理***包括根据权利要求1-7中任意一项所述的厌氧反应器。

9.根据权利要求8所述的处理***，其特征在于，所述处理***还包括位于所述反应器壳体(1)外的增压装置(13)，所述出气口(4)与所述进气口(5)通过该增压装置(13)连通。

10.根据权利要求9所述的处理***，其特征在于，所述处理***还包括气体储存装置(14)，该气体储存装置(14)位于所述增压装置(13)和所述出气口(4)之间。

11.根据权利要求8-10中任意一项所述的处理***，其特征在于，所述处理***还包括调配池、好氧池、沉降池和清水池，其中，所述调配池的出水口与所述厌氧反应器的进水口(2)连接，所述好氧池的进水口与所述厌氧反应器的出水口(3)连接，所述沉降池的进水口与所述好氧池的出水口连接，所述沉降池的出水口与所述清水池的进水口连接，所述清水池的出水口与所述厌氧反应器的进水口(2)连接。

12.一种养殖生产废水的处理方法，其特征在于：采用权利要求11所述的养殖废水处理***。

13.根据权利要求12所述的处理方法，其特征在于，包括以下步骤：

A.使养殖废水进入所述调配池调节水质和水量后从所述进水口(2)进入所述厌氧反应器进行厌氧反应；

B.使所述厌氧反应器内产生的沼气经所述出气口(4)送至所述气体储存装置(14)，使所述气体储存装置(14)中的部分沼气经所述增压装置(13)增压后进入所述厌氧反应器的进气口(5)进行填料的循环再生；

C.使厌氧反应器的出水从所述出水口(3)进入所述好氧池进行好氧反应；

D.使所述好氧池的出水进入所述沉降池进行混凝沉淀以除去好氧出水中的胶体和悬浮物；

E.使所述沉降池的上清液进入所述清水池，所述清水池中部分出水回流至所述厌氧反应器进行反硝化作用去除总氮；使所述清水池的剩余部分出水达标排放或回用。

14.根据权利要求13所述的处理方法，其特征在于，所述调配池的出水进入所述厌氧反应器前经过预热升温，使所述气体储存装置(14)中的部分沼气用于所述调配池的出水预热升温，其中，所述预热升温的温度为30-35℃。