CN109019856A - 一种离心内循环强化释气厌氧反应器 - Google Patents

Abstract

本发明属于污水生化处理设备技术领域，具体涉及一种离心内循环强化释气厌氧反应器，主体结构包括罐体、进水管、排空管、人孔、取样管、三相分离器、沼气出气管、出水管、走廊、支撑架、电机、传动轴、穿越管、内循环管和叶轮，采用罐体内置间歇运行的循环搅拌单元进行内循环，实现均匀布水，与三相分离器配合使用，循环搅拌单元抽吸的液体在罐体底部进行二次分布，反应过程中产生的沼气在机械作用下快速的排出罐体，出水经过三相分离器时，多数污泥已经脱气，剩余带气污泥脱气后快速沉淀，减少了夹气污泥形成的浮渣，减轻和强化了三相分离效果；其结构简单、噪声小、功耗低，提高了罐体的容积效率，避免局部出现酸化。

Description

一种离心内循环强化释气厌氧反应器

技术领域：

本发明属于污水生化处理设备技术领域，具体涉及一种离心内循环强化释气厌氧反应器，利用离心力作用和内循环负压、挤压以及释压作用强化传质、增强厌氧污泥活性和强化产气脱气，提高三相分离性能和静置分离能力，实现泥水气的高效分离，适用于高浓度有机废水和好氧污泥的厌氧处理。

背景技术：

三相分离器多用于厌氧生物处理中的上流式厌氧污泥床反应器(UASB)和IC反应器中，用以分离消化气、消化液和污泥颗粒，消化气自反应器顶部导出，消化液从澄清区出水，污泥颗粒自动滑落沉降至反应器底部的污泥床；三相分离器能收集从分离器之下的反应室产生的沼气，使得在分离器之上的悬浮物沉淀下来；因为好氧生物处理需要大量的曝气，能耗较大，所以寻求能耗低和高污水处理能力的技术成为必然，能够产生沼气等可直接利用能源的厌氧生物处理技术应运而生，目前，厌氧反应器的研究方向和重点有四点：一是对进水进行预处理或者引进菌种改善进水水质，二是基于水力传质动力学的原理确定高水力负荷条件下反应器的结构，以提高处理效率，三是充分实现三阶段四菌群理论，四是布水结构与三相分离器的关系；上述厌氧反应器的研究方向和重点均要解决生产化高效厌氧反应器的跑泥问题。

从发展的趋势看，三相分离器与厌氧反应器内部构造配合已出现脱节问题：荷兰Wageningen农业大学Lettinga等在20世纪70年代研制开发了UASB，德国的MARKL H早在1985年就申请了关于UASB的三相分离装置的德国专利3326879，其公开了填充有活性生物质的沼气反应器，壳体在顶部由至少一个锥形或棱柱形双漏斗封闭，双漏斗由两个相同形状的单个漏斗组成，每个漏斗一个嵌套在另一个内，其中只有外漏斗在顶部具有狭窄的开口，而内漏斗在顶部封闭并用作气体收集室，两个漏斗之间的中间空间用于将从气体悬浮液上升的气体传递到下一个双漏斗，两个双漏斗在反应器壳体中的不同高度处一个布置在另一个之上。随后，各国对三相分离器均进行了研究，中国专利95215408.0公开的多级组装式三相分离器、欧洲专利0808805公开的污泥床厌氧净化工艺及反应器和中国专利201310006873.9公开的一种带斜面阵列式三相分离器的污水反应器均采用多级三相分离器，公开号为特开平5-337490A的日本专利、公开号为2002/0000409A1的美国专利、公开号为1205442A1的欧洲和公开号为10031093A1德国专利均是基于特定的使用过程对三相分离器的结构进行了适当的改进；中国于1981年开始了UASB的研究工作：陆红等(2016)研制的IOC反应器设置了各式多层的上、下两组三相分离器；陈春光等(1995)研制的三相分离器选用类似完全混合式曝气池的曝气筒作为集气罩；黄正华(2006)设计了分步式三相分离器；郝晓刚等(1994)在传统三相分离器下部增设了集气罩，预先排除大部分气体；胡静(2013)公开了采用自制的填料层组件对污泥拦截技术代替传统的三相分离器技术。

中国专利201621462722.X公开的一种针对高浓化工废水的高效厌氧反应器包括反应器本体，所述反应器顶部连有沼气管，所述沼气管连有沼气水封罐，所述反应器本体上部设有集水槽，所述集水槽下部依次交叉设有上反射板、中反射板和下反射板，所述下反射板下部设有支撑槽钢，所述反应器本体下部一侧设有观察窗口，所述反应器本体底部设有水布器，所述反应器本体下部设有搅拌器，所述搅拌器连接小型沼气电机组，所述小型沼气电机组连接沼气水封罐；中国专利201710432251.0公开的一种厌氧反应器包括筒体、反应器盖、水浴夹层、固定填料床和平板膜，一对水浴夹层对称布置于筒体内壁两侧，平板膜竖直布置于筒体中的所述一对水浴夹层之间，平面膜的两侧均设有与其平行的挡板，平板膜两侧的挡板分别与平板膜形成空间，出水导管与膜出水嘴相连，出水导管上设置液体泵，散气管设置在筒体的底部，反应器盖和散气管之间设有曝气回路，曝气回路上设有气泵，在筒体内部、平板膜的上方，设置固定填料床；中国专利201720078713.9公开的一种沼气循环厌氧反应器包括壳体、沼气循环搅拌装置、分离模块、沼气管、沼气压缩机，所述壳体内底部设有旋流布水器，进水管与旋流布水器连通，所述旋流布水器由转接头和L形喷嘴构成，进水管与转接头连通，转接头四周均匀连接若干个L形喷嘴，所有L形喷嘴的喷口沿同一圆周的切线方向；中国专利201710457798.6公开的一种IC厌氧反应器包括罐体，混合区，第一厌氧区、下三相分离器、第二厌氧区、上三相分离器和沉淀区，气液分离器，该气液分离器通过提升管分别与下三相分离器、上三相分离器相连接，所述混合区包括锥形罐底、设在锥形罐底上侧的进水管、设在进水管上端的回流管，所述回流管的下端设有锥形管口、上端与气液分离器相连，所述锥形罐底的周边设有环形的沉淀槽，该环形的沉淀槽的侧壁设有多个排泥管，所述罐体的外部设有循环泵，该循环泵的两端分别通过循环管与回流管和沉淀区相连；中国专利201720274171.2公开的一种UASB厌氧反应器包括罐体和旋流气液分离器，所述罐体内部自上而下依次设置有二极三相分离器、一极三相分离器和布水器，所述布水器布设于罐体底端内部，所述布水器下端连接有污水进水管，所述污水进水管穿过罐体端口外伸，通过设置布水器将污水均匀地分配到反应器的横断面上并均匀上升，通过设置一极三相分离器和二极三相分离器有效将气体、液体和固体三类物质进行分离，所述多块槽钢分两层设置，位于上层位置处的槽钢与正下方相邻的两块槽钢通过连接杆连接为一体，通过连接杆将位于上层位置处的一层槽钢与位于下层位置处的一层槽钢连接为一体，位于下层位置处边部的槽钢固定在支架上；以上专利产品缺乏进水水力条件、水力传质、菌种能力发挥、布水、污泥产气、释放与三相分离各因素不平衡，导致反应器的处理结果不稳定，无法有效解决跑泥和配水困难等问题，不利于控制颗粒污泥的生成。因此，研发设计一种离心内循环强化释气厌氧反应器，利用离心力作用和内循环负压、挤压以及释压作用强化传质、增强厌氧污泥活性和强化产气脱气，提高三相分离性能和静置分离能力，实现泥水气的高效分离，适用于高浓度污水和污泥的厌氧处理，具有社会和经济价值。

发明内容：

本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，研发设计一种离心内循环强化释气厌氧反应器，利用离心力作用和内循环负压、挤压以及释压作用强化传质、增强厌氧污泥活性和强化产气脱气，提高三相分离性能和静置分离能力，实现泥水气的高效分离。

为了实现上述目的，本发明涉及的离心内循环强化释气厌氧反应器的主体结构包括罐体、进水管、排空管、人孔、取样管、三相分离器、沼气出气管、出水管、走廊、支撑架、电机、传动轴、穿越管、内循环管和叶轮；圆柱形结构的罐体的底部外侧壁上沿水平方向设置有圆柱形管状结构的进水管、排空管和人孔，进水管由罐体的内部中心穿过罐体到达罐体的外侧，罐体的下部外侧壁上沿垂直方向上设置有3-6根高度递进的圆柱形管状结构的取样管，罐体的上部内侧壁上沿水平方向固定设置有三相分离器，三相分离器的顶部设置有圆柱形管状结构的沼气出气管，沼气出气管引到罐体的外侧，罐体的内部三相分离器以下的空间为反应区，罐体的内部三相分离器以上的空间为清水区和安全区，清水区的内部上方设置有集水区，集水区的低处设置有圆柱形管状结构的出水管，出水管穿过罐体到达罐体的外侧，罐体的顶部固定设置有走廊，走廊的中心与罐体的中心重合，走廊的纵轴线上固定设置有n个框架式结构的支撑架，支撑架的上面设置有电机，电机与圆柱形结构的传动轴机械传送式连接，传动轴依次穿过安全区、清水区和三相分离器到达反应区的下部，传动轴穿过三相分离器的外圆周设置有圆柱形管状结构的穿越管，三相分离器与穿越管固定连接，传动轴的下部外圆周设置有圆柱形管状结构的内循环管，传动轴的底端设置有泵型叶轮，内循环管的底部与叶轮的进水侧密封连接。

本发明涉及的罐体既是围护结构部件也是承重结构部件；进水管作为污水进入罐体的通道；排空管设备维修和污泥排放；人孔作为进入罐体内部的孔道；取样管用于取样观察罐体的内部运行状态；三相分离器用以分离沼气、清水和污泥颗粒；沼气出气管作为沼气排出罐体的通道；反应区为污水进行反应的区域；清水区为澄清水要求的区域；集水区为清水集存的区域；安全区能够避免溢流现象的发生；出水管用于将集水区集存的清水排出罐体；走廊为罐体顶部的检修走道，能够观察池面，并便于对电机进行安装、拆卸和维修；支撑架用于支撑电机、传动轴、穿越管、内循环管和叶轮的重量；电机为变频电机、低速电机或变速箱联接电机，电机带动传动轴、内循环管和叶轮转动；穿越管与三相分离器密封连接，穿越管能够使电机运行时不影响三相分离器的三相分离的工作；电机、传动轴、内循环管和叶轮构成循环搅拌单元，循环搅拌单元的设置数量为n，循环搅拌单元的设置数量根据罐体的外形尺寸选取。

本发明涉及的离心内循环强化释气厌氧反应器使用时，污水通过进水管进入反应区，循环搅拌单元运转对污水产生循环搅拌作用，叶轮负压抽水将污水分散到反应区的底部进行水质均化，同时，循环搅拌单元产生的附加气动力和水力作用强化传质和气泡脱除力，反应区产生的沼气经三相分离器分离后由沼气出气管引出罐体，三相分离器分离得到的清水经由清水区到达集水区后由出水管排出罐体，三相分离器分离得到的污泥颗粒过剩时由排空管排出罐体。

本发明与现有技术相比，采用罐体内置间歇运行的循环搅拌单元进行内循环，实现均匀布水，与三相分离器配合使用，有利于改善水质和传质，以负压、微压和释压转化促进污泥颗粒的生长和微气泡的扩散，循环搅拌单元抽吸的液体在罐体底部进行二次分布，强化传质、污泥颗粒化、产气和脱气效率，起到良好的均质、传质和消泡作用，提高了液相发挥容积效率，促进了生化反应，反应过程中产生的沼气在机械作用下快速的排出罐体，出水经过三相分离器时，多数污泥已经脱气，剩余带气污泥脱气后快速沉淀，减少了夹气污泥形成的浮渣，减轻和强化了三相分离效果；其结构简单、噪声小、功耗低，提高了罐体的容积效率，避免局部出现酸化。

附图说明：

图1为本发明的主体结构原理示意图。

图2为本发明涉及的罐体的平剖面结构原理示意图。

具体实施方式：

下面通过实施例并结合附图做进一步说明。

实施例1：

本实施例涉及的离心内循环强化释气厌氧反应器的主体结构包括罐体1、进水管2、排空管3、人孔4、取样管5、三相分离器6、沼气出气管7、出水管12、走廊13、支撑架14、电机15、传动轴16、穿越管17、内循环管18和叶轮19；圆柱形结构的罐体1的底部外侧壁上沿水平方向设置有圆柱形管状结构的进水管2、排空管3和人孔4，进水管2由罐体1的内部中心穿过罐体1到达罐体1的外侧，罐体1的下部外侧壁上沿垂直方向上设置有3-6根高度递进的圆柱形管状结构的取样管5，罐体1的上部内侧壁上沿水平方向固定设置有三相分离器6，三相分离器6的顶部设置有圆柱形管状结构的沼气出气管7，沼气出气管7引到罐体1的外侧，罐体1的内部三相分离器6以下的空间为反应区8，罐体1的内部三相分离器6以上的空间为清水区9和安全区11，清水区9的内部上方设置有集水区10，集水区10的低处设置有圆柱形管状结构的出水管12，出水管12穿过罐体1到达罐体1的外侧，罐体1的顶部固定设置有走廊13，走廊13的中心与罐体1的中心重合，走廊13的纵轴线上固定设置有n个(n为大于等于1的整数)框架式结构的支撑架14，支撑架14的上面设置有电机15，电机15与圆柱形结构的传动轴16机械传送式连接，传动轴16依次穿过安全区11、清水区9和三相分离器6到达反应区8的下部，传动轴16穿过三相分离器6的外圆周设置有圆柱形管状结构的穿越管17，三相分离器6与穿越管17固定连接，传动轴16的下部外圆周设置有圆柱形管状结构的内循环管18，传动轴16的底端设置有泵型叶轮19，内循环管18的底部与叶轮19的进水侧密封连接。

本实施例涉及的罐体1既是围护结构部件也是承重结构部件；进水管2作为污水进入罐体1的通道；排空管3设备维修和污泥排放；人孔4作为进入罐体1内部的孔道；取样管5用于取样观察罐体1的内部运行状态；三相分离器6用以分离沼气、清水和污泥颗粒；沼气出气管7作为沼气排出罐体1的通道；反应区8为污水进行反应的区域；清水区9为澄清水要求的区域；集水区10为清水集存的区域；安全区11能够避免溢流现象的发生；出水管12用于将集水区10集存的清水排出罐体1；走廊13为罐体1顶部的检修走道，能够观察池面，并便于对电机15进行安装、拆卸和维修；支撑架14用于支撑电机15、传动轴16、穿越管17、内循环管18和叶轮19的重量；电机15为变频电机、低速电机或变速箱联接电机，电机15带动传动轴16、内循环管18和叶轮19转动；穿越管17与三相分离器6密封连接，穿越管17能够使电机15运行时不影响三相分离器6的三相分离的工作；电机15、传动轴16、内循环管18和叶轮19构成循环搅拌单元，循环搅拌单元的设置数量为n(n为大于等于1的整数)，循环搅拌单元的设置数量根据罐体1的外形尺寸选取。

本实施例涉及的离心内循环强化释气厌氧反应器使用时，污水通过进水管2进入反应区8，循环搅拌单元运转对污水产生循环搅拌作用，叶轮19负压抽水将污水分散到反应区8的底部进行水质均化，同时，循环搅拌单元产生的附加气动力和水力作用强化传质和气泡脱除力，反应区8产生的沼气经三相分离器6分离后由沼气出气管7引出罐体1，三相分离器6分离得到的清水经由清水区9到达集水区10后由出水管12排出罐体1，三相分离器6分离得到的污泥颗粒过剩时由排空管3排出罐体1。

Claims (3)

1.一种离心内循环强化释气厌氧反应器，其特征在于主体结构包括罐体、进水管、排空管、人孔、取样管、三相分离器、沼气出气管、出水管、走廊、支撑架、电机、传动轴、穿越管、内循环管和叶轮；圆柱形结构的罐体的底部外侧壁上沿水平方向设置有圆柱形管状结构的进水管、排空管和人孔，进水管由罐体的内部中心穿过罐体到达罐体的外侧，罐体的下部外侧壁上沿垂直方向上设置有3-6根高度递进的圆柱形管状结构的取样管，罐体的上部内侧壁上沿水平方向固定设置有三相分离器，三相分离器的顶部设置有圆柱形管状结构的沼气出气管，沼气出气管引到罐体的外侧，罐体的内部三相分离器以下的空间为反应区，罐体的内部三相分离器以上的空间为清水区和安全区，清水区的内部上方设置有集水区，集水区的低处设置有圆柱形管状结构的出水管，出水管穿过罐体到达罐体的外侧，罐体的顶部固定设置有走廊，走廊的中心与罐体的中心重合，走廊的纵轴线上固定设置有n个框架式结构的支撑架，支撑架的上面设置有电机，电机与圆柱形结构的传动轴机械传送式连接，传动轴依次穿过安全区、清水区和三相分离器到达反应区的下部，传动轴穿过三相分离器的外圆周设置有圆柱形管状结构的穿越管，三相分离器与穿越管固定连接，传动轴的下部外圆周设置有圆柱形管状结构的内循环管，传动轴的底端设置有泵型叶轮，内循环管的底部与叶轮的进水侧密封连接。

2.根据权利要求1所述的离心内循环强化释气厌氧反应器，其特征在于罐体既是围护结构部件也是承重结构部件；进水管作为污水进入罐体的通道；排空管设备维修和污泥排放；人孔作为进入罐体内部的孔道；取样管用于取样观察罐体的内部运行状态；三相分离器用以分离沼气、清水和污泥颗粒；沼气出气管作为沼气排出罐体的通道；反应区为污水进行反应的区域；清水区为澄清水要求的区域；集水区为清水集存的区域；安全区能够避免溢流现象的发生；出水管用于将集水区集存的清水排出罐体；走廊为罐体顶部的检修走道，能够观察池面，并便于对电机进行安装、拆卸和维修；支撑架用于支撑电机、传动轴、穿越管、内循环管和叶轮的重量；电机为变频电机、低速电机或变速箱联接电机，电机带动传动轴、内循环管和叶轮转动；穿越管与三相分离器密封连接，穿越管能够使电机运行时不影响三相分离器的三相分离的工作；电机、传动轴、内循环管和叶轮构成循环搅拌单元，循环搅拌单元的设置数量为n，循环搅拌单元的设置数量根据罐体的外形尺寸选取。

3.根据权利要求1所述的离心内循环强化释气厌氧反应器，其特征在于使用时，污水通过进水管进入反应区，循环搅拌单元运转对污水产生循环搅拌作用，叶轮负压抽水将污水分散到反应区的底部进行水质均化，同时，循环搅拌单元产生的附加气动力和水力作用强化传质和气泡脱除力，反应区产生的沼气经三相分离器分离后由沼气出气管引出罐体，三相分离器分离得到的清水经由清水区到达集水区后由出水管排出罐体，三相分离器分离得到的污泥颗粒过剩时由排空管排出罐体。