CN109689580A - 用于厌氧净化装置的脱气装置 - Google Patents

Abstract

一种用于废水净化的厌氧净化装置的气液分离装置(30)，该气液分离装置包括：气液上升管(32)；附接至气液上升管(32)的分离管(34)，分离管与垂直于气液上升管的方向限定出在‑45度至+45度之间的角度，分离管(34)用于接收来自气液上升管(32)的流体；至少一个管道气体出口(35)，当与厌氧净化装置组装时，至少一个管道气体出口(35)位于沿着分离管道(34)的背离地面的表面中，至少一个管道气体出口(35)用于将分离管(34)中的至少一部分气体引导至气液分离装置的外部；附接至分离管(34)的水力旋流器(36)，水力旋流器用于接收来自分离管的流体；至少一个旋流器气体出口(37)，其位于水力旋流器(36)的上侧；至少一个旋流器气体出口用于将进入水力旋流器(36)的气体引导至水力旋流器的外部；和附接至水力旋流器(36)的底部的液体出口(38)，液体出口用于将经过脱气的流体引导至水力旋流器的外部。

Description

用于厌氧净化装置的脱气装置

技术领域

本发明涉及一种用于厌氧净化装置的脱气装置。

背景技术

用于净化流体(例如废水)的厌氧净化装置在本领域中是已知的。EP 170 332 B1公开了一种厌氧净化装置，其中使含有有机材料的废水经受其中溶解的有机材料在厌氧条件下分解的过程。流体进入净化装置的反应器罐。当含有溶解物质的流体与位于罐内的生物质接触时，产生气体，更具体地，生物气。产生流体的流通循环，其中流体与产生的气体一起通过上升管(riser pipe)向上推动，它到达位于反应器上方的脱气装置，在其中气体与流体分离，气体离开装置，而流体在下降管(downer pipe)中向下流到反应器底部，以便在循环中再次使用。

重要的是在脱气装置中进行有效的脱气。如果气体没有从***中有效释放，那么在下降管中朝向反应器底部向下流动的流体仍将含有气体，气体将倾向于在下降管中上升并且将导致流体流中的波动，导致大的冲击。这些冲击可能会对装置造成物理损坏。

本领域已知的脱气装置，如EP 170 332 B1或EP 1 888 471 B1的脱气装置，具有一些缺点：它们很大，因此它们由不锈钢制成。它们还具有复杂的形状，它们安装在罐的顶部，需要承受天气条件。因此，它们需要高的制造和组装成本。

US 4 053 291 A公开了一种气油分离器，其中气油混合物从进入管进入分离筒，其中在进入管之前，混合物可以穿过在侧壁上具有孔的入口管。

US2013/319935A1公开了一种用于水的厌氧净化的装置，其包括用于分离污泥、水和气体的混合物的分离器，分离器位于装置的上部，其中分离器包括旋流器。

因此，需要具有用于厌氧净化装置的脱气装置，其中脱气装置具有简单的结构，同时允许从***中有效地释放气体。

发明内容

本发明的目的是提供一种新的脱气装置，其旨在克服上述缺点中的至少一个。本发明提供了一种脱气装置，其由于允许气体通过若干路径离开反应器而具有良好的脱气性能，并且脱气装置的形状允许有效的流体流动。

在整个以下描述中，将公开水、更具体地是废水的示例。但是，应理解的是，也可以使用任何其他合适的流体。

本发明提供了一种用于废水净化的厌氧净化装置的气液分离装置，该气液分离装置包括：

气液上升管；

附接至气液上升管的分离管，分离管与垂直于气液上升管的平面限定出在-45度至+45度之间的角度，分离管用于在操作中接收来自气液上升管的流体；

至少一个管道气体出口，当与厌氧净化装置组装时，至少一个管道气体出口位于沿着分离管的背离地面的表面中，至少一个管道气体出口用于在操作中将分离管中的至少一部分气体引导至气液分离装置的外部；

附接至分离管的水力旋流器，水力旋流器用于在操作中接收来自分离管的流体；

至少一个旋流器气体出口，用于在操作中将进入水力旋流器的气体引导至水力旋流器的外部；和

液体出口，用于在操作中将经过脱气的流体引导至水力旋流器的外部。

至少一个旋流气体出口可以位于水力旋流器的上侧。液体出口可以附接至水力旋流器的底部。

本发明有利地提供了一种脱气装置的设计，其有利于流体的流动和气体与流体的分离。分离管连接到气液上升管的角度决定了流体上升和流的变化。根据流体污染物浓度，可以根据具体情况改变角度，并且角度的允许的范围在-45度至+45度之间。

本发明的实施方案提供了一种气液分离装置，其中，当与厌氧净化装置组装时，至少一个管道气体出口位于分离管的背离厌氧净化装置的表面中。

本发明的另一实施方案提供了一种气液分离装置，其中分离管包括多个管道气体出口，优选为2至10个之间，更优选为至少3个，甚至更优选为4至6个或5个，甚至更优选为3至6个。

在本发明的优选实施方案中，多个出口位于分离管的表面中，使得当气体与流体一起流过分离管时，气体可以离开脱气管。分离管中存在的出口的数量可以是一个或多个，优选为两个或更多个，优选为五个或更多个。

本发明的另一实施方案提供了一种气液分离装置，其中至少一个管道气体出口具有在10毫米至150毫米之间、更优选在50毫米至150毫米之间的直径。

本发明的另一实施方案提供了一种气液分离装置，其中至少一个管道气体出口具有在100毫米至400毫米之间、更优选在150毫米至300毫米之间的直径。

本发明的实施方案提供了一种气液分离装置，其中当与厌氧净化装置组装时，气液上升管具有竖直取向。

本发明的另一实施方案提供了一种气液分离装置，其中分离管的直径等于或大于上升管的直径。

本发明的另一实施方案提供了一种气液分离装置，其中水力旋流器的直径等于或大于分离管的直径。

本发明的另一实施方案提供了一种气液分离装置，其是由塑料材料、优选由聚丙烯制成的。

本发明的另一实施方案提供了一种气液分离装置，其包括多个上升管和多个分离管，每个上升管连接到每个分离管，并且其中多个分离管连接到水力旋流器。

本发明的有利实施方案提供了多个上升管和分离管，以增加到达气液分离装置的气体和流体的量，优化脱气操作。

本发明还提供了一种厌氧净化装置，其包括：

-反应器罐；

-位于反应器罐的上部的流体收集器；

-至少一个气体收集***，用于在操作中从容纳在反应器罐中的流体中收集气体，至少一个气体收集***布置在流体收集器下方的水平面处；

-根据前述权利要求中任一项所述的至少一个气液分离装置；

-至少一个上升管，其连接到至少一个气体收集***并排放到至少一个气液分离装置中；和

-下降管，其连接到至少一个气液分离装置并排放到反应器罐的底部。

本发明的另一实施方案提供了一种厌氧净化装置，其中反应器罐包括至少两个气体收集***，其中至少一个气体收集***是下部气体收集***；上部气体收集***位于流体收集器和下部气体收集***之间，用于从容纳在罐中的流体中除去气体。

本发明的另一实施方案提供了一种厌氧净化装置，其中上升管用于通过由在至少一个气体收集***中收集的气体引起的气举作用(gas lift action)来升高容纳在反应器罐中的流体。

本发明的另一实施方案提供了一种厌氧净化装置，其中下降管用于将流体从至少一个气液分离装置返回到反应器罐的底部。

本发明的另一实施方案提供了一种厌氧净化装置，其中气液分离装置的水力旋流器的液体出口连接到下降管，液体出口用于将来自气液分离装置的流体引导进入厌氧净化装置的反应器罐的底部。

本发明的另一实施方案提供了一种厌氧净化装置，其包括多个气液分离装置。

本发明还提供了一种通过使用厌氧净化装置净化诸如废水的流体的方法。

附图说明

在附图中，

·图1示意性地示出了具有根据本发明实施方案的气液分离装置的厌氧净化装置，

·图2示出了具有根据本发明实施方案的气液分离装置的厌氧净化装置的上部，

·图3示出了根据本发明实施方案的厌氧净化装置中的气液分离装置的俯视图，

·图4示出了具有根据本发明另一实施方案的气液分离装置的厌氧净化装置的上部。

具体实施方式

图1示意性地示出了具有根据本发明实施方案的气液分离装置的厌氧净化装置。

图1的厌氧净化装置包括三个部分：反应器罐10、输送***20和气液分离装置30。反应器罐包括流体入口12，待净化的流体(例如废水)在操作条件下通过流体入口12进入厌氧净化装置。该流体含有具有特定COD水平(以化学需氧量测量的溶解的有机碳)的有机材料，换句话说，是含有特定量的杂质。当杂质穿过反应器罐内的生物质时，杂质转化为生物气。在罐的上部，流体收集器18收集清洁的流体并将其引导出厌氧净化装置。

当流体通过流体入口12进入罐10时，溶解在流体中的杂质与罐中存在的生物质接触，并产生生物气。在其向上的过程中，流体穿过多个气体收集***，每个气体收集***包括多个罩，其中气体被保留在罩中。

在整个说明书中，气体和生物气可以互换使用，因为当提及气体时，它是生物质与流体和溶解的杂质接触时产生的气体。

根据本发明的实施方案，下部气体收集***14收集包含在通过反应器罐上升的流体中的气体，下部气体收集***14将保留的气体引导到输送***20。更具体地，下部气体收集***14将气体引导到上升管22，气体通过上升管22上升直到它到达气液分离装置30。该气体含有流体，在气液分离装置30中，气体和流体被分离，气体被释放，流体通过下降管24被带回到反应器罐10的底部。这种流体可以以这种方式回收并再次用于净化循环。

通过反应器罐10保持上升的流体然后到达上部气体收集***16。在这里，未在下部气体收集***14中收集的气体被收集并引导入位于反应器上部的气体顶部空间40中。清洁的流体到达反应器罐10的顶部并通过流体收集器11离开罐，已经上升到气体顶部空间40的气体通过***气体出口39离开罐。

输送***的上升管22终止于气液分离装置的气液上升管32中。两种管可以是相同的管，因此在整个说明书中可以互换地使用上升管和气液上升管32。

上升管32连接到分离管34。上升管32和分离管34形成角度α，根据本发明的实施方案，角度α可以在-45度至+45度的范围内。角度α也可以在-45度至+30度的范围内。如将参考图2详细描述的，所述角度α被定义为分离管34与垂直于上升管32的方向的平面之间的角度。根据流体的污染物浓度，在上升管32和分离管34之间具有不同的角度将是需要的。

当与厌氧净化装置组装时，上升管32可以位于竖直取向上或基本竖直取向上。

至少一个管道气体出口35沿着分离管34的表面定位，更具体地，当气液分离装置安装在厌氧净化装置中时，至少一个管道气体出口35沿着分离管的背离净化装置的表面定位。优选地，本发明的实施方案包括多个管道气体出口35，例如在2个至10个之间。对于管道气体出口，可以采用不同直径，从而可以选择更多个具有更小直径的管道气体出口或更少个具有更大直径的管道气体出口。应理解的是，管道气体出口的数量可以变化，并且可以根据具体情况选择。如果气液分离装置将用于产生大量气体的应用中，则可能需要更多数量的管道气体出口35，以便在其穿过分离管34时可以释放更多量的气体。

分离管34连接到水力旋流器36，使得没有通过管道气体出口35离开分离管的流体和气体进入水力旋流器36进行最后的脱气步骤。如本领域中已知的，水力旋流器36用于在操作中基于流体中的颗粒的向心力的比率分离流体中的颗粒，对于致密颗粒向心力是高的，对于轻质颗粒向心力是低的。当流体和气体的混合物进入水力旋流器36时，具有较低密度的气体通过位于旋流器上部的旋流器气体出口37离开旋流器，流体通过位于旋流器的下部的液体出口38离开旋流器。该出口是下降管24的入口，经过脱气的流体穿过该出口向下流动以到达罐10的底部，准备再次在再循环***中使用。

根据本发明实施方案的反应器罐是完全密封的封闭空间，使得流体的净化可以厌氧发生，并且位于反应器内的气体处于特定压力下。

在本发明的优选实施方案中，气液分离装置30和反应器罐10组装在相同的封闭结构或反应器容器内，并且将气液分离装置30放置在反应器罐10上方。在覆盖气液分离装置30和反应器罐10的反应器容器的上部，设置有气体顶部空间40和***气体出口39。通过管道气体出口35和旋流器气体出口37离开气液分离装置30的气体上升直到到达气体顶部空间40并从那里通过***气体出口39离开***。在图1所示的实施方案中，***气体出口位于封闭结构的顶部的中心区域，但是本发明不限于此，***气体出口可以位于允许气体自然地流出***的封闭结构的上部的任何位置。

气液分离装置30与外部环境隔离的事实使得它可以由塑料或任何其他等效的合适材料制成，因为它不需要承受大气条件，降低了制造成本。

尽管在图1所示的实施方案中，气液分离装置30位于反应器10的上方，但是根据本发明的实施方案，根据装置待安装的位置的空间和特征，气液分离装置30可以位于不同的位置。作为替代实施方案，气液分离装置可以位于封闭结构的外部，更具体地紧邻反应器，通过管道气体出口35和旋流器气体出口37离开的气体可以通过另外的管道引导至气体顶部空间40，使得气体可以通过***气体出口39离开***。

图2示出了具有根据本发明实施方案的气液分离装置的厌氧净化装置的上部。

在图2中，当安装在厌氧净化装置中时，上升管32具有竖直取向。上升管可以具有另一种取向，但取向越竖直，流体和气体可以通过上升管上升得越平滑，因为它们可以沿着气体的自然路径而不受管壁的阻碍。

示出了在垂直于上升管32的平面与分离管34之间形成的角度α。该角度可以选自-45度至+45度之间的范围。这样，如果α为0度，则意味着分离管垂直于上升管取向。如果α是-45度，则意味着上升管和分离管形成45度的角度，如果α是+45度，则意味着上升管和分离管形成135度的角度。应理解的是，根据本发明的实施方案的α的计算是一种实施选项，但是可以使用其他的参考***。

分离管的倾斜角与反应器罐内的液位一起决定流体上升和流的变化。角度α越背离-45度，流体流在分离管中的能量越小，因此其进入水力旋流器所用的能量越低。

上升管32的直径d1优选小于分离管34的直径d2。这样，虽然流体和气体都通过上升管上升，但当它们进入分离管时，混合物不会到达管道的上表面，因此只有气体可以通过管道气体出口35离开分离管，而流体不会离开分离管并且将继续流动以到达水力旋流器36。

水力旋流器36的直径d3优选地高于分离管34的直径d2。

图3示出了根据本发明的实施方案的厌氧净化装置中的气液分离装置的俯视图，其中不包括覆盖气液分离装置的封闭结构的顶部。

如图3所示，管道气体出口35和旋流器气体出口37分别位于分离管34和旋流器36的背离净化装置的表面中，也就是说，背离地面的表面中，其是气体通过上升而自然离开装置的方便的位置。

从图3的透视图可以看出，分离管34在偏离水力旋流器36中心的位置处连接到水力旋流器36。为了在水力旋流器36中获得所需的旋转效应，这是需要的。

图4示出了具有根据本发明另一实施方案的气液分离装置的厌氧净化装置的上部。

在本发明的这个有利实施方案中，反应器罐10中的液位可以在预定范围内有效地变化。这可以通过另外的流体出口15来实现，另外的流体出口15位于反应器罐10的上部并在预定范围的下边界下方。该流体出口15可以允许到达反应器罐10的顶部的流体离开装置。可以通过液位控制装置来控制可通过流体出口离开装置的流体的量。通过控制通过流体出口15的液体流，例如通过基于气体产量测量和/或液位测量来控制阀门，可以控制反应器中的液位。通过控制液位，可以控制气体分离装置30中的流体与液面处的压力之间的相对压力。这进而影响液体和气体的混合物通过上升管32上升的速率。申请人发现，当气体产量相对较高时，建议降低液位，以便富含气体的流体可以通过足够长的路径，使其到达气液分离装置而没有不希望的波动。另一方面，当气体产量相对较低时，可以增加液位以减小气体和液体通过上升管32朝向分离管34需要沿着的路径。

根据本发明实施方案的气液分离装置的尺寸小于现有技术的气液分离装置，并且形状更简单。此外，它与外部环境隔离的事实使得它可以由塑料(例如聚丙烯)制成，从而导致较少的制造成本和当位于室外位置时的改善的抵抗气象条件的能力。

本发明的气液分离装置的具体设计允许通过确定角度α、分离管的直径和分离管的长度的值来控制流过分离管34的流体的能量。

通过调节上述参数，可以实现分离管34中的流体流中的力的粗调。可以通过改变反应器罐中的液位来实现微调，使得根据***中产生的气体的量，保持更高或更低水平的流体，因此避免到达气液分离装置的气体和流体以过大的力到达气液分离装置而产生湍流，或以太小的力到达气液分离装置而不能给予流体足够的能量使得随后流到反应器的底部。

根据本发明的另一实施方案，尽管未在附图中公开，但是气液分离装置可以包括多于一个的气液上升管32和多于一个的分离管34，使得为保留在下部气体收集***中的气体和流体产生多于一个的循环路径。根据本发明的实施方案，多个分离管34可以各自连接到一个水力旋流器36。根据本发明的另一优选的实施方案，多个分离管34可以全部连接到同一个水力旋流器36。可以根据净化装置中待净化的流体的量来选择最适合厌氧净化装置的气液上升管32和分离管34的数量。

在附图的前述描述中，已经参考本发明的特定实施方案描述了本发明。然而，显而易见的是，在不脱离所附权利要求中概述的本发明的范围的情况下，可以对其进行各种修改和改变。

特别地，可以进行本发明的各个方面的特定特征的组合。通过添加关于本发明的另一方面描述的特征，可以进一步有利地增强本发明的一个方面。

应理解的是，本发明仅受所附权利要求及其技术等同物的限制。在本文件及其权利要求中，动词“包括”及其变形以其非限制性意义使用，意味着包括该词之后的项目，而不排除未具体提及的项目。另外，通过不定冠词“一个(a)”或“一个(an)”对元件的提及不排除存在多于一个元件的可能性，除非上下文明确要求存在一个且仅一个元件。因此，不定冠词“一个(a)”或“一个(an)”通常意味着“至少一个”。

参考符号列表

在描述中用于表示相似元件(但仅在百位数不同)的相似的附图标记已经从下表中省略，但应该被认为是隐式包含的。

10 反应器罐

11 流体收集装置

12 流体入口

14 下部气体收集***

15 流体出口

16 上部气体收集***

18 流体收集器

19 液位

20 输送***

22 上升管

24 下降管

25 下降管排放

30 气液分离装置

32 气液上升管

34 分离管

35 管道气体出口

36 水力旋流器

37 旋流器气体出口

38 液体出口

39 ***气体出口

40 气体顶部空间

α 倾斜角

d1 上升管直径

d2 分离管直径

d3 水力旋流器直径

Claims (15)

1.一种用于废水净化的厌氧净化装置的气液分离装置(30)，所述气液分离装置包括：

气液上升管(32)；

附接至所述气液上升管(32)的分离管(34)，所述分离管与垂直于所述气液上升管的平面限定出在-45度至+45度之间的角度，所述分离管(34)用于在操作中接收来自所述气液上升管(32)的流体；

至少一个管道气体出口(35)，当与厌氧净化装置组装时，所述至少一个管道气体出口(35)位于沿着所述分离管(34)的背离地面的表面中，所述至少一个管道气体出口(35)用于在操作中将所述分离管(34)中的至少一部分气体引导至所述气液分离装置的外部；

附接至所述分离管(34)的水力旋流器(36)，所述水力旋流器用于在操作中接收来自所述分离管的流体；

至少一个旋流器气体出口(37)，用于在操作中将进入所述水力旋流器(36)的气体引导至所述水力旋流器的外部；和

液体出口(38)，用于在操作中将经过脱气的流体引导至所述水力旋流器的外部。

2.根据权利要求1所述的气液分离装置，其中所述分离管(34)包括多个管道气体出口(35)，优选为2至10个之间，更优选为至少3个，甚至更优选为3至6个。

3.根据前述权利要求中任一项所述的气液分离装置，其中所述至少一个管道气体出口(35)具有在100毫米至400毫米之间、更优选地在150毫米至300毫米之间的直径。

4.根据前述权利要求中任一项所述的气液分离装置，其中当与厌氧净化装置组装时，所述气液上升管(32)具有竖直取向。

5.根据前述权利要求中任一项所述的气液分离装置，其中所述分离管(34)的直径等于或大于所述上升管(32)的直径。

6.根据前述权利要求中任一项所述的气液分离装置，其中所述水力旋流器(36)的直径等于或大于所述分离管(34)的直径。

7.根据前述权利要求中任一项所述的气液分离装置，其是由塑料材料、优选由聚丙烯制成的。

8.根据前述权利要求中任一项所述的气液分离装置，其包括多个上升管(32)和多个分离管(34)，每个所述上升管连接到每个所述分离管，并且其中所述多个分离管(34)连接到所述水力旋流器(36)。

9.一种厌氧净化装置，其包括：

-反应器罐(10)；

-位于所述反应器罐(10)的上部的流体收集器(18)；

-至少一个气体收集***(14)，用于在操作中从容纳在所述反应器罐(10)中的流体收集气体，所述至少一个气体收集***布置在所述流体收集器(18)下方的水平面处；

-根据前述权利要求中任一项所述的至少一个气液分离装置(30)；

-至少一个上升管(22)，其连接到所述至少一个气体收集***(14)并排放到所述至少一个气液分离装置(30)中；和

-下降管(24)，其连接到所述至少一个气液分离装置(30)并排放到所述反应器罐(10)的底部。

10.根据权利要求9所述的厌氧净化装置，其中所述反应器罐(10)包括至少两个气体收集***，其中所述至少一个气体收集***(14)是下部气体收集***；上部气体收集***(16)位于所述流体收集器(18)和所述下部气体收集***(14)之间。

11.根据权利要求9或10中任一项所述的厌氧净化装置，其中所述上升管(22)用于通过由在所述至少一个气体收集***(14)中收集的气体引起的气举作用来升高容纳在所述反应器罐(10)中的流体。

12.根据权利要求9至11中任一项所述的厌氧净化装置，其中所述下降管(24)用于将流体从所述至少一个气液分离装置(30)返回到所述反应器罐(10)的底部。

13.根据权利要求12所述的厌氧净化装置，其中所述气液分离装置(30)的所述水力旋流器(36)的所述液体出口(38)连接到所述下降管(24)，所述液体出口用于将来自所述气液分离装置的所述流体引导进入所述厌氧净化装置的所述反应器罐(10)的底部。

14.根据权利要求9至13中任一项所述的厌氧净化装置，其中所述厌氧净化装置包括多个气液分离装置(30)。

15.一种通过使用根据权利要求9至14中任一项所述的厌氧净化装置来净化诸如废水的流体的方法。