CN109825423B - 内循环式生物反应器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了内循环式生物反应器，包括进料管、出料管、集气管、叶轮、隔板、导流装置、反应器本体、三相分离器、挡泥板，本发明所述内循环式生物反应器在叶轮和中间的导流装置作用下，隔板内的物料呈一个向下的流态，在叶轮和导流装置上的叶片的带动下通过隔板底部的通道进入隔板外部，并与隔板外部的物料进行混合并呈向上的流态，从而使物料实现在隔板外朝上，隔板内朝下的内外循环混合的效果，提高了传质效率和有机负荷，提高了污泥的停留时间和出水水质，提高了处理污水的适用范围(例如低SS)，同时在反应器本体上部的三相分离器作用下实现沼气与料液的气液分离，增加了传质，提高了产气效率。

Description

内循环式生物反应器

技术领域

本发明涉及微生物厌氧处理以及沼气发生领域，具体为内循环式生物反应 器，可用于有机废弃物的厌氧处理，生产和收集沼气。

背景技术

厌氧消化反应是指有机物在厌氧条件下，被厌氧微生物降解并产生沼气 的过程。沼气是含有多种气体组分的混合气体，其中甲烷的含量在50％～70％， 二氧化碳含量占25％～40％，其他气体总体积约占2％。沼气能够燃烧，提纯后 的甲烷可以作为天然气直接利用。由于厌氧消化反应能高效地处理多种复杂 有机物，并且产生能源气体，因此广泛应用于工农业有机废气物的处理。

厌氧反应器是厌氧消化反应的关键装置，厌氧消化效率的高低，产气速 度以及能耗和造价，都是影响厌氧反应器选型的重要因素。对厌氧反应器不 断的进行研究和创新，是提高厌氧消化反应效率的关键。厌氧消化反应器的 发展也经过了不同的阶段，第一代的厌氧反应器，包括常规厌氧反应器 (CADT)，全混式反应器(CSTR),以及厌氧接触消化器(ACP)，这一阶段的反应 器特点是普遍结构比较简单，投资小，运行管理比较简单等特点，适用于高 浓度或高悬浮物的有机废水，但同时也存在水力停留时间比较长，出水的水 质较差等弊端。第二代厌氧反应器，包括厌氧滤器(AF)，上流式厌氧污泥床 反应器(UASB)，厌氧折流板反应器(ABR)，这类反应器具有处理效率高，耐负 荷能力强，出水水质较好等特点，适用于SS含量相对较低的有机废水，但是 也存在投资较大，设备运行和维护成本较高等缺点。第三代厌氧反应器，包 括膨胀颗粒污泥床反应器(EGSB)，内循环厌氧反应器(IC)，上流式污泥床反 应器(UBF)等，这类反应器具有处理效率高，耐负荷能力强，出水水质好等特 点，但设备的投资相对较大，对废水SS含量要求严格。因此，需要综合考虑 有机废水的特点，投资规模，处理成本，收益等各方面因素，合理选择合适 的厌氧反应器。对厌氧反应器的改造和创新，应该保留原反应器的优点，减 少反应器的缺点和弊端，同时也要考虑设备的造价和成本。

全混式反应器(CSTR)由于其结构简单，原料与底物充分接触，发酵速率 高，容积产气率高，运行管理简单、能耗低等特点，至今仍广泛应用于工农 业各种高浓度、高悬浮物、难降解有机废水的处理。但同时，该工艺的主要 缺点是无法分离水力停留时间和固体停留时间，污泥停留时间等于水力停留 时间，反应器内不能累积足够浓度的污泥，另外，表层的浮渣容易结壳，导 致气体溢出不畅。由于不能积累足够浓度的污泥，因此对物料的SS浓度也有 了一定的限制，缩小了工艺的应用范围。

发明内容

本发明正是针对以上技术问题，提供一种内置隔板和搅拌的内循环式生 物反应器。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

内循环式生物反应器，包括进料管、出料管、集气管、叶轮、隔板、导 流装置、反应器本体、三相分离器、挡泥板，其特征在于反应器本体底部设 置有进料管，反应器本体上部设置有出料管，反应器本体顶部呈锥状，集气 管设置在反应器本体顶部，反应器本体内设置有隔板，隔板在反应器本体内 部围成柱状空间，隔板上部设置有挡泥板，隔板下部呈倒锥台且在底部设置 多个通道，使隔板围成的柱状空间与外侧相通，隔板中轴位置上设置有导流 装置，导流装置下方设置有叶轮，反应器本体内侧上部设置有三相分离器， 三相分离器设置的位置低于出料口，挡泥板伸入到三相分离器上方并与三相 分离器部分重叠。进料管可以与排泥管连接实现排泥功能。反应器本体内底 部周围对称地设置有布水器。反应器本体由塑料、金属、混凝土结构中的一 种或多种组合而成。反应器本体横截面为圆型或者矩形。挡泥板与水平面的 夹角为10°～45°。导流装置由中心轴、叶片组成，所述叶片呈45°～60° 朝上地设置在所述中心轴上。

本发明所述内循环式生物反应器在叶轮和中间的导流装置作用下，隔板 内的物料呈一个向下的流态，在叶轮和导流装置上的叶片的带动下通过隔板 底部的通道进入隔板外部，并与隔板外部的物料进行混合并呈向上的流态， 从而使物料实现在隔板外朝上，隔板内朝下的内外循环混合的效果，提高了 传质效率和有机负荷，提高了污泥的停留时间和出水水质，提高了处理污水 的适用范围(例如低SS)，同时在反应器本体上部的三相分离器作用下实现沼 气与料液的气液分离，增加了传质，提高了产气效率。

在实际使用中，发酵物料从反应器本体底部进料管注入，通过布水器均 匀分布在底部，在叶轮和内部流体的带动下与污泥进行混合，发酵并产生沼 气，沼气带动料液上升并在三相分离器处聚集，沼气透过三相分离器到达顶 部的集气区，部分料液透过三相分离器到达隔板上部，然后在导流装置带动 下完成循环，大部分污泥被截留下来，部分料液随污泥在三相分离器下部循 环流动。

本发明的有益效果是：

(1)物料在隔板外的局部循环与隔板内外的内循环增加了物料的混合与 传质，提高了污泥与物料的充分接触，在反应器本体液面的上层不易出现结 壳、起泡沫等问题，提高了沼气的气液分离效率。

(2)在反应器本体上部增加了三相分离器，实现固液气的三相分离，增 加了污泥的截留，提高了污泥停留时间，提高了处理效率，对于固体含量较 低的废水同样具有很好的处理效果，而且不需补充污泥，扩展了应用范围， 如低SS废水，降低了补泥的成本。

(3)在底部的布水管在进料的同时，可以冲散沉积的污泥，对于提高污 泥活性，减少死泥区，增加反应器本体的处理效率，降低水力停留时间，具 有重要意义。

附图说明

图1为本发明整体结构示意图，其中：

1—进料管，2—出料管，3—集气管，4—叶轮，5—隔板，6—导流装置， 7—反应器本体，8—三相分离器，9—挡泥板。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行 清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而 不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做 出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

内循环式生物反应器，包括进料管1、出料管2、集气管3、叶轮4、隔 板5、导流装置6、反应器本体7、三相分离器8、挡泥板9，其特征在于反应 器本体7底部设置有进料管1，反应器本体7上部设置有出料管2，反应器本 体7顶部呈锥状，集气管3设置在反应器本体7顶部，反应器本体7内设置 有隔板5，隔板5在反应器本体7内部围成柱状空间，隔板5上部设置有挡泥 板9，隔板5下部呈倒锥台且在底部设置多个通道，使隔板5围成的柱状空间 与外侧相通，隔板5中轴位置上设置有导流装置6，导流装置6下方设置有叶 轮4，反应器本体7内侧上部设置有三相分离器8，三相分离器8设置的位置 低于出料口，挡泥板9伸入到三相分离器8上方并与三相分离器8部分重叠。 进料管1可以与排泥管连接实现排泥功能。反应器本体7内底部周围对称地 设置有布水器。反应器本体7由塑料、金属、混凝土结构中的一种或多种组 合而成。反应器本体7横截面为圆型或者矩形。挡泥板9与水平面的夹角为 10°～45°。导流装置6由中心轴、叶片组成，所述叶片与水平面夹角呈45°～ 60°朝上地设置在所述中心轴上。

本发明所述内循环式生物反应器在叶轮4和中间的导流装置6作用下， 隔板5内的物料呈一个向下的流态，在叶轮4和导流装置6上的叶片的带动 下通过隔板5底部的通道进入隔板5外部，并与隔板5外部的物料进行混合 并呈向上的流态，从而使物料实现在隔板5外朝上，隔板5内朝下的内外循 环混合的效果，提高了污泥的停留时间和传质效率，提高了处理污水的适用 范围(例如低SS)，同时在反应器本体7上部的三相分离器8作用下实现沼气 与料液的气液分离，增加了传质，提高了产气效率。

所述反应器本体7被内置隔板5和隔板5上部的挡泥板9分隔为三个区 域：1、集气区：反应器本体7上部的空间用于收集反应器所产的沼气；2、 沉降区：隔板5内部和上部的料液在下面叶轮4和导流装置6的带动下向下 流动；3、循环区：被隔板5分隔的左侧区域在叶轮4和底部产生的沼气带动 下呈顺时针流动，被隔板5分隔的右侧区域在叶轮4和底部产生的沼气带动 下呈逆时针流动，两侧区域所产生的沼气在三相分离器8的作用下分离出去， 同时污泥被截留下来。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节， 而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实 现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且 是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨 在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。 不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实 施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起 见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也 可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (1)

1.内循环式生物反应器，包括进料管、出料管、集气管、叶轮、隔板、导流装置、反应器本体、三相分离器、挡泥板，其特征在于反应器本体底部设置有进料管，反应器本体上部设置出料管，反应器本体顶部呈锥状，集气管设置在反应器本体顶部，反应器本体内设置有隔板，隔板在反应器本体内部围成柱状空间，隔板上部设置有挡泥板，隔板下部呈倒锥台且在底部设置多个通道，使隔板围成的柱状空间与外侧相通，隔板中轴位置上设置有导流装置，导流装置下方设置有叶轮，反应器本体内侧上部设置有三相分离器，三相分离器设置的位置低于出料口，挡泥板伸入到三相分离器上方并与三相分离器部分重叠，所述进料管可以与排泥管连接实现排泥功能，所述反应器本体内底部周围对称地设置有布水器，所述反应器本体由塑料、金属、混凝土结构中的一种或多种组合而成，所述反应器本体横截面为圆型或者矩形，所述挡泥板与水平面的夹角为30°，所述导流装置由中心轴、叶片组成，所述叶片呈45°朝上地设置在所述中心轴上。

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