CN203653327U - 厌氧流化床生物反应器 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及厌氧流化床生物反应器，它包括：床体、封头、分离器、蠕动泵和离心泵，床体由直管、变径管和顶管组成，顶管在直管的上方，变径管连接在顶管和直管之间，直管、变径管和顶管被连接在一起，封头通过法兰装在顶管上，顶管通过连通管与分离器相连，分离器底部开有循环液口，分离器的上部开有排水口，循环液口通过离心泵与直管的底部相连，废水通过蠕动泵进入床体的底部，在直管上还装有加热器，床体内装有沸石，沸石的比表面积为20-25m2/g；本实用新型使细菌生物膜附着沸石上，提高工业废水和剩余污泥与细菌生物膜之间的传质效率，并且充分利用流化床技术的优势，使工业污水和污水厂剩余污泥的处理效率大大提高。

Description

厌氧流化床生物反应器
技术领域
本实用新型涉及一种厌氧流化床生物反应器，特别涉及了一种处理工业废水和和城镇污水处理厂剩余污泥的厌氧流化床生物反应器。
背景技术
厌氧处理工业污水工艺适于处理高COD浓度的工业废水(如食品废水和发酵废水)和污水厂剩余污泥，较之好氧工艺有以下优势：1)生物固体产量低。好氧处理中，超过一半的废水BOD被转化为细胞物质，这些细胞物质成为剩余污泥需要进一步处理且处理费用很高。厌氧处理中，只有5％--15％的BOD被用于细胞合成，这样显著降低了后续处理负担。2)营养需求少。某些工业废水缺乏营养元素(如氮和磷)，处理这些废水时需投加这些营养元素，由于厌氧***中生物产量低，因此所需投加的营养元素也少。3)最终产物甲烷，是一种易于应用的能源；4)相比于好氧处理过程需外加能量来驱动曝气***，设施运行的主要成本高的特点，厌氧处理是一个净产生能量的过程，因此是一种节能和产能的污染治理方法。5)单位体积负荷大大高于好氧处理工艺，所以厌氧处理很适合高浓度废水的处理。
现有的各种厌氧消化技术及设备都有其优缺点。
早期的厌氧反应器没有搅拌，结果导致被处理污水或城市污泥和发酵微生物不能有效接触，为此这种厌氧消化罐通常需要间歇工作，需要用很长的工作时间(例如30-60天)使被处理的污水或污泥消化分解。
设计有搅拌装置的厌氧完全混合反应器(CSTR)在此基础上进行了改进，在出水沉淀池中增设了污泥回流装置，增大了厌氧反应器中的污泥浓度，避免有用微生物的流失，处理效率得到一定的提高。这种技术的优点对处理废水中悬浮物含量适应性强，可以处理固体悬浮物含量较高的工业污水。主要缺点是水力停留时间长，有机负荷处理水平相对较低，中温(30-40℃)下，容积负荷水平不高于4-5KgCOD/m3.d，只相当与高速厌氧反应器的1/5-1/3。装置需占用的空间往往很大。
20世纪70年代厌氧滤池(AF)产生了。它的特点在于在反应器中加入固体填料，微生物附着生长在填料的表面，将平均水力停留时间与生物固体停留时间相分离，厌氧微生物停留时间可以长达上百天，这就使得厌氧处理高浓度污水的停留时间从过去的几天或几十天缩短到几小时或几天。在相同的温度下，厌氧滤池的负荷高出厌氧接触工艺(CSTR)2～3倍，同时有很高的COD去除率。
但厌氧滤池也有自身弱点，由于废水中悬浮物的存在会加剧厌氧滤池堵塞的问题，AF以处理可溶性有机废水为主，一般控制进水悬浮物大约在200mg/L以下。这在一定程度上限制了厌氧滤池的应用。
1979年荷兰Wagningen大学的Letting研制了一种重要的厌氧反应器-升流式厌氧反应器(UASB)，在80年代及以后有了大量的应用。UASB的最大特点是：设备启动时，须接种特制的甲烷菌属占优势的微生物颗粒，这些颗粒在废水中起者厌氧消化的作用。随着运行时间的延长，新生成的生物固体逐渐形成了“颗粒污泥”，反应器内颗粒污泥保证了高浓度的厌氧微生物，使得设备的处理效率和容积负荷大大增加。
在已开发的高效厌氧反应器中，UASB反应器是应用最为广泛的厌氧反应器，已成功地应用于许多种废水的处理。这种反应器后来又发展出它的改进型--EGSB厌氧反应器，UASB和EGSB反应器的有机处理负荷高，可达8-15KgCOD/(m3.d)(以处理造纸废水为例)，同时处理周期大为缩短。但反应器也存在以下缺点：反应器内可能出现短流现象，影响处理能力，特别是当反应器容积较大，布水是否均匀是引起短流的重要因素；另外UASB和EGSB对被处理污水的固体悬浮物浓度较为敏感，不能处理固体悬浮物较高的工业废水和污水厂剩余污泥。
基于以上的问题，我们的实用新型的主要内容是利用厌氧循环液固流化床处理高浓度工业废水和污水处理厂的剩余污泥。原理是将厌氧污水处理工艺与液固流化床生物反应器技术结合起来。
同时厌氧循环液固流化床技术可以处理固体悬浮浓度较高的废水，如酿酒厂废水和污水厂污泥，可以处理COD浓度高达30000mg/L，悬浮固体浓度达到50g/L的废液和泥浆，这种高的悬浮固体浓度的废液是UASB和EGSB等高效反应器难以处理的；同时厌氧循环液固流化床技术的处理负荷可以达到10-15KgCOD/m3.d。随然厌氧完全混合反应器(CSTR)可以处理高的悬浮固体浓度的废液，但是其处理负荷低，处理时间长，处理高COD浓度的废液和废泥需要很长的水力停留时间(20天以上)和很大的设备容积，占地面积大。而厌氧循环液固流化床技术由于载体微生物与废水之间的高效传质效果，具有处理时间短，处理负荷高，对废液悬浮固体浓度接受度大的多重优点。是一种处理高COD浓度工业废水和城市污泥的创新技术。
发明内容
本申请的发明目的在于克服现有的厌氧流化床占地面积大、处理时间长的缺点，而提供一种厌氧流化床生物反应器。
为了完成本实用新型的发明目的，本实用新型采用以下技术方案：
本实用新型的厌氧流化床生物反应器，它包括：床体、封头、分离器、蠕动泵和离心泵，其中：床体由直管、变径管和顶管组成，顶管在直管的上方，变径管连接在顶管和直管之间，直管、变径管和顶管被连接在一起，封头通过法兰装在顶管上，顶管通过连通管与分离器相连，分离器底部开有循环液口，分离器的上部开有排水口，循环液口通过离心泵与直管的底部相连，废水通过蠕动泵进入床体的底部，在直管上还装有加热器，床体内装有沸石，沸石的比表面积为20-25m2/g；
本实用新型的厌氧流化床生物反应器，其中：在直管上还装有在线温度仪和pH检测仪，在顶管和变径管内装有一挡板，挡板与变径管之间的间隙为1-2mm，它用于挡住污泥；
本实用新型的厌氧流化床生物反应器，其中：所述封头上开有甲烷混合气体排出口、氮气加入口和空气排出口，甲烷混合气体排出口通过管道与集气瓶相通，在该管道上装有湿式气体流量计；
本实用新型的厌氧流化床生物反应器，其中：所述分离器的底部还开有废泥排口；
本实用新型的厌氧流化床生物反应器，其中：所述顶管横截面积为直管横截面积的2-2.5倍，直管、变径管和顶管的横截面为圆形或矩形；
本实用新型的厌氧流化床生物反应器，其中：床体的高度与直管横截面积的开方之比为15-18倍；
本实用新型的厌氧流化床生物反应器，其中：直管∶变径管∶顶管的长度之比为10-15∶1-0.5.∶1-2；
本实用新型的厌氧流化床生物反应器，其中：所述直管的外侧还装有保温层，保温层外侧用深色薄膜包裹，直管上装有耳座，用于支撑床体；
本实用新型与现有的技术相比具有以下优点：
1)采用体积较小的颗粒作为生物载体，使细菌生物膜附着其上，利用小颗粒巨大的比表面积，提高工业废水和剩余污泥与细菌生物膜之间的的传质效率；
2)本发明筛选出沸石颗粒作为生物膜载体，且选择直径0.4mm-0.8mm范围的颗粒作为实际载体，沸石颗粒内部结构具有多孔性，使生物膜易于生长其内外表面上，为微生物膜的固定提供了巨大的表面和良好的保证；且附着其内表面上细菌生物膜比较稳定，不易受水力条件的影响而脱落，提供了工业污水或污泥与细菌生物膜相互作用，发生传质过程有利条件。
3)充分利用流化床技术的优势，采用较高的污水上升流速使颗粒保持悬浮状态，同时颗粒周围较高的水流速度使溶解性有机物在液体和载体表面之间传质良好，使工业污水和污水厂剩余污泥的处理效率大大提高。
4)本项厌氧流化床生物反应器有较高的处理能力，在运行稳定后，平均容积负荷可以达到30-35KgCOD/m3.d。
附图说明
图1为本实用新型的厌氧流化床生物反应器的正向剖面示意图。
在图1中，标号1为集气瓶；标号2为湿式气体流量计；标号3为甲烷混合气体排出口；标号4为氮气加压口；标号5为空气排出口；标号6为连通管；标号7为分离器；标号8为排水口；标号9为循环液口；标号10为废泥排口；标号11为离心泵；标号12为蠕动泵；标号13为保温层；标号14为沸石；标号15为变径管；标号16为在线温度仪；标号17为加热器；标号18为挡板；标号19为顶管；标号20为法兰；标号21为封头；标号22为直管；标号23为pH检测仪；标号24为耳座。
具体实施方式
如图1所示，本实用新型的厌氧流化床生物反应器包括：床体、封头21、分离器7、蠕动泵12和离心泵11，床体由直管22、变径管15和顶管19组成，顶管19在直管22的上方，变径管15连接在顶管19和直管22之间，直管22、变径管15和顶管19被连接在一起，封头21通过法兰20装在顶管19上，封头21上开有甲烷混合气体排出口3、氮气加压口4和空气排出口5，甲烷混合气体排出口3通过管道与集气瓶1相通，在该管道上装有湿式气体流量计2。顶管19通过连通管6与分离器7相连，分离器7底部开有循环液口9和废泥排口10，分离器7的上部开有排水口8，循环液口9通过离心泵11与直管22的底部相连，废水通过蠕动泵12进入床体的底部，在直管22上还装有加热器17，在直管22上还装有在线温度仪16和pH检测仪23，在顶管19和变径管15内装有一挡板18，挡板18距变径管15上端的距离为1-2mm，它用于挡住污泥。顶管19横截面积为直管22横截面积的2-2.5倍，直管22、变径管15和顶管19的横截面为圆形或矩形，床体的高度与直管横截面积的开方之比为15-18倍；直管22∶变径管15∶顶管19的长度之比为10-15∶1-0.5.∶1-2。直管22的外侧还装有保温层13，保温层外用深色薄膜包裹避光，直管22上装有耳座24，用于支撑床体。床体内装有沸石14，沸石14的比表面积为20-254m2/g。
本实用新型利用厌氧循环液固流化床处理高浓度工业废水和污水处理厂的剩余污泥。该项研究将厌氧污水处理工艺与液固流化床生物反应器技术结合起来。技术创新点为：1)采用体积较小的颗粒作为生物载体，使细菌生物膜附着其上，利用小颗粒巨大的比表面积，提高工业废水与细菌生物膜之间的的传质效率；2)充分利用流化床技术的优势，采用较高的污水上升流速使颗粒保持悬浮状态，同时颗粒周围较高的水流速度使溶解性有机物在液体和载体表面之间传质良好，使工业污水和污水厂剩余污泥的处理效率大大提高。
厌氧处理工业污水工艺对于适合的水质(如食品废水和发酵废水)较之好氧工艺有以下优势：1)生物固体产量低。好氧处理中，超过一半的废水BOD被转化为细胞物质，这些细胞物质需要进一步处理且处理费用很高。厌氧处理中，只有5％--15％的BOD被用于细胞合成，这样显著降低了后续处理负担。2)营养需求少。某些工业废水缺乏营养元素(如氮和磷)，处理这些废水时需投加这些营养元素，由于厌氧***中生物产量低，因此所需投加的营养元素也少。3)最终产物甲烷，是一种易于应用的能源；4)相比于好氧处理过程需外加能量来驱动曝气***，设施运行的成本高的特点，厌氧处理是一个净产生能量的过程，因此是一种节能和产能的污染治理方法。5)单位体积负荷大大高于好氧处理工艺，所以厌氧处理很适合高浓度废水的处理。
本实用新型筛选出沸石颗粒作为生物膜载体，且选择直径0.4mm-0.8mm范围的颗粒作为实际载体，使生物膜能够易于生长其内外表面上，沸石具有巨大的比表面积，小颗粒为微生物膜的固定提供了巨大的表面，且细菌生物膜易于附着其内外表面上，提供了工业污水或污泥与细菌生物膜相互作用，发生传质过程有利条件。流化床中的生物质浓度可以很高，达到10-40g/L.
本实用新型研制除了适合的流化床结构形式(见附图1)，由于生物粒子在液固流化床反应器中呈流态化，因此提高了传质速度，因而缩短了水力停留时间。
本实用新型驯化出适宜工业污水处理的厌氧菌种，使厌氧生物处理高浓度废水能够连续、有效的进行。
采用此种形式的厌氧流化床生物反应器，进行污水处理厂剩余污泥的处理，在设备启动运行20天后，设备进入稳定运行阶段。此时进入流化床的污泥浆料COD为11500mg/L，经处理后，COD降为1340mg/L，COD去除率达到88％。
以上描述是对本实用新型的解释，不是对实用新型的限定，本实用新型所限定的范围参见权利要求，在不违背本实用新型的精神的情况下，本实用新型可以作任何形式的修改。

Claims (8)

1.一种厌氧流化床生物反应器，它包括：床体、封头(21)、分离器(7)、蠕动泵(12)和离心泵(11)，其特征在于：床体由直管(22)、变径管(15)和顶管(19)组成，顶管(19)在直管(22)的上方，变径管(15)连接在顶管(19)和直管(22)之间，直管(22)、变径管(15)和顶管(19)被连接在一起，封头(21)通过法兰(20)装在顶管(19)上，顶管(19)通过连通管(6)与分离器(7)相连，分离器(7)底部开有循环液口(9)，分离器(7)的上部开有排水口(8)，循环液口(9)通过离心泵(11)与直管(22)的底部相连，废水通过蠕动泵(12)进入床体的底部，在直管(22)上还装有加热器(17)，床体内装有沸石(14)，沸石(14)的比表面积为20-25m2/g。
2.如权利要求1所述的厌氧流化床生物反应器，其特征在于：在直管(22)上还装有在线温度仪(16)和pH检测仪(23)；在顶管(19)和变径管(15)内装有一挡板(18)，挡板(18)与变径管(15)之间的间隙为1-2mm，它用于挡住污泥。
3.如权利要求2所述的厌氧流化床生物反应器，其特征在于：所述封头(21)上开有甲烷混合气体排出口(3)、氮气加入口(4)和空气排出口(5)，甲烷混合气体排出口(3)通过管道与集气瓶(1)相通，在该管道上装有湿式气体流量计(2)。
4.如权利要求3所述的厌氧流化床生物反应器，其特征在于：所述分离器(7)的底部还开有废泥排口(10)。
5.如权利要求4所述的厌氧流化床生物反应器，其特征在于：所述顶管(19)横截面积为直管(22)横截面积的2-2.5倍，直管(22)、变径管(15)和顶管(19)的横截面为圆形或矩形。
6.如权利要求5所述的厌氧流化床生物反应器，其特征在于：床体的高度与直管横截面积的开方之比为15-18倍。
7.如权利要求6所述的厌氧流化床生物反应器，其特征在于：直管(22)∶变径管(15)∶顶管(19)的长度之比为10-15∶1-0.5.∶1-2。
8.如权利要求7所述的厌氧流化床生物反应器，其特征在于：所述直管(22)的外侧还装有保温层(13)，保温层(13)的外侧用深色薄膜包裹，直管(22)上装有耳座(24)，用于支撑床体。
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