两相一体式污泥浓缩消化反应器

摘要

本发明公开了一种两相一体式污泥浓缩消化反应器，内筒底部收拢形成漏斗并设有排泥管；外筒底端斜向中心收拢并与内筒封闭连接。在内筒上设有将外内反应室连通的连通孔。在外筒上设有进泥管，外反应室上端设有上清液回流管。在外筒内位于内筒上端设有三相分离器，在三相分离器之上设有气液分离器，外筒上端与气液分离器之间设有将外反应室封闭的盖板，气液分离器上设有通气孔以将外反应室和气液分离器连通；在气液分离器上端设有沼气收集管，沼气收集管与贮气箱连接。本发明结构更加简化合理，反应启动更快，微生物量更大，截留能力大大增强，处理效率高且运行更稳定节能。

说明书

技术领域

本发明涉及废水处理装置，具体指一种两相一体式污泥浓缩消化反应器，属于废水处理技术领域。

 

背景技术

厌氧消化技术是世界各地广泛应用的废水处理技术，厌氧反应器就是为厌氧处理技术而设置的专门反应器。厌氧反应器的发展经历了如下几个阶段。

第一代反应器：从19世纪末到20世纪中期，以传统的完全混合消化池为代表，属于低负荷系统。第一代反应器成功的基础和关键是停留时间长，满足了厌氧微生物生长缓慢、世代时间较长的特点。但是，第一代反应器还有一个共同的特点就是无法将水力停留时间（HRT）和污泥停留时间（SRT）分开，因此不能为世代时间长（6-8d）的甲烷菌提供良好的生长条件，致使厌氧消化效率低，出水水质较差，不能经济地处理工业废水。

第二代反应器为高效厌氧反应器，不仅实现了SRT与HRT的分离，在防止污泥流失方面还做了大量的特色研究，如厌氧生物滤池（AF）将微生物附着在载体的表面，避免了流失；在上流式厌氧污泥床（UASB）反应器中形成颗粒污泥，改善了污泥的沉降性能，从而有效减少了出水中微生物或固体物的含量，也避免了微生物大量流失。但是，第二代厌氧反应器也有不足。以UASB为例，当进水无法采用高的水力负荷和有机负荷时，就会造成进水和产气的搅拌作用减少，污泥床内的混合强度降低，出现短流效应，使反应器的应用受到限制。

第三代反应器在第二代反应器的基础上进行了改良，围绕布水均匀性、避免短流和死角等现象进行了精心的研究设计，主要通过增加反应器的高径比，对反应器进行分段和在反应器内部增加三相分离器等改进手段，使进水和污泥之间能始终保持良好地接触，利用塔式反应器结构和出水回流提高进水流速获得了良好的搅拌强度。从构造上看，第三代反应器内部结构较复杂，设计施工要求高；反应器高径比大，增加了进水泵的动力消耗，提高了运行费用。第三代反应器水力停留时间相对较短，而水解速度较缓慢，会导致反应不彻底，加重后续处理的负担。且目前在第三代反应器水力条件下培养活性和沉降性能良好的颗粒污泥技术尚不成熟，需进一步研究。

 

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的是提供一种结构更加简化合理，反应启动更快，微生物量更大，截留能力大大增强，处理效率高且运行更稳定节能的两相一体式污泥浓缩消化反应器。

本发明的技术方案是这样实现的：

两相一体式污泥浓缩消化反应器，包括同心的内筒和外筒，内筒底部收拢形成漏斗状，在漏斗最底部设有排泥管；外筒底端斜向中心收拢并与内筒外壁封闭连接；内筒和外筒之间的区域构成外反应室，内筒内部区域构成内反应室，在内筒上靠近外反应室底部设有若干将外反应室和内反应室连通的连通孔；在外筒上端设有上清液排出口；在外筒上靠近下部位置设有进泥管，进泥管高于连通孔高度，外反应室上端设有上清液回流管，上清液回流管与进泥管连接以实现上清液与进泥的混合；在外筒内位于内筒上端设有三相分离器，三相分离器为两端开口且敞口向下的喇叭罩结构，喇叭罩下端伸至外反应室中；在三相分离器之上设有筒状且上端封闭的气液分离器，气液分离器下端形成收口并与三相分离器上端收口对接，外筒上端与气液分离器之间设有将外反应室封闭的盖板，气液分离器上设有通气孔以将外反应室和气液分离器连通；在气液分离器上端设有沼气收集管，沼气收集管与贮气箱连接。

在内反应室中设有与内筒同心的内循环管，内循环管底部为喇叭口，内循环管中部设有若干将内循环管内部与内反应室连通的过水孔；所述贮气箱通过气泵连接沼气回流管，沼气回流管另一端进入内循环管下端并竖直向上。

在外筒内壁上设有一圈肋板，肋板位于三相分离器喇叭罩下端之下，使外反应室在肋板和喇叭罩下端之间形成一个折向过流通道以阻止污泥通过。

在三相分离器喇叭罩上设有两上端齐平的排气管，其中一排气管下端与外反应室相通，另一排气管下端与内反应室相通。

相比现有技术，本发明具有如下有益效果：

1、本反应器采用两个反应室，外反应室浓缩的污泥进入内反应室，可保证内反应室积累起足够大量的微生物，从而实现了污泥停留时间和水力停留时间的分离；而为了强化传质效果，在内反应室引入循环管，在回流沼气带动下实现内反应室的循环，保证废水和厌氧污泥之间的充分接触。

2、本反应器的圆形主体和锥形底部设计能较好的解决死角、沟流、短流等现象，提高反应器水力条件，且利于污泥的沉积和排放。

3、本发明采用一种特殊的内循环管的设计，中间预留过水孔，实现内反应器上下两部分分别循环，使反应室厌氧污泥处于“流化状态”，提高了处理率。

4、本发明采用沼气循环替代机械循环，更方便节能地提高反应器内的搅动效果。试验结果显示，反应器流态介于全混流和推流式之间，且随着回流气体量的加大，趋近于全混流的程度就越大。全混流有利于厌氧菌群与剩余污泥基质的接触，强化了传质过程，能够提高反应器的处理效能。

5、本发明采用一种单独的三相分离器设计，能保证泥、水、沼气分离，通过控制水力停留时间的不同来实现相分离，发挥产酸菌和产甲烷菌群的代谢能力。

 

附图说明

图1-本发明结构示意图。

图2-本发明采样口分布示意图。

其中，1-贮气箱；2-气泵；3-通气孔；4-上清液排出口；5-气液分离器；6-三相分离器；7-沼气回流管；8-内循环管；9-外反应室；10-内反应室；11-沼气收集管；12-沉淀区；13-上清液回流管；14-进泥管；15-污泥压缩区；16-排泥管。

 

具体实施方式

针对现有污泥厌氧消化反应器的不足之处，本发明进行了以下改进：1结构上采用内外两个反应器结合的形式，实现污泥停留时间和水力停留时间的分离，提高厌氧反应器内微生物数量。2独特的循环系统设计，能更好地使进泥和厌氧微生物接触，提高处理效率。3通过三相分离器进一步净化出水。

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

参见图1和图2，从图上可以看出，本发明两相一体式污泥浓缩消化反应器，包括同心的圆形内筒17和外筒18，外筒的下端和上端分别比内筒的下端和上端高。内筒17底部收拢形成漏斗状，内筒底部和漏斗区域形成污泥压缩区15，在漏斗最底部设有排泥管16。外筒底端斜向中心收拢并与内筒外壁封闭连接，以利于污泥沉积。内筒和外筒之间的区域构成外反应室9，内筒内部区域构成内反应室10，在内筒17上靠近外反应室9底部设有若干将外反应室和内反应室连通的连通孔19。在外筒18上靠近下部位置设有进泥管14，该进泥管即为本反应器的总进口，进泥管14高于连通孔19高度，外反应室9上端同时设有上清液回流管13，上清液回流管13与进泥管14连接以实现上清液与进泥的混合。实际操作时，外反应室上清液回流量与进泥量之比控制为1：4。在外筒18上端设有上清液排出口4，上清液排出口4位置略高于上清液回流管13高度，经处理达标的水即可通过该出口排放。

在外筒18内位于内筒上端设有三相分离器6，三相分离器6为两端开口且敞口向下的喇叭罩结构，喇叭罩下端伸至外反应室中。在三相分离器6之上设有筒状且上端封闭的气液分离器5，气液分离器5下端形成收口并与三相分离器6上端收口对接相通。外筒18上端与气液分离器5之间设有将外反应室封闭的盖板20，气液分离器5上设有通气孔3以将外反应室9和气液分离器5连通。在气液分离器5上端设有沼气收集管11，沼气收集管11与贮气箱1连接。这样外反应室9产生的沼气就可以通过通气孔3进入气液分离器5中，进而通过沼气收集管11进入贮气箱1储存。外筒18上端与三相分离器6、气液分离器5之间的区域构成沉淀区12，因为污泥在该区域可以沉淀并通过三相分离器的喇叭罩向下沉积。

本发明在内反应室10中设有与内筒同心的内循环管8，内循环管8底部为喇叭口，内循环管8中部设有若干将内循环管内部与内反应室连通的过水孔21。所述贮气箱1通过气泵2连接沼气回流管7，沼气回流管7另一端进入内循环管8下端并竖直向上。本发明设沼气收集装置，这样就可以将一部分沼气通入内循环管，利用沼气回流内循环管代替传统的机械搅拌作用，并实现上下分段循环。

为了更利于污泥的沉积，本发明在外筒18内壁上设有一圈肋板22，肋板和内筒之间存在通道，肋板22位于三相分离器6喇叭罩下端之下并在水平投影上有部分重合，使外反应室在肋板和喇叭罩下端之间形成一个折向过流通道以阻止污泥通过，因为污泥上升过程中碰到肋板和喇叭罩会折转向下，故肋板和喇叭罩都有阻挡污泥的作用。

为了更利于沼气的溢出，本发明在三相分离器6喇叭罩上设有两上端齐平的排气管23，其中一排气管下端与外反应室相通，另一排气管下端与内反应室相通，分别用于将产生的沼气排放到上清液上端进入气液分离器中。为了方便内循环管的支撑定位，在内循环管上端与三相分离器上端收口之间设有一连接板，即内循环管通过连接板安装在三相分离器上，内循环管下端悬空，此时与内反应室相通的排气管就设置在连接板上。

参见图2，在内外反应室上设采样口，其中采样口A、B、C、D、E分别位于外反应室的上部、中上部、中部、中下部、下部，采样口F、G、H、I、J分别位于内反应室的上部、中上部、中部、中下部、下部，并在反应器底部的污泥排放口同样设置一个取样口。采样口作为科研试验时取样用，根据取样采集的数据分析反应器内部各区域的流体特性参数、微生物种类数量及BOD、COD、VSS等各项污泥指标。

作为一个具体实施例，外反应室有效容积56L，过水面积0.07㎡；内反应室有效容积25L，过水面积0.03㎡；污泥压缩区6L，过水面积0.03㎡；沉淀区20L，过水面积0.09㎡；气液分离器有效容积3L。总体有效容积110L。

本发明的工作原理：来自二沉池底部的剩余污泥经由外反应室的底部进入，在外反应室完成初步浓缩和水解酸化反应，上清液排出反应器，外反应室产生的少量气体进入气液分离器（相当于气体收集室）排出。外反应室上部的液体按20%的回流量排放，与新鲜活性污泥一起进入反应器。外反应室底部浓度较高的污泥由于重力沉降及液位压差作用进入内反应室，在内反应室进入由于内循环形成的污泥床，与其中大量的厌氧微生物充分接触反应，可降解的有机物大部分被转化为沼气。内循环管通过中部过水孔被分成上下两部分，在回流沼气的带动下，内循环管下部首先实现了循环；然后回流的沼气与内反应室产生的沼气一起上升，同时把内反应室中上部的混合液经内循环管提升至气液分离器，被分离的沼气进入气液分离器排走，分离出来的泥水混合液将沿着下降管（内循环管）回到内反应室中部，从而在内反应室中上部又实现了一个循环。在这两个循环的作用下，使内反应室厌氧污泥处于“流化状态”，从而保证了基质与微生物之间的充分接触。沉降性能好的污泥被内循环淘汰进入污泥压缩区，沉降性能差的污泥继续进入内循环。一般说来无机物含量高的污泥沉降性能好于无机物含量低的污泥，即消化程度较高的污泥进入污泥压缩区，而消化程度较低的污泥留在第二反应室内继续消化降解。因此进入污泥压缩区的污泥可以保证具有较好的沉降性能和较高的消化程度。

本发明反应器由圆柱体型外反应器和圆柱体+锥形底部的内反应器两部分组成，其中外反应器主要为水解相，内反应器主要为消化相，内反应器从上到下依次连接有锥筒形气液分离器、三相分离器、柱状内循环管，底部设排泥管。采用沼气循环系统对反应器内部起搅拌作用，使反应污泥呈流化状态，保证了反应器内生物量和生物接触效果。该反应器结构简单合理，具有良好的水动力学特性，独特的三相分离器设计保证了泥、水、沼气三相分离效果，处理效率高，处理负荷范围大，安全节能，出水质量好。本发明解决了厌氧反应器中由于水解酸化菌和产甲烷菌所需条件不一致，两者在同一反应器中共存导致的厌氧消化效率不高的情况，在外反应室中积累水解酸化菌，在内反应室中积累产甲烷菌，其两相式的反应器设计能保证不同的厌氧生物菌群均处在最佳生存环境，有利于反应器中生物量的积累，提高污泥厌氧消化效率。

最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管申请人参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。