用于生物学废水反应器的沉积物排出系统

摘要

本发明涉及一种用于微生物学地、尤其是厌氧地清洁废水的反应器，该反应器包括：反应容器，带有至少一个基本上平的或圆的底部；至少一个设置在反应容器的下部区域中的、用于将待清洁的废水输入反应容器的馈送导管；至少一个用于从反应器排出清洁过的废水的液体排出导管和至少一个设置在反应容器的下部区域中、用于从反应器排出固体的固体排出导管；其中，在反应容器的下部区域中设置至少一个偏转器件，该偏转器件包括至少一个倾斜延伸的子部件并且这样构造和/或布置，使得在反应器中从上反应器区域向下降的固体被这样地偏转，使得固体沉积在至少一个固体排出导管的区域内并因此可通过所述至少一个固体排出导管从所述反应器排出。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于生物学地、尤其是厌氧地清洁废水的反应器，该反 应器包括：反应容器，该反应容器带有至少一个基本上平的或圆的底部；至 少一个设置在反应容器的下部区域中的、用于将待清洁的废水输入反应容器 的馈送导管；至少一个用于从反应器排出清洁过的废水的液体排出导管和至 少一个设置在反应容器的下部区域中、用于从反应器排出固体的固体排出导 管。

背景技术

已知有多种机械的、化学的以及生物学的方法和相应的反应器来清洁废 水。在生物学地清洁废水的情况下，待清洁的废水与好氧或厌氧的微生物接 触，所述微生物将包含在废水中的有机污染物在好氧的微生物的情况下主要 分解为二氧化碳、生物质和水，而在厌氧的微生物的情况下主要分解为二氧 化碳和甲烷和仅一小部分生物质。在此，生物学的废水清洁方法在较早的时 候主要以厌氧的微生物进行，其中，反应器根据为厌氧的废水清洁所使用的 生物质的类型和形状分为接触式沉积反应器、UASB反应器、EGSB反应器、 固定床反应器和流化床反应器。而在固定床反应器时，微生物吸附在位置固 定的载体材料上，而在流化床反应器时，微生物吸附在可自由运动的、小载 体材料上，微生物在UASB反应器和EGSB反应器中以所谓的药丸的形式使 用。

在UASB反应器和EGSB反应器中，通过下部反应区域中的输入管向反 应器连续地输入待清洁的废水或者由待清洁的废水和已经清洁的、来自厌氧 反应器的排出口的废水组成的混合物，并且导引通过位于输入口的上方的、 包含微生物药丸的沉积床。在从废水分解有机化合物时，微生物尤其形成包 含甲烷和二氧化碳的气体(所述气体也成为沼气)，所述气体部分以小气泡的 形式积聚在微生物药丸上并且部分以自由的气泡的形式在反应器中向上升。 由于积聚的气泡，药丸的比重降低，因此药丸在反应器中向上升。为了将形 成的沼气和上升的药丸与水分开，在反应器的中部和/或上部设置大多形式为 气罩的分离器，沼气聚集在气罩边界下面，形成气垫。由气体和微生物药丸 释放的、已经清洁的水在反应器中向上升并且在反应器的上端通过溢流口排 出。

此外，在反应器运行过程中，反应器中的固体连续地下降并且沉积在反 应器底部，所述固体从反应器底部通过固体排出导管从反应器排出。在此， 一方面涉及包含在废水中的固体，另一方面涉及在反应器中形成的固体，如 尤其在废水带有高含量的溶解钙，如造纸工业中的废水。由于化学环境，一 部分钙作为固体钙沉积。因为固体均匀地沉积在反应器横截面上，实际上不 可能所有的固体沉积物通过固体排出导管从反应器排出，因此在反应器运行 过程中，沉积物不断地大面积聚集在反应器底部并且尤其聚集在反应容器带 有直角的位置。为了将这些沉积物从反应器去除，反应器必须时不时地停止。

为了克服这一问题，例如已经在DE4042223A1中建议了一种用于生物 学地清洁废水的反应器，其中，下面的反应器部段构造为朝下锥形地缩窄。 由此保证，至少大部分沉积物聚集在锥体的尖端，沉积物可以从该尖端轻易 地通过固体排出导管从反应器排出。然而，下面的锥形部段必须为了能够经 受住包含在可能数米高的反应器中的废水的重量而由特别坚固的材料制成。 此外，这种反应器的制造非常耗费并且因此昂贵。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种用于生物学地，尤其是通过厌 氧性生物清洁废水的反应器，在运行过程中积聚的固体可以容易并且特别完 全地从反应器排出，并且该反应器结构简单并且可廉价地制造。该反应器尤 其也应当适用于清洁非常高含钙量的废水，如来自造纸工业中的废水。在此， 药丸在以下理解为颗粒化的生物沉积物。

按照本发明，该技术问题通过提供一种用于生物学，尤其是通过厌氧性 的生物清洁废水的反应器解决，该反应器包括：带有至少基本上平或圆的底 部的反应容器；至少一个设置在反应容器的下部区域中的、用于输入待清洁的 废水到反应器中的馈送导管；至少一个用于从反应器排出清洁过的废水的流 体排出导管和至少一个设置在反应容器的下部区域中的、用于从反应器排出 固体的固体排出导管，其中，在反应容器的下部区域中设置有至少一个偏转 器件，该偏转器件包括至少一个倾斜延伸的子部件并且这样构造和/或布置， 使得在反应器中从反应器上部区域向下降的固体这样地偏转，使得固体沉积 在至少一个固体排出导管的区域内并因此通过至少一个固体排出导管从反 应器排出。

通过在反应容器的下部区域中设置至少一个偏转器件，该偏转器件包括 至少一个倾斜延伸的子部件并且这样构造和/或布置，使得在反应器中从反应 器上部区域向下降的固体这样地偏转，使得固体沉积在固体排出导管的区域 内并因此通过固体排出导管从反应器排出，可以实现，在反应器运行过程中 向下降的固体不是均匀和大面积地沉积在反应器底部，而是针对性地导引到 反应器中的固体排出导管所处的位置。通过结构简单并且廉价的措施实现 了，在反应器运行过程中向下降的固体完全或者几乎完全可以从反应器排 出，并因此不需要为去除积聚的沉积物而周期性地停止反应器运行。出于该 原因，可以在按本发明的反应器中省略锥形地向下缩窄的下部反应器部段。 作为替代，在按本发明的反应器中设置结构更简单并且更廉价的平底或者圆 底。

按本发明的反应器可以具有任意的横截面形状，例如圆形、椭圆形、多 边形、矩形或正方形的横截面。

按照本发明在反应器容器的下部区域设置至少一个偏转器件，该偏转器 件包括至少一个关于水平线倾斜延伸的子部件，并且这样构造和/或布置，使 得在反应器中从反应器上部区域向下降的固体这样地偏转，使得固体沉积在 固体排出导管的区域内并因此可通过固体排出导管从反应器排出，以便能够 从反应器完全排出在反应器运行时积聚的沉积物。原则上，包括至少一个倾 斜延伸的子部件的偏转器件可以带有朝向固体排出导管和/或横向于该固体 排出导管布置的斜部，只要该斜部导致固体前述的偏转。原则上，偏转器件 可以构造为平的或者圆的并且具有任意的横截面形状。本发明在至少一个偏 转器件的布置方面也没有限制。因此，至少一个偏转器件可以是浮动的或者 与反应器，例如与反应器壁固定连接。

按照本发明的第一种特别优选的实施形式，至少一个偏转器件具有偏转 板，该偏转板相对水平线形成在10°到80°之间，优选在20°到70°之间，尤 其优选在30°到60°之间并且特别优选在35°到50°之间的倾斜角α。因此可 以实现在反应器中下降的固体可靠并且特别完全的转向，并且保证，没有固 体粘附在偏转器件上。

在本发明的构思的一种扩展设计中，按照本发明的另一种优选的实施形 式设计为，至少一个偏转板，从反应器外壁朝反应器中心看，斜向下地布置。 因此实现了，使得在反应器中下降的固体被导到反应器的中心，因此仅需要 一个并因此需要比将固体导引到反应器外壁更少的固体排出导管。

为了避免至少一个偏转板在反应器运行时由于位于反应器中的废水的 重量而受到的机械负荷并因此实现至少一个偏转板结构简单并且廉价的构 造，优选这样布置至少一个偏转板，使得该偏转板可由位于反应器中的废水 浮动。通过这种方式，至少一个偏转板在反应器运行过程中仅承受最小的机 械负荷。

如果在反应容器的下部区域中设置两个偏转板，所述偏转板分别相互间 隔地从反应器中心的区域朝反应器外壁斜向上延伸，则例如可以在反应器中 使固体实现高效的转向。两个偏转板优选相对反应器外壁间隔地终止，使得 该间隔可以为了使机械负荷最小化而浮动。这种变型尤其适用于带有矩形， 尤其是正方形横截面的反应器。

为了可靠地保证，在反应器的整个横截面上下降的固体偏转到反应器中 心，在该实施形式中，在该反应器中心设置有固体排出导管，在本发明构思 的扩展设计中建议，将两个偏转板设置得这样地大，使得由所述偏转板加起 来填满反应器横截面的10％到95％，优选30％到90％，并且优选70％到90％ 的反应器横截面。

两个偏转板在前述的实施形式中优选在反应器中心的区域内这样相互 间隔，使得在两个偏转板之间形成槽状间隙。在这种情况下，固体排出导管 优选汇入槽状间隙的区域内。

作为对前述带有两个偏转板的变型的替代方案，也可以在反应器容器的 下部区域设置例如四个偏转板，所述偏转板分别从反应器中心的区域出发朝 反应器外壁斜向上延伸，其中，四个偏转板中的两个分别通过其各一个侧面 相互连接，使得四个偏转板以截棱锥体的形式布置。这种变型也尤其适用于 具有矩形，尤其是正方形横截面的反应器。

在这种变型中，偏转板同样优选可浮动，这例如可以由此实现，即，四 个偏转板以间隔相对反应器外壁终止。

优选由四个偏转板总共填充10％至95％，优选30％至90％并且尤其优 选70％至90％的反应器横截面，以便可靠地保证在反应器的整个横截面上将 下降的固体偏转到反应器中心。

四个偏转板可以这样相互间隔地设置在反应器中心区域，使得在四个偏 转板之间形成有从横截面看矩形、正方形、椭圆形或圆形的孔。固体排出导 管优选汇入孔的区域内。

按照本发明的第二种特别优选的实施形式，在反应容器的下部区域中设 置偏转器件，该偏转器件从反应器底部看具有倒空心截锥的形状，其中，该 偏转器件优选居中地设置在反应器中。通过这种方式也可以借助于结构简 单、可廉价制造的偏转器件使在反应器中向下降的固体可靠地偏转到固体排 出导管入口区域中。这种变型尤其适用于带有圆形或椭圆形横截面的反应 器。

在这种变型中，偏转器件也优选是可浮动的，因此空心截锥体地外边缘 优选与反应器外壁相间隔。

如果由空心截锥填充10％至95％，优选30％至90％并且尤其优选70％ 至90％的反应器横截面，则尤其获得了良好的结果。

在这种实施形式中，至少一个固体排出导管优选汇入设置在空心截锥体 顶面上的孔的区域内，该孔可以具有各种任意的横截面形状，例如圆形、椭 圆形、矩形或者正方形。

按照本发明的第三种特别优选的实施形式，至少一个偏转器件是设置在 反应器底部的散装物料，该散装物料优选以负的锥形布置。在此，输送导管 应当终止在散装物锥体的上方。此外，也可以用这种方式借助于结构简单的、 可廉价制造的偏转器件将在反应器中向下降的固体可靠地偏转到固体排出 导管的区域内，该实施形式具有这样的优点，即，偏转器件特别廉价。

在该实施形式中，至少一个固体排出导管优选设置在由散装物料组成的 负锥体的尖端的区域内。

在该实施形式中，可以在反应器底部在反应器中心的区域中设置垂直向 上延伸的隔板并且在隔板和反应器外壁的两个侧面之间分别设置各自以负 锥体的形式布置的散装物料作为偏转器件，所述偏转器件分别。

在最后一种变型中，优选在反应器中设置两个固体排出导管，其中，每 个固体排出导管分别汇入由散装物料组成的两个负锥体的尖端的区域内。

在本发明构思的一种扩展设计中建议，设置沉积物作为散装物料，该沉 积物在反应器运行时从待清洁的废水中沉积出。

本发明的另一个主题是用于生物学地，尤其是用厌氧微生物清洁废水的 方法，其中，该反应器包括：带有至少基本上平或圆的底部的反应容器；至 少一个设置在反应容器的下部区域中的、用于输入待清洁的废水到反应器中 的馈送导管；至少一个用于从反应器排出清洁过的废水的流体排出导管和至 少一个设置在反应容器的下部区域中的、用于从反应器排出固体的固体排出 导管，其中，在反应容器的下部区域中设置有至少一个偏转器件，该偏转器 件包括至少一个倾斜延伸的子部件并且这样构造和/或布置，使得在反应器中 从反应器上部区域向下降的固体这样地偏转，使得固体沉积在至少一个固体 排出导管的区域内并因此通过至少一个固体排出导管从反应器排出。

附图说明

以下示例地根据有利的实施形式并参照附图说明本发明。

在附图中示出：

图1是用于通过厌氧性微生物清洁废水的、按本发明的一种实施例的反 应器的示意纵向剖视图；

图2是用于通过厌氧性微生物清洁废水的、按本发明的另一种实施例的 反应器下部的示意纵向剖视图；

图3是用于通过厌氧性微生物清洁废水的、按本发明的另一种实施例的 反应器下部的示意纵向剖视图。

具体实施方式

在图1中示意在纵向剖视图中示出的生物反应器10包括反应容器12， 该反应容器带有平的底部。反应器的横截面可以是圆的、椭圆的、多边形、 矩形或者正方形。

用于馈送待清洁的废水的馈送导管14通到反应器10中。此外，反应器 10具有两个用于排出清洁过的废水的流体排出导管16，16’和用于从反应器 10中排出固体的固体排出导管18。

两个分离器20，22位于反应容器12的中间或者上部，所述分离器分别具 有多个气罩24。在实践中，每个分离器20，22由多层气罩24组成，然而在 图1所示的情况下出于简化原因每个分离器20，22分别仅示出了一层气罩 24。替代两个不同的分离器20，22，反应器也可以可选地包括仅一个分离器 20，20。构造为溢流口的流体排出导管16，16’位于上分离器22的上方，清洁 过的废水通过流体排出导管从反应器10排出。

在反应器10上设置气体分离装置26，该气体分离装置通过导管28，28’ 与两个分离器20，22连接。此外，下降导管30从气体分离装置26的底部通 到反应器10的下部。

最后，在反应器10中设置有偏转器件32，该偏转器件包括两个偏转板 34，34’。两个偏转板34，34’在反应器10中从反应器外壁朝反应器中心看斜向 下布置，其中，偏转板关于在图1中虚线示出的水平线具有约45°的倾斜角 α。两个偏转板34，34’终止在距反应器外壁有一间距处，因此，所述偏转板 可由位于反应器中的废水浮动。在两个偏转板34，34’之间构造有槽状间隙 36，固体排出导管18通入该间隙的区域内。在两个偏转板34，34’的下方设 置有两个一直延伸到反应器底部的、倾斜延伸的斜部38，38’，该斜部防止沉 积物分布在反应器底部的整个横截面上。为了支持两个偏转板34，34’，可以 为每个偏转板34，34’设置一个或多个支承元件(图1中没有示出)，所述支承 元件例如可以是从反应器底部到偏转板34，34’的底侧垂直布置的支承杆或者 支承板。

在反应器运行时，通过馈送导管14将待清洁的废水输入反应容器12中， 废水在反应容器12中与位于反应器10中的介质混合，所述介质由已经部分 清洁的废水、微生物药丸(其在图1中通过小点示出)和小气泡组成。输入的 废水在反应容器12中缓慢地向上流动，直至到达包含含有微生物的沉积物 药丸的发酵区。包含在药丸中的微生物将包含在废水中的有机污染物主要分 解为甲烷气体和二氧化碳气体。由产生的气体形成的气泡，其中，较大的气 泡从药丸脱离，并且以气泡的形式穿过介质，反之小的气泡吸附在药丸上。 小气泡吸附在其上的那些药丸因此具有比其它药丸和水更小的比重，在反应 容器12中上升直至到达下分离器20。

自由的气泡被收集在气罩24内并且在第一气罩24的边界形成气垫。聚 集在气罩24中的气体以及少量携带出的药丸和水例如通过存在于气罩24的 端侧中的孔(未示出)从气罩24排出并且通过导管28导入气体分离装置26 内。

水、上升的微生物药丸和还没有在下分离器20中分离的气泡在反应容 器12中继续向上升直至上分离器22。由于下分离器20和上分离器22之间 的静态压力下降，最后的小气泡与到达上分离器22的微生物药丸分离，因 此，药丸的比重再次上升并且药丸下降。剩余的气泡被收集在上分离器22 的气罩24中，并且再次在各个气罩24的端侧转送到气体收集导管中，气体 从气体收集导管通过导管28’导入气体分离器26中。现在清洁过的水从上分 离器22继续向上升，直至通过排水导管16，16’从反应器10排出。

在气体分离器26中，气体从剩余的水和微生物药丸分离出，其中，由 药丸和废水组成的悬浮液通过下降导管30循环到反应容器12中。

视通过馈送导管14输入反应器10的废水的源头而定，废水或多或少地 包含固体。来自造纸工业的废水例如包含高浓度的固体填料和钙质。包含在 废水中的固体的份额极小地提高比重，该份额在从馈送导管14流出到反应 器10之后已经下降。此外，包含在废水中的钙质的一部分在废水上升到沉 积床区域之后析出到药丸上。因此，一部分沉积物药丸超过临界比重并因此 同样从沉积床下降。由于偏转器件32的几何形状和布置保证了下降的固体 不沉积在偏转板34，34’上，而是从偏转板34，34’的外表面滑下并且聚集在固 体排出导管18附近的槽状间隙36内，因此固体能够通过固体排出导管18 完全从反应器10排出。在此，沉积物的排出可以连续或者成批地进行。

图2在示意的纵向截面图中示出了按本发明的另一种实施例的、用于通 过厌氧型的微生物清洁废水的反应器10的下部。在该实施例中，偏转器件 32通过以负锥体的形式布置的散装物料40形成。由散装物料40组成的负锥 体的表面在图2中通过附图标记42示出。

在按这种实施例的反应器运行时，在反应器10中下降的固体在由散装 物料40组成的负锥体的表面42上被偏转到负锥体设置在反应器中心的尖 端，固体排出导管18位于该尖端的区域内，沉积物通过所述排出导管被完 全从反应器10排出。

图3在示意的纵向截面图中示出了按本发明的另一种实施例的、用于通 过厌氧型的微生物清洁废水的反应器10的下部。在这种实施例中，偏转器 件32也通过散装物料40形成。与图2所示的实施例的区别在于，在此在反 应器底部在反应器中心的区域中设置垂直向上延伸的隔板44，其中，在隔板 44和反应器外壁的两个侧面之间设置有分别由散装物料40形成的、形式为 负锥体的偏转器件32。分别在两个负锥体的尖端的区域内设置有固体排出导 管18，18’，固体可通过所述排出导管从反应器10被排出。

附图标记列表

10用于生物地清洁废水的反应器

12反应容器

14，14’废水馈送导管

16，16’用于清洁过的废水的流体排出导管

18，18’固体排出导管

20下分离器

22上分离器

24气罩

26气体分离装置

28，28’导管

30下降导管

32偏转器件

34，34’偏转板

36槽状间隙

38，38’斜部

40散装物料

42负锥体的表面

44隔板