申请日2019.09.27
公开(公告)日2019.12.03
IPC分类号C02F3/28
摘要
本发明公开了一种用于废水处理系统的旋流厌氧反应器;包括反应器室体和设置在反应器室体上方的相连的气液分离器和水封罐;所述反应器室体内由下至上设有立体旋流布水系统、一级三相分离器、回流集水系统、二级三相分离器和出水装置;所述反应器室体内还设有气体收集系统，所述气体收集系统与气液分离器的气体进口相连，所述气液分离器的分离液出口与设于反应器室体内的分离液回流管相连;所述立体旋流布水系统包括进水布水装置和设于所述进水布水装置上方的回流水布水装置。本发明通过专有设计的立体旋流布水系统、消能三相分离器、同向流线型回流集水装置在反应器内构建多相多层次不同特性的流场，从而保障厌氧反应效能和气水泥分离效果。
权利要求书
1.一种旋流厌氧反应器，其特征在于，所述反应器包括反应器室体和设置在反应器室体上方的相连的气液分离器(1)和水封罐(2);所述反应器室体内由下至上设有立体旋流布水系统、分离液回流管(10)、一级三相分离器(8)、回流集水系统、二级三相分离器(5)和出水装置;所述反应器室体内还设有分别与一级三相分离器(8)、二级三相分离器(5)上侧连通的气体收集系统，所述气体收集系统与气液分离器(1)的气体进口相连，所述分离液回流管(10)的一端与所述气液分离器(1)的分离液出口相连，另一端延伸在一级三相分离器(8)下方;所述立体旋流布水系统包括进水布水装置和设于所述进水布水装置上方的回流水布水装置。
2.根据权利要求1所述的旋流厌氧反应器，其特征在于，所述进水布水装置包括进水管(13)、与进水管(13)相连的若干进水分布管(14)以及若干个环状布水管;所述进水分布管(14)交叉设置在反应器室体内底部;所述若干环状布水管按同心圆方式布设在反应器室体内底部，并与各进水分布管(14)固定且连通。
3.根据权利要求2所述的旋流厌氧反应器，其特征在于，所述进水分布管(14)、环状布水管均为穿孔管，穿孔处的出水口上设有螺旋喷嘴。
4.根据权利要求1所述的旋流厌氧反应器，其特征在于，所述回流水布水装置包括回流水进水管(11)、与回流水进水管(11)相连的回流水分布管(12)以及若干个环状回流水布水管;所述若干个环状回流水布水管并列排布组合形成倒锥形结构，所述若干个环状回流水布水管分别与回流水分布管(12)固定且连通;所述回流水分布管(12)为多根呈辐射状排布设于倒锥形结构内表面的回流水分布管(12)，各回流水分布管(12)的一端在倒锥形结构的顶点汇合后与回流水进水管(11)相连通，另一端位于倒锥形结构的底部圆截面上，且端口封闭。
5.根据权利要求4所述的旋流厌氧反应器，其特征在于，所述回流水分布管(12)、环状回流水布水管均为穿孔管，穿孔处的出水口上设有螺旋喷嘴。
6.根据权利要求2、3、4或5所述的旋流厌氧反应器，其特征在于，所述回流水布水装置的回流水进水管(11)、进水布水装置的进水管(13)分别与变频水泵经管道相连。
7.根据权利要求1所述的旋流厌氧反应器，其特征在于，所述气体收集系统包括设于一级三相分离器(8)上侧的第一气体收集装置(7)和设于二级三相分离器(5)上侧的第二气体收集装置(4);所述第一气体收集装置(7)、第二气体收集装置(4)分别与气液分离器(1)的气体进口相连;所述第一气体收集装置(7)、第二气体收集装置(4)分别包括气体收集总管和分别设于三相分离器各斜板顶部的若干气体收集支管;所述气体收集支管与气体收集总管相连通。
8.根据权利要求1所述的旋流厌氧反应器，其特征在于，所述回流集水系统为平行设于二级三相分离器(5)的下方的同向流线型回流集水装置;包括与外回流管(16)相连的回流集水总管(6)以及若干回流集水支管(18)，所述回流集水支管(18)间隔设置在回流集水总管(6)的两侧，所述回流集水支管(18)远离回流集水总管(6)的一端为封闭端;所述外回流管(16)的另一端与回流水布水装置的回流水进水管(11)相连。
9.根据权利要求1所述的旋流厌氧反应器，其特征在于，所述出水装置设于二级三相分离器的上方，包括出水总管(19)和若干平行设置的出水堰(3)，所述出水总管(19)垂直于各出水堰(3)并与各出水堰(3)相连;所述出水总管(19)与位于反应器室体外的出水管道(15)相连。
10.根据权利要求1所述的旋流厌氧反应器，其特征在于，所述一级三相分离器(8)和二级三相分离器(5)均为表面消能型小间距斜板式三相分离器;所述表面消能型小间距斜板式三相分离器的斜板区设有第一斜板单元和位于第一斜板单元上方的第二斜板单元;所述第一斜板单元包括若干均匀间隔设置的第一倒V形斜板组合，所述第一倒V形斜板组合是由两块长斜板顶部相接构成，所述两块长斜板与二者底部连线构成等边三角形;所述第二斜板单元包括若干均匀间隔设置的第二倒V形斜板组合，该第二倒V形斜板组合是由两块短斜板顶部相接构成，所述两块短斜板与二者底部连线构成等边三角形;所述第二倒V形斜板组合分别间隔设置在相邻的两个第一倒V形斜板组合之间的上方。
说明书
用于废水处理系统的旋流厌氧反应器
技术领域
本发明涉及一种废水处理技术，尤其涉及一种用于废水处理系统的旋流厌氧反应器。
背景技术
20世纪70年代以来，废水厌氧生物处理技术得到了较快的发展，出现了以UASB、EGSB和IC等为代表的反应器得到了广泛的应用，其具有负荷高、投资少。运行费用少、可以回收部分能源等优点。但在应用中，中低浓度废水常规的厌氧处理时存在①反应产气量低使得下降管回流量低，需要较大的外部回流量、能耗高;②有机负荷低不容易形成颗粒污泥，而絮状污泥容易流失等问题。一个良好的厌氧反应器要具备良好的污泥截留能力;具有生物污泥与进水基质充分接触的条件;需要提供微生物适宜的生长条件的功能这三个方面的特性。在同一个反应器内高效反应和水气泥分离是现代厌氧反应器的基本要求，但高效反应需要充分混合、而水气泥分离需要尽量少的扰动，二者失衡是造成厌氧反应器效率下降或污泥流失的重要原因，如何在反应器内实现及稳定这一平衡是厌氧反应器研究开发的重中之重。
发明内容
本发明的目的在于提供一种结构合理、处理效果好、占地面积小、造价低、运行管理方便、不易堵塞、能明显改善配水均匀性、适用于废水处理系统的旋流厌氧反应器(Cyclone Anaerobic Reactor简称CAR)。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
本发明涉及一种旋流厌氧反应器，所述反应器包括反应器室体和设置在反应器室体上方的相连的气液分离器1和水封罐2;所述反应器室体内由下至上设有立体旋流布水系统、分离液回流管10、一级三相分离器8、回流集水系统、二级三相分离器5和出水装置;所述反应器室体内还设有分别与一级三相分离器8、二级三相分离器5上侧连通的气体收集系统，所述气体收集系统与气液分离器1的气体进口相连，所述分离液回流管10的一端与所述气液分离器1的分离液出口相连，另一端延伸在一级三相分离器8下方;所述立体旋流布水系统包括进水布水装置和设于所述进水布水装置上方的回流水布水装置。
作为本发明的一个实施方案，所述进水布水装置包括进水管13、与进水管13相连的若干进水分布管14以及若干个环状布水管;所述进水分布管14交叉设置在反应器室体内底部;所述若干环状布水管按同心圆方式布设在反应器室体内底部，并与各进水分布管14固定且连通。
作为本发明的一个实施方案，所述进水分布管14为两根;所述环状布水管为三个，包括均匀间距设置的内环布水管、中环布水管和外环布水管。两根进水分布管14垂直交叉设置在反应器室体内底部，并且，交叉处与进水中心管的一端相连通，所述进水中心管的另一端与进水管13相连。
作为本发明的一个实施方案，所述进水分布管14、环状布水管均为穿孔管，穿孔处的出水口上设有螺旋喷嘴。
作为本发明的一个实施方案，所述回流水布水装置包括回流水进水管11、与回流水进水管11相连的回流水分布管12以及若干个环状回流水布水管;所述若干个环状回流水布水管并列排布组合形成倒锥形结构，所述若干个环状回流水布水管分别与回流水分布管12固定且连通;所述回流水分布管12为多根呈辐射状排布设于倒锥形结构内表面的回流水分布管12，各回流水分布管12的一端在倒锥形结构的顶点汇合后与回流水进水管11相连通，另一端位于倒锥形结构的底部圆截面上，且端口封闭。
作为本发明的一个实施方案，所述回流水分布管12、环状回流水布水管均为穿孔管，穿孔处的出水口上设有螺旋喷嘴。
作为本发明的一个实施方案，所述回流水布水装置的回流水进水管11、进水布水装置的进水管13分别与变频水泵经管道相连。
作为本发明的一个实施方案，所述气体收集系统包括设于一级三相分离器8上方的第一气体收集装置7和设于二级三相分离器5上方的第二气体收集装置4;所述第一气体收集装置7、第二气体收集装置4分别与气液分离器1的气体进口相连;所述第一气体收集装置7、第二气体收集装置4分别包括气体收集总管和分别设于三相分离器各斜板顶部的若干气体收集支管;所述气体收集支管与气体收集总管相连通。
作为本发明的一个实施方案，所述回流集水系统为平行设于二级三相分离器5的下方的同向流线型回流集水装置;包括与外回流管16相连的回流集水总管6以及若干回流集水支管18，所述回流集水支管18间隔设置在回流集水总管6的两侧，所述回流集水支管18远离回流集水总管6的一端为封闭端;所述外回流管16的另一端与回流水布水装置的回流水进水管11相连。
作为本发明的一个实施方案，所述出水装置设于二级三相分离器的上方，包括出水总管19和若干平行设置的出水堰3，所述出水总管19垂直于各出水堰3并与各出水堰3相连;所述出水总管19与位于反应器室体外的出水管道15相连。
作为本发明的一个实施方案，所述一级三相分离器8和二级三相分离器5均为表面消能型小间距斜板式三相分离器;所述表面消能型小间距斜板式三相分离器的斜板区设有第一斜板单元和位于第一斜板单元上方的第二斜板单元;所述第一斜板单元包括若干均匀间隔设置的第一倒V形斜板组合，所述第一倒V形斜板组合是由两块长斜板顶部相接构成，所述两块长斜板与二者底部连线构成等边三角形;所述第二斜板单元包括若干均匀间隔设置的第二倒V形斜板组合，该第二倒V形斜板组合是由两块短斜板顶部相接构成，所述两块短斜板与二者底部连线构成等边三角形;所述第二倒V形斜板组合分别间隔设置在相邻的两个第一倒V形斜板组合之间的上方。
作为本发明的一个具体实施方案，所述第一倒V形斜板组合中长斜板的长度为1250～1450mm，对应的等边三角形中斜边与底边的比值为27:31，相邻第一倒V形斜板组合的间距为400～500mm;所述第二倒V形斜板组合中短斜板的长度为700～900mm，对应的等边三角形中斜边与底边的比值为20:23，相邻第二倒V形斜板组合的间距为(490～590)*2mm;所述第二倒V形斜板组合的顶部高出第一倒V形斜板组合顶部280～360mm。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1、适应负荷范围广——可满足中低浓度废水的厌氧处理要求：
本发明的CAR反应器通过特定的立体旋流布水系统、三相分离器、出水装置的设置形成多相多层级流场的设计，在旋流区可以利用低回流量实现污水与厌氧污泥的充分混合与悬浮;在静沉区则通过多级消能使出水区的表面负荷基本与沉淀池一致，可减少絮状污泥的流失;从而使中低浓度废水的高效厌氧降解成为可能。
2、污泥活性高、无污泥流失：
废水中含有悬浮无机物质，会在UASB等流速较慢的反应器内发生累积，将厌氧污泥逐渐置换，最终使厌氧反应器的运行效果恶化乃至失效。而在本发明的CAR反应器中，通过独有设计的倒锥形回流水布水管、进水布水管结合布水管上的出水口设置的螺旋喷嘴，以及变频水泵提供合理的旋流的流速和脉冲上升流速，可以保持合适密度活性高的有机污泥的悬浮状态，出水区上升流速低，使得反应器内颗粒污泥和絮状污泥并存，无机污泥沉积物可以从底部排出反应器;
还可进一步通过实时监控与联动控制技术能有效控制反应器内的内外回流总量在设计合理范围内，保持反应器内的流场稳定，多级消能三相分离器能有效分离产气，使出水上升流速基本与沉淀池一致，从而保障出水污泥不被上升流与气流挟带流失。
3、高径比适中，基建投资省：
大高径比是保障厌氧反应器内有较高的上升流速从而使床层膨胀的重要手段，但高径比对占地的减少和对结构成本有一个最优解，EGSB、IC反应器过高大幅增加了造价。而本发明的CAR反应器具有与EGSB相当的容积负荷，集两级串联厌氧反应和三相分离及沉淀于一体，结构紧凑(本发明的CAR反应器的高径比为1.5～1.8:1)，占地面积省的同时反应器的基建投资也较EGSB和IC低。
4、容积负荷率高、降解效果好：
本发明的CAR反应器出水区上升流速低，使得反应器内颗粒污泥和絮状污泥并存，生物量大，污泥龄长，特别是由于利用内、外循环制造旋流过程，水泥之间混合良好，传质效果好;旋流过程流程较上升流程长，因而沿程降解效果更优;本发明的消能型三相分离器能吸附气泡表面能，减少负荷高时的气体造成的上升流，有利于高负荷时的上升表面负荷控制;出水区上升流速低，使得反应器内颗粒污泥和絮状污泥并存、容积负荷率不受污泥流失限制。
5、运行稳定性好：
本发明的CAR反应器相当于有上、下两个厌氧反应器及一个沉淀池串联运行，下级反应区具有很高的有机负荷率，起“粗”处理作用，上级反应器的负荷低，起“精”处理作用。多级串联处理工艺比单级处理的稳定性好，出水水质稳定;
内外循环的液体量相当于第二级厌氧出水和产甲烷污泥的回流，能充分地调节进水的水质，缓冲进水pH值和毒性等问题，减少进水投药量，提高运行稳定性的同时降低运行费用。
控制系统可以实时监控下降管流量(包括分离液回流管中分离液流量)、产气量(包括气体收集总管的气体量)、进水量数据，结合变频水泵实时调整外部回流量，从而保持反应器内能量场和流场稳定，防止由于进水水质水量条件变化造成的产气量和下降流的变化对内部能量场和流场的破坏，保障系统在进水水质和水量波动处理效能和出水水质的稳定性。（发明人林媛媛;俞阜东;吴伟;朱艳臣;杨继飞;郑国益;王远;施佳瑾;陈梦瑶）
