申请日2017.05.27
公开(公告)日2017.08.29
IPC分类号C02F3/28; C02F101/30
摘要
本发明公开一种高浓度有机污水处理用的射流厌氧生物反应器，包括反应器主体区和设于其两侧气体净化区和分离沉淀区;反应器主体区内通过喷射管道与射流器的出口端连接，射流器的进水端通过循环水管道与分离沉淀区连接，射流器的进气端通过生物气管道与气体净化区连接;反应器主体区的中部设有与分离沉淀区连通的混合液连接孔，分离沉淀区底部设有与反应器主体区底部连通的污泥回流孔。本射流厌氧生物反应器是通过反应器自身产生的生物气厌氧射流的形式实现反应器的流态化和污水污泥的完全均匀混合，由于生物气处于闭路循环状态，流态化效果受生物气产量影响小，可以适用于生化性较差的高浓有机废水的处理。
权利要求书
1.高浓度有机污水处理用的射流厌氧生物反应器，其特征在于，反应器内设有反应器主体区、气体净化区和分离沉淀区，气体净化区和分离沉淀区分别设于反应器主体区的两侧;反应器主体区内通过喷射管道与射流器的出口端连接，射流器的进水端通过循环水管道与分离沉淀区连接，射流器的进气端通过生物气管道与气体净化区连接;反应器主体区的中部设有与分离沉淀区连通的混合液连接孔，分离沉淀区底部设有与反应器主体区底部连通的污泥回流孔。
2.根据权利要求1所述高浓度有机污水处理用的射流厌氧生物反应器，其特征在于，所述反应器主体区为套管式结构，气体净化区和分离沉淀区均为设于反应器主体区外侧的箱体式结构。
3.根据权利要求1所述高浓度有机污水处理用的射流厌氧生物反应器，其特征在于，所述反应器主体区中设有提升区和下降区，提升区位于反应器主体区的中部，下降区位于反应器主体区的外周，提升区上部与下降区上部相通，提升区底部与下降区底部相通，喷射管道设于提升区内，且喷射管道的底端位于提升区的底部。
4.根据权利要求3所述高浓度有机污水处理用的射流厌氧生物反应器，其特征在于，所述反应器主体区的主体结构包括同轴设置的外管和内管，内管设于外管中部，内管的上端和下端均开放，内管下端与外管的底面之间留有混合液下流动空间，内管上端与外管的顶面之间留有混合液上流动空间;内管内部的区域形成提升区，内管外部与外管之间的环形区域形成下降区。
5.根据权利要求4所述高浓度有机污水处理用的射流厌氧生物反应器，其特征在于，所述外管和内管均为方管或圆管。
6.根据权利要求1所述高浓度有机污水处理用的射流厌氧生物反应器，其特征在于，所述气体净化区的主体结构包括由上至下依次设置的碱液多孔喷头、多孔填料、气体释放管和碱液贮存池，碱液多孔喷头喷出的碱液与气体释放管释放出的生物气反向流动，在多孔填料处进行气体净化，净化后的生物气由生物气管道送至射流器。
7.根据权利要求6所述高浓度有机污水处理用的射流厌氧生物反应器，其特征在于，所述反应器主体区内还设有贮气区，贮气区位于提升区和下降区的上方，贮气区与气体净化区的上部相通;贮气区内设有穿孔气体吸收管，穿孔气体吸收管通过吸气泵与气体释放管连接。
8.根据权利要求6所述高浓度有机污水处理用的射流厌氧生物反应器，其特征在于，所述碱液贮存池通过碱液循环泵与碱液多孔喷头连接。
9.根据权利要求1所述高浓度有机污水处理用的射流厌氧生物反应器，其特征在于，所述分离沉淀区包括由下至上依次设置的下部污泥区、中部缓冲区、上部斜板沉淀区和出水堰槽，下部污泥区通过污泥回流孔与反应器主体区的底部连通，中部缓冲区通过混合液连接孔与反应器主体区的中部连通，中部缓冲区的外侧壁设有混合液出水口，混合液出水口通过混合液循环泵与射流器连接，出水堰槽处外接出水槽。
10.根据权利要求1所述高浓度有机污水处理用的射流厌氧生物反应器，其特征在于，所述生物气管道上设有气体流量计，反应器主体区的顶部设有压力表和水封瓶，反应器主体区的底部设有进水管。
说明书
高浓度有机污水处理用的射流厌氧生物反应器
技术领域
本发明涉及污水处理技术领域，特别涉及一种高浓度有机污水处理用的射流厌氧生物反应器。
背景技术
废水厌氧处理工艺的实质是利用厌氧微生物的代谢特性，将废水中的有机物进行还原，同时产生甲烷等生物气的一种经济、有效的处理技术。随着经济的快速发展，环境污染和能源紧张的问题日益突出时，厌氧处理工艺作为一种低能耗的有机废水生物处理方法得到了普遍的重视和广泛的推广。厌氧处理技术不再仅仅是好氧处理工艺之外的一个补充工艺，它本身正在成为一种可以替代好氧法的有价值的处理方法。厌氧生物处理技术可以作为环境保护、能源回收与生态良性循环结合起来的综合系统的核心技术来发展，具有良好的环境与经济效益。在厌氧生物处理工艺发展过程中，厌氧处理反应器的开发一直是水处理领域的研究热点，到目前为止已经出现了三代厌氧反应器。第一代厌氧反应器为厌氧消化池，主要用污泥和粪便的消化;第二代厌氧反应器主要有厌氧过滤器(AF)，厌氧流化床(AFB)和上流式厌氧污泥床(UASB);第三代厌氧反应器是为了解决第二代反应器在运行中出现的短流、死角和堵塞等问题而设计，主要有厌氧颗粒污泥膨胀床(EGSB)、厌氧内循环反应器(IC)和厌氧折流板式反应器(ABR)等。但以上反应器在使用中都存在污泥分布不均匀，混合传质效果不好的问题，尤其是对于生化性不好或者含有厌氧过程抑制性物质时，甲烷产量会显著降低，极大了影响反应器的传质混合效果，COD和BOD5的去除率也相当低。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种高浓度有机污水处理用的射流厌氧生物反应器，通过气体提升作用同时实现废水和污泥的均匀混合与溶解性气体的吹脱分离，同时，该反应器因实现流体中污泥颗粒与处理的废水的异重流而解决传统流化床污泥分离差的缺点，实现高效的三相分离。
本发明的技术方案为：一种高浓度有机污水处理用的射流厌氧生物反应器，反应器内设有反应器主体区、气体净化区和分离沉淀区，气体净化区和分离沉淀区分别设于反应器主体区的两侧;反应器主体区内通过喷射管道与射流器的出口端连接，射流器的进水端通过循环水管道与分离沉淀区连接，射流器的进气端通过生物气管道与气体净化区连接;反应器主体区的中部设有与分离沉淀区连通的混合液连接孔，分离沉淀区底部设有与反应器主体区底部连通的污泥回流孔。
所述反应器主体区为套管式结构(即反应器主体区由2个管体相嵌套构成)，气体净化区和分离沉淀区均为设于反应器主体区外侧的箱体式结构中。
所述反应器主体区中设有提升区和下降区，提升区位于反应器主体区的中部，下降区位于反应器主体区的外周，提升区上部与下降区上部相通，提升区底部与下降区底部相通，喷射管道设于提升区内，且喷射管道的底端位于提升区的底部。
所述反应器主体区的主体结构包括同轴设置的外管和内管，内管设于外管中部，内管的上端和下端均开放，内管下端与外管的底面之间留有混合液下流动空间，内管上端与外管的顶面之间留有混合液上流动空间;内管内部的区域形成提升区，内管外部与外管之间的环形区域形成下降区。其中，提升区内的混合液向上流动，下降区内的混合液向下流动，混合液上流动空间和混合液下流动空间实现混合液流向的交换运动。
所述外管和内管均为方管或圆管。当外管和内管均为方管时，气体净化区和分离沉淀区为设于外管两侧的矩形箱体结构，下降区也对应为矩形的环形区域;当外管和内管均为圆管时，气体净化区和分离沉淀区分别为设于外管外周的半环形箱体结构，下降区也对应为圆环形区域。
所述气体净化区的主体结构包括由上至下依次设置的碱液多孔喷头、多孔填料、气体释放管和碱液贮存池，碱液多孔喷头喷出的碱液与气体释放管释放出的生物气反向流动，现实逆流接触，在多孔填料处进行气体净化，去除气体中的硫化氢等酸性组分，净化后的生物气由生物气管道送至射流器。
所述反应器主体区内还设有贮气区，贮气区位于提升区和下降区的上方，贮气区与气体净化区的上部相通;贮气区内设有穿孔气体吸收管，穿孔气体吸收管通过吸气泵与气体释放管连接。通过吸气泵将气体强制抽吸进入气体净化区底部释放，气体逆流与顶部喷淋下来的碱液接触，淋水填料显著增大了接触面积，强化了生物气中H2S等有害气体的吸收，净化后的气体在循环流量的推动下重新进入反应器主体区顶部，再通过生物气管道进入射流器而参与生物气射流循环。
所述碱液贮存池通过碱液循环泵与碱液多孔喷头连接，通过碱液循环泵抽取碱液贮存池中的碱液，送至碱液多孔喷头处喷淋使用，使碱液实现循环利用，从而达到节省资源的目的。
所述分离沉淀区包括由下至上依次设置的下部污泥区、中部缓冲区、上部斜板沉淀区和出水堰槽，下部污泥区通过污泥回流孔与反应器主体区的底部连通，中部缓冲区通过混合液连接孔与反应器主体区的中部连通，中部缓冲区的外侧壁设有混合液出水口，混合液出水口通过混合液循环泵与射流器连接，出水堰槽处外接出水槽。一定比例的混合液通过混合液出水口从反应器主体区流入中部缓冲区，经过缓冲和沉淀后，污泥被截留在下部污泥区中，混合液改变方向向上运动，进一步通过上部斜板沉淀区进行泥水分离，出水通过出水堰槽进入出水槽排出，而污泥在下部沉淀区底部经过适当浓缩而重新沿器壁滑落而重新进入主体反应区，实现了污泥的自动回流。混合液回流泵从分离沉淀区抽取混合液循环可以有效降低斜板沉淀区的表面负荷，更好实现泥水分离。
所述生物气管道上设有气体流量计，可实时检测反应器主体区内及气体净化区内的压力状况。反应器主体区的顶部设有压力表和水封瓶，通过水封瓶保持压力稳定，当压力超过水封瓶的平衡压力时，多余的气体可以自动释放而减压。反应器主体区的底部设有进水管，用于导入高浓度有机污水。
上述射流厌氧生物反应器的原理为：射流厌氧生物反应器用射流法将厌氧生物反应器内产生的生物气(Biogas)随回流液一并回流至反应器底部，使反应器的流化推动力从单一液流推动转变为气流紊动和液流推动相耦合，在降低液体回流比的同时大幅度提高反应器的流态化效果与传质性能，开发出射流厌氧新型生物流化床反应器处理高浓度有机废水。用厌氧发酵产生的气体，推动反应器液体内部循环流动，解决传统流化床流态化不好的问题，克服传统流化床污泥分离差的缺点，实现高效的三相分离，使反应器内的厌氧污泥浓度大幅度提高;实行低C/N厌氧运行和低浓度厌氧过程，并在厌氧流化床里实行高效低浓度厌氧氨氧化过程，使高浓度废水经厌氧处理后，能去除90%左右的COD和氨氮，降低好氧负荷，使好氧出水完全达标排放。
本发明相对于现有技术，具有以下有益效果：
本射流厌氧生物反应器是通过反应器自身产生的生物气厌氧射流的形式实现反应器的流态化和污水污泥的完全均匀混合，由于生物气处于闭路循环状态，流态化效果受生物气产量影响小，可以适用于生化性较差的高浓有机废水的处理。
本射流厌氧生物反应器利用厌氧反应过程所产生的生物气和分离区顶部出水回流混合进行射流，强化传质性能并降低了能耗，且液体流速可控为10～30m3/h，不容易发生堵塞。
本射流厌氧生物反应器因改变流体特性实现了反应器内气液两相的完全流态化，由实验证明，针对食品废水和造纸废水，在负荷为6kg COD/(m3·d)的条件下可获得稳定运行、达到产气与去除COD的综合效果，其与上流式厌氧污泥床(UASB)的对比运行效果可参见表1，表1中，(A)为食品废水，(B)为造纸废水。
