申请日2015.10.29
公开(公告)日2015.12.23
IPC分类号C02F3/28
摘要
本发明涉及一种结构改进型的上流式厌氧污泥床反应器，包括反应器壳体，所述反应器壳体内由下至上间隔设置有Ⅰ级三相分离器和Ⅱ级三相分离器，所述Ⅰ级三相分离器与所述反应器壳体的底部之间为高密度反应区，所述Ⅰ、Ⅱ级三相分离器之间为低密度反应区，所述II级三相分离器与所述反应器壳体的顶部之间依次为沉淀区和沼气收集区，所述Ⅰ、Ⅱ级三相分离器的气相出口分别通过中心提升管Ⅰ、Ⅱ延伸至所述沼气收集区，中心提升管I在中心提升管Ⅱ中间穿过。本发明能够用于炼油、化工领域的高浓度有机废水厌氧生化处理，且具有较高的分离效率，并能获得较好的分离效果。
摘要附图
权利要求书
1.一种结构改进型的上流式厌氧污泥床反应器，包括反应器壳体，其特征在于在所述反应器壳体的内部，由下至上间隔设置有Ⅰ级三相分离器和Ⅱ级三相分离器，所述Ⅰ级三相分离器与所述反应器壳体的底部之间为高密度反应区，所述Ⅰ、Ⅱ级三相分离器之间为低密度反应区，所述II级三相分离器与所述反应器壳体的顶部之间依次为沉淀区和沼气收集区，所述Ⅰ、Ⅱ级三相分离器的气相出口分别通过中心提升管Ⅰ、Ⅱ延伸至所述沼气收集区，所述中心提升管I在所述中心提升管Ⅱ中间穿过，所述中央提升管I的管孔构成所述I级三相分离器的气相流通道，所述中心提升管Ⅰ、Ⅱ之间的环形间隙构成所述II级三相分离器的气相流通道。
2.如权利要求1所述的结构改进型的上流式厌氧污泥床反应器，其特征在于所述高密度反应区的底部设有布水器，反应器的进水管接入所述布水器，所述沼气收集区内设有集水用的围堰，所述中心提升管Ⅰ、Ⅱ上端的出水口均连通所述围堰内的集水空间，所述低密度反应区与高密度反应区之间设有内回流管，所述内回流管的上端连通所述低密度反应区，下端接入所述布水器，所述围堰与高密度反应区之间设有外回流管，所述外回流管的上端连通所述围堰内的集水空间，下端连通所述高密度反应区。
3.如权利要求2所述的结构改进型的上流式厌氧污泥床反应器，其特征在于每级三相分离器均包括挡板、集气板和周向连续的环形脊板，所述集气板和挡板呈上小下大的锥形筒状，位于所述反应器壳体内的水平向中央部位且与所述反应器壳体的内壁之间留有环形间隙，所述集气板的上端口与相应的中心提升管的下端口连通，所述挡板固定安装在所述集气板的下方并与所述集气板之间留有锥形环隙，所述脊板位于所述挡板的下方且与所述挡板之间留有环形间隙，其外周固定贴合在所述反应器壳体的内壁上，形成反应器壳体内壁上的环形内凸结构，所述脊板内凸表面的下部为上小下大的内锥面。
4.如权利要求3所述的结构改进型的上流式厌氧污泥床反应器，其特征在于当所述反应器壳体的横截面呈多边形时，所述挡板和集气板呈与所述多边形对应的多棱锥形筒状，当所述反应器壳体的横截面呈圆形时，所述挡板和集气板呈圆锥形筒状。
5.如权利要求4所述的结构改进型的上流式厌氧污泥床反应器，其特征在于所述集气板为两层或三层结构，层与层之间通过杆状结构连接，且层与层之间留有锥形环隙。
6.如权利要求5所述的结构改进型的上流式厌氧污泥床反应器，其特征在于所述内回流管和外回流管的回流比为100%-3000%，反应器内流速范围在4m/h-20m/h，所述回流比和所述流速通过分别调节设置在所述内回流管和外回流管上的流量调节阀的开度实现。
7.如权利要求1-6中任意一项权利要求所述的结构改进型的上流式厌氧污泥床反应器，其特征在于所述高密度反应区内设有厌氧颗粒污泥床层，其微生物介质是厌氧颗粒污泥，所述低密度反应区的微生物介质是絮状厌氧污泥，所述厌氧颗粒污泥是经过如下培养方法得到的厌氧颗粒污泥：步骤(1)驯化，取污水处理场生化工艺的兼性污泥作为接种污泥;用乙酸钠溶液作为培养初期的有机基质，随着培养的进行，向有机基质中加入炼油、化工废水并逐渐增加炼油、化工废水的掺合比例直至以炼油、化工废水作为全部的培养用有机基质进行驯化培养，并保持有机基质的CODcr值为2000mg/L至5000mg/L范围内的一个定值;步骤(2)颗粒化，向驯化后的厌氧污泥中多批次投加丙烯酰胺聚合物和草炭土以促进厌氧污泥颗粒化，每批次投加顺序为先草炭土后丙烯酰胺聚合物，每升培养体系中草炭土和丙烯酰胺聚合物的总投加量分别为500mg-1000mg和50mg-100mg。
8.如权利要求7所述的结构改进型的上流式厌氧污泥床反应器，其特征在于驯化步骤中，通过投加质量浓度在50g/L至100g/L范围内的NaHCO3溶液把培养体系的碱度值控制在2500mg/L至5500mg/L范围内;通过投加质量浓度在30g/L至50g/L范围内的NaOH溶液把培养体系的pH值控制在6.5至7.5范围内;向培养体系中投加营养母液，每升培养体系中投加8mL至12mL的营养母液，每升营养母液中含有100g至180g的NH4Cl、15g至40g的KH2PO4、2g至10g的CaCl2·2H2O和2g至15g的MgSO4·4H2O，其余为水;向培养体系中投加微量元素母液，每升培养体系中投加1mL至2mL的微量元素母液，每升微量元素母液中含有1000mg至3000mg的FeCl3·4H2O，1000mg至3000mg的CoCl2·6H2O，500mg至1500mg的EDTA，200mg至1000mg的MnCl2·4H2O，50mg至200mg的Na2SeO3·5H2O，50mg至100mg的(NH4)6Mo7O24·4H2O，20mg至60mg的NiCl2·6H2O，10mg至60mg的H3BO3，40mg至60mg的ZnCl2，20mg至40mg的CuCl2·2H2O，其余为水。
9.如权利要求8所述的结构改进型的上流式厌氧污泥床反应器，其特征在于草炭土的堆积密度>0.6kg/L，腐殖酸含量>40%，pH值为5.5至6.5，粒径范围为100目至300目;丙烯酰胺聚合物的阳离子度为40%至60%，相对分子质量范围为800万至1200万。
10.如权利要求9所述的结构改进型的上流式厌氧污泥床反应器，其特征在于驯化周期为10至30天;当每升培养体系的产气速率>40mL/d、甲烷体积分数>75%、厌氧污泥浓度>8g/L以及厌氧污泥的粒径中值>50μm时，结束驯化;颗粒化周期为30至60天;当培养体系的比产甲烷活性>0.2LCH4/g(VSS·d)、厌氧颗粒污泥的浓度达到>20g/L以及厌氧颗粒污泥的粒径范围达到0.12mm至5.0mm时，结束颗粒化。
说明书
结构改进型的上流式厌氧污泥床反应器
技术领域
本发明涉及一种厌氧生化处理装置，尤其是一种适于高浓度有机废水厌氧生化处理的装置，属于废水处理技术领域。
背景技术
在各类型高效厌氧反应器中，上流式厌氧污泥反应床(UASB)在污水处理领域的应用最为广泛，但主要集中在食品废水、啤酒废水、城市废水等易降解类型的废水。当将UASB应用于炼油、化工废水时，复杂的有机污染组成加上频繁的水质水量冲击，使得高效厌氧污泥体系，特别是厌氧颗粒污泥的形成非常困难，而且还存在厌氧颗粒污泥流失、厌氧污泥浓度难以提高、微生物-污染物传质效率下降以及有机容积负荷率低等缺陷。对于炼油、化工废水，高效厌氧处理不仅需要突破炼油、化工废水中污染物组成对厌氧污泥颗粒化的不利影响;还要对UASB反应器进行三相分离器的改进，以提供形成高效厌氧污泥体系的工程化条件。
发明内容
为了克服现有技术下的上述缺陷，本发明的目的在于提供一种结构改进型的上流式厌氧污泥床反应器，该反应器能够用于炼油、化工领域的高浓度有机废水厌氧生化处理，且具有较高的分离效率，并能获得较好的分离效果。
本发明的技术方案是：
一种结构改进型的上流式厌氧污泥床反应器，包括反应器壳体，在所述反应器壳体的内部，由下至上间隔设置有Ⅰ级三相分离器和Ⅱ级三相分离器，所述Ⅰ级三相分离器与所述反应器壳体的底部之间为高密度反应区，所述Ⅰ、Ⅱ级三相分离器之间为低密度反应区，所述II级三相分离器与所述反应器壳体的顶部之间依次为沉淀区和沼气收集区，所述Ⅰ、Ⅱ级三相分离器的气相出口分别通过中心提升管Ⅰ、Ⅱ延伸至所述沼气收集区，所述中心提升管I在所述中心提升管Ⅱ中间穿过，所述中央提升管I的管孔构成所述I级三相分离器的气相流通道，所述中心提升管Ⅰ、Ⅱ之间的环形间隙构成所述II级三相分离器的气相流通道，所述反应器的进水管通过可以安装在反应器壳体的侧面，穿过反应器壳体侧壁，里端连接所述布水器，外端用于连接待处理水的输送管道。
所述高密度反应区的底部优选设有布水器，反应器的进水管接入所述布水器。
所述沼气收集区内可以设有集水用的围堰，所述中心提升管Ⅰ、Ⅱ上端的出水口均连通所述围堰内的集水空间，所述围堰、中央提升管I、II的出水部分形成沼气收集分离器或沼气收集分离器的主要部分。
所述低密度反应区与高密度反应区之间可以设有内回流管，所述内回流管的上端连通所述低密度反应区，下端接入所述布水器，所述内回流管的具体安装位置可以依据实际需要设定。
所述围堰与高密度反应区之间可以设有外回流管，所述外回流管的上端连通所述围堰内的集水空间，下端连通所述高密度反应区，所述外回流管的具体安装位置可以依据实际需要设定。
优选地，各所述三相分离器(每级三相分离器)均包括挡板、集气板和周向连续的环形脊板，所述集气板和挡板呈上小下大的锥形筒状，位于所述反应器壳体内的水平向中央部位且与所述反应器壳体的内壁之间留有环形间隙，所述集气板的上端口与相应的中心提升管的下端口连通，所述挡板固定安装在所述集气板的下方并与所述集气板之间留有锥形环隙，所述脊板位于所述挡板的下方且与所述挡板之间留有环形间隙，其外周固定贴合在所述反应器壳体的内壁上，形成反应器壳体内壁上的环形内凸结构，所述脊板的内凸表面的下部优选为上小下大的内锥面。
所述挡板和集气板的形状可与反应器壳体形状相适应，其横截面与反应器壳体的横截面呈相似的形状，例如，当所述反应器壳体的横截面呈多边形时，所述挡板和集气板呈与所述多边形对应的多棱锥形筒状，当所述反应器壳体的横截面呈圆形时，所述挡板和集气板呈圆锥形筒状。
所述集气板可以为两层或三层结构，层与层之间可以通过杆状结构连接，且层与层之间留有锥形环隙。
所述内回流管和外回流管的回流比优选为100%-3000%(含端值)，反应器内流速范围优选为4m/h-20m/h(含端值)，所述回流比和所述流速可通过分别调节设置在所述内回流管和外回流管上的流量调节阀的开度实现。
对于前述任意一种所述的结构改进型的上流式厌氧污泥床反应器，所述高密度反应区内设有厌氧颗粒污泥床层，其微生物介质是厌氧颗粒污泥，所述低密度反应区的微生物介质是絮状厌氧污泥，所述厌氧颗粒污泥采用经过如下培养方法得到的针对炼油和化工废水生化处理用的厌氧颗粒污泥：步骤(1)驯化，取污水处理场生化工艺的兼性污泥作为接种污泥;用乙酸钠溶液作为培养初期的有机基质，随着培养的进行，向有机基质中加入炼油、化工废水并逐渐增加炼油、化工废水的掺合比例直至以炼油、化工废水作为全部的培养用有机基质进行驯化培养，并保持有机基质的CODcr值为2000mg/L至5000mg/L范围内的一个定值;步骤(2)颗粒化，向驯化后的厌氧污泥中多批次投加丙烯酰胺聚合物和草炭土以促进厌氧污泥颗粒化，每批次投加顺序为先草炭土后丙烯酰胺聚合物，每升培养体系中草炭土和丙烯酰胺聚合物的总投加量分别为500mg-1000mg和50mg-100mg。
驯化步骤中，优选通过投加质量浓度在50g/L至100g/L范围内的NaHCO3溶液把培养体系的碱度值控制在2500mg/L至5500mg/L范围内;通过投加质量浓度在30g/L至50g/L范围内的NaOH溶液把培养体系的pH值控制在6.5至7.5范围内;同时，向培养体系中投加营养母液，每升培养体系中可以投加8mL至12mL的营养母液，每升营养母液中优选含有100g至180g的NH4Cl、15g至40g的KH2PO4、2g至10g的CaCl2·2H2O和2g至15g的MgSO4·4H2O，其余为水;向培养体系中投加微量元素母液，每升培养体系中可以投加1mL至2mL的微量元素母液，每升微量元素母液中优选含有1000mg至3000mg的FeCl3·4H2O，1000mg至3000mg的CoCl2·6H2O，500mg至1500mg的EDTA，200mg至1000mg的MnCl2·4H2O，50mg至200mg的Na2SeO3·5H2O，50mg至100mg的(NH4)6Mo7O24·4H2O，20mg至60mg的NiCl2·6H2O，10mg至60mg的H3BO3，40mg至60mg的ZnCl2，20mg至40mg的CuCl2·2H2O，其余为水。
所述草炭土优选采用堆积密度>0.6kg/L，腐殖酸含量>40%，pH值为5.5至6.5，粒径范围为100目至300目的草炭土;所述丙烯酰胺聚合物优选采用阳离子度为40%至60%，相对分子质量范围为800万至1200万的丙烯酰胺聚合物。
驯化周期可以为10至30天;当每升培养体系的产气速率>40mL/d、甲烷体积分数>75%、厌氧污泥浓度>8g/L以及厌氧污泥的粒径中值>50μm时，即可结束驯化;颗粒化周期可以为30至60天;当培养体系的比产甲烷活性>0.2LCH4/g(VSS·d)、厌氧颗粒污泥的浓度达到>20g/L以及厌氧颗粒污泥的粒径范围达到0.12mm至5.0mm时，即可结束颗粒化。
本发明的有益效果为：
由于设置两级反应区(即高密度反应区和低密度反应区)，以相对高密度、高浓度的厌氧颗粒污泥处理高浓度污染物，以相对低密度、低浓度的悬浮厌氧污泥处理低浓度污染物，从而形成稳定的、最优化的厌氧菌群结构并发挥最大处理效能，更彻底地转化有机污染物。
由于密度差异，厌氧颗粒污泥主要集中在反应器中下部，悬浮厌氧污泥主要集中在反应器的中上部，厌氧反应过程中，厌氧颗粒污泥会表面剥离形成悬浮厌氧污泥，悬浮厌氧污泥也可以重新形成高密度的颗粒化污泥。两种污泥存在平衡转化关系，因此，通过上述分区设置，还可有效控制厌氧微生物的流失，促进厌氧颗粒污泥的再生，而且对污染物的利用比较彻底。
设置回流，可显著增加高密度反应区液、固、气三相之间的扰动，增加厌氧颗粒污泥与污染物之间的传质效应，提升废水处理效能。设置内、外双回流，还可使在发生进水的负荷和毒性冲击时，提供增强的缓冲能力，保障稳定的微生物条件以及运行效果。
设置两级三相分离，可以实现多达六次的三相分离作用，因此具有非常高的分离效率。由于厌氧污泥有机会经历多次惯性分离在重力作用下发生沉降，因此避免了厌氧污泥的流失，从而维持了高效的厌氧反应。
