申请日2010.07.12
公开(公告)日2012.05.23
IPC分类号C02F3/28; C02F103/28; B01D21/00
摘要
本发明涉及一种反应器，其用于厌氧净化废水(1)、特别是来自造纸工业的废水(1)，其包括反应器容器，该反应器容器具有至少一个用于将待净化的废水(1)引入所述反应器中的入口(2)、至少一个用于排出净化水的出口(3)、至少一个沉降物排放口(4)以及至少两个叠加设置的多相分离装置(5，6)。此时，反应器的功率可以在消耗尽可能少的情况下通过至少两个多相分离装置(5，6)以不同的方式构成而得到提高。
翻译权利要求书
1.一种反应器，其用于厌氧净化废水(1)、特别是来自造纸工业的废水 (1)，其包括反应器容器，该反应器容器具有至少一个用于将待净化的废水(1) 引入所述反应器中的入口(2)、至少一个用于排出净化水的出口(3)、至少一 个沉降物排放口(4)以及至少两个叠加设置的多相分离装置(5，6)，
其特征在于，
至少两个多相分离装置(5，6)以不同的方式构成。
2.根据权利要求1的反应器，
其特征在于，
所述下部、优选最下部多相分离装置(5)构成为三相分离装置。
3.根据权利要求1或2的反应器，
其特征在于，
所述下部、优选最下部多相分离装置(5)包括气罩(7)。
4.根据前述权利要求中任一项的反应器，
其特征在于，
所述下部、优选最下部多相分离装置(5)包括引导构件(8)。
5.根据权利要求4的反应器，
其特征在于，
所述引导构件(8)设置在相邻的气罩(7)之间的间隔的下方。
6.根据前述权利要求中任一项的反应器，
其特征在于，
所述上部、优选最上部多相分离装置(6)构成为两相分离装置。
7.根据前述权利要求中任一项的反应器，
其特征在于，
所述上部、优选最上部多相分离装置(6)由引导构件(9)形成。
8.根据权利要求7的反应器，
其特征在于，
所述引导构件(9)由层状分离器的薄层形成。
9.根据权利要求7或8的反应器，
其特征在于，
所述引导构件(9)分布设置在所述反应器容器的整个截面上。
10.根据权利要求7或8的反应器，
其特征在于，
所述引导构件(9)仅分布设置在所述反应器容器的一部分截面、优选中心 截面上。
11.根据权利要求10的反应器，
其特征在于，
在所述引导构件(9)的下方设置气体导出构件(10)。
12.根据前述权利要求中任一项的反应器，
其特征在于，
在最上部多相分离装置(6)的上方存在出口(3)用于排出净化水。
13.根据前述权利要求中任一项的反应器，
其特征在于，
反应器容器上部中的流出口(3，16)为所述上部、优选最上部多相分离装 置(6)的部分。
14.根据权利要求13所述的反应器，
其特征在于，
经流出口(3)的筛(11)泵抽出净化水。
15.根据权利要求13所述的反应器，
其特征在于，
流出口(16)通向分离容器(12)，在分离容器(12)中装料高度基本低于所述 流出口(16)的入口，其中所述分离容器(12)的上部与排气管道(13)连接，其最 下部与管道(14)连接用于将生物质回流至反应器的下部，净化水的出口(3)位 于所述生物质-管道(14)和所述装料高度之间。
16.根据前述权利要求中任一项的反应器，
其特征在于，
连接排气管道的气密性气体收集室(15)存在于反应器容器的上部中。
17.根据前述权利要求中任一项的反应器，
其特征在于，
所述反应器具有仅两个多相分离装置(5，6)。
18.根据前述权利要求中任一项的反应器，
其特征在于，
至少一个多相分离装置(5，6)，优选上部、特别是最上部多相分离装置覆 盖反应器截面的仅一部分。
说明书
具有多相分离装置的用于厌氧净化废水的反应器
本发明涉及一种反应器，其用于厌氧净化废水、特别是来自造纸工业的 废水，其包括反应器容器，该反应器容器具有至少一个用于将待净化的废水 引入所述反应器中的入口、至少一个用于排出净化水的出口、至少一个沉降 物排放口以及至少两个叠加设置的多相分离装置。
对于废水净化，已知有多种机械方法、化学方法以及生物方法和相应的 反应器。在生物废水净化方法中，待净化的废水与需氧或厌氧的微生物接触， 在废水中含有的有机杂质在需氧微生物的情况中主要降解成二氧化碳、生物 质和水，在厌氧微生物的情况中主要降解成二氧化碳和甲烷和仅小部分的生 物质。
近年来，生物废水净化方法越来越多地使用厌氧微生物进行，因为在厌 氧废水净化的情况中无需高能量消耗地向生物反应器中输入氧，在净化时生 成了富能的生物气，接着可以使用将该生物气用于产生能量，并生成显著少 量的残余污泥
根据所使用生物质的种类和形式，将用于厌氧废水净化的反应器分为接 触污泥反应器(Kontaktschlammreaktor)、UASB-反应器、EGSB-反应器、固定 床反应器(Festbettreaktor)和流化床反应器(Fliessbettreaktor)。
固定床反应器中的微生物附着在位置固定的载体材料上，流化床反应器 中的微生物附着在自由移动的小型的载体材料上，而在UASB反应器和 EGSB反应器中的微生物以所谓颗粒形式使用。与UASB(上流式厌氧污泥 床(upflow anaerobic Sludge blanket);anaerobe)-反应器 不同，EGSB-(膨胀颗粒污泥床(expandedSludge bed);expandierte， Schlammbett)-反应器更高，并且在相同的体积下具有明显更小的基 面。
在UASB和EGSB-反应器中，经反应器区域下部中的入口连续地向反 应器中引入待净化的废水或者待净化废水与来自厌氧反应器出口的净化废 水的混合物，并且流经位于入口上方的、含有微生物颗粒的污泥床 (Schlammbett)。
在分解来自废水的有机化合物时，微生物特别形成了含甲烷和二氧化碳 的气体(其也称为生物气)，该气体的部分以小气泡的形式积聚在微生物颗粒 上，部分以游离气泡的形式在反应器中向上升。颗粒的比重由于积聚的气泡 而下降，由此颗粒在反应器中向上升。为了将形成的生物气和上升的颗粒从 水中分开，在反应器的中部和/或上部设置有至少为气罩形式的分离器，在 其脊下收集构成气垫的生物气，在该气垫下存在由微生物颗粒和废水形成的 浮动层。不含气体和微生物颗粒的净化水在反应器中向上升，并且在反应器 的上端经溢出口排放出(abziehen)。这种方法和相应的反应器例如记载于EP 0 170 332 A和EP 1 071 636 B中。
在用于厌氧废水处理的大功率反应器(Hochlastreaktor)中通常使用2个 三相分离装置。这些三相分离装置由交错(versetzt)叠加设置的气体收集罩构 成，在该气体收集罩下收集上升的生物气气泡和上升的颗粒状生物污泥(颗 粒)。如已经所述的，将气体从罩导出。颗粒状的生物质或者释放出附着其 上的气体并且然后再次下沉至反应器底部，或者作为气体/水/颗粒混合物经 过管道体系引入反应器顶部上的气体分离装置中并再次经受剪切力。由此气 体被生物质溶解，并且颗粒污泥再次返回到加工过程中。
上部三相分离装置一般也形成反应器的顶盖。
本发明的任务是提高反应器的功率且消耗尽可能得少。
根据本发明，该任务通过至少两个多相分离装置以不同的方式构成得以 解决。由此，多相分离装置的构造可以更好地适配反应器容器在建造位置处 的实际情况(Gegebenheiten am Einbauort)以及特定的与此相连的目的。
下部多相分离装置在反应器下部区域中封闭大功率区域(Hochlastzone)， 该下部多相分离装置的优选任务在于分离出大部分所生成的生物气。在此必 须确保捕获出现的气体量，并且将气体/污泥/水混合物安全地引入内部循环 回路。该内部的再循环回路包括气压泵(Mammutpumpe)，其通向反应器顶部 上的气体分离装置中。该分离出的气体/水混合物从此处经下降管道 (Fallleitung)再次抵达下部的多相分离装置下的区域。
上部的多相分离装置主要确保以下目的，澄清水不携带出颗粒状生物 质。该上部的多相分离装置不连接至内部再循环回路。因此，分离出来的颗 粒状生物质在多数情况下仅通过沉降再次返回到加工过程中。如果悬浮液上 方的空间设计成气密性的，那么不需要单独捕获气体，因为气体会自发地进 入气体收集室中。
通过具体适配的多相分离装置，可以在多相分离装置之间放弃镇静段 (Beruhigungszone)。
在该镇静段中，悬浮液的流动是相当的从而确保上部 的多相分离装置的好的作用。但是由此也损失了可以供实际转化过程使用的 槽容积(Tankvolumen)。
此外，通过本发明还可行的是，至少多相分离装置，优选上部、特别是 最上部的多相分离装置覆盖仅反应器截面的一部分，这降低了制造成本。
至少一个下部的、优选最下部的多相分离装置可以构造成三相分离装 置，其具有由气罩以及优选还有引导构件所构成的系统。
该三相分离装置应当在尽可能大的自由(frei)液压穿透面(hydraulische )情况下捕获上升气体，并且导入气体收集装置中，可以从该 气体收集装置排出气体。
对此，在相邻气罩之间的间隔下方设置引导构件是有利的。
因此，对于生物质和水的分离足够的是，至少一个上部、优选最上部的 多相分离装置只构造为两相分离装置，这提供了尽可能大的澄清面积
在一个特别简化的实施方案中，该两相分离装置仅由或至少基本上由引 导构件构成。
此时该引导构件优选由层状分离器的薄层形成。
为了节省空间，层状分离器应当设计为具有非常低的建筑高度
层状分离器可以设计为平板形式，或者为彼此可插入的多角构件形式。
依据需求和实际情况，有利的或需求的是所述引导构件设置为分布在反 应器容器的整个截面上，或者仅分布在反应器容器的一部分、优选中心部分 的截面上。
如果层状分离器小于反应器的截面，那么该层状分离器应该如此设计： 在具体的液压条件下实现最优化地分离生物质。在这种情况下，必须通过合 适的措施，特别是通过设置在引导构件下方的气体导出构件避免上升的气体 进入层状分离器中。
首先，如果层状分离器小于反应器截面，那么一般而言，在反应器容器 的上部中存在有气密性气体收集室，该气体收集室与排气管道连接，从而上 升的生物气确定地在气体系统中被捕获。
在最上部的多相分离装置上存在至少一个用于排出净化水的出口。
通过精心设计的上部两相分离装置，该厌氧反应器可以高于常规反应器 的上升速度(Aufstiegsgeschwindigkeit)运行。
由于该沉降过程不会被可能存在的残余生物气所干扰，因此有利的是， 在实际的多相分离装置前面构造一个区域，在该区域中悬浮液受到更高的剪 切力。在该区域中，仍附着在生物质上的生物气被剪切下来，从而改善了颗 粒状生物质的沉降性质。
这可以例如通过局部提高的流动速度、频繁的转向或干扰(Schikanen)在 处理水流中进行。对此，该多相分离装置可以如下设计：下沉的颗粒状生物 质再次进入加工过程中。
由于在该方案中镇静段(Beruhigungszone)可以非常快地发生(ausfallen)， 因此下部和上部的多相分离装置也可以彼此连接，并且节省了建造成本。
可替换地或可补充地，有利的是反应器容器上部中的至少一个流出口为 上部的、优选最上部的多相分离装置的部分。
这使得净化水可以经过流出口中的筛泵抽出，其中所述筛可以保留轻的 生物质。在此，所述筛可以设置具有净化设备，其同时生成必需的脉冲，从 而将气体从颗粒状生物质上剪切下来(abscheren)。
对此，还可以通过供使用的大地测量能量生成驱动能量。
对此的一个备选方案提供了生物质和水的分离以及在低速(leicht)离心 场中分开。但是，此时产生的剪切力不应当太高以至于损害生物污泥。在该 离心场中，分离出来的气体移入中心。生物质伴随重的级分分离出来，并且 可以输送回加工过程中。
作为这种分离器的驱动落差(treibendes)，该反应器的大地测量高 度同样是足够的。
在大多数使用情况中，具有仅两个多相分离装置的反应器就足够了，这 样就限制了消耗。但是根据需要，分离装置的数量完全可以更多。
