一种两段内循环一体式矩形厌氧消化器的制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种两段内循环一体式矩形厌氧消化器，包括循环反应区、分离区；所述反应器整体由侧壁围成长方体结构，反应器由下至上分别为循环反应区与分离区；所述的循环反应区由底板、侧壁下部围成；所述循环反应区内部由下至上为清空管、进料管、一管多枝立体布水器、下取样管、中取样管、上取样管、第一循环区对称折流板、第二循环区对称折流板、回流管、一管多枝立体布料器、左导流板、右导流板；所述分离区由下至上为集气板、集气孔板、溢流堰、集气管、出水管、气体循环管、顶盖和总集气管。本发明布料均匀、处理效率高、液固传质效果好、水力死区少、动力消耗低，同时可在反应器内形成两段内循环，稀释进水，耐有机负荷冲击能力强。
【专利说明】一种两段内循环一体式矩形厌氧消化器
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种两段内循环一体式矩形厌氧消化器，属于有机废物处理【技术领域】。
【背景技术】
[0002]废水厌氧生物处理技术由于具有容积负荷高、占地面积省、剩余污泥少和运行费用低等优点而被广泛应用于处理高浓度有机废水。它主要是利用厌氧性微生物的代谢特性，在毋须供氧的条件下，以被还原有机物作为受纳体，同时产生可再生能源沼气。厌氧生物反应器是厌氧生物处理工艺的核心载体，厌氧生物反应器的效能反映了厌氧生物处理工程的现有水平。
近年来厌氧反应器技术发展较快，尤其是自从上世纪70年代Lettinga等发明了升流式厌氧污泥床(UASB)为代表的第二代厌氧反应器，生产性的厌氧反应器已获广泛应用。据不完全统计，截止2001年，世界上已有2000多个不同类型的高效厌氧反应器用于造纸、印染、畜禽、食品等行业高浓度有机废水的处理。目前，随着工业用地的日益紧缺，占地少，负荷高的厌氧反应器的应用呈现上升趋势。因此，开发具有自主知识产权的高效厌氧反应器意义重大。
高效厌氧反应器中混合液的流态直接影响到固-液间传质效果，反应器中若存在沟流和死区会显著降低反应器的有效容积，使得实际水力停留时间远短于理论水力停留时间，影响废水处理的效率和效果。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是改善反应器内流态，并在反应器内形成两段水力循环，有效改善反应器水力特性,有效收集沼气等气体。
为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供了一种两段内循环一体式矩形厌氧消化器，包括壳体，其特征在于，壳体的内部空间由下至上至少分为循环反应区及分离区，循环反应区至少包括上下布置的两个循环区，由下至上分别为用于消耗碱度的第一循环区及用于产生碱度的第二循环区，至少在第一循环区内布置一第一布料器，有机废水通过设于壳体上的进料管经由第一布料器直接进入第一循环区内，有机废水在壳体内上升过程中自第一循环区溢出后，部分回流至第一循环区形成第一级循环，剩余部分则进入第二循环区，有机废水在上升过程中自第二循环区溢出后，部分回流至第二循环区形成第二级循环，剩余部分则回流至第一循环区后再经第二循环区形成两级内循环，经由进料管直接进入第一循环区，出第二循环区继续向上的液体及气体进入分离区；
分离区包括多个集气室，在集气室的上方设有溢流堰，由各个集气室收集的气体统一经由设于壳体顶部的总集气管排出。
优选地，用于形成所述第一循环区及所述第二循环区的机构的结构相同，包括左右对称布置的折流板，每块折流板均采用渐缩渐扩结构，每块折流板的前、后两侧边缘分别与所述壳体的前侧壁及后侧壁相连，两块折流板间形成所述第一循环区或所述第二循环区，通过两块折流板的渐缩渐扩结构使得所述第一循环区或所述第二循环区形成局部涡旋流态，两块折流板的左右两侧分别与所述壳体的左侧壁及右侧壁间留有回流空间。
优选地，每块所述折流板在中部弯折，弯折处的夹角α为110?130°。
优选地，在所述第二循环区内布置有第二布料器，第二布料器与设于所述壳体上的回流管相连通；
在所述壳体上设有气体循环管，气体循环管位于所述溢流堰的上方，在启动期和负荷较低时，气体循环管与回流管相连通，由所述集气室收集的气体中的部分通过气体循环管、回流管及第二布料器进入所述第二循环区以增加相间传质。
优选地，在所述壳体上靠近所述溢流堰的位置处设有出水管/液体循环管，进入所述溢流堰的液体或经由出水管/液体循环管直接出水，或者在需要对进水稀释的时候将所述出水管/液体循环管与所述回流管相连通以稀释进入所述壳体内的有机废水。
优选地，所述第一布料器与所述第二布料器的结构相同，包括总进料管，总进料管两侧均连通有多根横管及斜管，位于一侧的横管及斜管由疏到密间隔设置；
所述第一布料器与所述第二布料器布置至所述第一循环区及所述第二循环区内后，所述斜管均处于斜向下状态。
优选地，在所述循环反应区内还设有用于实现导气挡流功能的导气挡流结构，导气挡流结构位于所述第二循环区的上方。
优选地，所述导气挡流结构包括两块呈倒八字形布置的左导流板(9)及右导流板，左导流板及右导流板的前、后侧边缘分别与所述壳体的前侧壁与后侧壁相连；左导流板及右导流板与水平面间的夹角β均为30?45° ;左导流板及右导流板水平宽度与导气挡流结构的整体宽度之比均为(0.2?0.3):1。
优选地，所述集气室有四个，分别为一号集气室、二号集气室及三号集气室，由倾斜放置的一号集气板、二号集气板、三号集气板、四号集气板，及所述壳体，及左集气孔板、中集气孔板、右集气孔板围成，其中:
一号集气板、二号集气板、三号集气板、四号集气板与水平面夹角Y均为60?75° ；
位于两侧的一号集气板与所述壳体的左侧壁及位于上方的左集气孔板围成区域为一号集气室；位于两侧二号集气板与三号集气板及位于上方的中集气孔板围成区域为二号集气室；位于两侧的四号集气板与所述壳体的右壁及位于上方的右集气孔板所围成区域为三号集气室；
在左集气孔板、中集气孔板及右集气孔板上中部分别连接有左集气管、中集气管及右集气管；由一号集气室、二号集气室及三号集气室收集气体分别经由左集气管、中集气管及右集气管进入所述总集气管。
优选地，所述溢流堰为矩形锯齿形结构，位于所述左集气孔板、中集气孔板及右集气孔板的顶面，且与其呈正交布置；所述溢流堰的左、右两侧边缘分别与所述壳体的左、右两侧壁相连，所述溢流堰的前、后两侧分别与所述壳体的前、后两侧壁间留有间隙。
由于采用了上述的技术方案，本发明与现有技术相比，具有以下的创新点与积极效果:
1、本发明进料管直接进入第一循环区，省去布水区，有效节约了空间，增大了反应器有效体积。
2、本发明的一管多枝立体布水器制作简单，耗材少，水头损失小，能保证均匀布水，倒置的结构使布水器不易堵塞，增加了液体的流动路径，增强了相间传质。
3、本发明采用了两级对称折流板，其划分形成的第一循环区、第二循环区内分别实现内循环，并分别进行厌氧的产酸阶段和产碱阶段，有效迎合了两阶段理论。对称折流板的渐缩渐扩结构可形成局部涡旋流态，有效增强固液传质效果，同时也削弱了壁流效应，从而减小了沟流和死区。反应器设置的两个内循环区使反应器局部流态趋于全混流，整体流态趋于平推流，处理效率闻。
4、本发明中的回流管可在启动期和负荷较低时连接气体循环管，与回流部分甲烷气体，末端连接一管多枝立体布料管回流气体强制进行内循环，增加相间传质，加速反应器启动；所述回流管也可在必要时连接出水管，通过一管多枝立体布料管回流出水，可稀释进水，赋予反应器较强的抗冲击负荷能力，也可回收第二循环区中碱性发酵阶段产生的碱度，同时强化了内循环。
5、本发明中的第二循环区对称折流板顶端和导流板根据“浅池理论”可协助沉淀颗粒污泥，提升反应器持留污泥能力。
6、本发明适宜处理中高浓度有机废水，且产气量大，其对称折流板与导流板的共同设置可由气泡带动实现污水的内循环，无需外加动力，内循环可有效稀释进水，使反应器有一定的抗冲击负荷能力。
7、本发明导流板使气体顺势流入集气室，液体被导流板挡入第二循环区进行循环，初步实现了三相分离，洗出一些密度小、活性差的絮状污泥，实现了菌群的优胜劣汰。
8、本发明多集气室的设置可保证气体被全部收集，防止气泡堆积形成水力死区，保证反应器有效容积。
9、本发明结构紧凑，力学强度好，加工简便，易于工程化，矩形结构易于共壁，且其拥有较大的高径比，可减少反应器占地面积。
【专利附图】
【附图说明】
[0004]图1为本发明结构示意图；
图2为本发明溢流堰结构示意图；
图3为本发明布水器结构示意图；
图4为本发明A-A截面图。
【具体实施方式】
[0005]下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
如图1、图2、图3、图4所示，反应器整体由侧壁(前侧壁2、后侧壁33、左侧壁3、右侧壁30)围成长方体结构，反应器由下至上分别为循环反应区I及分离区II。循环反应区由底板1、侧壁下部围成。底板下表面与混凝土地面连接，底板上表面连接侧壁。在左侧壁3外由下至上依次设有下取样管4、中取样管6、上取样管8。前侧壁2底部设有清空管32，清空管32之上设有进料管35，进料管35之上设有回流管34。循环反应区I内部由下至上设置第一循环区1-1及第二循环区1-2，第一循环区1-1由一对第一循环区对称折流板5围成，第二循环区1-2由一对第二循环区对称折流板7围成。第一循环区对称折流板5及第二循环区对称折流板7在中部弯折，弯折处的夹角α为110?130°。第一循环区对称折流板5及第二循环区对称折流板7的前后两侧分别与前侧壁2与后侧壁33相连。在第一循环区1-1中部设有第一布料器31，第一布料器31与进料管35末端连接；在第二循环区1-2中部设有第二布料器29，第二布料器29与回流管34末端连接。在第二循环区I _2上方设有左导流板9及右导流板28。
分离区II由下至上为集气板、集气孔板、溢流堰16、集气管、出水管/液体循环管22、气体循环管21、顶盖15和总集气管17。集气板从左到右为一号集气板12、二号集气板10、三号集气板26及四号集气板24，每块集气板倾斜放置，与水平面夹角Y为6(Γ75°，有力克服了因加工安装误差所致的分离区整个截面集气不均的现象，同时与导流板功能互补。集气孔板从左至右分别为左集气孔板13、中集气孔板19、右集气孔板23。一号集气板12与左侧壁3、左集气孔板13围成区域为一号集气室11 ;二号集气板10、三号集气板26与中集气孔板19围成区域为二号集气室27 ;四号集气板24与右侧壁30、右集气孔板23所围成区域为三号集气室25。左集气孔板13、中集气孔板19、右集气孔板23上中部分别连接左集气管14、中集气管18、右集气管20。溢流堰16两端分别与左侧壁3、右侧壁30内侧相接，在右侧壁30相应位置上设有出水管/液体循环管22，出水管/液体循环管22上设有气体循环管21。顶盖15下边沿连接侧壁上端，在其上中心处设有总集气管17。
循环反应区I与分离区II体积之比为(3飞):1。其高径(当量直径)比为(3飞):1。循环反应区I兼具常规厌氧反应器布水区的功能，反应器无需设置布水区。
本发明设有进料管35和回流管34。气体循环管21可在启动期和负荷较低时连接回流管34，气体通过第二布料器29进行生物气的回流，可强制进行第二循环区1-2的内循环，增强相间传质。出水管/液体循环管22可在必要时连接回流管34，液体通过第二布料器29进行出水的回流，可稀释进水，赋予反应器较强的抗冲击负荷能力，也可回收第二循环区中碱性发酵阶段产生的碱度，同时强化了内循环。
第一布料器31与第二布料器29的结构相同，包括总进料管29-1，总进料管29-1两侧均连通有多根横管29-2及斜管29-3，位于一侧的横管29-2及斜管29_3由疏到密间隔设置。第一布料器31与第二布料器29布置至第一循环区1-1及第二循环区1-2内后，斜管29-3均处于斜向下状态，形成倒向放置。通过第一布料器31与第二布料器29的结构实现均匀布水。
通过第一循环区1-1及第二循环区1-2形成两级内循环区(每级夹角α为11(Γ130° )，第一循环区1-1中主要进行着产酸菌对有机物的分解，消耗碱度；第二循环区1-2中主要进行着产甲烷菌对蛋白质、有机酸和醇类物质的分解，产生碱度，有效迎合厌氧消化两阶段理论。对称折流板还设计为缩放结构，可形成涡旋流态，有效增强传质。
左导流板9及右导流板28为倒“八”字结构，与水平面夹角β为3(Γ45°，单边导流板水平宽度与主体宽度之比为(0.2^0.3):1，其两侧与侧壁相连，可实现导气挡流功能。
溢流堰16为矩形锯齿形结构，位于左集气孔板13、中集气孔板19、右集气孔板23上方，与其呈正交布置。溢流堰16的当量直径与反应器主体当量直径比值(0.Γ0.6):1，溢流堰16的长宽比为(3.5?4.5):1。
本发明运行方式如下:
有机废水由进料管35进入，通过第一布料器31均匀布水使废水在第一循环区1-1内上升，由于第一循环区对称折流板5的渐扩渐缩结构，其内产生局部涡旋流场，固液间传质充分，之后废水流出第一循环区1-1，大部分液体和沼气进入第二循环区1-2，小部分液体从第一循环区对称折流板5外延回落至第一循环区1-1进行一级循环。进入到第二循环区1-2的液体和沼气在第二循环区对称折流板7的渐扩渐缩结构下产生局部涡旋流场，同时由气体循环管21连接至回流管34的沼气通过一管多枝立体布料管29对第二循环区
1-2进行曝气，强化了第二循环区1-2的固液传质。之后液体和沼气通过左导流板9及右导流板28中间空隙继续上升，部分液体和沼气向两侧分流，由于密度差异和左导流板9及右导流板28作用，大部分液体回流至第二循环区1-2进行二级循环，剩余部分液体回流至第一循环区1-1，再由第一循环区1-1进入第二循环区1-2，从而形成两级内循环。经过左导流板9及右导流板28后继续向上的液体和沼气进入分离区II后被对应集气室收集，一部分沼气通过气体循环管21进行回流，大部分沼气经由对应集气管后由总集气管17进行收集，液体溢流至溢流堰16内通过出水管/液体循环管22排出。
【权利要求】
1.一种两段内循环一体式矩形厌氧消化器，包括壳体，其特征在于，壳体的内部空间由下至上至少分为循环反应区(I)及分离区(II)，循环反应区(I)至少包括上下布置的两个循环区，由下至上分别为用于消耗碱度的第一循环区(1-1)及用于产生碱度的第二循环区(1-2)，至少在第一循环区(1-1)内布置一第一布料器(31)，有机废水通过设于壳体上的进料管(35)经由第一布料器(31)直接进入第一循环区(1-1)内，有机废水在壳体内上升过程中自第一循环区(1-1)溢出后，部分回流至第一循环区(1-1)形成第一级循环，剩余部分则进入第二循环区(1-2)，有机废水在上升过程中自第二循环区(1-2)溢出后，部分回流至第二循环区(1-2)形成第二级循环，剩余部分则回流至第一循环区(1-1)后再经第二循环区(1-2)形成两级内循环，经由进料管(35)直接进入第一循环区(1-1)，出第二循环区(1-2)继续向上的液体及气体进入分离区(II)； 分离区(II)包括多个集气室，在集气室的上方设有溢流堰(16)，由各个集气室收集的气体统一经由设于壳体顶部的总集气管(17)排出。
2.如权利要求1所述的一种两段内循环一体式矩形厌氧消化器，其特征在于，用于形成所述第一循环区(1-1)及所述第二循环区(1-2)的机构的结构相同，包括左右对称布置的折流板，每块折流板均采用渐缩渐扩结构，每块折流板的前、后两侧边缘分别与所述壳体的前侧壁及后侧壁相连，两块折流板间形成所述第一循环区(1-1)或所述第二循环区(1-2)，通过两块折流板的渐缩渐扩结构使得所述第一循环区(1-1)或所述第二循环区(1-2)形成局部涡旋流态，两块折流板的左右两侧分别与所述壳体的左侧壁及右侧壁间留有回流空间。
3.如权利要求2所述的一种两段内循环一体式矩形厌氧消化器，其特征在于，每块所述折流板在中部弯折，弯折处的夹角α为110?130°。
4.如权利要求1所述的一种两段内循环一体式矩形厌氧消化器，其特征在于，在所述第二循环区(1-2)内布置有第二布料器(29)，第二布料器(29)与设于所述壳体上的回流管(34)相连通； 在所述壳体上设有气体循环管(21)，气体循环管(21)位于所述溢流堰(16)的上方，在启动期和负荷较低时，气体循环管(21)与回流管(34)相连通，由所述集气室收集的气体中的部分通过气体循环管(21)、回流管(34)及第二布料器进入所述第二循环区(1-2)以增加相间传质。
5.如权利要求4所述的一种两段内循环一体式矩形厌氧消化器，其特征在于，在所述壳体上靠近所述溢流堰(16)的位置处设有出水管/液体循环管(22)，进入所述溢流堰(16)的液体或经由出水管/液体循环管(22)直接出水，或者在需要对进水稀释的时候将所述出水管/液体循环管(22)与所述回流管(34)相连通以稀释进入所述壳体内的有机废水。
6.如权利要求4所述的一种两段内循环一体式矩形厌氧消化器，其特征在于，所述第一布料器(31)与所述第二布料器(29)的结构相同，包括总进料管(29-1)，总进料管(29-1)两侧均连通有多根横管(29-2)及斜管(29-3)，位于一侧的横管(29_2)及斜管(29-3)由疏到密间隔设置； 所述第一布料器(31)与所述第二布料器(29)布置至所述第一循环区(1-1)及所述第二循环区(1-2)内后，所述斜管(29-3)均处于斜向下状态。
7.如权利要求1所述的一种两段内循环一体式矩形厌氧消化器，其特征在于，在所述循环反应区(I)内还设有用于实现导气挡流功能的导气挡流结构，导气挡流结构位于所述第二循环区(1-2)的上方。
8.如权利要求7所述的一种两段内循环一体式矩形厌氧消化器，其特征在于，所述导气挡流结构包括两块呈倒八字形布置的左导流板(9)及右导流板(28)，左导流板(9)及右导流板(28)的前、后侧边缘分别与所述壳体的前侧壁与后侧壁相连；左导流板(9)及右导流板(28)与水平面间的夹角β均为30?45° ;左导流板(9)及右导流板(28)水平宽度与导气挡流结构的整体宽度之比均为(0.2?0.3): I。
9.如权利要求1所述的一种两段内循环一体式矩形厌氧消化器，其特征在于，所述集气室有四个，分别为一号集气室(11)、二号集气室(27)及三号集气室(25)，由倾斜放置的一号集气板(12)、二号集气板(10)、三号集气板(26)、四号集气板(24),及所述壳体,及左集气孔板(13)、中集气孔板(19)、右集气孔板(2)围成，其中: 一号集气板(12)、二号集气板(10)、三号集气板(26)、四号集气板(24)与水平面夹角Y均为60?75。； 位于两侧的一号集气板(12)与所述壳体的左侧壁(3)及位于上方的左集气孔板(13)围成区域为一号集气室(11);位于两侧二号集气板(10)与三号集气板(26)及位于上方的中集气孔板(19)围成区域为二号集气室(27);位于两侧的四号集气板(24)与所述壳体的右壁(30)及位于上方的右集气孔板(23)所围成区域为三号集气室(25)； 在左集气孔板(13)、中集气孔板(19)及右集气孔板(23)上中部分别连接有左集气管(14)、中集气管(18)及右集气管(20);由一号集气室(11)、二号集气室(27)及三号集气室(25)收集气体分别经由左集气管(14)、中集气管(18)及右集气管(20)进入所述总集气管(17)。
10.如权利要求9所述的一种两段内循环一体式矩形厌氧消化器，其特征在于，所述溢流堰(16)为矩形锯齿形结构，位于所述左集气孔板(13)、中集气孔板(19)及右集气孔板(23)的顶面，且与其呈正交布置；所述溢流堰(16)的左、右两侧边缘分别与所述壳体的左、右两侧壁相连，所述溢流堰(16)的前、后两侧分别与所述壳体的前、后两侧壁间留有间隙。
【文档编号】C02F3/28GK104370366SQ201410436276
【公开日】2015年2月25日 申请日期:2014年8月29日 优先权日:2014年8月29日
【发明者】陈小光, 向心怡, 谢学辉, 张萌, 沈忱思, 黄丹平, 林海波, 戴若彬, 张剑, 曾祥柳, 李岗, 徐正启 申请人:东华大学, 四川理工学院