本发明涉及一种厌氧反应器及应用。
背景技术：
厌氧处理技术是一种低成本的废水处理技术，它有效地把废水的处理和能源的回收利用相结合，广泛应用于工业废水的处理。厌氧反应器的发展已经历了三个阶段：第一代反应器，以厌氧消化池为代表，废水与厌氧污泥完全混合，属低负荷系统；第二代反应器，可以将固体停留时间和水力停留时间分离，能保持大量的活性污泥和足够长的污泥龄，并注重培养颗粒污泥，属高负荷系统；第三代反应器，在将固体停留时间和水力停留时间相分离的前提下，使固、液两相充分接触，从而既能保持大量污泥又能使废水和活性污泥之间充分混合、接触，达到高效处理的目的。内循环(IC)反应器作为第三代厌氧反应器的代表，已成功应用于多种工业的生产规模废水处理。
然而，IC反应器有两个主要的技术瓶颈，大大限制了IC反应器的应用，第一，IC反应器仅靠接种相同或相近废水培养的颗粒污泥才能快速启动，而相应颗粒污泥的费用昂贵；第二，IC反应器只能应用于易生物降解的废水，如啤酒废水、制糖废水、柠檬酸废水等，不能应用于难生物降解与有毒废水，如中药废水、印染废水、垃圾渗滤液等，其主要原因是IC反应器处理易生物降解废水可以产生大量的沼气，而大量的沼气可以驱动内循环促进颗粒污泥与废水传质，充分的传质又会促进沼气的产生。然而，难降解或有毒废水很难短时间内产生大量沼气，不能驱动内循环，故而污染物降解缓慢,反应器难以运行。
技术实现要素：
本发明是要解决现有的IC反应器启动成本高、无法适用于难降解或有毒废水处理的问题，提供一种可控双循环厌氧反应器。
本发明可控双循环厌氧反应器包括壳体、进水系统、出水系统、沼气收集系统、内循环系统、外循环系统、内循环转换系统、外循环转换系统和恒温控制系统；
壳体外侧设有保温层，壳体从下至上被一级三相分离器和二级三相分离器分隔为第一反应区、第二反应区和沉淀区；
所述进水系统由进水泵、进水管和布水器构成，进水泵连接进水管的一端，进水管的另一端穿过壳体与布水器连接；
所述出水系统由出水堰和出水管构成，出水堰位于壳体内部的顶端，出水管穿过壳体与出水堰相通；
所述沼气收集系统由脱气罐和排沼气管构成，脱气罐固定在壳体的上方，由内外两个带底的圆形套筒构成，内套筒与外套筒之间的区域为外层，内套筒内的区域为内层，脱气罐顶部与排沼气管相通，所述内层底面为倒圆锥面；
所述内循环系统由一级三相分离器、内循环上升管和内循环下降管构成，一级三相分离器通过内循环上升管与脱气罐内层底面的圆锥面相通，内循环下降管的一端与脱气罐内层底面的顶点相连通，另一端延伸至第一反应区；(内循环上升管和内循环下降管均与脱气罐内层底面连通，两者形成高度差，即内循环上升管高于内循环下降管)；
所述外循环系统由二级三相分离器、外循环上升管和外循环下降管构成，二级三相分离器通过外循环上升管与脱气罐外层相通，外循环下降管的一端与脱气罐外层底部相通，另一端穿过壳体与第二反应区下方连通；
所述内循环转换系统设置在壳体外侧，由内循环控制泵和内循环转换管道构成，内循环转换管道上设有内循环控制泵，内循环转换管道的两端均与内循环上升管连通，内循环上升管上位于内循环转换管道的两端之间设有阀门，内循环转换管道上与内循环上升管的连接处均设有阀门(可完成内循环可控运行与自动运行之间的转换)。
所述的外循环转换系统设置在壳体外侧，由外循环控制泵和外循环转换管道构成，外循环转换管道上设有外循环控制泵，外循环转换管道的两端均与外循环上升管连通，外循环上升管上位于外循环转换管道的两端之间设有阀门，外循环转换管道上与外循环上升管的连接处均设有阀门(可完成内循环可控运行与自动运行之间的转换)。
所述的恒温控制系统由保温层、热水泵、热水箱、温度控制装置和温度探头构成，保温层下端通过热水泵与热水箱下端连接，保温层上端通过管道与热水箱上端连接，温度控制装置的温度探头插入第一反应区内。
进一步的，所述壳体为圆柱形罐体。
进一步的，所述倒圆锥面的锥角为60°。
上述可控双循环厌氧反应器用于难降解或有毒废水处理，所述难降解或有毒废水为中药废水、印染废水或垃圾渗滤液。
本发明可控双循环厌氧反应器用于难降解或有毒废水处理时，关闭内循环上升管和外循环上升管上的阀门，同时打开内循环转换管道上的两个阀门和外循环转换管道上的两个阀门，并开启内循环控制泵和外循环控制泵，由内循环控制泵和外循环控制泵带动管道中的气液混合液，以实现内、外循环。
本发明的工作原理：
1、本发明用于去除易生物降解工业废水。若产气量足够驱动内、外循环时，内、外循环自动运行，关闭内、外循环转换管道上的两个阀门及内、外循环控制泵，并开启内、外循环上升管上的阀门。本发明装置工作过程如下：污水首先由进水泵抽入布水器，布水器在第一反应区底部均匀布水，并使污水与厌氧颗粒污泥均匀混合，产生的沼气被一级三相分离器收集，大量沼气携带第一反应区的泥水混合液沿着内循环上升管上升至脱气罐，被分离出的沼气从脱气罐顶部的排沼气管排走，分离出的泥水混合液沿着内循环下降管返回到第一反应区底部，完成内循环。废水经过第一反应区处理后，自动进入第二反应区进一步处理，产生的沼气被二级三相分离器收集，沼气携带第二反应区的泥水混合液沿着外循环上升管上升至脱气罐，被分离出的沼气从脱气罐顶部的排沼气管排走，分离出的泥水混合液沿着外循环下降管返回到第二反应区底部，完成外循环。第二反应区的泥水混合液在沉淀区进行固液分离，处理过的上清液由出水堰经出水管排走，沉淀的污泥可自动返回第二反应区。其中温度控制装置通过插入第一反应区内的温度探头控制热水箱内水温。
2、本发明的反应器在启动期，或用于处理难降解或有毒废水时，产生的沼气不足以驱动内、外循环，内、外循环实行可控运行，关闭内、外循环上升管上的阀门，同时打开内、外循环转换管道上的两个阀门，并开启内、外循环控制泵，由内、外循环控制泵带动管道中的气液混合液，以实现内、外循环。其余工作过程同1所述。
本发明的有益效果：
本发明可控双循环厌氧反应器在IC反应器的基础上增加了外循环系统和可控内、外循环转换系统，这样可以在反应器启动期、处理难降解或有毒废水时人为控制内、外循环强度，提高污泥与废水的传质效率，从而促进污染物的降解。故本发明可以实现以絮状污泥为接种污泥进行反应器的启动，并可在短时间内培养出颗粒污泥，一般可在2-4个月培养出颗粒污泥。
本发明可以处理一些难降解废水或对颗粒污泥影响不大的有毒工业废水。
附图说明
图1为本发明可控双循环厌氧反应器的结构示意图；图2为具体实施方式一得到的颗粒污泥的照片；图3为具体实施方式一中厌氧反应器的稳定期COD去除效果。
具体实施方式
本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。
具体实施方式一：结合图1说明本实施方式，本实施方式可控双循环厌氧反应器包括壳体1、进水系统、出水系统、沼气收集系统、内循环系统、外循环系统、内循环转换系统、外循环转换系统和恒温控制系统；
壳体1外侧设有保温层22，壳体1从下至上被一级三相分离器12和二级三相分离器15分隔为第一反应区7、第二反应区8和沉淀区9；
所述进水系统由进水泵2、进水管3和布水器4构成，进水泵2连接进水管3的一端，进水管3的另一端穿过壳体1与布水器4连接；
所述出水系统由出水堰5和出水管6构成，出水堰5位于壳体1内部的顶端，出水管6穿过壳体1与出水堰5相通；
所述沼气收集系统由脱气罐10和排沼气管11构成，脱气罐10固定在壳体1的上方，由内外两个带底的圆形套筒构成，内套筒与外套筒之间的区域为外层，内套筒内的区域为内层，脱气罐10顶部与排沼气管11相通，所述内层底面为倒圆锥面；
所述内循环系统由一级三相分离器12、内循环上升管13和内循环下降管14构成，一级三相分离器12通过内循环上升管13与脱气罐10内层底面的圆锥面相通，内循环下降管14的一端与脱气罐10内层底面的顶点相连通，另一端延伸至第一反应区7；(内循环上升管13和内循环下降管14均与脱气罐10内层底面连通，两者形成高度差，即内循环上升管13高于内循环下降管14)；
所述外循环系统由二级三相分离器15、外循环上升管16和外循环下降管17构成，二级三相分离器15通过外循环上升管16与脱气罐10外层相通，外循环下降管17的一端与脱气罐10外层底部相通，另一端穿过壳体1与第二反应区8下方连通；
所述内循环转换系统设置在壳体1外侧，由内循环控制泵18和内循环转换管道19构成，内循环转换管道19上设有内循环控制泵18，内循环转换管道19的两端均与内循环上升管13连通，内循环上升管13上位于内循环转换管道19的两端之间设有阀门，内循环转换管道19上与内循环上升管13的连接处均设有阀门(可完成内循环可控运行与自动运行之间的转换)。
所述的外循环转换系统设置在壳体1外侧，由外循环控制泵20和外循环转换管道21构成，外循环转换管道21上设有外循环控制泵20，外循环转换管道21的两端均与外循环上升管16连通，外循环上升管16上位于外循环转换管道21的两端之间设有阀门，外循环转换管道21上与外循环上升管16的连接处均设有阀门(可完成内循环可控运行与自动运行之间的转换)。
所述的恒温控制系统由保温层22、热水泵23、热水箱24、温度控制装置25和温度探头26构成，保温层22下端通过热水泵23与热水箱24下端连接，保温层22上端通过管道与热水箱24上端连接，温度控制装置25的温度探头26插入第一反应区7内。
进一步的，所述壳体1为圆柱形罐体，
进一步的，所述倒圆锥面的锥角为60°。
利用本实施方式的装置处理难降解工业废水，以絮状污泥进行启动，采用可控内、外循环运行方式使颗粒污泥快速形成，当运行稳定后，由于难降解工业废水很难短时间内产生大量沼气，产生的沼气仍不足以驱动内、外循环，仍采用可控内、外循环运行方式。
污水首先由进水泵抽入布水器，布水器在第一反应区底部均匀布水，并使污水与絮状污泥均匀混合，第一反应区产生的沼气被一级三相分离器收集，产生的沼气不足以驱动内循环，内循环实行可控运行，关闭内循环上升管上的阀门，同时打开内循环转换管道上的两个阀门，并开启内循环控制泵，由内循环控制泵带动管道中的气液混合液至脱气罐内层，被分离出的沼气从脱气罐顶部的排沼气管排走，分离出的泥水混合液沿着内循环下降管返回到第一反应区底部，完成可控内循环。废水经过第一反应区处理后，自动进入第二反应区进一步处理，产生的沼气被二级三相分离器收集，产生的沼气不足以驱动外循环，外循环实行可控运行，关闭外循环上升管上的阀门，同时打开外循环转换管道上的两个阀门，并开启外循环控制泵，由外循环控制泵带动管道中的气液混合液至脱气罐外层，被分离出的沼气从脱气罐顶部的排沼气管排走，分离出的泥水混合液沿着外循环下降管返回到第二反应区底部，完成可控外循环。第二反应区的泥水混合液在沉淀区进行固液分离，处理过的上清液由出水堰经出水管排走，沉淀的污泥可自动返回第二反应区。其中温度控制装置通过插入第一反应区内的温度探头控制热水箱内水温。
本实施方式的小试装置成功应用于湖北省某制药厂的实际中药废水的处理，接种污泥采用厂区处理站污泥浓缩池中絮状污泥，并采用实际厂区中药提取车间的废水进行颗粒污泥培养，培养了三个多月形成了颗粒污泥，颗粒污泥呈灰黑色，粒径在0.5-2.0mm之间，如图2所示，强度良好。稳定期COD去除效果如图3所示，图3中表示进水，表示出水，表示COD去除率。最佳运行参数：进水容积负荷14.67kgCOD/(m3·d)，进水COD浓度11000mg/L，HRT为18h，COD去除率最高可达95％。