一种高效电解脱硫厌氧反应器的制作方法与工艺

文档序号:13109012
技术领域本实用新型涉及污水处理领域,特别是一种高效电解脱硫厌氧反应器。

背景技术:
众所周知,我国的水污染问题中,富含硫酸盐的废水是主要的污染来源之一,硫酸盐废水具有污染面积大、潜伏周期长、难以治理等特点。目前,我国很多城市的地下水已经受到了不同程度的硫酸盐污染。特别是近年来,硫酸盐废水的污染日趋严重,很多生产领域涌现出大量的含高浓度硫酸盐的工业废水,如化工、制药、制革、造纸、发酵、食品加工和采矿行业等。由于这些废水中同时含有大量的硫酸盐和高浓度有机污染物,在去除有机物过程中必然受到硫酸盐还原反应中诸多因素的影响,如菌种间的基质竞争、硫化物的毒害抑制作用等,故采用一般的厌氧生物处理效果并不理想。因此,寻求行之有效的硫酸盐废水处理工艺已经成为环境工程界普遍关注的问题。目前,使用厌氧法处理高浓度有机废水是最为经济高效的方法。但是,在有大量硫酸盐存在的情况下,传统厌氧系统受到硫酸盐还原菌对产甲烷菌的基质竞争性抑制和SO42-还原产生H2S的毒性抑制作用,使微生物受到毒性抑制作用,导致厌氧处理效率降低,甚至不能正常运行。采用气提吹脱的方法去除SO42-还原产生H2S是提高厌氧系统处理效率的关键所在。单相厌氧吹脱工艺是在单相厌氧处理系统中安装惰性气体吹脱装置,将H2S不断地从反应器中吹脱掉,从而改善反应器的运行性能,但吹脱气体一般采用较稳定的氮气或沼气。内部吹脱的单相厌氧工艺的最大缺点是吹脱气量不易控制,吹脱的风机必须防爆、防漏,设备成本昂贵,运行成本高。综上,开发容积小、投资少、占地省、运行稳定、处理高效的硫酸盐有机废水处理装置是目前亟需解决的技术问题。

技术实现要素:
针对上述情况,为解决现有技术之缺陷,本实用新型之目的就是提供一种高效电解脱硫厌氧反应器,可有效解决现有技术厌氧处理效率降低,吹脱气量不易控制,设备成本昂贵,运行成本高的问题。本实用新型解决的技术方案是,包括进水管、厌氧膨胀床反应器、三相分离器和沼气收集罐,进水管与进水泵相连通,进水泵与伸入厌氧膨胀床反应器内底部的第一穿孔布水管相连接,第一穿孔布水管下面平行相对设有第二穿孔布水管,第二穿孔布水管与回流泵相连接,回流泵经回流水管与沉淀池相连通,厌氧膨胀床反应器内上部经集气支管装有若干三相分离器,集气支管与集气总管相连通,集气总管上方设有出水三角堰,集气总管与沼气收集罐相连通,沼气收集罐经沼气输送管分别与厌氧组合式沉淀器的收集气管、沼气总管相连通,厌氧膨胀床反应器经外壁上设置的出水输送管与厌氧组合式沉淀器相连接。本实用新型采用直流电压电解,利用负极电解产生H2,强化扰动快速地溢出H2S气体以减少毒性,同时电解产生的[H]也可以加速硫酸盐还原菌对电子供体的还原速率,更可以加快酸化反应单元中硫酸盐还原菌的繁殖速度,从而使系统实现高效稳定运行,开发容积小、投资少、占地省、运行稳定、处理高效,使用效果好,是厌氧反应器上的创新。附图说明图1为本实用新型的结构主视图。图2为本实用新型的穿孔布水管结构示意图。图3为本实用新型图1的A-A剖面图。图4为本实用新型反应器硫化物去除效果图。具体实施方式以下结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细说明。由图1-3给出,本实用新型包括进水管、厌氧膨胀床反应器、三相分离器和沼气收集罐,进水管1与进水泵2相连通,进水泵2与伸入厌氧膨胀床反应器6内底部的第一穿孔布水管4a相连接,第一穿孔布水管4a下面平行相对设有第二穿孔布水管4b,第二穿孔布水管4b与回流泵25相连接,回流泵25经回流水管24与沉淀池28相连通,厌氧膨胀床反应器6内上部经集气支管8装有若干三相分离器7,集气支管8与集气总管9相连通,集气总管9上方设有出水三角堰10,集气总管9与沼气收集罐11相连通,沼气收集罐11经沼气输送管12分别与厌氧组合式沉淀器29的收集气管14、沼气总管26相连通,厌氧膨胀床反应器6经外壁上设置的出水输送管13与厌氧组合式沉淀器29相连接。为了保证使用效果,所述的厌氧组合式沉淀器29由吹脱室19、缓冲室15、阴极板20、阳极板21和沉淀池28构成,收集气管14与置于沉淀池28内的缓冲室15相连通,缓冲室15下方设有相连通的吹脱室19,吹脱室19底部设有阴极板20,阴极板20与阴极线22相连接,吹脱室19外环绕悬浮设置有填料18,沉淀池28上部设有阳极板21,阳极板21与阳极线23相连接,沉淀池28上部在阳极板21上方连接有排水管16,沼气总管26与气体预处理罐27相连,缓冲室15与出水输送管13相连通;厌氧组合式沉淀器进行固液分离,并在沉淀器中心吹脱室内采用悬浮填料,形成第二级厌氧反应区,以有效拦截少量难以沉淀的污泥,并加强反应器的处理效果,提高出水质量。所述的进水泵2经第一法兰3a与第一穿孔布水管4a连接在一起。所述的第二穿孔布水管4b经第二法兰3b与回流泵25连接在一起。所述的厌氧膨胀床反应器6、厌氧组合式沉淀器29均为竖立圆柱体或长方体。所述的厌氧膨胀床反应器6内装有厌氧污泥5。所述的第一穿孔布水管4a、第二穿孔布水管4b上均匀分布有通孔17。本实用新型的使用情况是,实施例:某皮革废水,经过预处理后,其生化进水COD为8700-12300mg\/L,SO42-为2700-3200mg\/L,采用一般的厌氧反应器进行处理,由于高硫酸盐厌氧还原产生的H2S不断积累,毒害厌氧泥,结果导致厌氧酸败。通过本高效电解脱硫厌氧反应器的实施,高硫酸盐有机废水通过进水管1,经过穿孔布水管4进行布水,在厌氧膨胀床反应器6进行生化反应,主要发生水解酸化、硫酸还原和产甲烷反应,产生甲烷、有机酸和H2S,废水经过三相分离器7进行废水、厌氧泥及沼气进行分离,厌氧泥回流到反应器中,沼气经过集气支管8和集气总管9,进入沼气收集罐11,废水进入出水三角堰10,废水由出水输送管13,进入二级厌氧组合式沉淀器中吹脱室19,在吹脱室中经过恒压电流电解的阴极板20电解产生的H2对废水中的H2S进行吹脱,废水在沉淀池28进行泥水分离,沉淀的厌氧泥由回流水管24和回流泵25,通过进水管穿孔17,回到厌氧膨胀床反应器6中,一部分出水经过厌氧填料18进一步厌氧反应降低COD,二级厌氧出水有阳极21产生氧气,进一步氧化H2S,降低废水中的硫化物对后续好氧菌的毒害。本案例中,硫酸盐还原主要由一级厌氧完成,一级厌氧出水硫化物浓度高于二级厌氧,所以系统最高硫化物浓度应在一级厌氧反应器中。经测试,由硫酸盐还原量计算所得的一级厌氧出水硫化物浓度高于实际出水中的浓度,外加气提吹脱后的回流水硫化物浓度最低,说明硫化物的去除受一级厌氧产气扰动和外加气提两方面作用。根据试验监测得到原水的SO42-浓度[SO42-]i,一级厌氧出水的SO42-浓度[SO42-]e及硫化物浓度Se,回流水硫化物浓度Sr,再由回流比例r经式可计算出一级厌氧出水理论上的最高硫化物浓度S0。S0、Se和Sr三者之间差值分别表示一级厌氧产气扰动和外加气提吹脱的脱硫作用。实施例中进水硫酸盐2700-3200mg\/L,在运行201~210d和241~250d的S0、Se、Sr分别为19.3、18.1、14.1mg\/L和73.6、52.4、39.5mg\/L。如图4所示,S0、Se、Sr的变化规律基本与前两个阶段相同,都是在硫酸盐还原率最佳时达到最高值。厌氧产气过程去除了S0中18%~30%的硫化物,外加气提吹脱去除了S0中15%~20%的硫化物。测试结果显示,一级厌氧反应器的出水回流及循环吹脱使S0远低于硫化物产量,这是系统没有明显受到硫化物毒性影响的关键。回流水稀释了系统中产生的硫化物,使硫化物浓度大幅降低;反应器自身厌氧产气过程中,硫酸盐还原产生的硫化物一部分已随沼气溢出,同时通过调节外加气提吹脱的气量,可以使反应器中硫化物浓度的得到稳定的控制,因此整套处理系统能够长期保持稳定状态。本实用新型电场强化两相厌氧反应器,其一级厌氧器结构为竖立圆柱体或长方体,它的主要作用是厌氧酸化作用,也就是将废水中的硫酸盐在硫酸还原菌的作用下还原成硫化氢,同时去除一定的COD,其单元主要分为布水器、三相分离器和水收集槽(出水三角堰)。布水器保证均匀布水和一定的上升流速;三相分离保证水、气、固高效分离,防止污泥流失;收集槽收集废水。第二级厌氧组合式沉淀器,由填料18,吹脱室19,阴极板20,阳极板21,阴极线22,阳极线23,回流水管24,回流泵25,沼气总管26,气体预处理罐27,缓冲室15,收集气管14,排水管16,沉淀池28及恒压电场组成,其结构为竖立圆柱体或长方体,其主要是对一级厌氧出水,采用电解气提吹脱的方法去除循环水中的硫化氢,降低循环水中的硫含量,减少其毒性作用。由于大比例出水循环必然会对一级厌氧膨胀床反应器的上升流速产生影响,使其在大于正常流速的情况下工作,造成三相分离器作用大大减弱、厌氧污泥大量流失,因此,使用组合式沉淀器能够保证厌氧泥回到一级厌氧反应器中,并且在沉淀器中心降流室内采用电解产生的氢气能够对循环水进行气提吹脱。因为沉淀器外围的上流速度为原水的进水速度,远低于循环水的流速,所以提供了良好的泥水分离条件。同时,在组合沉淀器中加入悬浮填料层(不堵塞)形成第二级厌氧反应区,不仅可以有效拦截少量难以沉淀的污泥,而且可以加强反应器的处理效果,提高出水质量。其单元主要包括厌氧填料、吹脱室、阴极板、阳极板、回流泵和恒压电场。本实用新型的工作原理:高效电解脱硫厌氧反应器的厌氧膨胀床反应器单元中,高浓度硫酸盐废水被泵抽入反应器的底部和适当回流循环水经过布水器中的布水头均匀地分布在反应单元中,在酸化反应室中产生剧烈扰动使该反应区内污泥呈膨胀状态,加强了泥水的混合接触,传质的限制因素很小,使污泥保持很高的活性。第二级厌氧组合式沉淀器外加电场的作用使得硫酸盐还原菌还原电子供体结合还原速率比一般加快1.7-2.1倍,更有研究表明在一定的电场电流(I=1.5mA)下,电化学对生物过程的强化机制可能是电场\/磁场促进硫酸盐还原菌增殖、提高酶活性及代谢活性。另外,电解产生的氢气可以将H2S不断地从反应器中吹脱掉,以减轻其对甲烷菌和其他厌氧菌的抑制作用,从而改善反应器的运行性能。本实用新型反应器适用于处理高浓度硫酸盐有机废水,主要由厌氧膨胀床反应器、组合式厌氧沉淀器、恒压电场组成。其中,厌氧膨胀床反应器由进水管、布水器、内回流管、三相分离器组成;组合式厌氧沉淀器由沉降室、悬浮填料、电解吹脱组成;恒压电场装置包括恒压直流电源、正负两极板。处理后出水可以直接进行好氧进一步处理。本反应器采用两级厌氧与循环电解吹脱相结合的工艺,以高效的厌氧膨胀床反应器为主体,对其出水进行大比例外循环以降低进水中高浓度硫酸盐和有机物对厌氧污泥的影响,并采用电场的正、负极在一定电压下分解成氧气和氢气,负极产生的氢气对硫酸还原菌产生的H2S等有毒气体进行气提吹脱,同时对反应器中的厌氧泥产生搅拌作用,减轻了有毒气体的积累。本实用新型为两相厌氧生物处理反应器,一级厌氧反应器为厌氧膨胀床反应器,其良好的混合条件以及水力上升流速保证硫酸盐还原的正常进行,第二级厌氧组合式沉淀器结合先进的恒压电场,能够有效地去除有机物并且最大程度吹脱出H2S气体,两级厌氧可以很好地将酸化单元与甲烷单元的菌群分开防止相互影响,使出水水质稳定并且达到更高要求,本实用新型主要应用于高浓度硫酸盐有机废水的生物处理,具有提高容积负荷、加快反应速率、减少占地面积、降低运行费用、提高处理效果等优点,兼顾厌氧、沉淀、厌氧泥回流和电解吹脱除硫的功能,是厌氧反应器上的创新,具有良好的经济和社会效益。...
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