一种高效内循环厌氧生物反应器的制作方法

本实用新型属于环保设备领域，具体涉及一种高效内循环厌氧生物反应器。

背景技术：

人类生活和生产活动排放大量有机废水，导致我国湖泊、河流以及近海等水体严重污染，影响了人居生态环境的改善。厌氧生物反应是指在厌氧条件下利用厌氧微生物将废水中的有机物转化为沼气，从而实现水质净化的过程。作为一种低能耗、高效能的污水生物处理手段，已被广泛运用于有机废水处理。经过多年的发展，厌氧生物反应器也推出了很多产品，如UASB、EGSB和IC等厌氧生物反应器，且处理能力不断提高，容积效能可达到20kg-COD/(m³·d)以上。

然而，目前的厌氧生物反应器存在泥、水分离效果不理想，导致出水水质不稳定等缺陷。例如，厌氧出水带泥，进入后续好氧处理系统，影响生化处理效果，使得废水处理不能达标排放。因此，改进厌氧生物反应器内部结构，对有机废水生物处理具有重要的现实意义。本实用新型改进了厌氧生物反应器的三相分离装置，设置分离区和内循环区，分离区利用斜板沉淀对泥水混合物进行高效分离；内循环区利用文丘里效应以及三叶转筒作用，促使絮体污泥颗粒化并回流到反应区；反应装置紧凑、容积效能高，具有很好的推广应用前景。

技术实现要素：

本实用新型的目的是克服现有技术的不足，提供一种高效内循环厌氧生物反应器。本实用新型所采用的具体技术方案如下：

高效内循环厌氧生物反应器，其反应器主体呈圆筒状，由下至上依次分为排泥区、布水区、反应区、内循环分离区和外循环区；排泥区底部设有倒锥形集泥室，倒锥形集泥室的底部连接带有排泥管阀的排泥管；布水区中设有布水管，外部环绕设有环形水流均衡管，环形水流均衡管与布水管相连，进水管上设有进水水泵且进水管一端连通环形水流均衡管；所述的反应区内设有厌氧颗粒污泥反应室；所述的内循环分离区上部设有内循环室，内循环室由两块导流纵隔板、两块导流纵斜板和两块横隔板围成上部截面为长方形且下部截面为倒三角形的壳体；内循环室上部侧壁与反应器主体内壁之间留有供泥水混合物上升的升流区，升流区上方为气液分离室，气液分离室通过导气管连通集气罩，集气罩连接排气管；内循环室底部开设有连通内循环室和厌氧颗粒污泥反应室的连通缝；连通缝下方设有三叶转筒，三叶转筒由柱状的滚筒以及三瓣叶片组成，三瓣叶片周向均布于滚筒的外圆周上，且每片叶片均呈半圆柱壳状；反应器主体顶部中央设有沉淀室，沉淀室侧壁由两块纵隔板和两块横隔板围成，底部横向固定有若干栅格；沉淀室内部在栅格上方放置若干平行的斜板，形成斜板沉淀区，斜板沉淀区上方的清水区顶部设置溢流槽，沉淀室上沿与反应器主体上沿平齐，下部伸入内循环室中间；沉淀室侧壁与内循环室侧壁之间留有供废水从上往下进入内循环室的回流通道；所述的外循环区中设回流出水管、回流水泵和回流进水管；回流出水管一端从反应器主体外伸入沉淀室的清水区，另一端依次连接回流水泵和回流进水管，回流进水管从反应器主体外伸入布水区。

上述方案还可以采用如下优选方式。

所述的排泥区、布水区、反应区、内循环分离区的体积之比1～1.5：1：18～20：4～5。

所述的沉淀室为长方体，斜板与水平面的夹角为60°；清水区顶部的溢流槽也为长方体，溢流槽长度(本实用新型中长度方向是指图1中与纸面垂直方向)与沉淀室长度相等，溢流槽宽度为沉淀室宽度的1/5，沿沉淀室顶部中轴线居中布置；溢流槽高度为沉淀室高度的3/15；沉淀室下沿离内循环室上沿的高度差与沉淀室高度之比为11：15。

所述的沉淀室侧壁与内循环室侧壁之间的回流通道宽度是沉淀室高度的1/10，回流通道上沿离反应器内液面的间距是沉淀室高度的2/15；导流纵斜板与基准水平面的夹角为45°～60°，两块导流纵斜板之间的连通缝长度与导流纵斜板长度相同，连通缝宽度是导流纵隔板高度的1/14。

所述的厌氧颗粒污泥反应室内充填厌氧颗粒污泥，厌氧颗粒污泥反应室沿纵向的若干个横截面上设有滤网，用于防止厌氧颗粒污泥节涌；沿厌氧颗粒污泥反应室侧壁设置若干取样口，用于取样监测反应器的工作状况。

所述的环形水流均衡管环向多个位置通过管道连接布水管，以均衡进水水流；环形水流均衡管直径与进水管之比为4：1；布水管直径与进水管相同；布水管上间隔开孔，孔眼轮流朝向布水管的两侧，且孔眼的出水方向向下成45°。

所述的倒锥形集泥室底角为50°～70°，布水管与倒锥形集泥室顶部的垂直距离为15～25cm；回流出水管与斜板区上部的垂直距离为15～25cm。

所述的三叶转筒上的三瓣叶片开口朝向均为顺时针或均为逆时针方向，且三瓣叶片的中轴线与滚筒的中轴线平行。

所述的回流进水管与进水管汇合后，由进水管从反应器主体外伸入布水区。

本实用新型与现有技术相比具有的优点：1、将斜板沉淀运用至厌氧生物反应器分离区的沉淀室，装置结构紧凑且泥水分离高效；2、内循环区底部设三叶转筒，利用浮升沼气带动其转动，促进颗粒污泥返回反应区，避免回流缝堵滞，而且在转动过程中能够进一步加大对污泥的水力剪切，促使絮状污泥颗粒化；3、以反应区产生的沼气为动力，驱动混合液内循环，促进絮体污泥颗粒化，产生新的颗粒污泥。反应器传质性能好、反应效率高、抗冲击负荷强。

附图说明

图1是一种高效内循环厌氧生物反应器装置结构图；

图2是分离区俯视图；

图3是内循环区底部三叶转筒结构图。

图中：排泥区Ⅰ、布水区Ⅱ、反应区Ⅲ、内循环分离区Ⅳ、外循环区Ⅴ、排泥管阀1、倒锥形集泥室2、进水水泵3、进水管4、回流进水管5、厌氧颗粒污泥反应室6、回流水泵7、气泡8、回流缝9、内循环室10、排泥管11、布水管12、取样口13、滤网14、厌氧颗粒污泥15、三叶转筒16、导流纵斜板17、斜板18、出水管19、沉淀室20、溢流槽21、气液分离室22、导气管23、集气罩24、排气管25、导流纵隔板26、回流出水管27、环形水流均衡器28。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步阐述和说明。

如图1、2和3所示，一种高效内循环厌氧生物反应器，其反应器主体呈圆筒状，由下至上依次分为排泥区Ⅰ、布水区Ⅱ、反应区Ⅲ、内循环分离区Ⅳ和外循环区Ⅴ，排泥区Ⅰ、布水区Ⅱ、反应区Ⅲ、内循环分离区Ⅳ相互连通。排泥区Ⅰ底部设有倒锥形集泥室2，倒锥形集泥室2的底部连接带有排泥管阀1的排泥管11。布水区Ⅱ中设有布水管12，外部环绕设有环形水流均衡管28，进水管4上设有进水水泵3且进水管4一端连通环形水流均衡管28，环形水流均衡管28通过多条进水管4与布水管12相连，以均衡进水水流。反应区Ⅲ的内腔作为厌氧颗粒污泥反应室6。内循环分离区Ⅳ上部设有内循环室10，内循环室10由两块导流纵隔板26、两块导流纵斜板17和两块横隔板围成壳体，内循环室10上部截面为长方形且下部截面为倒三角形，横隔板的形状与其截面形状相同。内循环室10上部侧壁与反应器主体内壁之间留有供泥水混合物上升的升流区，升流区的液面上方留有一定空间，作为气液分离室22。气液分离室22通过导气管23连通集气罩24，集气罩24连接排气管25，夹带气泡的泥水混合物上升至升流区液面后，气泡与泥水混合物分离，通过导气管23进入集气罩24。内循环室10内部从上到下可分为进流区、分流区和出流区。内循环室10底部开设有连通内循环室10和厌氧颗粒污泥反应室6的连通缝。连通缝下方设有三叶转筒16，三叶转筒16由柱状的滚筒以及三瓣叶片组成，三瓣叶片周向均布于滚筒的外圆周上，且每片叶片均呈半圆柱壳状。此处半圆柱壳状即空心的圆柱壳沿轴向对半均分而成的形状。三叶转筒16上的三瓣叶片开口朝向相同，均为顺时针或均为逆时针方向，且三瓣叶片的半圆柱壳的中轴线与滚筒的中轴线平行。由此，当下方的气泡上浮至叶片后，即可聚集于半圆柱壳的内凹腔中，形成浮力，推动叶片转动，无需外部动力介入。反应器主体顶部中央设有沉淀室20，沉淀室20为无底无盖的长方体，侧壁由两块纵隔板和两块横隔板(可借用内循环室10的横隔板)围成，底部横向固定有若干栅格。沉淀室20内部在栅格上方放置一排相互平行的斜板18，斜板18尽量铺面横断面，形成斜板沉淀区，斜板沉淀区上方为清水区，清水区顶部设置溢流槽21，溢流槽21连接出水管19。清水区的部分澄清废水溢流进入溢流槽21后，排入出水管19中，进而排出反应器。沉淀室20上沿与反应器主体上沿平齐，下部伸入内循环室10中间位置。沉淀室20侧壁与内循环室10侧壁之间留有供废水从上往下进入内循环室10的回流通道。外循环区Ⅴ中设回流出水管27、回流水泵7和回流进水管5；回流出水管27一端从反应器主体外伸入沉淀室20的清水区，另一端依次连接回流水泵7和回流进水管5，回流进水管5从反应器主体外伸入布水区。回流进水管5与进水管4汇合后，由进水管4从反应器主体外伸入布水区，也不与进水管4汇合可以直接进入布水区。

本实施例中，各反应器部件的具体参数和设置形式如下：排泥区Ⅰ、布水区Ⅱ、反应区Ⅲ、内循环分离区Ⅳ的体积之比1～1.5：1：18～20：4～5。沉淀室20中的斜板18与水平面的夹角为60°。清水区顶部的溢流槽21也为长方体，溢流槽21长度与沉淀室20长度相等，溢流槽21宽度为沉淀室20宽度的1/5，沿沉淀室20顶部中轴线居中布置；溢流槽21高度为沉淀室20高度的3/15。沉淀室20下沿离内循环室10上沿的高度差与沉淀室20高度之比为11：15。沉淀室20侧壁与内循环室10侧壁之间的回流通道宽度是沉淀室20高度的1/10，回流通道上沿离运行过程中反应器内液面的间距是沉淀室20高度的2/15。导流纵斜板17与基准水平面的夹角为45°～60°，两块导流纵斜板17之间的连通缝长度与导流纵斜板17长度相同，连通缝宽度是导流纵隔板26高度的1/14。厌氧颗粒污泥反应室6内充填厌氧颗粒污泥15，厌氧颗粒污泥反应室6沿纵向的3个横截面上均设有满布整个截面的滤网14，用于防止厌氧颗粒污泥15节涌。滤网14的孔眼大小为100mm×100mm。沿厌氧颗粒污泥反应室6侧壁设置4取样口13，用于取样监测反应器的工作状况。环形水流均衡管28直径与进水管4之比为4：1；布水管12直径与进水管4相同；布水管12上间隔开孔，孔眼轮流朝向布水管12的两侧，且孔眼的出水方向向下成45°。倒锥形集泥室2底角为50°～70°，布水管12与倒锥形集泥室2顶部的垂直距离为15～25cm；回流出水管27与斜板区上部的垂直距离为15～25cm。

基于上述反应器的废水处理方法，其步骤如下：

利用进水水泵3将有机废水通过环形水流均衡管28均衡水流，再通过进水管4和布水管12进入布水区Ⅱ，与回流液混合均匀进入反应区Ⅲ；反应区Ⅲ中堆积厌氧颗粒污泥15，具有高密度的厌氧消化微生物，混合液中的有机物被厌氧消化微生物吸收后，转化为甲烷和二氧化碳，产生大量沼气，并以气泡8的形态不断从反应区Ⅲ逸出，带动泥水混合液以较大的流速浮升；进入内循环区Ⅳ后，气泡8和泥水混合液沿导流纵斜板17底部上升，小部分厌氧颗粒污泥15因表面附着气泡8的脱落而沉回反应区Ⅲ；其余泥水混合液随气泡8继续上升进入升流区，沼气在升流区顶部的气液分离室22分离，通过导气管23进入集气罩24后由排气管25输出反应器；泥水混合液通过回流通道进入内循环室10，部分混合液通过三叶转筒16与导流纵斜板17间的回流缝9返回反应区Ⅲ，另一部分混合液通过沉淀室20底部的栅格进入沉淀室20，通过斜板18沉淀，完成泥水分离，沉淀污泥继续通过回流缝9返回反应区Ⅲ，完成内循环；污泥回流过程中，利用泥水混合液中的气泡8推动三叶转筒16的叶片自动转动，并扰动回流缝9处的污泥，防止堵塞；斜板18上方清水区泥水分离后的液体一部分回流至布水区Ⅱ，其余经过溢流槽21和通过出水管19排出反应器；厌氧颗粒污泥15在循环过程中通过升流区、回流通道、三叶转筒16处的水力剪切，使部分由颗粒污泥解体形成的絮状污泥重新形成颗粒污泥。

本实用新型以反应区产生的沼气为动力，驱动混合液内循环以及驱动三叶转筒转动，能够强化颗粒污泥回流，避免回流缝堵滞，促进污泥颗粒化。

以上所述的实施例只是本实用新型的一种较佳的方案，然其并非用以限制本实用新型。有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型。因此凡采取等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本方面的保护范围内。