专利名称：具有三态分离装置的反应器和分离三态混合物的方法
技术领域：
本发明涉及一种反应器及方法，该反应器和方法用于厌氧处理液体、特别是废水或含水的过程溶液，借助颗粒状、絮状或易流动的基材中的生物物质，通过厌氧生物转换有机污物来实现，本发明还涉及一种用于在这种反应器中分离气体、液体和固体的三态分离装置。
厌氧净化有机物污染的废水有利地在淤渣床反应器中进行，该淤渣床反应器按照UASB原理工作。按照该原理工作的反应器例如在EP0 244 029 B1和EP 0 808 805 A1中描述。在那里描述的发明应用UASB原理。
净化过程在一个由液体、固体和气体构成的三态系统中进行，液体为待处理废水，固体为位于淤渣床上的颗粒状、絮状的生物物质或易流动的生物物质基材，气体主要由甲烷CH4、二氧化碳CO2和痕量气体构成。
UASB反应器的生物物质理想地为混合物形式(淤渣)，使得形成球状聚集物(淤渣粒状物(Schlammpellet))和细沉淀，其中淤渣粒状物理想的直径为1-5mm并比水的密度大，由此构成淤渣床。生物物质也能加入基媒介(Trgermedien)中，因此下面对淤渣或淤渣粒状物的描述也是指生长有生物物质的基媒介。
在淤渣床上实现大部分的有机物转换。通过在淤渣床上产生沼气，形成气泡。气泡的上升和向上的液流使淤渣床流动(fluidisieren)。
UASB反应器包括三态分离装置，通过该三态分离装置分离三态即沼气、净化的废水和生物物质。该三态分离装置通常在淤渣床之上，并包括一个或多个盖用于收集及导出沼气还包括在水面处的流出槽用以导出净化的废水。该设计允许在分离气体后沉淀生物物质。
以这种方式设计的UASB反应器体积庞大而转换率低。
由US 4,618,418 A公知了一种带有分离气体、液体和固体的三态分离装置的反应器，该三态分离装置具有一个沉淀容器，该沉淀容器具有一个用于沉淀的固体的淤渣导管，通过该淤渣导管沉淀容器在下侧相对于环境封闭。
本发明的任务为改进反应器结构，可实现很高的单位体积转换率由此可有效利用反应器体积。在此一个特别的任务是，改变反应器的三态分离装置，使得在高单位体积转化率情况下也充分地分离沼气和淤渣粒状物。
根据本发明，本任务通过权利要求1所述的三态分离装置或权利要求7所述的反应器或权利要求13所述的方法来解决。权利要求2至6和8至12是本发明的优选实施方案。
通过流入棱实现三态混合物的转向及流动加速，使得气体从淤渣粒状物中分离出来。残留的混合物到达沉淀容器，在沉淀容器里有一个用于支持固体分离的机构，该机构具有薄片并保证分离沼气和淤渣粒状物。
这样的机构大致也是一个分隔物(例如由穿孔的简单制造的壁构成)，该分隔物把沉淀容器划分为一个用于稳定流的空间和一个沉淀空间。在转向之后在流入棱处残留的混合物到达稳定流的空间，进而到达沉淀空间，其中分隔物还使残留混合物的液流均匀分配。在沉淀空间中固体下沉，即淤渣粒状物下沉，从而通过有效分离避免生物物质的损失。
附加地，在沉淀容器中或必要时在沉淀空间中设有用于支持固体分离的机构，该机构具有薄片或其它分离机构，它们用于使固体向下沉。
一个用于导出净化液体的机构优选设在沉淀容器中，特别是沉淀空间中。
通过沉淀容器在其下侧相对于环境封闭，向外沿着沉淀容器可构成不受干扰的向上流。
沉淀容器的逐渐扩大的横截面导致沉淀空间下的反应器空间中的气体可集中，三态混合物的沿着沉淀容器的外壁的向上流动速度增加，并因此在三态混合物通过流入棱流入沉淀容器中时提高气体分离作用。
沉淀的淤渣返回到一个在反应器顶部的局部向下流中的优点是，淤渣粒状物不受干扰，并迅速向下沉降回淤渣床中。
通过反应器的淤渣床中的气体分离器，淤渣床中的一部分沼气从系统中取出，由此避免过高的气体清空管速度。
气体分离器的气体分离元件可具有不同的形状，并水平或稍微错开，使得大部分在反应器中形成的沼气通过该气体分离器收集。气体分离器在反应器下半部。其余的气体流过淤渣床上方的区域，在表面处溢入反应器的气体收集空间中。
所产生的沼气可通过利用气举泵效应直接-或借助泵间接地-用于把沉淀的沉淀物输送到反应器顶部中。
以下，结合作为例子的示意1-3来详细描述本发明，其中
图1根据本发明的反应器的纵截面图；图2在气体分离器的高度上的根据本发明的反应器的横截面；图3在三态分离装置的高度上根据本发明的反应器的横截面。
按照图1的反应器在反应空间2中具有一个带有气体分离元件4的气体分离器和一个三态分离装置3，该三态分离装置在反应器顶部或在淤渣床(Schlammbett)之上，该淤渣床位于反应空间(用灰色表示)2下面。三态混合物或液体的优选流动方向用箭头表示。
待处理的废水通过导入管17和位于底部区域的废水的分配系统用供给点1供给到淤渣床。在反应器的下半部分中有一个带有气体分离元件4的平面，该平面能够收集形成的沼气并通过连接导管5由反应器导出。在连接导管5中得到的气体可以用作气举泵(Mummutpumpe)13的驱动气体，气举泵用于把淤渣导回淤渣导管12中，按照气举泵的需求，气体可通过提升导管6导到反应器顶部中的集气空间中。在反应器顶部收集的沼气22可在这里吸出。
三态分离装置3在淤渣床之上靠近水面的位置，淤渣床的漏斗形的沉淀容器21向下相对反应空间2完全封闭。待分离的三态混合物通过两个流入棱7流入三态分离装置3。在流入棱7上实现流动加速，这可以有效地将气泡从被夹带的淤渣粒状物中分离出来。经过流入棱7之后进行液流稳定，液流稳定在为此设置的空间9中进行。通过壁8上的孔进行液流分配。废水通过壁8流向沉淀空间18。在沉淀空间中为了支持沉淀作用，可优选装有薄片组10或其它分离装置，待分离的废水-淤渣混合物基本水平地流过薄片组。
净化的废水通过至少一个排出槽11引出。分离的淤渣，特别是沉淀颗粒在沉淀空间18中向下滑入淤渣漏斗，淤渣导管12由淤渣漏斗的底部从反应器中引出。
该淤渣导管12在反应器外面接到气举泵13上，气举泵导致沉淀颗粒由淤渣漏斗通过外部淤渣导管12导回反应空间中。导回的沉淀颗粒在水面上供给到具有向下的液流的区域中。
气举泵13被沼气驱动，沼气在气体分离元件4的平面上收集或通过一个外部沼气鼓风机15经过导管20供给到气举泵13中。就是说，通过供给气体产生一个气举泵效应，通过该气举泵效应在淤渣漏斗18底部中聚积的淤渣抬高到水面上的反应器的上部分中。可调节地进行回流的淤渣的输送。
通过局部向下流动，淤渣输送回反应空间2中也输送回淤渣床中。
为调节限定的入口浓度(Zulaufkonzentrationen)，必要时需要从反应器的出口经过一个泵19和一个再循环导管16再循环到导入导管17中。
图2以反应器横截面示出了气体分离元件4及气体排出管的结构，气体排出管过渡到连接导管5中。
图3为三态分离装置3，其中流动方向也用箭头表示。三态混合物经过流入棱7分别到达用于稳定流的空间9中，并通过壁8到达沉淀空间中。作为优选分离装置之一，薄片分离器10带有流出槽11，通过该流出槽排出净化水。在该图中还给出，淤渣由三态分离装置3附近的淤渣导管12导入反应器中。
权利要求
1.一种用于分离一个反应器中气体、液体和固体的三态分离装置(3)，反应器用于厌氧处理液体，该装置具有一个沉淀容器(21)，该沉淀容器具有至少一个用于一个三态混合物的流入棱(7)，还具有一个用于沉淀固体的淤渣导管(12)，沉淀容器(21)通过该淤渣导管相对于环境在其下侧封闭，其特征在于，在沉淀容器(21)中设有至少一个用于支持固体分离的机构(10)，该机构具有薄片。
2.根据权利要求1所述的三态分离装置，其特征在于，在沉淀容器(21)中通过一个用于一种可透过三态混合物的分隔物(8)构成至少一个用于稳定流的空间(9)和至少一个沉淀空间(18)。
3.根据权利要求2所述的三态分离装置，其特征在于，在沉淀空间(18)中设有一个用于支持固体分离的机构(10)，该机构具有薄片。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的三态分离装置，其特征在于，在沉淀容器(21)中，特别是在按照权利要求2的沉淀空间(18)中设有一个用于排出净化液体的机构(11)。
5.根据权利要求2-4中任一项所述的三态分离装置，其特征在于，可被透过的分隔物(8)为一个具有孔的壁。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的三态分离装置，其特征在于，沉淀容器(21)的横截面从下侧向流入棱(7)扩大。
7.用于厌氧处理液体、特别是废水或含水的过程溶液的反应器，反应器借助颗粒状、絮状或易流动的基材中的生物物质，通过厌氧生物转换有机污物来实现，其特征在于，在反应器中布置至少一个根据权利要求1-6中任一项所述的三态分离装置(3)，使得沉淀容器(21)在其下侧相对于反应空间封闭。
8.根据权利要求7所述的反应器，其特征在于，淤渣导管(12)在出口上面由沉淀容器(21)连到反应器的内部空间中，使得淤渣导管(12)的内容物局部向下流动。
9.根据权利要求7或8所述的反应器，其特征在于，在三态分离装置(3)中设有一个气体分离器(4)。
10.根据权利要求9所述的反应器，其特征在于，至少一个连接导管(5)用于从气体分离器(4)中导出气体，为得到气举泵效应该连接导管通入淤渣导管(12)中。
11.根据权利要求9或10所述的反应器，其特征在于，在连接导管(5)接入之前，另一个气体导管(20)接入淤渣导管，通过该气体导管借助一个泵(15)，气体、特别是来自反应器顶部的集气空间的气体可被输送到淤渣导管(12)中。
12.根据权利要求7-11中任一项所述的反应器，其特征在于，设有三态分离装置(3)，使得在三态分离装置(3)的下侧构成三态混合物的向上流动，而在其他反应区中可构成向下流动。
13.在厌氧处理液体、特别是废水或含水过程溶液时用于分离三态混合物的方法，借助颗粒状、絮状或易流动的基材中的生物物质，通过厌氧生物转换有机污物来实现，其特征在于，在形成于淤渣床(2)中的气体部分分离之后，通过三态混合物的偏转和随后在薄片上的分离实现所述三态的分离，其中在三态分离(3)时分离的生物物质由源于气体分离的气体(5)，借助气举泵效应提升并导回到三态混合物中，其方法是气体进入一个局部流中并从该局部流导入淤渣床(2)中。
全文摘要
提出了一种用于分离一个反应器中气体、液体和固体的三态分离装置(3)，反应器用于厌氧处理液体，该反应器具有一个沉淀容器(21)，该沉淀容器具有至少一个用于一个三态混合物的流入棱(7)，还具有一个用于沉淀固体的淤渣导管(12)，沉淀容器(21)通过该淤渣导管相对于环境在其下侧封闭，其中在沉淀容器(21)中设有至少一个用于支持固体分离的机构(8、10)。由此或通过相应的反应器或相应的方法，实现高单位体积转换率由此更有效地利用反应器体积。
文档编号C02F3/28GK1692082SQ03823961
公开日2005年11月2日 申请日期2003年9月24日 优先权日2002年10月10日
发明者P·达特谢夫斯基, H·里泽, F·克勒格拉夫, K·蒂普曼 申请人:瓦特克瓦巴格有限责任公司