专利名称：脉冲厌氧流化床反应器及有机废水处理方法
技术领域：
本发明涉及废水处理领域，特别涉及一种高效处理的脉冲厌氧流化床反应器和利用该脉冲厌氧流化床反应器处理有机废水的方法。
背景技术：
高浓度、高难度有机废水特别是造纸废水主要来自原料木片(或麦草等)的浸洗加工、化机浆中段水、箱板纸生产过程。废水的特点是水量大，SS、C0D&均较高，废水B/C较低，可生化性较差，属于高浓度、高难度有机废水之一。废水的污染物成分复杂，含有大量分子结构较稳定的大分子污染物，如木质素、纤维素、半纤维素以及少量松香等难降解污染物，并含有部分其它的有机杂质以及部分无机物和氯化物等少量有毒物质。木质素及其衍生物、纤维素、半纤维素等是形成C0Dtt&B0D的主要成分；细碎木片、细小纤维、土壤颗粒等主要形成固体悬浮物(SS)。该类废水在厌氧处理过程中产泥、产气量较大，如果不能将厌氧池内的气-固-液三相进行有效分离，废水的处理效果将会受到较大的影响。目前，国内外主要采用传统的UASB、EGSB、IC等厌氧反应器对高浓度、高难度有机废水进行处理，但这些工艺都难以取得高效的气-固-液三相分离效果，同时不易培养出沉淀性能好、生物活性高的颗粒污泥。因此，有必要提供一种高效处理的脉冲厌氧流化床反应器和利用该脉冲厌氧流化床反应器处理高浓度、高难度有机废水的方法，以克服现有技术的缺点。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高效处理的脉冲厌氧流化床反应器(PAFR-B反应器)。本发明的目的可以通过以下技术措施实现
一种脉冲厌氧流化床反应器，包括主体、位于主体上方的并设有进水口的储水罐、与储水罐连接的脉冲布水器，
所述的主体内腔中部设有三相分离器和三相分离平台，所述的三相分离器为至少一个长条形下口过滤袋，所述的下口通过法兰与三相分离平台连接，过滤袋的上端通过支架固定；所述的三相分离平台上设置有供污泥由上至下通过的单向阀； 所述的主体内腔在所述的三相分离器上方设置有出水口；
所述的主体内腔在所述的三相分离平台下方设置有内循环抽水管，所述的内循环抽水管与所述的储水罐连接。作为本发明脉冲厌氧流化床反应器的优选实施方式，所述的三相分离器为三个长方形下口过滤袋。作为本发明脉冲厌氧流化床反应器的优选实施方式，所述的脉冲厌氧流化床反应器还设置有与二沉池出水口连接的回流系统，所述的回流系统与储水罐连接。作为本发明脉冲厌氧流化床反应器的优选实施方式，所述脉冲布水器在主体内腔底部及距底部2至4米设置有两层或三层的脉冲出水口。脉冲出水口还可设为反冲排渣功能的出水口。下层布水的中间成45°角向下喷水，外圈成0°角向圆心喷水，上层外圈布水成 90°角垂直向下喷水，形成中心部位向上周围向下的循环模式，最大限度搅动污泥。本发明的又一发明目的在于提供一种工艺简单、成本低、效率高、能够对高浓度、 高难度有机废水的高效厌氧处理方法。本发明的目的可以通过以下技术措施实现
一种高浓度、高难度有机废水的高效厌氧处理方法，所述的处理方法包括如下步骤
(1)高浓度、高难度有机废水经预处理后进行物化处理，并经初沉池泥水分离后自流至调节池；
(2)调节池废水提升至脉冲厌氧流化床反应器，经脉冲布水后进行水解酸化反应，经三相分离后污泥被截留在厌氧池内，气体被分离后进入气体收集系统或沼气焚烧装置，废水自流入下一级处理系统；所述的脉冲厌氧流化床反应器为前述的脉冲厌氧流化床反应器 (PAFR-B反应器)。所述的PAFR-B反应器设有防堵塞布水系统。PAFR-B反应器能高效处理各类高浓度、高难度有机工业废水，如印染废水、造纸废水、化工废水、淀粉废水等。PAFR-B工艺操作简单，投资省、运行费用低，去除效率高，是一种比传统厌氧工艺更先进、更符合国情的新型厌氧处理技术。PAFR-B反应器的特点如下具有新一代高效三相分离技术。由于厌氧反应器的独特功能和特殊构造，使厌氧的三相分离成为一件特别困难的任务。泥水混合均勻、污染物去除率高和产气量大是厌氧追求的目标，同时也是三相分离最大的难题，很多厌氧系统失败的原因就是不能正确处理这些矛盾。新一代高效三相分离器是本PAFR-B反应器的核心技术，是将一种精密过滤技术引入厌氧反应器，在厌氧反应中可以实现在高流速、高气体夹带量、高污泥浓度条件下的气、固、液三相完美分离。本三相分离器是采用聚酯筛网制作的长方形下口过滤袋，下口通过法兰与三相分离平台连接，上端通过支架固定。三相分离平台外圈设置从上到下的单向阀门，单向阀上方是污泥沉降空间，利用抽取内循环水的机会使三相分离平台下方缺水从而形成一定的负压，并使单向阀开启，将平台上方沉降的污泥回流至三相分离平台下方。滤网表面滤速为0. 3 3m/h，采用脉冲形式使过滤袋迅速膨胀和收缩，每次过滤后均有一次清理和脱泥的过程，从而保证过滤袋的持续过滤能力。同时还设置有二沉池出水回流系统，出水回流可以提高反应器内的液体表面上升流速，使反应器内污泥与污水充分接触，避免反应器内死角和短流的产生；对于超高浓度或含有难降解或有毒有机物的废水，出水回流可以稀释进水有机物浓度，降低难降解有机物或有毒有机物对微生物的抑制；同时，出水回流还可以补充厌氧池内的碱度，可以防止厌氧过酸化，进一步保证了厌氧系统的稳定、高效运行。实际工作时待处理废水经脉冲布水系统进入PAFR-B反应器主体，反应器内污泥和废水在脉冲布水强大的推动力下完成高效混合并部分流化、上升，废水与污泥充分混合、 接触而发生厌氧反应，产生沼气(气体主要为甲烷和二氧化碳)附着在污泥颗粒上，致使污泥所受浮力增大而上浮，当污泥颗粒上升撞击到三相分离器滤网时，气体从污泥上脱离并经集气管排出。废水和污泥进入三相分离器的沉淀区，污泥颗粒由于失去了气体的托浮力而开始下沉，粒径较大的污泥(主要是颗粒污泥)很容易沉降到反应器底部，而普通污泥会有部分通过滤网，通过滤网后沉淀性能较好的污泥会继续沉降并附着在滤网外表面上，而沉降性能较差的污泥细小碎片随出水流出。附着在滤网外表面上的污泥通过过滤废水时的水力冲刷作用以及在滤网的膨胀-收缩作用下会脱落并沉降在三相分离平台上，并在废水内循环时经平台上设置的单向阀回流至反应器下层，这样就完成了厌氧反应器内的气、水、 泥的高效分离。本发明的PAFR-B反应器较现有技术在各方面都有较大幅度的改良和提升 主体由钢筋混凝土或钢结构构成，一般有效水深为12 18米，结构简单，造价低。 系统内有独特的脉冲布水而形成的强力而又均勻的搅动和冲击性的上流推动力。 反应器内由酸化、水解和产气菌组成了高效、协调的厌氧生态群，与主要由产气菌组成的厌氧反应器相比有显著优点。 启动时间短，无需颗粒化污泥启动，废纸造纸污水3飞个月可形成颗粒化污泥， 操作便利。 特殊的污泥浓度分布规律和脉冲布水的强力搅动，为迅速产生颗粒化污泥创造了条件，从而带来了高效率。 无任何运动部件，而有成熟的防堵塞措施，因而安全可靠，使用寿命长。 适应性好，耐冲击负荷。厌氧系统使用脉冲布水，仅消耗部分势能，无潜水搅拌等辅助设备。脉冲布水是利用虹吸管中快速流动的水流将主管道中的空气带走，使主管道内形成一定的真空度，在管道内外大气压的作用下池内的水进入主管道后排入池中。由于水流速度快，布水能在短时间内完成，达到脉冲的效果，搅起池底的高浓度的污泥，使池内泥水处于充分混合状态，解决了系统内的短流、沟流现象，厌氧菌与废水中的有机物得到充分的接触。脉冲布水很好的解决了厌氧装置中的泥水混合问题，而且节省了昂贵的水下搅拌系统和解决了污泥流失问题，为厌氧装置提供了适用的布水手段。在PAFR-B反应器启动阶段，接种在PAFR-B中的普通絮状污泥，通过脉冲布水的冲击作用形成连续的上升-下降过程，污泥不断互相碰撞、摩擦，及所产生沼气的吸湿作用逐步形成致密结构的颗粒化污泥。脉冲布水器平均每2 3分钟脉冲一次，每次脉冲持续15 30秒，因此脉冲时冲击速度很大，可达3m/s，形成巨大的湍流搅动，把底层污泥带到反应器的上方。脉冲过后，颗粒污泥密度大，很快失去上升的动量开始沉降，并形成明显的分层。池内可大致分为三层下层 (从池底到整个池高约1/3处)污泥浓度高，可达l(T20g/L。中间层(池高约1/3 2/3处)污泥浓度一般，为广10g/L左右。再向上则为分离层。PAFR-B中，积累有大量高活性的厌氧污泥是这种设备具有巨大处理能力的主要原因。PAFR-B的COD容积负荷率在6 15kg/m3. d范围内，平均为12kg/m3. d。可溶性COD去除率通常在70% 90%之间，造纸类废水往往更高。PAFR-B工艺不是单纯的去除污染物，还有改善废水可生化性的功效。高分子有机物因为分子量巨大，不能透过微生物的细胞膜，因此不可能为细菌直接吸收利用。而PAFR-B池将大分子降解为小分子，能大幅度改善废水的B/C比。在PAFR-B反应器顶部安装有高效三相分离装置，经三相分离后污泥被截留在厌氧池内，气体被分离后进入气体收集系统(或沼气焚烧装置)，废水自流入下一级处理系统。 该方法能保证厌氧出水SS ^ 200mg/L，沼气完全进入气体收集系统(或沼气焚烧装置)。PAFR-B对进水条件没有严格的要求，能适应各种高浓度、高难度废水。PAFR-B进水的条件为温度为25 38°C ；COD和pH则有一个相对较大的允许范围。PAFR-B工艺不仅出水水质优良，并且该系统具有卓越的稳定性能、简便的操作管理和极小的维护工作量，同时可以有效防止污泥膨胀现象。本发明就是在PAFR反应器的基础上扬长补短，充分发挥PAFR的原有优势，同时彻底改善其泥水分离功能和污染物去除率。作为本发明高浓度、高难度有机废水的高效厌氧处理方法的优选实施方式，所述的废水预处理中，包括对废水水质、水量、PH值和温度进行调节。作为本发明高浓度、高难度有机废水的高效厌氧处理方法的优选实施方式，所述的脉冲厌氧流化床反应器停留时间为6 181!，有效水深为12 18m，高径比为广2之间，圆形钢结构，内层防腐。作为本发明高浓度、高难度有机废水的高效厌氧处理方法的优选实施方式，所述的脉冲布水，冲放比为20:1左右，脉冲时间为15 30s ；设置底部及距底部2至4米两层或三层布水，底部与上部的布水量比为7:3或6:3:1。下层布水的中间成45°角向下喷水，外圈成0°角向圆心喷水，上层外圈布水成90°角垂直向下喷水，形成中心部位向上周围向下的循环模式，最大限度搅动污泥。作为本发明高浓度、高难度有机废水的高效厌氧处理方法的优选实施方式，所述的脉冲布水是指原水和回流水一起进入脉冲布水器，通过增加新的布水点，提高脉冲布水器的标高，适当延长冲放比，达到提高脉冲强度和进一步提高泥水混合能力，从而将容积负荷提高到6 MKgCOD/m3. d0作为本发明高浓度、高难度有机废水的高效厌氧处理方法的更优选实施方式，所述的预处理中调整废水PH值为6. (Γ8. 0。作为本发明高浓度、高难度有机废水的高效厌氧处理方法的最优选实施方式，所述的预处理中调整废水PH值为7. 5。作为本发明高浓度、高难度有机废水的高效厌氧处理方法的更优选实施方式，所述的PAFR-B反应器停留时间为6 18h。作为本发明高浓度、高难度有机废水的高效厌氧处理方法的最优选实施方式，所述的PAFR-B反应器停留时间为12h。作为本发明高浓度、高难度有机废水的高效厌氧处理方法的更优选实施方式，所述的PAFR-B反应器有效水深为12 18m。作为本发明高浓度、高难度有机废水的高效厌氧处理方法的最优选实施方式，所述的PAFR-B反应器有效水深为16m。作为本发明高浓度、高难度有机废水的高效厌氧处理方法的更优选实施方式， 所述的PAFR-B反应器设置底部及距底部2至4米两层布水，底部与上部的布水量比为广4:1。作为本发明高浓度、高难度有机废水的高效厌氧处理方法的最优选实施方式，所述的PAFR-B反应器底部与上部的布水量比为2:1。作为本发明高浓度、高难度有机废水的高效厌氧处理方法的更优选实施方式，所述的PAFR-B反应器容积负荷为6 MKgC0D/m3. d。作为本发明高浓度、高难度有机废水的高效厌氧处理方法的最优选实施方式，所述的PAFR-B反应器容积负荷为llgCOD/m3. d。作为本发明高浓度、高难度有机废水的高效厌氧处理方法的更优选实施方式，所述的PAFR-B反应器脉冲布水冲放比为15 25:1左右。作为本发明高浓度、高难度有机废水的高效厌氧处理方法的最优选实施方式，所述的PAFR-B反应器脉冲布水冲放比为20:1，相应的脉冲时间为20秒左右。作为本发明高浓度、高难度有机废水的高效厌氧处理方法的更优选实施方式，所述的PAFR-B反应器需要回流二沉池出水，回流比为2(Γ100%。作为本发明高浓度、高难度有机废水的高效厌氧处理方法的最优选实施方式，所述的PAFR-B反应器所需的二沉池出水回流比为60%。与传统技术相比，通过本发明高浓度、高难度有机废水的高效厌氧处理方法解决了高浓度、高难度有机废水难以处理的难题，高浓度、高难度有机废水经所述高浓度、高难度有机废水的高效厌氧处理方法处理后大幅度的降低了其污染物浓度，为后续处理提供了便利，为进一步处理达到较高的工业废水处理控制标准创造了条件。本方法是一种成本低、 效率高、能够对高浓度、高难度有机废水有效治理的处理工艺。
利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制。图1是本发明脉冲厌氧流化床反应器一个实施例的结构示意图2是本发明高浓度、高难度有机废水的高效厌氧处理方法的流程示意图。
具体实施例方式为使本发明更加容易理解，下面将进一步阐述本发明的具体实施例。实施例1
如图1所示，一种脉冲厌氧流化床反应器100，包括主体110、位于主体110上方的并设有进水口 122的储水罐120、与储水罐120连接的脉冲布水器130，所述的主体110内腔中部设有三相分离器140和三相分离平台150，所述的三相分离器140为三个长方形下口过滤袋142，所述的下口通过法兰与三相分离平台150连接，过滤袋142的上端通过支架固定； 所述的三相分离平台150上设置有供污泥由上至下通过的单向阀152 ；所述的主体110内腔在所述的三相分离器140上方设置有出水口 112 ；所述的主体110内腔在所述的三相分离平台150下方设置有内循环抽水管114，所述的内循环抽水管114与所述的储水罐120连接。所述的脉冲厌氧流化床反应器100还设置有与二沉池出水口连接的回流系统160，所述的回流系统160与储水罐120连接。所述脉冲布水器130在主体110内腔底部及距底部2 至4米设置有两层的脉冲出水口 132。实施例2
利用PAFR-B厌氧反应技术，对高浓度、高难度有机废水进行处理，如图2所示，该方法包括以下步骤
(1)高浓度、高难度有机废水经预处理后进行物化处理，并经初沉池泥水分离后自流至调节池；(2)调节池废水提升至PAFR-B反应器顶部的脉冲布水罐，经脉冲布水罐脉冲布水进入 PAFR-B池进行水解酸化反应，在PAFR-B反应器顶部安装高效三相分离装置，经三相分离后污泥被截留在厌氧池内，气体被分离后进入气体收集系统(或沼气焚烧装置)，废水自流入下一级处理系统。在步骤(1)中，高浓度、高难度有机废水预处理后进行物化处理是指高浓度、高难度有机废水经预处理后自流入混凝反应池，投加聚合氯化铝(PAC)和聚丙烯酰胺(PAM)，随后进入初沉池进行泥水分离，沉淀池出水自流进入调节池进行水质、水量和水温等的调节。在步骤(2)中，将所述高浓度、高难度有机废水提升至PAFR-B反应器进行水解酸化反应是指将废水提升至PAFR-B反应器顶部的脉冲布水器，废水经脉冲布水进入PAFR-B 反应器发生水解酸化反应，水解酸化处理后废水在PAFR-B反应器顶部进行三相分离。 PAFR-B反应器出水自流入下一级处理系统。高浓度、高难度有机废水中含有大量的难降解高分子污染物，经过前处理后，仍会不可避免的有部分细小的纤维和较大的杂质进入PAFR-B反应器，如薄膜袋、布条等，这些杂质容易造成布水孔堵塞。由于布水系统安装在PAFR-B反应器底部，且PAFR-B反应器是一个密闭结构，清通布水系统需要耗费较大的人力、物力。为解决这个难题，发明人根据多个工程的经验，改进了布水系统的构造，增加水力反冲排渣管道，使布水系统具有良好的防堵塞功能，即便堵塞也能通过简便的操作疏通布水管。防堵塞布水系统是根据PAFR-B反应器的结构、水力模型及多个高浓度、高难度有机废水处理工程的PAFR-B反应器布水系统运行情况总结改良得出。在以往的布水系统中，堵塞通常发生在布水管的末端，堵塞的杂质是薄膜袋、布条等。发明人在布水管末端增加反冲排渣管，脉冲布水器发生脉冲时将杂质冲至排渣管中，然后开启反冲排渣阀门，利用高位水力压差使PAFR-B反应器内的废水通过布水管过水孔进入布水管内进行反冲，随后进入反冲排渣管一起把杂质带出，由此完成反冲排渣过程。整个反冲排渣过程仅需要进行阀门的开启，操作非常的简便，且反冲排渣效果好。防堵塞布水系统和脉冲布水器的保安筛网组成了 PAFR-B反应器的防堵塞双保险，大大提高了 PAFR-B反应器连续运行的可靠性。在步骤(2)中，本实施例中经预处理后进入PAFR-B反应器的废水pH值为7. 5。在步骤(2)中，本实施例中PAFR-B反应器的停留时间为12h。在步骤(2)中，本实施例中PAFR-B反应器的有效水深为16m。在步骤(2)中，本实施例中PAFR-B反应器设置底部及距底部2至4米两层布水， 底部与上部的布水量比为2:1。在步骤(2)中，本实施例中PAFR-B反应器脉冲布水冲放比为20:1，相应的脉冲时间为20秒左右。在步骤(2)中，本实施例中PAFR-B反应器所需的二沉池出水回流比为60%。在步骤(2)中，本实施例中PAFR-B反应器容积负荷为llgCOD/m3. d。在本发明的一个实施例中，进一步包括将经过高浓度、高难度有机废水的高效厌氧处理方法处理后的高浓度、高难度有机废水进行检测然后排放的步骤，该步骤主要是测定水样中的污染物指标，以检验该技术对所述废水的处理达标情况。在本发明中，高浓度、高难度有机废水的水质、水量、pH值、温度以及构筑物的相关参数等均对废水中污染物去除率有一定影响。以下通过具体实施例评价其相应的关联关系。(下述实施例均采用如实施例1的PAFR-B反应器)。表1表征了进入PAFR-B反应器的废水pH对C0Dtt、SS去除率亦有一定的影响。常温条件下，控制前物化加药量，初沉池泥水分离后废水经提升进入PAFR-B反应器，在不同的废水PH情况下测定PAFR-B反应器出水的污染物指标，结果如表1所示。表1进入PAFR-B反应器的废水pH对C0D&、SS去除率的影响
权利要求
1.一种脉冲厌氧流化床反应器，包括主体、位于主体上方的并设有进水口的储水罐、与储水罐连接的脉冲布水器，其特征在于，所述的主体内腔中部设有三相分离器和三相分离平台，所述的三相分离器为至少一个长条形下口过滤袋，所述的下口通过法兰与三相分离平台连接，过滤袋的上端通过支架固定；所述的三相分离平台上设置有供污泥由上至下通过的单向阀；所述的主体内腔在所述的三相分离器上方设置有出水口；所述的主体内腔在所述的三相分离平台下方设置有内循环抽水管，所述的内循环抽水管与所述的储水罐连接。
2.根据权利要求1所述的脉冲厌氧流化床反应器，其特征在于，所述的三相分离器为三个长方形下口过滤袋。
3.根据权利要求1所述的脉冲厌氧流化床反应器，其特征在于，所述的脉冲厌氧流化床反应器还设置有与二沉池出水口连接的回流系统，所述的回流系统与储水罐连接。
4.根据权利要求1所述的脉冲厌氧流化床反应器，其特征在于，所述脉冲布水器在主体内腔底部及距底部2至4米设置有两层或三层的脉冲出水口。
5.一种高浓度、高难度有机废水的高效厌氧处理方法，所述的处理方法包括如下步骤(1)高浓度、高难度有机废水经预处理后进行物化处理，并经初沉池泥水分离后自流至调节池；(2)调节池废水提升至脉冲厌氧流化床反应器，经脉冲布水后进行水解酸化反应，经三相分离后污泥被截留在厌氧池内，气体被分离后进入气体收集系统或沼气焚烧装置，废水自流入下一级处理系统；所述的脉冲厌氧流化床反应器为权利要求1-4任一权利要求所述的脉冲厌氧流化床反应器。
6.根据权利要求5所述的处理方法，其特征在于，废水在所述的脉冲厌氧流化床反应器停留时间为6 18h。
7.根据权利要求5所述的处理方法，其特征在于，所述的脉冲厌氧流化床反应器有效水深为12 18m。
8.根据权利要求5所述的处理方法，其特征在于，所述的脉冲布水，冲放比为15 25:1， 脉冲时间为15 30秒；设置底部及距底部2至4米两层布水，底部与上部的布水量比为 1 4:1。
9.根据权利要求5所述的处理方法，其特征在于，所述的脉冲厌氧流化床反应器中容积负荷为6 MKgCOD/m3. do
10.根据权利要求5所述的处理方法，其特征在于，所述的脉冲厌氧流化床反应器中引进二沉池出水，回流比为2(Γ100%。
全文摘要
本发明公开了PAFR-B厌氧反应技术，解决了高浓度、高难度有机废水不易处理的问题。技术方案包括以下步骤将高浓度、高难度有机废水预处理后进行物化处理，经泥水分离后提升至PAFR-B布水器与二沉池回流液混合，经脉冲布水进入池内进行水解酸化反应，在PAFR-B反应器顶部安装高效三相分离装置，经三相分离后污泥被截留在厌氧池内，气体被分离后进入气体收集系统(或沼气焚烧装置)，废水自流入下一级处理系统。该方法能使高浓度、高难度有机废水厌氧处理后COD去除率达70%~90%，厌氧出水SS≤200mg/L，沼气完全进入气体收集系统(或沼气焚烧装置)，基本达到较高的高浓度、高难度有机废水高效厌氧处理标准。
文档编号C02F3/28GK102432098SQ201110361028
公开日2012年5月2日 申请日期2011年11月15日 优先权日2011年11月15日
发明者刘德沛 申请人:广州中环万代环境工程有限公司