专利名称：方形非强制内循环厌氧处理装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种方形非强制内循环厌氧处理装置。
背景技术：
有机废水生物化学处理的一类重要技术是厌氧处理，厌氧反应装置是废水进行高效稳定的厌氧处理的关键。目前常用的废水厌氧反应装置有UASB反应器、厌氧生物滤池、 IC反应器和流化床反应器等。传统IC厌氧反应器由两个UASB反应器上下叠加串联构成，高度18 25m，高径比多数为4 8，一般由5个基本部分组成混合区、颗粒污泥膨胀床区、精处理区、内循环系统和出水区。其中内循环系统是IC工艺的核心结构，由一级三相分离器、沼气提升管、气液分离器和泥水下降管等组成。目前，内循环系统往往需要增加外部的水气固强制循环装置，例如循环水池、回流泵。IC反应器的结构特点圆形、钢结构、高径比大，在运行负荷高、 占地面积少、运行稳定性方面具有显著的优点。但传统IC厌氧反应器存在一些问题，例如内部构造和系统组成复杂(需设置外部强制循环设施)，对制作及安装精度的要求高，往往因为施工安装和日常维护问题导致反应器运行困难；采用圆形钢制结构，散热大、易腐蚀，防腐和保温投资大；一般为塔体形式， 反应器占地面积小，塔体高度比较大，污水提升费用较高；通常采用很高的运行负荷，污泥甲烷化程度高，常设置酸化预处理，对温度、ORP、VFA和微量元素的控制要求高。因此，需要设计一种新的厌氧反应装置，以满足废水处理领域的需要。
实用新型内容本实用新型提供一种方形非强制内循环厌氧处理装置，构造简单、制造成本低、水力损失小、提升扬程小。为了解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案方形非强制内循环厌氧处理装置，处理装置包括由下至上依次连接的第一反应区、下三相分离器、第二反应区、上三相分离器，第一反应区底部设有布水装置，布水装置与进水管连通；上三相分离器的顶部设有出水装置；上三相分离器的上方设有水气分离罐，水气分离罐的顶部设有排气管，水气分离罐的底部通过下降管与第一反应区底部的排泥管连通，水气分离罐的上部通过上升管与下三相分离器连通，上升管上方的水气分离罐上设有与上三相分离器连通的沼气管。所述的出水装置包括出水渠和出水管，出水渠与上三相分离器在反应器内的顶部连通。所述的布水装置包括布水管和布水器且均勻布置在第一反应区底部。所述的第一反应区、下三相分离器、第二反应区、上三相分离器的形状均为立方体结构。所述的水气分离罐为旋流式分离器，形状为圆柱形结构，高径比为1. 0 1. 3 :1。所述的进水管上设有调节阀、流量计和逆止阀。[0013]所述的处理装置的横截面为矩形，矩形的长宽比为1. 0 1. 2 :1。所述的处理装置的高度为12. 0 15. 0m，高度与矩形对角线的比为2. 5 3. 5。处理装置采用钢筋混凝土材料制成。本实用新型内部构造简单、结构稳定性好、水力损失小、提升扬程小。与传统IC和 UASB相比有以下优点简化内部构造和系统组成，控制合适的运行负荷，降低投资；降低设计、施工及安装技术难度，降低施工安装和日常维护的困难；采用钢筋混凝土结构，降低防腐和保温投资；池体高度与传统IC相比降低30 40%，污水泵提升扬程小；内部形成液体自循环，可适当加强废水与污泥的传质，提高反应效率。
图1为本实用新型的结构示意图；图2为进水管的管路结构示意图。
具体实施方式
如图1、图2所示，方形非强制内循环厌氧处理装置，处理装置包括由下至上依次连接的第一反应区6、下三相分离器7、第二反应区8、上三相分离器9，第一反应区6底部设有布水装置5，布水装置5与进水管1连通，布水装置5包括布水管和布水器且均勻布置在第一反应区6底部。上三相分离器9的顶部设有出水装置；出水装置包括出水渠15和出水管16，出水渠15与上三相分离器9在反应器内的内顶部连通。上三相分离器9的上方设有水气分离罐11，水气分离罐11的顶部设有排气管19，水气分离罐11的底部通过下降管12 与第一反应区6底部的排泥管18连通，水气分离罐11的上部通过上升管10与下三相分离器7连通，上升管10上方的水气分离罐11上设有与上三相分离器9连通的沼气管13。进水管1上依次设有调节阀2、流量计4、逆止阀3、调节阀21，且整体并联设有旁通管20和调节阀22。反应池的内部构造得以简化，设计、施工和安装的技术难度降低。处理装置采用钢筋混凝土材料制成，保温和抗腐蚀性能好，可以降低保温和防腐工程投资，或者降低加热所需的运行费用。第一反应区、下三相分离器、第二反应区、上三相分离器的形状均为立方体结构。 所述的水气分离罐为旋流式分离器，形状为圆柱形结构，高径比为1.0 1.3 :1。处理装置的横截面为矩形，矩形的长宽比为1. O 1. 2 :1，有利于污水处理厂实施紧凑的平面布置。 处理装置为竖向柱形结构，高度为12. O 15. Om,高度与矩形对角线的比为2. 5 3. 5。与传统IC厌氧反应器相比，高度降低30 40%，污水泵提升扬程小，而且内部三相分离器和内循环管路系统比传统IC厌氧反应器简单，反应池的水力损失小，两方面作用可以适度降低运行成本。本实用新型涉及的厌氧处理系统，厌氧反应池控制合适的、大于UASB的容积负荷 (一般范围是6. O 12. 0kgC0D/m3d)，本实用新型不需像传统IC厌氧反应器，采取“预酸化池+ IC厌氧反应器”的系统形式，整个厌氧处理系统主要由厌氧反应池构成，而不设置预处理或复杂的前处理工艺，同时由于合适的负荷，与UASB比较，反应器中污泥流失的可能性降低，系统不需后处理工艺设施(例如出水循环池)、辅助气液分离装置、或者强制外循环设施，使得处理系统投资大大降低。也因为预处理和后处理设施的取消或简化，整个厌氧处理系统的运行成本可以降低。本实用新型池内高度方向上仅设两级反应区，下部为第一反应区6，是颗粒污泥床区；上部为第二反应区8，是絮体污泥床区，两层反应区的上部设置简单的下三相分离器7 与上三相分离器9，与传统IC厌氧反应器比较，厌氧反应装置构造的复杂性大大降低，降低设计、制作和安装的技术难度，降低工程投资。下部反应区的下三相分离器7上设置混合液上升管10，上通至反应池顶部的水气分离罐11，水气分离罐11下部接有下降管12，下降管下通至反应池底部。上升管10、水气分离罐11与下降管12，形成简单的内循环管路系统，依靠气和水的膨胀和收缩作用形成非强制内循环。该循环管路系统采用合适的断面积，提升比控制得较小，目的在于污泥的分离、 回流，避免污泥的流失。根据通入的气液比例范围，水气分离罐11为旋流式分离器，圆柱形结构，高径比为1. 0 1. 3 :1，上部反应区上三相分离器9内的沼气由沼气管13通过水封， 由水气分离罐11顶部逸出，下部反应区下三相分离器7内的混合液经多点提升沿罐壁径向切线进入，按旋流离心分离原理进行气固分离，液体分离、沉淀后由下降管12回至池底，沼气分离后由水气分离罐11顶部逸出。设计容积负荷合适，系统和内部构造复杂性降低，预处理和后处理要求低，适合于高浓度高产气有机废水的处理；上升管、水气分离罐与下降管，形成内循环管路系统，不利用外力形成内循环，借助旋流式气水分离罐，进行气固分离和回流。下面通过一个实例对本实用新型的实施方式给予进一步的说明某厂每日排出4800 m3废水，主要含多聚糖、蛋白质、脂肪酸，另外还有一定量的无机酸和无机盐等，主要水质指标C0DCrl2700 23000mg/L，B0D55850 13000mg/L， SS2200 7350mg/L，PH值2. 9 12. 9，水温30 60°C。废水经过池外底部的进水管1进入池内底部环流布水器5，再均勻进入反应池的第一反应区6，反应池容积负荷7. 25kgC0D/ m3d，有机物由第一反应区(颗粒污泥区)6和第二反应区(絮体污泥区)8的微生物生化处理， 被处理的废水经由下三相分离器7的分离进入第二反应区8，在此反应区进一步生化处理后进入上三相分离器9，处理水与污泥和沼气在上三相分离器9分离后，从池内顶部集水槽 14汇集后，于出水渠15、出水管16排出。废水中污染物沉积于池底或被第一反应区6和第二反应区8的微生物降解，有机物90%被去除，同时污泥或微生物得以增值，部分微小絮状或空瘪颗粒污泥，随净化后的废水由集水槽14、出水渠15、排水管16排出。下部反应区6去除大量COD、产生大量沼气，气体与部分液体、少量固体组成的混合液，由于气体的膨胀做功，从上升管10上升至反应池顶部的水气分离罐11，离心分离出的气体从分离罐11顶部排出，分离出的液体和固体沉积于罐体下部，并从水气分离罐11底部和下降管12回流至反应池底部和第一反应区6。内循环管路系统提升、回流的混合液，可促进池底以及第一反应区6的废水和污泥混合。循环管路系统采用合适的断面积，提升比 (0. 25 1.0倍)、循环比(0. 1 0. 75倍)控制得较小，目的在于污泥的分离、回流，避免污泥的流失。该循环管路系统提升比合适，可使污泥的分离、回流，避免污泥的流失，否则会造成污泥流失，还需设置外部分离、回流设施。水气分离罐11为旋流式分离器，圆柱形结构，高径比为1. 0 1. 3 :1。第二反应区 8去除少量COD、产生少量沼气，上三相分离器9内的沼气由沼气管13进入水气分离罐11， 通过水封由水气分离罐11顶部逸出。[0030]本实用新型解决了传统IC厌氧反应器存在的问题，解决以下诸如构造复杂、应用费用高等问题( 1)本实用新型要解决传统IC厌氧反应器污泥流失的问题。传统IC厌氧反应器一般采用很高的容积负荷，设计负荷一般为20. 0 40. 0kgC0D/m3d,负荷是传统UASB反应器的5至10倍，高的负荷加上塔体底面面积小，使得反应器的空塔流速很高，流速往往高达 2 6m/h，使得污泥床的污泥容易流失。而且，反应器采用很高的容积负荷，污泥床的微生物单位重量产气率高，污泥颗粒裂化程度高，污泥床中微细或絮状所占比例高，这部分污泥在高流速条件下很容易流失。(2)本实用新型要解决传统IC厌氧反应器构造复杂的问题。为避免污泥在高流速条件下的流失，厌氧处理系统组成和反应器内部构造变得复杂。第一反应区的三相分离器设置有复杂的沼气收集和排出组件、设置有气液固混合液排出组件，不让高速气流和混合液进入第二反应区，控制反应池的流态，避免污泥流失。而且当流速过高，这些装置不能使颗粒及絮体污泥分离、回流时，复杂的内部组件就只是一套通道，还需在反应器外部设置出水管路、沼气管路、甚至混合液管路等强制循环设施，避免污泥流失。(3)传统IC厌氧反应器一般采用圆形的钢制结构，不利于污水处理厂平面布置时同一单元设施的联体紧凑布置，不利于不同处理单元设施协调布置。由于采用钢制结构、金属材质的反应器器壁，一方面反应器保温性能差、散热大，使得反应器需要做保温层，或维持反应器温度需要消耗更多的热量，另一方面普通碳钢材质的反应器，容易受到反应器中气液固介质腐蚀，如果采用不锈钢材质，工程投资则大大提高。而采用混凝土结构的反应池可以解决保温与防腐问题。(4)传统IC厌氧反应器采用塔形构造，反应器高度一般比较高，多数大于20m，水泵提升扬程比一般的UASB (高度按小于1 !计)高出30 50%，污水提升费用较高，运行成本高。由于采用很短的水力停留时间(很高的负荷)，所以反应器进水往往需预酸化处理。 从厌氧代谢多阶段理论、厌氧生化反应历程来看，为满足最末端(产甲烷化)高的分解速率， 为微生物的代谢反应创造最佳平衡条件，处理系统对温度、PH (或ORP)、VFA浓度和微量营养元素投加量的控制要求，比一般UASB的预处理要求高，导致厌氧处理工程投资增高，或厌氧处理系统运行成本增高。
权利要求1.方形非强制内循环厌氧处理装置，其特征在于处理装置包括由下至上依次连接的第一反应区、下三相分离器、第二反应区、上三相分离器，第一反应区底部设有布水装置，布水装置与进水管连通；上三相分离器的顶部设有出水装置；上三相分离器的上方设有水气分离罐，水气分离罐的顶部设有排气管，水气分离罐的底部通过下降管与第一反应区底部的排泥管连通，水气分离罐的上部通过上升管与下三相分离器连通，上升管上方的水气分离罐上设有与上三相分离器连通的沼气管。
2.根据权利要求1所述的方形非强制内循环厌氧处理装置，其特征在于所述的出水装置包括出水渠和出水管，出水渠与上三相分离器在反应器内的顶部连通。
3.根据权利要求2所述的方形非强制内循环厌氧处理装置，其特征在于所述的布水装置包括布水管和布水器且均勻布置在第一反应区底部。
4.根据权利要求1-3任一项所述的方形非强制内循环厌氧处理装置，其特征在于所述的第一反应区、下三相分离器、第二反应区、上三相分离器的形状均为立方体结构。
5.根据权利要求4所述的方形非强制内循环厌氧处理装置，其特征在于所述的水气分离罐为旋流式分离器，形状为圆柱形结构，高径比为1.0 1.3 :1。
6.根据权利要求5所述的方形非强制内循环厌氧处理装置，其特征在于所述的进水管上设有调节阀、流量计和逆止阀。
7.根据权利要求6所述的方形非强制内循环厌氧处理装置，其特征在于所述的处理装置的横截面为矩形，矩形的长宽比为1. 0 1. 2 :1。
8.根据权利要求7所述的方形非强制内循环厌氧处理装置，其特征在于所述的处理装置的高度为12. 0 15. Om,高度与矩形对角线的比为2. 5 3. 5。
9.根据权利要求8所述的方形非强制内循环厌氧处理装置，其特征在于处理装置采用钢筋混凝土材料制成。
专利摘要方形非强制内循环厌氧处理装置，其特征在于处理装置包括由下至上依次连接的第一反应区、下三相分离器、第二反应区、上三相分离器，第一反应区底部设有布水器，布水器与进水管连通；上三相分离器的顶部设有出水装置；上三相分离器的上方设有水气分离罐，水气分离罐的顶部设有排气管，水气分离罐的底部通过下降管与第一反应区底部的排泥管连通，水气分离罐的上部通过上升管与下三相分离器连通，上升管上方的水气分离罐上设有与上三相分离器连通的沼气管。本实用新型内部构造简单、结构稳定性好、水力损失小、提升扬程小。
文档编号C02F3/28GK202246248SQ20112036801
公开日2012年5月30日 申请日期2011年9月29日 优先权日2011年9月29日
发明者崔燕平, 曾科, 陈玉启 申请人:郑州大学