专利名称：一种高效厌氧反应装置的制作方法
技术领域：
本发明属于环保、化工、生物发酵等技术领域，具体涉及一种新型高效厌氧反应装置，特别适用于有机废水的厌氧生物处理。
背景技术：
厌氧生物处理技术是把废水处理和能源回收利用相结合的一种低成本技术。在厌氧条件下，利用微生物的自身代谢作用，把废水中的有机污染物转化成沼气，从而使污水达到净化的过程。与好氧生物处理相比，厌氧生物处理具有耗能少，污泥产量低，能回收清洁能源 (沼气)的优点，是实现循环经济的有效手段之一，应用前景广阔。近30年来，随着生物科学技术的发展和人们对厌氧技术原理认识的深入，厌氧生物反应技术得以飞速发展，为高浓度工业有机废水和生活污水的处理提供了重要手段。目前，厌氧生物反应器已发展至第三代。第一代厌氧生物反应器以普通厌氧消化池为代表，其典型特征是反应器呈全混合，没有污泥循环，处理效率较低。第二代厌氧生物反应器以升流式厌氧污泥床(UASB)反应器为代表，其典型特征是其内设有三相分离装置，污泥循环利用，处理效率得到提高。第三代厌氧生物反应器以厌氧内循环反应器(IC)为代表，其典型特征是在UASB的基础上，设置两层或多层三相分离装置强化三相分离效率，增设内循环提高搅拌强度，改善泥水混合效果，一定程度上缓解了短流、沟流和死角等问题，提高了反应器的处理效能。目前应用较广、以IC反应器为代表的第三代厌氧反应器，仍存在以下不足(1)高度依赖三相分离器，而三相分离器结构复杂，设计困难，成本较高。(2)三相分离过程互相牵制，特别在上升流速较高时，分离效果显著下降，出水水质恶化。(3)气泡在混合液中聚集形成正压，并在此正压驱动下从混合液中逸出，属于被动分离。(4)高度依赖颗粒污泥，而颗粒污泥的培养十分困难，导致启动周期过长。
发明内容
本发明目的在于提供一种新型高效厌氧反应装置，该装置具有良好的废水处理效果O为实现上述目的，本发明采用如下技术方案
一种高效厌氧反应装置，该装置包括上端敞口的外筒、位于外筒底部的布水器和置于外筒内上下开口的悬浮反应筒，所述布水器与进水管连接；所述外筒和悬浮反应筒之间的夹层下部设有固液分离膜组件，固液分离膜组件下端连接出水管；所述外筒和悬浮反应筒之间的夹层上部设有水封槽，集气顶盖伸入装有水的水封槽内形成水封区，集气顶盖与排气管连接。其中，悬浮反应筒、水封槽及固液分离膜组件可以通过与外筒的内壁焊接，从而固定在相应的位置。具体的，所述悬浮反应筒下端口内径大于上端口内径，从下到上分为三段依次为下筒体、第一渐缩筒和上筒体；第一渐缩筒整体呈锥台状，第一渐缩筒的斜面切线与水平方向的角度β在0° 90°之间(优选45° 60° )。
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所述第一渐缩筒与水封槽之间的出水通道间距H2在O. 01 IOm之间(见图I)。所述外筒下部与排泥管连接；外筒的上端口内径大于下端口内径，从上到下分为三段依次为上筒体、第二渐缩筒和下筒体；第二渐缩筒整体呈倒锥台状，第二渐缩筒的斜面切线与水平方向的角度α在0° 90°之间(优选45° 60° );也可以设置为曲面。所述布水器的配水方式为一管一孔、一管多孔、枝状或环状等。所述固液分离膜组件的有效分离孔径在0.01 μ Icm之间，所述水封槽内设置液位控制器。所述进水管的管路上依次连接第一流量计、进水泵和第一阀门；所述排气管的管路上依次连接第二阀门、抽气泵和气压表。所述出水管分为两个支路，其中一个支路的管路上依次连接第三阀门、抽水泵和第三流量计；另一支路的管路上依次连接第四阀门、反冲洗泵和第四流量计。该高效厌氧反应装置分为五部分进水配水区(外筒底部的布水器部分，即图I中的A区)、污泥床反应区(外筒的下筒体和第二渐缩筒部分，即图I中的B区)、悬浮反应区(悬浮反应筒部分，即图I中的C区)、气体优先分离区(集气顶盖的内部，即图I中的D区)和固液分离区(外筒和悬浮反应筒之间夹层的固液分离膜组件部分，即图I中的E区);此五个区从下到上依次布置，并相邻连通。该反应装置和管路为金属、非金属或复合材质。所用阀门可以是截止阀、球阀、闸阀或蝶阀等。所述固液分离区布置在悬浮反应区外侧，可设置一个或多个，或者环绕悬浮反应区一周布置。固液分离区顶部为敞开设置。固液分离区内固液分离膜组件可设置为一个或多个并联。固液分离区底部最下端(即外筒第二渐缩筒的底端)与悬浮反应筒下筒体最下端之间的间距H1在O. OI IOm之间(见图I)。所述集气顶盖内部为气体优先分离区，集气顶盖置于装有水的水封槽内形成水封区；水封区为一个或者多个。废水通过进水管和布水器由底部进入反应装置的外筒，借助升流作用依次经过污泥床反应区和悬浮反应区，在此完成厌氧生物降解；悬浮反应区上部为气体优先分离区，生物反应产生的气体在人为制造的负压驱动下排出；混合液沿着悬浮反应筒上筒体上升，经第一渐缩筒与水封槽之间的出水通道进入固液分离区，在固液分离膜组件的强制分离作用下，出水由出水管排出，污泥得到浓缩；浓缩后的污泥自固液分离区底部回流至污泥床反应区的上部。与现有技术相比，本发明所述无“三相分离器”的新型厌氧反应装置的优点在于 I)将厌氧生物反应产生的混合气体在人为制造的负压驱动下优先排出，从而解决了困
扰第三代厌氧生物反应器应用实践中三相分离过程互相牵制的难题。2)人为制造的负压环境使得气泡由从混合液中的被动逸出转变为主动排出，显著提高了气体从混合液中分离的效率。3)本发明利用固液分离膜组件实现固液的强制分离，解决了上升流速较高时出水水质易恶化的问题。固液分离膜组件的机械筛分作用杜绝了厌氧污泥的流失，彻底摆脱了厌氧生物反应器对颗粒污泥的依赖。4)本发明所述反应装置的悬浮反应筒上筒体液面更新速度较快，避免了浮渣层的形成。
图I是本发明所述高效厌氧反应装置的结构示意图。
具体实施例方式
以下通过优选实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明保护范围并不局限于此。如图I所示，一种高效厌氧反应装置，该装置包括上端敞口的外筒I、位于外筒I底部的布水器3和置于外筒I内上下开口的悬浮反应筒2，所述布水器3与进水管4连接；所述外筒I和悬浮反应筒2之间的夹层下部设有固液分离膜组件6，固液分离膜组件6下端连接出水管7 ;所述外筒I和悬浮反应筒2之间的夹层上部设有水封槽10，集气顶盖11伸入装有水的水封槽10内形成水封区，集气顶盖11与排气管5连接。其中，悬浮反应筒2、水封槽10及固液分离膜组件6通过与外筒I的内壁焊接，固定在相应的位置。固液分离膜组件6采用普通市售产品即可，本发明所用固液分离膜组件6购自河南省鸿蓝水处理技术有限公司，型号 HL-300D/96F-36S1。所述悬浮反应筒2下端口内径大于上端口内径，从下到上分为三段依次为下筒体 27、第一渐缩筒28和上筒体29 ;第一渐缩筒28整体呈锥台状，第一渐缩筒28的斜面切线与水平方向的角度β优选60°。所述第一渐缩筒28与水封槽10之间的出水通道间距H2 为lm。所述外筒I下部与排泥管9连接；外筒I的上端口内径大于下端口内径，从上到下分为三段依次为上筒体26、第二渐缩筒25和下筒体24 ;第二渐缩筒25整体呈倒锥台状，第二渐缩筒25的斜面切线与水平方向的角度α优选45°。所述布水器3的配水方式为一管多孔式。所述固液分离膜组件6的有效分离孔径在O. 01 μ Icm之间,所述水封槽10内设置液位控制器。所述进水管4的管路上依次连接第一流量计12、进水泵13和第一阀门14 ;所述排气管5的管路上依次连接第二阀门21、抽气泵22和气压表23。所述出水管7分为两个支路，其中一个支路的的管路上依次连接第三阀门18、抽水泵19和第三流量计20 ;另一支路 8的管路上依次连接第四阀门15、反冲洗泵16和第四流量计17。该高效厌氧反应装置分为五部分进水配水区(图I中的A区)、污泥床反应区(图I 中的B区)、悬浮反应区(图I中的C区)、气体优先分离区(图I中的D区)和固液分离区(图 I中的E区)；此五个区从下到上依次布置，并相邻连通。该反应装置和管路为金属。所述固液分离区布置在悬浮反应区外侧，环绕悬浮反应区一周布置。固液分离区顶部为敞开设置。固液分离区内固液分离膜组件设置为多个并联。固液分离区底部最下端与悬浮反应筒下筒体最下端之间的间距H1在lm。工作时，废水从进水管4通过配水装置3由底部进入反应装置，借助升流作用依次经过污泥床反应区(B区)和悬浮反应区(C区)，在此完成厌氧生物的降解；悬浮反应区(C 区)上部为气体优先分离区(D区)，生物反应产生的气体在负压驱动下通过排气管5排出。 混合液从悬浮反应区上筒体23通过第一渐缩筒28与水封槽10之间的出水通道进入固液分离区(E区)，在固液分离膜组件6的强制分离作用下，出水由抽水泵19抽出，污泥得到浓缩；浓缩污泥由固液分离区(E区)底部回流至污泥床反应区(B区)的上部。气体优先分离区(D区)内负压的控制，依赖于对水封槽10内外液面高度差的控制来完成。按照实际运行需要首先拟定水封槽10内外液面高度差(算出相应的负压范围)，并通过液位控制器监控。当内外液面高度差为零时，抽气泵19开始工作，当内外液面高度差达到设定最大值时，抽气泵19停止工作。采用了上述技术方案，本发明反应装置具有以下特点
I)反应装置悬浮反应区的内筒2由下筒体27、第一渐缩筒28和上筒体29三部分组成。 第一渐缩筒28上口小、下口大的设置，使得内筒截面积越往上越小，上筒体29液面更新速度较快，浮渣不易在悬浮反应区的内筒产生，避免了浮渣层的形成。2)该反应装置内外压差为O时,悬浮反应区(C区)处于最低液面，固液分离区(E 区)处于最高液面，两区的液面相平；当反应装置内外压差增大时(即内部处于负压，内部压力小于外部内部)，两区的液面差随之增大，悬浮反应区内液面逐渐升高，固液分离区的液面逐渐降低。3)在气体优先分离区(D区)内，厌氧生物反应产生的混合气体在人为制造的负压驱动下优先排出，解决了困扰第三代厌氧生物反应器应用实践中三相分离过程互相牵制的难题。人为制造的负压环境使得气泡从混合液中由被动逸出变为主动排出，也显著提高了气体从混合液中分离的效率。负压的控制依赖于对水封槽10内外液面高度差的控制来完成。4)固液分离区(E区)内部设置固液分离膜组件6，可对泥水混合液进行强制分离， 解决了上升流速较高时出水水质恶化的问题。固液分离膜组件16的机械筛分作用杜绝了厌氧污泥的流失，有助于缩短启动时间并保证厌氧处理效率，彻底摆脱了厌氧生物反应器对颗粒污泥的依赖。通过现场试验验证，本发明反应装置达到了良好的废水处理效果
对于COD 6000 10000mg/L的高浓度易降解有机废水，水力停留时间12h左右，容积负荷可达10 40 kgCOD/ (m3/d)，COD去除率可达90%以上；对于COD 6000 10000mg/L 的高浓度难降解有机废水，经前置水解酸化预处理，厌氧段水力停留时间24h左右，容积负荷可达5 20 kgCOD/ (m3/d)，COD去除率可达85%以上。
权利要求
1.一种高效厌氧反应装置，其特征在于，该装置包括上端敞口的外筒、位于外筒底部的布水器和置于外筒内上下开口的悬浮反应筒，所述布水器与进水管连接；所述外筒和悬浮反应筒之间的夹层下部设有固液分离膜组件，固液分离膜组件下端连接出水管；所述外筒和悬浮反应筒之间的夹层上部设有水封槽，集气顶盖伸入装有水的水封槽内形成水封区， 集气顶盖与排气管连接。
2.如权利要求I所述的高效厌氧反应装置，其特征在于，所述悬浮反应筒下端口内径大于上端口内径，从下到上分为三段依次为下筒体、第一渐缩筒和上筒体；第一渐缩筒整体呈锥台状，第一渐缩筒的斜面切线与水平方向的角度β在0° 90°之间。
3.如权利要求2所述的高效厌氧反应装置，其特征在于，所述第一渐缩筒与水封槽之间的出水通道间距H2在O. 01 IOm之间。
4.如权利要求I所述的高效厌氧反应装置，其特征在于，所述外筒下部与排泥管连接；外筒的上端口内径大于下端口内径，从上到下分为三段依次为上筒体、第二渐缩筒和下筒体；第二渐缩筒整体呈倒锥台状，第二渐缩筒的斜面切线与水平方向的角度α在0° 90。之间。
5.如权利要求I所述的高效厌氧反应装置，其特征在于，所述布水器的配水方式为一管一孔、一管多孔、枝状或环状。
6.如权利要求I所述的高效厌氧反应装置，其特征在于，所述固液分离膜组件的有效分离孔径在O. 01 μ m Icm之间，所述水封槽内设置液位控制器。
7.如权利要求I所述的高效厌氧反应装置，其特征在于，所述进水管的管路上依次连接第一流量计、进水泵和第一阀门；所述排气管的管路上依次连接第二阀门、抽气泵和气压表。
8.如权利要求I所述的高效厌氧反应装置，其特征在于，所述出水管分为两个支路，其中一个支路的管路上依次连接第三阀门、抽水泵和第三流量计；另一支路的管路上依次连接第四阀门、反冲洗泵和第四流量计。
全文摘要
本发明涉及公开了一种高效厌氧反应装置，该装置包括上端敞口的外筒、位于外筒底部的布水器和置于外筒内上下开口的悬浮反应筒，所述布水器与进水管连接；所述外筒和悬浮反应筒之间的夹层下部设有固液分离膜组件，固液分离膜组件下端连接出水管；所述外筒和悬浮反应筒之间的夹层上部设有水封槽，集气顶盖伸入装有水的水封槽内形成水封区，集气顶盖与排气管连接。该反应装置可使废水中的高浓度有机物被很好地降解，高效地完成气、液、固三相的有效分离，反应装置内厌氧污泥不易流失且不易产生浮渣，处理效率高。
文档编号C02F3/28GK102583732SQ20121007201
公开日2012年7月18日 申请日期2012年3月19日 优先权日2012年3月19日
发明者崔燕平, 王素兰, 邢传宏 申请人:郑州大学