本发明属于有机废水处理的技术领域，特别是涉及一种高浓度难降解有机废水处理厌氧生物反应器。
背景技术：
随着我国工业化进程的不断推进，随之而来的工业废水排放量也与日俱增，根据《2015年中国环境统计年鉴》报道，2014年工业废水排放量高达205.35亿吨，化学需氧量总排放量高达311.4万吨。其中主要来自印染、造纸等行业的高浓度难降解有机废水一直是废水治理领域的难题，这类废水COD浓度常常可达数万乃至数十万mg/L，可使水体缺氧，对生态环境危害巨大，也给人们的日常生活健康带来诸多隐患。相较于成本高昂的高级氧化、混凝沉淀等物化法和负荷低、剩余污泥多的好氧生物处理，具有容积负荷高、高径比大、占地面积小、剩余污泥少和运行费用低等优点的厌氧生物反应器技术被越来越多的应用于高浓度有机废水的处理。
厌氧反应器技术发展迅速，自上世纪70年代Lettinga等发明了升流式厌氧污泥床(UASB)为代表的第二代厌氧生物反应器以来，以内循环(IC)厌氧反应器和厌氧颗粒膨胀污泥床(EGSB)为代表的第三代厌氧生物反应器迅速涌现，并都被广泛应用于工程实践。厌氧反应器技术主要是利用反应器内部颗粒污泥(厌氧微生物)的特性，在保持一定的温度(中温消化35℃，高温消化53℃)、不含氧气的条件下，经过水解发酵阶段、产氢产乙酸阶段和产甲烷阶段三个阶段，最终将有机物污染物最终转化为可再生能源沼气的技术。其中反应器运行温度、颗粒污泥量持留量和反应器内部水力条件是影响厌氧生物反应器运行最重要的三个因素，也是厌氧生物反应器设计优化的主要方向。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是提供一种高浓度难降解有机废水处理厌氧生物反应器，具有良好保温增温能力，传质条件好，持留污泥能力强，稳定性强，清空方便，废水处理效能高。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种高浓度难降解有机废水处理厌氧生物反应器，包括反应容器和增温保温系统，所述反应容器整体呈圆柱状，所述反应容器由下至上依次分为布水段、反应段和分离段，所述布水段包括设于反应容器下部的第一倒锥短筒，所述第一倒锥短筒内设有泡罩布水器，所述泡罩布水器与设于第一倒锥短筒底部的进水管连通，所述反应段包括下端与第一倒锥短筒连通的倒锥长筒，所述增温保温系统对应反应段设置，增温保温系统沿反应容器由外向内的方向包括保温层、增温储油层和设置于倒锥长筒内上部的增温盘管，所述增温储油层中安装有电阻加热棒，所述分离段包括上下连通的圆短筒和第二倒锥短筒，所述第二倒锥短筒与倒锥长筒的上端连通，所述第二倒锥短筒和圆短筒内设有出水出气系统，所述出水出气系统包括锥形分离集气罩、环形溢流堰和回流管，所述锥形分离集气罩对应设置于增温盘管的上方，所述分离集气罩通过导气筒与外界连通，所述环形溢流堰沿圆短筒内壁设置，所述环形溢流堰的上方设有出水管、下方设有回流管，所述回流管下端与进水管连通。
作为本发明一种优选的实施方式，所述增温盘管顶端设置于倒锥长筒中线距顶端2/5处，增温盘管呈倒锥形紧密缠绕、下端盘口大小与倒锥长筒对应位置的内径相匹配，所述增温盘管的下入口和上出口与反应容器的外部连通。
作为本发明另一种优选的实施方式，所述增温储油层下端沿对称设置两根电阻加热棒，所述电阻加热棒通过下部的安装于反应容器底部的智能温控开关进行加热控制，所述智能温控开关能够通过电脑进行远程控制。
作为本发明另一种优选的实施方式，所述进水管设有进水流量阀，所述回流管与进水管进水流量阀以上的管体直接连通，所述回流管下端安装有回流流量阀。
作为本发明另一种优选的实施方式，所述反应容器的顶板上通过套管接入pH计和温度计，顶板边缘两侧对称地设有可向外打开的盖板。
作为本发明另一种优选的实施方式，所述第一倒锥短筒母线与水平面夹角为40°～50°，所述倒锥长筒母线与水平面夹角为75°～85°，所述第二倒锥短筒母线与水平面的夹角为55°～65°。
作为本发明另一种优选的实施方式，所述反应容器的高径比为5.0～6.5：1.0，所述布水段、反应段、分离段的高度比为1.0：3.0～5.0：1.5，所述第二倒锥短筒与短圆筒的高度比为1.0:1.5，所述第一倒锥短筒的顶端与倒锥长筒的底端连通，所述倒锥长筒的顶端与第二倒锥短筒外侧壁的母线中点处连接，所述第二倒锥短筒的顶端与圆短筒的底端连通。
作为本发明另一种优选的实施方式，所述保温层内部填充发泡保温胶，保温层的厚度为5cm～15cm。
作为本发明另一种优选的实施方式，所述反应容器底部安装有三根活动支脚，所述活动支脚底部通过活动螺丝进行安装固定。
作为本发明另一种优选的实施方式，所述倒锥长筒下部设有人孔。
有益效果
本发明利用了厌氧生物处理三段论的理论与反应器结构特点结合(下端多进行水解发酵阶段和产氢产乙酸阶段，温度30℃左右，上端主要进行产甲烷阶段，温度35℃左右)，集成了水力学、微生物学、生物反应器工程技术，解决了传统厌氧反应器应对不同气候条件增温保温性能不佳、不同场地条件稳定性不足等问题，具有适应性强、良好保温增温能力、传质条件好、持留污泥能力强、抑制酸化、清空维护方便、占地面积小并可高效能地对高浓度难降解有机废水进行处理的特点。
由于采用了上述技术方案，本发明与其他现有技术相比：
第一，本发明进水管与回流管相连，同时具有进料、回流与清空三重功能。管内进水与回流液混合，具有稀释进水的作用，使得反应器具有较强的耐浓度冲击能力，由于具有倒锥型结构，进水管兼有清空口功能，便于无死角清空里料，减轻清空反应容器时的工作量。同时，由于这种结构的设置，可缩小布水区体积，故可增大反应容器内有效反应容积；
第二，本发明布水采用泡罩布水器，进水由泡罩挡住经泡罩边缘进水，增加液体进入反应器范围，能保证均匀布水，大幅度提高抗水力冲击能力，可承受高达1:10的回流比，耗材少，泡罩结构也可挡住布水区上方固液混合物，不易产生堵塞；
第三，本发明反应段主体为倒锥结构，直径从下至上由小到大，进水撞击在泡罩上由边缘折流出水，在反应段形成涡旋流场，流场内具有强剪切力，充分混合进水与污泥，强化湍流效果，降低传质阻力。经涡旋流场搅动的颗粒污泥更易扬至反应容器中上端，使得反应容器内部整体保持污泥浓度较高的平推流流态，大大提高去除效率；
第四，本发明在反应段上部设置增温盘管，与分离段的分离集气罩组合形成两层分离结构，保证反应器三相分离效果，充分持留颗粒污泥；
第五，本发明增温盘管的设置充分迎合厌氧发酵三段论理论，反应器下端主要进行水解发酵阶段和产氢产乙酸阶段，上端主要进行产氢产乙酸和产甲烷阶段，其中产甲烷菌对温度敏感，其最高效工作的温度为35℃左右(中温消化)和53℃左右(高温消化)，在产甲烷阶段利用增温盘管独立针对性增温，可保证产甲烷阶段的高效进行，充分提高反应器效能，避免反应容器内部产生酸化现象；
第六，本发明增温盘管独立于保温增温层单独设置，在温度较高的夏季(＞25℃)或南方地区，增温盘管可独立运行进行增温保温工作，可在保证处理效率的前提下节省运行成本，节约能源；
第七，本发明电阻加热棒采用智能温控开关进行控制，可通过电脑远程控制电阻加热棒的开启关闭，并可控制恒定温度值，保证了反应器在高效运行时的稳定性；
第八，本发明增温保温系统的保温层采用发泡保温胶无死角进行填充，填充材料不仅保温性能好，而且耐高温，对木材、铁、不锈钢、PVC等材料具有极强粘接力，不仅可以充分保证反应器的保温能力，而且可以将反应容器外壳与反应容器内部长筒紧密结合，加强反应容器结构的稳定性；
第九，本发明的外形呈圆筒状，内部连接紧密，结构紧凑，力学强度好，且反应容器高径比大，占地面积小，节省基建投资。三个支脚的设置只需保证三个支脚处于同一水平面即可，进一步降低对基建地面的需求，环境适应能力强。设置外部可读pH计及温度计，随时监测反应容器内部情况，运行管理方便。反应段设置人孔，分离段顶端设置可开合的盖板，最大程度方便检修；
本发明适用于高浓度难降解有机废水的处理，并可针对不同类型废水添加不同螺旋挡板内构件。经对比运行试验，添加螺旋挡板内构件的本发明反应器可耐受COD浓度20000mg/L以上的废水，回流比可达1:10，COD去除率可达80％以上，容积负荷可达48.00kgCOD/(m3·d)。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
如图1所示的一种高浓度难降解有机废水处理厌氧生物反应器，包括活动支脚4、反应容器和增温保温系统。
反应容器整体呈圆柱状，底部安装有三根活动支脚4，活动支脚4底部通过活动螺丝2进行安装固定。反应容器的高径比为5.0：1.0，反应容器由下至上依次分为布水段Ⅰ、反应段Ⅰ和分离段Ⅲ，布水段I、反应段II、分离段III的高度比为1.0：3.0：1.5。
布水段Ⅰ包括设于反应容器下部的第一倒锥短筒3，第一倒锥短筒3母线与水平面的夹角α为40°。第一倒锥短筒3内设有泡罩布水器24，泡罩布水器24与设于第一倒锥短筒3底部的进水管1连通。进水管1设有进水流量阀26，进水管1进水流量阀26以上的管体与回流管22直接连通，回流管22的下端安装有回流流量阀25。
反应段Ⅱ包括下端与第一倒锥短筒3顶端连通的倒锥长筒9，第一倒锥短筒3顶端直径d1与倒锥长筒9的底端直径d1相同，倒锥长筒9母线与水平面的夹角β为75°，倒锥长筒9下部设有人孔23。增温保温系统对应反应段Ⅱ设置，增温保温系统沿反应容器由外向内的方向包括保温层6、增温储油层8和设置于倒锥长筒9内上部的增温盘管10。保温层6内部填充发泡保温胶，保温层6的厚度为10cm。增温储油层8中填充硅油作为导热油，该导热油具有较低的比热容，利于快速升温，具有优良的热稳定性，使用寿命长，具有优良的剪切稳定性，帮助减震稳定，还具有无毒、粘度变化小、起泡性低、抗泡性强、绝缘性能好等特点，可保证了反应器保温系统的高效安全稳定运行。增温储油层8下端沿对称设置两根电阻加热棒7，电阻加热棒7通过下部的安装于反应容器底部的智能温控开关5进行加热控制，智能温控开关5能够通过电脑进行远程控制。增温盘管10顶端设置于倒锥长筒9中线距顶端2/5处，增温盘管10呈倒锥形紧密缠绕、下端盘口大小与倒锥长筒9对应位置的内径相匹配，增温盘管10的下入口11和上出口13与反应容器的外部连通。
分离段Ⅲ包括第二倒锥短筒12和圆短筒15，第二倒锥短筒12母线与水平面的夹角γ为55°，倒锥长筒9的顶端直径d2与第二倒锥短筒12母线中点处直径d2相同，第二倒锥短筒12外侧壁母线中点处与倒锥长筒9的上端连通，圆短筒15的底端与第二倒锥短筒12的上端连通，第二倒锥短筒12与短圆筒15的高度比为1.0:1.5。第二倒锥短筒12和圆短筒15内设有出水出气系统，出水出气系统包括锥形分离集气罩14、环形溢流堰17和回流管22。锥形分离集气罩14对应设置于增温盘管10的上方，分离集气罩14通过导气筒21与外界连通，环形溢流堰17沿圆短筒15内壁设置，环形溢流堰17的上方设有出水管16、下方设有回流管22，回流管22下端与进水管1连通。反应容器的顶板上通过套管接入pH计18和温度计19，顶板边缘两侧对称地设有可向外打开的盖板20。
该高浓度难降解有机废水处理厌氧生物反应器的主体采用钢材制作，工作过程如下：
反应段II内填充约占有效容积30％～50％的颗粒污泥。若环境温度进水温度较低，则开启智能温控开关5给电阻加热棒7供电，将温度设定至35℃左右，从增温盘管10下口11通入35℃热水或热油，若环境温度进水温度较高＞25℃，则关闭智能温控开关5，单独使用增温盘管10增温。
高浓度有机废水由进水管1同回流管22回流液混合均匀后通过泡罩布水器25均匀折流布水至反应段II内，反应段II内倒锥长筒9下端形成湍流，进水与污泥充分接触，获得良好传质效果。这一阶段水中大部分可降解有机物通过水解发酵阶段和产氢产乙酸阶段转化为较简单有机酸和氢气、二氧化碳等，转化产物进入倒锥长筒9上端，由于增温盘管10的加热作用使得倒锥长筒9上端温度可稳定在35℃左右，转化产物在这一区域快速进行产甲烷化阶段，避免酸化的同时进一步将有机酸转化为沼气。绝大部分气体包括沼气、氢气被分离集气罩14收集，气体通过导气筒21导出反应容器外，绝大部分颗粒污泥在增温盘管10和分离集气罩14的作用下回落至反应段II，处理后的出水经环形溢流堰17与出水管16排出，部分出水经回流管22回流至布水段I。时刻观察pH计18及温度计19读数，估计反应器内部状况，预留应对措施。
经对比运行试验，添加螺旋挡板内构件的该反应器可耐受COD浓度20000mg/L以上的废水，回流比可达1:10，COD去除率可达80％以上，容积负荷可达48.00kgCOD/(m3·d)。