自循环厌氧反应器的制作方法

本实用新型涉及一种废水处理技术，具体涉及一种自循环厌氧反应器

背景技术：

污水中的有机废弃物是造成环境污染最重要的污染物，它是使水域变质、发黑发臭的主要原因。有机废弃物在废水中可以以悬浮物、胶状物或溶解性有机物的方式存在，在水污染控制中主要以TS(固体物含量)、化学需氧量(COD)和生化需氧量(BOD)作为监测目标。

一般而言，生物方法是去除废水中有机物最经济有效的方法，特别是对废水中BOD含量较高的有机废水更为适宜。生物方法是利用微生物生命过程中的代谢活动，将有机废弃物分解为简单无机物从而去除有机物污染的过程，根据代谢过程中对氧的需求情况，微生物可以分为好氧微生物、厌氧微生物和介于二者之间的兼性微生物，因此，相应的污水处理工艺也可以分为三大类：好氧生物处理利用好氧微生物的代谢活动来处理废水，它需要不断向废水中补充大量空气或氧气，以维持其中好氧微生物所需要的足够的溶解氧浓度，在好氧条件下，有机物最终被氧化为水和二氧化碳等，部分有机物被微生物同化以产生新的微生物细胞；厌氧生物处理则利用厌氧微生物的代谢过程，在无需提供氧气的情况下把有机物转化为无机物和少量的细胞物质，这些无机物主要包括大量的生物气(即沼气)和水。沼气的主要成分是约2/3的甲烷和1/3的二氧化碳，是一种可回收的能源；兼性微生物具有厌氧和好氧的特性，即可以在好氧下生存，也可以在厌氧条件下生存。

厌氧废水处理是一种低成本的废水处理技术，它又是把废水处理和能源回收利用相结合的一种技术。包括中国在内的大多数发展中国家面临严重的资金不足，这些国家需要既有效、简单又费用低廉的技术，厌氧技术因而是特别适合我国国情的一种技术，厌氧废水处理技术同时可以作为能源生产和环境保护体系的一个核心部分，其产物可以被积极利用而产生经济价值。例如，处理过的洁净水能被用于鱼塘养鱼、灌溉和施肥；产生的沼气可作为能源；剩余污泥可以作为肥料并用于土壤改良。厌氧生物处理作为利用厌氧性微生物的代谢特性，在毋需提供外源能量的条件下，以被还原有机物作为受氢体，同时产生有能源价值的甲烷气体。厌氧生物处理法不仅适用于高浓度有机废水，进水BOD最高浓度可达数万mg/l，也可适用于低浓度有机废水，如城市污水等。

厌氧处理技术近年来在污水处理领域内发展很快，是消减有机污染物、降低运行成本的有效途径。厌氧生物处理过程能耗低；有机容积负荷高，一般为5-10kgCOD/m3.d，最高的可达30-50kgCOD/m3.d；剩余污泥量少；厌氧菌对营养需求低、耐毒性强、可降解的有机物分子量高；耐冲击负荷能力强；产出的沼气是一种清洁能源。

在全社会提倡循环经济，关注工业废弃物实施资源化再生利用的今天，厌氧生物处理显然是能够使污水资源化的优选工艺。近年来，污水厌氧处理工艺发展十分迅速，各种新工艺、新方法不断出现，包括有厌氧接触法、升流式厌氧污泥床、档板式厌氧法、厌氧生物滤池、厌氧膨胀床和流化床，以及第三代厌氧工艺EGSB和IC厌氧反应器，发展十分迅速。

目前世界上应用最多的厌氧生物反应器是UASB厌氧生物反应器。这种反应器被称为第二代厌氧生物反应器。其特点是技术成熟、制造简便。随着流化反应理论的运用，以相对稳定的厌氧生物床为特点的UASB反应器显示出反应效率低的劣势。而主流第三代反应器如EGSB、 IC等厌氧生物反应器运用流化反应理论，将厌氧生物反应器的应用领域和反应效率都大大推进一步，市场占有率也逐年提升。

但无论UASB、EGSB及IC反应器都有一些不足，UASB占地面积大，布水均匀性差，水利负荷较小；EGSB占地小，但EGSB一般拥有一个巨大的“脑壳”，这个“脑壳”的作用是用来进行气、固、液三相分离，如果这个“脑壳”不够大则气、固、液三相分离的效果就达不到，这种情况给EGSB的建造带来很大的负担，另外EGSB还拥有一个外回流系统，依靠此系统，反应器内的厌氧生物得以流化，但也增加了大量的动力消耗；IC不需要巨大的“脑壳”，也不需要外回流系统，但需要更高的“个头”，这个高出的“个头”的作用除提供气、固、液三相分离外，更主要的作用是实现依靠反应器自身产生的沼气进行反应器内回流，但这个高出的“个头”却不参与厌氧生物流化反应，因此消耗了部分反应器有效容积，建造成本大大提高。

本实用新型采用了特殊的内部构造，巧妙的运用含沼气的量不同废水密度不同而产生对流的原理，使其不需要巨大的“脑壳”，不需要外回流系统，也不需要额外高出的“个头”，却能获得更好的流化效果，适用领域更为广阔。

技术实现要素：
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本实用新型提供一种控制简单、投资较少、处理成本低能耗低、可用絮状污泥启动且污水能够自行循环的厌氧反应器。

本实用新型的技术是：包括罐体、布水器、污水回流管、沼气导流装置、隔离内筒及三相分离器等部分组成；罐体采用钢罐体，高径比为2-3，顶部密封为沼气气室；进水管(1)布置在罐体底部，由多组穿孔管组成，每根穿孔管进出口均设有阀门，便于运行时进水管堵塞时清理；进水管下部是排泥管和循环水混合布水器(2)，比进水管低100mm，布水器为放射性布置，每根管径向设有喷头，进水管、排泥管及布水器均通过支架与罐体(3)焊接在一起；自循环管(4)底部与布水器及罐体(3)底部焊接，上部与沼气导气装置(5)底部焊接连接；沼气导气装置结构为下部是圆锥体结构，上部为圆柱体，圆柱体与圆锥体采用焊接，此圆柱体外侧与罐体间距为50-100mm，中间竖向采用多块连接板焊接牢固；隔离内筒(6)上部与罐体(3) 上部环形盖板焊接组成外侧沼气气室，下部通过槽钢支撑在沼气导气装置(5)内部，形成刚性固定；隔离内筒(6)内部下侧设置槽钢支架，支架上安装三相分离器(7)，三相分离器上部为内侧沼气气室，内外侧气室通过连通管联通；内筒上部设有出水堰板(8)，出水堰板与出水管连接；另外罐体底部设有排泥管，外面设有爬梯及平台；通过上述装置将罐体内部划分成几个区域，分别是进水管与混合布水器处的混合区、回流管与罐体部位的主反应区、沼气导气装置上部与罐体间的主沼气分离区、沼气导气装置内部椎体部分的副反应区及三相分离器处的固液气三相分离区(沉淀区)。

混合区：废水从反应器底部进水，与颗粒污泥和副反应区回流的泥水混合物有效地在此区混合。

主反应室：混合区形成的泥水混合物进入该区，在高浓度污泥作用下，大部分有机物被降解转化为沼气。混合液高上升流速和沼气的剧烈扰动使该反应区内污泥呈完全膨胀和流化状态，加强泥水表面接触，强化了泥水传质效果，污泥由此而保持着高的活性。

主沼气分离区：随着沼气产量的增多，一部分泥水混合物随沼气沿着沼气导流装置与罐体间通道上升，上升的沼气混合液在主沼气分离区分离，沼气进入灌顶储存，混合液进入副反应区。

副反应区：经主反应区厌氧处理后的废水，在主沼气分离区分离后，通过沼气导流装置与隔离内筒直接通道下降进入副反应区。该区污泥浓度较低，而且废水中大部分有机物已在主反应区被降解，因此沼气产生量较少，混合液密度较主反应区大。

自循环系统建立：副反应区和沼气回流管内气水比较小，混合液密度较主反应区和沼气导流装置外通道大，根据对流原理，泥水混合液则沿着回流管返回到最下端的混合区，与反应器底部的污泥和进水充分混合，实现了混合液的内部自循环。

固液气三相分离区(含沉淀区)：副反应区的泥水混合物大部分沿回流管返回到最下端的混合区，另一部分在三相分离器沉淀区进行固液分离，上清液由出水管排走，沉淀的颗粒污泥返回副反应区。

自循环的形成增大了主反应器区的上升流速，使主反应区的有机物与厌氧生物菌接触面积增大，加快了水质净化速率；同时自循环稀释了进水浓度，减小了反应器内有机酸浓度梯度，改善了厌氧生物菌的生存环境，提高了厌氧生物菌的降解速率。由于自循环反应器构造巧妙，其自循环量可数倍于现有厌氧反应器，同时出水水质高且稳定，不需要多级设置即可一次达到设计厌氧出水要求，处理效率因此高于现有厌氧生物反应器一倍以上，投资可减少50％以上。

与现有技术相比，本实用新型的显著效果是：

1)处理费用低、可回收利用沼气、设备占地面积小

2)占地面积小，污水自循环，不需要任何动力，能耗低；

3)容积负荷高，可达到8～40kgCOD/m3.d；

4)进水COD浓度范围广，可达到2000～30000mg/L，

5)应用范围广，可应用于酿酒、淀粉加工、生物制药、有机化工、畜禽养殖、造纸等中高有机物浓度废水处理。

附图说明

图1是本实用新型所述结构示意图

图2是本实用新型布水器图

图3是本实用新型沼气导气装置结构图

图4是本实用新型三相分离器结构图

图中标记：101-混合区；102-主反应区；103-副反应区；104-主沼气分离区；105-固液气三相分离区；1-进水管；2-混合布水器；3-罐体；4-自循环管；5-沼气导气装置；6-隔离内筒；7-三相分离器；8-出水堰板；9-布水器喷头

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本实用新型作进一步的详细描述，但不应将本实用新型理解为仅限于以下描述的实例，凡基于本实用新型内容所实现的技术均属于本实用新型范围。

实施例一

江苏某生物质能有限公司生物柴油废水，包括车间废水，主要污染物为乙醇、异丙醇等；原料池废水，主要污染物为醇、酮等；锅炉房废水、清洗废水及生活废水，以上废水混合后废水水量为15m3/h，CODcr约为100000mg/L，硫酸盐为50000mg/L，氨氮50mg/L，SS2000mg/L；采用预处理+两级厌氧+二级好氧+MBR工艺处理，其中第一级厌氧采用本自循环厌氧反应器，经预处理及回流后进入本厌氧反应器水质为CODcr约为30000mg/L，硫酸盐为10000mg/L，氨氮50mg/L，SS1000mg/L。

本反应器运行进工艺参数：

容积负荷：15kgCOD/m3.d；进水COD浓度：30000mg/L；COD去除率：70％；反应器高度22m。

本实用新型循环厌氧反应器：包括进水管1；混合布水器2；罐体3；自循环管4；沼气导气装置5；隔离内筒6；三相分离器7；出水堰板8；布水器喷头9等零部件组成；罐体采用钢罐体，高径比为2-3，顶部设有密封沼气气室；进水管布置在罐体底板以上200mm处，由多组穿孔管组成，每根穿孔管进出口均设有阀门，便于运行时进水管堵塞时清理；进水管下部是排泥管与循环水布水器，比进水管低100mm，布水器为放射性布置，每根管沿径向设有喷头，这样喷头向一侧喷水，运行时污水可以在罐体内旋转上升；自循环回水管底部与布水器相连，上部与沼气导气装置底部连接；沼气导气装置结构为底部是锥体结构，上部为圆柱体，圆柱体与锥体采用焊接，此圆柱体外侧与罐体间距为50-100mm；隔离内筒上部与罐体焊接组成沼气气室，下部支撑在沼气导气装置内部，形成刚性固定，内筒内部安装三相分离器，内筒上部设有出水堰板。另外罐体底部设有排泥管，外面设有爬梯及平台。

经过上述结构布置，将反应器分隔成几个区域，包括混合区、主反应区、副反应区、主沼气分离区、固液气三相分离区及沼气储存区。

本实用新型是如此实现运行的，废水从反应器底部进入混合区，与颗粒污泥和副反应区回流的泥水混合物有效地在此区混合；混合形成的泥水混合物选装进入主反应器区，在主反应区高浓度污泥作用下，大部分有机物被降解转化为沼气，混合液高上升流速和沼气的剧烈扰动使该反应区内污泥呈完全膨胀和流化状态，加强泥水表面接触，强化了泥水传质效果，污泥由此而保持着高的活性；随着沼气上升，泥水混合物随沼气沿着沼气导流装置与罐体间通道上升，上升的沼气混合液在主沼气分离区分离，沼气进入灌顶储存，混合液进入副反应区；副反应区污泥浓度较低，而且废水中大部分有机物已在主反应区被降解，因此沼气产生量较少。

如图1所示，主反应区与沼气分离区、沼气分离区与副反应区、副反应区与主反应区之间分别有一竖向通道，三个通道中，主反应区与沼气分离区通道内的沼气含量远远高于其余两通道，从而主反应区与沼气分离区通道区内的混合液比重也远远小于其余两通道，由此使主反应区与副反应区之间产生了压力差，副反应区压力远大于主反应区，因此副反应区的厌氧生物菌和水就重新回到主反应区，从而产生了由主反应区到沼气分离区、沼气分离区到副反应区、副反应区再回到主反应区的自动循环。

自动内循环增大了主反应区的上升流速，使主反应区的有机物与厌氧生物菌接触面积增大，加快了水质净化速率；内循环稀释了进水浓度，减小了反应器内有机酸浓度梯度，改善了厌氧生物菌的生存环境，提高了厌氧生物菌的降解速率。由于本反应器构造巧妙，其内循环量可数倍于现有厌氧反应器，同时出水水质高且稳定，不需要多级设置即可一次达到设计厌氧出水要求，处理效率因此可高于现有厌氧生物反应器一倍以上。