一种导流筒环流反应器的制作方法

本发明属于工业废水处理技术领域，具体涉及一种应用于味精工业废水处理的一体化多级串联两级锥形导流筒反应器污水处理装置。

背景技术：

我国是味精生产大国，2015年中国味精行业的产能占世界的75％，供给量占全球的60％以上，味精生产一般以大米、淀粉、糖蜜为主要原料，先通过发酵提取谷氨酸，再用谷氨酸精制成味精，精制过程中会产生大量工业废水。该废水的特点是化学需氧量cod与含氮总量tn较高，可达1500mg/l与150mg/l，通过处理达到gb8978-2002的一级a排放标准存在很大难度。

现有环流反应器主要从其内部气含率、循环液速、传质系数等特性参数进行研究，以提高其传质、传热效果，而对这些参数的影响因素很多，如压力、表观气速、液相物性、反应器形状尺寸等，导流筒作为其内部的关键部件，对其气液分布效果及传质效率有着很大的影响。在公开号为cn208292824u的实用新型专利中，公开了一种淀粉味精废水生化强化处理系统，该系统处理后水质能够达到《污水综合排放标准》gb8978-1996中的一级标准，但其缺氧池设有两台潜水搅拌器，缺氧池全封闭，搅拌器出现问题很难进行维修工作，并且占地面积大，运行过程中，需人工操作部分较多。在公开号为cn106904791a的发明专利中，曝气氧化池部分流场分布不佳，若想保证曝气强度，需大量供气，浪费能源。

技术实现要素：

为解决现有技术中存在的不足，本发明提供一种导流筒环流反应器，占地面积小，气量消耗小，流体流态条件好，处理效果强。

本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是：一种导流筒环流反应器，包括plc自动控制系统，以及分别与plc自动控制系统连接的三点进水系统、脉冲式曝气系统、多级串联导流筒反应装置和膜截留出水系统，所述三点进水系统通过管道与多级串联导流筒反应装置连接，所述多级串联导流筒反应装置的底部通过管道与脉冲式曝气系统连接，所述多级串联导流筒反应装置一侧通过管道与膜截留出水系统连接。

进一步的，所述三点进水系统包括进水槽，所述进水槽顶部连接有营养盐投加装置，进水槽顶部一端设有原液入口，所述原液入口处设有原液进口控制阀，所述进水槽一侧设有出水口a，所述出水口通过管道与多级串联导流筒反应装置连接。

进一步的，所述多级串联导流筒反应装置包括外筒，所述外筒内设有多个依次连接的两极锥形内筒，所述外筒一侧设有进水口a，外筒另一侧设有出水口b，外筒底部开设有多个进气口，所述的多个进气口通过管道连接于脉冲式曝气系统；所述进水口a与三点进水系统的出水口a通过管道连接，所述出水口b通过管道与膜截留出水系统连接。

进一步的，所述脉冲式曝气系统包括多个依次连接的脉冲发生装置，所述脉冲发生装置一侧连接有空气压缩机，脉冲发生装置的数量与多级串联导流筒反应装置的进气口数量一致，且脉冲发生装置与多级串联导流筒反应装置的进气口一一对应连接。

进一步的，所述膜截留出水系统包括中空纤维膜组件，所述中空纤维膜组件底端通过管道与多级串联导流筒反应装置的出水口b连接，中空纤维膜组件底端与出水口b的连接管道上设有原水泵和保安过滤器，还通过进气阀连接有空压机；所述中空纤维膜组件顶端通过管道与反洗水箱连接。

进一步的，所述plc自动控制系统包括plc自动控制箱、计算机和传感器，所述计算机和传感器均与plc自动控制箱连接；所述传感器包括分别置于进水槽和反洗水箱内的液面控制传感器，还包括分别置于每个内筒内的传感器组，所述传感器组包括温度传感器、do传感器、ph传感器和orp传感器。

本发明的有益效果是：能耗低，传质效率高，在密度差与重力的推动作用下实现循环流动，具有搅拌釜和鼓泡床的功能，无转动部件、相分布均匀、快速混合，与传统装置相比，可以承受更高的进水cod浓度或进水负荷，改善气液分布效果，大幅提高气含率，流体流态条件好，且结构紧凑，占地面积小，从而降低成本，应用前景广泛。

附图说明

图1为本发明的整体结构流程图；

图2为本发明的整体结构示意图；

图3为本发明的三点进水系统与plc自动控制系统连接结构示意图；

图4为本发明的多级串联导流筒反应装置结构示意图；

图5为本发明的脉冲式曝气系统结构示意图；

图6为本发明膜截留出水系统与多级串联导流筒反应装置连接结构示意图；

图7为本发明的plc自动控制系统结构示意图。

图中附图标记如下：1、三点进水系统，2、多级串联导流筒反应装置，3、脉冲式曝气系统，4、膜截留出水系统，5、plc自动控制系统，1-1、进水槽，1-2、原液入口，1-3、原液进口控制阀，1-4、出水口a，1-5、料仓，1-6、定量器，1-7、搅拌电机，1-8、搅拌器，1-9、进水泵，1-10、电磁阀，1-11、流量计a，2-1、外筒，2-2-1、一级导流筒内筒，2-2-2、二级导流筒内筒，2-2-3、三级导流内筒，2-2、两极锥形内筒，2-3、进水口a，2-4、出水口b，2-5、气体分布器，2-6、进水口b，2-7、进水口c，2-8、出气口，2-9、进气口a，2-10、进气口b，2-11、进气口c，3-1、空气压缩机，3-2、支腿，3-3、收集罩，3-4、外连接板，3-5、水封罩，3-6、脉冲发生器，3-6-1、直筒，3-7、内连接板，3-8、气门，3-9、进气管，3-10、水封斗，3-11、进气控制阀，4-1、中空纤维膜组件，4-2、原水泵，4-3、保安过滤器，4-4、进气阀，4-5、空压机，4-6、反洗水箱，4-7、进水阀，4-8、压力计，4-9、下排阀，4-10、出水管道，4-11、反洗管道，4-12、反洗入口，4-13、流量计b，4-14、波水阀，4-15、出水阀，4-16、反洗阀，4-17、加药阀，4-18、出口阀，4-19、上排阀，5-1、plc自动控制箱，5-2、计算机，5-3、液面控制传感器，5-4、传感器组。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。

实施例1

如图1、图2所示，一种导流筒环流反应器，包括plc自动控制系统5，以及分别与plc自动控制系统5连接的三点进水系统1、脉冲式曝气系统3、多级串联导流筒反应装置2和膜截留出水系统4，所述三点进水系统1通过管道与多级串联导流筒反应装置2连接，所述多级串联导流筒反应装置2的底部通过管道与脉冲式曝气系统3连接，所述多级串联导流筒反应装置2一侧通过管道与膜截留出水系统4连接。

如图7所示，所述plc自动控制系统5包括plc自动控制箱5-1、计算机5-2和传感器，所述计算机5-2和传感器均与plc自动控制箱5-1连接；所述传感器包括多个液面控制传感器5-3和多个传感器组5-4，所述传感器组5-4包括温度传感器、do传感器、ph传感器和orp传感器。本实施例优选的plc自动控制系统5带有一种自适应模糊控制器，可根据实时监测到的数据，计算整合修整参数，结合常规控制算法和模糊控制算法，实现参数的最佳调节。反应器中所有泵、阀门、压力计、流量计、营养盐投加装置都与plc自动控制系统5相连接。

如图3所示，所述的三点进水系统1包括进水槽1-1，所述进水槽1-1顶部连接有营养盐投加装置，进水槽1-1顶部一端设有原液入口1-2，所述原液入口处设有原液进口控制阀1-3，所述进水槽1-1一侧设有出水口a1-4，所述原液入口1-2与出水口a1-4分别位于进水槽1-1相对的两侧；所述营养盐投加装置包括多个依次相连接的料仓1-5，每个料仓1-5均通过定量器1-6连接于进水槽1-1顶部，营养盐投加装置还包括安装于进水槽1-1顶部的搅拌电机1-7，所述搅拌电机1-7一端连接有搅拌器1-8，所述搅拌器1-8伸入至进水槽1-1内；所述出水口a1-4通过管道与多级串联导流筒反应装置2连接，此条连接管道上依次设有进水泵1-9、电磁阀1-10和流量计a1-11；所述进水槽1-1内置有液面控制传感器5-3，所述的多个料仓1-5顶部均通过线路连接至plc自动控制箱5-1。

三点进水系统1的工作流程为：打开原液进口控制阀1-3，原水由原液入口1-2进入进水槽1-1，液面控制传感器5-3将检测数据上传plc自动控制箱5-1，plc自动控制箱5-1将数据传输给计算机5-2进行整合计算，进而控制料仓1-5通过定量器1-6向进水槽1-1内投加营养盐，搅拌电机1-7带动搅拌器1-8对进水槽内的原水进行搅拌，原水经预处理后经出水口a1-4流出，经由进水泵1-9、电磁阀1-10、流量计a1-11后，进入多级串联导流筒反应装置2。所述三点进水系统1的营养盐投加装置主要用于维持废水的碳氮磷比c:n:p＝100:5:1，定量器1-6实现了对物料的精准投加，提高营养盐的利用率，plc自动控制系统控制阀门、流量计a1-11及相关原件。本实施例所述的三点进水系统1降低了单位时间的水头损失，提高了效能，可自动调节废水的碳氮磷比。

如图4所示，所述多级串联导流筒反应装置2包括外筒2-1，本实施例优选的外筒2-1尺寸为：长3600mm，宽1200mm，高4600mm，所述外筒2-1内设有多个依次连接的两极锥形内筒2-2，本实施例优选的两极锥形内筒2-2数量为三个，分别为一级导流筒内筒2-2-1、二级导流筒内筒2-2-2和三级导流内筒2-2-3，所述一级导流筒内筒2-2-1、二级导流筒内筒2-2-2和三级导流内筒2-2-3高度均不相同且由高到低依次设置，本实施例优选一级导流筒内筒2-2-1高度为4200mm，二级导流筒内筒2-2-2高度为3600mm，三级导流内筒2-2-3高度为2400mm，两极锥形内筒2-2呈锥形，优选锥度为1：0.35，在两极锥形内筒2-2高度处进行分段，分段间距为40mm，以改善内部流场分布；所述的三个两极锥形内筒2-2下方均设有气体分布器2-5，所述气体分布器2-5与两极锥形内筒2-2的距离为50mm，三个气体分布器2-5分别向一级导流筒内筒2-2-1、二级导流筒内筒2-2-2和三级导流内筒2-2-3内部输送气体。所述外筒2-1一侧设有进水口a2-3，外筒2-1另一侧设有出水口b2-4，外筒2-1顶部设有进水口b2-6、进水口c2-7和出气口2-8，所述出气口2-8位于进水口b2-6、进水口c2-7之间，外筒2-1底部开设有进气口a2-9、进气口b2-10和进气口c2-11，所述进气口a2-9位于一级导流筒内筒2-2-1下方，进气口b2-10位于二级导流筒内筒2-2-2下方，进气口c2-11位于三级导流内筒2-2-3下方；所述进水口a2-3与三点进水系统1的出水口a1-4通过管道连接，所述出水口b2-4通过管道与膜截留出水系统4连接，所述进气口a2-9、进气口b2-10和进气口c2-11通过管道连接于脉冲式曝气系统3。三个两极锥形内筒2-2内均置有传感器组5-4。

多级串联导流筒反应装置2的主体外筒2-1为长方体，内部分为三个反应区，分别为三个两极锥形内筒2-2，运行过程中，经预处理的原水分别由进水口a2-3、进水口b2-6、进水口c2-7且进水比例7：2：1进入外筒2-1内，气体由底部的气体分布器2-5进入两极锥形内筒2-2，使两极锥形内筒2-2的气相含量远大于外筒2-1，从而流体在导流筒反应装置内外形成了密度差，在重力作用下这种密度差形成了导流筒反应装置中整体循环流动的驱动力，两极锥形内筒2-2中密度较小的混合流体向上流动，外环空间中密度较大的混合流体则向下流动，进而实现了气液两相流不断由两极锥形内筒2-2向上流入外筒2-1，再由外筒2-1向下流入两极锥形内筒2-2的循环流动。在循环流动过程中，一级导流筒内筒2-2-1上部气液混合流体溢出流向二级导流筒内筒2-2-2，同样，二级导流筒内筒2-2-2气体由底部气体分布器2-5进入，气液两相流动于同一级导流筒内筒，上部气液混合流体溢出流向三级导流内筒2-2-3，三级导流内筒2-2-3气体由底部气体分布器2-5进入，气液两相流动于同一级导流筒内筒，最后由右侧出水口b2-4流出。

如图5所示，所述脉冲式曝气系统3包括多个依次连接的脉冲发生装置，所述脉冲发生装置一侧通过管道连接有空气压缩机3-1，脉冲发生装置与空气压缩机3-1的连接管道上设有进气控制阀3-11；本实施例优选的脉冲发生装置数量为三个，与多级串联导流筒反应装置2的进气口数量一致，且脉冲发生装置与多级串联导流筒反应装置2的进气口通过管道一一对应连接。所述脉冲发生装置包括支腿3-2，所述支腿3-2顶端安装有收集罩3-3，所述支腿3-2与收集罩3-3的连接处设有外连接板3-4，所述收集罩3-3下方设有水封罩3-5，所述水封罩3-5与脉冲发生器3-6的直筒3-6-1相连接，在水封罩3-5与直筒3-6-1连接处设有内连接板3-7，所述脉冲发生器3-6底部设有进气管3-9；所述脉冲发生器3-6外壁、水封罩3-5侧壁与支腿3-2内壁之间形成水封斗3-10；所述收集罩3-3顶部设有气门3-8，所述脉冲发生装置的三个气门3-8分别通过管道与多级串联导流筒反应装置2的进气口a2-9、进气口b2-10和进气口c2-11连接。

脉冲式曝气系统3的工作流程为：空气压缩机3-1内的气体经进气管3-9以较小流量向脉冲发生器3-6供气，并聚集在水封罩3-5内，随着气体增加，直筒3-6-1内水位下降，当水位下降到水封罩3-5下沿时，水封罩3-5内气体迅速绕过水封罩3-5下沿，进入收集罩3-3内。压缩空气冲出水封罩3-5的同时，直筒3-6-1内水位迅速上升到直筒3-6-1顶部，并溢流到直筒3-6-1外，将水封罩3-5的下沿淹没，使水封罩3-5停止出气，当脉冲发生器3-6内气体蓄满时，瞬时全部释放到多级串联导流筒反应装置2内。脉冲式曝气系统3运行时，外部对脉冲式曝气系统3的供气是连续的、低强度的，脉冲式曝气系统3内部供气是间歇式的、高强度的，在保证曝气强度的前提下，降低了供气量，节省了能源。

如图6所示，所述膜截留出水系统4包括中空纤维膜组件4-1，所述中空纤维膜组件4-1底端通过管道与多级串联导流筒反应装置2的出水口b2-4连接，中空纤维膜组件4-1底端与出水口b2-4的连接管道上设有原水泵4-2、保安过滤器4-3、进水阀4-7和压力计4-8，还通过进气阀4-4连接有空压机4-5；中空纤维膜组件4-1底端与出水口b2-4的连接管道一端连接有一条排水管道，所述排水管道上设有下排阀4-9；所述中空纤维膜组件4-1顶端与出水管道4-10连接，所述出水管道4-10一端伸入至反洗水箱4-6，另一端伸入至多级串联导流筒反应装置2内，出水管道4-10与反洗管道4-11一端连接，所述反洗管道4-11另一端与设置在反洗水箱4-6一侧的反洗入口4-12连接；以中空纤维膜组件4-1与出水管道4-10连接处为分界点a，以反洗管道4-11与出水管道4-10连接处为分界点b，所述出水管道4-10上分界点a一侧设有流量计b4-13、波水阀4-14、压力计4-8；所述出水管道4-10上分界点a另一侧设有压力计4-8；所述出水管道4-10上分界点b一侧设有出水阀4-15、流量计b4-13、出口阀4-18；所述反洗管道4-11上依次设有反洗阀4-16、流量计b4-13、加药阀4-17、保安过滤器4-3和原水泵4-2。所述出水管道4-10上还连接有上排管道，所述上排管道上设有上排阀4-19。所述反洗水箱4-6内置有液面控制传感器5-3。

膜截留出水系统4的工作流程为：经多级串联导流筒反应装置2流出的气液混合流体经原水泵4-2、保安过滤器4-3、进水阀4-7和压力计4-8流入至中空纤维膜组件4-1过滤后，对中空纤维膜组件4-1进行反冲洗，然后再进行正向冲洗，过滤、反冲洗和正向冲洗循环进行。正向冲洗包含液相流或气、液两相流对膜丝表面进行冲洗，优选的，原水浊度在0-100ntu时，宜采用气、液两相流对膜丝表面进行冲洗，波水阀4-14可以间歇性开关。对于原水浊度高于100ntu时，在采用气、液两相流对膜丝表面进行冲洗的基础上，会在过滤、反冲洗和正向冲洗周期后进行一次高流速液相冲洗。本系统保证膜组件排浊性能的同时可以有效防止膜丝断丝的问题。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。