畜禽养殖废水厌氧反应器的制作方法

【技术领域】

本发明属于畜禽养殖污水的预处理领域，尤其涉及一种畜禽养殖废水厌氧反应器。

背景技术：

畜禽养殖废水主要源于畜禽粪尿、饲料残渣及栏舍冲洗水，属于高有机物浓度、高氮磷含量和高有害微生物数量的“三高”废水，其有机组分主要是糖类、蛋白质、脂类，易生物降解，可利用成分多。目前，厌氧处理技术主要遵循zeikus等人提出的厌氧消化的四类群理论：水解阶段、发酵阶段、产氢产乙酸阶段、产甲烷阶段，通过这四个阶段，废水中的有机物得到分解并产生沼气。

自20世纪70年代出现以uasb(升流式厌氧污泥床反应器)为代表的厌氧处理工艺以来，egsb(厌氧膨胀颗粒污泥床反应器)、ic(厌氧内循环反应器)、ubf(升流式厌氧污泥床过滤器)等第三代厌氧反应器相继出现，这类反应器共同特点均是单位容积生物量高、有机负荷高，占地小、动力消耗少，具有较高的有机物净化效能，非常适合处理这类畜禽养殖废水。

目前，畜禽养殖废水厌氧反应器在使用一段时间后，普遍存在沼气产量减少、反应器底部污泥沉积等现象，综合考虑问题在于：由于反应器容积较大，有机物与污泥混合传质逐渐衰减，污泥层下降，有效停留时间减少，有机物降解困难，污泥钝化沉积，堵塞排泥管路，只能采取每隔几年彻底清罐的措施，而清理反应罐不仅难度大费用高，还会污染环境，耽误生产。

技术实现要素：

本发明提供一种畜禽养殖废水厌氧反应器，以解决现有畜禽养殖废水厌氧反应器在长期运行后，处理效果及产气量不理想的技术问题，可有效降解有机物，保障后续工艺稳定运行，同时产生沼气，变废为宝。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种畜禽养殖废水厌氧反应器，包括用于盛装反应物的反应罐体、用于向所述反应罐体内供水的旋流布水系统、用于加强所述反应罐体1内固液相传质的循环扰动系统、用于对所述反应罐体内气液固三相进行分离的出水澄清系统以及排污系统；

所述反应罐体顶端密封且上部设有出水堰；所述循环扰动系统包括设于所述反应罐体下部的扰动布水管和用于将所述出水堰内出水再次导入所述反应罐体的循环管，所述扰动布水管上设有若干喷水孔，所述循环管的下端与所述扰动布水管连通。

优选地，所述旋流布水系统包括进水主管和设置于所述反应罐体底部并与所述进水主管相连通的旋流布水支管，所述旋流布水支管沿所述反应罐体内圆周切向布置，所述进水主管呈环形布置于所述反应罐体外。

优选地，所述旋流布水支管设有至少两组，且每组所述的旋流布水支管沿具有不同半径的圆周切向布置。

优选地，所述出水澄清系统包括三相分离器、气液水封罐和水封罐液返回管，所述三相分离器固定在所述反应罐体的上部，并通过导气管与所述气液水封罐连通；所述水封罐液返回管的一端伸入到所述反应罐体内，另一端与所述气液水封罐相连通，所述气液水封罐上设有出气口。

优选地，所述排污系统包括排泥管，所述反应罐体的底端呈中间低四周高的漏斗状，所述排泥管的一端伸入到所述反应罐体的底端。

优选地，还包括层递式污泥层系统，所述层递式污泥层系统包括污泥床层、下部悬浮污泥层、上部悬浮污泥层和三相分离层，所述污泥床层、下部悬浮污泥层、上部悬浮污泥层和三相分离层在所述反应罐体内由下向上依次分布。

优选地，还包括工艺检测控制系统，所述工艺检测控制系统包括污泥浓度计、氧化还原电位仪和取样管，所述污泥浓度计、氧化还原电位仪、取样管在所述污泥床层、下部悬浮污泥层、上部悬浮污泥层以及三相分离层中均分别设有对应的检测点和取样点。

优选地，所述反应罐体的顶端封闭，所述反应罐体的侧面和所述顶端均设置有人孔。

优选地，所述反应罐体底端的坡度为5°～10°。

优选地，所述出水堰上部的所述反应罐体侧壁上设置有反应罐出水管。

优选地，所述循环管与所述扰动布水管之间通过循环泵连通，所述循环泵设有两个，两个所述的循环泵与所述扰动布水管并联。

优选地，所述循环泵与所述扰动布水管之间通过橡胶接头相连接。

优选地，所述扰动布水管呈树枝状布置在所述反应罐体底部。

优选地，所述循环管上设有截止阀和止回阀。

本发明至少有以下有益效果：通过旋流布水系统控制废水与反应罐体内厌氧污泥间的混合，使固液两相能够充分传质，布水均匀，该创新设计，使得厌氧反应器在长期运行后，仍然能够形成旋流布水，不会形成短流；通过循环扰动系统，能够有效控制废水中的有机污染物在反应器内的竖向布置，保证一定的上升流速，充分进行固液扰动，形成湍流，进一步加强固液两相传质，使得反应器始终能够保持高效运转，污泥不会钝化沉积，更不会发生短流；通过污泥床层、下部悬浮污泥层、上部悬浮污泥层、三相分离层的层递式污泥层系统，创新性的在一个反应器内建立了四个具有相对独立的微生物种群生化处理层，确保废水中的有机污染物得到充分降解，尽可能多的产生沼气；通过工艺条件控制系统能够精确监测各污泥层的工艺运行参数，确保关键运行参数始终控制在最合理区间；通过出水澄清系统，能够进行固液气三相分离，在确保反应器出水悬浮物控制在较低水平的同时，沼气能够有效传出，且污泥保留在反应器内继续发挥作用；通过排泥系统中的底部漏斗能够有效收集污泥、避免污泥死角，通过排泥流量计、排泥控制阀和排泥泵等的精确控制排泥量，确保层递式污泥层系统中各反应层的有效污泥浓度。总之，通过六大系统相互协作，强化并确保厌氧反应器始终保持高生物量、高有机负荷、高处理率的高效率状态，动力消耗少，占地小，污泥不会钝化沉积，从而节省运行费用，保护环境；本装置适合推广应用。

【附图说明】

图1为本发明中畜禽养殖废水厌氧反应器结构示意图。

图2为畜禽养殖废水厌氧反应器a-a剖面结构示意图。

图3为畜禽养殖废水厌氧反应器b-b剖面结构示意图。

图4为畜禽养殖废水厌氧反应器c-c剖面结构示意图。

标注说明：1-反应罐体，2-人孔，3-气液水封罐，4-水封罐液返回管，5-导气管，6-出水堰，7-三相分离器，8-反应罐出水管，9-循环管，10-循环泵，11-截止阀、12-扰动布水管，13-排泥管，14-旋流布水支管，15-进水主管，16-污泥浓度计，17-氧化还原电位仪，18-取样管，19-出气口，20-止回阀，21-橡胶接头，22-底端，23-污泥床层，24-下部悬浮污泥层，25-上部悬浮污泥层，26-三相分离层，27-顶端，28-进水口。

【具体实施方式】

下面通过具体实施例并结合附图，对本发明做进一步详细说明，但本发明不仅局限于以下具体实施例。

以下所提供的实施例并非用以限制本发明所涵盖的范围，所描述的步骤也不是用以限制其执行顺序，所描述的方向仅限于附图。本领域技术人员结合现有公知常识对本发明做显而易见的改进，亦落入本发明要求的保护范围之内。

一种畜禽养殖废水厌氧反应器，如图1～4所示，包括用于盛装反应物的反应罐体1、用于向所述反应罐体1内供水的旋流布水系统、用于加强所述反应罐体1内固液相传质的循环扰动系统、用于对所述反应罐体1内气液固三相进行分离的出水澄清系统以及排污系统。为了使反应罐体1内的反应物质更好的发酵，所述反应罐体1的顶端27采用封闭式设计，反应罐体1的侧面和顶端27均设置有人孔2，以方便观察和检修。

所述反应罐体1上部设有出水堰6；所述出水堰6上部的反应罐体1侧壁上设置有反应罐出水管8，当从出水堰6中溢出的水体过多时，可通过反应罐出水管8排出。

所述循环扰动系统包括设于所述反应罐体1下部的扰动布水管12和用于将所述出水堰6内出水再次导入所述反应罐体1的循环管9，所述扰动布水管12呈树枝状均匀布置在所述反应罐体1底部，以便更好、更均匀的向反应罐体1内提供水流，扰动布水管12上设有若干喷水孔，扰动布水管12中的水体从喷水孔中喷出，所述循环管9上设有截止阀11和止回阀20，方便对循环管9中的水流进行控制，防止水体逆流，所述循环管9的下端与扰动布水管12之间通过循环泵10连通，所述循环泵10与扰动布水管12的连接处通过橡胶接头21连接，这样的活性连接不仅安装、拆卸方便，还能够起到膨胀节的作用，所述循环泵10设有两个且均为变频控制，两个所述的循环泵10与所述扰动布水管12并联，这样能够通过循环泵10更好的控制水体流速，进而控制污泥扰动强度，达到更好的扰动效果，同时节约能耗，从反应罐体1上部的出水堰6中溢出的水体可通过循环管9和扰动布水管12再次进入到反应罐体1的底部，进而对反应罐体1内的反应物进行扰动，以便加强反应罐体1内固液相的传质。

在本实施例中，所述旋流布水系统包括进水主管15和设置于所述反应罐体1底部并与进水主管15相连通的旋流布水支管14，所述旋流布水支管14沿所述反应罐体1内圆周切向布置，其端部设有开口，以供液体喷出，所述进水主管呈环形布置于所述反应罐体1外，所述进水主管15上开设有供污水进入的进水口28。

在本实施例中，所述旋流布水支管14设有至少两组，且每组旋流布水支管14沿具有不同半径的圆周切向布置，这样设置能够达到更好的旋流效果。

在本实施例中，所述出水澄清系统包括三相分离器7、气液水封罐3和水封罐液返回管4，所述三相分离器7固定在所述反应罐体1的上部，并通过导气管5与所述气液水封罐3连通；所述水封罐液返回管4的一端伸入到所述反应罐体1内，具体可伸入到反应罐体1的下部，另一端与所述气液水封罐3相连通，所述气液水封罐3上设有出气口19。

在本实施例中，所述排污系统包括排泥管13，所述反应罐体1的底端22呈中间低四周高的漏斗状，其坡度为5°～10°，这样方便污泥向底部聚拢、收集，所述排泥管13的一端伸入到所述反应罐体1的底端22，污泥通过排泥管13排出。

在本实施例中，还包括层递式污泥层系统和工艺检测控制系统，所述层递式污泥层系统包括污泥床层23、下部悬浮污泥层24、上部悬浮污泥层25和三相分离层26，所述污泥床层23、下部悬浮污泥层24、上部悬浮污泥层25和三相分离层26在所述反应罐体1内由下向上依次分布；所述工艺检测控制系统包括污泥浓度计16、氧化还原电位仪17和取样管18，所述污泥浓度计16、氧化还原电位仪17、取样管18在所述污泥床层23、下部悬浮污泥层24、上部悬浮污泥层25以及三相分离层26中均分别设有对应的检测点和取样点。通过对反应罐体1内不同深度的污泥进行污泥浓度、氧化还原电位等的监测以及取样分析，能够对对反应罐体1内的反应达到更好、更精准的控制。

为了更加清楚的描述本发明的实施方案，现提供本专利申请的具体工作方式及原理：

该畜禽养殖废水厌氧反应器包括旋流布水系统、循环扰动系统、层递式污泥层系统、工艺检测控制系统、出水澄清系统、排泥系统；

如图1所示，反应罐体1水力停留时间为6d，北方地区还需要进行保温处理。

旋流布水系统中，进水主管15直径为100～200mm，控制废水进水流速为1.5～2.0m/s，其均匀的将废水分布至旋流布水支管14，旋流布水支管14直径为40mm～80mm，控制废水流速为2.0～3.0m/s，该旋流布水支管14结构及废水流速可使废水在反应罐体1内形成旋流，并带动污泥床层23内的污泥。废水旋流过程中与污泥床层23内的污泥充分混合，污泥床层23高度1.0m～2.0m，污泥浓度为4～8g/l，氧化还原电位为-400～-150mv，污泥培养初期，氧化还原电位不得高于-330mv，该层承担的有机负荷较大，污泥浓度计16监控污泥床层23污泥浓度情况，氧化还原电位仪17监控污泥床层23废水氧化还原电位情况，通过分析污泥浓度及废水氧化还原电位的情况，来调节污泥床层23的高度，当污泥浓度过高时，可通过下端的排泥管13将污泥排出一部分，从而使上方浓度交小的污泥处于污泥床层23，通过循环管9可将循环水引入反应罐体1内，从而进一步调节污泥浓度和废水氧化还原电位情况。取样管18取出污泥床层23的泥水混合物，通过镜检观察微生物种类及状态，判断污泥床层23的污泥活性及废水处理效果。

循环扰动系统将反应罐体1出水泵回至反应罐体1的底端22，在呈树形的扰动布水管12作用下，废水上升再循环。树形的扰动布水管12直径为40～80mm，其上均匀分布着喷水孔，喷水孔直径8mm～15mm，通过控制循环泵10，使循环水上升流速为0.2～0.5m/h。废水在反应罐体1内呈竖向上升、横向旋流的螺旋状态，进而充分与污泥混合。

旋流废水在循环扰动系统作用下同时产生上升驱动进入下部悬浮污泥层24，下部悬浮污泥层24高度1.0m～2.0m，污泥浓度为3～6g/l，氧化还原电位为-400～-150mv，污泥处于悬浮状态，承担的有机负荷比污泥床层23略低，污泥浓度计16监控下部悬浮污泥层24污泥浓度情况，氧化还原电位仪17监控下部悬浮污泥层24废水氧化还原电位情况，通过分析污泥浓度及废水氧化还原电位的情况，来调节下部悬浮污泥层24的高度，当污泥浓度过高时，可通过下端的排泥管13将污泥排出一部分，从而使上方浓度交小的污泥处于下部悬浮污泥层24。取样管18取出下部悬浮污泥层24的泥水混合物，通过镜检观察微生物种类及状态，判断下部悬浮污泥层24的污泥活性及废水处理效果。

旋流废水继续上升，进入上部悬浮污泥层25，上部悬浮污泥层15高度1.0m～2.0m，污泥浓度为2～4g/l，氧化还原电位为-400～-150mv，污泥处于悬浮状态，承担的有机负荷比下部悬浮污泥层24略低，污泥浓度计16监控上部悬浮污泥层25污泥浓度情况，氧化还原电位仪17监控上部悬浮污泥层25废水氧化还原电位情况，污泥浓度计16和氧化还原电位仪17共同控制上部悬浮污泥层25的高度。取样管18取出上部悬浮污泥层25的泥水混合物，通过镜检观察微生物种类及状态，判断上部悬浮污泥层25的污泥活性及废水处理效果。

废水进入三相分离层26，在三相分离器7作用下，污泥(固相)、废水(液相)、沼气(气相)进行三相分离。其中污泥回落至上部悬浮污泥层25；废水通过出水堰6和反应罐出水管8排出，进入下一处理单元；沼气通过导气管5、气液水封罐3排出，进入下一利用单元。取样管18取出三相分离层26的泥水混合物，通过镜检观察微生物种类及状态，判断三相分离层26的污泥活性及废水处理效果。

废水中有机物一方面形成沼气排出，另一方面通过微生物的同化作用形成微生物菌体本身，宏观上表现为污泥增加，同时悬浮物质的截留也会使污泥增加，当污泥浓度计16及取样管18监控到污泥床层23的污泥浓度超过10g/l时，底部漏斗22可使污泥产生成层沉淀、压缩沉淀作用，进而通过阀门11、排泥管13进行排泥，这种排泥为阶段性排泥，排泥管13直径为100～150mm。

六大系统相互协作，强化并确保厌氧反应器始终保持高生物量、高有机负荷、高处理率的高效率状态，克服厌氧反应器在使用一段时间后，污泥钝化沉积、处理效率降低，沼气产量减少等问题，将废水中的糖类、蛋白质、脂类降解为挥发性脂肪酸(vfa)、醇类、乳酸、甲烷等，这些代谢产物进入下一处理单元，提高后续废水处理生化性。