一种用于污水处理的厌氧反应器的制作方法

1.本发明属于环保技术领域，具体涉及一种用于污水处理的厌氧反应器。


背景技术：

2.厌氧反应器是依靠带活性厌氧菌的污泥和污水反应，对污水中的有机物进行降解并生成沼气的设备。由于不需提供额外能量，仅利用厌氧微生物的代谢特性，在吸附降解污水中的有机物的同时还能生成有能源价值的甲烷气体，具有节能、高效、环保等特点，厌氧生物处理已经成为污水中有机物降解的主要方式。
3.良好传质是厌氧反应器高效稳定运行重要环节。在现有技术中，厌氧反应器通常有uasb反应器、egsb反应器和ic反应器等，通过机械搅拌或泥水外循环或泥水内循环来提高传质效果。中国专利cn 101823793a公开了一种厌氧反应器，主要包括：反应器主体、进料装置、循环搅拌装置、排污装置、安全防护装置、出水装置、加热装置、检测控制装置和沼气收集装置等，由于其具有内循环搅拌装置和外循环搅拌装置，能有效截留污泥，产气率高，显著减少运行费用，明显改善出水水质等特点，但可能会造成污泥上浮使物料分层、流态化效果较差、无法达成均质化物料的要求。中国专利cn 112010426b公开了一种新型立式厌氧反应器，能够使罐内的物料充分搅拌和混合，并实现沼渣的排出以及污泥的回流，但假如污泥一旦沉到反应器底部，将较难实现污泥的翻动，降低了降解效率。中国专利cn216273321u公开了一种可控沼气搅拌量的厌氧反应器，提高了边缘区域的搅拌力度，让反应器内各部位的反应能够均匀，但机械搅拌也带来了能耗较大、动密封较难、振动大等问题。


技术实现要素：

4.为了解决现有技术存在的厌氧反应器流态化效果差、降解效率低、底部污泥难翻动、振动大等问题，本发明提供了一种用于污水处理的厌氧反应器。
5.本发明提供的用于污水处理的厌氧反应器包括卧式罐体和沿卧式罐体从左至右设置的清水出口、过滤网、下降筒、增压管路、增压泵、分散筒、内循环筒、提升筒、污水入口和气体出口；所述清水出口设于卧式罐体左侧封头上，过滤网设于清水出口前方、下降筒左侧的卧式罐体内，下降筒设于过滤网右侧的卧式罐体底部外侧，提升筒设于下降筒右侧的卧式罐体底部外侧，污水入口设于提升筒底部，气体出口设于卧式罐体顶部；所述分散筒设于提升筒底部并与提升筒同轴设置，分散筒穿过提升筒底部与提升筒底部固定连接，分散筒上端封闭并位于提升筒内部，分散筒下端位于提升筒外部，位于提升筒内的分散筒筒壁上设有分散孔；所述内循环筒整体呈漏斗状，其上部为上端大下端小的圆锥段，其下部为一直筒段，内循环筒以其直筒段与分散筒上端固定连接且与分散筒同轴设置，直筒段外径与分散筒外径可以相同也可以不同，直筒段筒壁上设有导流孔，圆锥段上端低于提升筒上端面；下降筒底部与分散筒下端由增压管路连通，增压管路上设有增压泵。
6.所述下降筒为一圆形筒体，宜为卧式罐体直径的0.2～0.6倍。
7.所述提升筒为一圆形筒体，宜为卧式罐体直径的0.2～0.9倍。
8.所述分散筒为一圆形筒体，其上的分散孔沿分散筒圆周均布，可以设置为一圈或多圈，分散孔可为条缝或圆孔，圆孔直径为2～40mm，条缝宽度为2～30mm。
9.所述分散筒上端用盲板进行完全封闭，盲板宜为锥形，以促进污泥从内循环筒顺利导流至提升筒内，促进泥水混合物的内循环。
10.作为改进，考虑到流动阻力，由于污泥将优先在分散筒内流动而非从分散孔中流出，为使泥水更加均匀的从各圈分散孔进入提升筒，分散孔的开孔直径沿分散筒轴向自下而上逐渐增大。
11.内循环筒直筒段设置导流孔的作用主要是供从提升筒上部进入内循环筒的泥水混合物重新返回提升筒内部。当提升筒内的泥水混合物超过内循环筒上端时，从内循环筒上端进入，由于提升筒和内循环筒之间的环形空间为气液固三相混合物，内循环筒内部为液固两相混合物，因为气相的存在，气液固三相混合物的密度小于液固两相混合物的密度，在内外同等液柱高度的情况下，内循环筒内部的压力将大于提升筒和内循环筒之间的压力，内循环筒内的物料将在压差的作用下从内循环向中流入提升筒和内循环筒之间的环形空间，即返回提升筒。导流孔可以为圆孔或条缝，若为圆孔时，直径为5～50mm，条缝宽度4～40mm、长度10～50mm。
12.作为改进，内循环筒直筒段的导流孔由内而外倾斜向下设置，为的是减缓提升筒泥水混合物向上提升的流速，增加提升筒内污水和菌泥的接触时间，从内循环筒向下流出的泥水混合物和提升筒中自下而上运动的泥水混合物逆向接触，抵消部分提升筒向上提升的动能，增大提升筒内污水和菌泥的接触时间，强化降解效果。
13.作为更进一步的改进，在内循环筒内直筒段导流孔下方设置整圈导流板，导流板为一平板，以与导流孔相同的倾斜方向安装在内循环筒直筒段内侧，为的是促进内循环筒内的泥水混合物更加顺利的向提升筒内导流，当内循环筒内的泥水混合物流经时，以便向内循环筒导流孔进行导流，流向提升筒。
14.作为进一步改进，所述分散筒与提升筒之间的环形空间内设有污水分布管，污水分布管为环状管，套在分散筒外围，位于提升筒底部并与污水入口连通，污水分布管管壁上设有喷射孔，喷射孔可以为条缝或圆孔、或二者的结合，圆孔直径为2～50mm，条缝宽度为2～20mm。
15.作为更进一步的改进，所述喷射孔的喷射方向朝下。这样设置的目的是使污水直接向提升筒底部喷出，以水的冲击力翻动提升筒底部的污泥，形成良好的翻动效果，提高污泥利用率和降解效率。
16.作为一种优选方案，所述分散孔设置在高于污水分布管所在环平面的分散筒筒壁上，以使得从分散孔喷出的污泥得到更好的提升效果。
17.作为改进，内循环筒上端设有喷射方向向下的内循环喷淋器，内循环喷淋器与设置于卧式罐体右侧底部的内循环入口连通，内循环入口通过循环管路与增压泵连通。通过增压泵和内循环喷淋器可将部份增压泵提升的泥水混合物向下喷入内循环筒，并借助泥水混合物的向下的惯性冲击力打破物料分层，将上浮的污泥向下压，更好的从内循环筒圆筒直筒段导流孔返回提升筒内。
18.作为内循环喷淋器的一种可选方案，内循环喷淋器为一环管，环管下半部分管壁上开喷淋孔，喷淋孔为圆孔，喷淋孔的喷射方向与竖直方向呈相同的倾斜角度，使从提升筒
进入内循环筒的泥水混合物在内循环筒上方的圆锥段内形成强旋流，打破物料的分层，使上浮的污泥随着水的旋流向下流动，更好的从内循环筒直筒段导流孔返回提升筒。作为内循环喷淋器的另一种可选方案，内循环喷淋器可以为一上端封闭，下端开口的圆筒，圆筒下方与内循环筒圆锥段上端无泄漏连接，借助增压泵升高的流体的压力，使上浮的污泥向下流动，更好的从内循环筒直筒段导流孔返回提升筒；作为进一步的方案，在圆筒内部、内循环筒圆锥段入口处可设置一多孔板，以使得泥水混合物以较高速度射流进入内循环筒，打破物料的分层，使泥水混合物更好的从内循环筒进入提升筒。
19.作为进一步的方案，为降低污泥提升速度，降低水力和沼气的上升负荷，在提升筒内可设置一层或两层或多层阻浮板。阻浮板为提升筒等截面的平板，平板上开孔，开孔可以为圆孔或条缝，目的是阻碍提升筒内物料的上升速度，增加菌泥和有机物的接触时间。圆孔直径为5～50mm，条缝宽度3～30mm、长度10～50mm。若设置多层阻浮板时，相邻两层阻浮板的开孔呈交错排列，即下层阻浮板的开孔对应于上层阻浮板未开孔区域。
20.作为进一步的方案，为降低污泥在阻浮板上可能的沉积，也可以将阻浮板做成波浪状形式，在增加菌泥和污水接触的同时，降低菌泥在阻浮板上的沉积。
21.所述气体出口供反应产生的气相离开反应器。作为进一步的方案，气体出口前可设置气体脱液器，将气体中夹带的液相甚至固相进行分离，脱除的液相和固相掉落至反应器内继续循环发生反应，气体脱液器可以由两端敞口的圆形或方形金属槽体内充填丝网构成。
22.所述过滤网可以是丝网，且丝网孔径应小于污泥的最小粒径，也可以是其它过滤组件。过滤网应阻挡污泥、污水中的有机物和杂物进入过滤网后方区域，保证通过过滤网后均为不含污泥、不含有机物等杂质的清水。若反应器内压力较低时，可在清水出口后方设置一抽水泵，为清水克服过滤网的阻力提供动力将清水抽出厌氧反应器。设置抽水泵的另一个好处是可以控制离开反应器的水量，以此控制反应器内的液位或是水的循环量，以确保反应器内处于较好流态化和较高的效率的平衡点，既保持一定的操作弹性，又保持较高的效率。所述过滤网或过滤组件可以为含油水过滤功能的过滤网、过滤膜件、或其它过滤组件，仅让清水通过，而水中的油等有机物和其它杂质不通过；也可以在普通过滤网、过滤组件上增加憎油型涂层，使得水可以通过过滤网而油等有机物不通过过滤网。
23.作为另一种可选方案，若设置的过滤网仅能过滤污泥，而有机物和水均能通过过滤网时，在过滤网后方可增设旋流分离器等油水分离器，将水中的油进一步分离后，分离出的清水出装置或用作其它用途，分离出的油类有机物返回反应器继续和厌氧菌发生反应。
24.作为进一步的方案，过滤网后方的卧式罐体罐壁上可设置一个或两个或多个反冲洗水入口，反冲洗水通过反冲洗水入口高速进入厌氧反应器内部并对过滤网一侧进行冲洗，冲洗出来的污泥和反冲洗水从过滤网进水一侧进入下降筒循环返回提升筒并重新降解有机物，提高了降解效率和污泥利用率，降低了系统压降，并可以实现过滤网的在线清洗，延长厌氧反应系统的运行周期。
25.作为另一种可选方案，当过滤网设置于紧邻清水出口出的卧式罐体内壁上时，可设置两个或多个清水出口，当某个过滤网堵塞时可切换到其它清水出口，可以对堵塞的清水出口进行反冲洗去除堵塞的污泥，以便后续继续使用。
26.作为进一步的方案，罐体上可设置温度计，用以监测罐体内部的温度，使罐内温度
处于活性菌的适宜温度以保持较高的反应活性。温度计可以为膨胀式，热电阻，热电偶等形式。
27.作为进一步的方案，罐体上可设置液位计，以保持对反应器内的物料量进行控制，液位计可以为磁浮子、磁翻板、雷达、u型管等形式。
28.作为进一步的方案，下降筒上可设置公用口，公用口可根据系统操作情况向系统内补充或排出相应的介质。比如，若由于污水处理量的变化、系统污泥产量增多或其它原因需要部份补充、排出污泥时，可通过下降筒上的公用口补充或抽出部份物料；若通过温度计测出系统内温度偏离菌种的适宜温度，可通过公用口向系统内注入温水或凉水，以保持系统处于菌种的适宜温度。若监测发现反应器内ph值偏离菌种适宜ph值时，也可通过公用口向系统内注入调节剂，以保持系统处于菌种适宜的ph值。同时，还可以在提升筒底部设置备用口，用以含活性菌种污泥的进出。
29.本发明的操作过程为：
30.1)气体置换：通过氮气或二氧化碳等气体将厌氧反应器内原有气体置换，目的是提供厌氧反应器内无氧的初始环境；
31.2)引入污泥：通过污水入口或备用口向厌氧反应器内引入带活性厌氧菌的污泥，确保引入的厌氧菌的数量大于设计污水处理量所需的厌氧菌的数量，并保证一定裕量；
32.3)引入待处理污水：通过污水入口向厌氧反应器内引入待处理污水，使污水与污泥混合形成泥水混合物；随着污水不断引入厌氧反应器，提升筒的液位不断升高，泥水混合物一部分进入内循环筒返回提升筒，一部份从提升筒进入卧式罐体，向卧式罐体左端流动；
33.4)启动增压泵：泥水混合物向卧式罐体左侧流动后流入下降筒内，当下降筒内液位积攒到一定液高，如三分之一下降筒高度后启动增压泵，增压泵推动泥水混合物沿增压管路进入分散筒，并经分散孔喷出，沿提升筒向上流动与连续进入的污水一起形成流态化，裹挟污泥向上提升；
34.5)泥水混合物的循环和反应：向上提升的泥水混合物不断进入卧式罐体后，污泥、未完全反应有机物不断进入下降筒，在增压泵的作用下，带厌氧菌的污泥沿增压管路重新返回分散筒，通过分散筒筒壁上的分散孔向分散筒和提升筒之间的环形空间内均匀的喷出含菌污泥；污水继续从污水入口进入提升筒，与含菌污泥混合均匀并形成流态化后继续向上提升，部分泥水混合物达到内循环筒上端后进入内循环筒，并从导流孔返回提升筒；大部分泥水混合物在提升筒、卧式罐体、下降筒、增压管路和分散筒形成的闭环通道中实现大循环，小部分泥水混合物在内循环筒和提升筒之间实现小循环；泥水混合物在循环中发生生物降解反应，污水得到净化；
35.6)反应产物的排出：污水在循环中不断发生生物降解反应，产生甲烷气体，反应后的污水在通过过滤网过滤后作为清水离开反应器，泥水混合物裹挟的甲烷气体和其他气体则通过气体出口离开反应器；
36.7)污泥含量的控制：随着生物降解反应的不断进行，厌氧反应器内污泥的含量会增加或减少，为控制厌氧反应器内污泥的含量，可通过备用口或公用口排出厌氧反应器内的多余的污泥或向反应器内补充不足的污泥；
37.所述生物降解反应的条件为：卧式罐体内压力保持微正压，一般为0.05～0.5mpa；温度为30～38℃，可根据不同菌种最适宜温度进行设定；系统内ph值宜保持在弱碱性，宜为
6.5～8.5之间。当检测到反应器内条件波动、偏离最初设定值时，可通过公用口向反应器内补充热水、凉水或其它化学药剂或硫、磷等菌种所需物质等，以进行温度调节、ph调节，或补充菌种所需的营养物质。
38.本发明具有以下有益效果：
39.1)含有机物污水在厌氧菌的作用下，有机物得到降解，水中的污泥经过滤得到净化水，水质有保障；系统不用外加能量，仅利用厌氧微生物的代谢特性，在降解污水中有机物的同时还能生成有能源价值的甲烷气体，具有节能、高效、环保等特点；
40.2)通过污水分布管实现了提升筒底部污泥的不断翻动，形成了良好流态化效果，促进厌氧菌的循环利用，提高了传质和降解效率；
41.3)通过设置内循环筒，向上提升的泥水混合物部份进入内循环筒并在内循环筒中与污水进一步反应，减小了增压泵的负荷；通过内循环喷淋器的流体冲击力破坏了物料的分层，使物料均匀的从内循环筒返回提升筒内；
42.4)厌氧反应器内无搅拌元件等运动部件，减少了系统的振动，降低了系统的能耗；过滤网可实现在线清洗，促进了反应器的长周期运行。
附图说明
43.图1为本发明的用于污水处理的厌氧反应器的一种结构示意图；
44.图2是分散筒筒壁上分散孔的展开结构示意图。
45.图中：1-卧式罐体，2-过滤网，3-反冲洗水入口，4-清水出口，5-下降筒，6-公用口，7-增压管路，8-增压泵，9-备用口，10-分散筒，11-污水分布管，12-污水入口，13-提升筒，14-阻浮板，15-分散孔，16-导流孔，17-导流板，18-内循环筒，19-内循环喷淋器，20-内循环入口，21-循环管路，22-气体脱液器，23-气体出口。
具体实施方式
46.下面结合附图对本发明做进一步说明。
47.如图1所示，本发明的用于污水处理的厌氧反应器包括卧式罐体1、过滤网2、反冲水入口3、清水出口4、下降筒5、公用口6、增压管路7、增压泵8、备用口9、分散筒10、污水分布管11、污水入口12、提升筒13、阻浮板14、分散孔15、导流孔16、导流板17、内循环筒18、内循环喷淋器19、内循环入口20、循环管路21、气体脱液器22和气体出口23。
48.清水出口4和反冲洗水入口3设于卧式罐体1左侧封头上，反冲洗水入口3设置为两个。过滤网2设于清水出口4前方、下降筒5左侧的卧式罐体内，覆盖整个卧式罐体斜截面。当然，过滤网也可设于清水出口处紧邻的卧式罐体的罐壁上。下降筒5中下部设有公用口6。增压管路7连通下降筒5和分散筒10，增压管路7上设置有增压泵8。分散筒10上端用锥形盲板封闭，分散孔15设在高于污水分布管11所在环平面的分散筒筒壁上，分散孔15的孔径沿分散筒轴向自下而上逐渐增大(见图2)。污水分布管11的管壁上设有喷射孔(图中未示出)。分散筒10、污水分布管11和提升筒13同轴设置，污水分布管11套在分散筒11外围，污水分布管11与污水入口12连通，提升筒底部还设有备用口9。
49.内循环筒18整体呈漏斗状，其上部为上端大下端小的圆锥段，其下部为一直筒段，内循环筒以其直筒段与分散筒10上端固定连接且与分散筒10同轴设置，直筒段外径与分散
筒10外径相同，直筒段筒壁上设有导流孔16，导流孔16由内而外呈倾斜向下设置，圆锥段上端低于提升筒13上端面；内循环筒直筒段导流孔下方设置整圈导流板17，导流板17为一平板，以与导流孔16相同的倾斜方向安装在内循环筒直筒段内侧；在提升筒13内自上而下设有多层阻浮板14，阻浮板上均布开孔(图中未示出)。
50.内循环筒18锥形段上方设有内循环喷淋器19，内循环喷淋器19为一环管，环管下半部分管壁上开喷淋孔(图中未示出)，喷淋孔为圆孔。内循环喷淋器19与内循环入口20连通，内循环入口20通过循环管路21与增压泵连通。
51.气体出口23设于卧式罐体1顶部，气体出口23前方设有气体脱液器22。
52.若由于污水处理量变化或污泥增多等其它原因需要部份补充或排出带活性厌氧菌的污泥时，可通过下降筒5上的公用口6或提升筒13底部的备用口9补充或抽出部份泥水混合物；若通过温度计测出系统内温度偏离菌种的适宜温度，也可通过公用口6或备用口9向系统内注入温水或凉水，以保持系统处于菌种的适宜温度。若监测发现反应器内ph值偏离菌种适宜ph值时，也可通过公用口6或备用口9向系统内注入调节剂，以保持系统处于菌种适宜的ph值。
53.下面结合附图1说明本发明的工作流程：
54.1)引入污泥：通过污水入口12或备用口9向厌氧反应器内引入带活性厌氧菌的污泥；
55.2)引入待处理污水：通过污水入口12、污水分布管11向厌氧反应器内引入待处理污水，朝下喷出的污水利用水的惯性冲击力翻动沉积到提升筒13底部的污泥并形成泥水混合物；随着污水不断引入厌氧反应器，提升筒13的液位不断升高，泥水混合物一部分进入内循环筒18返回提升筒13，一部份从提升筒13进入卧式罐体1，向卧式罐体1左端流动；
56.3)启动增压泵：泥水混合物向卧式罐体1左侧流动后流入下降筒5内，当下降筒5内液位积攒到一定液高后启动增压泵8，增压泵推动泥水混合物沿增压管路7进入分散筒10，并经分散孔15喷出，沿提升筒向上流动与连续进入的污水一起形成流态化，裹挟污泥流经阻浮板14向上提升；
57.4)泥水混合物的循环和反应：向上提升的泥水混合物不断进入卧式罐体1后，污泥、未完全反应有机物不断进入下降筒5，在增压泵8的作用下，带厌氧菌的污泥沿增压管路7重新返回分散筒10，通过分散筒筒壁上的分散孔15向分散筒10和提升筒13之间的环形空间内均匀的喷出含菌污泥；污水继续从污水入口12进入提升筒13，与含菌污泥混合均匀并形成流态化后继续向上提升，部分泥水混合物达到内循环筒18上端后进入内循环筒18，并从导流孔16返回提升筒13；大部分泥水混合物在提升筒13、卧式罐体1、下降筒5、增压管路7和分散筒10形成的闭环通道中实现大循环，提升筒内部分泥水混合物在内循环筒18和提升筒13之间实现小循环；卧式罐体外，来自增压泵8的部分泥水混合物经循环管路21、内循环入口20、内循环喷淋器19返回内循环筒18加入小循环；泥水混合物在循环中发生生物降解反应，污水得到净化；
58.5)反应产物的排出：污水在循环中不断发生生物降解反应，产生甲烷气体，反应后的污水在通过过滤网2过滤后作为清水离开反应器，泥水混合物裹挟的甲烷气体和其他气体则通过气体出口23离开反应器；
59.6)污泥含量的控制：随着生物降解反应的不断进行，厌氧反应器内污泥的含量会
增加或减少，为控制厌氧反应器内污泥的含量，可通过备用口9或公用口6排出厌氧反应器内的多余的污泥或向反应器内补充不足的污泥。