一种污水处理用的立式厌氧反应系统的制作方法

本技术属于环保，具体涉及一种污水处理用的立式厌氧反应系统。

背景技术：

1、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。

2、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cn101823793a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cn112010426b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。

3、处理不同的原料或产生不同的气体产物时，需要用到不同的菌种，比如产沼气时用到甲烷菌，而处理亚硝酸盐和硝酸盐时用到硝化类菌种，因此为增加反应器处理物料的兼容性，处理不同原料时需要对反应器内的菌种进行更换。中国专利cn 216473193 u公开了一种用于沼气发酵的厌氧反应器，包括反应罐、发酵泥更换机构、气液分离器、固定滤网和升降式污泥混合机构，底部排料管和连通座用于发酵泥的更换，能够根据不同的沼气原料灵活的更换调整发酵泥，但总体来讲存在污泥切换较烦琐、污泥易残留的问题。

技术实现思路

1、为了解决现有技术存在的厌氧反应系统流态化效果差、降解效率低、底部污泥难翻动、振动大、更换污泥烦琐、污泥易残留等问题，本实用新型提供了一种污水处理用的立式厌氧反应系统。

2、本实用新型提供的污水处理用的立式厌氧反应系统包括立式罐体和沿立式罐体从下至上设置的泥水入口、泥水出口、污水入口、内循环筒、冲洗水喷淋装置、冲洗水入口和气体出口；所述泥水入口设于立式罐体底封头上并伸入立式罐体内部，泥水出口设于立式罐体底封头上，污水入口设于立式罐体底部侧面，气体出口设于顶封头上；所述内循环筒与立式罐体同轴设置，固定于立式罐体内壁上，整体呈漏斗状，从上至下依次为大端直筒段、上端大下端小的圆锥段和小端直筒段，大端直筒段直径等于圆锥段大端直径，小端直筒段直径等于圆锥段小端直径，大端直筒段与立式罐体内壁之间形成环形间隙，小端直筒段底部封闭，小端直筒段底部侧壁上设有循环口，循环口上方的小端直筒段侧壁上设有出水口，出水口上设有伸出到立式罐体外的出水管，小端直筒段内出水口前方设有过滤网；所述冲洗水喷淋装置设于立式罐体上方，至少有一个设于内循环筒上方至少可对内循环筒内部空间进行喷淋冲洗，冲洗水喷淋装置包括中空腔体和设于中空腔体上的止回喷射器，中空腔体与冲洗水入口连通，中空腔体外部的立式罐体内空间连通为一体；循环口和泥水入口通过设于立式罐体外部的循环管路连通，循环管路上设有循环泵。

3、利用设置的循环管路可将溢流入内循环筒中的液体抽出，再从泥水入口返回立式罐体，实现内循环量的可调可控。

4、内循环筒大端直筒段为敞口圆筒，当立式罐体内的物料液位沿大端直筒段与立式罐体内壁之间的环形间隙上升至顶部后，由于圆锥段引起流通面积减小，物料提升速度得到增大，物料离开内循环筒大端直筒段时沿着顶部封头圆弧高速运动，利用顶部封头自身的弧度可以实现气相和液固两相的分离。由于离心力的作用，气相和液固两相加速分离，气相沿圆弧运动，液固两相向下运动，增强了气相和液固两相的分离效果，更快的将液固两相导向内循环筒内部，内循环筒大端直筒段直径与立式罐体直径之比宜为0.6～0.9；内循环筒小端直筒段直径与立式罐体直径之比宜为0.15～0.6。

5、作为改进，在大端直筒段与立式罐体内壁之间的环形间隙上方的顶部封头上可设置防冲板，以加强弧形部分的耐磨性，提高设备的寿命和安全性。

6、作为另一种改进，在大端直筒段与立式罐体内壁之间的环形间隙上方、靠近气体出口处的顶部封头上宜设置一个竖直向下的圆形液固挡筒，此液固挡筒直径大于气相出口及相关附件的外径，小于大端直筒段内径，以此将液体和固体阻挡，将液体和固体全部向下导流至内循环筒内部，减小液体和固体对气体出口及其相关附件的冲击，降低气体出口相关附件的分离负荷。

7、所述中空腔体可以将从冲洗水入口引入的冲洗水均匀喷洒到立式罐体中，对罐体中残留的菌种进行冲洗。中空腔体的结构允许立式罐体内的混合介质绕过中空腔体自下而上流动，中空腔体可以是中空的管道，管道可以是环管或直管，也可以是环管和直管组成的网状连通结构；中空腔体还可以是饼状的中空箱体结构或者其他可以将冲洗水进行分布的中空结构。

8、中空腔体上的止回喷射器可以是止回阀、止回片等，也可以是带自封部件的装置，自封部件可以是自封圆球体或自封圆锥体。

9、止回喷射器的作用是当不需要更换菌种时保持中空腔体的闭合状态，防止反应腔体内的污泥和气体进入到中空腔体内，以免形成物料互串和堵塞等。当厌氧反应系统正常工作时，冲洗水喷淋装置的中空腔体处于封闭状态，以防止物料的互串和堵塞；当厌氧反应系统需要更换菌种时，在排尽反应系统内的液体后，止回喷射器打开，冲洗水从冲洗水入口进入冲洗水喷淋装置并喷洒到反应系统内的各处，冲洗干净并将反应系统内的菌类残留通过冲洗水带离反应系统，避免了单纯依靠重力流动可能会造成较多菌泥残留在反应系统内的弊端。

10、止回喷射器可以是带自封部件的单向孔，包括在中空腔体上表面设置的朝向立式罐体上方的锥形孔、锥形孔内放置的自封圆球体或自封锥形体、以及将自封圆球体或自封锥形体封挡在锥形孔内的带喷孔的带孔挡板，所述自封圆球体直径大于锥形孔最下部孔径、小于锥形孔最上部孔径，自封圆锥体的形状与圆锥孔一致，自封圆锥体的高度小于圆锥孔的高度。带孔挡板可供冲洗水通过并进入立式罐体内。带孔挡板上的喷孔宜为圆孔，圆孔直径宜为2～20mm。

11、作为改进，泥水入口上方、内循环筒小端直筒段下方设有分散筒，泥水入口上端与分散筒成无泄漏连接，分散筒与立式罐体同轴设置。所述分散筒为一圆形筒体，其上端封闭，筒壁上沿圆周均匀设置分散孔，分散孔可为条缝或圆孔，圆孔直径为2～40mm，条缝宽度为2～30mm。分散筒使得含厌氧菌的污泥进入立式罐体后更好的在立式罐体径向方向进行分散、均布。

12、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立式罐体，分散孔的开孔直径沿分散筒轴向自下而上逐渐增大。

13、作为进一步改进，所述分散筒与立式罐体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，位于立式罐体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。

14、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立式罐体底部喷出，以水的冲击力翻动立式罐体底部的污泥，形成良好的翻动效果，提高污泥利用率和降解效率。

15、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。

16、所述气体出口供反应产生的气相离开反应系统。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立式罐体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。

17、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。若立式罐体内压力较低时，可在出水管后方设置一抽水泵，为清水克服过滤网的阻力提供动力将清水抽出立式厌氧反应系统。设置抽水泵的另一个好处是可以控制离开立式罐体的水量，以此控制立式罐体内的液位或是水的循环量，以确保立式罐体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。

18、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立式罐体继续和厌氧菌发生反应。

19、作为一种优选方案，可设置两个或多个出水口，当某个过滤网堵塞时可切换到其它出水口，并对堵塞的出水口进行反冲洗去除堵塞的污泥，以便后续继续使用。

20、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。

21、作为进一步的方案，立式罐体上可设置液位计，以保持对立式罐体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。

22、作为进一步的方案，立式罐体上可设置公用口，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，可通过公用口补充或抽出部份物料。若监测发现立式罐体内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。

23、本实用新型的操作过程为：

24、1)气体置换：通过氮气或二氧化碳等气体将立式厌氧反应系统内原有气体置换，目的是提供立式厌氧反应系统内无氧的初始环境；

25、2)引入污泥：通过泥水出口、污水入口或公用口向立式厌氧反应系统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；

26、3)引入待处理污水：通过污水入口向立式厌氧反应系统内引入待处理污水，使污水与污泥混合形成泥水混合物；随着污水不断引入立式厌氧反应系统，立式罐体内形成流态化，污水中的有机物和厌氧菌接触发生降解反应。当液位不断升高，沿大端直筒段与立式罐体内壁之间的环形间隙上升至立式罐体顶部后，气相在内循环筒上方和顶部封头下部空间与液相和固相进行分离，经过分离后气体向上从气体出口离开反应系统，液固两相进入内循环筒沿圆锥段上向下流动进入小端直筒段，通过小端直筒段上设置的循环管路返回立式罐体内继续与污水发生降解反应，污水得到净化；

27、4)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经出水口作为清水离开反应系统，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系统；

28、5)污泥含量的控制：随着生物降解反应的不断进行，立式厌氧反应系统内污泥的含量会增加或减少，为控制立式厌氧反应系统内污泥的含量，可通过泥水出口或公用口排出立式厌氧反应系统内的多余的污泥或向反应系统内补充不足的污泥；

29、6)排出需更换的菌种：当需要更换反应物和菌种时，关闭污水入口和循环泵，打开泥水出口，利用重力或外置的泵将罐内的液固两相排出立式罐体，通过液位计或流量计测得立式罐体内的介质完全排出后，打开冲洗水入口，将冲洗水引入中空腔体并将冲洗水从中空腔体上的止回喷射器喷洒到立式罐体内，对立式罐体内残留的菌种进行冲洗，菌泥通过冲洗水冲洗后，內循环筒外的菌泥直接从泥水出口排出立式罐体；同时，开启循环泵，将內循环筒内的菌泥引入立式罐体底部由泥水出口排出，同时也对循环管路进行了冲洗。通过检测发现离开罐体的冲洗水中未携带需要排尽的菌种后，关闭冲洗水入口，中空腔体上的止回喷射器也同时关闭，使中空腔体形成封闭的腔体，防止立式罐体内的物料进入中空腔体内。之后，即可重复上述步骤1～5，进行新的污泥降解处理。

30、所述生物降解反应的条件为：立式罐体内压力保持微正压，一般为0.05～0.5mpa；温度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。当检测到立式罐体内条件波动、偏离最初设定值时，可通过公用口向立式罐体内补充热水、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。

31、本实用新型具有以下有益效果：

32、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；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；

33、2)通过冲洗水喷淋装置实现对反应系统内菌种的完全更换，提升了反应系统处理物料的兼容性和产物的多样性，实现了反应系统的多功能使用；

34、3)通过污水分布管实现了立式罐体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；

35、4)通过设置内循环筒和循环管路，向上提升的泥水混合物进入内循环筒，实现了污泥的循环利用和内循环量的可调可控；

36、5)立式厌氧反应系统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，促进了反应系统的长周期运行。