专利名称：废水高效厌氧处理装置及方法
技术领域：
本发明的名称是废水高效厌氧处理装置及方法，属于废水处理技术领域。现有技术情况近年来，厌氧处理法作为一种节能的高浓度有机废水处理方案，成为世界各国争相研究和开发的热门技术。
在厌氧处理法中，特别以在装置中形成颗粒状污泥(以下称颗粒污泥)的处理装置最为瞩目。它被称为划时代的高效厌氧处理装置。这种厌氧处理装置目前有升流式厌氧污泥床(以下简称厌氧污泥床)和合式厌氧复处理装置(以下简称厌氧复合床)2种。
厌氧污泥床在构造和功能上可分为3大部分第1部分为原水的供给系统，由原水输送管和能够使水流在装置断面上均匀供给的布水管组成。第2部分为污泥床反应区，由颗粒污泥构成的固定床区和其上部的悬浮污泥区构成。在这个区域里废水中的有机物被厌氧菌分解为甲烷气和二氧化碳气体，另有一少部分有机物被细菌同化，并形成新颗粒污泥。第3部分为气、液、固三相分离区，由三相分离器构成，位于装置的上部。在这个区域里将反应区产生的气体、随上升水流浮上的污泥和被净化了的水分离开，使气体和水流按各自的路径排出装置外，污泥则被截留下来返回到污泥床反应区。
厌氧复合床则是在厌氧污泥床的污泥床反应区和三相分离区之间增加了一个厌氧生物滤床区。这个滤床区的作用是(1)阻止大部分浮上的污泥进入三相分离区，从而减轻三相分离区的负荷，(2)在滤料表面形成厌氧生物膜，使在泥床反应区内未被去除的有机物得到进一步的去除。
对于这两种装置来说，三相分离器的作用都是至关重要的。三相分离器的作用在于不使装置中的污泥发生流失，始终使装置中的污泥维持在高浓度水平上。这是这两种装置能够高效地处理废水的前提。尽管在厌氧复合床中，这一作用的一部分是由滤床区所担负的，但在装置的启动期间主要还是由三相分离器来担负的。三相分离器性能的好坏决定着处理装置能否稳定运行和处理效率的高低。
目前，世界上通用的三相分离器的原形是由荷兰人设计发明的。图3是采用了这种三相分离器的厌氧污泥床构造的一个例子。
如图3所示，来自布水管10的原水在向上流经泥床反应区2的过程中，其含有的机物被厌氧菌分解，并产生甲烷及二氧化碳气体。这些气体和水流以及所夹带的悬浮污泥组成气、液、固三相流，涌入三相分离区。一部分与气泡粘着力较弱的污泥在上升至污泥折流板3时，与气泡脱离并靠自重下沉回泥床反应区；另一部分颗粒细小或与气泡粘着力较强的污泥随水继续上升至沉淀区4，在这里有一部分污泥被沉降下来并返回泥床反应区，剩余的污泥则与气泡混在一起一直上升至水面并形成浮渣层，或随水流出，或一直停留在水面。
当进水有机物的浓度增大，造成装置的处理负荷提高时，产气量会骤然增加。这时，污泥床层膨胀高度增大，床层处于不安定状态，许多污泥颗粒表面围满了气泡，出现类似于气浮的现象，使反应区的污泥大量涌向三相分离区，造成污泥大量流失。也就是说，这种结构的三相分离器不能在高负荷下运行。
研究表明，厌氧污泥床的处理负荷可以高达20～50kgCOD/m3·d以上，但是目前国际上运转中的厌氧污泥床的处理负荷只有8～10kgCOD/m3·d。这其中的主要原因就是上述分离器的工艺设计不合理。上述的三相分离器是按传统的沉淀池设计理论设计的。这种设计不能解决夹有气泡的颗粒的分离问题。尽管国外已认识到这一问题，但是目前还没有一家公司推出能很好解决这一问题的专利或产品。
另外，目前的厌氧污泥床和厌氧复合床都采用处理水循环的方式运行，这样使装置内的流态接近于完全混合状态，造成生物相混杂、有机物浓度梯度降低，也是处理负荷提不高的一个原因。
发明的目的鉴于上述情况，本发明的目的是(1)提供一种新型的三相分离器，以代替现有厌氧污泥床和厌氧复合床所采用的旧式三相分离器，从而解决污泥的流失问题，使装置能够在高负荷下稳定运行；针对现有厌氧复合床的滤料装填厚度过大-容易发生堵塞，和厌氧污泥床的悬浮污泥区高度设置的偏大-使装置的容积利用率降低的问题，本发明提供了优化的装置总体结构。(2)提供一种新的运转方法，使在一个装置内能实现酸发酵菌颗粒和甲烷发酵颗粒分层，即实现两相厌氧发酵，提高装置的处理效率。
以下以本发明的一个实施例子来详细说明本发明的技术构成、实施发明的具体步骤。
图1是说明本发明的技术构成、实施发明的具体步骤和效果的高效厌氧处理装置的整体剖面图，它是一个厌氧复合床的例子。图2是说明本发明所提供的三相分离器的关键部分的剖面图。
如图1所示，本发明的厌氧复合床装置主要由以下6个部分组成(1)原水供给系统，包括进水管及布水管10；(2)污泥床反应区，包括酸发酵颗粒污泥层11、甲烷发酵颗粒污泥层12和浮游污泥层13，总高度为1.0～2.5米；
(3)滤床反应区14，其填料的空隙率为98％，高度为0.5～1.0米；(4)气体分离区18，采用气升式减压法进行气体分离；(5)液体分离区16，采用悬浮泥渣层絮凝-过滤法[1]进行固-液分离；(6)压力调节器25，作用有二一是使气体分离区的水面与液体分离区的水面产生一个高度为H的水位差，二是作为水封。
原水经布水管10在装置断面形成均匀的上升水流，其所携带的有机物经过酸发酵颗粒污泥层11时被分解为挥发性脂肪酸，并在甲烷发酵颗粒污泥层12被进一步分解为甲烷气体和二氧化碳气体；所产生的气体伴随着一些上浮污泥同水流一起穿过滤床反应区14时，部分污泥被填料截留下来，同时未在污泥床反应区彻底去除的有机物也得到进一步的去除；由于滤床反应区的厚度较小，加上气流不断从中穿过，所以防止了污泥的过度积蓄、避免了填料层的堵塞；穿过滤床反应区的气-液-固三相流进入气体分离区18，受过流断面缩小的影响而流速加快，对周围形成弱负压，使所含气体体积膨胀、很快逸出水面，上升至集气室21，并由排气管22进入压力调节器25，然后送给后续的燃气利用设施；剩下的液-固二相混合液从气体分离区的上部经液-固二相流下降通道19和回流通道15返回浮游污泥层13，在这一区域形成循环流；这一循环流的一部分进入液体分离区16，其夹带的浮游污泥与液体分离区的悬浮污泥层发生接触并被截留下来，水流则穿过这个区域经溢流堰和水封槽17排出装置，水流不循环。
如图2所示，由于进入液体分离区的浮游污泥不断被截留，将会使液体分离区的污泥积蓄量增加，造成悬浮污泥层的界面26高度逐渐升高；当这个界面升至溢流堰附近时，将会发生污泥流失；因此，需要对悬浮污泥层界面的上升高度加以限制；在此，本发明的具体实施措施，是利用压力调节器25，在气体分离区的水面与液体分离区的水面之间产生一个高度为H的水位差，并通过由污泥界面传感器28、控制器27和自动阀门23组成的强制污泥回流系统，达到限制悬浮污泥层界面过度升高的目的，即，当悬浮污泥层界面26上升到没定高度时，污泥界面传感器将指示控制器27打开自动阀门23，从而使集气室21气压P1与出水溢流堰气室20的气压P2相等，造成液体分离区水面下降、集气室水面上升，随之将悬浮污泥层的一部分污泥推向液体分离区的底部入口处；这些被排下来的污泥只能经过回流通道15重新返回浮游污泥层13。同时，浮游污泥层中的污泥与其下部的颗粒污泥层还通过污泥的浮上和下沉两个过程不断地沟通，自然控制着浮游污泥层的污泥浓度。
发明的效果利用本发明的装置处理桔子汁饮料厂高浓度废水，能够在20～25kgCOD/m3.d的高负荷下稳定地运行，并使废水中有机物的去除(以TOC计)达到90％以上。这一负荷比当前的同类装置的负荷高出2倍以上[1][2]。
图1厌氧复合床处理装置整体剖面2三相分离器关键部分剖面3现有的厌氧污泥床处理装置其中2-泥床反应区3-污泥折流板4-沉淀区10-布水管11-酸发酵颗粒污泥层12-甲烷发酵颗粒污泥层13-浮游污泥层14-滤床反应区(填料层)15-回流通道16-液体分离区17-出水槽及水封18-气体分离区19-液-固二相流下降通道20-出水溢流堰气室21-集气室22-集气室排气管23-自动阀24-出水溢流堰气室排气管25-气压调节器兼排气水封26-悬浮污泥层界面27-污泥回流控制器28-污泥界面计参考方献1.张振家，深川胜之，浮田正夫，中西弘上向流式嫌气性ハィブリッ ドブランケットリァタ-の特性，土木学会论文集II，515，103-113，1995。
2.张振家，深川胜之，浮田正夫，中西弘鱼类食品工场の浓厚酱油废水の UASB法处理にぉける スタ-トァップぉょびグラニュ-ル细菌相构造の解析，土木学会论文集II，5-16，1995。
权利要求
1.一种由污泥床、三相分离器等构成的废水高效厌处理装置，其特征在于该装置是一个矩形或园柱形的，原水由装置底部进入装置，内部构造从底部往上依次是(1)酸发酵颗粒污泥层[11]、布水管[10]在层中最下面(2)甲烷发酵颗粒污泥层[12](3)浮游污泥层[13]三个污泥层总高度在2.0～2.5米(4)滤床反应区[14](5)成园锥梯形的三相分离器的气体分离区[18](6)集气室[21](7)气体分离区[18]外侧周围是液-固二相流下降通道[19](8)二相流下降通道[19]下面是回流通道[15](9)液-固二相流下降通道[19]外侧是液体分离区[16](10)液体分离区[16]上面是出水溢流堰气室[20](11)液体分离区[16]外侧是出水槽及水封[17](12)集气室[21]与气压调节器兼排气水封[25]利用集气室排气管[22]相连(13)出水溢流堰气室排气管连接集气室[21]和气压调节器兼排气水封[25](14)悬浮污泥层界面[26]设有污泥界面计[28]，与污泥回流控制器[27]相连，污泥回流控制器[27]另一端与自动阀[23]相连，自动阀一端与集气室排气管[22]相连，另一端与出水溢流堰气排水管[24]相连。
2.按照权利要求1所述的装置，其特征在于滤床反应区[14]的填料空隙率为98％，高度是0.5～1.0米。
3.按照权利要求1所述的装置，其特征在于气体分离区[18]是采用气升式减压法进行的。
4按照权利要求1所述的装置，其特征在于液体分离区[16]是采用悬浮泥渣层絮聚-过滤法进行固-液分离的
5.按照权利要求1所述的装置，其特征在于气压调节器[25]可使气体分离区[18]的水面与液体分离区[16]的水面产生一个高度为H的水位差，并通过传感器[28]、控制器[27]和自动阀门[23]组成强制污泥回流系统，限制悬浮污泥层界面[26]过度升高。
6.按照权利要求1所述的设备，其特征在于所说的生物滤床区[14]可以不设。
7.一种利用权利要求1所述设备，实现废水高效厌氧处理的方法，其特征在于原水从装置底部进入，经布水管[10]在装置断面形成均匀上升水流，水流所携带的有机物在酸发酵颗粒污泥层[11]被分解为挥发性脂肪酸，在甲烷发酵颗粒污泥层[12]被进一步分解为甲烷气体和二氧化碳气体，所产生的气体伴随着一些上浮污泥同水流一起穿过滤床反应区[14]时，部分污泥被填料截留，未在污泥床[11，12，13]反应区彻底去除的有机物也得到进一步的去除，穿过滤床区[14]的气-液-固三相流进入气体分离区[18]，流速加快，形成弱负压，所含气体体积膨胀，很快逸出水面，上升至集气室[21]，通过排气管[22]进入压力调节器[25]，最后排出装置以便利用，剩下的液-固二相混合液从气体分离区[18]的上部经液-固二相流下降通道[19]和回流通道[15]返回浮游污泥层[13]，在此区形成循环流，循环流的一部分进入液体分离区[16]，其所夹带的浮游污泥与液体分离区[16]的悬浮污泥层发生接触絮凝作用并被截留下来，水流则穿过此区域经溢流堰和水封槽[17]排出装置，利用压力调节器[25]，使气体分离区[18]的水面与液体分离区[16]的水面之间产生一个水位差，并通过污泥界面传感器[28]、控制器[27]和自动阀门[23]构成强制污泥回流系统，以控制悬浮法污泥层的界面[26]，被排下来的污泥可经过回流通道[15]返回浮游污泥层[13]，污泥不会大量丢失。
全文摘要
本发明的名称是废水高效厌氧处理装置及方法,属于废水处理技术领域。现有的厌氧处理装置,采用水循环方式,传统的三相分离器,效果不佳。本发明设计了一种新的处理装置(矩形或圆柱形)、一种新的三相分离器,从底部开始设置酸发酵颗粒污泥层、甲烷发酵污泥层、浮游污泥层和滤床反应区(也可以不设此区),水不循环,控制污泥不会大量流失,大大提高了处理能力,可在20～25kgCOD/m
文档编号B01D21/02GK1174815SQ97103569
公开日1998年3月4日 申请日期1997年4月26日 优先权日1997年4月26日
发明者张振家 申请人:张振家