專利名稱：一種高效厭氧反應(yīng)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于環(huán)保、化工、生物發(fā)酵等技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種新型高效厭氧反應(yīng)裝置，特別適用于有機(jī)廢水的厭氧生物處理。
背景技術(shù)：
厭氧生物處理技術(shù)是把廢水處理和能源回收利用相結(jié)合的一種低成本技術(shù)。在厭氧條件下，利用微生物的自身代謝作用，把廢水中的有機(jī)污染物轉(zhuǎn)化成沼氣，從而使污水達(dá)到凈化的過程。與好氧生物處理相比，厭氧生物處理具有耗能少，污泥產(chǎn)量低，能回收清潔能源 (沼氣)的優(yōu)點(diǎn)，是實(shí)現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)的有效手段之一，應(yīng)用前景廣闊。近30年來，隨著生物科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和人們對厭氧技術(shù)原理認(rèn)識的深入，厭氧生物反應(yīng)技術(shù)得以飛速發(fā)展，為高濃度工業(yè)有機(jī)廢水和生活污水的處理提供了重要手段。目前，厭氧生物反應(yīng)器已發(fā)展至第三代。第一代厭氧生物反應(yīng)器以普通厭氧消化池為代表，其典型特征是反應(yīng)器呈全混合，沒有污泥循環(huán)，處理效率較低。第二代厭氧生物反應(yīng)器以升流式厭氧污泥床(UASB)反應(yīng)器為代表，其典型特征是其內(nèi)設(shè)有三相分離裝置，污泥循環(huán)利用，處理效率得到提高。第三代厭氧生物反應(yīng)器以厭氧內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器(IC)為代表，其典型特征是在UASB的基礎(chǔ)上，設(shè)置兩層或多層三相分離裝置強(qiáng)化三相分離效率，增設(shè)內(nèi)循環(huán)提高攪拌強(qiáng)度，改善泥水混合效果，一定程度上緩解了短流、溝流和死角等問題，提高了反應(yīng)器的處理效能。目前應(yīng)用較廣、以IC反應(yīng)器為代表的第三代厭氧反應(yīng)器，仍存在以下不足(1)高度依賴三相分離器，而三相分離器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，設(shè)計(jì)困難，成本較高。(2)三相分離過程互相牽制，特別在上升流速較高時，分離效果顯著下降，出水水質(zhì)惡化。(3)氣泡在混合液中聚集形成正壓，并在此正壓驅(qū)動下從混合液中逸出，屬于被動分離。(4)高度依賴顆粒污泥，而顆粒污泥的培養(yǎng)十分困難，導(dǎo)致啟動周期過長。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于提供一種新型高效厭氧反應(yīng)裝置，該裝置具有良好的廢水處理效果O為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案
一種高效厭氧反應(yīng)裝置，該裝置包括上端敞口的外筒、位于外筒底部的布水器和置于外筒內(nèi)上下開口的懸浮反應(yīng)筒，所述布水器與進(jìn)水管連接；所述外筒和懸浮反應(yīng)筒之間的夾層下部設(shè)有固液分離膜組件，固液分離膜組件下端連接出水管；所述外筒和懸浮反應(yīng)筒之間的夾層上部設(shè)有水封槽，集氣頂蓋伸入裝有水的水封槽內(nèi)形成水封區(qū)，集氣頂蓋與排氣管連接。其中，懸浮反應(yīng)筒、水封槽及固液分離膜組件可以通過與外筒的內(nèi)壁焊接，從而固定在相應(yīng)的位置。具體的，所述懸浮反應(yīng)筒下端口內(nèi)徑大于上端口內(nèi)徑，從下到上分為三段依次為下筒體、第一漸縮筒和上筒體；第一漸縮筒整體呈錐臺狀，第一漸縮筒的斜面切線與水平方向的角度β在0° 90°之間(優(yōu)選45° 60° )。
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所述第一漸縮筒與水封槽之間的出水通道間距H2在O. 01 IOm之間(見圖I)。所述外筒下部與排泥管連接；外筒的上端口內(nèi)徑大于下端口內(nèi)徑，從上到下分為三段依次為上筒體、第二漸縮筒和下筒體；第二漸縮筒整體呈倒錐臺狀，第二漸縮筒的斜面切線與水平方向的角度α在0° 90°之間(優(yōu)選45° 60° );也可以設(shè)置為曲面。所述布水器的配水方式為一管一孔、一管多孔、枝狀或環(huán)狀等。所述固液分離膜組件的有效分離孔徑在0.01 μ Icm之間，所述水封槽內(nèi)設(shè)置液位控制器。所述進(jìn)水管的管路上依次連接第一流量計(jì)、進(jìn)水泵和第一閥門；所述排氣管的管路上依次連接第二閥門、抽氣泵和氣壓表。所述出水管分為兩個支路，其中一個支路的管路上依次連接第三閥門、抽水泵和第三流量計(jì)；另一支路的管路上依次連接第四閥門、反沖洗泵和第四流量計(jì)。該高效厭氧反應(yīng)裝置分為五部分進(jìn)水配水區(qū)(外筒底部的布水器部分，即圖I中的A區(qū))、污泥床反應(yīng)區(qū)(外筒的下筒體和第二漸縮筒部分，即圖I中的B區(qū))、懸浮反應(yīng)區(qū)(懸浮反應(yīng)筒部分，即圖I中的C區(qū))、氣體優(yōu)先分離區(qū)(集氣頂蓋的內(nèi)部，即圖I中的D區(qū))和固液分離區(qū)(外筒和懸浮反應(yīng)筒之間夾層的固液分離膜組件部分，即圖I中的E區(qū));此五個區(qū)從下到上依次布置，并相鄰連通。該反應(yīng)裝置和管路為金屬、非金屬或復(fù)合材質(zhì)。所用閥門可以是截止閥、球閥、閘閥或蝶閥等。所述固液分離區(qū)布置在懸浮反應(yīng)區(qū)外側(cè)，可設(shè)置一個或多個，或者環(huán)繞懸浮反應(yīng)區(qū)一周布置。固液分離區(qū)頂部為敞開設(shè)置。固液分離區(qū)內(nèi)固液分離膜組件可設(shè)置為一個或多個并聯(lián)。固液分離區(qū)底部最下端(即外筒第二漸縮筒的底端)與懸浮反應(yīng)筒下筒體最下端之間的間距H1在O. OI IOm之間(見圖I)。所述集氣頂蓋內(nèi)部為氣體優(yōu)先分離區(qū)，集氣頂蓋置于裝有水的水封槽內(nèi)形成水封區(qū)；水封區(qū)為一個或者多個。廢水通過進(jìn)水管和布水器由底部進(jìn)入反應(yīng)裝置的外筒，借助升流作用依次經(jīng)過污泥床反應(yīng)區(qū)和懸浮反應(yīng)區(qū)，在此完成厭氧生物降解；懸浮反應(yīng)區(qū)上部為氣體優(yōu)先分離區(qū)，生物反應(yīng)產(chǎn)生的氣體在人為制造的負(fù)壓驅(qū)動下排出；混合液沿著懸浮反應(yīng)筒上筒體上升，經(jīng)第一漸縮筒與水封槽之間的出水通道進(jìn)入固液分離區(qū)，在固液分離膜組件的強(qiáng)制分離作用下，出水由出水管排出，污泥得到濃縮；濃縮后的污泥自固液分離區(qū)底部回流至污泥床反應(yīng)區(qū)的上部。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所述無“三相分離器”的新型厭氧反應(yīng)裝置的優(yōu)點(diǎn)在于 I)將厭氧生物反應(yīng)產(chǎn)生的混合氣體在人為制造的負(fù)壓驅(qū)動下優(yōu)先排出，從而解決了困
擾第三代厭氧生物反應(yīng)器應(yīng)用實(shí)踐中三相分離過程互相牽制的難題。2)人為制造的負(fù)壓環(huán)境使得氣泡由從混合液中的被動逸出轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃优懦?，顯著提高了氣體從混合液中分離的效率。3)本發(fā)明利用固液分離膜組件實(shí)現(xiàn)固液的強(qiáng)制分離，解決了上升流速較高時出水水質(zhì)易惡化的問題。固液分離膜組件的機(jī)械篩分作用杜絕了厭氧污泥的流失，徹底擺脫了厭氧生物反應(yīng)器對顆粒污泥的依賴。4)本發(fā)明所述反應(yīng)裝置的懸浮反應(yīng)筒上筒體液面更新速度較快，避免了浮渣層的形成。


圖I是本發(fā)明所述高效厭氧反應(yīng)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
以下通過優(yōu)選實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明，但本發(fā)明保護(hù)范圍并不局限于此。如圖I所示，一種高效厭氧反應(yīng)裝置，該裝置包括上端敞口的外筒I、位于外筒I底部的布水器3和置于外筒I內(nèi)上下開口的懸浮反應(yīng)筒2，所述布水器3與進(jìn)水管4連接；所述外筒I和懸浮反應(yīng)筒2之間的夾層下部設(shè)有固液分離膜組件6，固液分離膜組件6下端連接出水管7 ;所述外筒I和懸浮反應(yīng)筒2之間的夾層上部設(shè)有水封槽10，集氣頂蓋11伸入裝有水的水封槽10內(nèi)形成水封區(qū)，集氣頂蓋11與排氣管5連接。其中，懸浮反應(yīng)筒2、水封槽10及固液分離膜組件6通過與外筒I的內(nèi)壁焊接，固定在相應(yīng)的位置。固液分離膜組件6采用普通市售產(chǎn)品即可，本發(fā)明所用固液分離膜組件6購自河南省鴻藍(lán)水處理技術(shù)有限公司，型號 HL-300D/96F-36S1。所述懸浮反應(yīng)筒2下端口內(nèi)徑大于上端口內(nèi)徑，從下到上分為三段依次為下筒體 27、第一漸縮筒28和上筒體29 ;第一漸縮筒28整體呈錐臺狀，第一漸縮筒28的斜面切線與水平方向的角度β優(yōu)選60°。所述第一漸縮筒28與水封槽10之間的出水通道間距H2 為lm。所述外筒I下部與排泥管9連接；外筒I的上端口內(nèi)徑大于下端口內(nèi)徑，從上到下分為三段依次為上筒體26、第二漸縮筒25和下筒體24 ;第二漸縮筒25整體呈倒錐臺狀，第二漸縮筒25的斜面切線與水平方向的角度α優(yōu)選45°。所述布水器3的配水方式為一管多孔式。所述固液分離膜組件6的有效分離孔徑在O. 01 μ Icm之間,所述水封槽10內(nèi)設(shè)置液位控制器。所述進(jìn)水管4的管路上依次連接第一流量計(jì)12、進(jìn)水泵13和第一閥門14 ;所述排氣管5的管路上依次連接第二閥門21、抽氣泵22和氣壓表23。所述出水管7分為兩個支路，其中一個支路的的管路上依次連接第三閥門18、抽水泵19和第三流量計(jì)20 ;另一支路 8的管路上依次連接第四閥門15、反沖洗泵16和第四流量計(jì)17。該高效厭氧反應(yīng)裝置分為五部分進(jìn)水配水區(qū)(圖I中的A區(qū))、污泥床反應(yīng)區(qū)(圖I 中的B區(qū))、懸浮反應(yīng)區(qū)(圖I中的C區(qū))、氣體優(yōu)先分離區(qū)(圖I中的D區(qū))和固液分離區(qū)(圖 I中的E區(qū))；此五個區(qū)從下到上依次布置，并相鄰連通。該反應(yīng)裝置和管路為金屬。所述固液分離區(qū)布置在懸浮反應(yīng)區(qū)外側(cè)，環(huán)繞懸浮反應(yīng)區(qū)一周布置。固液分離區(qū)頂部為敞開設(shè)置。固液分離區(qū)內(nèi)固液分離膜組件設(shè)置為多個并聯(lián)。固液分離區(qū)底部最下端與懸浮反應(yīng)筒下筒體最下端之間的間距H1在lm。工作時，廢水從進(jìn)水管4通過配水裝置3由底部進(jìn)入反應(yīng)裝置，借助升流作用依次經(jīng)過污泥床反應(yīng)區(qū)(B區(qū))和懸浮反應(yīng)區(qū)(C區(qū))，在此完成厭氧生物的降解；懸浮反應(yīng)區(qū)(C 區(qū))上部為氣體優(yōu)先分離區(qū)(D區(qū))，生物反應(yīng)產(chǎn)生的氣體在負(fù)壓驅(qū)動下通過排氣管5排出。 混合液從懸浮反應(yīng)區(qū)上筒體23通過第一漸縮筒28與水封槽10之間的出水通道進(jìn)入固液分離區(qū)(E區(qū))，在固液分離膜組件6的強(qiáng)制分離作用下，出水由抽水泵19抽出，污泥得到濃縮；濃縮污泥由固液分離區(qū)(E區(qū))底部回流至污泥床反應(yīng)區(qū)(B區(qū))的上部。氣體優(yōu)先分離區(qū)(D區(qū))內(nèi)負(fù)壓的控制，依賴于對水封槽10內(nèi)外液面高度差的控制來完成。按照實(shí)際運(yùn)行需要首先擬定水封槽10內(nèi)外液面高度差(算出相應(yīng)的負(fù)壓范圍)，并通過液位控制器監(jiān)控。當(dāng)內(nèi)外液面高度差為零時，抽氣泵19開始工作，當(dāng)內(nèi)外液面高度差達(dá)到設(shè)定最大值時，抽氣泵19停止工作。采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明反應(yīng)裝置具有以下特點(diǎn)
I)反應(yīng)裝置懸浮反應(yīng)區(qū)的內(nèi)筒2由下筒體27、第一漸縮筒28和上筒體29三部分組成。 第一漸縮筒28上口小、下口大的設(shè)置，使得內(nèi)筒截面積越往上越小，上筒體29液面更新速度較快，浮渣不易在懸浮反應(yīng)區(qū)的內(nèi)筒產(chǎn)生，避免了浮渣層的形成。2)該反應(yīng)裝置內(nèi)外壓差為O時,懸浮反應(yīng)區(qū)(C區(qū))處于最低液面，固液分離區(qū)(E 區(qū))處于最高液面，兩區(qū)的液面相平；當(dāng)反應(yīng)裝置內(nèi)外壓差增大時(即內(nèi)部處于負(fù)壓，內(nèi)部壓力小于外部內(nèi)部)，兩區(qū)的液面差隨之增大，懸浮反應(yīng)區(qū)內(nèi)液面逐漸升高，固液分離區(qū)的液面逐漸降低。3)在氣體優(yōu)先分離區(qū)(D區(qū))內(nèi)，厭氧生物反應(yīng)產(chǎn)生的混合氣體在人為制造的負(fù)壓驅(qū)動下優(yōu)先排出，解決了困擾第三代厭氧生物反應(yīng)器應(yīng)用實(shí)踐中三相分離過程互相牽制的難題。人為制造的負(fù)壓環(huán)境使得氣泡從混合液中由被動逸出變?yōu)橹鲃优懦?，也顯著提高了氣體從混合液中分離的效率。負(fù)壓的控制依賴于對水封槽10內(nèi)外液面高度差的控制來完成。4)固液分離區(qū)(E區(qū))內(nèi)部設(shè)置固液分離膜組件6，可對泥水混合液進(jìn)行強(qiáng)制分離， 解決了上升流速較高時出水水質(zhì)惡化的問題。固液分離膜組件16的機(jī)械篩分作用杜絕了厭氧污泥的流失，有助于縮短啟動時間并保證厭氧處理效率，徹底擺脫了厭氧生物反應(yīng)器對顆粒污泥的依賴。通過現(xiàn)場試驗(yàn)驗(yàn)證，本發(fā)明反應(yīng)裝置達(dá)到了良好的廢水處理效果
對于COD 6000 10000mg/L的高濃度易降解有機(jī)廢水，水力停留時間12h左右，容積負(fù)荷可達(dá)10 40 kgCOD/ (m3/d)，COD去除率可達(dá)90%以上；對于COD 6000 10000mg/L 的高濃度難降解有機(jī)廢水，經(jīng)前置水解酸化預(yù)處理，厭氧段水力停留時間24h左右，容積負(fù)荷可達(dá)5 20 kgCOD/ (m3/d)，COD去除率可達(dá)85%以上。
權(quán)利要求
1.一種高效厭氧反應(yīng)裝置，其特征在于，該裝置包括上端敞口的外筒、位于外筒底部的布水器和置于外筒內(nèi)上下開口的懸浮反應(yīng)筒，所述布水器與進(jìn)水管連接；所述外筒和懸浮反應(yīng)筒之間的夾層下部設(shè)有固液分離膜組件，固液分離膜組件下端連接出水管；所述外筒和懸浮反應(yīng)筒之間的夾層上部設(shè)有水封槽，集氣頂蓋伸入裝有水的水封槽內(nèi)形成水封區(qū)， 集氣頂蓋與排氣管連接。
2.如權(quán)利要求I所述的高效厭氧反應(yīng)裝置，其特征在于，所述懸浮反應(yīng)筒下端口內(nèi)徑大于上端口內(nèi)徑，從下到上分為三段依次為下筒體、第一漸縮筒和上筒體；第一漸縮筒整體呈錐臺狀，第一漸縮筒的斜面切線與水平方向的角度β在0° 90°之間。
3.如權(quán)利要求2所述的高效厭氧反應(yīng)裝置，其特征在于，所述第一漸縮筒與水封槽之間的出水通道間距H2在O. 01 IOm之間。
4.如權(quán)利要求I所述的高效厭氧反應(yīng)裝置，其特征在于，所述外筒下部與排泥管連接；外筒的上端口內(nèi)徑大于下端口內(nèi)徑，從上到下分為三段依次為上筒體、第二漸縮筒和下筒體；第二漸縮筒整體呈倒錐臺狀，第二漸縮筒的斜面切線與水平方向的角度α在0° 90。之間。
5.如權(quán)利要求I所述的高效厭氧反應(yīng)裝置，其特征在于，所述布水器的配水方式為一管一孔、一管多孔、枝狀或環(huán)狀。
6.如權(quán)利要求I所述的高效厭氧反應(yīng)裝置，其特征在于，所述固液分離膜組件的有效分離孔徑在O. 01 μ m Icm之間，所述水封槽內(nèi)設(shè)置液位控制器。
7.如權(quán)利要求I所述的高效厭氧反應(yīng)裝置，其特征在于，所述進(jìn)水管的管路上依次連接第一流量計(jì)、進(jìn)水泵和第一閥門；所述排氣管的管路上依次連接第二閥門、抽氣泵和氣壓表。
8.如權(quán)利要求I所述的高效厭氧反應(yīng)裝置，其特征在于，所述出水管分為兩個支路，其中一個支路的管路上依次連接第三閥門、抽水泵和第三流量計(jì)；另一支路的管路上依次連接第四閥門、反沖洗泵和第四流量計(jì)。
全文摘要
本發(fā)明涉及公開了一種高效厭氧反應(yīng)裝置，該裝置包括上端敞口的外筒、位于外筒底部的布水器和置于外筒內(nèi)上下開口的懸浮反應(yīng)筒，所述布水器與進(jìn)水管連接；所述外筒和懸浮反應(yīng)筒之間的夾層下部設(shè)有固液分離膜組件，固液分離膜組件下端連接出水管；所述外筒和懸浮反應(yīng)筒之間的夾層上部設(shè)有水封槽，集氣頂蓋伸入裝有水的水封槽內(nèi)形成水封區(qū)，集氣頂蓋與排氣管連接。該反應(yīng)裝置可使廢水中的高濃度有機(jī)物被很好地降解，高效地完成氣、液、固三相的有效分離，反應(yīng)裝置內(nèi)厭氧污泥不易流失且不易產(chǎn)生浮渣，處理效率高。
文檔編號C02F3/28GK102583732SQ20121007201
公開日2012年7月18日 申請日期2012年3月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月19日
發(fā)明者崔燕平, 王素蘭, 邢傳宏 申請人:鄭州大學(xué)