專利名稱：廢水高效厭氧處理裝置及方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明的名稱是廢水高效厭氧處理裝置及方法，屬于廢水處理技術(shù)領域?，F(xiàn)有技術(shù)情況近年來，厭氧處理法作為一種節(jié)能的高濃度有機廢水處理方案，成為世界各國爭相研究和開發(fā)的熱門技術(shù)。
在厭氧處理法中，特別以在裝置中形成顆粒狀污泥(以下稱顆粒污泥)的處理裝置最為矚目。它被稱為劃時代的高效厭氧處理裝置。這種厭氧處理裝置目前有升流式厭氧污泥床(以下簡稱厭氧污泥床)和合式厭氧復處理裝置(以下簡稱厭氧復合床)2種。
厭氧污泥床在構(gòu)造和功能上可分為3大部分第1部分為原水的供給系統(tǒng)，由原水輸送管和能夠使水流在裝置斷面上均勻供給的布水管組成。第2部分為污泥床反應區(qū)，由顆粒污泥構(gòu)成的固定床區(qū)和其上部的懸浮污泥區(qū)構(gòu)成。在這個區(qū)域里廢水中的有機物被厭氧菌分解為甲烷氣和二氧化碳氣體，另有一少部分有機物被細菌同化，并形成新顆粒污泥。第3部分為氣、液、固三相分離區(qū)，由三相分離器構(gòu)成，位于裝置的上部。在這個區(qū)域里將反應區(qū)產(chǎn)生的氣體、隨上升水流浮上的污泥和被凈化了的水分離開，使氣體和水流按各自的路徑排出裝置外，污泥則被截留下來返回到污泥床反應區(qū)。
厭氧復合床則是在厭氧污泥床的污泥床反應區(qū)和三相分離區(qū)之間增加了一個厭氧生物濾床區(qū)。這個濾床區(qū)的作用是(1)阻止大部分浮上的污泥進入三相分離區(qū)，從而減輕三相分離區(qū)的負荷，(2)在濾料表面形成厭氧生物膜，使在泥床反應區(qū)內(nèi)未被去除的有機物得到進一步的去除。
對于這兩種裝置來說，三相分離器的作用都是至關重要的。三相分離器的作用在于不使裝置中的污泥發(fā)生流失，始終使裝置中的污泥維持在高濃度水平上。這是這兩種裝置能夠高效地處理廢水的前提。盡管在厭氧復合床中，這一作用的一部分是由濾床區(qū)所擔負的，但在裝置的啟動期間主要還是由三相分離器來擔負的。三相分離器性能的好壞決定著處理裝置能否穩(wěn)定運行和處理效率的高低。
目前，世界上通用的三相分離器的原形是由荷蘭人設計發(fā)明的。圖3是采用了這種三相分離器的厭氧污泥床構(gòu)造的一個例子。
如圖3所示，來自布水管10的原水在向上流經(jīng)泥床反應區(qū)2的過程中，其含有的機物被厭氧菌分解，并產(chǎn)生甲烷及二氧化碳氣體。這些氣體和水流以及所夾帶的懸浮污泥組成氣、液、固三相流，涌入三相分離區(qū)。一部分與氣泡粘著力較弱的污泥在上升至污泥折流板3時，與氣泡脫離并靠自重下沉回泥床反應區(qū)；另一部分顆粒細小或與氣泡粘著力較強的污泥隨水繼續(xù)上升至沉淀區(qū)4，在這里有一部分污泥被沉降下來并返回泥床反應區(qū)，剩余的污泥則與氣泡混在一起一直上升至水面并形成浮渣層，或隨水流出，或一直停留在水面。
當進水有機物的濃度增大，造成裝置的處理負荷提高時，產(chǎn)氣量會驟然增加。這時，污泥床層膨脹高度增大，床層處于不安定狀態(tài)，許多污泥顆粒表面圍滿了氣泡，出現(xiàn)類似于氣浮的現(xiàn)象，使反應區(qū)的污泥大量涌向三相分離區(qū)，造成污泥大量流失。也就是說，這種結(jié)構(gòu)的三相分離器不能在高負荷下運行。
研究表明，厭氧污泥床的處理負荷可以高達20～50kgCOD/m3·d以上，但是目前國際上運轉(zhuǎn)中的厭氧污泥床的處理負荷只有8～10kgCOD/m3·d。這其中的主要原因就是上述分離器的工藝設計不合理。上述的三相分離器是按傳統(tǒng)的沉淀池設計理論設計的。這種設計不能解決夾有氣泡的顆粒的分離問題。盡管國外已認識到這一問題，但是目前還沒有一家公司推出能很好解決這一問題的專利或產(chǎn)品。
另外，目前的厭氧污泥床和厭氧復合床都采用處理水循環(huán)的方式運行，這樣使裝置內(nèi)的流態(tài)接近于完全混合狀態(tài)，造成生物相混雜、有機物濃度梯度降低，也是處理負荷提不高的一個原因。
發(fā)明的目的鑒于上述情況，本發(fā)明的目的是(1)提供一種新型的三相分離器，以代替現(xiàn)有厭氧污泥床和厭氧復合床所采用的舊式三相分離器，從而解決污泥的流失問題，使裝置能夠在高負荷下穩(wěn)定運行；針對現(xiàn)有厭氧復合床的濾料裝填厚度過大-容易發(fā)生堵塞，和厭氧污泥床的懸浮污泥區(qū)高度設置的偏大-使裝置的容積利用率降低的問題，本發(fā)明提供了優(yōu)化的裝置總體結(jié)構(gòu)。(2)提供一種新的運轉(zhuǎn)方法，使在一個裝置內(nèi)能實現(xiàn)酸發(fā)酵菌顆粒和甲烷發(fā)酵顆粒分層，即實現(xiàn)兩相厭氧發(fā)酵，提高裝置的處理效率。
以下以本發(fā)明的一個實施例子來詳細說明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)成、實施發(fā)明的具體步驟。
圖1是說明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)成、實施發(fā)明的具體步驟和效果的高效厭氧處理裝置的整體剖面圖，它是一個厭氧復合床的例子。圖2是說明本發(fā)明所提供的三相分離器的關鍵部分的剖面圖。
如圖1所示，本發(fā)明的厭氧復合床裝置主要由以下6個部分組成(1)原水供給系統(tǒng)，包括進水管及布水管10；(2)污泥床反應區(qū)，包括酸發(fā)酵顆粒污泥層11、甲烷發(fā)酵顆粒污泥層12和浮游污泥層13，總高度為1.0～2.5米；
(3)濾床反應區(qū)14，其填料的空隙率為98％，高度為0.5～1.0米；(4)氣體分離區(qū)18，采用氣升式減壓法進行氣體分離；(5)液體分離區(qū)16，采用懸浮泥渣層絮凝-過濾法[1]進行固-液分離；(6)壓力調(diào)節(jié)器25，作用有二一是使氣體分離區(qū)的水面與液體分離區(qū)的水面產(chǎn)生一個高度為H的水位差，二是作為水封。
原水經(jīng)布水管10在裝置斷面形成均勻的上升水流，其所攜帶的有機物經(jīng)過酸發(fā)酵顆粒污泥層11時被分解為揮發(fā)性脂肪酸，并在甲烷發(fā)酵顆粒污泥層12被進一步分解為甲烷氣體和二氧化碳氣體；所產(chǎn)生的氣體伴隨著一些上浮污泥同水流一起穿過濾床反應區(qū)14時，部分污泥被填料截留下來，同時未在污泥床反應區(qū)徹底去除的有機物也得到進一步的去除；由于濾床反應區(qū)的厚度較小，加上氣流不斷從中穿過，所以防止了污泥的過度積蓄、避免了填料層的堵塞；穿過濾床反應區(qū)的氣-液-固三相流進入氣體分離區(qū)18，受過流斷面縮小的影響而流速加快，對周圍形成弱負壓，使所含氣體體積膨脹、很快逸出水面，上升至集氣室21，并由排氣管22進入壓力調(diào)節(jié)器25，然后送給后續(xù)的燃氣利用設施；剩下的液-固二相混合液從氣體分離區(qū)的上部經(jīng)液-固二相流下降通道19和回流通道15返回浮游污泥層13，在這一區(qū)域形成循環(huán)流；這一循環(huán)流的一部分進入液體分離區(qū)16，其夾帶的浮游污泥與液體分離區(qū)的懸浮污泥層發(fā)生接觸并被截留下來，水流則穿過這個區(qū)域經(jīng)溢流堰和水封槽17排出裝置，水流不循環(huán)。
如圖2所示，由于進入液體分離區(qū)的浮游污泥不斷被截留，將會使液體分離區(qū)的污泥積蓄量增加，造成懸浮污泥層的界面26高度逐漸升高；當這個界面升至溢流堰附近時，將會發(fā)生污泥流失；因此，需要對懸浮污泥層界面的上升高度加以限制；在此，本發(fā)明的具體實施措施，是利用壓力調(diào)節(jié)器25，在氣體分離區(qū)的水面與液體分離區(qū)的水面之間產(chǎn)生一個高度為H的水位差，并通過由污泥界面?zhèn)鞲衅?8、控制器27和自動閥門23組成的強制污泥回流系統(tǒng)，達到限制懸浮污泥層界面過度升高的目的，即，當懸浮污泥層界面26上升到?jīng)]定高度時，污泥界面?zhèn)鞲衅鲗⒅甘究刂破?7打開自動閥門23，從而使集氣室21氣壓P1與出水溢流堰氣室20的氣壓P2相等，造成液體分離區(qū)水面下降、集氣室水面上升，隨之將懸浮污泥層的一部分污泥推向液體分離區(qū)的底部入口處；這些被排下來的污泥只能經(jīng)過回流通道15重新返回浮游污泥層13。同時，浮游污泥層中的污泥與其下部的顆粒污泥層還通過污泥的浮上和下沉兩個過程不斷地溝通，自然控制著浮游污泥層的污泥濃度。
發(fā)明的效果利用本發(fā)明的裝置處理桔子汁飲料廠高濃度廢水，能夠在20～25kgCOD/m3.d的高負荷下穩(wěn)定地運行，并使廢水中有機物的去除(以TOC計)達到90％以上。這一負荷比當前的同類裝置的負荷高出2倍以上[1][2]。


圖1厭氧復合床處理裝置整體剖面2三相分離器關鍵部分剖面3現(xiàn)有的厭氧污泥床處理裝置其中2-泥床反應區(qū)3-污泥折流板4-沉淀區(qū)10-布水管11-酸發(fā)酵顆粒污泥層12-甲烷發(fā)酵顆粒污泥層13-浮游污泥層14-濾床反應區(qū)(填料層)15-回流通道16-液體分離區(qū)17-出水槽及水封18-氣體分離區(qū)19-液-固二相流下降通道20-出水溢流堰氣室21-集氣室22-集氣室排氣管23-自動閥24-出水溢流堰氣室排氣管25-氣壓調(diào)節(jié)器兼排氣水封26-懸浮污泥層界面27-污泥回流控制器28-污泥界面計參考方獻1.張振家，深川勝之，浮田正夫，中西弘上向流式嫌氣性ハィブリッ ドブランケットリァタ-の特性，土木學會論文集II，515，103-113，1995。
2.張振家，深川勝之，浮田正夫，中西弘魚類食品工場の濃厚醬油廢水の UASB法處理にぉける スタ-トァップぉょびグラニュ-ル細菌相構(gòu)造の解析，土木學會論文集II，5-16，1995。
權(quán)利要求
1.一種由污泥床、三相分離器等構(gòu)成的廢水高效厭處理裝置，其特征在于該裝置是一個矩形或園柱形的，原水由裝置底部進入裝置，內(nèi)部構(gòu)造從底部往上依次是(1)酸發(fā)酵顆粒污泥層[11]、布水管[10]在層中最下面(2)甲烷發(fā)酵顆粒污泥層[12](3)浮游污泥層[13]三個污泥層總高度在2.0～2.5米(4)濾床反應區(qū)[14](5)成園錐梯形的三相分離器的氣體分離區(qū)[18](6)集氣室[21](7)氣體分離區(qū)[18]外側(cè)周圍是液-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]外側(cè)是液體分離區(qū)[16](10)液體分離區(qū)[16]上面是出水溢流堰氣室[20](11)液體分離區(qū)[16]外側(cè)是出水槽及水封[17](12)集氣室[21]與氣壓調(diào)節(jié)器兼排氣水封[25]利用集氣室排氣管[22]相連(13)出水溢流堰氣室排氣管連接集氣室[21]和氣壓調(diào)節(jié)器兼排氣水封[25](14)懸浮污泥層界面[26]設有污泥界面計[28]，與污泥回流控制器[27]相連，污泥回流控制器[27]另一端與自動閥[23]相連，自動閥一端與集氣室排氣管[22]相連，另一端與出水溢流堰氣排水管[24]相連。
2.按照權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于濾床反應區(qū)[14]的填料空隙率為98％，高度是0.5～1.0米。
3.按照權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于氣體分離區(qū)[18]是采用氣升式減壓法進行的。
4按照權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于液體分離區(qū)[16]是采用懸浮泥渣層絮聚-過濾法進行固-液分離的
5.按照權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于氣壓調(diào)節(jié)器[25]可使氣體分離區(qū)[18]的水面與液體分離區(qū)[16]的水面產(chǎn)生一個高度為H的水位差，并通過傳感器[28]、控制器[27]和自動閥門[23]組成強制污泥回流系統(tǒng)，限制懸浮污泥層界面[26]過度升高。
6.按照權(quán)利要求1所述的設備，其特征在于所說的生物濾床區(qū)[14]可以不設。
7.一種利用權(quán)利要求1所述設備，實現(xiàn)廢水高效厭氧處理的方法，其特征在于原水從裝置底部進入，經(jīng)布水管[10]在裝置斷面形成均勻上升水流，水流所攜帶的有機物在酸發(fā)酵顆粒污泥層[11]被分解為揮發(fā)性脂肪酸，在甲烷發(fā)酵顆粒污泥層[12]被進一步分解為甲烷氣體和二氧化碳氣體，所產(chǎn)生的氣體伴隨著一些上浮污泥同水流一起穿過濾床反應區(qū)[14]時，部分污泥被填料截留，未在污泥床[11，12，13]反應區(qū)徹底去除的有機物也得到進一步的去除，穿過濾床區(qū)[14]的氣-液-固三相流進入氣體分離區(qū)[18]，流速加快，形成弱負壓，所含氣體體積膨脹，很快逸出水面，上升至集氣室[21]，通過排氣管[22]進入壓力調(diào)節(jié)器[25]，最后排出裝置以便利用，剩下的液-固二相混合液從氣體分離區(qū)[18]的上部經(jīng)液-固二相流下降通道[19]和回流通道[15]返回浮游污泥層[13]，在此區(qū)形成循環(huán)流，循環(huán)流的一部分進入液體分離區(qū)[16]，其所夾帶的浮游污泥與液體分離區(qū)[16]的懸浮污泥層發(fā)生接觸絮凝作用并被截留下來，水流則穿過此區(qū)域經(jīng)溢流堰和水封槽[17]排出裝置，利用壓力調(diào)節(jié)器[25]，使氣體分離區(qū)[18]的水面與液體分離區(qū)[16]的水面之間產(chǎn)生一個水位差，并通過污泥界面?zhèn)鞲衅鱗28]、控制器[27]和自動閥門[23]構(gòu)成強制污泥回流系統(tǒng)，以控制懸浮法污泥層的界面[26]，被排下來的污泥可經(jīng)過回流通道[15]返回浮游污泥層[13]，污泥不會大量丟失。
全文摘要
本發(fā)明的名稱是廢水高效厭氧處理裝置及方法,屬于廢水處理技術(shù)領域。現(xiàn)有的厭氧處理裝置,采用水循環(huán)方式,傳統(tǒng)的三相分離器,效果不佳。本發(fā)明設計了一種新的處理裝置(矩形或圓柱形)、一種新的三相分離器,從底部開始設置酸發(fā)酵顆粒污泥層、甲烷發(fā)酵污泥層、浮游污泥層和濾床反應區(qū)(也可以不設此區(qū)),水不循環(huán),控制污泥不會大量流失,大大提高了處理能力,可在20～25kgCOD/m
文檔編號B01D21/02GK1174815SQ97103569
公開日1998年3月4日 申請日期1997年4月26日 優(yōu)先權(quán)日1997年4月26日
發(fā)明者張振家 申請人:張振家