申请日2014.11.24
公开(公告)日2015.03.25
IPC分类号C02F3/28
摘要
本发明公开了一种机械内循环射流厌氧反应器及其处理废水的方法，属于污水生物处理技术领域。本发明的一种机械内循环射流厌氧反应器，包括反应器罐体、多相分离器和出水堰，还包括内循环射流器;所述的内循环射流器由上、下两部分组成，上部分包括射流口、扩散口、导流管和稳流口;下部分包括电机、转动轴和高速桨叶;本发明的一种机械内循环射流厌氧反应器处理废水的方法，包括流化床层的形成、悬浮床层的形成、分离区分离和出水堰出水的过程，内循环射流器的使用解决了现有传统厌氧反应器处理过程中处理负荷低、效果不稳定、应用范围较窄的难题，具有处理负荷高、抗水质冲击强、抗生物毒害物质浓度高、启动快等优点。
权利要求书
1.一种机械内循环射流厌氧反应器，包括反应器罐体(4)、多相分离器和出水堰(9)， 其特征在于：还包括内循环射流器(3);
所述的反应器罐体(4)呈圆筒状结构，设置有进水管(1)、固定台(2)、导气管(7)、 出水管(8)和反应器顶盖(10);
所述的多相分离器包括二相分离器(5)和三相分离器(6);
所述的内循环射流器(3)由上、下两部分组成，上部分包括射流口(13)、扩散口(15)、 导流管(16)和稳流口(17);下部分包括电机(11)、转动轴(12)和高速桨叶(14)，其中： 所述的射流口(13)和稳流口(17)都呈向外扩散的喇叭口状结构;
所述的内循环射流器(3)下部分中，电机(11)通过转动轴(12)与高速桨叶(14)转 动连接;所述的电机(11)底面朝下固定安装在设置于反应器罐体(4)底部中心位置的固定 台(2)的上表面;所述的内循环射流器(3)上部分是一个整体，呈稳流口(17)的喇叭口 向上、射流口(13)的喇叭口朝下、中间从上到下依次连接导流管(16)和扩散口(15)的 结构，并通过与导流管(16)侧壁连接的进水管(1)固定在所述的内循环射流器(3)下部 分中电机(11)的正上方，其中：所述的高速桨叶(14)设置在扩散口(15)内部的中心位 置;
所述的进水管(1)穿过反应器罐体(4)的罐壁并与内循环射流器(3)的导流管(16) 侧壁连通;
所述的二相分离器(5)设置在内循环射流器(3)正上方，并固定在反应器罐体(4)中 上部的内壁上;所述的三相分离器(6)设置在二相分离器(5)正上方，与设置在反应器罐 体(4)上部并穿过反应器罐体(4)罐壁的导气管(7)相连接;
所述的出水堰(9)设置在三相分离器(6)上方位置，与设置在反应器罐体(4)上部并 穿过反应器罐体(4)罐壁的出水管(8)相连接;
所述的反应器顶盖(10)固定安装在反应器罐体(4)顶部。
2.根据权利要求1所述的一种机械内循环射流厌氧反应器，其特征在于：在所述的转动 轴(12)上设置有与射流口(13)的喇叭口同方向开口的喇叭口(18)，两个喇叭口之间形成 喇叭口状射流区。
3.根据权利要求1所述的一种机械内循环射流厌氧反应器，其特征在于：所述的二相分 离器(5)内PVC板按等间距排布，倾斜角度为45～60°。
4.根据权利要求1或2或3所述的一种机械内循环射流厌氧反应器，其特征在于：所述 的反应器罐体(4)采用钢结构或钢砼结构，内壁做防腐处理。
5.根据权利要求4所述的一种机械内循环射流厌氧反应器，其特征在于：所述的二相分 离器(5)下表面往下的区域占整个反应器罐体(4)总体积的60～75%。
6.根据权利要求5所述的一种机械内循环射流厌氧反应器，其特征在于：所述的固定台 (2)呈梯形圆柱体结构，固定台(2)上表面与内循环射流器(3)的电机(11)的下表面面 积等同。
7.根据权利要求5所述的一种机械内循环射流厌氧反应器，其特征在于：所述的内循环 射流器(3)采用361L不锈钢制作，总体高度为反应器罐体(4)总高度的35～40%;射流 口(13)的喷射方向为水平面切线向下45～60°，射流口(13)高度在0.5～1.5米之间，稳 流口(17)直径为反应器罐体(4)直径的50～75%。
8.一种利用权利要求1所述的机械内循环射流厌氧反应器处理废水的方法，其特征在于： 包括流化床层(22)的形成、悬浮床层(23)的形成、分离区(24)分离和出水堰(9)出水 的过程，其中：
所述的流化床层(22)的形成过程为：
A、将待处理废水通过进水管(1)泵入导流管(16)中与受负压作用经稳流口(17)进 入的内循环水在扩散口(15)往上的区域形成内循环混合区(21)，并组成混合废水;
B、经A步骤的混合废水在高速桨叶(14)的离心力作用下，从转动轴(12)周边的射 流口(13)喷出形成射流，喷射到反应器罐体(4)的底部;
C、在射流的作用下，反应器罐体(4)底部污泥被搅动，形成以内循环射流器(3)轴 线为中心上下循环的流化态搅动并充分反应的流化床层(22)，该流化床层(22)具有横向平 面与纵向循环运动流体特征的三维流体状态;
所述的悬浮床层(23)的形成过程为：
D、混合废水经过流化床层(22)充分反应后，在混合废水射流的上升力持续推动作用 下，混合废水在稳流口(17)上部和二相分离器(5)之间形成悬浮床层(23)，并在悬浮床 层(23)进一步反应;
所述的分离区(24)分离的过程为：
E、二相分离器(5)对悬浮床层(23)进一步反应后的混合废水进行二相分离，实现污 泥和水的初步分离;
F、三相分离器(6)对E步骤的混合废水进行进一步分离，实现污泥、废水、厌氧气的 同步分离;
G、经F步骤分离后的污泥受重力沉降作用重新回到反应器罐体(4)参与生化作用，厌 氧气通过与三相分离器(6)连接的导气管(7)排出反应器罐体(4)后集中收集进行资源化 利用;
所述的出水堰(9)出水过程为：
H、经F步骤分离后的废水上升进入出水堰(9)的锯齿堰，通过与出水堰(9)相连接 的出水管(8)排出反应器罐体(4)，结束废水的处理。
9.根据权利要求8所述的一种机械内循环射流厌氧反应器处理废水的方法，其特征在于： 所述的废水为毒性污染物浓度较高、水质波动较大、可生化性较差的化工废水。
说明书
一种机械内循环射流厌氧反应器及其处理废水的方法
技术领域
本发明属于污水生物处理技术领域，具体地说，涉及一种机械内循环射流厌氧反应器及 其处理废水的方法。
背景技术
随着工农业生产的发展，环境污染日益严重，高浓度有机废水因其COD浓度高、污染严 重，受到了社会各界的密切关注。针对高浓有机废水治理，厌氧生物处理技术已发挥较大的 作用，厌氧生物处理技术的经历了三代：通过在沉淀池中增设污泥回流装置，增大了厌氧反 应器中的污泥浓度，形成了第一代反应器，即厌氧接触反应器;第二代厌氧反应器通过将固 体停留时间与水力停留时间相分离，其固体停留时间可以长达上百天，缩短了高浓度污水在 厌氧反应器中的停留时间，同时大幅提高了废水的处理效果，该代反应器典型代表为UASB， UASB反应器虽然利用了颗粒污泥实现了水力停留时间(HRT)与污泥停留时间(SRT)的分离， 延长了污泥龄，保持了较高的污泥浓度，但泥水的良好接触、传质过程等方面存在不足，影 响了去除效果的高效性，第三代反应器通过改进以上不足，实现了高效的处理效果。
近年来由于工业的飞速发展，大多数高浓度有机废水存有对人类有毒害作用的污染物， 对环境的破坏作用更大，因此，提高厌氧反应器的抗冲击毒害作用，强化处理效果，将成为 解决高浓有机毒害废水治理方面的重要技术。现有的UASB、IC高效厌氧反应器由于存在启 动周期长、耐毒性冲击能力较弱等问题，难以承受高浓度有机毒害废水的处理。而改良型的 第二、三代厌氧反应器，如现有机械式厌氧反应器的研究，虽然取得了一定的进展，但普遍 存在补水不均问题，导致容积利用率低，去除效果不佳的缺点，此外，由于未有突破性进展， 仍未能解决厌氧反应过程中水力停留时间、污泥停留时间与泥水传质之间的矛盾，难以从根 本上解决毒性冲击问题。
中国专利公开号：203582584U，公开日：2014年5月7日的专利文献公开了一种双层溶 气旋流强化内循环式厌氧反应器。该反应器主要由污水泵、射流器、布水器、反应器罐体、 回流管、提升管、三相分离器、气液分离器、气体缓冲罐组成，缓冲罐中沼气在射流器喉管 处和污水剧烈撞击，大气泡被分散成无数极其微小的气泡和污水混合形成溶气，经进水分配 器后高速沿罐体内壁切线方向喷射出来，在布水器下上两面分别通过四个喷嘴喷射形成两股 旋涡流，在旋涡流及气提双重作用下，可有效带动颗粒污泥循环运动，充分改善微生物和基 质的混合与传质条件，特别适用于大直径反应器、高浓度厌氧菌和污泥条件下的生化反应， 能加快污水处理速率，获得较高的有机物净化效能。该专利中射流器为类似文丘里型式，动 力消耗较大，导致运行成本较高;布水器为不同长度的多点布水装置，压头损失不均匀，容 易导致布水不均;反应器自身缺乏抗毒性冲击能力，容易因毒性影响而使产气减少，进而大 幅削弱了气体搅动的作用，导致处理效果受到较大影响，而且调试启动期产气小而极易使调 试周期延长或致使反应器难以启动。
发明内容
1.要解决的技术问题
针对现有技术中存在的对于有生物毒性、冲击作用较强的废水处理效果不理想，且在设 计不同行业废水时内循环系统参数较难把握，导致其应用范围受到很大限制的问题，本发明 提供了一种机械内循环射流厌氧反应器及其处理废水的方法。本发明可以实现改变传统的布 水与循环方式，完善三相分离器，延长污泥龄，保持较高的污泥浓度又能满足因毒害污染物 引起产气不足等方面的目的，可应用于高浓有机废水的处理，且处理高效、运行稳定。
2.技术方案
一种机械内循环射流厌氧反应器及其处理废水的方法，其主要技术原理：发明人经过多 年研究发现厌氧主体反应过程中形成的分区更有利于抵抗有毒废水，经分析，其原因在于悬 浮区的污泥较细小，因而比表面积大，但与流化层中主要污泥相比，生物活性却相对较低， 在内循环回流过程中也就容易吸附有机物(包括毒害有机物)，减轻了进入流化层水相的毒害 有机物的浓度，而在经过流化床层时又逐步释放毒害有机物，并与流化层污泥协作处理，最 终实现处理有机毒害废水的目的。了解到以上原理后，发明人在反应器中设置了内循环射流 器，内循环射流器能够成为减缓有毒废水对生物造成毒害影响的主要部件，主要通过大的内 循环量稀释有毒物质，射流喷射的高流速强化泥水传质效果，使易降解有机物优先进行厌氧 反应以带动有毒难降解有机物的降解，实现厌氧系统的分步协同代谢，从而提高反应器的抗 毒性和冲击作用。
为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：
一种机械内循环射流厌氧反应器，包括反应器罐体、多相分离器和出水堰，还包括内循 环射流器;
所述的反应器罐体呈圆筒状结构，设置有进水管、固定台、导气管、出水管和反应器顶 盖;
所述的多相分离器包括二相分离器和三相分离器;
所述的内循环射流器由上、下两部分组成，上部分包括射流口、扩散口、导流管和稳流 口;下部分包括电机、转动轴和高速桨叶，其中：所述的射流口和稳流口都呈向外扩散的喇 叭口状结构;
所述的内循环射流器下部分中，电机通过转动轴与高速桨叶转动连接;所述的电机底面 朝下固定安装在设置于反应器罐体底部中心位置的固定台的上表面;所述的内循环射流器上 部分是一个整体，呈稳流口的喇叭口向上、射流口的喇叭口朝下、中间从上到下依次连接导 流管和扩散口的结构，并通过与导流管侧壁连接的进水管固定在所述的内循环射流器下部分 中电机的正上方，其中：所述的高速桨叶设置在扩散口内部的中心位置;
所述的进水管穿过反应器罐体的罐壁并与内循环射流器的导流管侧壁连通;
所述的二相分离器设置在内循环射流器正上方，并固定在反应器罐体中上部的内壁上; 所述的三相分离器设置在二相分离器正上方，与设置在反应器罐体上部并穿过反应器罐体罐 壁的导气管相连接;
所述的出水堰设置在三相分离器上方位置，与设置在反应器罐体上部并穿过反应器罐体 罐壁的出水管相连接;
所述的反应器顶盖固定安装在反应器罐体顶部。
优选地，在所述的转动轴上设置有与射流口的喇叭口同方向开口的喇叭口，两个喇叭口 之间形成喇叭口状射流区。
优选地，所述的二相分离器内PVC板按等间距排布，倾斜角度为45～60°。
优选地，所述的反应器罐体采用钢结构或钢砼结构，内壁做防腐处理。
优选地，所述的二相分离器下表面往下的区域占整个反应器罐体(4)总体积的60～75%。
优选地，所述的固定台呈梯形圆柱体结构，固定台上表面与内循环射流器的电机的下表 面面积等同。
优选地，所述的内循环射流器采用361L不锈钢制作，总体高度为反应器罐体总高度的 35～40%;射流口的喷射方向为水平面切线向下45～60°，射流口高度在0.5～1.5米之间， 稳流口直径为反应器罐体直径的50～75%。
一种机械内循环射流厌氧反应器处理废水的方法，包括流化床层的形成、悬浮床层的形 成、分离区分离和出水堰出水的过程，其中：
所述的流化床层的形成过程为：
A、将待处理废水通过进水管泵入导流管中与受负压作用经稳流口进入的内循环水在扩 散口往上的区域形成内循环混合区，并组成混合废水;
B、经过A步骤的混合废水在高速桨叶的离心力作用下，从转动轴周边的射流口喷出形 成射流，喷射到反应器罐体的底部;
C、在射流的作用下，反应器罐体底部污泥被搅动，形成以内循环射流器轴线为中心上 下循环的流化态搅动并充分反应的流化床层，该流化床层具有横向平面与纵向循环运动流体 特征的三维流体状态;
所述的悬浮床层的形成过程为：
D、混合废水经过流化床层充分反应后，在混合废水射流的上升力持续推动作用下，混 合废水在稳流口上部和二相分离器之间形成悬浮床层，并在悬浮床层进一步反应;
所述的分离区分离的过程为：
E、二相分离器对悬浮床层进一步反应后的混合废水进行二相分离，实现污泥和水的初步 分离;
F、三相分离器对E步骤的混合废水进行进一步分离，实现污泥、废水、厌氧气的同步 分离;
G、经F步骤分离后的污泥受重力沉降作用重新回到反应器罐体参与生化作用，厌氧气 通过与三相分离器连接的导气管排出反应器罐体后集中收集进行资源化利用;
所述的出水堰出水过程为：
H、经F步骤分离后的废水上升进入出水堰的锯齿堰，通过与出水堰相连接的出水管排 出反应器罐体，结束废水的处理。
优选地，所述的废水为毒性污染物浓度较高、水质波动较大、可生化性较差的化工废水。
3.有益效果
与现有的技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明的一种机械内循环射流厌氧反应器，内循环射流器的使用解决了现有传统厌 氧反应器处理过程中处理负荷低、效果不稳定、应用范围较窄的难题，具有处理负荷高、抗 水质冲击强、抗生物毒害物质浓度高、启动快等优点;
(2)本发明的一种机械内循环射流厌氧反应器，内循环射流器中两个喇叭口之间形成的 喇叭口状射流区，使射流方向集中，有效提高射流口的混合水的流速，强化泥水的传质效果;
(3)本发明的一种机械内循环射流厌氧反应器，二相分离器内PVC板按等间距排布， 倾斜角度为45～60°，可能实现多相分离区与反应区的初步隔离，通过这一较小的空间结构 布置，实现了水力条件的改变，即由紊流向层流的过渡，将泥、夹杂气泡的废水的初步分离， 可以截留更多的小絮体污泥以提高内循环回流时的污泥浓度，同时减轻了三相分离器的分离 负荷，使分离均匀，并提高分离效果;
(4)本发明的一种机械内循环射流厌氧反应器，所述的反应器罐体采用钢结构或钢砼结 构，内壁做防腐处理，能够提高反应器的使用寿命;
(5)本发明的一种机械内循环射流厌氧反应器，所述的二相分离器下表面往下的区域占 整个反应器罐体总体积的60～75%，这种分区方式，使反应区的容积利用率得以提升，主要 由于流化床层中水力的状况有利于形成颗粒密实的污泥，使污泥的沉降性能大幅提高，同时 二相分离器通过改变流体水力条件，有利于提高整体三相分离效率，从而较大程度提高了反 应器的容积利用率;
(6)本发明的一种机械内循环射流厌氧反应器，所述的固定台呈梯形圆柱体结构，固定 台上表面与内循环射流器的电机的下表面面积等同，使射流流向更加通畅，以提高射流对污 泥的搅动效果;
(7)本发明的一种机械内循环射流厌氧反应器，射流器的高度大小、射流口的角度及距 池底的高度等参数的设定是反应器能否高效运行的关键，只有射流器高度大小适中，才有利 于形成流化床层、悬浮床层的界面分布与适合密实污泥成长的水力条件，射流口距池底的高 度直接影响流化层的竖向流体状况、容积利用率及动力能耗大小，射流口的角度影响水平面 的水力状况，对泥水间传质有较大的影响作用，因此，经过射流反应器的参数优化布置，可 实现处理效果与处理经济性的综合效益;所述的内循环射流器采用361L不锈钢制作，兼具防 腐和坚固耐用的效果;本发明的一种机械内循环射流厌氧反应器，内循环射流器总体高度为 反应器罐体总高度的35～40%，便于整个反应器的分区，使分区反应更加优化;射流口的喷 射方向为水平面切线向下45～60°，射流口高度在0.5～1.5米之间，以提高射流流速和对污 泥的搅动效果;稳流口直径为反应器罐体直径的50～75%，便于上层悬浮床层水的回流，以 提高内循环混合区对待处理废水的稀释效果;
(8)本发明的一种机械内循环射流厌氧反应器处理废水的方法，包括流化床层的形成、 悬浮床层的形成、分离区分离和出水堰出水的过程，在内循环射流器的作用下，稳流口收集 的经厌氧生化反应完成的回流液(毒性已大幅降低的生化处理废水)与含生物毒性、冲击作 用强的原水(生化进水)瞬间完成充分混合(在对主体反应器中厌氧污泥造成不良影响之前 充分稀释)，在射流器内部完成毒害物质稀释的目的，同时射流器出口的高流速及高污泥浓度， 加强了生化反应的传质并降低了污泥负荷，可进一步提高厌氧微生物自身的抗毒害冲击能力， 实现厌氧系统的分步协同代谢;此外，悬浮床层的污泥较细小，比表面积大，内循环回流过 程中容易吸附有机物(包括毒害有机物)，从而降低了水相毒害有机物的浓度，在流化床层反 应时，细小悬浮污泥又逐步释放毒害有机物并与流化层污泥协作处理，最终实现处理有机毒 害废水的目的;
(9)本发明的一种机械内循环射流厌氧反应器处理废水的方法，对毒性污染物浓度较高、 水质波动较大、可生化性较差的化工废水处理能达到更好的处理效果。