申请日2011.07.11
公开(公告)日2012.04.18
IPC分类号C02F3/28
摘要
本实用新型涉及一种折流厌氧反应器，包括两组或更多组多级折流厌氧反应池;每组多级折流厌氧反应池进一步包括沉淀池和污泥回流管并且经设置以允许来自该组多级折流厌氧反应池最后一级的混合液进入沉淀池以分离形成上清液和浓缩混合液，允许上清液进入下一组多级折流厌氧反应池的第一级，和允许浓缩混合液经污泥回流管进入该组多级折流厌氧反应池的第一级。本实用新型还涉及包括该折流反应器的污水处理装置，以及使用该折流反应器的污水处理方法。
权利要求书
1.一种折流厌氧反应器，包括两组或更多组多级折流厌氧反应池; 每组多级折流厌氧反应池进一步包括沉淀池和污泥回流管并且经设置 以允许来自该组多级折流厌氧反应池最后一级的混合液进入沉淀池以 分离形成上清液和浓缩混合液，允许上清液进入下一组多级折流厌氧反 应池的第一级，和允许浓缩混合液经污泥回流管进入该组多级折流厌氧 反应池的第一级;第一组多级折流厌氧反应池的第一级设有允许污水进 料进入的污水入口;最后一组多级折流厌氧反应池的沉淀池设有允许上 清液排出的出口。
2.根据权利要求1的折流厌氧反应器，其中该折流厌氧反应器包 括m组多级折流厌氧反应池，m选自2-50的自然数。
3.根据权利要求1或2的折流厌氧反应器，其中所述两组或更多 组多级折流厌氧反应池各自独立地具有n级折流厌氧反应池，n选自 1-200的自然数。
4.根据权利要求1的折流厌氧反应器，包括两组多级折流厌氧反 应池，其中第一组多级折流厌氧反应池经设置具有1-40级折流厌氧反 应池以适于强化发酵和产酸，第二组多级折流厌氧反应池经设置具有 5-150级折流厌氧反应池以适于强化产甲烷。
5.根据权利要求1的折流厌氧反应器，包括三组多级折流厌氧反 应池，其中第一组多级折流厌氧反应池经设置具有1-40级折流厌氧反 应池以适于强化发酵和产酸;第二组多级折流厌氧反应池经设置具有 2-40级折流厌氧反应池以适于强化产氢/产乙酸;第三组多级折流厌氧 反应池经设置具有5-150级折流厌氧反应池以适于强化产甲烷。
6.根据权利要求1-5中任意一项的折流厌氧反应器，其中第一组 多级折流厌氧反应池的第一级还设有控制污水进料流量的污水进料流 量控制装置，该污水进料流量控制装置经设置允许至少一组多级折流厌 氧反应池的至少一级的上流室中形成或不形成污泥床。
7.根据权利要求1-5中任意一项的折流厌氧反应器，其中至少一 组多级折流厌氧反应池的污泥回流管还设有控制回流的浓缩混合液流 量的回流污泥流量控制装置，该回流污泥流量控制装置经设置允许该组 多级折流厌氧反应池的至少一级的上流室中形成或不形成污泥床。
8.一种污水处理装置，包括权利要求1-7中任意一项的折流厌氧 反应器。
9.根据权利要求8的污水处理装置，还包括能够将至少部分来自 折流厌氧反应器最后一级沉淀池的上清液进行处理的处理设备，该处理 设备选自能够根据Wuhrmann工艺、A/O工艺、Bardenpho工艺、Phoredox 工艺、A2/O工艺、倒置A2/O工艺、UCT工艺、MUCT工艺、VI P工艺、 OWASA工艺、JHB工艺、TNCU工艺、Dephanox工艺、BCFS工艺、MSBR 工艺、SBR工艺、AB工艺、氧化沟工艺、生物膜工艺、流动床工艺、曝 气池、生物接触氧化池、PCT/2010/073333的污水处理工艺或其组合来 进行污水生物处理的设备。
10.根据权利要求8的污水处理装置，还包括曝气池以允许折流厌 氧反应器的最后一组多级折流厌氧反应池的沉淀池的上清液在曝气池 中进行曝气处理，曝气池设有沉淀池以允许曝气后的混合液分离形成上 清液和浓缩混合液，沉淀池设有出口以排出上清液，沉淀池还设有污泥 回流管以允许至少部分浓缩混合液回流至曝气池。
11.根据权利要求10的污水处理装置，其中曝气池的沉淀池还设 有污泥管以允许至少部分浓缩混合液进入折流厌氧反应器的各组多级 折流厌氧反应池中的至少一组的至少一级。
12.根据权利要求10或11的污水处理装置，还包括上清液回流管 以允许来自折流厌氧反应器的一组或更多组多级折流厌氧反应池的沉 淀池的上清液和/或来自曝气池的沉淀池的上清液进入折流厌氧反应器 的第一组多级折流厌氧反应池的第一级，或者进入位于折流厌氧反应器 的第一组多级折流厌氧反应池的第一级上游的污水进料调节池与污水 进料混合。
13.根据权利要求8-11中任意一项的污水处理装置，其中将至少 部分所述污水处理装置的主体采用地埋式、半地埋式或全地上式结构。
说明书
折流厌氧反应器以及应用该反应器的污水水处理装置
技术领域
本实用新型涉及一种折流厌氧反应器，应用该反应器的污水处理装 置，特别是适用于养殖废水的污水处理装置。
背景技术
厌氧生物处理又称厌氧消化，是在厌氧条件下有多种微生物共同作 用，使有机物生成CH4、CO2的过程。
60年代前，人们认为消化的过程为两个阶段，第一阶段称发酵阶段 或称产酸阶段，在此阶段中不溶性的复杂的有机物先在厌氧微生物作用 下得到水解，继而被转化为简单的有机物，如脂肪酸、醇类、二氧化碳 和氢气等，这一阶段起作用的微生物经称为发酵细菌或产酸细菌，第二 阶段称为产甲炕阶段，在此阶段中由产甲炕的细菌将第一阶段的产物转 化为CH4、CO2。
70年代末，人们提出了厌氧消化的三阶段理论。第一阶段称为水解、 发酵阶段，与前述两阶段理论相同，亦是在微生物的作用下复杂有机物 进行水解和发酵的过程，多糖先水解为单糖，再通过酵解途径进一步发 酵成乙醇和脂肪酸，如丙酸、丁酸、乳酸等，蛋白质则先水解为氨基酸 再经脱氨基酸作用产生脂肪酸和氢。第二阶段称为产氢、产乙酸阶段， 是由一类专门的细菌称之为产氢、产乙酸菌，将丙酸、丁酸等脂肪酸和 乙醇等转化为乙酸、氢、C02。第三阶段称为产甲炕阶段，由产甲炕细菌 利用乙酸和氢、CO2产生甲烷。研究表明厌氧生物处理过程中均有20% 甲烷来自乙酸的分解，其余则产自氢和CO2的合成。
折流厌氧反应器(Anaerobic Baffled Reactor，简称ABR)是在反应 器内设置一系列垂直放置的折流挡板使废水在反应器内沿折流挡板上 下折流运动，依次通边每个格室的污泥床直至出口，在此过程中废水中 的有机物质与厌氧活性污泥充分接触而得到去除。ABR反应器具有结构 简单、污泥截留能力强性高等多种优点。
如图1所示，传统ABR的结构简单，整体上更接近于推流式，不需 要填料和结构复杂的三相分离器，垂直折流板的加入使得ABR的物理结 构具有了搅拌功能(多次的上下折流)，加强了厌氧活性污泥与基质的接 触，在容积不变的条件下增大了废水的流程，使基质与污泥的接触机会 和接触时间增多，提高了反应器的处理效率，反应器内的厌氧活性污泥 借助于废水的流动特点和降解过程中的产气作用而升起和下沉，但由于 折流板的阻挡和污泥自身的沉降性，污泥沿着反应器水平方向的移动速 度很慢，加之各上下向格室的宽度不等，故大量的庆氧活性污泥被留在 反应内，可在不同格室中驯化培养出与流经该格室的污水水质及环境条 件相适应的微生物群落，使反应器的运行更为稳定、灵活而有效。
目前对ABR反应器的改进多集中于加强厌氧污泥的停留，使进水分 布均匀。最初的ABR设计示于图2(A)，该反应器中的上向流室和下向流 室是等宽的，折流板的加入增强了污泥的停留，提高了处理效率，多格 室结构使反应器成为推流式，给产甲炕菌提供更易接受的物质。 Bachmann等人(Bachmann A，Beard V L，McCany P L，Performance characteristics of the anaerobic baffled reactor，J.Wa t.Res.， 1985，19(1)：99-106)对ABR做了如图2(B)所示的改进，下向流室变 窄，上向流室加宽，有利于厌氧污泥停留在上向流室内，使反应器成为 上流式污泥床系统，水流方向与产气上升方向一致，加强了对污泥床层 的搅拌作用，有利于微生物与基质的充分接触，折板边缘折起将进水引 向流室中心以促进混合，有助于实现布水的均匀性。通常来说，ABR全 部的上向流室是等宽的，全部的下向流室也是等宽的，上向流室和下向 流室的宽度比一般在1∶1至4∶1的范围内。
然而，高浓度的污水进料经常在ABR的第1、2室(特别是第1室) 导致上清液过滤速度减慢、COD去除率降低、挥发酸浓度升高以及污泥 膨胀上浮等问题，从而影响了ABR的正常运转，限制的污泥浓度的进一 步提高。同时，为维持上流式污泥床系统，各室混合液的流速也受到一 定的限制。
目前，随着禽畜养殖业逐渐向集约化方向发展，为了便于运输与储 藏，养殖场一般都在大城市周边发展。养殖污水(鸡舍、猪舍冲洗水和 奶牛场挤奶车间冲洗水)都具有有机物浓度高，悬浮物多，污水集中、 量大且处理困难的特点，给周边环境带来了巨大压力，成为养殖业向集 约化发展的制约因素。因此，需要将这些废水进行有效处理和利用。
现代养殖场采用干清粪方式处理固体粪便以减少冲洗用水量和处 理成本，而残留的粪便、饲料、奶液、消毒剂等物质大多进入养殖场产 生的养殖废水。养殖废水通常采用干湿分离技术处理，当含有大量固体 物质的废水经干湿分离机挤压后，分离的固体残渣需要稳定化处理，而 基本不含固体残渣的废水仍然具有相当高的浓度需要进一步处理。
中国实用新型专利CN201777963U公开了一种适用于养殖场固液混 合污水一次性处理装置，包括三级折流厌氧池、生物接触氧化池、沉淀 池和循环出水池，沉淀池将来自氧化池的活性污泥分离并回流到第一级 折流厌氧池进行稳定，稳定的污泥由第二和第三级折流厌氧池排出。
综上，目前仍然需要改进的折流厌氧反应器以及适用于各种污水进 料(特别是养殖废水)的污水处理装置。
发明内容
本实用新型的一个方面提供一种折流厌氧反应器，该反应器包括两 组或更多组多级折流厌氧反应池;每组多级折流厌氧反应池进一步包括 沉淀池和污泥回流管并且经设置以允许来自该组多级折流厌氧反应池 最后一级的混合液进入沉淀池以分离形成上清液和浓缩混合液，允许上 清液进入下一组多级折流厌氧反应池的第一级，和允许浓缩混合液经污 泥回流管进入该组多级折流厌氧反应池的第一级;第一组多级折流厌氧 反应池的第一级设有允许污水进料进入的污水入口;最后一组多级折流 厌氧反应池的沉淀池设有允许上清液排出的出口。
根据本实用新型的折流厌氧反应器的一些实施方式，其中该反应器 包括两组、三组、四组、五组或更多组多级折流厌氧反应池。
根据本实用新型的折流厌氧反应器的一些实施方式，其中所述两组 或更多组多级折流厌氧反应池各自独立地具有1-200级或更多级折流厌 氧反应池。
在一些情况下，本实用新型的折流厌氧反应器包括两组多级折流厌 氧反应池，其中第一组多级折流厌氧反应池可主要用于发酵和产酸阶 段，具有1-40级，优选10-30级，更优选12-25级折流厌氧反应池， 例如1-5级、6-10级、11-15级、16-20级、21-25级、26-30级、31-35 级或36-40级以适于强化发酵和产酸;第二组多级折流厌氧反应池可主 要用于产甲烷阶段，具有5-150级，优选15-100级，更优选30-80级 折流厌氧反应池，例如5-10级、11-20级、21-30级、31-40级、41-50 级、51-60级、61-70级、71-80级、81-90级、91-100级、101-120级、 121-140级、141-160级、161-180级或181-200级折流厌氧反应池， 以适于强化产甲烷。
在另一些情况下，本实用新型的折流厌氧反应器包括三组多级折流 厌氧反应池，其中第一组多级折流厌氧反应池可主要用于水解/发酵阶 段，具有1-40级，优选10-30级，更优选12-25级折流厌氧反应池， 例如1-5级、6-10级、11-15级、16-20级、21-25级、26-30级、31-35 级或36-40级以适于强化发酵和产酸;第二组多级折流厌氧反应池可主 要用于产氢/产乙酸阶段，具有2-40级，优选10-30级，更优选12-25 级折流厌氧反应池，例如1-5级、6-10级、11-15级、16-20级、21-25 级、26-30级、31-35级或36-40级以适于强化产氢/产乙酸;第三组多 级折流厌氧反应池可主要用于产甲烷阶段，具有5-150级，优选15-100 级，更优选30-80级折流厌氧反应池，例如5-10级、11-20级、21-30 级、31-40级、41-50级、51-60级、61-70级、71-80级、81-90级、 91-100级、101-120级、121-140级、141-160级、161-180级或181-200 级折流厌氧反应池，以适于强化产甲烷。
在再另一些情况下，本实用新型的折流厌氧反应器包括四组以上 (例如4-50组)多级折流厌氧反应池。例如，根据两阶段理论或三阶 段理论，为每个阶段提供两组或更多组多级折流厌氧反应池，每组多级 折流厌氧反应池可根据所处的阶段和污水水质等因素来确定其级数。例 如，可以将前段的1-20组多级折流厌氧反应池主要用于水解/发酵阶段， 其中各组多级折流厌氧反应池可以分别具有1-40级，优选10-30级， 更优选12-25级折流厌氧反应池，例如1-5级、6-10级、11-15级、16-20 级、21-25级、26-30级、31-35级或36-40级以适于强化发酵和产酸; 可以将中段的1-20组多级折流厌氧反应池主要用于产氢/产乙酸阶段， 其中各组多级折流厌氧反应池可以分别具有2-40级，优选10-30级， 更优选12-25级折流厌氧反应池，例如1-5级、6-10级、11-15级、16-20 级、21-25级、26-30级、31-35级或36-40级以适于强化产氢/产乙酸; 可以将后段的1-50组多级折流厌氧反应池主要用于产甲烷阶段，其中 各组多级折流厌氧反应池可以分别具有5-150级，优选15-100级，更 优选30-80级折流厌氧反应池，例如5-10级、11-20级、21-30级、31-40 级、41-50级、51-60级、61-70级、71-80级、81-90级、91-100级、 101-120级、121-140级、141-160级、161-180级或181-200级折流厌 氧反应池，以适于强化产甲烷。同时，可以方便地调整用于各阶段的多 级折流厌氧反应池的组数及其工况以适应污水水质及环境条件的改变。
这样，根据本实用新型的折流厌氧反应器中，各组多级折流厌氧反 应池的尺寸、级数和混合液流速可以分别设计和控制以更好地适应其污 水水质及环境条件。例如，当污水进料的流量恒定时，可以通过分别调 节各组多级折流厌氧反应池的污泥回流管上的污泥泵来控制污泥回流 量并进而控制各组多级折流厌氧反应池的混合液流速，使反应器的运行 更为稳定、灵活而有效。
根据本实用新型的折流厌氧反应器的一些实施方式，其中第一组多 级折流厌氧反应池的第一级还设有控制污水进料流量的污水进料流量 控制装置，例如污水进料泵。在一些情况下，该污水进料流量控制装置 经设置允许至少一组多级折流厌氧反应池的至少一级的上流室中不形 成污泥床，也即作为分散相的污泥的至少大部分随连续水相离开该级的 上流室。在另一些情况下，该污水进料流量控制装置经设置允许至少一 组多级折流厌氧反应池的至少一级的上流室中形成污泥床，也即作为分 散相的污泥的至少大部分不随连续水相离开该级的上流室。
根据本实用新型的折流厌氧反应器的一些实施方式，其中至少一组 多级折流厌氧反应池的污泥回流管还设有控制回流的浓缩混合液流量 的回流污泥流量控制装置，例如回流污泥泵。在一些情况下，该回流污 泥流量控制装置经设置允许该组多级折流厌氧反应池的至少一级的上 流室中不形成污泥床，也即作为分散相的污泥的至少大部分随连续水相 离开该级的上流室。在另一些情况下，该回流污泥流量控制装置经设置 允许至少一组多级折流厌氧反应池的至少一级的上流室中形成污泥床， 也即作为分散相的污泥的至少大部分不随连续水相离开该级的上流室。 在再另一些情况下，该回流污泥流量控制装置与上述污水进料流量控制 装置一起设置来控制污泥床的形成。
根据本实用新型的折流厌氧反应器的一些实施方式，其中至少一组 多级折流厌氧反应池的至少一级，优选各级，还设有反应气体(例如沼 气)收集装置。在一些情况下，各个收集装置经设置以允许收集的反应 气体合并后导出。在另一些情况下，各个收集装置经设置以允许收集的 反应气体分别导出。
根据本实用新型的折流厌氧反应器的一些实施方式，其中至少一组 多级折流厌氧反应池的沉淀池设有剩余污泥排出口以允许在需要时排 出沉淀池中的至少部分浓缩混合液。
根据本实用新型的折流厌氧反应器的一些实施方式的一些实施方 式，其中至少一组多级折流厌氧反应池的至少一级设有剩余污泥排出口 以允许在需要时排出该级中的至少部分混合液。
本实用新型的另一个方面提供一种污水厌氧处理方法，包括：
(1)提供污水进料;
(2)将污水进料引入第一组多级折流厌氧反应池的第一级以形成混合 液，并依次通过第一组多级折流厌氧反应池的其余各级，将离开第一组 多级折流厌氧反应池最后一级的混合液引入第一组多级折流厌氧反应 池的沉淀池分离形成第一上清液和第一浓缩混合液，将第一浓缩混合液 通过污泥回流管引入第一组多级折流厌氧反应池第一级;
(3)将来自(2)的第一上清液引入第二组多级折流厌氧反应池的第一 级以形成混合液，并依次通过第二组多级折流厌氧反应池的其余各级， 将离开第二组多级折流厌氧反应池最后一级的混合液引入第二组多级 折流厌氧反应池的沉淀池分离形成第二上清液和第二浓缩混合液，将第 二浓缩混合液通过污泥回流管引入第二组多级折流厌氧反应池第一级。
根据本实用新型的污水厌氧处理方法的一些实施方式，还包括：
(4)将来自(3)的第二上清液依次引入另一组或更多组多级折流厌氧 反应池中并重复进行(3)的操作。
本实用新型的另一个方面提供一种污水处理装置的一些实施方式， 包括上述任何一种本实用新型的折流厌氧反应器。
根据本实用新型的污水处理装置，其中还包括能够将至少部分来自 折流厌氧反应器最后一级沉淀池的上清液进行处理得到净化出水的处 理设备。该处理设备可以是任何合适的污水生物处理设备，例如能够根 据Wuhrmann工艺、A/O工艺、Bardenpho工艺、Phoredox工艺、A2/O 工艺、倒置A2/O工艺、UCT工艺、MUCT工艺、VI P工艺、OWASA工艺、 JHB工艺、TNCU工艺、Dephanox工艺、BCFS工艺、MSBR工艺、SBR工 艺、AB工艺、氧化沟工艺、生物膜工艺、流动床工艺、曝气池、生物接 触氧化池、国际专利申请PCT/2010/073333的污水处理工艺或其组合来 进行污水生物处理的设备。
根据本实用新型的污水处理装置的一些实施方式，还包括曝气池以 允许折流厌氧反应器的最后一组多级折流厌氧池的沉淀池的上清液在 曝气池中进行曝气处理，曝气池设有沉淀池以允许曝气后的混合液分离 形成上清液和浓缩混合液，沉淀池设有出口以排出上清液可作为净化出 水，沉淀池还设有污泥回流管以将至少部分浓缩混合液回流至曝气池。 在一些情况下，沉淀池还设有污泥管以允许至少部分浓缩混合液进入折 流厌氧反应器的各组多级折流厌氧反应池中的至少一组(优选第一组) 的至少一级(优选第一级)，这样可以减少整个污水处理装置排出的污泥 量。
根据本实用新型的污水处理装置的一些实施方式，还包括上清液回 流管以允许来自折流厌氧反应器的一组或更多组多级折流厌氧反应池 的沉淀池的上清液和/或来自曝气池的沉淀池的上清液进入折流厌氧反 应器的第一组多级折流厌氧反应池的第一级，或者进入位于折流厌氧反 应器的第一组多级折流厌氧反应池的第一级上游的污水进料调节池与 污水进料混合。
根据本实用新型的污水处理装置可用于各种污水的处理，尤其是高 浓度有机废水，例如养殖废水的处理。
根据本实用新型的污水处理装置的一些实施方式，其中将至少部 分，优选全部所述污水处理装置的主体采用地埋式、半地埋式或全地上 式结构，且主体结构采用钢筋混凝土结构或钢结构，外部设有保温层。 当所述污水处理装置的主体埋入地下时，可以节约用地、减少噪音并避 免对景观的影响。本实用新型的污水生物处理装置还具有出水水质好、 容积负荷高、节省占地、污泥产量低、对周边环境影响小等优点。
不受任何现有理论的约束，本实用新型的发明人认为在本实用新型 的折流厌氧反应器中，基本上避免了前组反应池的污泥进入后组反应 池，各组反应池的污泥之间不易相互干扰，允许在各组反应池中各自独 立地驯化培养出与流经该格室的污水水质及环境条件相适应的微生物 群落。也就是说，此时的各组反应池对应于传统ABR的各级格室。由于 沉淀池截留了本组反应池的几乎全部污泥并可控制本组反应池剩余污 泥的排放，污泥可以在该组反应池中具有较高且可控的SRT。各组反应 池的微生物随流程逐级递变，递变规律与基质的降解过程协调一致，确 保相应的微生物拥有最佳的工作活性。
在一些情况下，混合液在该组反应池中可以较高的流速通过而无法 维持上流室中的污泥床，因此该组反应池中的混合液整体上可以具有更 高的污泥浓度，从而提高了反应效率和抗冲击能力。在另一些情况下， 混合液在该组反应池中也可以较低的流速通过而在一定程度上维持上 流室中的污泥床，因此该组反应池各级的污泥床能够更准确地适应各自 的污水水质及环境条件。