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用于內(nèi)循環(huán)厭氧反應器的三相前端處理器的制作方法

文檔序號:4830344閱讀:221來源:國知局
專利名稱:用于內(nèi)循環(huán)厭氧反應器的三相前端處理器的制作方法
技術領域
本發(fā)明涉及內(nèi)循環(huán)(IC)厭氧處理設備,尤其是涉及一種用于旋流內(nèi)循環(huán)(EIC)厭氧反應器的高效的三相前端處理器。
背景技術
提高厭氧反應器的容積有機負荷和去除率、降低反應器的造價,一直是科技人員的努力方向。在第二代代表性工藝——上流式污泥床厭氧反應器(UASB)的基礎上,涌現(xiàn)出第三代厭氧反應器。它們的典型代表有污泥膨脹床反應器(EGSB)、內(nèi)循環(huán)厭氧反應器(IC)、厭氧折流板反應器(ABR)。EGSB雖具有容積有機負荷高的優(yōu)點,但存在著運行控制嚴格、反應器容積放大時設計困難、缺少精處理和通常去除率低、存在后端處理和污泥回流處理裝置的缺點。ABR由于工藝分段,可追求更高的去除率,但串聯(lián)隔室間沒有反饋功能,隔室大小難于控制,工藝運行條件差異較大,一般容積有機負荷不如EGSB和IC。
通常IC運行,第一反應室(即下反應室,主反應區(qū))工作情況類似于EGSB;第二反應室(即上反應室,輔反應區(qū))為精處理區(qū),運行情況類似于UASB。由于采用了有效利用氣提能量的內(nèi)循環(huán)系統(tǒng),實現(xiàn)了變紊流能量為大循環(huán)主反應區(qū)的攪拌能量,無需外界能量實現(xiàn)污泥回流和進一步改善主反應區(qū)攪拌混合傳質(zhì)特性,內(nèi)循環(huán)的反饋特性又使得運行的穩(wěn)健性增強,有其綜合優(yōu)勢。
我們從下述三個方面對IC進行改進,形成旋流內(nèi)循環(huán)厭氧反應器(EIC)雛型。實例(多套1000m3以上EIC)表明旋流氣液分離在避免對顆粒污泥沖擊力的同時,提高了氣液分離和循環(huán)利用率;回流混合旋流布水,能布水均勻提高傳質(zhì)效果;多循環(huán)、多旋流系統(tǒng),解決了很寬范圍外形尺寸的放大,從能量、空間利用的不同角度適應需要,或外供能量最小化,且均衡了污泥負載。并公開了相應的專利(ZL03227936.1,CN1562495A,ZL200420023281.4)。
高效厭氧反應器的基礎是以顆粒污泥形式的運行,污泥流失的狀態(tài)則是決定高效厭氧反應器去除率高低的關鍵之一。已知合理的物理環(huán)境(包括結構所形成的)和運行條件是顆粒污泥生長和存在的必要條件。恰當?shù)腢ASB、ABR物理結構及啟動和運行方式能生成和以顆粒污泥方式運行。內(nèi)循環(huán)厭氧反應器,因顆粒污泥的培養(yǎng)較難,通常都是以顆粒污泥啟動。即便是穩(wěn)定運行,循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)與反應區(qū)內(nèi)的應力場有很大區(qū)別,反應室中的顆粒污泥進入循環(huán)系統(tǒng)更易破碎,是剪切力增大和顆粒內(nèi)外應力場劇變的必然結果。雖有精處理區(qū),但破碎后的細微顆粒污泥還是容易流失。因此,通常內(nèi)循環(huán)厭氧反應器的去除率只有80%左右。
現(xiàn)有的三相分離器,均針對UASB在顆粒污泥和絮狀污泥狀態(tài)下,進行三相有效分離而設計。高效三相分離器,一般結構較復雜,并仍在不斷改進中。例近期公布的三相分離器專利CN1406879A、ZL200420026297.0。對于內(nèi)循環(huán)厭氧反應器,內(nèi)循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)已有氣液分離器,且前端物理通道(氣液分離器之前的循環(huán)系統(tǒng))需要夾帶或提升大量促使能量利用最大化的混合液。這種厭氧反應器一般也有兩個三相前端處理器。主反應區(qū)和輔反應區(qū)三相前端處理器處理的混合液,固體形態(tài)、濃度及生化反應的情況不同,與UASB也有差異。三相前端處理器,若僅考慮完全收集氣體和能量轉(zhuǎn)換功能,采用結構簡單的集氣罩,則易出現(xiàn)顆粒污泥難于培養(yǎng)、細小污泥容易產(chǎn)生和流失、導致容積有機負荷難于提高、去除率較低的問題。合理的功能目標設計,針對所處理的物質(zhì)狀態(tài),物質(zhì)間相互作用和作用力傳遞的正確分析,解決好三相前端處理器的物理設計,是裝配有內(nèi)循環(huán)系統(tǒng)的厭氧反應器、提高容積有機負荷和凈化率、簡化結構、降低造價的關鍵之一。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于為內(nèi)循環(huán)厭氧反應器的內(nèi)循環(huán)系統(tǒng),提供一種對提高容積有機負荷和凈化率更為有效、結構簡單的三相前端處理器。
本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的本發(fā)明的三相前端處理器,包括至少兩層呈交叉配置的倒V字形水平集氣槽和頂部連接有提升管的“π”形水平匯流槽,集氣槽的一端垂直連接于匯流槽的側(cè)板上,水平相鄰集氣槽下端之間留有流體和顆粒通道,特征是集氣槽的中下部與匯流槽在側(cè)板上連接的通道口的形狀為梯形,在集氣槽的另一端設有與集氣槽等截面的三角形堵塊;在運行中,在集氣槽的梯形通道口的上方形成氣室。
倒V字形集氣槽下端開口寬度L1大于同層集氣槽下端之間的流體和顆粒通道寬度L2,最佳為(1/3)L1≤L2≤(2/3)L1。
梯形通道口的下邊沿線高于倒V字形集氣槽下端連線,運行中,易形成氣液固三相界面層;倒V字形集氣槽的側(cè)板的寬度l、梯形通道口的上邊沿線頂點到三角形頂點的長度l1和梯形通道口的側(cè)邊沿線的長度l2之間的關系為0.61≤l1≤0.751,0.851≤l1+l2≤0.91(l>0.6m)。
集氣槽長度L、三相前端處理器對應處理的生化反應區(qū)的產(chǎn)氣速率V、生化反應區(qū)的橫截面面積為S、集氣槽頂角α,則梯形通道口的氣體流量為21LVSin(α/2)/S,梯形通道口水平流的水平壓強梯度差正比于最大可能極限壓強ρ(l-l1)Cos(α/2)。
主反應區(qū)三相前端處理器的集氣槽和輔反應區(qū)三相前端處理器的集氣槽在水平方向上呈正交配置。
輔反應區(qū)三相前端處理器的集氣槽頂角α90°≤α≤120°,主反應區(qū)三相前端處理器的集氣槽頂角α60°≤α≤90°。
正常運行狀態(tài)下,三相前端處理器所處理的混合液有如下特點主反應區(qū),顆粒污泥是處于膨脹態(tài)(固體占固液混合物體積的70%-90%)和密集漂浮態(tài)(固體占固液混合物體積的50%-70%,等直徑球相互接觸最小排列占空間體積為52%)。輔反應區(qū)底部顆粒污泥也處于較密集漂浮態(tài)(流態(tài)化底層的稠密相)。由于反應器較高,重力的分層作用使得到達輔反應區(qū)三相前端處理器的物體,只可能是涌動的細小顆粒污泥(一般直徑1mm以內(nèi))或微細污泥與處理后的廢水的稀疏混合流。因此,三相前端處理器上、下間的液、固通道,只需考慮顆粒污泥波動流通和稀疏混合流的通暢。一般情況下,主反應區(qū)生化反應所生成的氣體是輔反應區(qū)生化反應所產(chǎn)生的氣體的4倍左右,這是主、輔三相前端處理器面臨的又一差異。
根據(jù)本發(fā)明的三相前端處理器,氣室中的氣體橫截斷面基本相同,集氣槽對氣泡的不斷捕捉作用,產(chǎn)生被迫水平方向逐漸加速向匯流槽通道口的流動。
輔反應區(qū)集氣槽、啟動運行時主反應區(qū)集氣槽和正常運行狀態(tài)下主反應區(qū)集氣槽中遠離匯流槽部分,由于氣體流速較低,氣液界面水平方向相對靜止。水平相對靜止的氣液界面,除釋放氣泡中的氣體之外,上升氣泡的尾吸和形成的微渦對沉降性較差的污泥和上升氣泡界面吸附的微細顆粒污泥,也有明顯的吸附捕捉作用,形成氣液固三相界面層。該界面層除本身縮短了顆粒污泥間距離、增強了粒間相互作用外,有著遠比內(nèi)部更為劇烈的氣液湍流分布,后者對顆粒污泥間的相互作用更強。兩種作用均對顆粒污泥的碰撞生長、強化和去濕有明顯的促進作用。而輔反應區(qū)的三相前端處理器對微小顆粒污泥吸附捕捉作用,還明顯降低了污泥的流失、提高了去除率。
眾所周知,水平方向的三相流動,由于重力的影響有使三相分開流動的傾向。集氣槽中從距匯流槽最遠端開始,氣體流動水平方向緩慢從零加速。由于粘滯力和慣性的不同,氣體流速達到一定數(shù)量時,液體隨之水平流動;液體到達一定流速時,曳力才能帶動顆粒污泥水平移動。通常情況下,通道口處多相的流型是分層流和波狀分層流型。此時,由氣液界面對沉降性較差顆粒吸附捕捉而形成的氣、液、固界面層,在近通道口處也會出現(xiàn)分叉消失。這就極大地改變了進入?yún)R流槽的三相比例。由于氣體的完全收集,匯流槽中的含氣量由反應區(qū)的生化產(chǎn)氣量決定,進入?yún)R流槽中液、固之間的比例,則取決于通道口的水平流狀態(tài)。三相前端處理器對應的生化反應區(qū)產(chǎn)氣速率為V、生化反應區(qū)的橫截面面積為S、單個集氣槽的底面積為S1、集氣槽頂角為α、集氣槽長度為L、三相前端處理器對應的混合液密度為ρ,由于S1=21LSin(α/2),則通道口的氣體流量必須為S1V/S,氣體的流速取決于通道口面積和水平梯度壓差。水平流的水平壓強梯度差正比于最大可能極限壓強ρ(l-l1)Cos(α/2)。因比,集氣槽頂角α調(diào)整著壓差和集氣槽的捕捉氣泡量,α也就在很大程度上控制著集氣槽內(nèi)多相流的水平流型和通道口的多相流入狀態(tài)。
匯流槽有與集氣槽類似的水平流特性,匯流槽中的多相流由于重力的影響,進一步減少了由提升管進入循環(huán)系統(tǒng)中混合液的污泥比例,改善了顆粒污泥生存及粒徑較為一致的特性,也改善了反應器的去除率。
根據(jù)本發(fā)明的三相前端處理器,主、輔反應區(qū)的集氣槽水平方向正交配置。輔反應區(qū)中,底部縱向液流水平方向波浪形差異到達頂部會出現(xiàn)正交扭轉(zhuǎn),產(chǎn)生有序的微旋渦分布。這種液流強化了傳質(zhì)過程和微小顆粒污泥的下沉,進一步提高輔反應區(qū)精細生化反應的程度。
因此本發(fā)明具有有利于顆粒污泥生長及以該形式運行、有利于大幅度減小微小顆粒污泥流失和改善生化反應區(qū)的液流、結構簡單、建造成本低的優(yōu)點。它僅是簡單集氣罩改變通道孔的位置和形狀,形成壓力氣室和漸增速的水平多相流,實現(xiàn)厭氧反應器所需的目標功能。本發(fā)明是一種厭氧廢水處理設備的內(nèi)循環(huán)系統(tǒng)中,為廢水處理實現(xiàn)高有機負荷和去除率的三相前端處理器。


圖1是本發(fā)明的結構示意圖;圖2為圖1的右視剖面示意圖;圖3為集氣槽中水平液流及氣液界面特征示意圖;圖4為旋流內(nèi)循環(huán)厭氧反應器的結構示意圖。
具體實施例方式
下面結合實施例并對照附圖對本發(fā)明作進一步詳細說明。
本發(fā)明的三相前端處理器,包括至少兩層呈交叉配置的倒V字形水平集氣槽1和頂部連接有提升管5的“π”形水平匯流槽2,集氣槽1的一端垂直連接于匯流槽2的側(cè)板12上,水平相鄰集氣槽1下端之間留有流體和顆粒通道10,集氣槽1的中下部與匯流槽2在側(cè)板12上連接的通道口4的形狀為梯形,在集氣槽1的另一端設有與集氣槽1等截面的三角形堵塊11;在運行中,在集氣槽1的梯形通道口4的上方形成氣室3。
倒V字形集氣槽1下端開口寬度L1大于同層集氣槽1下端之間的流體和顆粒通道10的寬度L2,最佳為(1/3)L1≤L2≤(2/3)L1。
梯形通道口4的下邊沿線8高于倒V字形集氣槽1下端連線,倒V字形集氣槽1的側(cè)板6的寬度l、梯形通道口4的上邊沿線7頂點到三角形頂點的長度l1和梯形通道口4的側(cè)邊沿線9的長度l2之間的關系為0.61≤l1≤0.751,0.851≤l1+l2≤0.91(l>0.6m)。
集氣槽1長度L、三相前端處理器對應處理的生化反應區(qū)的產(chǎn)氣速率V、生化反應區(qū)的橫截面面積為S、集氣槽1頂角α,則梯形通道口4的氣體流量為21LV Sin(α/2)/S,梯形通道口4水平流的水平壓強梯度差正比于最大可能極限壓強ρ(l-l1)Cos(α/2)。
主反應區(qū)13三相前端處理器的集氣槽和輔反應區(qū)14三相前端處理器的集氣槽在水平方向上呈正交配置。
輔反應區(qū)三相前端處理器的集氣槽頂角α90°≤α≤120°,主反應區(qū)三相前端處理器的集氣槽頂角α60°≤α≤90°。
進入?yún)捬醴磻鞯拇幚韽U水與循環(huán)回流廢水混合后,進入膨脹態(tài)或初始流態(tài)化污泥的主反應區(qū),并與厭氧污泥發(fā)生生化反應。生化反應產(chǎn)生的氣泡,主反應區(qū)處理過的廢液和沉降性較差的污泥組成的三相混合液,向上流動至主反應區(qū)的三相前端處理器。
向上流動的三相混合液將分成兩部份。一部份不含氣泡,主反應區(qū)處理過的廢液和沉降性較差的污泥所組成的兩相混合液,將通過集氣槽的間隙向上流動,穿過主反應區(qū)三相前端處理器。另一部份,如圖3所示,在集氣槽中,由于界面處氣泡的合并和不斷釋放的作用,被迫產(chǎn)生三角形堵塊處為零、梯形通道口最大流速的水平氣體流。而在水平方向相對靜止的氣液界面,由于上升氣泡而產(chǎn)生的對沉降性較差的顆粒污泥吸附捕捉作用,形成了氣液固三相界面層。在氣液固三相界面層內(nèi)的污泥密度會高于其下方漂浮的污泥密度,增加了顆粒間的作用概率。上升氣泡在三相界面層的合并、釋放形成遠比反應區(qū)內(nèi)部更為劇烈得多的湍流。強烈的氣、液小旋渦有兩個作用剪切應力加大,旋渦引起的顆粒自旋,迫使自旋顆粒污泥在旋渦的并合或消亡過程中獲得能量,碰撞聚合的作用力極大增強,為顆粒污泥的強化、去濕和增長創(chuàng)造了有利條件,沉降性明顯改善的顆粒污泥將下沉。與此同時,在水平方向上,由于粘滯力的存在和不同,界面層及緊連區(qū)域內(nèi)的三相混合液會有低于氣體流且逐步擴散拖動的速度差異巨大的三相水平流動。由于重力對水平三相流的影響和梯形通道口處形成的縱向較大旋渦的雙重作用,在近通道口處,氣液固三相界面層將會消失,形成分層液流和波狀分層流。比例發(fā)生極大改變的這一部份三相混合液,將通過梯形通道口進入?yún)R流槽。匯流槽中污泥進一步減少的三相混合液,由于密度差的原因,通過提升管進入循環(huán)系統(tǒng)。
由于通過提升管進入內(nèi)循環(huán)系統(tǒng)大幅度的分流,通過主反應區(qū)三相前端處理器進入輔反應區(qū)的流量大幅度下降。前述二相液流上升速率的大幅下降及上升氣泡對污泥抬升作用的去除,使得到達輔反應區(qū)的顆粒污泥,在重力作用下,會在輔反應區(qū)底層形成流態(tài)化底層的稠密相。上升廢液中的剩余可溶有機物在輔反應區(qū)與顆粒污泥發(fā)生生化反應,進一步清除了液體中的可溶有機物。輔反應區(qū)生化反應所產(chǎn)生的氣泡,經(jīng)精細生化反應處理后的廢水、上升氣泡及其液流所夾帶的微小污泥顆粒,向上流動至輔反應區(qū)三相前端處理器。
與前述主反應區(qū)三相前端處理器內(nèi)情況基本類似,不同的是輔反應區(qū)所產(chǎn)生的氣泡少得多,氣體增速大幅下降,導致水平流速較小,氣液界面形成三相界面層吸附捕捉面大幅度增大。且此時,微小顆粒污泥在上升液中分布并不均勻,主要由氣泡的尾流和近泡的微小旋渦所攜帶。由于輔反應區(qū)三相前端處理器的集氣槽與主反應區(qū)三相前端處理器的集氣槽正交配置,將會形成分布的上升小旋渦,氣泡及其攜帶的微小顆粒污泥很容易進入這些分布上升的小旋渦中,發(fā)生并合。一部份以氣液為主要相的溶液將通過輔反應區(qū)三相前端處理器、提升管進入循環(huán)系統(tǒng)。不含氣泡,含微小顆粒污泥濃度很小(遠小于輔反應區(qū)液體中漂浮所含微小顆粒污泥的濃度)的精處理后的廢水將通過輔反應區(qū)三相前端處理器。
同理,上升液流速將進一步下降,它對μm數(shù)量級以上污泥有著進一步的沉淀作用。到達出水口的將一般只剩下精處理后的廢水溶液。而進入循環(huán)系統(tǒng)的三相混合液通過氣液分離器分離,回流廢液進入主反應區(qū)與待處理廢水混合。
權利要求
1.一種用于內(nèi)循環(huán)厭氧反應器的三相前端處理器,包括至少兩層呈交叉配置的倒V字形水平集氣槽(1)和頂部連接有提升管(5)的“π”形水平匯流槽(2),集氣槽(1)的一端垂直連接于匯流槽(2)的側(cè)板(12)上,水平相鄰集氣槽(1)下端之間留有流體和顆粒通道(10),其特征在于集氣槽(1)的中下部與匯流槽(2)在側(cè)板(12)上連接的通道口(4)的形狀為梯形,在集氣槽(1)的另一端設有與集氣槽(1)等截面的三角形堵塊(11);在運行中,在集氣槽(1)的梯形通道口(4)的上方形成氣室(3)。
2.如權利要求1所述的三相前端處理器,其特征在于倒V字形集氣槽(1)下端開口寬度L1大于同層集氣槽(1)下端之間的流體和顆粒通道(10)的寬度L2,最佳為(1/3)L1≤L2≤(2/3)L1。
3.如權利要求1所述的三相前端處理器,其特征在于梯形通道口(4)的下邊沿線(8)高于倒V字形集氣槽(1)下端連線,倒V字形集氣槽(1)的側(cè)板(6)的寬度l、梯形通道口(4)的上邊沿線(7)頂點到三角形頂點的長度l1和梯形通道口(4)的側(cè)邊沿線(9)的長度l2之間的關系為0.61≤l1≤0.751,0.851≤l1+l2≤0.91(l>0.6m)。
4.如權利要求1所述的三相前端處理器,其特征在于集氣槽(1)長度L、三相前端處理器對應處理的生化反應區(qū)的產(chǎn)氣速率V、生化反應區(qū)的橫截面面積為S、集氣槽(1)頂角α,則梯形通道口(4)的氣體流量為21LV Sin(α/2)/S,梯形通道口(4)水平流的水平壓強梯度差正比于最大可能極限壓強ρ(l-l1)Cos(α/2)。
5.如權利要求1所述的三相前端處理器,其特征在于主反應區(qū)(13)三相前端處理器的集氣槽和輔反應區(qū)(14)三相前端處理器的集氣槽在水平方向上呈正交配置。
6.如權利要求5所述的三相前端處理器,其特征在于輔反應區(qū)(14)三相前端處理器的集氣槽頂角α90°≤α≤120°,主反應區(qū)(13)三相前端處理器的集氣槽頂角α60°≤α≤90°。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于內(nèi)循環(huán)厭氧反應器的三相前端處理器,它包括至少兩層呈交叉配置的倒V字形水平集氣槽和頂部連接有提升管的“π”形水平匯流槽,集氣槽的一端垂直連接于匯流槽的側(cè)板上,水平相鄰集氣槽下端之間留有流體和顆粒通道,特征是集氣槽的中下部與匯流槽在側(cè)板上連接的通道口的形狀為梯形,梯形通道口的下沿高于集氣槽的下沿,在集氣槽的另一端設有與集氣槽等截面的三角形堵塊,在集氣槽的梯形通道口的上方形成氣室。因此本發(fā)明具有有利于顆粒污泥生長及以該形式運行、有利于大幅度減小微小顆粒污泥流失和改善生化反應區(qū)的液流、結構簡單、建造成本低的優(yōu)點。
文檔編號C02F11/04GK1769208SQ200510029550
公開日2006年5月10日 申請日期2005年9月6日 優(yōu)先權日2005年9月6日
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