垂直折流複合厭氧消化器的製造方法
2023-05-24 06:46:26
垂直折流複合厭氧消化器的製造方法
【專利摘要】本發明公開了一種垂直折流複合厭氧消化器，包括外筒，所述的外筒內部中心位置設置有中心回流筒，所述的中心回流筒的底部為錐形結構；所述的中心回流筒的外壁與外筒的內壁之間的空間形成汙泥床區；所述的外筒的底部設置有管孔式布料裝置，所述的管孔式布料裝置與底部的進料管連接，所述的進料管與一雙向調控機構連接，所述的雙向調控機構的控制端連接於控制器；所述的外筒的中上部設置有三相分離器，所述的三相分離器（含填料區）的上方設置有溢流槽，所述的溢流槽上方設置有集氣室，所述的集氣室的上端設置有沼氣管，所述的溢流槽的一端設置有出料口，所述的出料口通過溢流管與外部的具有水密封結構的U型管連接。
【專利說明】垂直折流複合厭氧消化器
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種垂直折流複合厭氧消化器(VBCAD:Vertical Baffled CompoundAnaerobic Digestor)。
【背景技術】
[0002]眾所周知，通過厭氧發酵生產沼氣，是治理有機廢水、汙水及其他有機廢棄物的重要渠道之一。沼氣的生產和利用是一個雙向清潔的過程，利用厭氧消化技術處理有機廢棄物淨化環境並回收綠色能源沼氣成為當前的理想選擇之一。厭氧處理工藝早期採用沼氣池和接觸厭氧池，但早期的厭氧處理方法低效而且不能連續運行，原因主要是由於池內厭氧微生物量小及汙水和厭氧汙泥傳質效果差，處理效率低下。目前廣泛應用的升流式汙泥床反應器底部有較多的厭氧汙泥，進水與厭氧汙泥接觸，通過厭氧微生物的作用分解產生沼氣，裝置上部設置三相分離器將沼氣所裹挾的厭氧汙泥、沼氣及水分離，將沼氣輸入燃燒利用裝置，汙水通過三相分離器後出水，汙泥返回到裝置底部重新參與生物反應。雖然該裝置的生物量有所提高，但是傳質效果尚有待提高，在一定程度上限制了反應器內生物量的提高，導致反應器處理效率低的問題。
[0003]目前常用的汙水處理工藝和設備有升流式厭氧汙泥床(UASB)、厭氧折流板反應器(ABR)、複合式厭氧流化床反應器(UBF)等。這些工藝設備雖然各有各的優點，但在實際生產應用中，存在啟動緩慢(2~3個月，甚至6~8個月)、水力停留時間(HRT)較長、有機負荷(OLR)低、易堵塞及運行管理費用較高等缺點。
[0004]傳統的厭氧折流板反應器也存在著一些不足，比如折流口的高度不可調導致了在進水流量不變的情況下折流速度不能改變。因為反應器內部的流態直接決定了汙泥的攪動狀況，而汙泥的攪動狀況又直接影響到反應器的處理效率。也就是說反應器內部的流態直接影響到了反應器的處理效率。`但是反應器內部的流態只能通過調整進水流量來改變，這樣就改變了容積負荷，對反應器造成衝擊，破壞各格室本應固定的菌群和環境，造成反應器處理效率的降低，嚴重時甚至會造成反應器內部菌群失活。
【發明內容】
[0005]為了克服現有機廢水、汙水及其他有機廢棄物的處理設備中存在的傳質效果差、容積負荷低、停留時間長，導致投資大、佔地大、能耗高，難於廣泛推廣等的缺點，本發明提供一種傳質效率高和容積負荷率高、停留時間短、佔地面積小和能耗低的垂直折流複合厭氧消化器。
[0006]本發明採用的技術方案是:
[0007]垂直折流複合厭氧消化器,包括外筒,其特徵在於:將ACP (Anaerobic ContactProcess.厭氧接觸法)、UASB (Up-f low Anaerobic Sludge Blanket,升流式厭氧汙泥床)和AF (Anaerobic Filter,厭氧過濾器)三種反應器組合在一個單元體反應器內，其結構具有特色，所述的外筒內部中心位置設置有中心回流筒，所述的中心回流筒的底部為錐形結構；所述的中心回流筒的外壁與外筒的內壁之間的空間形成汙泥床區；所述的外筒的底部設置有管孔式布料裝置，所述的管孔式布料裝置與底部的進料管連接，所述的進料管與一雙向調控機構連接，所述的雙向調控機構的控制端連接於控制器；所述的外筒的中上部設置有三相分離器，所述的三相分離器的上方設置有溢流槽，所述的溢流槽上方設置有集氣室，所述的集氣室的上端設置有沼氣管，所述的溢流槽的一端設置有出料口，所述的出料口通過溢流管與外部的具有水密封結構的U型管連接。
[0008]進一步，所述的三相分離器具有三層不同直徑不同開口方向的錐鬥形結構，最上層與最下層分別為下口小上口大的錐形結構，中間層為下口大上口小的倒置的長頸漏鬥結構，倒置的長頸漏鬥的上端與所述的集氣室相連通，下端設置在最下層的上方，所述的長頸漏鬥的頸部穿過所述的最上層。
[0009]進一步，最上層的所述的三相分離器內添加有填料層，起厭氧過濾器的作用。
[0010]進一步，所述的管孔式布料裝置包括所述的管孔式布料裝置包括同軸設置的第一環管、第二環管和第三環管，且所述的第二環管沿軸心線設置在所述的第一環管與第三環管的下方，所述的第一環管設置在第三環管的內部形成雙層管，所述的第二環管的半徑大小介於第一環管的半徑大小與第三環管的半徑大小之間；所述的第一環管、第二環管和第三環管上均開設有布料孔；所述的進料管與第一環管之間通過第一連通管相連通，所述的第一連通管是第一環管的直徑方位和入料中心管形成一丁字型管，與第一環管連通，所述的進料管的另一端與進料回流、混合管連通，所述的第一環管上沿管徑方向貫穿有第二連通管，所述的第二連通管的兩端與所述的第一環管、第三環管相連通，所述的第二環管與排泥管連接，在環心位置分成十字形管與環管連通。
[0011]進一步，所述的第一環管向下傾斜方向的內側開設有第一布料孔、所述的第二環管上沿管軸線水平方向的兩側開設有第二布料孔，所述的第三環管的兩側對稱開設有第三布料孔。
[0012]進一步，所述的雙 向調控機構包括進料回流混合管、回流管、上管道、第一下管道、第二下管道、第三下管道、入料管、汽水混合加熱器、布料排渣管以及蒸汽管，所述的進料回流混合管和回流管的一端分別與所述的進料管連接，所述的進料回流混合管的另一端與所述的汽水混合加熱器連接，所述的回流管的另一端與所述的第一下管道的一端連接，所述的第一下管道的另一端分別與入料管、汽水混合加熱器連接，所述的蒸汽管與所述的汽水混合加熱器連接，所述的布料排渣管與第二下管道的一端連接，所述的第二下管道的另一端與第一下管道連接，所述的第二下管道上連接有所述的上管道，所述的上管道分別與第三下管道的一端、汽水混合加熱器連接，所述的第三下管道的另一端與布料排渣管連接；所述的進料回流混合管、回流管、上管道、第一下管道、第二下管道、第三下管道、入料管、汽水混合加熱器、布料排渣管以及蒸汽管均安裝有流量計、泵和閥門，所述的流量計、泵與閥門的控制端均連接於控制器。
[0013]進一步，所述的沼氣管的下端與氣水分離器連接，所述的氣水分離器具有中間是圓柱形結構、頂部和底部均為錐形結構的本體，所述的本體的頂部設置有沼氣管入口和沼氣管出口，所述的本體的底部設有自來水入口閥門和排水、排渣閥門，所述的本體內部設置有布氣管，所述的布氣管的上端與沼氣管入口相連通，所述的布氣管的下部開設有排氣孔，且所述的本體的側壁上設置有液位控制器，所述的液位控制器由沼氣輸入、輸出的壓力差和設定的液位三者之間的平衡關係，實現無動力自動控制。
[0014]進一步，所述的沼氣管入口和沼氣管出口上均設置有流量計，所述的流量計的控制端連接於控制器；所述的沼氣管入口和沼氣管出口上分別設置進氣壓力計和出氣壓力計。
[0015]進一步，所述的外筒由圓柱筒以及頂部的與圓柱筒等直徑的圓錐構成，所述的外筒的底部開設有排泥口，所述的排泥口與棑泥管連接。
[0016]進一步，所述的外筒的外壁上包裹有保溫層。
[0017]進一步，所述的溢流槽為環形鋸齒堰口結構。
[0018]本發明管孔式布料裝置具有雙向調控功能，當需要發揮入料、布料功能時，由回流泵輸入的料液，從主體外泵入主體裝置內。也可以反過來，需要排出剩餘汙泥時，可以從中環管排泥，需要反向回流時可以通過內外環管向外流出料液。
[0019]本發明三相分離器工作原理:
[0020]最下層的三相分離器:將主體汙泥床區部位產生的氣體，位於下口部以內的部分集中起來，通過中間層倒置的長頸漏鬥送入集氣室，(主體汙泥床區上升的料液進入回流系統的部分，通過中心回流筒向下回流，進入回流泵，通過管孔式布料裝置再進入主體，以此循環運行)。
[0021]最上 層的三相分離器:從中間層上升的料液中的氣、液、固三相物質進行再次分離。填料層的功能是將尚殘存於料液中的尚未被處理的汙染物(C0D或B0D)通過填料上的生物膜進一步得到處理，以此提高COD和BOD的最終去除率。經過三相分離的料液最終進入溢流槽，再進入溢流管最終排出。在分離器中被截留的汙泥經過分離器壁回流入汙泥床區部位。氣體則進入集氣室，最終由頂部沼氣管排出利用。
[0022]從消化器排出的沼氣含有較高的水分，尤其是高溫型的厭氧處理，排出的沼氣中水汽的含量更高，若不能及時排出水汽，液位一旦升至出氣管的位置，運行就失效了。故本發明通過一氣水分離器後，將分離掉水汽的沼氣再輸入儲氣櫃供用，則不會存在這種安全隱患。
[0023]本發明氣水分離器的工作原理:經過分離,本體中的液位上升，當本體內輸進的沼氣壓力(即分離器的沼氣輸入壓力)在500~1000mm水柱壓力之間，分離器的沼氣輸出壓力(即儲氣櫃的正常壓力加進入儲氣櫃之前管道損耗壓力)在300~500mm水柱壓力之間時，都能正常安全運行。
[0024]本發明的有益效果體現在:
[0025]1、本發明適用於較低SS濃度的，中高COD濃度有機廢水的厭氧處理工程，對於高濃度SS廢水將需要與待續申請的VBAAR (垂直折流厭氧酸化反應器)配套使用。
[0026]2、高效率的核心部位是可以產生顆粒汙泥的汙泥床，本專利最大限度的放大了汙泥床所佔的容積比例，明顯的改進了入料布料的設計，使進料從底部開始就得以均勻分布；
[0027]3、為了截留新生活性汙泥，加強了三相分離器部位的設計，使其最大限度的減少汙泥流失；
[0028]4、在中心部位設置細高的中心回流筒，使得傳質能夠更加有效調控；
[0029]5、在主體設備最終出料前，設置有填料區，可以進一步提高COD和BOD的去除率，產生更多的沼氣。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0030]圖1是本發明整體結構示意圖。
[0031]圖2是本發明管孔式布料裝置結構示意圖。
[0032]圖3是本發明雙向調控機構示意圖。
[0033]圖4是本發明氣水分離器結構示意圖。
[0034]圖5是本發明三相分離器結構示意圖。
【具體實施方式】
[0035]參照圖1至圖5，垂直折流複合厭氧消化器，包括外筒I，所述的外筒I內部中心位置設置有中心回流筒2，所述的中心回流筒2的底部為錐形結構；所述的中心回流筒2的外壁與外筒I的內壁之間的空間形成汙泥床區3 ;所述的外筒I的底部設置有管孔式布料裝置4，所述的管孔式布料裝置4與底部的進料管10連接，所述的進料管10與一雙向調控機構5連接，所述的雙向調控機構5的控制端連接於控制器12 ;所述的外筒I的中上部設置有三相分離器6，所述的三相分離器6的上方設置有溢流槽7，所述的溢流槽7上方設置有集氣室，所述的集氣室的上端設置有沼氣管8，所述的溢流槽7的一端設置有出料口，所述的出料口通過溢流管與外部的具有水密封結構的U型管連接。
[0036]進一步，所述的三相分離器6具有三層不同直徑不同開口方向的錐鬥形結構，最上層63與最下層61分別為下口小上口大的錐形結構，中間層62為下口大上口小的倒置的長頸漏鬥結構，倒置的長頸漏鬥的上端與所述的集氣室相連通，下端設置在最下層的上方，所述的長頸漏鬥的頸部穿過所`述的最上層。
[0037]進一步，最上層的所述的三相分離器內添加有填料64。
[0038]進一步，所述的管孔式布料裝置，包括同軸設置的第一環管43、第二環管42和第三環管41，且所述的第二環管42沿軸心線設置在所述的第一環43管與第三環管41的下方，所述的第一環管43設置在第三環管41的內部形成雙層管，所述的第二環管42的半徑大小介於第一環管43的半徑大小與第三環管41的半徑大小之間；所述的第一環管43、第二環管42和第三環管41上均開設有布料孔；所述的進料管與第一環管43之間通過第一連通管相連通，所述的第一連通管是第一環管43的直徑方位和入料中心管形成一丁字型管，與第一環管43連通，所述的進料管的另一端與進料回流、混合管連通，所述的第一環管43上沿管徑方向貫穿有第二連通管44，所述的第二連通管44的兩端與所述的第一環管43、第三環管41相連通，所述的第二環管42與排泥管10連接，在環心位置分成十字形管與環管連通。
[0039]進一步，所述的第一環管43向下傾斜方向的內側開設有第一布料孔、所述的第二環管42上沿管軸線水平方向的兩側開設有第二布料孔，所述的第三環管41的兩側對稱開設有第三布料孔。
[0040]進一步，所述的雙向調控機構5包括進料回流混合管51、回流管52、上管道53、第一下管道54、第二下管道55、第三下管道56、入料管57、汽水混合加熱器58、布料排渣管13以及蒸汽管59，所述的進料回流混合管51和回流管52的一端分別與所述的進料管10連接，所述的進料回流混合管51的另一端與所述的汽水混合加熱器58連接，所述的回流管52的另一端與所述的第一下管道54的一端連接，所述的第一下管道54的另一端分別與入料管57、汽水混合加熱器58連接，所述的蒸汽管59與所述的汽水混合加熱器58連接，所述的布料排渣管13與第二下管道55的一端連接，所述的第二下管道55的另一端與第一下管道54連接，所述的第二下管道55上連接有所述的上管道53，所述的上管道53分別與第三下管道56的一端、汽水混合加熱器58連接，所述的第三下管道56的另一端與布料排渣管13連接；所述的進料回流混合管51、回流管52、上管道53、第一下管道54、第二下管道55、第三下管道56、入料管57、汽水混合加熱器58、布水排渣管13以及蒸汽管59均安裝有流量計、泵和閥門，所述的流量計、泵與閥門的控制端均連接於控制器12。
[0041]進一步，所述的沼氣管8的下端與氣水分離器11連接，所述的氣水分離器11具有中間是圓柱形結構、頂部和底部均為錐形結構的本體，所述的本體的頂部設置有沼氣管入口 111和沼氣管出口 112，所述的本體的底部設有自來水入口閥門和排水、排渣閥門，所述的本體內部設置有布氣管115，所述的布氣管115的上端與沼氣管入口 111相連通，所述的布氣管115的下部開設有排氣孔，且所述的本體的側壁上設置有液位控制器117，所述的液位控制器117由沼氣輸入、輸出的壓力差和設定的液位三者之間的平衡關係，實現無動力自動控制。
[0042]進一步，所述的沼氣管入口 111和沼氣管出口 112上均設置有流量計116，所述的流量計116的控制端連接於控制器12 ;所述的沼氣管入口 111和沼氣管出口 112上分別設置進氣壓力計113和出氣壓力計114。
[0043]進一步，所述的外筒I由圓柱筒以及頂部的與圓柱筒等直徑的圓錐構成，所述的外筒I的底部開設有排泥口，所述的排泥口與棑泥管連接。
[0044]進一步，所述的外筒I的外壁上包裹有保溫層9。
[0045]進一步，所述的溢流槽7為環形鋸齒堰口結構。
[0046]通過所述管路上閥門的開與關，實現雙向調控。
[0047]本說明書實施例所述的內容僅僅是對發明構思的實現形式的列舉，本發明的保護範圍不應當被視為僅限於實施例所陳述的具體形式，本發明的保護範圍也及於本領域技術人員根據本發明構思所能夠想到的等同技術手段。
【權利要求】
1.垂直折流複合厭氧消化器，包括外筒，其特徵在於:所述的外筒內部中心位置設置有中心回流筒，所述的中心回流筒的底部為錐形結構；所述的中心回流筒的外壁與外筒的內壁之間的空間形成汙泥床區；所述的外筒的底部設置有管孔式布料裝置，所述的管孔式布料裝置與底部的進料管連接，所述的進料管與一雙向調控機構連接，所述的雙向調控機構的控制端連接於控制器；所述的外筒的中上部設置有三相分離器，所述的三相分離器的上方設置有溢流槽，所述的溢流槽上方設置有集氣室，所述的集氣室的上端設置有沼氣管，所述的溢流槽的一端設置有出料口，所述的出料口通過出料管與外部的具有水密封結構的U型管連接。
2.如權利要求1所述的垂直折流複合厭氧消化器，其特徵在於:所述的三相分離器具有三層不同直徑不同開口方向的錐鬥形結構，最上層與最下層分別為下口小上口大的錐形結構，中間層為下口大上口小的倒置的長頸漏鬥結構，倒置的長頸漏鬥的上端與所述的集氣室相連通，下端設置在最下層的上方，所述的長頸漏鬥的頸部穿過所述的最上層。
3.如權利要求2所述的垂直折流複合厭氧消化器，其特徵在於:最上層的所述的三相分離器內添加有填料。
4.如權利要求2或3所述的垂直折流複合厭氧消化器，其特徵在於:所述的管孔式布料裝置包括同軸設置的第一環管、第二環管和第三環管，且所述的第二環管沿軸心線設置在所述的第一環管與第三環管的下方，所述的第一環管設置在第三環管的內部形成雙層管，所述的第二環管的半徑大小介於第一環管的半徑大小與第三環管的半徑大小之間；所述的第一環管、第二環管和第三環管上均開設有布料孔；所述的進料管與第一環管之間通過第一連通管相連通，所述的第一連通管是第一環管的直徑方位和入料中心管形成一丁字型管，與第一環管連通，所述的進料管的另一端與進料回流、混合管連通，所述的第一環管上沿管徑方向貫穿有第二連通管，所述的第二連通管的兩端與所述的第一環管、第三環管相連通，所述的第二環管與排泥管連接，在環心位置分成十字形管與環管連通。
5.如權利要求4所述的垂直折流複合厭氧消化器，其特徵在於:所述的雙向調控機構包括進料回流混合管、回流管、上管道、第一下管道、第二下管道、第三下管道、入料管、汽水混合加熱器、布料排渣管以及蒸汽管`，所述的進料回流混合管和回流管的一端分別與所述的進料管連接，所述的進料回流混合管的另一端與所述的汽水混合加熱器連接，所述的回流管的另一端與所述的第一下管道的一端連接，所述的第一下管道的另一端分別與入料管、汽水混合加熱器連接，所述的蒸汽管與所述的汽水混合加熱器連接，所述的布料排渣管與第二下管道的一端連接，所述的第二下管道的另一端與第一下管道連接，所述的第二下管道上連接有所述的上管道，所述的上管道分別與第三下管道的一端、汽水混合加熱器連接，所述的第三下管道的另一端與布料排渣管連接；所述的進料回流混合管、回流管、上管道、第一下管道、第二下管道、第三下管道、入料管、汽水混合加熱器、布料排渣管以及蒸汽管均安裝有流量計、泵和閥門，所述的流量計、泵與閥門的控制端均連接於控制器。
6.如權利要求5所述的垂直折流複合厭氧消化器，其特徵在於:所述的沼氣管的下端與氣水分離器連接，所述的氣水分離器具有中間是圓柱形結構、頂部和底部均為錐形結構的本體，所述的本體的頂部設置有沼氣管入口和沼氣管出口，所述的本體的底部設有自來水入口閥門和排水、排渣閥門，所述的本體內部設置有布氣管，所述的布氣管的上端與沼氣管入口相連接，所述的布氣管的下部開設有排氣孔，且所述的本體的側壁上設置有液位控制器，所述的液位控制器由沼氣輸入、輸出的壓力差和設定的液位三者之間的平衡關係，實現無動力自動控制。
7.如權利要求6所述的垂直折流複合厭氧消化器，其特徵在於:所述的沼氣管入口和沼氣管出口上均設置有流量計，所述的流量計的控制端連接於控制器；所述的沼氣管入口和沼氣管出口上分別設置進氣壓力計和出氣壓力計。
8.如權利要求7所述的垂直折流複合厭氧消化器，其特徵在於:所述的外筒由圓柱筒以及頂部的與圓柱筒等直徑的圓錐構成，所述的外筒的底部開設有排泥口，所述的排泥口與棑泥管連接。
9.如權利要求8所述的垂直折流複合厭氧消化器，其特徵在於:所述的外筒的外壁上包裹有保溫層。
10.如權利要求9所述的垂直折流複合厭氧消化器，其特徵在於:所述的溢流槽為環形鋸齒堰口結構。
【文檔編號】C02F3/28GK103756896SQ201310718287
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2013年12月23日 優先權日:2013年12月23日
【發明者】陳際平 申請人:陳際平