一種兩段內循環一體式矩形厭氧消化器的製造方法

2023-12-03 16:57:41

一種兩段內循環一體式矩形厭氧消化器的製造方法
【專利摘要】本發明涉及一種兩段內循環一體式矩形厭氧消化器，包括循環反應區、分離區；所述反應器整體由側壁圍成長方體結構，反應器由下至上分別為循環反應區與分離區；所述的循環反應區由底板、側壁下部圍成；所述循環反應區內部由下至上為清空管、進料管、一管多枝立體布水器、下取樣管、中取樣管、上取樣管、第一循環區對稱折流板、第二循環區對稱折流板、回流管、一管多枝立體布料器、左導流板、右導流板；所述分離區由下至上為集氣板、集氣孔板、溢流堰、集氣管、出水管、氣體循環管、頂蓋和總集氣管。本發明布料均勻、處理效率高、液固傳質效果好、水力死區少、動力消耗低，同時可在反應器內形成兩段內循環，稀釋進水，耐有機負荷衝擊能力強。
【專利說明】一種兩段內循環一體式矩形厭氧消化器

【技術領域】
[0001]本發明涉及一種兩段內循環一體式矩形厭氧消化器，屬於有機廢物處理【技術領域】。

【背景技術】
[0002]廢水厭氧生物處理技術由於具有容積負荷高、佔地面積省、剩餘汙泥少和運行費用低等優點而被廣泛應用於處理高濃度有機廢水。它主要是利用厭氧性微生物的代謝特性，在毋須供氧的條件下，以被還原有機物作為受納體，同時產生可再生能源沼氣。厭氧生物反應器是厭氧生物處理工藝的核心載體，厭氧生物反應器的效能反映了厭氧生物處理工程的現有水平。
近年來厭氧反應器技術發展較快，尤其是自從上世紀70年代Lettinga等發明了升流式厭氧汙泥床(UASB)為代表的第二代厭氧反應器，生產性的厭氧反應器已獲廣泛應用。據不完全統計，截止2001年，世界上已有2000多個不同類型的高效厭氧反應器用於造紙、印染、畜禽、食品等行業高濃度有機廢水的處理。目前，隨著工業用地的日益緊缺，佔地少，負荷高的厭氧反應器的應用呈現上升趨勢。因此，開發具有自主智慧財產權的高效厭氧反應器意義重大。
高效厭氧反應器中混合液的流態直接影響到固-液間傳質效果，反應器中若存在溝流和死區會顯著降低反應器的有效容積，使得實際水力停留時間遠短於理論水力停留時間，影響廢水處理的效率和效果。


【發明內容】

[0003]本發明的目的是改善反應器內流態，並在反應器內形成兩段水力循環，有效改善反應器水力特性,有效收集沼氣等氣體。
為了達到上述目的，本發明的技術方案是提供了一種兩段內循環一體式矩形厭氧消化器，包括殼體，其特徵在於，殼體的內部空間由下至上至少分為循環反應區及分離區，循環反應區至少包括上下布置的兩個循環區，由下至上分別為用於消耗鹼度的第一循環區及用於產生鹼度的第二循環區，至少在第一循環區內布置一第一布料器，有機廢水通過設於殼體上的進料管經由第一布料器直接進入第一循環區內，有機廢水在殼體內上升過程中自第一循環區溢出後，部分回流至第一循環區形成第一級循環，剩餘部分則進入第二循環區，有機廢水在上升過程中自第二循環區溢出後，部分回流至第二循環區形成第二級循環，剩餘部分則回流至第一循環區後再經第二循環區形成兩級內循環，經由進料管直接進入第一循環區，出第二循環區繼續向上的液體及氣體進入分離區；
分離區包括多個集氣室，在集氣室的上方設有溢流堰，由各個集氣室收集的氣體統一經由設於殼體頂部的總集氣管排出。
優選地，用於形成所述第一循環區及所述第二循環區的機構的結構相同，包括左右對稱布置的折流板，每塊折流板均採用漸縮漸擴結構，每塊折流板的前、後兩側邊緣分別與所述殼體的前側壁及後側壁相連，兩塊折流板間形成所述第一循環區或所述第二循環區，通過兩塊折流板的漸縮漸擴結構使得所述第一循環區或所述第二循環區形成局部渦旋流態，兩塊折流板的左右兩側分別與所述殼體的左側壁及右側壁間留有回流空間。
優選地，每塊所述折流板在中部彎折，彎折處的夾角α為110?130°。
優選地，在所述第二循環區內布置有第二布料器，第二布料器與設於所述殼體上的回流管相連通；
在所述殼體上設有氣體循環管，氣體循環管位於所述溢流堰的上方，在啟動期和負荷較低時，氣體循環管與回流管相連通，由所述集氣室收集的氣體中的部分通過氣體循環管、回流管及第二布料器進入所述第二循環區以增加相間傳質。
優選地，在所述殼體上靠近所述溢流堰的位置處設有出水管/液體循環管，進入所述溢流堰的液體或經由出水管/液體循環管直接出水，或者在需要對進水稀釋的時候將所述出水管/液體循環管與所述回流管相連通以稀釋進入所述殼體內的有機廢水。
優選地，所述第一布料器與所述第二布料器的結構相同，包括總進料管，總進料管兩側均連通有多根橫管及斜管，位於一側的橫管及斜管由疏到密間隔設置；
所述第一布料器與所述第二布料器布置至所述第一循環區及所述第二循環區內後，所述斜管均處於斜向下狀態。
優選地，在所述循環反應區內還設有用於實現導氣擋流功能的導氣擋流結構，導氣擋流結構位於所述第二循環區的上方。
優選地，所述導氣擋流結構包括兩塊呈倒八字形布置的左導流板(9)及右導流板，左導流板及右導流板的前、後側邊緣分別與所述殼體的前側壁與後側壁相連；左導流板及右導流板與水平面間的夾角β均為30?45° ;左導流板及右導流板水平寬度與導氣擋流結構的整體寬度之比均為(0.2?0.3):1。
優選地，所述集氣室有四個，分別為一號集氣室、二號集氣室及三號集氣室，由傾斜放置的一號集氣板、二號集氣板、三號集氣板、四號集氣板，及所述殼體，及左集氣孔板、中集氣孔板、右集氣孔板圍成，其中:
一號集氣板、二號集氣板、三號集氣板、四號集氣板與水平面夾角Y均為60?75° ；
位於兩側的一號集氣板與所述殼體的左側壁及位於上方的左集氣孔板圍成區域為一號集氣室；位於兩側二號集氣板與三號集氣板及位於上方的中集氣孔板圍成區域為二號集氣室；位於兩側的四號集氣板與所述殼體的右壁及位於上方的右集氣孔板所圍成區域為三號集氣室；
在左集氣孔板、中集氣孔板及右集氣孔板上中部分別連接有左集氣管、中集氣管及右集氣管；由一號集氣室、二號集氣室及三號集氣室收集氣體分別經由左集氣管、中集氣管及右集氣管進入所述總集氣管。
優選地，所述溢流堰為矩形鋸齒形結構，位於所述左集氣孔板、中集氣孔板及右集氣孔板的頂面，且與其呈正交布置；所述溢流堰的左、右兩側邊緣分別與所述殼體的左、右兩側壁相連，所述溢流堰的前、後兩側分別與所述殼體的前、後兩側壁間留有間隙。
由於採用了上述的技術方案，本發明與現有技術相比，具有以下的創新點與積極效果:
1、本發明進料管直接進入第一循環區，省去布水區，有效節約了空間，增大了反應器有效體積。
2、本發明的一管多枝立體布水器製作簡單，耗材少，水頭損失小，能保證均勻布水，倒置的結構使布水器不易堵塞，增加了液體的流動路徑，增強了相間傳質。
3、本發明採用了兩級對稱折流板，其劃分形成的第一循環區、第二循環區內分別實現內循環，並分別進行厭氧的產酸階段和產鹼階段，有效迎合了兩階段理論。對稱折流板的漸縮漸擴結構可形成局部渦旋流態，有效增強固液傳質效果，同時也削弱了壁流效應，從而減小了溝流和死區。反應器設置的兩個內循環區使反應器局部流態趨於全混流，整體流態趨於平推流，處理效率聞。
4、本發明中的回流管可在啟動期和負荷較低時連接氣體循環管，與回流部分甲烷氣體，末端連接一管多枝立體布料管回流氣體強制進行內循環，增加相間傳質，加速反應器啟動；所述回流管也可在必要時連接出水管，通過一管多枝立體布料管回流出水，可稀釋進水，賦予反應器較強的抗衝擊負荷能力，也可回收第二循環區中鹼性發酵階段產生的鹼度，同時強化了內循環。
5、本發明中的第二循環區對稱折流板頂端和導流板根據「淺池理論」可協助沉澱顆粒汙泥，提升反應器持留汙泥能力。
6、本發明適宜處理中高濃度有機廢水，且產氣量大，其對稱折流板與導流板的共同設置可由氣泡帶動實現汙水的內循環，無需外加動力，內循環可有效稀釋進水，使反應器有一定的抗衝擊負荷能力。
7、本發明導流板使氣體順勢流入集氣室，液體被導流板擋入第二循環區進行循環，初步實現了三相分離，洗出一些密度小、活性差的絮狀汙泥，實現了菌群的優勝劣汰。
8、本發明多集氣室的設置可保證氣體被全部收集，防止氣泡堆積形成水力死區，保證反應器有效容積。
9、本發明結構緊湊，力學強度好，加工簡便，易於工程化，矩形結構易於共壁，且其擁有較大的高徑比，可減少反應器佔地面積。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0004]圖1為本發明結構示意圖；
圖2為本發明溢流堰結構示意圖；
圖3為本發明布水器結構示意圖；
圖4為本發明A-A截面圖。

【具體實施方式】
[0005]下面結合具體實施例，進一步闡述本發明。應理解，這些實施例僅用於說明本發明而不用於限制本發明的範圍。此外應理解，在閱讀了本發明講授的內容之後，本領域技術人員可以對本發明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落於本申請所附權利要求書所限定的範圍。
如圖1、圖2、圖3、圖4所示，反應器整體由側壁(前側壁2、後側壁33、左側壁3、右側壁30)圍成長方體結構，反應器由下至上分別為循環反應區I及分離區II。循環反應區由底板1、側壁下部圍成。底板下表面與混凝土地面連接，底板上表面連接側壁。在左側壁3外由下至上依次設有下取樣管4、中取樣管6、上取樣管8。前側壁2底部設有清空管32，清空管32之上設有進料管35，進料管35之上設有回流管34。循環反應區I內部由下至上設置第一循環區1-1及第二循環區1-2，第一循環區1-1由一對第一循環區對稱折流板5圍成，第二循環區1-2由一對第二循環區對稱折流板7圍成。第一循環區對稱折流板5及第二循環區對稱折流板7在中部彎折，彎折處的夾角α為110?130°。第一循環區對稱折流板5及第二循環區對稱折流板7的前後兩側分別與前側壁2與後側壁33相連。在第一循環區1-1中部設有第一布料器31，第一布料器31與進料管35末端連接；在第二循環區1-2中部設有第二布料器29，第二布料器29與回流管34末端連接。在第二循環區I _2上方設有左導流板9及右導流板28。
分離區II由下至上為集氣板、集氣孔板、溢流堰16、集氣管、出水管/液體循環管22、氣體循環管21、頂蓋15和總集氣管17。集氣板從左到右為一號集氣板12、二號集氣板10、三號集氣板26及四號集氣板24，每塊集氣板傾斜放置，與水平面夾角Y為6(Γ75°，有力克服了因加工安裝誤差所致的分離區整個截面集氣不均的現象，同時與導流板功能互補。集氣孔板從左至右分別為左集氣孔板13、中集氣孔板19、右集氣孔板23。一號集氣板12與左側壁3、左集氣孔板13圍成區域為一號集氣室11 ;二號集氣板10、三號集氣板26與中集氣孔板19圍成區域為二號集氣室27 ;四號集氣板24與右側壁30、右集氣孔板23所圍成區域為三號集氣室25。左集氣孔板13、中集氣孔板19、右集氣孔板23上中部分別連接左集氣管14、中集氣管18、右集氣管20。溢流堰16兩端分別與左側壁3、右側壁30內側相接，在右側壁30相應位置上設有出水管/液體循環管22，出水管/液體循環管22上設有氣體循環管21。頂蓋15下邊沿連接側壁上端，在其上中心處設有總集氣管17。
循環反應區I與分離區II體積之比為(3飛):1。其高徑(當量直徑)比為(3飛):1。循環反應區I兼具常規厭氧反應器布水區的功能，反應器無需設置布水區。
本發明設有進料管35和回流管34。氣體循環管21可在啟動期和負荷較低時連接回流管34，氣體通過第二布料器29進行生物氣的回流，可強制進行第二循環區1-2的內循環，增強相間傳質。出水管/液體循環管22可在必要時連接回流管34，液體通過第二布料器29進行出水的回流，可稀釋進水，賦予反應器較強的抗衝擊負荷能力，也可回收第二循環區中鹼性發酵階段產生的鹼度，同時強化了內循環。
第一布料器31與第二布料器29的結構相同，包括總進料管29-1，總進料管29-1兩側均連通有多根橫管29-2及斜管29-3，位於一側的橫管29-2及斜管29_3由疏到密間隔設置。第一布料器31與第二布料器29布置至第一循環區1-1及第二循環區1-2內後，斜管29-3均處於斜向下狀態，形成倒向放置。通過第一布料器31與第二布料器29的結構實現均勻布水。
通過第一循環區1-1及第二循環區1-2形成兩級內循環區(每級夾角α為11(Γ130° )，第一循環區1-1中主要進行著產酸菌對有機物的分解，消耗鹼度；第二循環區1-2中主要進行著產甲烷菌對蛋白質、有機酸和醇類物質的分解，產生鹼度，有效迎合厭氧消化兩階段理論。對稱折流板還設計為縮放結構，可形成渦旋流態，有效增強傳質。
左導流板9及右導流板28為倒「八」字結構，與水平面夾角β為3(Γ45°，單邊導流板水平寬度與主體寬度之比為(0.2^0.3):1，其兩側與側壁相連，可實現導氣擋流功能。
溢流堰16為矩形鋸齒形結構，位於左集氣孔板13、中集氣孔板19、右集氣孔板23上方，與其呈正交布置。溢流堰16的當量直徑與反應器主體當量直徑比值(0.Γ0.6):1，溢流堰16的長寬比為(3.5?4.5):1。
本發明運行方式如下:
有機廢水由進料管35進入，通過第一布料器31均勻布水使廢水在第一循環區1-1內上升，由於第一循環區對稱折流板5的漸擴漸縮結構，其內產生局部渦旋流場，固液間傳質充分，之後廢水流出第一循環區1-1，大部分液體和沼氣進入第二循環區1-2，小部分液體從第一循環區對稱折流板5外延回落至第一循環區1-1進行一級循環。進入到第二循環區1-2的液體和沼氣在第二循環區對稱折流板7的漸擴漸縮結構下產生局部渦旋流場，同時由氣體循環管21連接至回流管34的沼氣通過一管多枝立體布料管29對第二循環區
1-2進行曝氣，強化了第二循環區1-2的固液傳質。之後液體和沼氣通過左導流板9及右導流板28中間空隙繼續上升，部分液體和沼氣向兩側分流，由於密度差異和左導流板9及右導流板28作用，大部分液體回流至第二循環區1-2進行二級循環，剩餘部分液體回流至第一循環區1-1，再由第一循環區1-1進入第二循環區1-2，從而形成兩級內循環。經過左導流板9及右導流板28後繼續向上的液體和沼氣進入分離區II後被對應集氣室收集，一部分沼氣通過氣體循環管21進行回流，大部分沼氣經由對應集氣管後由總集氣管17進行收集，液體溢流至溢流堰16內通過出水管/液體循環管22排出。
【權利要求】
1.一種兩段內循環一體式矩形厭氧消化器，包括殼體，其特徵在於，殼體的內部空間由下至上至少分為循環反應區(I)及分離區(II)，循環反應區(I)至少包括上下布置的兩個循環區，由下至上分別為用於消耗鹼度的第一循環區(1-1)及用於產生鹼度的第二循環區(1-2)，至少在第一循環區(1-1)內布置一第一布料器(31)，有機廢水通過設於殼體上的進料管(35)經由第一布料器(31)直接進入第一循環區(1-1)內，有機廢水在殼體內上升過程中自第一循環區(1-1)溢出後，部分回流至第一循環區(1-1)形成第一級循環，剩餘部分則進入第二循環區(1-2)，有機廢水在上升過程中自第二循環區(1-2)溢出後，部分回流至第二循環區(1-2)形成第二級循環，剩餘部分則回流至第一循環區(1-1)後再經第二循環區(1-2)形成兩級內循環，經由進料管(35)直接進入第一循環區(1-1)，出第二循環區(1-2)繼續向上的液體及氣體進入分離區(II)； 分離區(II)包括多個集氣室，在集氣室的上方設有溢流堰(16)，由各個集氣室收集的氣體統一經由設於殼體頂部的總集氣管(17)排出。
2.如權利要求1所述的一種兩段內循環一體式矩形厭氧消化器，其特徵在於，用於形成所述第一循環區(1-1)及所述第二循環區(1-2)的機構的結構相同，包括左右對稱布置的折流板，每塊折流板均採用漸縮漸擴結構，每塊折流板的前、後兩側邊緣分別與所述殼體的前側壁及後側壁相連，兩塊折流板間形成所述第一循環區(1-1)或所述第二循環區(1-2)，通過兩塊折流板的漸縮漸擴結構使得所述第一循環區(1-1)或所述第二循環區(1-2)形成局部渦旋流態，兩塊折流板的左右兩側分別與所述殼體的左側壁及右側壁間留有回流空間。
3.如權利要求2所述的一種兩段內循環一體式矩形厭氧消化器，其特徵在於，每塊所述折流板在中部彎折，彎折處的夾角α為110?130°。
4.如權利要求1所述的一種兩段內循環一體式矩形厭氧消化器，其特徵在於，在所述第二循環區(1-2)內布置有第二布料器(29)，第二布料器(29)與設於所述殼體上的回流管(34)相連通； 在所述殼體上設有氣體循環管(21)，氣體循環管(21)位於所述溢流堰(16)的上方，在啟動期和負荷較低時，氣體循環管(21)與回流管(34)相連通，由所述集氣室收集的氣體中的部分通過氣體循環管(21)、回流管(34)及第二布料器進入所述第二循環區(1-2)以增加相間傳質。
5.如權利要求4所述的一種兩段內循環一體式矩形厭氧消化器，其特徵在於，在所述殼體上靠近所述溢流堰(16)的位置處設有出水管/液體循環管(22)，進入所述溢流堰(16)的液體或經由出水管/液體循環管(22)直接出水，或者在需要對進水稀釋的時候將所述出水管/液體循環管(22)與所述回流管(34)相連通以稀釋進入所述殼體內的有機廢水。
6.如權利要求4所述的一種兩段內循環一體式矩形厭氧消化器，其特徵在於，所述第一布料器(31)與所述第二布料器(29)的結構相同，包括總進料管(29-1)，總進料管(29-1)兩側均連通有多根橫管(29-2)及斜管(29-3)，位於一側的橫管(29_2)及斜管(29-3)由疏到密間隔設置； 所述第一布料器(31)與所述第二布料器(29)布置至所述第一循環區(1-1)及所述第二循環區(1-2)內後，所述斜管(29-3)均處於斜向下狀態。
7.如權利要求1所述的一種兩段內循環一體式矩形厭氧消化器，其特徵在於，在所述循環反應區(I)內還設有用於實現導氣擋流功能的導氣擋流結構，導氣擋流結構位於所述第二循環區(1-2)的上方。
8.如權利要求7所述的一種兩段內循環一體式矩形厭氧消化器，其特徵在於，所述導氣擋流結構包括兩塊呈倒八字形布置的左導流板(9)及右導流板(28)，左導流板(9)及右導流板(28)的前、後側邊緣分別與所述殼體的前側壁與後側壁相連；左導流板(9)及右導流板(28)與水平面間的夾角β均為30?45° ;左導流板(9)及右導流板(28)水平寬度與導氣擋流結構的整體寬度之比均為(0.2?0.3): I。
9.如權利要求1所述的一種兩段內循環一體式矩形厭氧消化器，其特徵在於，所述集氣室有四個，分別為一號集氣室(11)、二號集氣室(27)及三號集氣室(25)，由傾斜放置的一號集氣板(12)、二號集氣板(10)、三號集氣板(26)、四號集氣板(24),及所述殼體,及左集氣孔板(13)、中集氣孔板(19)、右集氣孔板(2)圍成，其中: 一號集氣板(12)、二號集氣板(10)、三號集氣板(26)、四號集氣板(24)與水平面夾角Y均為60?75。； 位於兩側的一號集氣板(12)與所述殼體的左側壁(3)及位於上方的左集氣孔板(13)圍成區域為一號集氣室(11);位於兩側二號集氣板(10)與三號集氣板(26)及位於上方的中集氣孔板(19)圍成區域為二號集氣室(27);位於兩側的四號集氣板(24)與所述殼體的右壁(30)及位於上方的右集氣孔板(23)所圍成區域為三號集氣室(25)； 在左集氣孔板(13)、中集氣孔板(19)及右集氣孔板(23)上中部分別連接有左集氣管(14)、中集氣管(18)及右集氣管(20);由一號集氣室(11)、二號集氣室(27)及三號集氣室(25)收集氣體分別經由左集氣管(14)、中集氣管(18)及右集氣管(20)進入所述總集氣管(17)。
10.如權利要求9所述的一種兩段內循環一體式矩形厭氧消化器，其特徵在於，所述溢流堰(16)為矩形鋸齒形結構，位於所述左集氣孔板(13)、中集氣孔板(19)及右集氣孔板(23)的頂面，且與其呈正交布置；所述溢流堰(16)的左、右兩側邊緣分別與所述殼體的左、右兩側壁相連，所述溢流堰(16)的前、後兩側分別與所述殼體的前、後兩側壁間留有間隙。
【文檔編號】C02F3/28GK104370366SQ201410436276
【公開日】2015年2月25日 申請日期:2014年8月29日 優先權日:2014年8月29日
【發明者】陳小光, 向心怡, 謝學輝, 張萌, 沈忱思, 黃丹平, 林海波, 戴若彬, 張劍, 曾祥柳, 李崗, 徐正啟 申請人:東華大學, 四川理工學院