处理低浓度废水的变径式自助凝厌氧反应器的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种处理低浓度废水的变径式自助凝厌氧反应器，属于废水处理技术领域。所述变径式自助凝厌氧反应器自下而上依次包括一段、二段、三段、四段和五段五部分，其中：所述一段为圆锥形结构，所述三段为截锥体结构，所述二段、四段和五段为圆柱体结构；所述一段与二段的连接处设置有第一回流支管，所述一段的底部设有进水管，所述一段的中部设有排泥管。通过改变反应器内径、增加污泥回流循环及颗粒污泥自助凝方式，使污泥与污水更加充分接触，增强传质，降低污泥流失量，显著提高了处理效率，特别适用于低浓度废水处理。
【专利说明】
处理低浓度废水的变径式自助凝厌氧反应器
技术领域
[0001]本发明涉及废水处理领域，特别是指一种处理低浓度废水的变径式自助凝厌氧反应器。【背景技术】
[0002]在废水处理技术领域，上流式厌氧污泥床反应器(UASB)是目前使用最为广泛的厌氧反应器。污水自下而上通过UASB，反应器底部有一个高浓度、高活性的污泥床，污水中的大部分有机污染物在此间经过厌氧发酵降解为甲烷和二氧化碳。因水流和气泡的搅动，污泥床之上有一个污泥悬浮层。反应器上部有设有三相分离器，用以分离消化气、消化液和污泥颗粒。消化气自反应器顶部导出；污泥颗粒自动滑落沉降至反应器底部的污泥床;消化液从澄清区出水。
[0003]在实际运行中，上流式厌氧污泥床反应器(UASB)负荷能力很大，适用于高浓度有机废水的处理，不需要搅拌，能适应较大幅度的负荷冲击、温度和pH变化也大，具有很高的有机污染物去除率。但是，在传质均匀性、启动等方面仍需进一步提高，特别是在低进水浓度条件下，存在厌氧颗粒污泥形成缓慢，以及高水力负荷条件下易造成污泥流失等突出问题。
[0004]针对UASB存在的问题，许多研究者进行了技术改进，如专利号为CN 103395955的发明中，反应器顶部设置了污泥反向提升回流装置，所述污泥反向提升回流装置与气水分离装置相连接，污泥在重力和反向提升力作用下向升流反应区底部高速运行并形成旋流， 与向上运行的污水形成剧烈传质，特别适用于高浓度水质和可生化差的污水处理。专利号为CN 103011402的发明通过高浓度污泥和高浓度废水产生的沼气实现气提双循环。现有技术中，改进的反应器均适于高浓度废水的处理，但对于低浓度废水处理仍然存在颗粒污泥形成缓慢及高水力负荷条件下易造成污泥流失等的突出问题。
【发明内容】
[0005]本发明要解决的技术问题是提供一种处理效率高、启动时间短、出水水质稳定、适应于低浓度废水处理的变径式自助凝厌氧反应器。
[0006]为解决上述技术问题，本发明提供技术方案如下:
[0007]—种处理低浓度废水的变径式自助凝厌氧反应器，所述变径式自助凝厌氧反应器自下而上依次包括一段、二段、三段、四段和五段五部分，其中:
[0008]所述一段为圆锥形结构，所述三段为截锥体结构，所述二段、四段和五段为圆柱体结构；
[0009]所述一段与二段的连接处设置有第一回流支管，所述一段的底部设有进水管，所述一段的中部设有排泥管；
[0010]所述三段的中部设有第二回流支管；
[0011]所述四段的内部设有三相分离器和污泥沉降管；
[0012]所述五段的内部设有出水堰和排气管;所述排气管与所述三相分离器相连接；
[0013]所述变径式自助凝厌氧反应器的外部设置有第一回流栗和第二回流栗，所述第一回流支管与所述第一回流栗的入口相连接，所述第一回流栗的出口与所述污泥沉降管相连接；
[0014]所述第二回流支管与所述第二回流栗的入口相连接，所述第二回流栗的出口也与所述污泥沉降管相连接。
[0015]进一步的，所述第一回流支管和第二回流支管的外壁上分布有孔径为40?60mm的穿孔，所述污泥沉降管为环形结构且底部设有通孔，所述通孔的孔径与所述穿孔的孔径相同，其中孔径的大小视反应器负荷能力大小而定。
[0016]进一步的，所述四段的直径是所述二段的直径的1.5?2倍。[〇〇17]进一步的，所述一段、二段、三段与四段的高度比为1:4:1:4。
[0018]进一步的，所述出水堰上设置有出水管。
[0019]进一步的，所述变径式自助凝厌氧反应器的高度与所述二段的直径的比值为4? 5:1〇
[0020]本发明具有以下有益效果:[0021 ] 本发明的变径式自助凝厌氧反应器运行时，废水通过进水管进入该反应器，在上升水流的作用下，底部污泥处于悬浮状态，到反应器三段处开始内径逐渐增大，上升流速逐渐降低，沉降性能好的污泥悬浮或下沉至二段底部，沉降性能较差的污泥(包括部分细小的颗粒污泥)随水流缓慢上升且大多悬浮于反应器三段至四段底部处，增大反应器内径使得废水上升流速降低，污泥流失量明显降低，有效的解决了低浓度废水在高水力负荷条件下易造成污泥流失的突出问题，保证了出水水质的稳定性;在进水流量一定时，由于污泥沉降性能的不同，污泥分布于反应器内不同的高度。在一段和二段的连接处和三段的中部设置有回流支管，利用污泥回流栗将沉降性能好及沉降性能较差污泥通过回流支管到达污泥沉降管部位，进而通过污泥回流栗实现污泥回流循环，这样就能使尽可能多的污泥参与回流循环;泥水逆向接触，传质剧烈，且回流循环过程中的剪切力有利于污泥颗粒化，较大幅度缩短启动时间；回流循环中，沉降性能好的颗粒污泥通过污泥沉降管沉降过程中与沉降性能较差的絮状污泥相接触，细小的颗粒污泥被絮状污泥包裹并作为絮状污泥的颗粒晶核， 无需额外添加颗粒晶核，自助凝作用即可促进絮状污泥向颗粒污泥的转变，较大幅度缩短启动时间，解决了低浓度废水条件下颗粒污泥形成缓慢的突出问题，本发明特别适用于低浓度废水的处理。【附图说明】
[0022]图1为本发明的变径式自助凝厌氧反应器的结构示意图。
[0023]图2是本发明的变径式自助凝厌氧反应器中污泥回流支管的俯视图。
[0024]图3是本发明的变径式自助凝厌氧反应器中污泥沉降管的俯视图。
[0025]图4是本发明的变径式自助凝厌氧反应器中培养出的厌氧颗粒污泥数码照片图。【具体实施方式】
[0026]为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
[0027]如图1所示，本发明的处理低浓度废水的变径式自助凝厌氧反应器自下而上的包括I段、n段、m段、IV段和v段五部分，其中:[〇〇28] I段为圆锥形结构，m段为截锥体结构，n段、iv段和v段为圆柱体结构；
[0029] I段与n段的连接处设置有第一回流支管3，1段的底部设有进水管，I段的中部设有排泥管；[〇〇3〇] m段的中部设有第二回流支管5;
[0031] IV段的内部设有三相分离器8和污泥沉降管7;[〇〇32] V段的内部设有出水堰9和排气管10;排气管10与三相分离器8相连接；
[0033]变径式自助凝厌氧反应器的外部设置有第一回流栗4和第二回流栗6,第一回流支管3与第一回流栗4的入口相连接，第一回流栗4的出口与污泥沉降管7相连接；
[0034]第二回流支管5与第二回流栗6的入口相连接，第二回流栗6的出口也与所述污泥沉降管7相连接，线性部分12为管道。
[0035]本发明的处理低浓度废水变径式自助凝厌氧反应器运行时，废水通过进水管进入该反应器，在上升水流的作用下，底部污泥处于悬浮状态，到反应器m段处开始内径逐渐增大，上升流速逐渐降低，沉降性能好的污泥悬浮或下沉至反应器n段底部处，沉降性能较差的污泥(包括部分细小的颗粒污泥)随水流缓慢上升且大多悬浮于反应器m-1v段处，增大反应器内径使得废水上升流速降低，污泥流失量明显降低，有效的解决了低浓度废水在高水力负荷条件下易造成污泥流失的突出问题，保证了出水水质的稳定性;在进水流量一定时，由于污泥沉降性能的不同，污泥分布于反应器内不同的高度。在I段与n段连接处及m 段中部处设置回流支管，利用污泥回流栗将沉降性能好及沉降性能较差的污泥通过回流支管到达污泥沉降管，进而通过污泥沉降管底部的通孔实现污泥回流循环，这样就能使尽可能多的污泥参与回流循环;泥水逆向接触，传质剧烈，且回流循环过程中的剪切力有利于污泥颗粒化，较大幅度缩短启动时间；回流循环中，沉降性能好的颗粒污泥通过污泥沉降管通孔与沉降性能较差的絮状污泥相接触，细小的颗粒污泥被絮状污泥包裹并作为絮状污泥的颗粒晶核，无需额外添加颗粒晶核，自助凝作用即可促进絮状污泥向颗粒污泥的转变，较大幅度缩短启动时间，解决了低浓度废水条件下颗粒污泥形成缓慢的突出问题，特别适用于低浓度废水的处理。[〇〇36]作为本发明的一种改进，第一回流支管5和第二回流支管3,如图2所示，外壁上分布有孔径为40?60mm的穿孔13,孔径的大小为常规厌氧颗粒污泥直径的10?15倍，在污泥回流循环过程中，颗粒污泥可以顺利通过回流支管沉降至反应器底部，污泥沉降管7为环形结构可以使颗粒污泥均匀向下沉降，如图3所示，底部设有通孔14,通孔的孔径与穿孔13的孔径相同，其中孔径的大小视反应器的负荷能大小而定，使尽可能多的污泥参与回流循环， 泥水逆向接触，传质剧烈，且回流过程中的剪切力有利于污泥颗粒化，较大幅度缩短启动时间，污泥沉降管底部穿孔，上部封闭减轻对反应器IV段上部的扰动以达到减少污泥流失的目的。[〇〇37]需要说明的是，回流支管和污泥沉降管的结构及数量设置方式除了上述优选结构夕卜，还可以采用本领域技术人员能够想到的符合前述原则的各种结构，均不影响本发明技术方案的实现。
[0038] 优选的，IV段的直径是n段的直径的1.5?2倍，废水通过进水管进入反应器内，在上升水流的作用下，底部污泥处于悬浮状态，到反应器m段处内径逐渐增大，上升流速逐渐降低，沉降性能好的污泥悬浮或下沉至反应器n段内，沉降性能较差的污泥(包括部分细小的颗粒污泥)随水流缓慢上升且大多悬浮于反应器m-1v段内，增大反应器内径使得废水上升流速降低，污泥流失量明显降低，保证了出水水质的稳定性，有效的解决了低浓度废水在高水力负荷条件下易造成污泥流失的突出问题，保证了出水水质的稳定性。[〇〇39]优选的，I段、n段、m段与iv段的高度比为1:4:1:4,合理设置反应器高度比例，使污泥在反应器内部有充足的污泥回流循环区域，减少了污泥的流失。
[0040] 优选的，出水堰10上设置有出水管12，将分离出的水导出。[0041 ]优选的，变径式自助凝厌氧反应器的高度与n段的直径的比值为4?5:1。[〇〇42]结合本领域的常规使用方法，对上述变径式自助凝厌氧反应器的处理效果进行举例说明。[〇〇43] 实施例1[〇〇44] 本实施例中采集样本为低浓度废水生活污水(C0D值300?500mg/L)，温度为18? 25°C，水力停留时间(HRT)为5?8h，污泥回流比为3:1。接种污泥来自污水处理厂厌氧池，其污泥指数(SVI)值为120mL/g，混合液挥发性悬浮固体浓度(MLVSS)值为14.0g/L。在上述条件下该变径式自助凝厌氧反应器运行2个月后，反应器出水C0D值为31.2?52.0mg/L，C0D去除率为89.6%，生化需氧量(B0D5)去除率为93.8%，悬浮固体(SS)去除率为90 %。
[0045]如图4所示，为该反应器培养出的厌氧颗粒污泥数码照片图，颗粒污泥呈黑色密实球形或椭球形，有光泽，其平均粒径为1.35mm(部分颗粒污泥粒径达到2.8mm)。
[0046]本实施例使用的变径式自助凝厌氧反应器结构自下而上依次包括I段、n段、m 段、IV段和v段五部分，I段为圆锥形结构，m段为截锥体结构，n段、IV段和v段为圆柱体结构，I段与n段的连接处设置有第一回流支管3，i段的底部设有进水管1，一段的中部设有排泥管2，m段的中部设有第二回流支管5，IV段的内部设有三相分离器9和污泥沉降管7，V 段的内部设有出水堰10和排气管11，排气管11与三相分离器9相连接，变径式自助凝厌氧反应器的外部设置有第一回流栗4和第二回流栗6,第一回流支管3与第一回流栗4的入口相连接，第一回流栗4的出口与污泥沉降管7相连接;第二回流支管5与第二回流栗6的入口相连接，第二回流栗6的出口也与污泥沉降管7相连接；
[0047]第一回流支管3和第二回流支管5在反应器内部的部分的外壁上分布有孔径为 50mm的穿孔13,污泥沉降管7为环形结构且底部设有50mm的通孔14，IV段的直径是II段的直径的2倍，I段、n段、m段与IV段的高度比为1:4:1:4，反应器的高度与n段的直径的比值为 4:1 〇
[0048]对比例1[〇〇49] 本实施例中使用传统的UASB反应器，该反应器未经过变径及设置回流支管和污泥沉降管改进处理，其他条件都与实施例1相同。
[0050] 采集样本为低浓度废水生活污水(C0D值300?500mg/L)，温度为18?25°C，水力停留时间(HRT)为5?8h，污泥回流比为3:1。接种污泥来自污水处理厂厌氧池，其污泥指数 (3￥1)值为12〇111178，混合液挥发性悬浮固体浓度(111^33)值为14.08/1。在上述条件下在常规反应器运行2个月后，反应器出水⑶D值为153?255mg/L，⑶D去除率为51%，生化需氧量(BOD5)去除率为63%，悬浮固体(SS)去除率为60%。
[0051]综上，由本发明提供的处理低浓度废水的变径式自助凝厌氧反应器污泥流失量少，处理效率高。[〇〇52]以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种处理低浓度废水的变径式自助凝厌氧反应器，其特征在于，所述变径式自助凝 厌氧反应器自下而上依次包括一段、二段、三段、四段和五段五部分，其中:所述一段为圆锥形结构，所述三段为截锥体结构，所述二段、四段和五段为圆柱体结 构；所述一段与二段的连接处设置有第一回流支管，所述一段的底部设有进水管，所述一 段的中部设有排泥管；所述三段的中部设有第二回流支管；所述四段的内部设有三相分离器和污泥沉降管；所述五段的内部设有出水堰和排气管;所述排气管与所述三相分离器相连接；所述变径式自助凝厌氧反应器的外部设置有第一回流栗和第二回流栗，所述第一回流 支管与所述第一回流栗的入口相连接，所述第一回流栗的出口与所述污泥沉降管相连接；所述第二回流支管与所述第二回流栗的入口相连接，所述第二回流栗的出口也与所述 污泥沉降管相连接。2.根据权利要求1所述的处理低浓度废水的变径式自助凝厌氧反应器，其特征在于，所 述第一回流支管和第二回流支管的外壁上分布有孔径为40?60mm的穿孔，所述污泥沉降管 为环形结构且底部设有通孔，所述通孔的孔径与所述穿孔的孔径相同。3.根据权利要求2所述的处理低浓度废水的变径式自助凝厌氧反应器，其特征在于，所 述四段的直径是所述二段的直径的1.5?2倍。4.根据权利要求3所述的处理低浓度废水的变径式自助凝厌氧反应器，其特征在于，所 述一段、二段、三段与四段的高度比为1:4:1:4。5.根据权利要求4所述的处理低浓度废水的变径式自助凝厌氧反应器，其特征在于，所 述出水堰上设置有出水管。6.根据权利要求1-5任一所述的处理低浓度废水的变径式自助凝厌氧反应器，其特征 在于，所述变径式自助凝厌氧反应器的高度与所述二段的直径的比值为4?5:1。
【文档编号】C02F3/28GK105948245SQ201610579019
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年7月21日
【发明人】黄理辉, 刘扬扬, 刘高风, 王闯, 董桂花, 吴雪媛
【申请人】山东大学