專利名稱：多旋流自適應多循環(huán)厭氧反應器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及大型或特大型厭氧廢水處理設備，尤其是涉及一種利用多旋流、多循環(huán)從而實現(xiàn)寬負載和高效強傳質(zhì)的多旋流自適應多循環(huán)厭氧反應器。
背景技術：
如何提高厭氧反應器的有機負荷、降低反應器的造價和運行成本一直是科技人員的努力方向。申請人的實用新型專利“新型旋流自驅(qū)動傳質(zhì)厭氧反應器(專利號ZL03227936.1)”是一種將強化傳質(zhì)過程與保持較高污泥濃度有機地結(jié)合在一起的厭氧廢水處理設備，并在2004年申請了可與之配套實施的發(fā)明專利“自調(diào)整旋流氣液分離器(申請?zhí)枮?00410017733.2)”。在該發(fā)明專利的下反應室中，由于旋流布水，主反應區(qū)內(nèi)消化液的運動可分解為三種運動的合成，即切向運動、徑向運動和軸向運動，三種運動的速率決定著污泥的動態(tài)分布、傳質(zhì)的速度和效率，也在一定程度上決定著顆粒污泥形成的結(jié)構和外形；而旋流布水的狀態(tài)參數(shù)決定著所需外界能量的大小(即主要運行成本)。在直徑＞8m、容積＞1500m3、高度＞13m的大型或特大型厭氧反應器的改造和設計中，申請人發(fā)現(xiàn)了以下問題(1)過大的旋流(渦結(jié)構)需要很大的耗散能量才能維持，否則會變成隨機小渦，不能達到有效橫向攪拌的目的；(2)過大旋流帶來了過大的切向、徑向、軸向速度的差異，這不是有效傳質(zhì)過程所需要的；且局部軸向速度過大，對污泥有不良的抬升作用；(3)高徑比問題眾所周知，相同容量高徑比為1時，材料最省；高徑比越大，從上部引出、下部輸入相同數(shù)量廢水時，所需能量越大。故大型或特大型厭氧反應器高徑比通常設計為小于1.5；此時，循環(huán)厭氧反應器的下反應室高徑比小于1，為扁平狀。對于扁平狀主反應區(qū)，采用單旋流布水極為困難，且極容易產(chǎn)生紊流，抬升污泥，引起污泥的流失。

發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的在于為大型或特大型有機廢水厭氧消化處理提供一種將強化傳質(zhì)過程與保持較高污泥濃度有機地結(jié)合在一起、能適應寬負載、處理效能高、結(jié)構簡單、造價和運行成本低的多旋流自適應多循環(huán)厭氧反應器。
本實用新型的目的是這樣實現(xiàn)的本實用新型包括反應器殼體、旋流式氣液分離器、倒漏斗形的旋流式布水器、沼氣能量轉(zhuǎn)換裝置、進水總管和出水管，反應器殼體由上反應室和下反應室組成，帶沼氣導管的氣液分離器安裝在上反應室的頂部，進水總管安裝在下反應室外的底部，沼氣能量轉(zhuǎn)換裝置由主集氣罩、主沼氣提升管、輔集氣罩、輔沼氣提升管和下行循環(huán)管組成，在上反應室中設置有輔集氣罩，在下反應室中的上部設置有主集氣罩，旋流式布水器安裝在下反應室內(nèi)的下部，進水支管的一端接進水總管，另一端穿過下反應室的側(cè)壁和旋流式布水器，出口貼在旋流式布水器的內(nèi)壁上，在上反應室的側(cè)壁上安裝有出水管，特征是在主集氣罩、輔集氣罩內(nèi)均放置有隔板，隔板將主集氣罩、輔集氣罩隔成偶數(shù)區(qū)段，在反應器殼體內(nèi)外的每一個區(qū)段內(nèi)放置有一套旋流式氣液分離器、旋流式布水器和沼氣能量轉(zhuǎn)換裝置。
主集氣罩、輔集氣罩均由向下開口的匯流槽和向下開口的集氣槽組成，集氣槽垂直連通于匯流槽的側(cè)壁上，主沼氣提升管的上端開口于氣液分離器內(nèi)，下端穿過輔集氣罩與主集氣罩內(nèi)的匯流槽相連，輔沼氣提升管的上端開口于氣液分離器內(nèi)，下端與輔集氣罩內(nèi)的匯流槽相連，下行循環(huán)管的上端接氣液分離器的底端，中間依次向下穿過輔集氣罩和主集氣罩，下端開口于旋流式布水器內(nèi)。
主沼氣提升管的上端、輔沼氣提升管的上端均切線方向開口于氣液分離器的側(cè)內(nèi)壁上，且主沼氣提升管的上端、輔沼氣提升管的上端產(chǎn)生的旋流方向一致。
匯流槽的形狀為“π”形，集氣槽的形狀為三角形，相鄰兩層集氣槽呈交錯覆蓋排列并留有讓污泥混合液通過的縫隙。
在反應器殼體內(nèi)均勻放置有偶數(shù)個旋流式布水器，旋流式布水器產(chǎn)生的旋流方向使得倆倆旋流交匯處保持同流向。
本實用新型保留了旋流自驅(qū)動傳質(zhì)厭氧反應器(ZL03227936.1)和自調(diào)整旋流氣液分離器(200410017733.2)的基本特點，對于大型或特大型厭氧反應器，本實用新型不僅造價和運行成本低，而且能依據(jù)良好的傳質(zhì)過程所需要的縱橫向初始流化速率，保持高污泥濃度及有利的分布，實現(xiàn)厭氧消化高效處理過程，它還增加了以下幾個特點(1)采用本實用新型，很容易設計和改造高徑比為1的大型厭氧反應器，所以工程材料和造價的最節(jié)省是顯而易見的；(2)輸入泵的能源消耗是厭氧反應器的主要運行成本之一，輸送同體積廢水能耗主要取決于進水總管壓力，總管進水壓力是由靜壓差及均勻布水阻力所構成。靜壓差隨高度下降而相應下降，而對應于旋流，均勻布水的阻力主要來自于克服轉(zhuǎn)動慣量而形成的阻力；眾所同知，轉(zhuǎn)動慣量為mr2，旋流(渦結(jié)構)需要的耗散能量與最大半徑R2成正比；因此，同體積廢水停留時間相同時，本實用新型結(jié)構運行能耗大幅度降低是顯而易見的；(3)在滿負荷、各循環(huán)系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)時，形成更加有序及均衡的壓力場的時均結(jié)構，壓力場的這一動態(tài)結(jié)構，可使厭氧反應器下反應室保持更高的污泥濃度和更均衡的污泥負荷，實現(xiàn)均衡的污泥和消化液之間的立體攪拌，即污泥與消化液的相對運動，更高的污泥濃度和更強化與均衡的傳質(zhì)過程，進一步提高了反應室的厭氧消化處理能力和效率；(4)顆粒污泥的形成，在相同生化條件下，主要取決于污泥在混合液中的相對運動和壓力場的時均結(jié)構，需要有污泥在其中的自旋運動，立體更加有序及均衡的相對運動和壓力場，有利于污泥在運動中培養(yǎng)和形成有良好沉降特性的顆粒污泥；(5)在氣泡運動特性的干涉下，與自調(diào)整旋流氣液分離器中闡述的反饋原理相同，多旋流多循環(huán)系統(tǒng)依據(jù)產(chǎn)氣情況的不同，壓力場的時均結(jié)構也會出現(xiàn)更大的非線性差異，壓力場的時均結(jié)構隨負載不同的自調(diào)整性，正是多旋流多循環(huán)反應器隨負載變化的自適應性；與自調(diào)整旋流氣液分離器的不同在于本實用新型中的旋流氣液分離器無需有啟動輔助沼氣提升管，可依據(jù)寬負荷的特點，由單個循環(huán)系統(tǒng)首先實現(xiàn)啟動運行，到產(chǎn)氣量大，增加負荷，多循環(huán)運行。
(6)旋流式布水器均勻分布，且旋流式布水器產(chǎn)生的旋流方向使得倆倆旋流交匯處保持同流向，這樣有利于節(jié)省運行能量、避免紊流的產(chǎn)生。
綜上所述，本實用新型突破了內(nèi)循環(huán)厭氧反應器原有的一些表觀現(xiàn)象和觀念，針對大型厭氧消化處理的實際情況，具有負載自適應功能、有利于顆粒污泥培養(yǎng)和形成、能將保持高污泥濃度與更均衡污泥負載、強化傳質(zhì)過程有機結(jié)合在一起、處理效能高、結(jié)構簡單、造價和運行成本低的優(yōu)點，是一種新的大型有機廢水厭氧處理設備。


圖1為本實用新型的結(jié)構示意圖。
具體實施方式
下面結(jié)合實施例并對照附圖對本實用新型作進一步詳細說明。
本實用新型包括反應器殼體5、旋流式氣液分離器2、倒漏斗形的旋流式布水器11、沼氣能量轉(zhuǎn)換裝置21、進水總管13和出水管14，反應器殼體5由上反應室6和下反應室10組成，帶沼氣導管1的氣液分離器2安裝在上反應室6的頂部，進水總管13安裝在下反應室10外的底部，沼氣能量轉(zhuǎn)換裝置21由主集氣罩9、主沼氣提升管3、輔集氣罩7、輔沼氣提升管4和下行循環(huán)管8組成，在上反應室6中設置有輔集氣罩7，在下反應室10中的上部設置有主集氣罩9，旋流式布水器11安裝在下反應室10內(nèi)的下部，進水支管12的一端接進水總管13，另一端穿過下反應室10的側(cè)壁和旋流式布水器11，出口貼在旋流式布水器11的內(nèi)壁上，在上反應室6的側(cè)壁上安裝有出水管14，在主集氣罩9內(nèi)放置有下隔板20，在輔集氣罩7內(nèi)放置有上隔板17，上隔板17和下隔板20將主集氣罩9、輔集氣罩7隔成偶數(shù)區(qū)段，在反應器殼體5內(nèi)外的每一個區(qū)段內(nèi)放置有一套旋流式氣液分離器2、旋流式布水器11和沼氣能量轉(zhuǎn)換裝置21。
主集氣罩9由向下開口的下匯流槽18和向下開口的下集氣槽19組成，輔集氣罩7由向下開口的上匯流槽15和向下開口的上集氣槽16組成，下集氣槽19垂直連通于下匯流槽18的側(cè)壁上，上集氣槽16垂直連通于上匯流槽15的側(cè)壁上，主沼氣提升管3的上端開口于氣液分離器2內(nèi)，下端穿過輔集氣罩7與主集氣罩9內(nèi)的下匯流槽18相連，輔沼氣提升管4的上端開口于氣液分離器2內(nèi)，下端與輔集氣罩7內(nèi)的上匯流槽15相連，下行循環(huán)管8的上端接氣液分離器2的底端，中間依次向下穿過輔集氣罩7和主集氣罩9，下端開口于旋流式布水器11內(nèi)。
上匯流槽15、下匯流槽18的形狀均為“π”形，上集氣槽16、下集氣槽19的形狀均為三角形，主集氣罩9、輔集氣罩7中的相鄰兩層集氣槽均呈交錯覆蓋排列并留有讓污泥混合液通過的縫隙。
主沼氣提升管3的上端、輔沼氣提升管4的上端均切線方向開口于氣液分離器2的側(cè)內(nèi)壁上，且主沼氣提升管3的上端、輔沼氣提升管4的上端產(chǎn)生的旋流方向一致。
在反應器殼體5內(nèi)均勻放置有偶數(shù)個旋流式布水器2，旋流式布水器2產(chǎn)生的旋流方向使得倆倆旋流交匯處保持同流向。
進入下反應室10內(nèi)的有機廢水在下反應室10被消化轉(zhuǎn)化成沼氣，沼氣上升進入下集氣槽19，然后橫向流動進入下匯流槽18，然后與發(fā)酵液一道進入主沼氣提升管3，被提升的液體從主沼氣提升管3上端進入氣液分離器2，沼氣被分離，通過沼氣導管1進入沼氣輸配系統(tǒng)，分離出沼氣后的發(fā)酵液通過下行循環(huán)管8進入旋流式布水器11，并與有機廢水相混合；厭氧消化液則經(jīng)過下集氣槽19之間的縫隙進入上反應室6，沼氣再次進入上集氣槽16，然后橫向流動進入上匯流槽15，被提升的液體從輔沼氣提升管4上端進入氣液分離器2，沼氣被分離，通過沼氣導管1進入沼氣輸配系統(tǒng)，分離出沼氣后的發(fā)酵液通過下行循環(huán)管8進入旋流式布水器11，并與有機廢水相混合。
權利要求1.一種多旋流自適應多循環(huán)厭氧反應器，包括反應器殼體(5)、旋流式氣液分離器(2)、倒漏斗形的旋流式布水器(11)、沼氣能量轉(zhuǎn)換裝置(25)、進水總管(13)和出水管(14)，反應器殼體(5)由上反應室(6)和下反應室(10)組成，帶沼氣導管(1)的氣液分離器(2)安裝在上反應室(6)的頂部，進水總管(13)安裝在下反應室(10)外的底部，沼氣能量轉(zhuǎn)換裝置(25)由主集氣罩(9)、主沼氣提升管(3)、輔集氣罩(7)、輔沼氣提升管(4)和下行循環(huán)管(8)組成，在上反應室(6)中設置有輔集氣罩(7)，在下反應室(10)中的上部設置有主集氣罩(9)，旋流式布水器(11)安裝在下反應室(10)內(nèi)的下部，進水支管(12)的一端接進水總管(13)，另一端穿過下反應室(10)的側(cè)壁和旋流式布水器(11)，出口貼在旋流式布水器(11)的內(nèi)壁上，在上反應室(6)的側(cè)壁上安裝有出水管(14)，其特征在于在主集氣罩(9)內(nèi)放置有下隔板(20)，在輔集氣罩(7)內(nèi)放置有上隔板(17)，上隔板(17)和下隔板(20)將主集氣罩(9)、輔集氣罩(7)隔成偶數(shù)區(qū)段，在反應器殼體(5)內(nèi)外的每一個區(qū)段內(nèi)放置有一套旋流式氣液分離器(2)、旋流式布水器(11)和沼氣能量轉(zhuǎn)換裝置(21)。
2.如權利要求1所述的多旋流自適應多循環(huán)厭氧反應器，其特征在于主集氣罩(9)由向下開口的下匯流槽(18)和向下開口的下集氣槽(19)組成，輔集氣罩(7)由向下開口的上匯流槽(15)和向下開口的上集氣槽(16)組成，下集氣槽(19)垂直連通于下匯流槽(18)的側(cè)壁上，上集氣槽(16)垂直連通于上匯流槽(15)的側(cè)壁上，主沼氣提升管(3)的上端開口于氣液分離器(2)內(nèi)，下端穿過輔集氣罩(7)與主集氣罩(9)內(nèi)的下匯流槽(18)相連，輔沼氣提升管(4)的上端開口于氣液分離器(2)內(nèi)，下端與輔集氣罩(7)內(nèi)的上匯流槽(15)相連，下行循環(huán)管(8)的上端接氣液分離器(2)的底端，中間依次向下穿過輔集氣罩(7)和主集氣罩(9)，下端開口于旋流式布水器(11)內(nèi)。
3.如權利要求1或2所述的多旋流自適應多循環(huán)厭氧反應器，其特征在于上匯流槽(15)、下匯流槽(18)的形狀均為“π”形，上集氣槽(16)、下集氣槽(19)的形狀均為三角形，主集氣罩(9)、輔集氣罩(7)中的相鄰兩層集氣槽均呈交錯覆蓋排列并留有讓污泥混合液通過的縫隙。
4.如權利要求3所述的多旋流自適應多循環(huán)厭氧反應器，其特征在于主沼氣提升管(3)的上端、輔沼氣提升管(4)的上端均切線方向開口于氣液分離器(2)的側(cè)內(nèi)壁上，且主沼氣提升管(3)的上端、輔沼氣提升管(4)的上端產(chǎn)生的旋流方向一致。
5.如權利要求4所述的多旋流自適應多循環(huán)厭氧反應器，其特征在于在反應器殼體(5)內(nèi)均勻放置有偶數(shù)個旋流式布水器(2)，旋流式布水器(2)產(chǎn)生的旋流方向使得倆倆旋流交匯處保持同流向。
專利摘要本實用新型公開了一種多旋流自適應多循環(huán)厭氧反應器，它包括反應器殼體、氣液分離器、旋流式布水器、沼氣能量轉(zhuǎn)換裝置等，特征是在隔板將主集氣罩、輔集氣罩隔成偶數(shù)區(qū)段，在反應器殼體內(nèi)外的每一個區(qū)段內(nèi)放置有一套旋流式氣液分離器、旋流式布水器和沼氣能量轉(zhuǎn)換裝置。主集氣罩、輔集氣罩均由匯流槽和集氣槽組成。本實用新型保留了旋流自驅(qū)動傳質(zhì)厭氧反應器(ZL03227936.1)和自調(diào)整旋流氣液分離器(200410017733.2)的基本特點，本實用新型具有負載自適應動能、有利于顆粒污泥培養(yǎng)和形成、能將保持高污泥濃度與更均衡污泥負載、強化傳質(zhì)過程有機結(jié)合在一起、處理效能高、結(jié)構簡單、造價和運行成本低的優(yōu)點，是一種新的大型有機廢水厭氧處理設備。
文檔編號C02F11/04GK2700319SQ20042002328
公開日2005年5月18日 申請日期2004年5月28日 優(yōu)先權日2004年5月28日
發(fā)明者陳協(xié), 邵希豪, 吳九九 申請人:陳協(xié), 邵希豪, 吳九九