一種折流式厭氧反應器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種折流式厭氧反應器，包括本體和與本體相配合的蓋，在所述的本體內(nèi)設有若干個擋板，擋板將本體內(nèi)部空間分割成多個反應室，各反應室的容積互不相同，由內(nèi)向外，各擋板高度依次降低；在所述的蓋上設有與擋板相配合使用的套板；在所述的本體底部設有污泥入口，在所述的本體側(cè)邊上設有水出口，在所述的蓋設有氣出口。該折流式厭氧反應器，能實現(xiàn)足夠高的污泥停留時間，在反應器內(nèi)固液充分混合接觸，可保證微生物的良好生長。本反應器將內(nèi)部分成三層，并通過調(diào)整每層的容積，使廢水在每段的停留時間不同，來實現(xiàn)在不同層的微生物具有不同的環(huán)境特性。具有很好的實用性。
【專利說明】一種折流式厭氧反應器
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明屬于污泥處理【技術(shù)領域】，具體涉及ー種折流式厭氧反應器。
【背景技術(shù)】
[0002]制漿廢液是目前最難生物降解而且污染最嚴重的污染物之一，其主要表現(xiàn)為:污染負荷重、色度深、堿性大、難生物降解物含量高。目前制漿廢水可通過厭氧生物處理來減少污染，但由于許多高效厭氧反應器對制漿黑液處理效果不好，因此還需要設計更合理、更高效的厭氧反應器來解決制漿黑液的污染問題。
[0003]由于厭氧微生物生長緩慢，世代時間長，故在反應器內(nèi)保持大量的活性微生物(污泥)和足夠長的污泥齡是提高反應效率和反應器成敗的關(guān)鍵。本著這一原則，有人采用生物膜固定化技術(shù)和培養(yǎng)易沉淀厭氧污泥(顆粒污泥)的方式開發(fā)出了第二代厭氧反應器，如AF、UASB, AFB和ABR等。但是ー個新型高效的厭氧反應器，除了應滿足上述原則外，還應使生物污泥能夠與進水基質(zhì)充分混合接觸，以保證微生物能夠充分發(fā)揮其活性，降解水中的基質(zhì)；同時，反應器作為提供微生物生長繁殖的微型生態(tài)系統(tǒng)，各類微生物的平穩(wěn)生長，物質(zhì)和能量流動的高效順暢，是保持系統(tǒng)持續(xù)穩(wěn)定的必要條件。如何培養(yǎng)和保持微生物的平衡生長已成為高效反應器的重要設計思路。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]發(fā)明目的:針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明的目的是提供一種折流式厭氧反應器，可以高效地去除制漿造紙過程中產(chǎn)生的黑液。
[0005]技術(shù)方案:為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
ー種折流式厭氧反應器，包括本體和與本體相配合的蓋在所述的本體內(nèi)設有若干個擋板，擋板將本體內(nèi)部空間分割成多個反應室，各反應室的容積互不相同，由內(nèi)向外，各擋板高度依次降低；在所述的蓋上設有與擋板相配合使用的套板；在所述的本體底部設有污泥入ロ，在所述的本體側(cè)邊上設有水出ロ，在所述的蓋設有氣出ロ。
[0006]所述的擋板有兩個，將柱形本體內(nèi)部空間分割成依次由外向內(nèi)的第一反應室、第
二反應室和第三反應室。
[0007]所述的污泥入口在第一反應室、第二反應室和第三反應室的底部均有設置。
[0008]所述設在第一反應室、第二反應室和第三反應室的底部的各污泥入口通過污泥回流管路相連，在污泥回流管路上設有污泥回流泵。
[0009]在所述的本體的外壁上設有加熱夾套。
[0010]所述的加熱夾套通過循環(huán)加熱管路與恒溫水浴箱相連。
[0011]在所述的污泥入口與水出口之間連接有出水循環(huán)管路，在所述的出水循環(huán)管路上設有出水循環(huán)泵。
[0012]所述的污泥入口與高位箱相連。
[0013]在所述的第三反應室頂部設有三相分離器。[0014]折流式厭氧反應器，高600mm，直徑450mm，反應器由三層互相連通的隔室組成，內(nèi)層(第三反應室)容積1L，中層(第二反應室)容積3.6L，外層(第一反應室)容積5.4し反應器的保溫是通過最外層的水浴夾套實現(xiàn)的，水浴夾套內(nèi)水浴的溫度由超級恒溫水浴通過對水的持續(xù)熱交換來完成的。由于各隔室的容積不同，廢水在不同層的停留時間和上升流速不同，內(nèi)層上升流速較快，使污泥的顆?；龠M速度加快，而外層由于水力上升流速較慢，一方面能有較長的水力停留時間，另一方面也可以起到沉淀池的作用，將前兩層流失的污泥沉淀下來，同時，通過污泥回流泵可以將外層越來越多的污泥回流到前兩層，以彌補前面污泥量的減少。為了增加水力上升流速，加快溶液與污泥的混合，同時又要保障一定的水力停留時間，因此在流程中増加了出水循環(huán)泵。每ー層隔室均設有生物氣收集測量裝置，以便于研究不同隔室的生物氣產(chǎn)生量，從而了解不同隔室中發(fā)生的不同的生化反應。
[0015]有益效果:與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的折流式厭氧反應器具有的優(yōu)點包括:
(I)實現(xiàn)足夠高的污泥停留時間:本反應器，采用污泥內(nèi)循環(huán)的方式，來提高污泥停留時間。由于外層反應器的體積較大，水力上升流速比內(nèi)層小5.6倍，因此，污泥的攪動作用減少，有利于污泥停留在外層反應器中。另外，內(nèi)層反應器上裝有三相分離器，減少了由于內(nèi)層水流上升速度較快而導致的污泥流失。
[0016](2)固液充分混合接觸:本反應器采用污泥內(nèi)循環(huán)攪拌和廢水的外循環(huán)攪拌，從而保證固液能夠充分混合接觸，以提高傳質(zhì)效率。
[0017](3)保證微生物的良好生長:在各級分隔的單體中培養(yǎng)出合適的厭氧細菌群落，以適應相應的底物組分及環(huán)境因子。本反應器將內(nèi)部分成三層，并通過調(diào)整每層的容積，使廢水在每段的停留時間不同，來實現(xiàn)在不同層的微生物具有不同的環(huán)境特性。
[0018](4)本反應器對黑液COD的處理效率能達到60%，具有很好的實用性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1是折流式厭氧反應器的 結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是污泥濃度對黑液COD去除率的影響結(jié)果圖；
圖3是有機負荷對黑液處理效果的影響結(jié)果圖；
圖4是不同有機負荷下對黑液厭氧處理后各隔室的pH值的影響結(jié)果圖；
圖5是不同有機負荷下對黑液厭氧處理后各隔室的VFA的影響結(jié)果圖；
圖6是污泥濃度對pH值(處理前pH10.30)的影響結(jié)果圖；
圖7是不同反應室中pH值和VFA的影響結(jié)果圖；
圖8是污泥濃度對產(chǎn)氣量的影響結(jié)果圖；
圖9是黑液初始COD濃度對糖的去除率的影響結(jié)果圖；
圖10是出水力停留時間的影響結(jié)果圖；
圖11是上升流速對反應器中各隔室的COD的影響結(jié)果圖；
圖12是上升流速對反應器出水SS的影響結(jié)果圖；
圖13是動力學方程影響結(jié)果圖；
圖14是回流比對廢水COD去除率的影響結(jié)果圖。
【具體實施方式】[0020]下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明做進ー步的說明。
[0021]如圖1所示，折流式厭氧反應器主要由相配合的柱形本體I和與蓋5組成。在本體I內(nèi)設有若干個擋板6，擋板6將本體I內(nèi)部空間分割成多個反應室，由內(nèi)向外，各擋板6高度依次降低，這樣各反應室可形成依次串聯(lián)；擋板6優(yōu)選為有兩個，將本體I內(nèi)部空間分割成依次由外向內(nèi)的第一反應室2、第二反應室3和第三反應室4，在第三反應室4頂部設有三相分離器15。在蓋5上設有套板7，蓋合后，套板7可與其中一個擋板6套合，其中套板7的高度要小于本體I內(nèi)部空間的高度。在本體I底部設有污泥入口 16，可在第一反應室2、第二反應室3和第三反應室4的底部均有設置，且各污泥入ロ 16通過污泥回流管路相連，在污泥回流管路上設有污泥回流泵11，污泥入口 16與高位箱13相連。在本體I側(cè)邊靠上位置處設有水出ロ 9，在水出ロ 9與污泥入口 16之間連接有出水循環(huán)管路，在出水循環(huán)管路上設有出水循環(huán)泵12。在蓋5上設有氣出ロ 10。在本體I的外壁上設有加熱夾套8，加熱夾套8通過循環(huán)加熱管路與恒溫水浴箱14相連。
[0022]以下實施例進行的處理實驗，均使用該折流式厭氧反應器進行。
[0023]實施例1黑液初始COD濃度和污泥濃度對黑液COD去除率的影響 (I)污泥濃度對黑液處理效果的影響
改變反應器內(nèi)污泥濃度分別為2.0,4.0,6.0,8.0g/L，保持黑液COD濃度為4.0g/L，水力停留時間為2d，污泥回流比為100%，并適當添加營養(yǎng)液和微量元素母液，在反應器中進行厭氧處理，采用連續(xù)運行方式，在37°C恒溫條件下厭氧反應。測定黑液COD的變化。
[0024](2)黑液COD濃度對處理效果的影響
改變反應器的黑液COD濃度分別為2.0,4.0,6.0,8.0、10.0g/L，保持污泥濃度為5.0g/し水力停留時間為2d，污泥回·流比為100%，并適當添加營養(yǎng)液和微量元素母液，在反應器中進行厭氧處理，采用連續(xù)運行方式，在37°C恒溫條件下厭氧反應。測定黑液COD的變化。
[0025]結(jié)果如圖2所示，在不同的黑液初始濃度下，隨著污泥濃度的減小，COD的去除率呈逐漸減小的趨勢。污泥濃度，表示的是廢水處理時微生物數(shù)量的多少，COD表示的是廢水中有機物的濃度，而微生物數(shù)量越多，對于廢水中有機物的去除效果越好。由于制漿造紙的廢水種類多，且濃度大，還往往含有大量有毒物質(zhì)，而這些有毒物質(zhì)對厭氧微生物的抑制作用非常顯著，當黑液COD濃度增加時，厭氧生物處理的難度也有所増加，這就使厭氧污泥的馴化變得非常重要。由于厭氧微生物，特別是甲烷菌的繁殖很慢，厭氧反應器需要較長時間的啟動，才能使其中的微生物逐步適應黑液環(huán)境。
[0026]通常情況下，也可通過有機負荷來控制微生物的營養(yǎng)與微生物數(shù)量的比例。有機負荷是指単位容積的反應器在一定時間內(nèi)去除COD的量。從圖3可以看出，反應器在小于5kg COD/m3 ? d的較低有機負荷下，黑液COD的去除率較高，pH值降低得也較多(見圖4)。而揮發(fā)性脂肪酸VFA的變化則不大(見圖5)。
[0027]實施例2黑液初始COD濃度和污泥濃度對pH的影響 (I)污泥濃度對黑液處理效果的影響
改變反應器內(nèi)污泥濃度分別為2.0,4.0,6.0,8.0g/L，保持黑液COD濃度為4.0g/L，水力停留時間為2d，污泥回流比為100%，并適當添加營養(yǎng)液和微量元素母液，在反應器中進行厭氧處理，采用連續(xù)運行方式，在37°C恒溫條件下厭氧反應。測定黑液pH的變化。
[0028](2)黑液COD濃度對處理效果的影響改變反應器的黑液COD濃度分別為2.0,4.0,6.0,8.0、10.0g/L，保持污泥濃度為5.0g/し水力停留時間為2d，污泥回流比為100%，并適當添加營養(yǎng)液和微量元素母液，在反應器中進行厭氧處理，采用連續(xù)運行方式，在37°C恒溫條件下厭氧反應。測定黑液pH的變化。
[0029]厭氧生物處理過程，主要分為酸性發(fā)酵階段和堿性發(fā)酵階段，其中在酸性發(fā)酵階段，會產(chǎn)生大量的こ酸和甲酸等小分子酸性物質(zhì)，因此經(jīng)過厭氧處理后的廢水的PH會有所下降。由圖6可知，在厭氧生物處理過程中，黑液的pH由處理前的10.30降低到約8.0，當污泥濃度大于6g/L吋，黑液的pH值變化更大，說明厭氧微生物對于黑液的酸化作用較為明顯，因此較高的污泥濃度更有助于黑液的生物降解。
[0030]在折流式反應器運行過程中，各層反應室中的pH也不一樣(見圖7)。當進水溶液pH為9.6吋，內(nèi)層反應室pH下降較快為8.1，而中層反應室的pH則比內(nèi)層反應室要高一些，約為8.5，而外層反應室的pH則降到最小為7.6。這說明在折流式反應器中，各層反應室的微生物種群是不同的，而且與厭氧降解的過程相吻合。厭氧降解的第一個階段是水解酸化階段，黑液中的大分子有機物如木質(zhì)素有可能部分水解生成小分子酸，從而使PH下降較多，而在中層和外層反應室中則由于第二三階段分別為產(chǎn)氫產(chǎn)こ酸階段和產(chǎn)甲烷階段，所以小分子酸被繼續(xù)代謝為こ酸，甚至甲烷，因此PH會先上升后下降。 [0031]實施例3黑液初始COD濃度和污泥濃度對產(chǎn)氣量的影響
(I)污泥濃度對黑液處理效果的影響
改變反應器內(nèi)污泥濃度分別為2.0,4.0,6.0,8.0g/L，保持黑液COD濃度為4.0g/L，水力停留時間為2d，污泥回流比為100%，并適當添加營養(yǎng)液和微量元素母液，在反應器中進行厭氧處理，采用連續(xù)運行方式，在37°C恒溫條件下厭氧反應。測定反應過程中反應器的產(chǎn)
氣量變化。
[0032](2)黑液COD濃度對處理效果的影響
改變反應器的黑液COD濃度分別為2.0,4.0,6.0,8.0、10.0g/L，保持污泥濃度為5.0g/し水力停留時間為2d，污泥回流比為100%，并適當添加營養(yǎng)液和微量元素母液，在反應器中進行厭氧處理，采用連續(xù)運行方式，在37°C恒溫條件下厭氧反應。測定反應過程中產(chǎn)氣量的變化。
[0033]結(jié)果如圖8所示，隨著污泥濃度的増加，黑液厭氧降解時的產(chǎn)氣量逐漸升高。在厭氧處理過程的堿性發(fā)酵階段，由于甲烷菌和其它厭氧菌的作用，會產(chǎn)生較多的甲烷和CO2,因此產(chǎn)氣量能間接地反映出微生物生長的活躍程度。而且隨著黑液COD濃度的増加，黑液中的營養(yǎng)物質(zhì)也隨之増加，從而促使產(chǎn)甲烷的量逐漸増大。
[0034]實施例4黑液初始COD濃度和污泥濃度對糖的去除率的影響
(I)污泥濃度對黑液處理效果的影響
改變反應器內(nèi)污泥濃度分別為2.0,4.0,6.0,8.0g/L，保持黑液COD濃度為4.0g/L，水力停留時間為2d，污泥回流比為100%，并適當添加營養(yǎng)液和微量元素母液，在反應器中進行厭氧處理，采用連續(xù)運行方式，在37°C恒溫條件下厭氧反應。測定黑液中糖含量的變化。
[0035](2)黑液COD濃度對處理效果的影響
改變反應器的黑液COD濃度分別為2.0,4.0,6.0,8.0、10.0g/L，保持污泥濃度為5.0g/し水力停留時間為2d，污泥回流比為100%，并適當添加營養(yǎng)液和微量元素母液，在反應器中進行厭氧處理，采用連續(xù)運行方式，在37°C恒溫條件下厭氧反應。測定黑液中糖含量的變化。
[0036]結(jié)果如圖9所示，當黑液初始COD濃度較小時(小于2000mg/L)，黑液中糖的去除率逐漸増大，而且污泥濃度較大時，糖的去除率也較大，可達到75%，但當黑液初始濃度大于2000mg/L時，黑液中糖的去除率則逐漸減小，甚至只有20%左右，這可能是因為隨著黑液初始COD濃度的増加，黑液中毒性物質(zhì)也逐漸增多，從而抑制了微生物的生物活性，微生物吸收糖類營養(yǎng)的能力逐漸降低。
[0037]實施例5水力特性對處理效果的影響
改變反應器的水力停留時間分別為l、2、3、4、5、6、7d，保持黑液COD濃度為4.0g/L,污泥濃度為5.0g/L,污泥回流比為100%，并適當添加營養(yǎng)液和微量元素母液，在CABR反應器中進行厭氧處理，采用連續(xù)運行方式，在37°C恒溫條件下厭氧反應。測定C0D，產(chǎn)氣量及pH的變化。
[0038]在折流式反應器中，水力特性將直接或間接地影響到廢水的處理效果。水力特性對于黑液處理效果的影響主要體現(xiàn)在二個方面。
[0039]第一是通過對水力停留時間的改變影響黑液的處理效果。當水力上升流速増加吋，則水力停留時間將減小，影響到了厭氧微生物處理廢水的時間，從而影響了有機物的去除效率。從圖10中可以看出水力停留時間增加，黑液COD的去除率將增加，在第三天時COD的去除率可增加到50%左右，此后 外層反應室的COD去除率繼續(xù)增加，最高可達到60%左右。而內(nèi)層和中層反應室的COD去除率則穩(wěn)定在一定水平上。
[0040]第二，水力特性中黒液的上升流速，也將影響到反應器的處理效果，因為上升流速會影響到黑液與污泥的混合程度。一般情況下，上升流速増加，會使黑液與污泥的混合程度提高，黑液COD的去除率會増加，如果減小上升流速，雖然水力停留時間增加，但是由于出現(xiàn)可能的溝流或短流現(xiàn)象，反而會減小反應器的有效容積，在反應器容積負荷一定的條件下，使反應器的處理效率下降。圖11說明，當水力上升流速小于20mm/min時，黑液COD的去除率將隨著上升流速的増加而增加。但是，從圖11看出當上升流速増加到20mm/min后，黑液COD的處理效果就開始下降了。這可能是因為上升流速過高，也會使水力停留時間減小太多，影響到黑液COD的去除率。同時如果在處理流程中不對流失的污泥進行回流，則出水SS的濃度將增加很多，從而導致大量污泥的流失，造成污泥停留時間的減少，也會影響到黑液COD的去除率。圖12說明了隨著上升流速的増加，出水SS的變化情況。
[0041]將實驗結(jié)果與動力學方程進行比較發(fā)現(xiàn)(圖13)，黑液COD的去除率隨水力停留時間的增加而增加，與實驗數(shù)據(jù)的變化趨勢相似，但是實驗中黑液COD去除率相對較小，而且波動較大。
[0042]實施例6污泥回流比對處理效果的影響
通過改變污泥回流比來改變反應器的污泥停留時間，實驗中污泥回流比分別采用0%、20%、40%、60%、80%、100%,保持黑液COD濃度為4.0g/L,污泥濃度為5.0g/L,水力停留時間為2d，并適當添加營養(yǎng)液和微量元素母液，在CABR反應器中進行厭氧處理，采用連續(xù)運行方式，在37°C恒溫條件下厭氧反應。測定C0D，產(chǎn)氣量及pH的變化。
[0043]根據(jù)エ藝流程，得污泥回流比的公式為:
【權(quán)利要求】
1.ー種折流式厭氧反應器，其特征在干:包括本體(1)和與本體(1)相配合的蓋(5);在所述的本體(1)內(nèi)設有若干個擋板(6)，擋板(6)將本體(1)內(nèi)部空間分割成多個反應室，各反應室的容積互不相同，由內(nèi)向外，各擋板(6)高度依次降低；在所述的蓋(5)上設有與擋板(6)相配合使用的套板(7);在所述的本體(1)底部設有污泥入口(16)，在所述的本體(I)側(cè)邊上設有水出口( 9 )，在所述的蓋(5 )設有氣出口( 10 )。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的折流式厭氧反應器，其特征在于:所述的擋板(6)有兩個，將柱形本體(1)內(nèi)部空間分割成依次由外向內(nèi)的第一反應室(2)、第二反應室(3)和第三反應室⑷。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的折流式厭氧反應器，其特征在于:所述的污泥入口(16)在第一反應室(2)、第二反應室(3)和第三反應室(4)的底部均有設置。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的折流式厭氧反應器，其特征在于:所述設在第一反應室(2)、第二反應室(3)和第三反應室(4)的底部的各污泥入口(16)通過污泥回流管路相連，在污泥回流管路上設有污泥回流泵(11)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的折流式厭氧反應器，其特征在于:在所述的本體(1)的外壁上設有加熱夾套(8)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的折流式厭氧反應器，其特征在于:所述的加熱夾套(8)通過循環(huán)加熱管路與恒溫水浴箱(14)相連。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的折流式厭氧反應器，其特征在干:在所述的污泥入口(16)與水出ロ(9)之間連接有出水循環(huán)管路，在所述的出水循環(huán)管路上設有出水循環(huán)泵(12)。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的折`流式厭氧反應器，其特征在于:所述的污泥入口(16)與高位箱(13)相連。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的折流式厭氧反應器，其特征在于:在所述的第三反應室(4)頂部設有三相分尚器(15)。
【文檔編號】C02F3/28GK103588295SQ201310550117
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2013年11月8日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月8日
【發(fā)明者】喬維川 申請人:南京林業(yè)大學