泥膜耦合二聯一體式高效厭氧反應器及其應用

1、說 明 書 摘 要本發(fā)明涉及泥膜耦合二聯一體式高效厭氧反應器及其應用，該反應器包括顆粒污泥厭氧反應罐、厭氧生物膜反應罐、回流系統、保溫系統、沼氣收集及除臭系統系統、自控系統六個部分組成，反應器不產生有機物污泥并提高對污水中CODcr的去除率。與現有技術相比，本發(fā)明主要應用于高濃度工業(yè)廢水的一級處理，具有高效回收沼氣、無惡臭的產生、占地面積小和能耗極低、自動化程度高、厭氧活性污泥法和厭氧生物膜法偶聯的特點。摘 要 附 圖權 利 要 求 書1泥膜耦合二聯一體式高效厭氧反應器，其特征在于，該反應器包括顆粒污泥厭氧反應罐、厭氧生物膜反應罐、回流系統、保溫系統、沼氣收集及除臭系統系統、自控系統，其中顆粒

2、污泥厭氧反應罐：碳鋼密封結構，進水方式為底端進水升流式，罐體上端設置兩套氣水分離器，底端設置一套旋流布水器，氣水分離器下端均與底端的旋流布水器頂端通過導管相連接，氣水分離器產生的分離水通過導管經旋流布水器的上端進入旋流布水器，罐體內部共設置兩套三相分離器，第一套三相分離器布置于距離罐體頂端1/4處，第二套三相分離器布置于罐體內部距離罐體頂端1/2處，上下兩套三相分離器串聯后與罐體頂端的兩套氣水分離器相連接，罐體最低端設置排泥口；厭氧生物膜反應罐：碳鋼密封結構，進水方式為頂端進水降流式，罐體上端設置氣一套水分離器，罐體內部距離底端3050cm處設置孔徑為10mm的濾板，在濾板之上填充直徑為152

3、0mm的輕質陶粒填料，填充量為整個罐體的7075%；回流系統：將厭氧生物膜反應罐的出水泵送至顆粒污泥厭氧反應罐的旋流布水器當中，起到調節(jié)與控制顆粒污泥厭氧反應器升流速度與提高污染物去除效率的作用；保溫系統：對顆粒污泥厭氧反應罐和厭氧生物膜反應罐的保溫，保溫材質采用815cm巖棉；沼氣收集及除臭系統：收集沼氣并對沼氣進行脫硫除臭功能，主要包括穩(wěn)壓罐、噴淋除臭塔和沼氣儲存柜，其中穩(wěn)壓罐與顆粒污泥厭氧反應罐的氣水分離器、厭氧生物膜反應罐氣水分離器連接，穩(wěn)壓后的沼氣進入噴淋除臭塔后進入沼氣儲存柜用于進一步使用；自控設備：采用西門S7系列 PLC控制其余上述部分的運行。2根據權利要求1所述的泥膜耦合二聯

4、一體式高效厭氧反應器，其特征在于，所述的顆粒污泥厭氧反應罐采用升流式進水，厭氧生物膜反應罐采用降流式進水，二者上端通過溢流管道連接。3根據權利要求1所述的泥膜耦合二聯一體式高效厭氧反應器，其特征在于，所述的顆粒污泥厭氧反應罐內部設有一套旋流布水器、兩套三相分離器，頂端設置兩套氣水分離器，罐體內部填充顆粒污泥且利用厭氧生物膜反應罐的出水作為回流用水。4根據權利要求1所述的泥膜耦合二聯一體式高效厭氧反應器，其特征在于，所述的厭氧生物膜反應罐內部以輕質陶粒作為填料填充以便于厭氧生物膜的生長，罐體外頂端設置氣水分離器。5根據權利要求1所述的泥膜耦合二聯一體式高效厭氧反應器，其特征在于，所述的輕質陶粒填

5、料的堆積密度為800900kg/m3。6根據權利要求1所述的泥膜耦合二聯一體式高效厭氧反應器，其特征在于，所述的巖棉的外部用1±0.2mm鍍鋅鐵皮固定。7根據權利要求1-6中任一項所述的泥膜耦合二聯一體式高效厭氧反應器的應用，其特征在于，該反應器工業(yè)廢水的一級處理，不產生有機物污泥并提高對污水中CODcr的去除率。說 明 書泥膜耦合二聯一體式高效厭氧反應器及其應用技術領域本發(fā)明屬于環(huán)境工程設備領域，尤其是涉及一種泥膜耦合二聯一體式高效厭氧反應器及其應用。背景技術隨著社會與工業(yè)的發(fā)展，污水排放總量逐年遞增，同時污水的污染程度和處理難度相應增大。污水（尤其是工業(yè)廢水）呈現出濃度高、鹽度高

6、、復雜程度高和可生化性低的趨勢（簡稱工業(yè)污水的“三高一低”趨勢）。傳統的好氧處理方式由于占地面積大、污染物處理負荷低、能耗高且處理過程無任何能源等資源回收的原因，在處理高濃度工業(yè)廢水過程中逐漸被厭氧生物處理法所替代。厭氧廢水處理是一種低成本的針對高濃廢水的處理技術，同時厭氧處理技術將廢水的處理和能源的回收（以沼氣方式）利用相結合的一種技術。包括中國在內的大多數國家，尤其是發(fā)展中國家面臨嚴重的環(huán)境問題、能源緊缺以及經濟發(fā)展與環(huán)境治理所面臨的資金不足。因此有效、簡單又費用低廉的工業(yè)廢水厭氧處理技術被越來越得到重視。我國現存的厭氧反應器存在著如下的優(yōu)勢：延長了SRT的存在時間，具有較高的污染物處理負

7、荷，產泥量相對較少，污水處理過程中產生清潔能源（沼氣）。但是又存在著不足之處：如厭氧反應器后端需設置單獨的厭氧沉淀池用于污泥的回流，污泥沒有實現在處理過程中的分解與消化，整體出水濃度偏高，厭氧沉淀池產生惡臭、由于保持溫度而投入的能耗偏高等。針對現存的厭氧反應器的不足，本專利提供一種不產生有機厭氧污泥、高效回收可用沼氣、運行過程中不產生臭氣、占地面積和能耗極低的泥膜耦合二聯一體式高效厭氧反應器及操作方法。目前未見泥膜耦合二聯一體式高效厭氧反應器及操作方法的公開報道。發(fā)明內容本發(fā)明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供泥膜耦合二聯一體式高效厭氧反應器及其應用，該反應器主要應用于高濃度工業(yè)廢

8、水的一級處理，具有高效回收沼氣、無惡臭的產生、占地面積小和能耗極低、自動化程度高、厭氧活性污泥法和厭氧生物膜法偶聯的特點。本發(fā)明的目的可以通過以下技術方案來實現： 泥膜耦合二聯一體式高效厭氧反應器，包括顆粒污泥厭氧反應罐、厭氧生物膜反應罐、回流系統、保溫系統、沼氣收集及除臭系統系統、自控系統，其中顆粒污泥厭氧反應罐：碳鋼密封結構，進水方式為底端進水升流式，罐體上端設置兩套氣水分離器，底端設置一套旋流布水器，氣水分離器下端均與底端的旋流布水器頂端通過導管相連接，氣水分離器產生的分離水通過導管經旋流布水器的上端進入旋流布水器，罐體內部共設置兩套三相分離器，第一套三相分離器布置于距離罐體頂端1/4處

9、，第二套三相分離器布置于罐體內部距離罐體頂端1/2處，上下兩套三相分離器串聯后與罐體頂端的兩套氣水分離器相連接，罐體最低端設置排泥口；厭氧生物膜反應罐：碳鋼密封結構，進水方式為頂端進水降流式，罐體上端設置氣一套水分離器，罐體內部距離底端3050cm處設置孔徑為10mm的濾板，在濾板之上填充直徑為1520mm的輕質陶粒填料，填充量為整個罐體的7075%；回流系統：將厭氧生物膜反應罐的出水泵送至顆粒污泥厭氧反應罐的旋流布水器當中，起到調節(jié)與控制顆粒污泥厭氧反應器升流速度與提高污染物去除效率的作用；保溫系統：對顆粒污泥厭氧反應罐和厭氧生物膜反應罐的保溫，保溫材質采用815cm巖棉；沼氣收集及除臭系統

10、：收集沼氣并對沼氣進行脫硫除臭功能，主要包括穩(wěn)壓罐、噴淋除臭塔和沼氣儲存柜，其中穩(wěn)壓罐與顆粒污泥厭氧反應罐的氣水分離器、厭氧生物膜反應罐氣水分離器連接，穩(wěn)壓后的沼氣進入噴淋除臭塔后進入沼氣儲存柜用于進一步使用；自控設備：采用西門S7系列 PLC控制其余上述部分的運行。所述的顆粒污泥厭氧反應罐采用升流式進水，厭氧生物膜反應罐采用降流式進水，二者上端通過溢流管道連接。所述的顆粒污泥厭氧反應罐內部設有一套旋流布水器、兩套三相分離器，頂端設置兩套氣水分離器，罐體內部填充顆粒污泥且利用厭氧生物膜反應罐的出水作為回流用水。所述的厭氧生物膜反應罐內部以輕質陶粒作為填料填充以便于厭氧生物膜的生長，罐體外頂端設

11、置氣水分離器。所述的輕質陶粒填料的堆積密度為800900kg/m3。所述的巖棉的外部用1±0.2mm鍍鋅鐵皮固定。該反應器不產生有機物污泥并提高對污水中CODcr的去除率。與現有技術相比，本發(fā)明整體采用厭氧的方法，耦合厭氧顆粒污泥和陶粒表面生長的厭氧生物膜兩種不同的厭氧生物模式，最大限度的提高對污水的CODcr去除率，基本不產生有機物污泥，并且有效的回收沼氣，能耗低、異味小，占地面積小，有效的避免污泥廢渣、臭氣的二次污染。附圖說明圖1為本發(fā)明的結構示意圖。圖中，1為顆粒污泥厭氧反應罐、2為厭氧生物膜反應罐、3為回流系統、4為保溫系統、5為沼氣收集及除臭系統系統、6為自控系統、7為顆粒

12、污泥厭氧反應罐下層三相分離器；8為上下層三相分離器連接管道、9為顆粒污泥厭氧反應罐外保溫層、 10為顆粒污泥厭氧反應罐上層三相分離器、11為氣水分離器與三相分離器連接管道、12為氣水分離器與旋流布水器連接管道、13為氣水分離器、14為旋流布水器、15為顆粒污泥厭氧反應罐排泥口、16為布水器、17為輕質陶粒、18為厭氧生物膜反應罐外保溫層、19為顆粒污泥厭氧反應罐出水口、20為顆粒污泥厭氧反應罐出水管道、21為氣水分離器、22為穩(wěn)壓罐、23為噴淋除臭塔、24為沼氣儲存柜、25為沼氣管道。具體實施方式下面結合附圖和具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。實施例1泥膜耦合二聯一體式高效厭氧反應器，其結構如圖

13、1所示，主要由如下六部分組成：顆粒污泥厭氧反應罐1、厭氧生物膜反應罐2、回流系統3、保溫系統4、沼氣收集及除臭系統5及自控系統6。各組成部分組成部件分別為：顆粒污泥厭氧反應罐1包括：顆粒污泥厭氧反應罐下層三相分離器7、上下層三相分離器連接管道8、顆粒污泥厭氧反應罐上層三相分離器10、氣水分離器與三相分離器連接管道11、氣水分離器與旋流布水器連接管道12、氣水分離器13、旋流布水器14、顆粒污泥厭氧反應罐排泥口15、顆粒污泥厭氧反應罐出水口19以及顆粒污泥厭氧反應罐出水管道20。厭氧生物膜反應罐2包括布水器16、輕質陶粒17及氣水分離器21。保溫系統4包括顆粒污泥厭氧反應罐外保溫層9、厭氧生物膜

14、反應罐外保溫層18。沼氣收集及除臭系統5包括穩(wěn)壓罐22、噴淋除臭塔23、沼氣儲存柜24及沼氣管道25。其中：顆粒污泥厭氧反應罐1為碳鋼密封結構，進水方式為底端進水升流式，罐體上端設置兩套氣水分離器13，底端設置一套旋流布水器14，氣水分離器13下端均與底端的旋流布水器14頂端通過氣水分離器與旋流布水器連接管道12相連接，氣水分離器13產生的分離水通過氣水分離器與旋流布水器連接管道12經旋流布水器的上端進入旋流布水器14，罐體內部共設置兩套三相分離器（分離污水、顆粒污泥和沼氣），顆粒污泥厭氧反應罐上層三相分離器10布置于距離罐體頂端1/4處，顆粒污泥厭氧反應罐下層三相分離器7布置于罐體內部距離罐

15、體頂端1/2處。上下兩套三相分離器串聯后與罐體頂端的兩套氣水分離器13相連接，罐體最低端設置排泥口。厭氧生物膜反應罐2為碳鋼密封結構，進水方式為頂端進水降流式，罐體上端設置氣一套氣水分離器21，罐體內部距離底端3050cm處設置孔徑為10mm的濾板，在濾板之上填充直徑為1520mm的輕質陶粒17作為填料（堆積密度為800900kg/m³為宜），填充量為整個罐體的7075%；回流系統3是將厭氧生物膜反應罐2的出水泵送至顆粒污泥厭氧反應罐1的旋流布水器14當中，起到調節(jié)與控制顆粒污泥厭氧反應器升流速度與提高污染物去除效率的作用；保溫系統4主要對顆粒污泥厭氧反應罐1、厭氧生物膜反應罐2進行

16、保溫，保溫材質為815cm巖棉，巖棉外部用1±0.2mm鍍鋅鐵皮固定；沼氣收集及除臭系統5主要作用是收集沼氣并對沼氣進行脫硫除臭功能，主要包括穩(wěn)壓罐22、噴淋除臭塔23和沼氣儲存柜24，其中穩(wěn)壓罐22與顆粒污泥厭氧反應罐1的氣水分離器13、厭氧生物膜反應罐2的氣水分離器21連接，穩(wěn)壓后的沼氣進入噴淋除臭塔23后進入沼氣儲存柜24用于進一步使用；自控設備6采用西門S7系列 PLC控制其余5部分的運行。上述泥膜耦合二聯一體式高效厭氧反應器針對食品加工類廢水（CODcr濃度為1200015000mg/L，日處理量為1000m³）的工作方法如下：顆粒污泥厭氧反應罐設計容積負荷為10

17、12kg/m³·d，接種3035%體積顆粒污泥；厭氧生物膜反應罐設計容積負荷為35kg/ m³·d，內部填充堆積密度為800kg/m³的輕質陶粒，填充量70%，保溫層巖棉厚度為10cm巖棉+0.80mm鍍鋅鐵皮，回流比例控制為300%，可實現出水CODcr1000mg/L,日產沼氣量（常溫常壓態(tài)）825010500m³，整個系統無惡臭產生，無有機污泥的產生。相比普通的厭氧反應器減少60%以上的用地面積。實施例2：泥膜耦合二聯一體式高效厭氧反應器及操作方法，結構實施例1相同，針對生物制藥四環(huán)素類抗生素廢水（CODcr濃度為8000100

18、00mg/L，日處理量為1000m³）的工作方法如下：顆粒污泥厭氧反應罐設計容積負荷為68kg/m³·d，接種3540%體積顆粒污泥；厭氧生物膜反應罐設計容積負荷為35kg/ m³·d，內部填充堆積密度為800kg/m³的輕質陶粒，填充量73%，保溫層巖棉厚度為12cm巖棉+1mm鍍鋅鐵皮，回流比例控制為350%，可實現出水CODcr1000mg/L,日產沼氣量（常溫常壓態(tài)）52506750m³，整個系統無惡臭產生，無有機污泥的產生。相比普通的厭氧反應器減少50%以上的用地面積。實施例3：泥膜耦合二聯一體式高效厭氧反應器及操作方法，結構實施例1相同，針對生物制藥氨基糖苷類抗生素廢水（CODcr濃度為900012000mg/