泥膜耦合二聯(lián)一體式高效厭氧反應(yīng)器及其應(yīng)用

1、說 明 書 摘 要本發(fā)明涉及泥膜耦合二聯(lián)一體式高效厭氧反應(yīng)器及其應(yīng)用，該反應(yīng)器包括顆粒污泥厭氧反應(yīng)罐、厭氧生物膜反應(yīng)罐、回流系統(tǒng)、保溫系統(tǒng)、沼氣收集及除臭系統(tǒng)系統(tǒng)、自控系統(tǒng)六個部分組成，反應(yīng)器不產(chǎn)生有機物污泥并提高對污水中CODcr的去除率。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明主要應(yīng)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(chǎn)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(lián)的特點。摘 要 附 圖權(quán) 利 要 求 書1泥膜耦合二聯(lián)一體式高效厭氧反應(yīng)器，其特征在于，該反應(yīng)器包括顆粒污泥厭氧反應(yīng)罐、厭氧生物膜反應(yīng)罐、回流系統(tǒng)、保溫系統(tǒng)、沼氣收集及除臭系統(tǒng)系統(tǒng)、自控系統(tǒng)，其中顆粒

2、污泥厭氧反應(yīng)罐：碳鋼密封結(jié)構(gòu)，進(jìn)水方式為底端進(jìn)水升流式，罐體上端設(shè)置兩套氣水分離器，底端設(shè)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(dǎo)管相連接，氣水分離器產(chǎn)生的分離水通過導(dǎo)管經(jīng)旋流布水器的上端進(jìn)入旋流布水器，罐體內(nèi)部共設(shè)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(nèi)部距離罐體頂端1/2處，上下兩套三相分離器串聯(lián)后與罐體頂端的兩套氣水分離器相連接，罐體最低端設(shè)置排泥口；厭氧生物膜反應(yīng)罐：碳鋼密封結(jié)構(gòu)，進(jìn)水方式為頂端進(jìn)水降流式，罐體上端設(shè)置氣一套水分離器，罐體內(nèi)部距離底端3050cm處設(shè)置孔徑為10mm的濾板，在濾板之上填充直徑為152

3、0mm的輕質(zhì)陶粒填料，填充量為整個罐體的7075%；回流系統(tǒng)：將厭氧生物膜反應(yīng)罐的出水泵送至顆粒污泥厭氧反應(yīng)罐的旋流布水器當(dāng)中，起到調(diào)節(jié)與控制顆粒污泥厭氧反應(yīng)器升流速度與提高污染物去除效率的作用；保溫系統(tǒng)：對顆粒污泥厭氧反應(yīng)罐和厭氧生物膜反應(yīng)罐的保溫，保溫材質(zhì)采用815cm巖棉；沼氣收集及除臭系統(tǒng)：收集沼氣并對沼氣進(jìn)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(yīng)罐的氣水分離器、厭氧生物膜反應(yīng)罐氣水分離器連接，穩(wěn)壓后的沼氣進(jìn)入噴淋除臭塔后進(jìn)入沼氣儲存柜用于進(jìn)一步使用；自控設(shè)備：采用西門S7系列 PLC控制其余上述部分的運行。2根據(jù)權(quán)利要求1所述的泥膜耦合二聯(lián)

4、一體式高效厭氧反應(yīng)器，其特征在于，所述的顆粒污泥厭氧反應(yīng)罐采用升流式進(jìn)水，厭氧生物膜反應(yīng)罐采用降流式進(jìn)水，二者上端通過溢流管道連接。3根據(jù)權(quán)利要求1所述的泥膜耦合二聯(lián)一體式高效厭氧反應(yīng)器，其特征在于，所述的顆粒污泥厭氧反應(yīng)罐內(nèi)部設(shè)有一套旋流布水器、兩套三相分離器，頂端設(shè)置兩套氣水分離器，罐體內(nèi)部填充顆粒污泥且利用厭氧生物膜反應(yīng)罐的出水作為回流用水。4根據(jù)權(quán)利要求1所述的泥膜耦合二聯(lián)一體式高效厭氧反應(yīng)器，其特征在于，所述的厭氧生物膜反應(yīng)罐內(nèi)部以輕質(zhì)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(shè)置氣水分離器。5根據(jù)權(quán)利要求1所述的泥膜耦合二聯(lián)一體式高效厭氧反應(yīng)器，其特征在于，所述的輕質(zhì)陶粒填

5、料的堆積密度為800900kg/m3。6根據(jù)權(quán)利要求1所述的泥膜耦合二聯(lián)一體式高效厭氧反應(yīng)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(jù)權(quán)利要求1-6中任一項所述的泥膜耦合二聯(lián)一體式高效厭氧反應(yīng)器的應(yīng)用，其特征在于，該反應(yīng)器工業(yè)廢水的一級處理，不產(chǎn)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(lián)一體式高效厭氧反應(yīng)器及其應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域本發(fā)明屬于環(huán)境工程設(shè)備領(lǐng)域，尤其是涉及一種泥膜耦合二聯(lián)一體式高效厭氧反應(yīng)器及其應(yīng)用。背景技術(shù)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(yīng)增大。污水（尤其是工業(yè)廢水）呈現(xiàn)出濃度高、鹽度高

6、、復(fù)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(tǒng)的好氧處理方式由于占地面積大、污染物處理負(fù)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(shù)，同時厭氧處理技術(shù)將廢水的處理和能源的回收（以沼氣方式）利用相結(jié)合的一種技術(shù)。包括中國在內(nèi)的大多數(shù)國家，尤其是發(fā)展中國家面臨嚴(yán)重的環(huán)境問題、能源緊缺以及經(jīng)濟(jì)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(shù)被越來越得到重視。我國現(xiàn)存的厭氧反應(yīng)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(fù)

7、荷，產(chǎn)泥量相對較少，污水處理過程中產(chǎn)生清潔能源（沼氣）。但是又存在著不足之處：如厭氧反應(yīng)器后端需設(shè)置單獨的厭氧沉淀池用于污泥的回流，污泥沒有實現(xiàn)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(chǎn)生惡臭、由于保持溫度而投入的能耗偏高等。針對現(xiàn)存的厭氧反應(yīng)器的不足，本專利提供一種不產(chǎn)生有機厭氧污泥、高效回收可用沼氣、運行過程中不產(chǎn)生臭氣、占地面積和能耗極低的泥膜耦合二聯(lián)一體式高效厭氧反應(yīng)器及操作方法。目前未見泥膜耦合二聯(lián)一體式高效厭氧反應(yīng)器及操作方法的公開報道。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供泥膜耦合二聯(lián)一體式高效厭氧反應(yīng)器及其應(yīng)用，該反應(yīng)器主要應(yīng)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(chǎn)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(lián)的特點。本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)： 泥膜耦合二聯(lián)一體式高效厭氧反應(yīng)器，包括顆粒污泥厭氧反應(yīng)罐、厭氧生物膜反應(yīng)罐、回流系統(tǒng)、保溫系統(tǒng)、沼氣收集及除臭系統(tǒng)系統(tǒng)、自控系統(tǒng)，其中顆粒污泥厭氧反應(yīng)罐：碳鋼密封結(jié)構(gòu)，進(jìn)水方式為底端進(jìn)水升流式，罐體上端設(shè)置兩套氣水分離器，底端設(shè)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(dǎo)管相連接，氣水分離器產(chǎn)生的分離水通過導(dǎo)管經(jīng)旋流布水器的上端進(jìn)入旋流布水器，罐體內(nèi)部共設(shè)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(nèi)部距離罐體頂端1/2處，上下兩套三相分離器串聯(lián)后與罐體頂端的兩套氣水分離器相連接，罐體最低端設(shè)置排泥口；厭氧生物膜反應(yīng)罐：碳鋼密封結(jié)構(gòu)，進(jìn)水方式為頂端進(jìn)水降流式，罐體上端設(shè)置氣一套水分離器，罐體內(nèi)部距離底端3050cm處設(shè)置孔徑為10mm的濾板，在濾板之上填充直徑為1520mm的輕質(zhì)陶粒填料，填充量為整個罐體的7075%；回流系統(tǒng)：將厭氧生物膜反應(yīng)罐的出水泵送至顆粒污泥厭氧反應(yīng)罐的旋流布水器當(dāng)中，起到調(diào)節(jié)與控制顆粒污泥厭氧反應(yīng)器升流速度與提高污染物去除效率的作用；保溫系統(tǒng)：對顆粒污泥厭氧反應(yīng)罐和厭氧生物膜反應(yīng)罐的保溫，保溫材質(zhì)采用815cm巖棉；沼氣收集及除臭系統(tǒng)

10、：收集沼氣并對沼氣進(jìn)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(yīng)罐的氣水分離器、厭氧生物膜反應(yīng)罐氣水分離器連接，穩(wěn)壓后的沼氣進(jìn)入噴淋除臭塔后進(jìn)入沼氣儲存柜用于進(jìn)一步使用；自控設(shè)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(yīng)罐采用升流式進(jìn)水，厭氧生物膜反應(yīng)罐采用降流式進(jìn)水，二者上端通過溢流管道連接。所述的顆粒污泥厭氧反應(yīng)罐內(nèi)部設(shè)有一套旋流布水器、兩套三相分離器，頂端設(shè)置兩套氣水分離器，罐體內(nèi)部填充顆粒污泥且利用厭氧生物膜反應(yīng)罐的出水作為回流用水。所述的厭氧生物膜反應(yīng)罐內(nèi)部以輕質(zhì)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(shè)

11、置氣水分離器。所述的輕質(zhì)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(yīng)器不產(chǎn)生有機物污泥并提高對污水中CODcr的去除率。與現(xiàn)有技術(shù)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(chǎn)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(jié)構(gòu)示意圖。圖中，1為顆粒污泥厭氧反應(yīng)罐、2為厭氧生物膜反應(yīng)罐、3為回流系統(tǒng)、4為保溫系統(tǒng)、5為沼氣收集及除臭系統(tǒng)系統(tǒng)、6為自控系統(tǒng)、7為顆粒

12、污泥厭氧反應(yīng)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(yīng)罐外保溫層、 10為顆粒污泥厭氧反應(yīng)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(yīng)罐排泥口、16為布水器、17為輕質(zhì)陶粒、18為厭氧生物膜反應(yīng)罐外保溫層、19為顆粒污泥厭氧反應(yīng)罐出水口、20為顆粒污泥厭氧反應(yīng)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(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。實施例1泥膜耦合二聯(lián)一體式高效厭氧反應(yīng)器，其結(jié)構(gòu)如圖

13、1所示，主要由如下六部分組成：顆粒污泥厭氧反應(yīng)罐1、厭氧生物膜反應(yīng)罐2、回流系統(tǒng)3、保溫系統(tǒng)4、沼氣收集及除臭系統(tǒng)5及自控系統(tǒng)6。各組成部分組成部件分別為：顆粒污泥厭氧反應(yīng)罐1包括：顆粒污泥厭氧反應(yīng)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(yīng)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(yīng)罐排泥口15、顆粒污泥厭氧反應(yīng)罐出水口19以及顆粒污泥厭氧反應(yīng)罐出水管道20。厭氧生物膜反應(yīng)罐2包括布水器16、輕質(zhì)陶粒17及氣水分離器21。保溫系統(tǒng)4包括顆粒污泥厭氧反應(yīng)罐外保溫層9、厭氧生物膜

14、反應(yīng)罐外保溫層18。沼氣收集及除臭系統(tǒng)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(yīng)罐1為碳鋼密封結(jié)構(gòu)，進(jìn)水方式為底端進(jìn)水升流式，罐體上端設(shè)置兩套氣水分離器13，底端設(shè)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(chǎn)生的分離水通過氣水分離器與旋流布水器連接管道12經(jīng)旋流布水器的上端進(jìn)入旋流布水器14，罐體內(nèi)部共設(shè)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(yīng)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(yīng)罐下層三相分離器7布置于罐體內(nèi)部距離罐

15、體頂端1/2處。上下兩套三相分離器串聯(lián)后與罐體頂端的兩套氣水分離器13相連接，罐體最低端設(shè)置排泥口。厭氧生物膜反應(yīng)罐2為碳鋼密封結(jié)構(gòu)，進(jìn)水方式為頂端進(jìn)水降流式，罐體上端設(shè)置氣一套氣水分離器21，罐體內(nèi)部距離底端3050cm處設(shè)置孔徑為10mm的濾板，在濾板之上填充直徑為1520mm的輕質(zhì)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(tǒng)3是將厭氧生物膜反應(yīng)罐2的出水泵送至顆粒污泥厭氧反應(yīng)罐1的旋流布水器14當(dāng)中，起到調(diào)節(jié)與控制顆粒污泥厭氧反應(yīng)器升流速度與提高污染物去除效率的作用；保溫系統(tǒng)4主要對顆粒污泥厭氧反應(yīng)罐1、厭氧生物膜反應(yīng)罐2進(jìn)行

16、保溫，保溫材質(zhì)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(tǒng)5主要作用是收集沼氣并對沼氣進(jìn)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(yīng)罐1的氣水分離器13、厭氧生物膜反應(yīng)罐2的氣水分離器21連接，穩(wěn)壓后的沼氣進(jìn)入噴淋除臭塔23后進(jìn)入沼氣儲存柜24用于進(jìn)一步使用；自控設(shè)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(lián)一體式高效厭氧反應(yīng)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(yīng)罐設(shè)計容積負(fù)荷為10

17、12kg/m³·d，接種3035%體積顆粒污泥；厭氧生物膜反應(yīng)罐設(shè)計容積負(fù)荷為35kg/ m³·d，內(nèi)部填充堆積密度為800kg/m³的輕質(zhì)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(xiàn)出水CODcr1000mg/L,日產(chǎn)沼氣量（常溫常壓態(tài)）825010500m³，整個系統(tǒng)無惡臭產(chǎn)生，無有機污泥的產(chǎn)生。相比普通的厭氧反應(yīng)器減少60%以上的用地面積。實施例2：泥膜耦合二聯(lián)一體式高效厭氧反應(yīng)器及操作方法，結(jié)構(gòu)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(yīng)罐設(shè)計容積負(fù)荷為68kg/m³·d，接種3540%體積顆粒污泥；厭氧生物膜反應(yīng)罐設(shè)計容積負(fù)荷為35kg/ m³·d，內(nèi)部填充堆積密度為800kg/m³的輕質(zhì)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(xiàn)出水CODcr1000mg/L,日產(chǎn)沼氣量（常溫常壓態(tài)）52506750m³，整個系統(tǒng)無惡臭產(chǎn)生，無有機污泥的產(chǎn)生。相比普通的厭氧反應(yīng)器減少50%以上的用地面積。實施例3：泥膜耦合二聯(lián)一體式高效厭氧反應(yīng)器及操作方法，結(jié)構(gòu)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/