泥膜耦合二联一体式高效厌氧反应器及其应用

1、说 明 书 摘 要本发明涉及泥膜耦合二联一体式高效厌氧反应器及其应用，该反应器包括颗粒污泥厌氧反应罐、厌氧生物膜反应罐、回流系统、保温系统、沼气收集及除臭系统系统、自控系统六个部分组成，反应器不产生有机物污泥并提高对污水中CODcr的去除率。与现有技术相比，本发明主要应用于高浓度工业废水的一级处理，具有高效回收沼气、无恶臭的产生、占地面积小和能耗极低、自动化程度高、厌氧活性 污泥法和厌氧生物膜法偶联的特点。摘 要 附 图权 利 要 求 书1泥膜耦合二联一体式高效厌氧反应器，其特征在于，该反应器包括颗粒污 泥厌氧反应罐、厌氧生物膜反应罐、回流系统、保温系统、沼气收集及除臭系统系 统、自控系统，其

2、中颗粒污泥厌氧反应罐：碳钢密封结构，进水方式为底端进水升流式， 罐体上端 设置两套气水分离器，底端设置一套旋流布水器， 气水分离器下端均与底端的旋流 布水器顶端通过导管相连接，气水分离器产生的分离水通过导管经旋流布水器的上 端进入旋流布水器，罐体内部共设置两套三相分离器，第一套三相分离器布置于距 离罐体顶端1/4处，第二套三相分离器布置于罐体内部距离罐体顶端1/2处，上下两套三相分离器串联后与罐体顶端的两套气水分离器相连接，罐体最低端设置排泥口；厌氧生物膜反应罐：碳钢密封结构，进水方式为顶端进水降流式， 罐体上端设 置气一套水分离器，罐体内部距离底端 3050cm处设置孔径为10mm的滤板，在

3、 滤板之上填充直径为1520mm的轻质陶粒填料，填充量为整个罐体的 7075%;回流系统：将厌氧生物膜反应罐的出水泵送至颗粒污泥厌氧反应罐的旋流布水 器当中，起到调节与控制颗粒污泥厌氧反应器升流速度与提高污染物去除效率的作 用；保温系统：对颗粒污泥厌氧反应罐和厌氧生物膜反应罐的保温，保温材质米用815cm岩棉；沼气收集及除臭系统：收集沼气并对沼气进行脱硫除臭功能， 主要包括稳压罐、 喷淋除臭塔和沼气储存柜，其中稳压罐与颗粒污泥厌氧反应罐的气水分离器、厌氧生物膜反应罐气水分离器连接，稳压后的沼气进入喷淋除臭塔后进入沼气储存柜用 于进一步使用；自控设备：采用西门S7系列PLC控制其余上述部分的运行

4、。2. 根据权利要求1所述的泥膜耦合二联一体式高效厌氧反应器，其特征在于， 所述的颗粒污泥厌氧反应罐采用升流式进水，厌氧生物膜反应罐采用降流式进水，二者上端通过溢流管道连接。3. 根据权利要求1所述的泥膜耦合二联一体式高效厌氧反应器，其特征在于，所述的颗粒污泥厌氧反应罐内部设有一套旋流布水器、两套三相分离器，顶端设置 两套气水分离器， 罐体内部填充颗粒污泥且利用厌氧生物膜反应罐的出水作为回流 用水。4根据权利要求 1 所述的泥膜耦合二联一体式高效厌氧反应器， 其特征在于， 所述的厌氧生物膜反应罐内部以轻质陶粒作为填料填充以便于厌氧生物膜的生长， 罐体外顶端设置气水分离器。5根据权利要求 1 所

5、述的泥膜耦合二联一体式高效厌氧反应器， 其特征在于， 所述的轻质陶粒填料的堆积密度为800900kg/m3。6根据权利要求 1 所述的泥膜耦合二联一体式高效厌氧反应器， 其特征在于， 所述的岩棉的外部用 1±0.2mm 镀锌铁皮固定。7根据权利要求 1-6 中任一项所述的泥膜耦合二联一体式高效厌氧反应器的 应用，其特征在于， 该反应器工业废水的一级处理， 不产生有机物污泥并提高对污 水中 CODcr 的去除率。说 明 书泥膜耦合二联一体式高效厌氧反应器及其应用技术领域本发明属于环境工程设备领域，尤其是涉及一种泥膜耦合二联一体式高效厌 氧反应器及其应用。背景技术随着社会与工业的发展，污

6、水排放总量逐年递增，同时污水的污染程度和处理 难度相应增大。污水（尤其是工业废水）呈现出浓度高、盐度高、复杂程度高和可 生化性低的趋势（简称工业污水的三高一低”趋势）。传统的好氧处理方式由于占地面积大、污染物处理负荷低、能耗高且处理过程无任何能源等资源回收的原因， 在处理高浓度工业废水过程中逐渐被厌氧生物处理法所替代。厌氧废水处理是一种低成本的针对高浓废水的处理技术，同时厌氧处理技术将废水的处理和能源的回收 （以沼气方式）利用相结合的一种技术。 包括中国在内的 大多数国家，尤其是发展中国家面临严重的环境问题、能源紧缺以及经济发展与环境治理所面临的资金不足。因此有效、简单又费用低廉的工业废水厌氧

7、处理技术被 越来越得到重视。我国现存的厌氧反应器存在着如下的优势：延长了SRT的存在时间，具有较高的污染物处理负荷，产泥量相对较少，污水处理过程中产生清洁能源（沼气）。但是又存在着不足之处：如厌氧反应器后端需设置单独的厌氧沉淀池用于污泥的回 流，污泥没有实现在处理过程中的分解与消化，整体出水浓度偏高，厌氧沉淀池产生恶臭、由于保持温度而投入的能耗偏高等。针对现存的厌氧反应器的不足， 本专利提供一种不产生有机厌氧污泥、高效回收可用沼气、运行过程中不产生臭气、占地面积和能耗极低的泥膜耦合二联一体式 高效厌氧反应器及操作方法。目前未见泥膜耦合二联一体式高效厌氧反应器及操作方法的公幵报道。发明内容本发明

8、的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供泥膜耦合二联一 体式高效厌氧反应器及其应用，该反应器主要应用于高浓度工业废水的一级处理， 具有高效回收沼气、无恶臭的产生、占地面积小和能耗极低、自动化程度高、厌氧 活性污泥法和厌氧生物膜法偶联的特点。本发明的目的可以通过以下技术方案来实现： 泥膜耦合二联一体式高效厌氧反应器， 包括颗粒污泥厌氧反应罐、 厌氧生物膜 反应罐、回流系统、保温系统、沼气收集及除臭系统系统、自控系统，其中颗粒污泥厌氧反应罐： 碳钢密封结构， 进水方式为底端进水升流式， 罐体上端 设置两套气水分离器， 底端设置一套旋流布水器， 气水分离器下端均与底端的旋流 布水器顶端通过导管

9、相连接， 气水分离器产生的分离水通过导管经旋流布水器的上 端进入旋流布水器， 罐体内部共设置两套三相分离器， 第一套三相分离器布置于距 离罐体顶端 1/4 处，第二套三相分离器布置于罐体内部距离罐体顶端 1/2 处，上下 两套三相分离器串联后与罐体顶端的两套气水分离器相连接， 罐体最低端设置排泥 口；厌氧生物膜反应罐： 碳钢密封结构， 进水方式为顶端进水降流式， 罐体上端设 置气一套水分离器，罐体内部距离底端 3050cm处设置孔径为10mm的滤板，在 滤板之上填充直径为1520mm的轻质陶粒填料，填充量为整个罐体的7075%；回流系统：将厌氧生物膜反应罐的出水泵送至颗粒污泥厌氧反应罐的旋流布

10、水 器当中，起到调节与控制颗粒污泥厌氧反应器升流速度与提高污染物去除效率的作 用；保温系统： 对颗粒污泥厌氧反应罐和厌氧生物膜反应罐的保温，保温材质采用8 15cm 岩棉；沼气收集及除臭系统： 收集沼气并对沼气进行脱硫除臭功能， 主要包括稳压罐、 喷淋除臭塔和沼气储存柜， 其中稳压罐与颗粒污泥厌氧反应罐的气水分离器、 厌氧 生物膜反应罐气水分离器连接， 稳压后的沼气进入喷淋除臭塔后进入沼气储存柜用 于进一步使用；自控设备：采用西门 S7 系列 PLC 控制其余上述部分的运行。 所述的颗粒污泥厌氧反应罐采用升流式进水， 厌氧生物膜反应罐采用降流式进 水，二者上端通过溢流管道连接。所述的颗粒污泥厌

11、氧反应罐内部设有一套旋流布水器、 两套三相分离器， 顶端 设置两套气水分离器，罐体内部填充颗粒污泥且利用厌氧生物膜反应罐的出水作为 回流用水。所述的厌氧生物膜反应罐内部以轻质陶粒作为填料填充以便于厌氧生物膜的 生长，罐体外顶端设置气水分离器。所述的轻质陶粒填料的堆积密度为 800900kg/m3。所述的岩棉的外部用1 ±).2mm镀锌铁皮固定。该反应器不产生有机物污泥并提高对污水中CODcr的去除率。与现有技术相比，本发明整体采用厌氧的方法，耦合厌氧颗粒污泥和陶粒表 面生长的厌氧生物膜两种不同的厌氧生物模式，最大限度的提高对污水的CODcr去除率，基本不产生有机物污泥，并且有效的回收

12、沼气，能耗低、异味小，占地面 积小，有效的避免污泥废渣、臭气的二次污染。附图说明图1为本发明的结构示意图。图中，1为颗粒污泥厌氧反应罐、2为厌氧生物膜反应罐、3为回流系统、4 为保温系统、5为沼气收集及除臭系统系统、6为自控系统、7为颗粒污泥厌氧反应罐下层三相分离器；8为上下层三相分离器连接管道、9为颗粒污泥厌氧反应罐外保温层、10为颗粒污泥厌氧反应罐上层三相分离器、11为气水分离器与三相分离器连接管道、12为气水分离器与旋流布水器连接管道、13为气水分离器、14为旋流布水器、15为颗粒污泥厌氧反应罐排泥口、16为布水器、17为轻质陶粒、18为厌氧生物膜反应罐外保温层、19为颗粒污泥厌氧反应罐

13、出水口、20为颗粒污泥厌氧反应罐出水管道、21为气水分离器、22为稳压罐、23为喷淋除臭塔、24为沼 气储存柜、25为沼气管道。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。实施例1泥膜耦合二联一体式高效厌氧反应器，其结构如图1所示，主要由如下六部分组成：颗粒污泥厌氧反应罐1、厌氧生物膜反应罐2、回流系统3、保温系统4、沼 气收集及除臭系统5及自控系统6。各组成部分组成部件分别为：颗粒污泥厌氧反应罐 1 包括：颗粒污泥厌氧反应罐下层三相分离器7、上下层三相分离器连接管道 8、颗粒污泥厌氧反应罐上层三相分离器10、气水分离器与三相分离器连接管道 11、气水分离器与旋流布水器连接管道1

14、2、气水分离器 13、旋流布水器 14、颗粒污泥厌氧反应罐排泥口 15、颗粒污泥厌氧反应罐出水口 19 以及 颗粒污泥厌氧反应罐出水管道 20。厌氧生物膜反应罐 2 包括布水器 16、轻质陶粒 17 及气水分离器 21。保温系统 4 包括颗粒污泥厌氧反应罐外保温层9、厌氧生物膜反应罐外保温层 18。沼气收集及除臭系统 5 包括稳压罐 22、喷淋除臭塔 23、沼 气储存柜 24 及沼气管道 25。其中：颗粒污泥厌氧反应罐 1 为碳钢密封结构，进水方式为底端进水升流式， 罐体上端设置两套气水分离器 13，底端设置一套旋流布水器 14，气水分离器 13 下端均与底端的旋流布水器 14 顶端通过气水分

15、离器与旋流布水器连接管道 12 相连 接，气水分离器 13 产生的分离水通过气水分离器与旋流布水器连接管道 12经旋流 布水器的上端进入旋流布水器14，罐体内部共设置两套三相分离器（分离污水、颗粒污泥和沼气） ，颗粒污泥厌氧反应罐上层三相分离器 10 布置于距离罐体顶端 1/4 处，颗粒污泥厌氧反应罐下层三相分离器 7 布置于罐体内部距离罐体顶端 1/2 处。上下两套三相分离器串联后与罐体顶端的两套气水分离器 13 相连接，罐体最 低端设置排泥口。 厌氧生物膜反应罐 2 为碳钢密封结构， 进水方式为顶端进水降流 式，罐体上端设置气一套气水分离器21,罐体内部距离底端3050cm处设置孔径为10

16、mm的滤板，在滤板之上填充直径为1520mm的轻质陶粒17作为填料（堆积密度为800900kg/m3为宜），填充量为整个罐体的 7075% ;回流系统3是将 厌氧生物膜反应罐 2 的出水泵送至颗粒污泥厌氧反应罐 1 的旋流布水器 14当中， 起到调节与控制颗粒污泥厌氧反应器升流速度与提高污染物去除效率的作用; 保温 系统 4主要对颗粒污泥厌氧反应罐 1 、厌氧生物膜反应罐 2 进行保温，保温材质为 815cm 岩棉，岩棉外部用 1±0.2mm 镀锌铁皮固定;沼气收集及除臭系统5 主要作用是收集沼气并对沼气进行脱硫除臭功能，主要包括稳压罐22、喷淋除臭塔 23和沼气储存柜 24，其中稳

17、压罐 22 与颗粒污泥厌氧反应罐 1 的气水分离器 13、厌氧 生物膜反应罐 2 的气水分离器 21 连接，稳压后的沼气进入喷淋除臭塔 23 后进入沼 气储存柜 24 用于进一步使用;自控设备 6 采用西门 S7 系列 PLC 控制其余 5 部分 的运行。上述泥膜耦合二联一体式高效厌氧反应器针对食品加工类废水（ CODcr 浓度 为1200015000mg/L,日处理量为1000m3）的工作方法如下：颗粒污泥厌氧反应罐设计容积负荷为1012kg/m3d，接种3035%体积颗粒污泥；厌氧生物膜反应罐设计容积负荷为35kg/ m3d,内部填充堆积密度为800kg/m3的轻质陶粒，填充量70%,保温

18、层岩棉厚度为10cm岩棉+0.80mm镀锌铁 皮，回流比例控制为 300%，可实现出水C0Dc£1000mg/L,日产沼气量（常温常压态） 825010500m3,整 个系统无恶臭产生，无有机污泥的产生。相比普通的厌氧反应器减少60%以上的用地面积。实施例 2：泥膜耦合二联一体式高效厌氧反应器及操作方法, 结构实施例 1 相同,针对生 物制药四环素类抗生素废水 （CODcr浓度为800010000mg/L,日处理量为1000m3） 的工作方法如下：颗粒污泥厌氧反应罐设计容积负荷为68kg/m3d，接种3540%体积颗粒污泥；厌氧生物膜反应罐设计容积负荷为35kg/ m3 d,内部填充堆积密度为800kg/m3的轻质陶粒，填充量73%，保温层岩棉厚度为12cm岩棉+1mm镀锌铁皮， 回流比例控制为 350%,可实现出水C0Dc£1000mg/L,日产沼气量（常温常压态）52506750m3,整 个系统无恶臭产生，无有机污泥的产生。相比普通的厌氧反应器减少50%以上的用地面积。实施例 3：泥膜耦合二联一体式高效厌氧反应器及操作方法， 结构实施例 1 相同，针对生 物制药