CN109896626B

CN109896626B - 具有水力驱动旋转加热功能的uasb反应器及应用其的系统

Info

Publication number: CN109896626B
Application number: CN201910182965.XA
Authority: CN
Inventors: 王芳; 鄢榕倩; 周媛媛; 周建伟
Original assignee: Nanjing University of Science and Technology
Current assignee: Nanjing University of Science and Technology
Priority date: 2019-03-12
Filing date: 2019-03-12
Publication date: 2022-10-04
Anticipated expiration: 2039-03-12
Also published as: CN109896626A

Abstract

本发明公开了一种具有水力驱动旋转加热功能的UASB反应器及应用其的系统，系统包括UASB反应器和沼气发电系统。本发明将反应器产生的沼气经过处理后送入沼气发电机进行发电，回收沼气发电机的冷却水和高温废气中的热量用于加热反应器，使其维持在最佳反应温度范围之内；通过反应器进水冲击斜击式转轮叶片驱动反应器内部的换热盘管旋转，并起到强化换热、搅拌与布水的作用，有利于污泥中的微生物分解有机物，提高UASB反应器的净化效率。

Description

具有水力驱动旋转加热功能的UASB反应器及应用其的系统

技术领域

本发明属于及污水处理设备领域，具体涉及一种具有水力驱动旋转加热功能的UASB反应器及应用其的系统。

背景技术

随着工业的迅猛发展，中、高浓度有机污水产生量日趋庞大，并成为环境污染的主要因素， 20世纪40年代，上流式厌氧污泥床（Up-flow Anaerobic Sludge Bed，简称USAB）污水处理工艺的出现使得污水的厌氧处理技术取得了突破性进展，目前厌氧处理已经成功应用于各种高、中浓度的工业废水，具有投资低、运行费用省、处理负荷大等优点。

UASB技术是利用厌氧污泥中的厌氧微生物（甲烷菌和水解菌）的代谢，将污水中的有机物消化、分解为CH₄和CO₂，以达到净化水体的作用（[1]UASB 反应器的结构设计及运行—陈凤丽）。由于厌氧微生物对温度的变化较为敏感，温度的变化会直接影响生化速率、沼气产量以及出水水质。厌氧微生物存在中温发酵区（30-40℃）和高温发酵区（50-65℃）这两个最适宜的发酵温度区域（[2]工程实践中提高UASB 反应器处理效率研究—蔡存现）。而在我国冬季，废水进水温度往往远低于30℃，为了将反应器维持在适宜的发酵温度内，需要对进水废水进行加热。

传统的废水加热方法是在厌氧反应器之前设置一加热池，使用蒸汽加热热水加热、或电加热等方式，均消耗了额外能源，并且在加热池内以及废水输送过程中都有一定的热损耗，UASB反应器处理污水产生的沼气也没有得到很好的利用。

目前已有将换热盘管固定放置于反应器内部的加热方式出现，但这种加热方式存在不均匀加热的情况，另外UASB反应器内部还存在布水不均、进水容易短流的问题（[3]UASB反应器改进的中试研究-洪艺明），以上因素均会影响到厌氧反应器的处理效率与出水水质。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有水力驱动旋转加热功能的UASB反应器及应用其的系统，解决了现有UASB反应器系统中对沼气利用不全面、内置换热盘管加热不均匀、布水不均、进水易短流等缺点。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种具有水力驱动旋转加热功能的UASB反应器，包括反应器壳体、斜击式转轮、换热盘管、热水进水管、热水出水管、废水出水管、沼气输送管道、温度传感器、两根排污管、两个旋转接头、两根废水进水管和若干个三相分离器，若干个三相分离器设置在反应器壳体内，且位于反应器壳体上部，将反应器壳体的内腔自上而下分为沼气收集室、沉淀区和反应区，斜击式转轮、换热盘管、热水进水管、热水出水管、两根排污管和两根废水进水管设置于反应区内，反应区底部存有厌氧污泥，两根废水进水管一端自反应器壳体底部伸入，一根排污管一端从反应器壳体底部伸出，另一根排污管一端从反应器壳体中部伸出，废水出水管一端从反应器壳体伸出，且位于沉淀区顶部，换热盘管顶端通过旋转接头与热水出水管的一端连接，热水出水管的另一端伸出反应器壳体，换热盘管底端穿过斜击式转轮，并通过旋转接头与热水进水管的一端连接，热水进水管的另一端自反应器壳体底部伸出，沼气输送管道一端自反应器壳体顶部伸出，与沼气收集室相通，温度传感器设置在反应区的内壁面。

一种应用具有水力驱动旋转加热功能的UASB反应器的系统，还包括沼气发电系统，所述沼气发电系统包括沼气发电机组、沼气泵、沼气处理设备、沼气调节阀、天然气调节阀、天然气补充管道、冷却水换热器、烟气余热回收换热器、热水箱、热水泵，沼气调节阀、沼气泵和沼气处理设备均设置在沼气输送管道上，沼气调节阀位于沼气处理设备的出口处，沼气输送管道的另一端与沼气发电机组相连，天然气补充管道与沼气输送管道相通，天然气补充管道上设有天然气调节阀，冷却水换热器、烟气余热回收换热器分别通过管路与沼气发电机组相连，冷却水换热器、烟气余热回收换热器、热水箱通过热水出水管依次相连，热水进水管的另一端与热水箱相连，热水泵设置在热水进水管上。

本发明与现有技术相比，其显著优点在于：

（1）将产生的沼气用于发电，并回收沼气发电机冷却水与烟气中的热量用于加热UASB反应器。

（2）在UASB反应器上安装温度传感器，根据温度对沼气输送量以及天然气补充量进行自动调整，保证反应器维持在厌氧微生物的最佳发酵温度范围内，同时合理利用了沼气资源。

（3）UASB反应器内具有与斜击式转轮固定安装的换热盘管，利用进水的水力冲击带动换热盘管旋转，一方面废水从斜击式转轮正面进入、背面流出，起到了布水的作用，不需另设布水系统；另一方面通过换热盘管的旋转，不仅加强了反应器内部的搅动，防止短流，而且加强了换热效果，废水与污泥接触更加充分。

（4）换热盘管两端窄中间宽的纺锤螺线型设计，使换热更加均匀，从而提高UASB反应器的处理效率。

附图说明

图1为本发明应用具有水力驱动旋转加热功能的UASB反应器的系统的示意图。

图2为本发明的斜击式转轮与废水进水管的相对位置示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

结合图1，一种具有水力驱动旋转加热功能的UASB反应器，包括反应器壳体1、斜击式转轮4、换热盘管7、热水进水管11、热水出水管12、废水出水管8、沼气输送管道25、温度传感器20、两根排污管9、两个旋转接头10、两根废水进水管6和若干个三相分离器5，若干个三相分离器5设置在反应器壳体1内，且位于反应器壳体1上部，将反应器壳体1的内腔自上而下分为沼气收集室13、沉淀区3和反应区2，斜击式转轮4、换热盘管7、热水进水管11、热水出水管12、两根排污管9和两根废水进水管6设置于反应区2内，反应区2底部存有厌氧污泥，两根废水进水管6一端自反应器壳体1底部伸入，一根排污管9一端从反应器壳体1底部伸出，另一根排污管9一端从反应器壳体1中部伸出，废水出水管8一端从反应器壳体1伸出，且位于沉淀区3顶部，换热盘管7顶端通过旋转接头10与热水出水管12的一端连接，热水出水管12的另一端伸出反应器壳体1，换热盘管7底端穿过斜击式转轮4，并通过旋转接头10与热水进水管11的一端连接，热水进水管11的另一端自反应器壳体1底部伸出，沼气输送管道25一端自反应器壳体1顶部伸出，与沼气收集室13相通，温度传感器20设置在反应区2的内壁面。

所述反应器壳体1的侧壁从上至下由圆柱体和圆台的侧面组成，该圆柱体的底面直径等于圆台的上底面直径，圆台的下底面直径小于其上底面直径。

待处理废水从废水进水管6喷射进入反应器壳体1，冲击斜击式转轮4正面从而驱动斜击式转轮4和换热盘管7旋转，废水从斜击式转轮4背面流出，废水在反应区2内被换热盘管7加热至适宜的发酵温度，同时在换热盘管7的搅动下与厌氧污泥充分接触，废水中的有机物被厌氧微生物分解并产生沼气，在三相分离器5的作用下，反应产生的沼气全部进入沼气收集室13中，处理后的废水从废水出水管8排出，厌氧污泥返回反应区2重新参与分解反应。

所述斜击式转轮4包括若干勺状固定叶片，可在进水射流冲击下绕中轴旋转，水流冲击转轮正面叶片后从背面流出。

换热盘管7呈两端窄中间宽的纺锤螺线型，通过热水进水管11和热水出水管12上下分别支撑于三相分离器5和反应器壳体1的底座，竖直安装于反应器壳体1内部的正中心，换热盘管7随斜击式转轮4旋转。

换热盘管7最大螺旋直径小于反应器壳体1的直径，最小螺旋直径与斜击式转轮4底盘直径相等。

结合图2，所述两根废水进水管6关于斜击式转轮4的中心点呈中心对称布置，水平方向正对斜击式转轮4的叶片，竖直方向与斜击式转轮4底平面呈22.5°夹角。

一种应用具有水力驱动旋转加热功能的UASB反应器的系统，包括具有水力驱动旋转加热功能的UASB反应器和沼气发电系统，所述沼气发电系统包括沼气发电机组14、沼气泵27、沼气处理设备28、沼气调节阀21、天然气调节阀22、天然气补充管道26、冷却水换热器15、烟气余热回收换热器17、热水箱24、热水泵23，沼气调节阀21、沼气泵27和沼气处理设备28均设置在沼气输送管道25上，沼气调节阀21位于沼气处理设备28的出口处，沼气输送管道25的另一端与沼气发电机组14相连，天然气补充管道26与沼气输送管道25相通，天然气补充管道26上设有天然气调节阀22，冷却水换热器15、烟气余热回收换热器17分别通过管路与沼气发电机组14相连，冷却水换热器15、烟气余热回收换热器17、热水箱24通过热水出水管12依次相连，热水进水管11的另一端与热水箱24相连，热水泵23设置在热水进水管11上。

厌氧反应产生的沼气被储存于沼气收集室13中，通过沼气泵27输送至沼气处理设备28，沼气经过处理后再送入沼气发电机组14中进行发电；沼气调节阀21与天然气调节阀22可根据反应区2的内壁上安装的温度传感器20传递的温度信号自动调节阀门开度；沼气发电机组14产生的高温烟气18和冷却循环水1 6中的热量分别通过烟气余热回收换热器17和冷却水换热器15被热水出水管12中的热水吸收，吸热升温后的热水储存于热水箱24内，再通过热水泵23经过热水进水管11送入换热盘管7中与内部废水换热。

Claims

1.一种具有水力驱动旋转加热功能的UASB反应器，其特征在于：包括反应器壳体（1）、斜击式转轮（4）、换热盘管（7）、热水进水管（11）、热水出水管（12）、废水出水管（8）、沼气输送管道（25）、温度传感器（20）、两根排污管（9）、两个旋转接头（10）、两根废水进水管（6）和若干个三相分离器（5），若干个三相分离器（5）设置在反应器壳体（1）内，且位于反应器壳体（1）上部，将反应器壳体（1）的内腔自上而下分为沼气收集室（13）、沉淀区（3）和反应区（2），斜击式转轮（4）、换热盘管（7）、热水进水管（11）、热水出水管（12）、两根排污管（9）和两根废水进水管（6）设置于反应区（2）内，反应区（2）底部存有厌氧污泥，两根废水进水管（6）一端自反应器壳体（1）底部伸入，一根排污管（9）一端从反应器壳体（1）底部伸出，另一根排污管（9）一端从反应器壳体（1）中部伸出，废水出水管（8）一端从反应器壳体（1）伸出，且位于沉淀区（3）顶部，换热盘管（7）顶端通过旋转接头（10）与热水出水管（12）的一端连接，热水出水管（12）的另一端伸出反应器壳体（1），换热盘管（7）底端穿过斜击式转轮（4），并通过旋转接头（10）与热水进水管（11）的一端连接，热水进水管（11）的另一端自反应器壳体（1）底部伸出，沼气输送管道（25）一端自反应器壳体（1）顶部伸出，与沼气收集室（13）相通，温度传感器（20）设置在反应区（2）的内壁面；

换热盘管（7）呈两端窄中间宽的纺锤螺线型，通过热水进水管（11）和热水出水管（12）上下分别支撑于三相分离器（5）和反应器壳体（1）的底座上，竖直安装于反应器壳体（1）内部的正中心，换热盘管（7）随斜击式转轮（4）旋转；

换热盘管（7）最大螺旋直径小于反应器壳体（1）的直径，最小螺旋直径与斜击式转轮（4）底盘直径相等；

所述两根废水进水管（6）关于斜击式转轮（4）的中心点呈中心对称布置，水平方向正对斜击式转轮（4）的叶片，竖直方向与斜击式转轮（4）底平面呈22.5°夹角。

2.一种应用如上述权利要求1所述的具有水力驱动旋转加热功能的UASB反应器的系统，其特征在于：还包括沼气发电系统，所述沼气发电系统包括沼气发电机组（14）、沼气泵（27）、沼气处理设备（28）、沼气调节阀（21）、天然气调节阀（22）、天然气补充管道（26）、冷却水换热器（15）、烟气余热回收换热器（17）、热水箱（24）、热水泵（23），沼气调节阀（21）、沼气泵（27）和沼气处理设备（28）均设置在沼气输送管道（25）上，沼气调节阀（21）位于沼气处理设备（28）的出口处，沼气输送管道（25）的另一端与沼气发电机组（14）相连，天然气补充管道（26）与沼气输送管道（25）相通，天然气补充管道（26）上设有天然气调节阀（22），冷却水换热器（15）、烟气余热回收换热器（17）分别通过管路与沼气发电机组（14）相连，冷却水换热器（15）、烟气余热回收换热器（17）、热水箱（24）通过热水出水管（12）依次相连，热水进水管（11）的另一端与热水箱（24）相连，热水泵（23）设置在热水进水管（11）上。