專利名稱：脈沖厭氧流化床反應器及有機廢水處理方法
技術領域：
本發明涉及廢水處理領域，特別涉及一種高效處理的脈沖厭氧流化床反應器和利用該脈沖厭氧流化床反應器處理有機廢水的方法。
背景技術：
高濃度、高難度有機廢水特別是造紙廢水主要來自原料木片(或麥草等)的浸洗加工、化機漿中段水、箱板紙生產過程。廢水的特點是水量大，SS、C0D&均較高，廢水B/C較低，可生化性較差，屬于高濃度、高難度有機廢水之一。廢水的污染物成分復雜，含有大量分子結構較穩定的大分子污染物，如木質素、纖維素、半纖維素以及少量松香等難降解污染物，并含有部分其它的有機雜質以及部分無機物和氯化物等少量有毒物質。木質素及其衍生物、纖維素、半纖維素等是形成C0Dtt&B0D的主要成分；細碎木片、細小纖維、土壤顆粒等主要形成固體懸浮物(SS)。該類廢水在厭氧處理過程中產泥、產氣量較大，如果不能將厭氧池內的氣-固-液三相進行有效分離，廢水的處理效果將會受到較大的影響。目前，國內外主要采用傳統的UASB、EGSB、IC等厭氧反應器對高濃度、高難度有機廢水進行處理，但這些工藝都難以取得高效的氣-固-液三相分離效果，同時不易培養出沉淀性能好、生物活性高的顆粒污泥。因此，有必要提供一種高效處理的脈沖厭氧流化床反應器和利用該脈沖厭氧流化床反應器處理高濃度、高難度有機廢水的方法，以克服現有技術的缺點。

發明內容
本發明的目的在于提供一種高效處理的脈沖厭氧流化床反應器(PAFR-B反應器)。本發明的目的可以通過以下技術措施實現
一種脈沖厭氧流化床反應器，包括主體、位于主體上方的并設有進水口的儲水罐、與儲水罐連接的脈沖布水器，
所述的主體內腔中部設有三相分離器和三相分離平臺，所述的三相分離器為至少一個長條形下口過濾袋，所述的下口通過法蘭與三相分離平臺連接，過濾袋的上端通過支架固定；所述的三相分離平臺上設置有供污泥由上至下通過的單向閥； 所述的主體內腔在所述的三相分離器上方設置有出水口；
所述的主體內腔在所述的三相分離平臺下方設置有內循環抽水管，所述的內循環抽水管與所述的儲水罐連接。作為本發明脈沖厭氧流化床反應器的優選實施方式，所述的三相分離器為三個長方形下口過濾袋。作為本發明脈沖厭氧流化床反應器的優選實施方式，所述的脈沖厭氧流化床反應器還設置有與二沉池出水口連接的回流系統，所述的回流系統與儲水罐連接。作為本發明脈沖厭氧流化床反應器的優選實施方式，所述脈沖布水器在主體內腔底部及距底部2至4米設置有兩層或三層的脈沖出水口。脈沖出水口還可設為反沖排渣功能的出水口。下層布水的中間成45°角向下噴水，外圈成0°角向圓心噴水，上層外圈布水成 90°角垂直向下噴水，形成中心部位向上周圍向下的循環模式，最大限度攪動污泥。本發明的又一發明目的在于提供一種工藝簡單、成本低、效率高、能夠對高濃度、 高難度有機廢水的高效厭氧處理方法。本發明的目的可以通過以下技術措施實現
一種高濃度、高難度有機廢水的高效厭氧處理方法，所述的處理方法包括如下步驟
(1)高濃度、高難度有機廢水經預處理后進行物化處理，并經初沉池泥水分離后自流至調節池；
(2)調節池廢水提升至脈沖厭氧流化床反應器，經脈沖布水后進行水解酸化反應，經三相分離后污泥被截留在厭氧池內，氣體被分離后進入氣體收集系統或沼氣焚燒裝置，廢水自流入下一級處理系統；所述的脈沖厭氧流化床反應器為前述的脈沖厭氧流化床反應器 (PAFR-B反應器)。所述的PAFR-B反應器設有防堵塞布水系統。PAFR-B反應器能高效處理各類高濃度、高難度有機工業廢水，如印染廢水、造紙廢水、化工廢水、淀粉廢水等。PAFR-B工藝操作簡單，投資省、運行費用低，去除效率高，是一種比傳統厭氧工藝更先進、更符合國情的新型厭氧處理技術。PAFR-B反應器的特點如下具有新一代高效三相分離技術。由于厭氧反應器的獨特功能和特殊構造，使厭氧的三相分離成為一件特別困難的任務。泥水混合均勻、污染物去除率高和產氣量大是厭氧追求的目標，同時也是三相分離最大的難題，很多厭氧系統失敗的原因就是不能正確處理這些矛盾。新一代高效三相分離器是本PAFR-B反應器的核心技術，是將一種精密過濾技術引入厭氧反應器，在厭氧反應中可以實現在高流速、高氣體夾帶量、高污泥濃度條件下的氣、固、液三相完美分離。本三相分離器是采用聚酯篩網制作的長方形下口過濾袋，下口通過法蘭與三相分離平臺連接，上端通過支架固定。三相分離平臺外圈設置從上到下的單向閥門，單向閥上方是污泥沉降空間，利用抽取內循環水的機會使三相分離平臺下方缺水從而形成一定的負壓，并使單向閥開啟，將平臺上方沉降的污泥回流至三相分離平臺下方。濾網表面濾速為0. 3 3m/h，采用脈沖形式使過濾袋迅速膨脹和收縮，每次過濾后均有一次清理和脫泥的過程，從而保證過濾袋的持續過濾能力。同時還設置有二沉池出水回流系統，出水回流可以提高反應器內的液體表面上升流速，使反應器內污泥與污水充分接觸，避免反應器內死角和短流的產生；對于超高濃度或含有難降解或有毒有機物的廢水，出水回流可以稀釋進水有機物濃度，降低難降解有機物或有毒有機物對微生物的抑制；同時，出水回流還可以補充厭氧池內的堿度，可以防止厭氧過酸化，進一步保證了厭氧系統的穩定、高效運行。實際工作時待處理廢水經脈沖布水系統進入PAFR-B反應器主體，反應器內污泥和廢水在脈沖布水強大的推動力下完成高效混合并部分流化、上升，廢水與污泥充分混合、 接觸而發生厭氧反應，產生沼氣(氣體主要為甲烷和二氧化碳)附著在污泥顆粒上，致使污泥所受浮力增大而上浮，當污泥顆粒上升撞擊到三相分離器濾網時，氣體從污泥上脫離并經集氣管排出。廢水和污泥進入三相分離器的沉淀區，污泥顆粒由于失去了氣體的托浮力而開始下沉，粒徑較大的污泥(主要是顆粒污泥)很容易沉降到反應器底部，而普通污泥會有部分通過濾網，通過濾網后沉淀性能較好的污泥會繼續沉降并附著在濾網外表面上，而沉降性能較差的污泥細小碎片隨出水流出。附著在濾網外表面上的污泥通過過濾廢水時的水力沖刷作用以及在濾網的膨脹-收縮作用下會脫落并沉降在三相分離平臺上，并在廢水內循環時經平臺上設置的單向閥回流至反應器下層，這樣就完成了厭氧反應器內的氣、水、 泥的高效分離。本發明的PAFR-B反應器較現有技術在各方面都有較大幅度的改良和提升 主體由鋼筋混凝土或鋼結構構成，一般有效水深為12 18米，結構簡單，造價低。 系統內有獨特的脈沖布水而形成的強力而又均勻的攪動和沖擊性的上流推動力。 反應器內由酸化、水解和產氣菌組成了高效、協調的厭氧生態群，與主要由產氣菌組成的厭氧反應器相比有顯著優點。 啟動時間短，無需顆粒化污泥啟動，廢紙造紙污水3飛個月可形成顆粒化污泥， 操作便利。 特殊的污泥濃度分布規律和脈沖布水的強力攪動，為迅速產生顆粒化污泥創造了條件，從而帶來了高效率。 無任何運動部件，而有成熟的防堵塞措施，因而安全可靠，使用壽命長。 適應性好，耐沖擊負荷。厭氧系統使用脈沖布水，僅消耗部分勢能，無潛水攪拌等輔助設備。脈沖布水是利用虹吸管中快速流動的水流將主管道中的空氣帶走，使主管道內形成一定的真空度，在管道內外大氣壓的作用下池內的水進入主管道后排入池中。由于水流速度快，布水能在短時間內完成，達到脈沖的效果，攪起池底的高濃度的污泥，使池內泥水處于充分混合狀態，解決了系統內的短流、溝流現象，厭氧菌與廢水中的有機物得到充分的接觸。脈沖布水很好的解決了厭氧裝置中的泥水混合問題，而且節省了昂貴的水下攪拌系統和解決了污泥流失問題，為厭氧裝置提供了適用的布水手段。在PAFR-B反應器啟動階段，接種在PAFR-B中的普通絮狀污泥，通過脈沖布水的沖擊作用形成連續的上升-下降過程，污泥不斷互相碰撞、摩擦，及所產生沼氣的吸濕作用逐步形成致密結構的顆粒化污泥。脈沖布水器平均每2 3分鐘脈沖一次，每次脈沖持續15 30秒，因此脈沖時沖擊速度很大，可達3m/s，形成巨大的湍流攪動，把底層污泥帶到反應器的上方。脈沖過后，顆粒污泥密度大，很快失去上升的動量開始沉降，并形成明顯的分層。池內可大致分為三層下層 (從池底到整個池高約1/3處)污泥濃度高，可達l(T20g/L。中間層(池高約1/3 2/3處)污泥濃度一般，為廣10g/L左右。再向上則為分離層。PAFR-B中，積累有大量高活性的厭氧污泥是這種設備具有巨大處理能力的主要原因。PAFR-B的COD容積負荷率在6 15kg/m3. d范圍內，平均為12kg/m3. d。可溶性COD去除率通常在70% 90%之間，造紙類廢水往往更高。PAFR-B工藝不是單純的去除污染物，還有改善廢水可生化性的功效。高分子有機物因為分子量巨大，不能透過微生物的細胞膜，因此不可能為細菌直接吸收利用。而PAFR-B池將大分子降解為小分子，能大幅度改善廢水的B/C比。在PAFR-B反應器頂部安裝有高效三相分離裝置，經三相分離后污泥被截留在厭氧池內，氣體被分離后進入氣體收集系統(或沼氣焚燒裝置)，廢水自流入下一級處理系統。 該方法能保證厭氧出水SS ^ 200mg/L，沼氣完全進入氣體收集系統(或沼氣焚燒裝置)。PAFR-B對進水條件沒有嚴格的要求，能適應各種高濃度、高難度廢水。PAFR-B進水的條件為溫度為25 38°C ；COD和pH則有一個相對較大的允許范圍。PAFR-B工藝不僅出水水質優良，并且該系統具有卓越的穩定性能、簡便的操作管理和極小的維護工作量，同時可以有效防止污泥膨脹現象。本發明就是在PAFR反應器的基礎上揚長補短，充分發揮PAFR的原有優勢，同時徹底改善其泥水分離功能和污染物去除率。作為本發明高濃度、高難度有機廢水的高效厭氧處理方法的優選實施方式，所述的廢水預處理中，包括對廢水水質、水量、PH值和溫度進行調節。作為本發明高濃度、高難度有機廢水的高效厭氧處理方法的優選實施方式，所述的脈沖厭氧流化床反應器停留時間為6 181!，有效水深為12 18m，高徑比為廣2之間，圓形鋼結構，內層防腐。作為本發明高濃度、高難度有機廢水的高效厭氧處理方法的優選實施方式，所述的脈沖布水，沖放比為20:1左右，脈沖時間為15 30s ；設置底部及距底部2至4米兩層或三層布水，底部與上部的布水量比為7:3或6:3:1。下層布水的中間成45°角向下噴水，外圈成0°角向圓心噴水，上層外圈布水成90°角垂直向下噴水，形成中心部位向上周圍向下的循環模式，最大限度攪動污泥。作為本發明高濃度、高難度有機廢水的高效厭氧處理方法的優選實施方式，所述的脈沖布水是指原水和回流水一起進入脈沖布水器，通過增加新的布水點，提高脈沖布水器的標高，適當延長沖放比，達到提高脈沖強度和進一步提高泥水混合能力，從而將容積負荷提高到6 MKgCOD/m3. d0作為本發明高濃度、高難度有機廢水的高效厭氧處理方法的更優選實施方式，所述的預處理中調整廢水PH值為6. (Γ8. 0。作為本發明高濃度、高難度有機廢水的高效厭氧處理方法的最優選實施方式，所述的預處理中調整廢水PH值為7. 5。作為本發明高濃度、高難度有機廢水的高效厭氧處理方法的更優選實施方式，所述的PAFR-B反應器停留時間為6 18h。作為本發明高濃度、高難度有機廢水的高效厭氧處理方法的最優選實施方式，所述的PAFR-B反應器停留時間為12h。作為本發明高濃度、高難度有機廢水的高效厭氧處理方法的更優選實施方式，所述的PAFR-B反應器有效水深為12 18m。作為本發明高濃度、高難度有機廢水的高效厭氧處理方法的最優選實施方式，所述的PAFR-B反應器有效水深為16m。作為本發明高濃度、高難度有機廢水的高效厭氧處理方法的更優選實施方式， 所述的PAFR-B反應器設置底部及距底部2至4米兩層布水，底部與上部的布水量比為廣4:1。作為本發明高濃度、高難度有機廢水的高效厭氧處理方法的最優選實施方式，所述的PAFR-B反應器底部與上部的布水量比為2:1。作為本發明高濃度、高難度有機廢水的高效厭氧處理方法的更優選實施方式，所述的PAFR-B反應器容積負荷為6 MKgC0D/m3. d。作為本發明高濃度、高難度有機廢水的高效厭氧處理方法的最優選實施方式，所述的PAFR-B反應器容積負荷為llgCOD/m3. d。作為本發明高濃度、高難度有機廢水的高效厭氧處理方法的更優選實施方式，所述的PAFR-B反應器脈沖布水沖放比為15 25:1左右。作為本發明高濃度、高難度有機廢水的高效厭氧處理方法的最優選實施方式，所述的PAFR-B反應器脈沖布水沖放比為20:1，相應的脈沖時間為20秒左右。作為本發明高濃度、高難度有機廢水的高效厭氧處理方法的更優選實施方式，所述的PAFR-B反應器需要回流二沉池出水，回流比為2(Γ100%。作為本發明高濃度、高難度有機廢水的高效厭氧處理方法的最優選實施方式，所述的PAFR-B反應器所需的二沉池出水回流比為60%。與傳統技術相比，通過本發明高濃度、高難度有機廢水的高效厭氧處理方法解決了高濃度、高難度有機廢水難以處理的難題，高濃度、高難度有機廢水經所述高濃度、高難度有機廢水的高效厭氧處理方法處理后大幅度的降低了其污染物濃度，為后續處理提供了便利，為進一步處理達到較高的工業廢水處理控制標準創造了條件。本方法是一種成本低、 效率高、能夠對高濃度、高難度有機廢水有效治理的處理工藝。


利用附圖對本發明作進一步說明，但附圖中的實施例不構成對本發明的任何限制。圖1是本發明脈沖厭氧流化床反應器一個實施例的結構示意圖2是本發明高濃度、高難度有機廢水的高效厭氧處理方法的流程示意圖。
具體實施例方式為使本發明更加容易理解，下面將進一步闡述本發明的具體實施例。實施例1
如圖1所示，一種脈沖厭氧流化床反應器100，包括主體110、位于主體110上方的并設有進水口 122的儲水罐120、與儲水罐120連接的脈沖布水器130，所述的主體110內腔中部設有三相分離器140和三相分離平臺150，所述的三相分離器140為三個長方形下口過濾袋142，所述的下口通過法蘭與三相分離平臺150連接，過濾袋142的上端通過支架固定； 所述的三相分離平臺150上設置有供污泥由上至下通過的單向閥152 ；所述的主體110內腔在所述的三相分離器140上方設置有出水口 112 ；所述的主體110內腔在所述的三相分離平臺150下方設置有內循環抽水管114，所述的內循環抽水管114與所述的儲水罐120連接。所述的脈沖厭氧流化床反應器100還設置有與二沉池出水口連接的回流系統160，所述的回流系統160與儲水罐120連接。所述脈沖布水器130在主體110內腔底部及距底部2 至4米設置有兩層的脈沖出水口 132。實施例2
利用PAFR-B厭氧反應技術，對高濃度、高難度有機廢水進行處理，如圖2所示，該方法包括以下步驟
(1)高濃度、高難度有機廢水經預處理后進行物化處理，并經初沉池泥水分離后自流至調節池；(2)調節池廢水提升至PAFR-B反應器頂部的脈沖布水罐，經脈沖布水罐脈沖布水進入 PAFR-B池進行水解酸化反應，在PAFR-B反應器頂部安裝高效三相分離裝置，經三相分離后污泥被截留在厭氧池內，氣體被分離后進入氣體收集系統(或沼氣焚燒裝置)，廢水自流入下一級處理系統。在步驟(1)中，高濃度、高難度有機廢水預處理后進行物化處理是指高濃度、高難度有機廢水經預處理后自流入混凝反應池，投加聚合氯化鋁(PAC)和聚丙烯酰胺(PAM)，隨后進入初沉池進行泥水分離，沉淀池出水自流進入調節池進行水質、水量和水溫等的調節。在步驟(2)中，將所述高濃度、高難度有機廢水提升至PAFR-B反應器進行水解酸化反應是指將廢水提升至PAFR-B反應器頂部的脈沖布水器，廢水經脈沖布水進入PAFR-B 反應器發生水解酸化反應，水解酸化處理后廢水在PAFR-B反應器頂部進行三相分離。 PAFR-B反應器出水自流入下一級處理系統。高濃度、高難度有機廢水中含有大量的難降解高分子污染物，經過前處理后，仍會不可避免的有部分細小的纖維和較大的雜質進入PAFR-B反應器，如薄膜袋、布條等，這些雜質容易造成布水孔堵塞。由于布水系統安裝在PAFR-B反應器底部，且PAFR-B反應器是一個密閉結構，清通布水系統需要耗費較大的人力、物力。為解決這個難題，發明人根據多個工程的經驗，改進了布水系統的構造，增加水力反沖排渣管道，使布水系統具有良好的防堵塞功能，即便堵塞也能通過簡便的操作疏通布水管。防堵塞布水系統是根據PAFR-B反應器的結構、水力模型及多個高濃度、高難度有機廢水處理工程的PAFR-B反應器布水系統運行情況總結改良得出。在以往的布水系統中，堵塞通常發生在布水管的末端，堵塞的雜質是薄膜袋、布條等。發明人在布水管末端增加反沖排渣管，脈沖布水器發生脈沖時將雜質沖至排渣管中，然后開啟反沖排渣閥門，利用高位水力壓差使PAFR-B反應器內的廢水通過布水管過水孔進入布水管內進行反沖，隨后進入反沖排渣管一起把雜質帶出，由此完成反沖排渣過程。整個反沖排渣過程僅需要進行閥門的開啟，操作非常的簡便，且反沖排渣效果好。防堵塞布水系統和脈沖布水器的保安篩網組成了 PAFR-B反應器的防堵塞雙保險，大大提高了 PAFR-B反應器連續運行的可靠性。在步驟(2)中，本實施例中經預處理后進入PAFR-B反應器的廢水pH值為7. 5。在步驟(2)中，本實施例中PAFR-B反應器的停留時間為12h。在步驟(2)中，本實施例中PAFR-B反應器的有效水深為16m。在步驟(2)中，本實施例中PAFR-B反應器設置底部及距底部2至4米兩層布水， 底部與上部的布水量比為2:1。在步驟(2)中，本實施例中PAFR-B反應器脈沖布水沖放比為20:1，相應的脈沖時間為20秒左右。在步驟(2)中，本實施例中PAFR-B反應器所需的二沉池出水回流比為60%。在步驟(2)中，本實施例中PAFR-B反應器容積負荷為llgCOD/m3. d。在本發明的一個實施例中，進一步包括將經過高濃度、高難度有機廢水的高效厭氧處理方法處理后的高濃度、高難度有機廢水進行檢測然后排放的步驟，該步驟主要是測定水樣中的污染物指標，以檢驗該技術對所述廢水的處理達標情況。在本發明中，高濃度、高難度有機廢水的水質、水量、pH值、溫度以及構筑物的相關參數等均對廢水中污染物去除率有一定影響。以下通過具體實施例評價其相應的關聯關系。(下述實施例均采用如實施例1的PAFR-B反應器)。表1表征了進入PAFR-B反應器的廢水pH對C0Dtt、SS去除率亦有一定的影響。常溫條件下，控制前物化加藥量，初沉池泥水分離后廢水經提升進入PAFR-B反應器，在不同的廢水PH情況下測定PAFR-B反應器出水的污染物指標，結果如表1所示。表1進入PAFR-B反應器的廢水pH對C0D&、SS去除率的影響
權利要求
1.一種脈沖厭氧流化床反應器，包括主體、位于主體上方的并設有進水口的儲水罐、與儲水罐連接的脈沖布水器，其特征在于，所述的主體內腔中部設有三相分離器和三相分離平臺，所述的三相分離器為至少一個長條形下口過濾袋，所述的下口通過法蘭與三相分離平臺連接，過濾袋的上端通過支架固定；所述的三相分離平臺上設置有供污泥由上至下通過的單向閥；所述的主體內腔在所述的三相分離器上方設置有出水口；所述的主體內腔在所述的三相分離平臺下方設置有內循環抽水管，所述的內循環抽水管與所述的儲水罐連接。
2.根據權利要求1所述的脈沖厭氧流化床反應器，其特征在于，所述的三相分離器為三個長方形下口過濾袋。
3.根據權利要求1所述的脈沖厭氧流化床反應器，其特征在于，所述的脈沖厭氧流化床反應器還設置有與二沉池出水口連接的回流系統，所述的回流系統與儲水罐連接。
4.根據權利要求1所述的脈沖厭氧流化床反應器，其特征在于，所述脈沖布水器在主體內腔底部及距底部2至4米設置有兩層或三層的脈沖出水口。
5.一種高濃度、高難度有機廢水的高效厭氧處理方法，所述的處理方法包括如下步驟(1)高濃度、高難度有機廢水經預處理后進行物化處理，并經初沉池泥水分離后自流至調節池；(2)調節池廢水提升至脈沖厭氧流化床反應器，經脈沖布水后進行水解酸化反應，經三相分離后污泥被截留在厭氧池內，氣體被分離后進入氣體收集系統或沼氣焚燒裝置，廢水自流入下一級處理系統；所述的脈沖厭氧流化床反應器為權利要求1-4任一權利要求所述的脈沖厭氧流化床反應器。
6.根據權利要求5所述的處理方法，其特征在于，廢水在所述的脈沖厭氧流化床反應器停留時間為6 18h。
7.根據權利要求5所述的處理方法，其特征在于，所述的脈沖厭氧流化床反應器有效水深為12 18m。
8.根據權利要求5所述的處理方法，其特征在于，所述的脈沖布水，沖放比為15 25:1， 脈沖時間為15 30秒；設置底部及距底部2至4米兩層布水，底部與上部的布水量比為 1 4:1。
9.根據權利要求5所述的處理方法，其特征在于，所述的脈沖厭氧流化床反應器中容積負荷為6 MKgCOD/m3. do
10.根據權利要求5所述的處理方法，其特征在于，所述的脈沖厭氧流化床反應器中引進二沉池出水，回流比為2(Γ100%。
全文摘要
本發明公開了PAFR-B厭氧反應技術，解決了高濃度、高難度有機廢水不易處理的問題。技術方案包括以下步驟將高濃度、高難度有機廢水預處理后進行物化處理，經泥水分離后提升至PAFR-B布水器與二沉池回流液混合，經脈沖布水進入池內進行水解酸化反應，在PAFR-B反應器頂部安裝高效三相分離裝置，經三相分離后污泥被截留在厭氧池內，氣體被分離后進入氣體收集系統(或沼氣焚燒裝置)，廢水自流入下一級處理系統。該方法能使高濃度、高難度有機廢水厭氧處理后COD去除率達70%~90%，厭氧出水SS≤200mg/L，沼氣完全進入氣體收集系統(或沼氣焚燒裝置)，基本達到較高的高濃度、高難度有機廢水高效厭氧處理標準。
文檔編號C02F3/28GK102432098SQ201110361028
公開日2012年5月2日 申請日期2011年11月15日 優先權日2011年11月15日
發明者劉德沛 申請人:廣州中環萬代環境工程有限公司