一種處理廢水的兩相兩階段厭氧生物反應器

《一種處理廢水的兩相兩階段厭氧生物反應器》是華南理工大學於2012年3月31日申請的專利，該專利的公布號為CN102603124A，授權公布日為2012年7月25日，發明人是萬金泉、馬邕文、王艷、陳雲、黃明智。

《一種處理廢水的兩相兩階段厭氧生物反應器》公開了一種處理廢水的兩相兩階段厭氧生物反應器，所述反應器包括反應器本體、位於反應器本體外側的循環水罐和加鹼裝置以及位於反應器本體內從下到上依次設有的生物相分離器、一級三相分離器、二級三相分離器，所述反應器本體的下部設有密封的酸化反應室，所述生物相分離器設於酸化反應室內的頂部；酸化反應室上部至一級三相分離器之間形成產甲烷主反應區，一級三相分離器與二級三相分離器之間形成產甲烷精處理區；該發明的厭氧反應器結構緊湊，占地少，在處理中高濃度製漿造紙廢水或相類似的廢水時有機負荷可達40千克COD/（立方米/天），在處理水量水質多變的廢水過程中具有很高的穩定性和靈活性。

2020年7月14日，《一種處理廢水的兩相兩階段厭氧生物反應器》獲得第二十一屆中國專利獎優秀獎。

（概述圖為《一種處理廢水的兩相兩階段厭氧生物反應器》摘要附圖）

基本介紹

• 中文名：一種處理廢水的兩相兩階段厭氧生物反應器
• 申請人：華南理工大學
• 申請日：2012年3月31日
• 申請號：2012100929288
• 公布號：CN102603124A
• 公布日：2012年7月25日
• 發明人：萬金泉、馬邕文、王艷、陳雲、黃明智
• 地址：廣東省廣州市天河區五山路381號
• Int. Cl.：C02F9/14(2006.01)I、C02F3/28(2006.01)N
• 代理機構：廣州市華學智慧財產權代理有限公司
• 代理人：宮愛鵬
• 類別：發明專利

專利背景

厭氧生物處理技術是有機廢水處理中的重要技術之一。而厭氧反應器是厭氧生物處理技術的核心。傳統的厭氧反應器包括UASB、厭氧過濾床、厭氧流化床等。2012年前，這些厭氧反應器廣泛套用於廢水處理行業，但常出現能承受有機負荷低，不能承受較大的衝擊負荷，運行穩定性較差，濾床易堵，污泥易流失，反應器體積大，維護困難等缺點。近年來發展的IC厭氧反應器、EGSB厭氧反應器，在UASB上得到了一些突破並解決了一些問題，包括：（1）通過內循環或外循環以及較高的水力上升流速強化泥水傳質而提高了反應器的最大有機負荷，並減小了占地面積。（2）通過三相分離器的改進提高了水力流速，減小了水力停留時間從而提高了反應器的處理效率。但是，這類改進型厭氧反應器仍存在一些問題，包括：（1）處理含懸浮物、鈣、鎂等廢水時顆粒污泥易結垢，導致反應器堵塞和處理效率急劇下降，嚴重時需停機清理後重新添加活性污泥。（2）啟動時形成內循環困難，啟動時間長，且集氣槽下易聚集大量浮泥，堵塞集氣槽，難以維持穩定的高效提升。（3）在處理含有毒物質的有機廢水時，傳統的單相厭氧反應器中產甲烷菌群直接接觸有毒物質，其增殖速率常常低於衰亡速率，導致厭氧處理過程不能保持長期的高效。（4）2012年前三相分離器在較高流速下不能有效實現三相分離，厭氧反應器易出現污泥嚴重流失。

發明內容

專利目的

《一種處理廢水的兩相兩階段厭氧生物反應器》的目的在於針對2012年之前的技術的不足，提供一種適宜厭氧生物菌群生長，提高反應器內污泥的活性，強化了污泥與廢水間的傳質的廢水處理的兩相兩階段厭氧生物反應器。

技術方案

一種處理廢水的兩相兩階段厭氧生物反應器，其特徵在於，所述反應器包括反應器本體、循環水罐和加鹼裝置；所述反應器本體為空心筒體結構，反應器本體底部設有布水器，頂部設有氣液分離器，反應器本體內從下到上依次設有生物相分離器、一級三相分離器、二級三相分離器，所述反應器本體的下部設有密封的酸化反應室（優選地，酸化反應室的高徑比為1:1或小於1:1），所述生物相分離器設於酸化反應室內的頂部；酸化反應室上部至一級三相分離器之間形成產甲烷主反應區，一級三相分離器與二級三相分離器之間形成產甲烷精處理區；產甲烷區由產甲烷主反應區和產甲烷精處理區組成（優選地，產甲烷區的高徑比大於等於2）。所述生物相分離器上部設有導氣管，該導氣管與一級三相分離器的集氣槽連通，生物相分離器與產甲烷主反應區由導流管單向連通；所述集氣槽通過內循環提升管與氣液分離器連通；所述氣液分離器的內循環回流管的下端通入產甲烷主反應區的底部；反應器本體頂部的出水通過排水管排入循環水罐；循環水罐底部通過外循環回流管與布水器連通，循環水罐頂部設有出水管；所述加鹼裝置連線加鹼管，該加鹼管通入產甲烷主反應區底部；所述反應器本體底部設有排泥管和底部進液支管。

所述反應器本體的底部為漏斗型錐形筒體，所述布水器包括進液主幹管、與進液主幹管連通的兩個布水排管，所述布水排管包括豎直的側部進液支管及設於側部進液支管不同高度上的至少兩個水平的布水管，所述兩個布水排管設在反應器本體的漏斗型錐形筒體的兩側，且其出水口伸入該筒體內，兩個布水排管的出水方向為同一時針方向。優選地，所述兩個布水排管及筒體中軸線位於同一豎直平面內，且兩個布水排管的出水口相對於筒體中軸線對稱，出水口末端設有同一時針方向的沿圓周截面切線的彎頭，從而使得兩個布水排管的出水方向為同一時針方向。所述兩個布水排管也可不在同一豎直平面內，兩個布水排管的出水口方向相反且分列在筒體中軸線的兩側。

在運行時底部進液支管可連續或間斷進入廢水，可在需要補充污泥時作為排泥管作為進泥管進泥。廢水通過進液主幹管分別由兩根進液支管再由布水管水平進入布水區，在水平方向上形成旋流攪拌，垂直方向上形成推流流態，利用水力攪拌實現泥水的充分混合，並有效避免短流。但當反應器直徑較大時，旋流中心會攪拌強度不足，因此在正常運行時底部進液支管也連續進水，以促進旋流中心的泥水混合。當長期處理含鈣或惰性懸浮物質較多的廢水時，污泥容易結垢，導致活性下降，需要排泥時，停止底部進液支管進水，在錐形筒體內，因結垢污泥和惰性物質與活性污泥的密度差異形成分層，結垢污泥和惰性物質因密度大而沉於錐形筒體底部，由排泥管排出。當需要補充污泥時，通過底部排泥管進入反應器，達到補充活性污泥的作用，從而實現反應器高效率的連續運行。

所述酸化反應室的上部為漏斗型封端，所述生物相分離器設於酸化反應室上部的中央，該生物相分離器包括外筒和內筒，所述外筒包括外直筒體、與外直筒體底部連線的外錐形筒體及外直筒體的上端連線的漏斗型外筒；所述漏斗型外筒與酸化反應室上部漏斗型封端之間形成螺旋進液區，所述漏斗型外筒上設有與漏斗型外筒相切的進液口，所述進液旋轉方向與布水排管出水旋轉的時針方向相同；所述外錐形筒體與外直筒體連通，且其底部開放，外錐形筒體內壁設有螺旋導流板，形成外螺旋通道，其螺旋方向與上方進入液體的旋轉方向相同；所述內筒包括擴張筒和內直筒體，所述擴張筒設在外筒內中軸線處，且固定於酸化反應室上部封端處，擴張筒的上端封閉並設有導流管，擴張筒通過導流管上設有的單嚮導通閥與產甲烷主反應區單嚮導通，導流管出水口末端設有沿圓周截面切線的彎頭，導流管出水旋轉方向與進液旋轉的時針方向相同，擴張筒上部直徑小，下部直徑大，擴張筒下端開口並與內直筒體上部連線形成聯接通道，擴張筒下端外沿設有擋板，該擋板與內直筒體形成同心集氣槽，集氣槽上端設有與內直筒體和外直筒體形成的空腔聯通的導氣管；內直筒體中部設有過濾孔，內直筒體下部設有另一螺旋導流板，形成內螺旋通道，其螺旋方向與外螺旋通道的螺旋方向相同。泥水混合液由迎著渦旋方向開口的進液口進入分離器漏斗型外筒與漏斗型內筒間的空腔，並流速得到旋轉加速，沿漏斗型內筒外壁旋轉向下至底部設有上部直徑小下部直徑大的擴張筒，污泥和懸浮物因密度大而向下部的內直筒體外壁聚集，而水因密度小而向下部的內直筒體外壁聚集，氣液經由過濾孔進入內直筒體上升至擴張筒頂部由導流管而進入產甲烷室；小部分氣體因密度差異向中心聚集由導氣管進入產甲烷區提升管，有效減小了氣體在反應區內積累對菌群產生抑制的問題。泥水進一步由過濾孔分離，液體進入內直筒體內，污泥和懸浮物處於內直筒體外繼續向下運動，有效實現泥水分離。同時過濾孔外側的高的流體流速對過濾孔進行剪下清洗，因此無需反衝洗即可保持孔通暢。所述生物相分離器的螺旋通道的螺旋方向與流體旋轉方向相同，以促進分離污泥迅速返回至反應區，避免已經分離的污泥向上返混，從而實現高效的將泥水分離。

所述一級三相分離器包括平行交錯排列的至少兩層集氣罩、以及集氣槽、污泥收集槽、擋板和污泥回流管，所述集氣罩與集氣槽連通，所述集氣槽與內循環提升管連通，集氣罩的正下方設有污泥收集槽，污泥收集槽末端連線有污泥回流管，污泥回流管與內循環回流管連通，在集氣罩之間的回流縫隙下部設有擋板；所述循環水罐底部的外循環回流管的一根支管聯接於布水器的進液主幹管，另一根支管聯接於一級三相分離器下方的內循環回流管上。

所述集氣槽的下端開口，開口處分別連線一長擋板和一短擋板，長擋板與短擋板之間留有污泥回流口，且長、短擋板的水平投影能將集氣槽的下連線埠完全覆蓋。

所述二級三相分離器固定於反應器本體的頂部，包括外筒和內筒，所述外筒包括外直筒體、與外直筒體底部連線的外錐形筒體及外直筒體的上端連線的漏斗型外筒；所述內筒設在外筒內中軸線處，包括擴張筒、漏斗型內筒及內直筒體，所述漏斗型外筒與漏斗型內筒之間形成螺旋進液區，所述漏斗型外筒上設有與漏斗型外筒相切的進液口，所述進液旋轉方向與產甲烷區底部的導流管出水旋轉的時針方向相同；所述外錐形筒體與外直筒體連通，且其底部開放，外錐形筒體內壁設有螺旋導流板，形成外螺旋通道，其螺旋方向與上方進入液體的旋轉方向相同；所述擴張筒上部直徑小，下部直徑大，且上下開口分別連線漏斗型內筒的下端和內直筒體上端；內直筒體中部設有過濾孔，內直筒體下部設有螺旋導流板，形成內螺旋通道，其螺旋方向與外螺旋通道的螺旋方向相同；所述漏斗型內筒上端外延上設有鋸齒形溢流堰，該溢流堰與反應器本體筒體之間形成環形匯水槽，匯水槽通過排水管與循環水罐連通。

所述二級三相分離器固定於反應器本體的頂部，也可為包括兩層集氣罩和兩層斜板，兩層集氣罩上下交錯排列，下層集氣罩的罩頂最高點位於上層集氣罩之間的回流縫的中線下方。在兩層集氣罩之間設有上層斜板，在下層集氣罩下方設有下層斜板，兩層斜板的傾斜方向相反。在表面帶有氣泡的污泥在上升至集氣罩內時，上升慣性與水吸負壓複合作用形成紊流，促進氣泡與污泥的分離，從而集氣罩內的浮泥快速有效由污泥收集槽經由污泥回流管進入內循環回流管返回到產甲烷室的底部，減少污泥進入提升管造成堵塞，氣液混合液由一級提升管進入氣液分離器內進行氣液分離後，液體由內循環回流管返回到產甲烷室底部。

《一種處理廢水的兩相兩階段厭氧生物反應器》的厭氧反應器運行方式如下：廢水由進水泵從厭氧反應器的底部經進液主幹管分別由兩根進液支管，再由布水管水平切向進入錐形筒體內，另部分一由進液主幹管經底部進液支管從底部垂直向上進入錐形筒體內，然後螺旋升流進入厭氧反應器的酸化反應室，降解後酸化基質由進液窗切向進入生物相分離器，經泥水分離後廢水和沼氣由內直筒體上小孔徑的過濾孔進入內直筒體內上升至擴張筒頂部，液體由導流管進入產甲烷室，使得COD得到進一步降解，大部分氣液混合液由擴張筒頂部中軸處的導氣管進入產甲烷區提升管，提升至氣液分離器後，氣體排放，液體由內循環回流管返回到產甲烷室底部。分離的污泥和懸浮物經由生物相分離器的內直筒體、外錐形筒以及外螺旋導流板形成的螺旋通道返回到酸化反應室，懸浮污染物再次由水解酸化菌進行水解酸化降解成酸化基質。產甲烷室內泥水氣混合液上升至一級三相分離器，泥水氣混合液在集氣罩碰撞作用與污泥收集槽的水吸作用下實現氣和泥的分離，氣液混合液由集氣罩收集後由提升管提升至氣液分離器，沼氣分離排放或利用，廢水由回流管回流到產甲烷室底部。產甲烷室的大部分污泥返回下降，廢水和少量污泥上升至產甲烷室頂部，一部分通過產甲烷室頂部的二級提升管進入氣液分離器，分離後的泥水混合物由回流管回流到產甲烷室底部，剩餘大部分泥水混合液由進液窗切向進入二級三相分離器如同生物相分離器分離原理一樣將分離的氣水混合物經擴張筒上升至沉澱區，再由鋸齒形溢流堰整流後進入排水管，從循環水罐中部進入循環水罐，一部分從循環水罐底部由經外循環回流管進入進液主幹管，再次進入酸化反應室；另一部分由循環水罐上部排出進入下一處理單元。

改善效果

（1）通過在反應器本體中安裝生物相分離器將產酸污泥和產甲烷污泥進行有效的分離，避免廢水中毒性物質直接接觸產甲烷微生物，並在生物相分離器上部、產甲烷主反應區下部設定加鹼管，向產甲烷室投加鹼，分別為產酸室的產酸微生物和產甲烷室里的微生物創造適宜的pH環境，提高各種厭氧微生物的活性。另外，三相分離器設有生物器導氣管可將產酸反應室產生的硫化氫、氫氣等氣體收集直接排入內循環提升管，增加內循環提升力的同時避免過高的氫分壓和毒性物質濃度阻礙揮發性有機酸（VFA）和醇類等中間產物的乙酸化過程和甲烷化過程。

（2）改進的漏斗旋流布水器更易實現良好的傳質效果。布水器的漏斗錐形筒體的不同高度處設有布水管，由於漏斗錐形筒體下部分的圓形截面小，污泥量少，隨著高度的增加，污泥量的增加，不同高度的污泥水平旋流速度具有差異，污泥床層間發生相對位移有效避免溝流和短流的產生。同時傳統布水器難以在大直徑反應器內實現均勻布水，《一種處理廢水的兩相兩階段厭氧生物反應器》所述的布水器利用下層床層運動帶動上層床層運動，降低每個布水點布水均勻性、布水點個數以及布水點出水流速的要求，降低了布水點處的水力剪下力，為顆粒污泥的形成與成長創造良好的環境。另外，布水器底部進水可對大直徑反應器的旋流攪拌的大漩渦進行適當剪下，促進大漩渦裂解為小漩渦，豐富相間運動，提高傳質效率。另在布水器底部設有排泥管，可靈活的進行結垢失活污泥進行排放和活性污泥的補充，提高反應器的運行靈活性。

（3）生物相分離器中的切向進液方式和螺旋污泥回流通道，實現在較高的泥水混合液流速下高效的泥水分離。生物相分離器上多個切向進液口使得泥水混合液進入生物相分離器後高速旋流，因此根據泥水不同的密度產生不同的離心力進行分離，並利用生物相分離器內直筒體上的過濾孔進一步分離，同時旋流液體對過濾孔產生水力剪下，對過濾孔進行清洗，避免了過濾孔的堵塞，可長期穩定的進行泥水分離。生物相分離器下部分的螺旋污泥回流通道根據旋流方向設計，有利於分離污泥的回流，同時有效避免螺旋污泥回流通道出口的液體逆向進入，對已分離污泥回流造成影響而形成二次返混。

（4）《一種處理廢水的兩相兩階段厭氧生物反應器》採用改進的內外複合循環結構，厭氧處理後出水均進入循環水罐，一部分由反應器底部經布水器進入產酸室，另一部分由外循環回流管進入內循環回流管最終回流到產甲烷主反應區底部。通過不同比例的循環為兩大反應區回流不同的營養物質和鹼度，使得反應器具有更強的抗衝擊負荷能力。另外，《一種處理廢水的兩相兩階段厭氧生物反應器》的內循環結構中的集氣罩的泥水界面處設有污泥收集槽，污泥收集槽均聯接污泥回流管，污泥回流管另一端聯接於集氣罩下方的內循環回流管上。利用外循環回流管的強制回流在內循環回流管內形成負壓，將集氣罩下方的污泥收集進入內循環回流管回流到產甲烷主反應區底部，同時在集氣罩之間設定斜擋板，減少污泥進入上層集氣罩，從而達到儘量減少污泥進入內循環提升管造成堵塞或內循環提升阻力增大。因此《一種處理廢水的兩相兩階段厭氧生物反應器》所述的內循環結構具有更大內循環提升力，並不易發生堵塞，使得循環具有更好的自適應性和穩定性。

（5）《一種處理廢水的兩相兩階段厭氧生物反應器》的二級三相分離器即終端三相分離器採用如生物相分離器的結構，不同之處在於生物相分離器內擴張筒的頂部不封閉，實現良好的泥水分離效果。或者二級三相分離器採用改進的三相分離器結構，包括兩層集氣罩和兩層斜板，兩層集氣罩上下交錯排列，下層集氣罩的罩頂最高點位於上層集氣罩之間的回流縫的中線下方，在兩層集氣罩之間設有上層斜板，在下層集氣罩下方設有下層斜板，兩層斜板的傾斜方向相反。泥水氣混合物在上升過程中，首先與最層斜板碰撞，破壞其尾渦作用，促進泥氣的分離，使得大部分污泥由於表面氣泡的分離沉降回反應區，大部分氣體由第一層集氣罩進行收集分離。少部分氣體和污泥繼續上升，再次和上層斜板碰撞，並因斜板傾斜方向的改變使得污泥碰撞後氣體沿斜板上升至第二層集氣罩由二級提升管進入氣液分離器得到分離，污泥得到沉降分離。

（6）《一種處理廢水的兩相兩階段厭氧生物反應器》的厭氧反應器其結構設計緊湊，具有合適的高徑比與簡單的處理流程，既節約占地面積，又無需反衝洗而實現高效的兩相分離，在處理中高濃度的製漿造紙廢水的運行中體現出了長期穩定的污染物高效去除率，有機負荷可以達到40千克COD/（立方米/天），在運行中體現出了極高的穩定性和靈活性。

附圖說明

圖1是《一種處理廢水的兩相兩階段厭氧生物反應器》實施例1生物反應器的結構示意圖；

圖2a是圖1中進液布水區I結構示意圖；

圖2b是圖2a的俯視圖；

圖2c是實施例2中進液布水區I結構示意圖；

圖3是圖1中生物相分離器2結構示意圖；

圖4a是圖1中產甲烷室中一級三相分離器結構示意圖；

圖4b是圖1中產甲烷室中一級三相分離器俯視結構示意圖；

圖4c是圖1中產甲烷室中一級三相分離器左視結構示意圖；

圖4d是圖1中產甲烷室中一級三相分離器不同形式結構示意圖；

圖5a是圖1中二級三相分離器和氣液分離器的結構示意圖；

圖5b是圖1中二級三相分離器的不同形式結構示意圖。

技術領域

《一種處理廢水的兩相兩階段厭氧生物反應器》涉及一種厭氧反應器，特別是涉及一種處理廢水的兩相兩階段厭氧生物反應器。

權利要求

1.一種處理廢水的兩相兩階段厭氧生物反應器，其特徵在於，所述反應器包括反應器本體、循環水罐和加鹼裝置；所述反應器本體為空心筒體結構，反應器本體底部設有布水器，頂部設有氣液分離器，反應器本體內從下到上依次設有生物相分離器、一級三相分離器、二級三相分離器，所述反應器本體的下部設有密封的酸化反應室，所述生物相分離器設於酸化反應室內的頂部；酸化反應室上部至一級三相分離器之間形成產甲烷主反應區，一級三相分離器與二級三相分離器之間形成產甲烷精處理區；所述生物相分離器上部設有導氣管，該導氣管與一級三相分離器的集氣槽連通，生物相分離器與產甲烷主反應區由導流管單向連通；所述集氣槽通過內循環提升管與氣液分離器連通；所述氣液分離器的內循環回流管的下端通入產甲烷主反應區的底部；反應器本體頂部的出水通過排水管排入循環水罐；循環水罐底部通過外循環回流管與布水器連通，循環水罐頂部設有出水管；所述加鹼裝置連線加鹼管，該加鹼管通入產甲烷主反應區底部；所述反應器本體底部設有排泥管和底部進液支管。

2.根據權利要求1所述的生物反應器，其特徵在於，所述反應器本體的底部為漏斗型錐形筒體，所述布水器包括進液主幹管、與進液主幹管連通的兩個布水排管，所述布水排管包括豎直的側部進液支管及設於側部進液支管不同高度上的至少兩個水平的布水管，所述兩個布水排管設在反應器本體的漏斗型錐形筒體的兩側，且其出水口伸入該筒體內，兩個布水排管的出水方向為同一時針方向。

3.根據權利要求2所述的生物反應器，其特徵在於，所述兩個布水排管不在同一豎直平面內，兩個布水排管的出水口方向相反且分列在筒體中軸線的兩側。

4.根據權利要求2所述的生物反應器，其特徵在於，所述兩個布水排管及筒體中軸線位於同一豎直平面內，且兩個布水排管的出水口相對於筒體中軸線對稱，出水口末端設有同一時針方向的沿圓周截面切線的彎頭。

5.根據權利要求1或2所述的生物反應器，其特徵在於，所述酸化反應室的上部為漏斗型封端，所述生物相分離器設於酸化反應室的中央，該生物相分離器包括外筒和內筒，所述外筒包括外直筒體、與外直筒體底部連線的外錐形筒體及外直筒體的上端連線的漏斗型外筒；所述漏斗型外筒與酸化反應室上部漏斗型封端之間形成螺旋進液區，所述漏斗型外筒上設有與漏斗型外筒相切的進液口，所述進液旋轉方向與布水排管出水旋轉的時針方向相同；所述外錐形筒體與外直筒體連通，且其底部開放，外錐形筒體內壁設有螺旋導流板，形成外螺旋通道，其螺旋方向與上方進入液體的旋轉方向相同；所述內筒包括擴張筒和內直筒體，所述擴張筒設在外筒內中軸線處，且固定於酸化反應室上部封端處，擴張筒的上端封閉並設有導流管，擴張筒通過導流管上設有的單嚮導通閥與產甲烷主反應區單嚮導通，導流管出水口末端設有沿圓周截面切線的彎頭，導流管出水旋轉方向與進液旋轉的時針方向相同，擴張筒上部直徑小，下部直徑大，擴張筒下端開口並與內直筒體上部連線形成聯接通道，擴張筒下端外沿設有擋板，該擋板與內直筒體形成同心集氣槽，集氣槽上端設有與內直筒體和外直筒體形成的空腔聯通的導氣管；內直筒體中部設有過濾孔，內直筒體下部設有螺旋導流板，形成內螺旋通道，其螺旋方向與外螺旋通道的螺旋方向相同。

6.根據權利要求5所述的生物反應器，其特徵在於，所述一級三相分離器包括平行交錯排列的至少兩層集氣罩、以及集氣槽、污泥收集槽、擋板和污泥回流管，所述集氣罩與集氣槽連通，所述集氣槽與內循環提升管連通，集氣罩的正下方設有污泥收集槽，污泥收集槽末端連線有污泥回流管，污泥回流管與內循環回流管連通，在集氣罩之間的回流縫隙下部設有擋板；所述循環水罐底部的外循環回流管的一根支管聯接於布水器的進液主幹管，另一根支管聯接於一級三相分離器下方的內循環回流管上。

7.根據權利要求6所述的生物反應器，其特徵在於，所述集氣槽的下端開口，開口處分別連線一長擋板和一短擋板，長擋板與短擋板之間留有污泥回流口，且長、短擋板的水平投影能將集氣槽的下連線埠完全覆蓋。

8.根據權利要求7所述的生物反應器，其特徵在於，所述二級三相分離器固定於反應器本體的頂部，包括外筒和內筒，所述外筒包括外直筒體、與外直筒體底部連線的外錐形筒體及外直筒體的上端連線的漏斗型外筒；所述內筒設在外筒內中軸線處，包括擴張筒、漏斗型內筒及內直筒體，所述漏斗型外筒與漏斗型內筒之間形成螺旋進液區，所述漏斗型外筒上設有與漏斗型外筒相切的進液口，所述進液旋轉方向與產甲烷區底部的導流管出水旋轉的時針方向相同；所述外錐形筒體與外直筒體連通，且其底部開放，外錐形筒體內壁設有螺旋導流板，形成外螺旋通道，其螺旋方向與上方進入液體的旋轉方向相同；所述擴張筒上部直徑小，下部直徑大，且上下開口分別連線漏斗型內筒的下端和內直筒體上端；內直筒體中部設有過濾孔，內直筒體下部設有螺旋導流板，形成內螺旋通道，其螺旋方向與外螺旋通道的螺旋方向相同；所述漏斗型內筒上端外延上設有鋸齒形溢流堰，該溢流堰與反應器本體筒體之間形成環形匯水槽，匯水槽通過排水管與循環水罐連通。

9.根據權利要求7所述的生物反應器，其特徵在於，所述二級三相分離器固定於反應器本體的頂部，包括兩層集氣罩和兩層斜板，兩層集氣罩上下交錯排列，下層集氣罩的罩頂最高點位於上層集氣罩之間的回流縫的中線下方，在兩層集氣罩之間設有上層斜板，在下層集氣罩下方設有下層斜板，兩層斜板的傾斜方向相反。

10.根據權利要求8所述的生物反應器，其特徵在於，所述酸化反應室的高徑比≤1:1；產甲烷區的高徑比≥2；所述反應器本體頂部設有將氣液分離器與產甲烷精處理區連通的二級提升管。

實施方式

實施例1

如圖1所示，一種處理廢水的兩相兩階段厭氧生物反應器，包括反應器本體1、循環水罐7和加鹼裝置8；所述反應器本體1為空心筒體結構，反應器本體1底部設有布水器2，反應器本體1頂部設有氣液分離器6，反應器本體1內從下到上依次設有生物相分離器3、一級三相分離器4、二級三相分離器5，所述反應器本體1的下部設有密封的酸化反應室11，酸化反應室11的高徑比為1:1，所述生物相分離器3設於酸化反應室11內；酸化反應室11上部至一級三相分離器4之間形成產甲烷主反應區12，一級三相分離器4與二級三相分離器5之間形成產甲烷精處理區13，產甲烷主反應區12和產甲烷精處理區13，統稱產甲烷區，產甲烷區的高徑比為3:1。

所述反應器本體1的底部為漏斗型錐形筒體，如圖2a和2b所示，所述布水器2包括進液主幹管201、與進液主幹管201連通的兩個布水排管202，進液主幹管201上連線水泵，所述布水排管202包括豎直的側部進液支管203及設於側部進液支管203不同高度上的4個水平的布水管204，所述兩個布水排管202設在反應器本體1的漏斗型錐形筒體的兩側，且出水口伸入該筒體內，所有布水管204及筒體中軸線位於同一豎直平面內，兩個布水排管202上的布水管204出水口位於所在水平面圓周的半徑中點處，且兩個布水排管202的出水口相對於筒體中軸線對稱，每根布水管204的出水口設有同一時針方向的沿圓周截面切線的彎頭205，使得布水管204的出水均為順時針方向。

如圖3所示，所述酸化反應室11的上部為漏斗型封端，所述生物相分離器3設於酸化反應室11上部的中央，該生物相分離器3包括外筒300和內筒310，所述外筒300包括外直筒體304、與外直筒體304底部連線的外錐形筒體306及外直筒體304的上端連線的漏斗型外筒303；所述漏斗型外筒303與酸化反應室11上部漏斗型封端111之間形成螺旋進液區，所述漏斗型外筒303上設有與該外筒相切的4個進液口302，4個進液口302的進液旋轉方向均為順時針方向；所述外錐形筒體306與外直筒體304連通，且其底部開放，外錐形筒體306內壁設有外螺旋導流板308，形成外螺旋通道，其螺旋方向與上方進入液體的旋轉方向相同；所述內筒310包括擴張筒311和內直筒體305，所述擴張筒311設在外筒300內中軸線處，且固定於酸化反應室11上部漏斗型封端111上，擴張筒311的上端封閉並設有導流管313，擴張筒311通過導流管313上設有的單嚮導通閥與產甲烷主反應區12單嚮導通，導流管313出口設有彎頭，出水的旋轉方向為水平順時針，擴張筒311上部直徑小，下部直徑大，擴張筒311下端開口並與內直筒體305上部連線形成聯接通道，擴張筒311下端外沿設有擋板314，該擋板314與內直筒體305形成同心集氣槽，該同心集氣槽上端設有與內直筒體305和外直筒體304形成的空腔聯通的導氣管315，該導氣管315與一級三相分離器的集氣槽402連通；內直筒體305中部設有過濾孔316，內直筒體305下部設有內螺旋導流板309，形成內螺旋通道，其螺旋方向與外螺旋通道的螺旋方向相同。

如圖4a、4b、4c所示，所述一級三相分離4器包括平行交錯排列的兩層集氣罩401、集氣罩外延擋板以及集氣槽402、污泥收集槽403、擋板404和污泥回流管405，所述集氣槽402的下端開口，開口處分別連線一長擋板406和一短擋板407，長擋板406與短擋板407之間留有污泥回流口，且長、短擋板406、407的水平投影能將集氣槽402的下連線埠完全覆蓋；所述集氣罩401與集氣槽402垂直交叉連線，通過連線口將集氣槽402與集氣罩401連通，所述集氣槽402通過內循環提升管9與氣液分離器6連通；下層的集氣罩401的內部泥水氣界面的正下方設有污泥收集槽403，污泥收集槽403的截面形狀為矩形，污泥收集槽403末端連線有污泥回流管405，污泥回流管405與氣液分離器6的內循環回流管601連通，內循環回流管601的下端通入產甲烷主反應區12的底部；在上下兩層集氣罩401之間的回流縫隙下部設有長短擋板404、408；長擋板404和短擋板408的水平投影將集氣罩之間的回流縫完全覆蓋，所述循環水罐7底部的外循環回流管701的一條支管與內循環回流管601連通，外循環回流管701的另一條支管與布水器2的進液主幹管201連通。

如圖5a所示，所述二級三相分離器5固定於反應器本體1的頂部，包括外筒500和內筒510，所述外筒500包括外直筒體501、與外直筒體501底部連線的外錐形筒體502及外直筒體501的上端連線的漏斗型外筒503；所述內筒510設在外筒500內中軸線處，包括擴張筒511、漏斗型內筒512及內直筒體513，所述漏斗型外筒503與漏斗型內筒512之間形成螺旋進液區，所述漏斗型外筒503上設有與該外筒相切的4個進液口504，4個進液口504的進液旋轉方向均為順時針方向；所述外錐形筒體502與外直筒體501連通，且其底部開放，外錐形筒體502內壁設有螺旋導流板，形成外螺旋通道，其螺旋方向與上方進入液體的旋轉方向相同；所述擴張筒511上部直徑小，下部直徑大，且上下開口分別連線漏斗型內筒512的下端和內直筒體513上端；內直筒體513中部設有過濾孔514，內直筒體513下部設有螺旋導流板，形成內螺旋通道，其螺旋方向與外螺旋通道的螺旋方向相同；所述漏斗型內筒512上端外延上設有鋸齒形溢流堰520，該溢流堰520與反應器本體1之間形成環形匯水槽，匯水槽通過排水管703與循環水罐7連通，反應器本體1頂部的出水直接排入循環水罐7，循環水罐7頂部設有出水管702。所述反應器本體1頂部設有將氣液分離器6與產甲烷精處理區13連通的二級提升管10。

所述加鹼裝置8連線加鹼管801，該加鹼管801通入產甲烷主反應區12底部，為產甲烷區與產酸區各自創造不同的pH環境，提高兩種活性污泥的活性。所述反應器本體1底部設有排泥管101和底部進液支管102。底部進液支管102可連續或間斷進入廢水，在需要補充污泥時可將排泥管101作為進泥管進泥。

廢水通過進液主幹管201分別由兩個布水排管202水平進入布水區，在水平方向上形成旋流攪拌，垂直方向上形成推流流態，利用水力攪拌實現泥水的充分混合，並有效避免短流。但當反應器直徑較大時，旋流中心會攪拌強度不足，因此在正常運行時底部進液支管102也連續進水，以促進旋流中心的泥水混合。當長期處理含鈣或惰性懸浮物質較多的廢水時，污泥容易結垢，導致活性下降，需要排泥時，停止底部進液支管102進水，因結垢污泥和惰性物質與活性污泥的密度差異，污泥在錐形筒體內形成分層，結垢污泥和惰性物質因密度大而沉於錐形筒體底部，由排泥管101排出。當需要補充污泥時，通過底部排泥管101進入反應器，達到補充活性污泥的作用，從而實現反應器高效率的連續運行。

泥水混合液由迎著渦旋方向開口的生物相分離器3的進液口302進入漏斗型外筒303與酸化反應室上部漏斗型封端111之間形成螺旋進液區，並流速得到旋轉加速，旋轉向下，污泥和懸浮物因密度大而向外直筒體304內壁聚集，而水因密度小而向內直筒體305外壁聚集，氣液經由過濾孔316進入內直筒體305上升至擴張筒311頂部由導流管313而進入產甲烷區；小部分氣體因密度差異向中心聚集由導氣管315經過集氣槽402進入內循環提升管9，有效減小了氣體在反應區內積累對菌群產生抑制的問題。泥水進一步由生物相分離器3的過濾孔316分離，液體進入內直筒體305內，污泥和懸浮物處於內直筒體305外繼續向下運動，有效實現泥水分離。所述生物相分離器2的過濾孔316的孔直徑由下至上遞減，以提高泥水分離效果，同時過濾孔316外側的高的流速對過濾孔316進行剪下清洗，因此無需反衝洗即可保持孔通暢。所述生物相分離器3的內直筒體305和外錐形筒306內部各自設有內、外螺旋導流板308、309，分別形成內、外螺旋通道，以促進分離污泥迅速返回至錐形筒體內，避免已經分離的污泥向上返混，從而實現高效的將泥水分離，同時截留廢水中的不溶污染物在酸化反應室11中，停留足夠的時間以降解成可溶的小分子有機物，進入產甲烷區得到徹底降解。該優勢使得反應器能高效的淨化含不溶污染物的中高濃度的複雜廢水，例如製漿造紙廢水。避免產甲烷污泥直接接觸有毒物質。

在表面帶有氣泡的污泥在上升至集氣罩401內時，上升慣性與水吸負壓複合作用形成紊流，促進氣泡與污泥的分離，從而集氣罩401內的浮泥快速有效由污泥收集槽403經污泥回流管405進入內循環回流管601返回到產甲烷主反應區12的底部，減少污泥進入內循環提升管9造成堵塞，氣液混合液由內循環提升管9（一級提升管）進入氣液分離器6內進行氣液分離後，液體由內循環回流管601返回到產甲烷主反應區12底部。

《一種處理廢水的兩相兩階段厭氧生物反應器》所述的反應器運行方式是：廢水由進水泵從厭氧反應器的底部經進液主幹管201分別由兩根布水排管202水平切向進入錐形筒體內，另部分由反應本體1底部的進液支管102從底部垂直向上進入錐形筒體內，然後螺旋升流進入厭氧反應器的酸化反應室11，降解後酸化基質由進液口302切向進入生物相分離器3，經泥水分離後廢水和沼氣由內直筒體305上小孔徑的過濾孔316進入內直筒體305內上升至擴張筒311頂部，液體由導流管313進入產甲烷區，使得COD得到進一步降解，大部分氣液混合液由擴張筒311頂部中軸處的導氣管315進入內循環提升管9，提升至氣液分離器6後，氣體排放，液體由內循環回流管601返回到產甲烷主反應區12底部。分離的污泥和懸浮物經由生物相分離器3的外螺旋通道返回到酸化反應室11，懸浮污染物再次由水解酸化菌進行水解酸化降解成酸化基質。產甲烷主反應區12內泥水氣混合液上升至一級三相分離器4，泥水氣混合液在集氣罩401碰撞作用與污泥收集槽403的水吸作用下實現氣和泥的分離，氣液混合液由集氣罩401收集後由內循環提升管9提升至氣液分離器6，沼氣分離排放或利用，廢水由內循環回流管601回流到產甲烷主反應區12底部。產甲烷區的大部分污泥返回下降，廢水和少量污泥上升至產甲烷區頂部，一部分通過產甲烷區頂部的二級提升管10進入氣液分離器6，分離後的泥水混合物由內循環回流管601回流到產甲烷主反應區12底部，剩餘大部分泥水混合液由進液口切向進入二級三相分離器5，分離原理如同生物相分離器，將分離的氣水混合物經擴張筒511上升至沉澱區，再由鋸齒形溢流堰520整流後進入循環水罐7，一部分從循環水罐7底部由經外循環回流管701進入進液主幹管201，再次進入酸化反應室11；另一部分由循環水罐7上部排出進入下一處理單元。另外加鹼裝置8將鹼液均勻分布於產甲烷主反應區12底部，適當提高產甲烷區的pH環境，為產甲烷區創造適宜的產甲烷環境。

實施例2

該實施例與實施例1的不同之處在於：

如圖2c所示，所述兩個布水排管202不在同一豎直平面內，兩個布水排管202上的布水管204出水口方向相反，且分列在筒體中軸線的兩側、所在水平面圓周的半徑中點處，從而使得兩個布水排管202的出水方向為同一時針方向。

實施例3

該實施例與實施例1的不同之處在於：

如圖4c所示，所述污泥收集槽403的截面形狀為梯形，集氣罩之間回流縫處僅設一塊擋板，擋板角度為水平。所述每個集氣罩401下面均設有污泥收集槽403。

實施例4

該實施例與實施例1的不同之處在於：

如圖5b所示，所述的二級三相分離器5包括兩層集氣罩517和上下兩層斜板515和516，兩層集氣罩517上下交錯排列，下層集氣罩的罩頂最高點位於上層集氣罩之間的回流縫的中線下方。在兩層集氣罩之間設有上層斜板515，在下層集氣罩下方設有下層斜板516，上下兩層斜板515、516的傾斜方向相反。二級提升管10一端聯接於反應器本體1頂部，另一端聯接於頂部的氣液分離器6。

榮譽表彰

2020年7月14日，《一種處理廢水的兩相兩階段厭氧生物反應器》獲得第二十一屆中國專利獎優秀獎。