一種用于廢水處理系統的旋流厭氧反應器;包括反應器室體和設置在反應器室體上方的相連的氣液分離器和水封罐;所述反應器室體內由下至上設有立體旋流布水系統、一級三相分離器、回流集水系統、二級三相分離器和出水裝置;所述反應器室體內還設有氣體收集系統，所述氣體收集系統與氣液分離器的氣體進口相連，所述氣液分離器的分離液出口與設于反應器室體內的分離液回流管相連;所述立體旋流布水系統包括進水布水裝置和設于所述進水布水裝置上方的回流水布水裝置。本發(fā)明通過專有設計的立體旋流布水系統、消能三相分離器、同向流線型回流集水裝置在反應器內構建多相多層次不同特性的流場，從而保障厭氧反應效能和氣水泥分離效果。

　　權利要求書

　　1.一種旋流厭氧反應器，其特征在于，所述反應器包括反應器室體和設置在反應器室體上方的相連的氣液分離器(1)和水封罐(2);所述反應器室體內由下至上設有立體旋流布水系統、分離液回流管(10)、一級三相分離器(8)、回流集水系統、二級三相分離器(5)和出水裝置;所述反應器室體內還設有分別與一級三相分離器(8)、二級三相分離器(5)上側連通的氣體收集系統，所述氣體收集系統與氣液分離器(1)的氣體進口相連，所述分離液回流管(10)的一端與所述氣液分離器(1)的分離液出口相連，另一端延伸在一級三相分離器(8)下方;所述立體旋流布水系統包括進水布水裝置和設于所述進水布水裝置上方的回流水布水裝置。

　　2.根據權利要求1所述的旋流厭氧反應器，其特征在于，所述進水布水裝置包括進水管(13)、與進水管(13)相連的若干進水分布管(14)以及若干個環(huán)狀布水管;所述進水分布管(14)交叉設置在反應器室體內底部;所述若干環(huán)狀布水管按同心圓方式布設在反應器室體內底部，并與各進水分布管(14)固定且連通。

　　3.根據權利要求2所述的旋流厭氧反應器，其特征在于，所述進水分布管(14)、環(huán)狀布水管均為穿孔管，穿孔處的出水口上設有螺旋噴嘴。

　　4.根據權利要求1所述的旋流厭氧反應器，其特征在于，所述回流水布水裝置包括回流水進水管(11)、與回流水進水管(11)相連的回流水分布管(12)以及若干個環(huán)狀回流水布水管;所述若干個環(huán)狀回流水布水管并列排布組合形成倒錐形結構，所述若干個環(huán)狀回流水布水管分別與回流水分布管(12)固定且連通;所述回流水分布管(12)為多根呈輻射狀排布設于倒錐形結構內表面的回流水分布管(12)，各回流水分布管(12)的一端在倒錐形結構的頂點匯合后與回流水進水管(11)相連通，另一端位于倒錐形結構的底部圓截面上，且端口封閉。

　　5.根據權利要求4所述的旋流厭氧反應器，其特征在于，所述回流水分布管(12)、環(huán)狀回流水布水管均為穿孔管，穿孔處的出水口上設有螺旋噴嘴。

　　6.根據權利要求2、3、4或5所述的旋流厭氧反應器，其特征在于，所述回流水布水裝置的回流水進水管(11)、進水布水裝置的進水管(13)分別與變頻水泵經管道相連。

　　7.根據權利要求1所述的旋流厭氧反應器，其特征在于，所述氣體收集系統包括設于一級三相分離器(8)上側的第一氣體收集裝置(7)和設于二級三相分離器(5)上側的第二氣體收集裝置(4);所述第一氣體收集裝置(7)、第二氣體收集裝置(4)分別與氣液分離器(1)的氣體進口相連;所述第一氣體收集裝置(7)、第二氣體收集裝置(4)分別包括氣體收集總管和分別設于三相分離器各斜板頂部的若干氣體收集支管;所述氣體收集支管與氣體收集總管相連通。

　　8.根據權利要求1所述的旋流厭氧反應器，其特征在于，所述回流集水系統為平行設于二級三相分離器(5)的下方的同向流線型回流集水裝置;包括與外回流管(16)相連的回流集水總管(6)以及若干回流集水支管(18)，所述回流集水支管(18)間隔設置在回流集水總管(6)的兩側，所述回流集水支管(18)遠離回流集水總管(6)的一端為封閉端;所述外回流管(16)的另一端與回流水布水裝置的回流水進水管(11)相連。

　　9.根據權利要求1所述的旋流厭氧反應器，其特征在于，所述出水裝置設于二級三相分離器的上方，包括出水總管(19)和若干平行設置的出水堰(3)，所述出水總管(19)垂直于各出水堰(3)并與各出水堰(3)相連;所述出水總管(19)與位于反應器室體外的出水管道(15)相連。

　　10.根據權利要求1所述的旋流厭氧反應器，其特征在于，所述一級三相分離器(8)和二級三相分離器(5)均為表面消能型小間距斜板式三相分離器;所述表面消能型小間距斜板式三相分離器的斜板區(qū)設有第一斜板單元和位于第一斜板單元上方的第二斜板單元;所述第一斜板單元包括若干均勻間隔設置的第一倒V形斜板組合，所述第一倒V形斜板組合是由兩塊長斜板頂部相接構成，所述兩塊長斜板與二者底部連線構成等邊三角形;所述第二斜板單元包括若干均勻間隔設置的第二倒V形斜板組合，該第二倒V形斜板組合是由兩塊短斜板頂部相接構成，所述兩塊短斜板與二者底部連線構成等邊三角形;所述第二倒V形斜板組合分別間隔設置在相鄰的兩個第一倒V形斜板組合之間的上方。

　　說明書

　　用于廢水處理系統的旋流厭氧反應器

　　技術領域

　　本發(fā)明涉及一種廢水處理技術，尤其涉及一種用于廢水處理系統的旋流厭氧反應器。

　　背景技術

　　20世紀70年代以來，廢水厭氧生物處理技術得到了較快的發(fā)展，出現了以UASB、EGSB和IC等為代表的反應器得到了廣泛的應用，其具有負荷高、投資少。運行費用少、可以回收部分能源等優(yōu)點。但在應用中，中低濃度廢水常規(guī)的厭氧處理時存在①反應產氣量低使得下降管回流量低，需要較大的外部回流量、能耗高;②有機負荷低不容易形成顆粒污泥，而絮狀污泥容易流失等問題。一個良好的厭氧反應器要具備良好的污泥截留能力;具有生物污泥與進水基質充分接觸的條件;需要提供微生物適宜的生長條件的功能這三個方面的特性。在同一個反應器內高效反應和水氣泥分離是現代厭氧反應器的基本要求，但高效反應需要充分混合、而水氣泥分離需要盡量少的擾動，二者失衡是造成厭氧反應器效率下降或污泥流失的重要原因，如何在反應器內實現及穩(wěn)定這一平衡是厭氧反應器研究開發(fā)的重中之重。

　　發(fā)明內容

　　本發(fā)明的目的在于提供一種結構合理、處理效果好、占地面積小、造價低、運行管理方便、不易堵塞、能明顯改善配水均勻性、適用于廢水處理系統的旋流厭氧反應器(Cyclone Anaerobic Reactor簡稱CAR)。

　　本發(fā)明的目的是通過以下技術方案來實現的：

　　本發(fā)明涉及一種旋流厭氧反應器，所述反應器包括反應器室體和設置在反應器室體上方的相連的氣液分離器1和水封罐2;所述反應器室體內由下至上設有立體旋流布水系統、分離液回流管10、一級三相分離器8、回流集水系統、二級三相分離器5和出水裝置;所述反應器室體內還設有分別與一級三相分離器8、二級三相分離器5上側連通的氣體收集系統，所述氣體收集系統與氣液分離器1的氣體進口相連，所述分離液回流管10的一端與所述氣液分離器1的分離液出口相連，另一端延伸在一級三相分離器8下方;所述立體旋流布水系統包括進水布水裝置和設于所述進水布水裝置上方的回流水布水裝置。

　　作為本發(fā)明的一個實施方案，所述進水布水裝置包括進水管13、與進水管13相連的若干進水分布管14以及若干個環(huán)狀布水管;所述進水分布管14交叉設置在反應器室體內底部;所述若干環(huán)狀布水管按同心圓方式布設在反應器室體內底部，并與各進水分布管14固定且連通。

　　作為本發(fā)明的一個實施方案，所述進水分布管14為兩根;所述環(huán)狀布水管為三個，包括均勻間距設置的內環(huán)布水管、中環(huán)布水管和外環(huán)布水管。兩根進水分布管14垂直交叉設置在反應器室體內底部，并且，交叉處與進水中心管的一端相連通，所述進水中心管的另一端與進水管13相連。

　　作為本發(fā)明的一個實施方案，所述進水分布管14、環(huán)狀布水管均為穿孔管，穿孔處的出水口上設有螺旋噴嘴。

　　作為本發(fā)明的一個實施方案，所述回流水布水裝置包括回流水進水管11、與回流水進水管11相連的回流水分布管12以及若干個環(huán)狀回流水布水管;所述若干個環(huán)狀回流水布水管并列排布組合形成倒錐形結構，所述若干個環(huán)狀回流水布水管分別與回流水分布管12固定且連通;所述回流水分布管12為多根呈輻射狀排布設于倒錐形結構內表面的回流水分布管12，各回流水分布管12的一端在倒錐形結構的頂點匯合后與回流水進水管11相連通，另一端位于倒錐形結構的底部圓截面上，且端口封閉。

　　作為本發(fā)明的一個實施方案，所述回流水分布管12、環(huán)狀回流水布水管均為穿孔管，穿孔處的出水口上設有螺旋噴嘴。

　　作為本發(fā)明的一個實施方案，所述回流水布水裝置的回流水進水管11、進水布水裝置的進水管13分別與變頻水泵經管道相連。

　　作為本發(fā)明的一個實施方案，所述氣體收集系統包括設于一級三相分離器8上方的第一氣體收集裝置7和設于二級三相分離器5上方的第二氣體收集裝置4;所述第一氣體收集裝置7、第二氣體收集裝置4分別與氣液分離器1的氣體進口相連;所述第一氣體收集裝置7、第二氣體收集裝置4分別包括氣體收集總管和分別設于三相分離器各斜板頂部的若干氣體收集支管;所述氣體收集支管與氣體收集總管相連通。

　　作為本發(fā)明的一個實施方案，所述回流集水系統為平行設于二級三相分離器5的下方的同向流線型回流集水裝置;包括與外回流管16相連的回流集水總管6以及若干回流集水支管18，所述回流集水支管18間隔設置在回流集水總管6的兩側，所述回流集水支管18遠離回流集水總管6的一端為封閉端;所述外回流管16的另一端與回流水布水裝置的回流水進水管11相連。

　　作為本發(fā)明的一個實施方案，所述出水裝置設于二級三相分離器的上方，包括出水總管19和若干平行設置的出水堰3，所述出水總管19垂直于各出水堰3并與各出水堰3相連;所述出水總管19與位于反應器室體外的出水管道15相連。

　　作為本發(fā)明的一個實施方案，所述一級三相分離器8和二級三相分離器5均為表面消能型小間距斜板式三相分離器;所述表面消能型小間距斜板式三相分離器的斜板區(qū)設有第一斜板單元和位于第一斜板單元上方的第二斜板單元;所述第一斜板單元包括若干均勻間隔設置的第一倒V形斜板組合，所述第一倒V形斜板組合是由兩塊長斜板頂部相接構成，所述兩塊長斜板與二者底部連線構成等邊三角形;所述第二斜板單元包括若干均勻間隔設置的第二倒V形斜板組合，該第二倒V形斜板組合是由兩塊短斜板頂部相接構成，所述兩塊短斜板與二者底部連線構成等邊三角形;所述第二倒V形斜板組合分別間隔設置在相鄰的兩個第一倒V形斜板組合之間的上方。

　　作為本發(fā)明的一個具體實施方案，所述第一倒V形斜板組合中長斜板的長度為1250～1450mm，對應的等邊三角形中斜邊與底邊的比值為27:31，相鄰第一倒V形斜板組合的間距為400～500mm;所述第二倒V形斜板組合中短斜板的長度為700～900mm，對應的等邊三角形中斜邊與底邊的比值為20:23，相鄰第二倒V形斜板組合的間距為(490～590)*2mm;所述第二倒V形斜板組合的頂部高出第一倒V形斜板組合頂部280～360mm。

　　與現有技術相比，本發(fā)明具有如下有益效果：

　　1、適應負荷范圍廣——可滿足中低濃度廢水的厭氧處理要求：

　　本發(fā)明的CAR反應器通過特定的立體旋流布水系統、三相分離器、出水裝置的設置形成多相多層級流場的設計，在旋流區(qū)可以利用低回流量實現污水與厭氧污泥的充分混合與懸浮;在靜沉區(qū)則通過多級消能使出水區(qū)的表面負荷基本與沉淀池一致，可減少絮狀污泥的流失;從而使中低濃度廢水的高效厭氧降解成為可能。

　　2、污泥活性高、無污泥流失：

　　廢水中含有懸浮無機物質，會在UASB等流速較慢的反應器內發(fā)生累積，將厭氧污泥逐漸置換，最終使厭氧反應器的運行效果惡化乃至失效。而在本發(fā)明的CAR反應器中，通過獨有設計的倒錐形回流水布水管、進水布水管結合布水管上的出水口設置的螺旋噴嘴，以及變頻水泵提供合理的旋流的流速和脈沖上升流速，可以保持合適密度活性高的有機污泥的懸浮狀態(tài)，出水區(qū)上升流速低，使得反應器內顆粒污泥和絮狀污泥并存，無機污泥沉積物可以從底部排出反應器;

　　還可進一步通過實時監(jiān)控與聯動控制技術能有效控制反應器內的內外回流總量在設計合理范圍內，保持反應器內的流場穩(wěn)定，多級消能三相分離器能有效分離產氣，使出水上升流速基本與沉淀池一致，從而保障出水污泥不被上升流與氣流挾帶流失。

　　3、高徑比適中，基建投資省：

　　大高徑比是保障厭氧反應器內有較高的上升流速從而使床層膨脹的重要手段，但高徑比對占地的減少和對結構成本有一個最優(yōu)解，EGSB、IC反應器過高大幅增加了造價。而本發(fā)明的CAR反應器具有與EGSB相當的容積負荷，集兩級串聯厭氧反應和三相分離及沉淀于一體，結構緊湊(本發(fā)明的CAR反應器的高徑比為1.5～1.8:1)，占地面積省的同時反應器的基建投資也較EGSB和IC低。

　　4、容積負荷率高、降解效果好：

　　本發(fā)明的CAR反應器出水區(qū)上升流速低，使得反應器內顆粒污泥和絮狀污泥并存，生物量大，污泥齡長，特別是由于利用內、外循環(huán)制造旋流過程，水泥之間混合良好，傳質效果好;旋流過程流程較上升流程長，因而沿程降解效果更優(yōu);本發(fā)明的消能型三相分離器能吸附氣泡表面能，減少負荷高時的氣體造成的上升流，有利于高負荷時的上升表面負荷控制;出水區(qū)上升流速低，使得反應器內顆粒污泥和絮狀污泥并存、容積負荷率不受污泥流失限制。

　　5、運行穩(wěn)定性好：

　　本發(fā)明的CAR反應器相當于有上、下兩個厭氧反應器及一個沉淀池串聯運行，下級反應區(qū)具有很高的有機負荷率，起“粗”處理作用，上級反應器的負荷低，起“精”處理作用。多級串聯處理工藝比單級處理的穩(wěn)定性好，出水水質穩(wěn)定;

　　內外循環(huán)的液體量相當于第二級厭氧出水和產甲烷污泥的回流，能充分地調節(jié)進水的水質，緩沖進水pH值和毒性等問題，減少進水投藥量，提高運行穩(wěn)定性的同時降低運行費用。

　　控制系統可以實時監(jiān)控下降管流量(包括分離液回流管中分離液流量)、產氣量(包括氣體收集總管的氣體量)、進水量數據，結合變頻水泵實時調整外部回流量，從而保持反應器內能量場和流場穩(wěn)定，防止由于進水水質水量條件變化造成的產氣量和下降流的變化對內部能量場和流場的破壞，保障系統在進水水質和水量波動處理效能和出水水質的穩(wěn)定性。