一种基于复合碳材料构建的多级多功能上流式厌氧反应器

1.本实用新型涉及污水处理技术领域，具体为一种基于复合碳材料构建的多级多功能上流式厌氧反应器


背景技术：

2.随着污水处理行业的迅猛发展，待处理污水量呈现快速增长态势。其中，污水处理面临着出水达标及降低能源消耗的双重挑战。考虑到污水中高含量的易降解有机物，厌氧生物处理不啻为一种具有可持续性的污水处理技术。这项技术不仅可以保证高效稳定的出水水质，而且还能够回收甲烷等可再生能源，因此，具有广阔的应用前景。
3.厌氧生物处理，即厌氧消化(ad)，通常认为由四阶段组成，分别是水解、酸化、乙酸化和产甲烷。其中，产甲烷过程需要多种菌群的协同作用，在此过程中，各菌群通过种间电子传递联系起来。在过去的研究中，氢气和甲酸被认为是仅有的种间电子传递载体，但借助于氢气和甲酸的电子传递方式存在传递速率慢及不稳定的问题。随着对该领域的深入探索，研究者发现在电活性细菌和产甲烷菌之间还存在着直接种间电子传递(diet)方式。在diet中，微生物利用其分泌的导电菌毛与细胞色素来传递电子，实现了高效的产甲烷过程。然而，微生物自发建立的diet方式需要持续更新细胞结构，消耗了大量的能量，阻碍了微生物群落长期稳定的代谢过程。
4.外源投加导体材料是一种构建diet产甲烷的常用方式，如磁铁矿、生物炭、活性炭等均被广泛应用。这一方式不仅节省了微生物分泌细胞结构的能量，并且有利于电活性微生物的富集生长，进而提升厌氧消化表现。在这些导体材料中，生物炭和磁铁矿因其低廉的价格和优异的提升特性被广泛投加到厌氧反应器中。但现有技术在应用的过程中，磁铁矿易发生自身团聚、未被固定的生物炭易被冲出反应器，引起了导体材料与微生物接触不充分以及导体材料流失的问题，降低了反应器的运行表现。


技术实现要素：

5.针对现有技术中存在的问题，本实用新型提供一种基于复合碳材料构建的多级多功能上流式厌氧反应器，提高了污水处理效率，具有广阔的应用前景。
6.本实用新型是通过以下技术方案来实现：
7.一种基于复合碳材料构建的多级多功能上流式厌氧反应器，包括锥形反应釜本体；
8.所述锥形反应釜本体沿竖直方向依次包括底部进水段、中部反应段和顶部分离段；所述底部进水段底部设置有排空管，侧壁设置有进水管；
9.所述中部反应段包括多级沿高度方向竖直设置的反应段，所述多级反应段均为筒形结构，其上下两截面均设置有碳布格网，内部设置有生物炭；
10.所述顶部分离段设置有三相分离器。
11.优选的，反应段包括圆柱形仓室，所述圆柱形仓室两端均固接有连接支架，所述连
接支架靠近圆柱形仓室端部的一侧设置有碳布格网，远离圆柱形仓室端部的一侧设置有弹性密封垫。
12.优选的，多级相邻反应段之间的连接支架通过螺栓逐级连接。
13.优选的，所述碳布格网的空隙小于生物炭的粒径。
14.优选的，所述反应段为三级。
15.优选的，多级反应段的首尾级反应段分别与底部进水段和顶部分离段密封可拆卸连接。
16.优选的，所述底部进水段和顶部分离段的靠近侧均设置有连接支架和弹性密封垫，用于与多级反应段的首尾级反应段密封连接。
17.优选的，所述连接支架为环形锁紧结构，包括两个铰接的半圆形弯折段；所述半圆形弯折段沿轴向方向弯折度；
18.所述半圆形弯折段外壁设置有多个连接耳，连接耳上贯穿设置有螺孔；
19.所述半圆形弯折段自由端通过锁紧螺钉连接。
20.优选的，所述锥形反应釜本体顶部设置有出水堰。
21.优选的，所述三相分离器包括集液仓，所述集液仓顶部竖直向下设置有集气管，所述集气管端部设置于锥形反应釜本体顶部内。
22.与现有技术相比，本实用新型具有以下有益的技术效果：
23.本实用新型提供一种基于复合碳材料构建的多级多功能上流式厌氧反应器，锥形反应釜本体沿竖直方向依次包括底部进水段、中部反应段和顶部分离段；底部进水段底部设置有排空管，侧壁设置有进水管；中部反应段包括多级沿高度方向竖直设置的反应段，多级反应段均为筒形结构，其上下两截面均设置有碳布格网，内部设置有生物炭；顶部分离段设置有三相分离器；本技术一方面利用生物炭，减弱厌氧处理过程中的污水中磁铁矿颗粒的团聚作用，高效利用磁铁矿与生物炭在厌氧消化中的导电性能；另一方面使得导体材料均匀的分布在多个反应段中，充分与微生物以及底物接触，形成生物膜实现高效的厌氧消化产甲烷；最后，生物炭被固定在碳布格网之间，不会因为水力冲击使导体材料被冲出反应器，并且碳布具有的导电性能，使该反应器可以保持长期高效运行。
附图说明
24.图1为本实用新型具体实施例中一种基于复合碳材料构建的多级多功能上流式厌氧反应器结构示意图；
25.图2为本实用新型具体实施例中连接支架结构示意图；
26.图3为本实用新型具体实施例中连接支架结构示意图。
27.图中：8、锥形反应釜本体；1、排空管；2、进水管；5、反应段；3、碳布格网；4、生物炭；11、三相分离器；5、反应段；50、圆柱形仓室；51、连接支架；52、弹性密封垫；510、半圆形弯折段；511、连接耳；512、螺孔；513、锁紧螺钉；9、出水堰；10、集液仓；11、三相分离器，7、集气管。
具体实施方式
28.下面结合附图对本实用新型做进一步的详细说明，所述是对本实用新型的解释而
不是限定。
29.为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。
30.需要说明的是，本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本实用新型的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、产品或设备固有的其它步骤或单元。
31.本实用新型提供一种基于复合碳材料构建的多级多功能上流式厌氧反应器，如图1所示，包括锥形反应釜本体8；
32.所述锥形反应釜本体8沿竖直方向依次包括底部进水段、中部反应段和顶部分离段；所述底部进水段底部设置有排空管1，侧壁设置有进水管2；
33.所述中部反应段包括多级沿高度方向竖直设置的反应段5，所述多级反应段5均为筒形结构，其上下两截面均设置有碳布格网3，内部设置有生物炭4；
34.所述顶部分离段设置有三相分离器11。
35.优选的，反应段5包括圆柱形仓室50，所述圆柱形仓室50两端均固接有连接支架51，所述连接支架51靠近圆柱形仓室50端部的一侧设置有碳布格网3，远离圆柱形仓室50端部的一侧设置有弹性密封垫52；具体的，所述弹性密封垫52为片形环状结构，粘附于连接支架51顶部，防止空气进入反应段5内。
36.优选的，多级相邻反应段5之间的连接支架51通过螺栓逐级连接，本领域技术人员可根据需要处理的污水量进行增减，具体的，反应段5为三级。
37.优选的，所述碳布格网3的空隙小于生物炭4的粒径，防止生物炭4被水流冲出脱离反应段5。
38.优选的，多级反应段5的首尾级反应段5分别与底部进水段和顶部分离段密封可拆卸连接；具体的，所述底部进水段和顶部分离段的靠近侧均设置有连接支架51和弹性密封垫52，用于与多级反应段5的首尾级反应段5密封连接。
39.优选的，如图3所示，所述连接支架51为环形锁紧结构，包括两个铰接的半圆形弯折段510；所述半圆形弯折段510沿轴向方向弯折90度，形成对反应段5两端的包裹以及对碳布格网3的固定；
40.所述半圆形弯折段510外壁设置有多个连接耳511，连接耳511上贯穿设置有螺孔512，用于相邻连接支架51的连接和固定；
41.所述半圆形弯折段510自由端通过锁紧螺钉513连接，形成对圆柱形仓室50的锁紧，防止连接支架51的脱落。
42.优选的，所述锥形反应釜本体8顶部设置有出水堰9。
43.优选的，所述三相分离器11包括集液仓10，所述集液仓10顶部竖直向下设置有集气管7，所述集气管7端部设置于锥形反应釜本体8顶部内。
44.本实用新型在使用时，将厌氧处理后的污水通过底部进水段加入接种物，在底部进水段沿高度方向竖直设置多级反应段5；
45.由进水管2加入进水或发酵液，使其冲击接种物至充分混合；持续向进水管2加入进水或发酵液，使得锥形反应釜本体8内液面持续上升并依次经过多级反应段5直至液面没过三相分离器11底部；
46.在三相分离器11内液体下落并排出，气体向上排出并收集。
47.具体的，本技术需要完全厌氧环境下进行，为保证安装后反应器内为完全厌氧环境，安装完成后进行漏气检验。
48.具体的，所述进水或发酵液在接触到多级反应段5和生物炭4时，进水或发酵液中的微生物分泌出胞外聚合物并共同粘附于多级反应段5上形成生物膜，可以进一步提高反应器内微生物的密度和厌氧消化速率。
49.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型实施例技术方案的范围。