分步式三相分离器的结构与设计

中国沼气蕊妇Ｂｉｏｇａｓ２００６，２５（２）
分步式三相分离器的结构与设计
黄正隼
（东南大学环境科学与工程系。

南京２１００９６）
摘要：三相分离器是ＵＡＳＢ反应器中的关键组成部分。

本文比较了几种常见的三相分离器的结构形式与优缺点，基于三相分离器的作用原理，设计了分步式三相分离器。

该分离器中，气体进入沉降区前充分释放，混合液进入分离区不会干扰污泥回流，沉降区表面负荷较低，具有良好的分离效果。

关键词ＩＵＡＳＢ反应器；三相分离器；厌氧生物处理
中图分类号：Ｘ７０３．３；￥２１６．４文献标识码：Ａ文章编号：１０００—１１６６（２００７）０２－００２５—０３
ＳｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄＤｅｓｉｇｎｏｆｓｔｅｐ－ｂｙ・ｓｔｅｐＧａｓ－Ｌｉｑｕｉｄ・ＳｌｕｄｇｅＳｅｐａｒａｔｏｒ／ＨＵＡＮＧＺｈｅｎｇ－ｈｕａ／（ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＥｎｖｉ－ｒｏｎｍｅｎｔａｌＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｏｆＳｏｕｔｈｅａｓｔＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ２１００９６，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｇａｓ・ＩｊｑＩｌｉｄ－Ｓｌｕｄｇｅｓｅｐａｒａｔｏｒｉｓｔｈｅｋｅｙｅｑｕｉｐｍｅｎｔ０ｆＵＡＳＢｒｅａｃｔｏｒ．Ｓｅｖｅｒａｌｓｅｐａｒａｔｏｒｓｗｅｒｅｃｏｍｐａｒｅｄｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒｏｎｔｈｅｉｒｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ。

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上流式厌氧污泥床（简称ｖｍＢ）反应器，是由荷兰Ｌｅｔｔｌｎｇａ，等人于７０年代开发的新型高效污水厌氧处理装置，具有结构简单、负荷高、适应性广等特点，可有效地处理高浓度有机废水中的难降解有机物。

１９９９年统计了国外１３０３个厌氧反应器，ＵＡＳＢ反应器占５９％，国内２１９个厌氧处理项目中１２０座以上采用了ＵＡＳＢ反应器…。

ＵＡＳＢ反应器由进水和配水系统、反应器的池体和三相分离器３部分组成，其中三相分离器是最重要的设备，它的功能、效率对整个系统的处理能力有极大的影响ＢＪ。

目前国内外有多种结构的三相分离器，大多按固液和气液两相分离的方法进行设计，在负荷较高时仍会出现污泥流失，限制了反应器负荷的提高，因此能大规模生产应用的三相分离器并不多【３】。

本文分析了几种常见三相分离器的结构及特点，基于三相分离器的作用原理。

设计出结构简单、分离效果好的分步式三相分离器。

提出简易设计方法，在多个工程实际中得到应用，收到很好的效果。

１三相分离器的作用原理
三相分离器同时具有两个功能：收集反应室产生的沼气，使分离器内的悬浮物有效沉降。

图ｌ为传统的三相分离器，是德国的专利设计。

其工作过程是：反应器内含有大量气泡的三相混合流上升至分离器底部，碰到反射板，气体折流而上，与固、液相分离，集中到气室排放。

固液混合液进入分离器，在沉淀区分离，澄清液通过溢流堰排出。

失去气泡搅动作用的污泥发生絮凝、沉降和浓缩，然后沿斜壁下滑，通过污泥回流口返回反应区。

由于沉淀区内液体无气泡，污泥回流口以上的混合液比重大于反应器内液体比重，使浓缩后的污泥能够返回反应区。

由此，三相分离器要实现良好分离效果，应满足：１．水和污泥的混合物进入沉淀区之前，气泡必须分离；２．污泥在沉淀器中的停留时间要短，以避免在沉淀区中产气；３．沉淀区内表面负荷采用较小值，使污泥有效沉降。

沼气
图１传统三相分离器
收稿日期：２００６－０６－１２修回日期：２００７－０２・１２
作者简介：黄正华，（１９５７一）。

男，硕士，主要从事水处理和固体废弃物处理教学科研工作，Ｅｍａｉｌｈｕａｎｇｚｈｈ＠剃．ｅｄｕ．ｃｎ
沼气
中国沼气ＣｈｉｎａＢｉｏｇ，，２００６，２５（２）
２几种常见三相分离器的结构与特点
图１为传统的三相分离器（德国专利：Ｃ，ｅｒ．Ｏｆｔｅｎ２．９２１．０７０），混合液进入三相分离器后在反射锥的阻挡作用下折向两边，气泡快速上升，进入集气室，泥和水
稻
气进入沉降区。

由于消除了气泡的提升作用，液流在上升过程中速度逐渐降低，使污泥沉降。

这种三相分离器结构简单，沉淀区内死区小，沉淀效率较高，但沉降区进水口和污泥回流Ｉ＝ｌ同在一处，易引起相互干扰，影响污泥正常回流，可能会造成厌氧污泥流失。

沼
气
（ｂ）（ｃ）
图２三相分离器结构形式
图２是３种目前常用的分离器。

图２ａ中，气、
液、固三相流体进入分离器后，气体由集气罩收集后
排出反应器，泥和水则通过集气罩和阻气板之间的
缝隙进入沉淀区，进行泥水分离，上清液排出，沉淀
污泥则返回反应区。

这种三相分离器结构简单，气
室面积和容量都比较大，但由于进水和污泥回流都
在同一个环形缝隙上，因而回流污泥必然要受到进
水水流的干扰。

此外，沉淀器出水槽和进水口在同
一侧，易引起短流现象，影响固、液分离。

因此这种
分离器常用于污泥沉降性能良好，水力停留时间长
的反应器。

图２ｂ中，与气体分离后的液固混合物沿一狭形
通道进入沉淀区，澄清液从溢流口排出，污泥在回流
口形成污泥层，增加了回流推动力。

该结构使污水
进入与污泥回流严格分开，有利于污泥沉降，提高沉
淀效率。

但沉淀区的人流口面积较小，上升流速较
快，沉淀区沉降性能较差的污泥可能被带出反应器。

图２ｃ所示三相分离器由集气室、挡气板、配水
管、扩张区和再次分离区组成。

气体分离后，固体悬
浮物和液体进人沉淀室，在处于层流状态的沉淀室
中污泥被分离出来，并在回流隔室下部形成污泥层，
利用密度差，浓缩污泥由隔室板滑返至反应器，这种
分离器将沉淀区与扩张和回流隔室分隔开，分离效
率高。

但结构复杂，所占空间大，适用于大型反应器
中。

另一方面，当ＵＡＳＢ反应器水力负荷较高时，三
相分离器中沉淀区表面负荷也较大，泥水分离效率
下降，易引起污泥流失。

由前述分析可知，不同结构的三相分离器均由
集气室、沉降室、混合液人流口、污泥回流口和反射
锥或阻气板组成。

气体的完全分离、混合液人流口
与污泥回流口分开、沉降室内较低的表面负荷均有出才ｃ沼气
利于提高三相分离器的分离效果。

３分步式三相分离器
３．１分步式三相分离器的结构与工作过程
基于上述分析，充分考虑三相分离器必须满足的基本要求，笔者在有关工程实践中，设计了一种新型的分步式三相分离器（图３），由气体释放区（①区）、导流区（②区）、沉降区（③区）、污泥回流口（④区）、集气室（⑤区）以及气体折射板、混合液导流板、反射锥和集水槽组成。

气、液、固三相流在分离器中分步进行分离。

首先含沼气的混合液在上升的过程中随着气泡合并密度降低，不断向上流动，在气体释放区上升到液面，气体释放到气室中。

气体释放后的液体通过导流区，进入沉降区，沉降区的结构如同沉淀池，混合液从两边进入，上清液由中间集水槽排出，沉降浓缩后的污泥密度大于分离器下部含有气体的混合液的密度，由污泥回流缝流回厌氧生物反应区，维持高生物浓度。

图３分步式三相分离器结构示意图
３．２分步式三相分离器的特点
（１）三相分离器采用先完成气相的分离，接着完成固液相间的分离，各段分离目的较为明确。

中国沼气蕊妇Ｂｉｏｇｎ８２００６，２５（２）
（２）混合液利用含有气态物的密度差特点完成上升过程，与图１，图２中反应器相比，较长的上升流程有利于气泡合并，并且气体在液面释放较完全，避免气泡附着进入沉降区，影响沉降效果。

（３）上升区和回流区由于密度差可自动形成循环，不仅仅利用出水形成上升流。

（４）与图１，图２ａ相比，分步式三相分离器中混合液进入与污泥回流不在同一通道，避免了污泥回流受到干扰。

（５）与图２ｂ，图２ｃ相比，分步式三相分离器具有更大的沉降区表面积，有利于污泥的沉降。

（６）分步式分离器可适用于封闭池体，利用池子的上部作为气室，若池盖做成浮动罩，可调节沼气压力。

（７）对于采用中温或高温消化的ＵＡｓＢ反应器，池顶加盖，有利于反应器上部的气室和分步式三相分离器的池体保温
（８）分步式三相分离器结构较觯、安装维修方便。

３．３分步式三相分离器的设计要点
分步式三相分离器中气体释放区的面积约占整个池面积的１／８，导流区的面积大约占整个池面积的１／８。

导流板高度大于０．４１１１，以保证沉降区的水深。

沉降区的表面负荷０．５—１．０ｍ３・ｍ以ｈ～，回泥区斜板角度大于５０。

一６００，便于污泥滑落，污泥回流缝间隙４０一８０ｍｍ。

出水槽排水管设计ｕ形管水封，水封高度３００—５００ＩＢｍ，稳定气室压力。

４结语
ＵＡＳＢ反应器的处理效果取决于生物效率和水力效率两部份，两者又是相互作用。

就三相分离器而言，效果良好的三相分离器可以保持反应器内较高的污泥浓度，而这与三相分离器的水力效率密切相关。

由于三相分离器的水力效率取决于它的结构形式，因此结构良好的三相分离器对保证ＵＡＳＢ反应器的处理效率具有重要作用。

分步式三相分离器充分考虑了气、水、泥的分离特性，使气体在进入沉降区前充分释放，混合液进入不会干扰污泥回流，沉降区表面水力负荷较低，满足性能良好的三相分离器必须具备的条件，因此具有良好的分离效率，并且结构简单，安装维护方便，具有很好的应用前景。

分步式三相分离器设计应用于无锡市第二制药厂柠檬酸废水厌氧生物处理等工程，取得了满意的处理效果。

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