CN102701553B

CN102701553B - 剩余污泥有机碳源固液分离装置

Info

Publication number: CN102701553B
Application number: CN 201210214664
Authority: CN
Inventors: 施汉昌; 王慧; 熊惠磊; 王青
Original assignee: Tsinghua University
Current assignee: Tsinghua University
Priority date: 2012-06-26
Filing date: 2012-06-26
Publication date: 2013-07-17
Anticipated expiration: 2032-06-26
Also published as: CN102701553A

Abstract

本发明公开了一种剩余污泥有机碳源固液分离装置。它包括厌氧水解反应器、螺杆泵、化学清洗罐、化学清洗泵、陶瓷膜微滤装置I、陶瓷膜微滤装置II和碳源储罐；所述厌氧水解反应器的底部与所述螺杆泵相连通；所述螺杆泵的出口分别与所述陶瓷膜微滤装置I和陶瓷膜微滤装置II相连通；所述化学清洗罐与所述化学清洗泵相连通；所述化学清洗泵的出口分别与所述陶瓷膜微滤装置I和陶瓷膜微滤装置II相连通；所述陶瓷膜微滤装置I和陶瓷膜微滤装置II均通过水解过滤液管道与所述碳源储罐相连通。本发明可有效将溶解性有机碳源洗脱，从而促进污泥水解酸化的进行；可双流向控制减少膜通道堵塞，实现连续运行；高固液分离效果，出水微生物浓度低于100个/ml。

Description

剩余污泥有机碳源固液分离装置

技术领域

本发明涉及一种剩余污泥有机碳源固液分离装置，属于环保设备技术领域。

背景技术

城市污水处理厂剩余污泥经厌氧水解处理后，泥水混合液中存在大量可回收的有机碳源，这些有机碳源可作为额外碳源用于脱氮除磷、合成可生物降解塑料（PHA）、生物产沼气和产电。其中由于PHA的高附加值性，因此利用剩余污泥碳源合成PHA已备受国内外研究者的瞩目。

目前，国内外最常用的泥水分离技术主要有：带式压滤机、板框式压滤机和离心机等，但是这些方法在操作过程时，受设备分离能力所限，分离液中不可避免的存在厌氧微生物的进入，这将影响下游微生物合成PHA的运行。

现在用于PHA合成的碳源主要来自于玉米和小麦等粮食作物发酵产生，采用剩余污泥水解碳源合成PHA可大量节约粮食，但经厌氧水解处理后获得的碳源浓度远远小于粮食发酵产生的碳源浓度，所以针对低碳源浓度合成PHA必须采用连续发酵装置，即作为培养基的污泥水解液必须连续供给。

发明内容

本发明的目的是提供一种剩余污泥有机碳源固液分离装置。

本发明所提供的一种剩余污泥有机碳源固液分离装置，包括厌氧水解反应器、螺杆泵、化学清洗罐、化学清洗泵、陶瓷膜微滤装置I、陶瓷膜微滤装置II和碳源储罐；

所述厌氧水解反应器的底部与所述螺杆泵相连通；所述螺杆泵的出口分别与所述陶瓷膜微滤装置I和陶瓷膜微滤装置II相连通；

所述化学清洗罐的底部与所述化学清洗泵相连通；所述化学清洗泵的出口分别与所述陶瓷膜微滤装置I和陶瓷膜微滤装置II相连通；

所述陶瓷膜微滤装置I和陶瓷膜微滤装置II均通过水解过滤液管道与所述碳源储罐相连通；

所述陶瓷膜微滤装置I和陶瓷膜微滤装置II均通过所述污泥浓缩管道与所述厌氧水解反应器相连通；

所述陶瓷膜微滤装置I和陶瓷膜微滤装置II均通过化学清洗过滤液管道和化学清洗浓缩液管道与所述化学清洗罐相连通。

上述的固液分离装置中，所述厌氧水解反应器与所述螺杆泵之间以及所述螺杆泵与所述陶瓷膜微滤装置I和陶瓷膜微滤装置II之间均通过剩余污泥管道相连通；所述剩余污泥管道和水解过滤液管道上均设有陶瓷膜运行阀。

上述的固液分离装置中，所述化学清洗罐与所述化学清洗泵之间以及所述化学清洗泵与所述陶瓷膜微滤装置I和陶瓷膜微滤装置II之间均通过化学清洗液管道相连通；所述化学清洗液管道、所述化学清洗过滤液管道和化学清洗浓缩液管道上均设有陶瓷膜清洗阀。

上述的固液分离装置中，所述陶瓷膜微滤装置I与所述化学清洗液管道之间以及与所述化学清洗过滤液管道和化学清洗浓缩液管道之间的管路上均设有陶瓷膜流向切换阀；陶瓷膜微滤装置II与所述化学清洗液管道之间以及与所述化学清洗过滤液管道和化学清洗浓缩液管道之间均设有陶瓷膜流向切换阀，实现固液分离连续运行，并防止膜通道的堵塞；鉴于污泥粘性较大且颗粒杂质较多，应每隔一定时间自动切换所述陶瓷膜微滤装置I和陶瓷膜微滤装置II的流向。

使用上述固液分离装置时，泥水混合物在污泥厌氧水解反应器中充分反应，当污泥中有机物溶出量达到设计要求时，开启螺杆泵，泥水混合物被泵入陶瓷膜微滤装置I或II中并进行循环；鉴于污泥粘性较大且颗粒杂质较多，应每隔一定时间切换陶瓷膜微滤装置的流向，一方面可防止污泥颗粒堵塞膜通道，另一方面充分利用陶瓷膜膜面积延长陶瓷膜工作时间；通过调节相关阀门，调节跨膜压差P为0.1～0.2MPa；经陶瓷膜截留后的水解过滤液流至碳源储罐，而污泥浓缩液返回所述厌氧水解反应器再次循环和回收碳源；当水解过滤液流量低于设计值时，关闭相应阀门切换陶瓷膜微滤装置I和装置II，然后开启相应清洗阀门对陶瓷膜微滤装置进行清洗，清洗时调节跨膜压差P＇为0.2～0.3MPa，根据清洗过滤液流量判断清洗程序，推荐陶瓷膜清洗方式有：清水清洗（50℃、30min）、酸洗（1%硝酸溶液、50℃、30min）和碱洗（1%氢氧化钠溶液、50℃、30min）。

本发明提供的固液分离装置中的陶瓷膜微滤装置中的陶瓷膜膜孔径和陶瓷膜管根数可根据实际要求进行选择。

本发明提供的固液分离装置具有如下有益效果：1、可有效将溶解性有机碳源洗脱，从而促进污泥水解酸化的进行；2、可双流向控制减少膜通道堵塞，实现连续运行；3、高固液分离效果，出水微生物浓度低于100个/ml。

附图说明

图1为本发明提供的固液分离装置的结构示意图。

图中各标记如下：1厌氧水解反应器、2螺杆泵、3陶瓷膜微滤装置I、4陶瓷膜微滤装置II、5化学清洗泵、6化学清洗罐和7碳源储罐；

图中阀门说明如下：

陶瓷膜流向切换阀：D₁₁、D₁₂、D₁₃、D₁₄、D₂₁、D₂₂、D₂₃和D₂₄；

陶瓷膜运行阀：K₀₁、K₀₂、K₁₁、K₁₂、K₁₃、K₂₁、K₂₂和K₂₃；

陶瓷膜清洗阀：K₃₁、K₃₂、K₃₃、K₄₁、K₄₂和K₄₃；

图中管道说明如下：

剩余污泥管道：a、b、c、d和e；污泥浓缩液管道：m；

水解过滤液管道：E、G、H、I和L；化学清洗液管道：A、B、C和D；

化学清洗浓缩液管道：n、o和p；化学清洗过滤液管道：F、J和K；

陶瓷膜共用管道：f、g、h、i、j和k。

具体实施方式

下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。

下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。

如图1所示，本发明提供的剩余污泥有机碳源固液分离装置包括厌氧水解反应器1、螺杆泵2、化学清洗罐6、化学清洗泵5、陶瓷膜微滤装置I3和陶瓷膜微滤装置II4；

厌氧水解反应器1的底部通过剩余污泥管道a与螺杆泵2相连通，剩余污泥管道a上设有陶瓷膜运行阀K₀₁；螺杆泵2又依次通过剩余污泥管道b、c、d和e分别与陶瓷膜微滤装置I3和陶瓷膜微滤装置II4相连通；剩余污泥管道b、d和e上分别设有陶瓷膜运行阀K₀₂、K₁₁和K₂₁；陶瓷膜微滤装置I3通过陶瓷膜共用管道f与剩余污泥管道d相连通，陶瓷膜微滤装置II4通过陶瓷膜共用管道j与剩余污泥管道e相连通；化学清洗罐6与化学清洗泵5通过化学清洗液管道A相连通；化学清洗泵5的出口依次通过化学清洗液管道B、C和D分别与陶瓷膜微滤装置I3和陶瓷膜微滤装置II4相连通；化学清洗液管道C上设有陶瓷膜清洗阀K₃₁和陶瓷膜流向切换阀D₁₂，化学清洗液管道D上设有陶瓷膜清洗阀K₃₁和陶瓷膜流向切换阀D₂₂；陶瓷膜微滤装置I3通过水解过滤液管道E、G和L与碳源储罐7相连通，陶瓷膜微滤装置II4通过水解过滤液管道H、I和L与碳源储罐7相连通，陶瓷膜微滤装置I3和陶瓷膜微滤装置II4均通过污泥浓缩管道m与厌氧水解反应器1相连通；陶瓷膜微滤装置I3分别通过化学清洗浓缩液管道o和p与化学清洗过滤液管道F和K与化学清洗罐6相连通，陶瓷膜微滤装置I3通过陶瓷膜共用管道h和g与化学清洗浓缩液管道o相连通，陶瓷膜共用管道h上设有陶瓷膜运行阀K₁₂，陶瓷膜共用管道o上设有陶瓷膜清洗阀K₃₂，化学清洗过滤液管道F上设有陶瓷膜清洗阀K₃₃；陶瓷膜微滤装置II4分别通过化学清洗浓缩液管道n和p与化学清洗过滤液管道J和K与化学清洗罐6相连通，陶瓷膜微滤装置 II4通过陶瓷膜共用管道i和k与化学清洗浓缩液管道n相连通，陶瓷膜共用管道k上设有陶瓷膜运行阀K₂₂，陶瓷膜共用管道n上设有陶瓷膜清洗阀K₄₂，化学清洗过滤液管道J上设有陶瓷膜清洗阀K₄₃；陶瓷膜共用管道f、g和h上分别设有陶瓷膜流向切换阀D₁₄、D₁₃和D₁₁，陶瓷膜共用管道i、j和k上分别设有陶瓷膜流向切换阀D₂₃、D₂₄和D₂₁。

下述说明本发明分离装置的使用过程：

（1）运行阶段（以陶瓷膜微滤装置I3工作，陶瓷膜微滤装置II4备用为例）：

关闭陶瓷膜流向切换阀D₂₁、D₂₂、D₂₃和D₂₄，陶瓷膜运行阀K₂₁、K₂₂和K₂₃和陶瓷膜清洗阀K₃₁、K₃₂、K₃₃、K₄₁、K₄₂和K₄₃；开启陶瓷膜运行阀K₀₁、K₀₂、K₁₁、K₁₂、K₁₃以及螺杆泵2；此时陶瓷膜微滤装置I3进入工作阶段和陶瓷膜微滤装置II4为备用阶段。

剩余污泥在厌氧水解反应器1中充分反应，当厌氧水解反应器1中有机物溶出量达到设计要求时，开启陶瓷膜运行阀K₀₁，泥水混合物从厌氧水解反应器1底部通过剩余污泥管道a进入螺杆泵2，调节陶瓷膜运行阀K₀₂改变螺杆泵2出口压力（使其压力示数为0.1～0.3MPa），即部分污泥通过剩余污泥管道b回流至螺杆泵2出口，开启陶瓷膜运行阀K₁₁其余污泥通过剩余污泥管道c和d进入陶瓷膜微滤装置I3，当陶瓷膜流向切换阀D₁₁和D₁₂开启（另一组陶瓷膜流向切换阀D₁₃和D₁₄关闭）时，泥水混合物从陶瓷膜微滤装置I3底部进入顶部，并被泵入陶瓷膜共用管道h，再经污泥浓缩液管道m将污泥浓缩液返回厌氧水解反应器1再次水解；或当陶瓷膜流向切换阀D₁₃和D₁₄开启（另一组陶瓷膜流向切换阀D₁₁和D₁₂关闭）时，泥水混合物经陶瓷膜共用管道f从陶瓷膜微滤装置I3顶部进入底部，并被泵入陶瓷膜共用管道g和h，再经污泥浓缩液管道m将污泥浓缩液返回厌氧水解反应器1再次水解。

每隔一定时间切换陶瓷膜微滤装置I3内部流向，陶瓷膜微滤装置I3两组陶瓷膜流向切换阀运行状态相反，即当陶瓷膜流向切换阀D₁₁和D₁₂开启时，陶瓷膜流向切换阀D₁₃和D₁₄关闭，反之亦然。

通过调节陶瓷膜运行阀K₁₁，控制陶瓷膜微滤装置I3跨膜压差P为0.1～0.2MPa；泥水混合物经陶瓷膜固液分离，其水解过滤液通过所述水解过滤液管道E、G和L输送至碳源储罐7，而污泥浓缩液经污泥浓缩液管道m返回厌氧水解反应器1再次水解。

（2）清洗阶段（以陶瓷膜微滤装置I3清洗，陶瓷膜微滤装置II4工作为例）：

关闭陶瓷膜运行阀K₁₁、K₁₂和K₁₃，陶瓷膜清洗阀K₄₁、K₄₂和K₄₃，开启陶瓷膜流向切换阀D₂₁、D₂₂、D₂₃和D₂₄，陶瓷膜运行阀K₂₁、K₂₂和K₂₃，开启陶瓷膜清洗阀K₃₁、K₃₂和K₃₃以及化学清洗泵5，此时陶瓷膜微滤装置II4进入工作阶段和陶瓷膜微滤装置I3进入清洗阶段。

化学清洗液经化学清洗罐6底部和化学清洗管道A进入化学清洗泵5，并通过化学清洗液管道B和C泵入陶瓷膜微滤装置I3对其进行化学清洗；调节陶瓷膜清洗阀K₃₁改变化学清洗泵5出口压力，是其压力示数为0.1～0.3MPa；化学清洗液进入陶瓷膜微滤装置I3共用管道。

每隔一定时间切换陶瓷膜微滤装置I3的流向，其工作模式与运行阶段类似。通过调节陶瓷膜清洗阀K₃₁，控制陶瓷膜微滤装置I3跨膜压差P＇为0.2～0.3MPa；化学清洗过滤液通过化学清洗过滤液管道E、F和K输送至化学清洗罐6，而化学清洗浓缩液经化学清洗浓缩液管道o和p返回化学清洗罐6，根据化学清洗过滤液流量制定合适的化学清洗程序。

Claims

1.剩余污泥有机碳源固液分离装置，其特征在于：它包括厌氧水解反应器、螺杆泵、化学清洗罐、化学清洗泵、陶瓷膜微滤装置I、陶瓷膜微滤装置II和碳源储罐；

所述化学清洗罐与所述化学清洗泵相连通；所述化学清洗泵的出口分别与所述陶瓷膜微滤装置I和陶瓷膜微滤装置II相连通；

所述陶瓷膜微滤装置I和陶瓷膜微滤装置II均通过污泥浓缩管道与所述厌氧水解反应器相连通；

所述陶瓷膜微滤装置I和陶瓷膜微滤装置II均通过化学清洗过滤液管道和化学清洗浓缩液管道与所述化学清洗罐相连通；

所述厌氧水解反应器与所述螺杆泵之间以及所述螺杆泵与所述陶瓷膜微滤装置I和陶瓷膜微滤装置II之间均通过剩余污泥管道相连通；所述剩余污泥管道和水解过滤液管道上均设有陶瓷膜运行阀；

所述化学清洗罐与所述化学清洗泵之间以及所述化学清洗泵与所述陶瓷膜微滤装置I和陶瓷膜微滤装置II之间均通过化学清洗液管道相连通；所述化学清洗液管道、所述化学清洗过滤液管道和化学清洗浓缩液管道上均设有陶瓷膜清洗阀。

2.根据权利要求1所述的固液分离装置，其特征在于：陶瓷膜微滤装置I与所述化学清洗液管道之间以及与所述化学清洗过滤液管道和化学清洗浓缩液管道之间的管路上均设有陶瓷膜流向切换阀；陶瓷膜微滤装置II与所述化学清洗液管道之间以及与所述化学清洗过滤液管道和化学清洗浓缩液管道之间均设有陶瓷膜流向切换阀。