CN104445608A - 高浓度有机废水内循环厌氧膜生物反应器处理方法及设备 - Google Patents

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Abstract

高浓度有机废水内循环厌氧膜生物反应器处理方法及设备。一种有机废水的处理方法：A)第一反应室和第二反应室内接种厌氧污泥；B)有机废水经进水管输送至第一反应室，再依次经过第一三相分离器、第二反应室、第二三相分离器和气水分离器形成内循环，循环过程中混合液透过膜组件分离后得到产出水；C)第一反应室和第二反应室中产生的沼气分别经过第一三相分离器和第二三相分离器富集，进入气水分离器分离后产出沼气；D)气水分离器分离后产出沼气中，部分沼气经过加压供给膜组件，再经过第二三相分离器进入气水分离器，形成沼气循环曝气。本发明还公开了用于实现上述方法的设备。采用本发明的工艺处理高浓度有机废水(如，农副食品加工业、畜禽养殖废水)，可实现高负荷、短流程一步达标。

Description

高浓度有机废水内循环厌氧膜生物反应器处理方法及设备
技术领域
本发明属于废水处理和新能源技术领域，具体地涉及一种高浓度有机废水的处理方法。
本发明还涉及用于实现上述方法的处理设备，更具体地设备为内循环厌氧膜生物反应器。
背景技术
作为典型的高浓度有机废水，农副食品加工业废水污染物浓度高、排放量大且达标排放率低，污染减排和资源化的潜力巨大。据年鉴统计，2010年农副食品加工业(包括玉米加工、畜禽养殖等)废水排放量13.2×108t，在41个分类行业中排名第4位，而排放达标率仅仅为第37位。其中最为突出的污染物COD年排放49.6×104t，排名第2位。随着国家污染减排力度的加大和中央一号文件大力推动专业大户、家庭农场、农民合作社等的规模化发展，农副食品加工业将长期稳定增长。同时，新出台的淀粉、制糖和酒精等工业废水标准提高了COD排放标准，农副食品加工业废水处理与资源化的技术要求正在迅速提高
高浓度有机污染物(chemical oxygen demand,COD)是这类废水达标排放的限制性污染物，现有主流技术为厌氧、好氧和物化的组合工艺。典型的工艺流程如：UASB+BAF、UASB+A/O、UBF+CASS等厌氧-好氧组合生物工艺，或沉淀、气浮等物化+生物处理。这些组合水处理工艺的问题是流程甚至比食品加工工艺长，给工厂带来管理复杂、占地大等运行困难，短流程化需求迫切。
厌氧消化无需曝气且能回收甲烷，现有第三代厌氧工艺COD去除率可达90％以上，如果能够进一步将去除率提高到99％，多数农副食品加工业废水可以一步达到接管标准。通常把厌氧反应器的发展分为三类(代)，以沼气池/卵形消化池为代表的完全混合式反应器，以AF/ABR/UASB为代表的升流式反应器，和以IC/EGSB为代表的(膨胀)床式反应器。三类反应器最大的区别就是：沼气、污水和厌氧生物的气液固三相分离特征的不同。
(1)完全混合式反应器，固液混合出料，简单的气液分离。
(2)升流式反应器，通过三相分离器和颗粒污泥强化固液分离，同时改善了气液分离效果。
(3)膨胀床式反应器，通过两级三相分离器强化固液分离，并协同气水分离器强化气液分离。同其他两类厌氧反应器相比，膨胀床式反应器更适用于高浓度有机废水，是具有发展前途的新技术。
发明内容
本发明的目的是提供一种高浓度有机废水的处理方法。
本发明的又一目的是提供一种用于实现上述方法的内循环厌氧膜生物反应器。
为实现上述目的，本发明提供的内循环厌氧膜生物反应器，其包括有：
第一反应室的底部为进水管，第一反应室的上部设有第一三相分离器；
第一三相分离器设置在第二反应室的下部，第二反应室中设有膜组件，膜组件设有出水口；膜组件的上部设有第二三相分离器，第二反应室的上部设有排泥管；
第二三相分离器设置在气水分离器的下部；
第一三相分离器通过第一气水收集管与气水分离器连接，第二三相分离器通过第二气水收集管与气水分离器连接；
气水分离器通过第一回流管连接第一反应室，气水分离器通过第二回流管连接第二反应室，第二回流管为流量可调控结构；
气水分离器通过气体循环泵与膜组件的曝气管连接，气水分离器的顶部设有沼气出口。
所述的内循环厌氧膜生物反应器，其中，第一三相分离器为多层倒三角结构。
所述的内循环厌氧膜生物反应器，其中，第二三相分离器为单层倒圆锥或多层倒三角结构。
所述的内循环厌氧膜生物反应器，其中，膜组件为沼气循环曝气。
所述的内循环厌氧膜生物反应器，其中，第二回流管设有调节阀以控制流量。
所述的内循环厌氧膜生物反应器，其中，内循环厌氧膜生物反应器为圆柱形，高径比为4～9。
本发明提供的有机废水的处理方法：
A)第一反应室和第二反应室内接种厌氧污泥；
B)有机废水经进水管输送至第一反应室，依次经过第一三相分离器、第二反应室、第二三相分离器和气水分离器后，再由第一回流管回流至第一反应室、第二回流管回流至第二反应室，以形成内循环，循环过程中混合液透过膜组件分离后得到产出水；
C)第一反应室和第二反应室中产生的沼气分别经过第一三相分离器和第二三相分离器富集，进入气水分离器分离后产出沼气；
D)气水分离器分离后产出沼气中，部分沼气经过加压供给膜组件，再经过第二三相分离器进入气水分离器，形成沼气循环曝气。
所述的处理方法，其中，有机废水的内循环量通过调节沼气循环曝气量或第二回流管回流量进行控制。
所述的处理方法，其中，通过控制沼气循环曝气量清洗膜组件。
本发明可提高厌氧工艺COD去除率，达到短流程化目的，实现农副食品加工业废水、发酵废水和畜禽废水一步达到接管标准。本发明具有如下优点：
1)反应器容积负荷高，结构紧凑，占地面积小，运行操作与维护简便，易于实现自动化控制。
2)膜可有效截留厌氧污泥和有机污染物，简化后续处理工艺，提高污染物去除率和沼气产量，出水可以一步达到排放标准。
3)沼气循环曝气可以强化同型产甲烷过程，提高COD甲烷化率。
本发明可应用于高浓度有机废水，如农副食品加工业废水、发酵酿造废水、酒精废水和畜禽废水，实现一步达到接管标准的处理排放。
附图说明
图1是本发明有机废水的处理方法的流程示意图。
图2本发明的内循环厌氧膜生物反应器的主示意图。
附图中符号说明：
1第一反应室，2第一三相分离器，3第二反应室，4膜组件，5第二三相分离器，6气水分离器，7气体循环泵，8第一回流管，9第二回流管，10第一气水收集管，11第二气水收集管，12进水管，13排泥管。
具体实施方式
本发明的内循环厌氧膜生物反应器由第一反应室1、第一三相分离器2、第二反应室3、膜组件4、第二三相分离器5、气水分离器6、循环曝气管7、第一回流管8、第二回流管9、第一气水收集管10和第二气水收集管11组成。第一反应室1、第一三相分离器2、第二反应室3、第二三相分离器5和气水分离器6是按照从下到上的顺序相互联接。
具体结构请结合图2；
第一反应室1的底部为进水管12，高浓度有机废水由该进水管12注入内循环厌氧膜生物反应器。第一反应室1的上部设有第一三相分离器2，第一三相分离器2为多层倒三角结构，该第一三相分离器2设置在第二反应室3的下部，第二反应室3中设有膜组件4，即膜组件4位于第二反应室3内，固定在反应器构件上，膜组件4为沼气循环曝气，膜组件4设有出水口，第二反应室的上部设有排泥管13。膜组件4的上部设有第二三相分离器5，第二三相分离器5设置在气水分离器6的下部，第二三相分离器5为单层倒圆锥或多层倒三角结构。
第一三相分离器1通过第一气水收集管10与气水分离器6连接，第二三相分离器5通过第二气水收集管11与气水分离器6连接；
气水分离器6通过第一回流管8连接第一反应室1，气水分离器6通过第二回流管9连接第二反应室3，第二回流管9连接一调节阀以控制流量可调控结构。气水分离器6通过气体循环泵7与膜组件4连接，气水分离器6的顶部设有沼气出口。
本发明的内循环厌氧膜生物反应器用于有机废水的处理流程如图1所示：
A)根据第一反应室1和第二反应室3的不同污泥浓度接种厌氧污泥。
B)根据容积负荷，高浓度有机废水经进水管12输送至第一反应室1，依次经过第一三相分离器2、第二反应室3、第二三相分离器5和气水分离器6后，再由第一回流管8回流至第一反应室1、第二回流管9回流至第二反应室3，以形成内循环，循环过程中，混合液透过膜组件4分离后产出处理水。
C)第一反应室1和第二反应室3中产生的沼气经对应的第一三相分离器2和第二三相分离器5富集，进入气水分离器6进一步分离后产出沼气。
D)部分沼气经过气体循环泵7加压供给膜组件4，再经过第二三相分离器5进入气水分离器6，形成沼气循环曝气。
E)通过控制沼气循环曝气量或第二回流管9的流量以以调整内循环量，并且通过沼气循环曝气清洗膜污染。
本发明的膜内循环厌氧反应器及其操作方法可提高厌氧工艺COD去除率，达到短流程化目的，实现农副食品加工业废水一步达到接管标准。
本发明的内循环厌氧膜生物反应器及其操作方法可应用于农副食品加工业、发酵工业和畜禽业的高浓度有机废水的处理，实现一步达到接管标准。
本发明可根据进水COD的要求，确定反应器总体积。按COD负荷比例，分别配置第一反应室和第二反应室反应器容积。根据COD负荷波动，采用沼气循环曝气和第二回流管调节回流量。当COD负荷较高时，第一反应室产气量较大，因此减小沼气循环曝气量或增大第二回流管回流量，从而增大了第一反应室内循环量，提高了反应器整体负荷；当COD负荷较低时，第一反应室产气量较小，因此增大沼气循环曝气量或减小第二回流管回流量，从而稳定了第一反应室内循环量，在低负荷下仍然能稳定第一反应室的颗粒污泥形态。经过本发明的处理后，不仅农副食品加工业废水一步达到了接管排放标准，简化了工艺流程和管理，避免了曝气嗅味排放，而且沼气可做燃料，达到资源化的目的。
本发明具有如下优点：
1)反应器容积负荷高，结构紧凑，占地面积小，运行操作与维护简便，易于实现自动化控制。
2)膜可有效截留厌氧污泥和有机污染物，简化后续处理工艺，提高污染物去除率和沼气产量，出水可以一步达到排放标准。
3)沼气循环曝气可以强化同型产甲烷过程，提高COD甲烷化率。
以下结合实施例作进一步的说明。
实施例1
本实施例的内循环厌氧膜生物反应器为圆柱形，高径比为4～9。
根据第一反应室1和第二反应室3的不同污泥浓度接种厌氧污泥。从进水管泵入的农副食品加工业废水，输送至第一反应室，然后依次经过第一反应室的三相分离器、第二反应室、第二反应室的三相分离器、气水分离器，然后再回到第一反应室，形成内回流。整个运行过程中，保持内循环厌氧膜生物反应器的水温为35～37℃，第一反应室为高浓度(10.0-30.0g/L)颗粒污泥，第二反应室污泥浓度8.0-15.0g/L。
缓解膜组件污染的主要措施是沼气循环曝气，沼气循环曝气同时还可以调控总回流量。总回流量与第二回流管的回流量配合，可以调控第一回流管的回流量，从而灵活地控制第一反应室的内循环量，在第一反应室形成稳定的颗粒污泥和良好的混合传质。通过第一反应室的高负荷厌氧降解与第二反应室的膜截留耦合，提高COD的甲烷化率，从而达到出水COD一步达标的目的。
进入膜内循环厌氧反应器的农副食品加工业废水平均COD浓度为22300±9800mg/L，膜出水的COD平均浓度为210±80mg/L，则COD去除率为99.2±0.3％，COD有机污染物去除效果显著。

Claims (9)

1.一种内循环厌氧膜生物反应器，其包括有：
第一反应室的底部为进水管，第一反应室的上部设有第一三相分离器；
第一三相分离器设置在第二反应室的下部，第二反应室中设有膜组件，膜组件设有出水口；膜组件的上部设有第二三相分离器，第二反应室的上部设有排泥管；
第二三相分离器设置在气水分离器的下部；
第一三相分离器通过第一气水收集管与气水分离器连接，第二三相分离器通过第二气水收集管与气水分离器连接；
气水分离器通过第一回流管连接第一反应室，气水分离器通过第二回流管连接第二反应室，第二回流管为流量可调控结构；
气水分离器通过气体循环泵与膜组件的曝气管连接，气水分离器的顶部设有沼气出口。
2.根据权利要求1所述的内循环厌氧膜生物反应器，其中，第一三相分离器为多层倒三角结构。
3.根据权利要求1所述的内循环厌氧膜生物反应器，其中，第二三相分离器为单层倒圆锥或多层倒三角结构。
4.根据权利要求1所述的内循环厌氧膜生物反应器，其中，膜组件为沼气循环曝气，采用平板膜或中空纤维膜组件。
5.根据权利要求1所述的内循环厌氧膜生物反应器，其中，第二回流管设有调节阀以控制流量。
6.根据权利要求1所述的内循环厌氧膜生物反应器，其中，内循环厌氧膜生物反应器为圆柱形，高径比为4～9。
7.一种有机废水的处理方法：
A)第一反应室和第二反应室内接种厌氧污泥；
B)有机废水经进水管输送至第一反应室，依次经过第一三相分离器、第二反应室、第二三相分离器和气水分离器后，再由第一回流管回流至第一反应室、第二回流管回流至第二反应室，以形成内循环，循环过程中混合液透过膜组件分离后得到产出水；
C)第一反应室和第二反应室中产生的沼气分别经过第一三相分离器和第二三相分离器富集，进入气水分离器分离后产出沼气；
D)气水分离器分离后产出沼气中，部分沼气经过加压供给膜组件，再经过第二三相分离器进入气水分离器，形成沼气循环曝气。
8.根据权利要求7所述的处理方法，其中，有机废水的内循环量通过调节沼气循环曝气量或第二回流管回流量进行控制。
9.根据权利要求7所述的处理方法，其中，通过控制沼气循环曝气量清洗膜组件。
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