CN1075472C - 用于废水处理的两相厌氧膜—生物装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于废水处理技术领域，包括两个独立控制的产酸和产甲烷的厌氧生物反应器以及两反应器之间设置的膜分离器。其方法为，废水被送至产酸反应器进行产酸发酵，经过酸化的水流出产酸反应器进入膜分离器；经膜组件过滤，被膜组件截留的浓缩水回流到产酸反应器，而通过膜组件的水进入产甲烷反应器；透过水在产甲烷反应器中产气发酵后排出；本发明具有很高的有机物去除率和很高的负荷，且系统运行稳定，能量回收率高等优点。

Description

用于废水处理的两相厌氧膜-生物装置及其方法

本发明属于废水处理技术领域，特别涉及生物反应器与膜分离器相结合用于废水处理的技术。

1971年，Ghosh和Pohland提出一种用于废水处理的两相厌氧生物系统(Two-phase Anaerobic Biosystem，简称BS系统)。该系统建立两个独立控制的生物反应器，分别培养发酵细菌和产甲烷菌。通过分别调控两个反应器各自的运行参数，形成微生物各自的最适的环境，充分发挥其活性，以提高系统的处理效率和运行稳定性。Cohen等学者在八十年代进行的有关BS系统的研究表明，在相同条件下，BS系统的运行稳定性比传统的-相厌氧工艺有较大的改善。但传统的BS系统仍然存在以下不足：

1、相分离是两相厌氧工艺得以实现的关键。一般的两相厌氧消化工艺均是采用动力学控制法。大量的试验表明，动力学控制法存在一定的局限性：首先，相分离不完全，产酸反应器中微生物可能从反应器中流失进入产甲烷反应器；其次，固体物质在产酸反应器中停留时间短，会使有机物分解不完全，影响后续处理，使处理效果下降。

2、关于何种废水适用于采用两相厌氧消化工艺，观点尚未统一，普遍认为两相厌氧生物处理工艺适用于处理易酸化的可溶性有机废水。这限制了BS系统的应用范围。

膜-生物系统也称为膜生物反应器，是指将膜分离技术与生物反应器相互有机组合形成的一个新的系统。这是高科技在水处理技术中的实际应用。

目前应用于废水处理的膜-生物系统(包括好氧膜-生物系统及厌氧膜-生物系统)，基本上是在传统的生物反应器末端与膜分离单元结合，其流程示意见附图1。

从图中可以看出，原水进入生物反应器后发生生化反应，原水中的部分有机物被生物反应器内的微生物(污泥)同化或转化为其它有机物，污泥和反应后的原水的混合液由泵送入膜分离器，膜分离器的截留液回流至生物反应器继续完成生化反应，而膜分离器的透过液则由系统排出。

这种流程应用于好氧膜-生物系统工艺是基本完备的，而应用于厌氧膜-生物系统工艺则显现出一定的不足之处，主要包括：

1、厌氧微生物分为发酵细菌和产甲烷菌，两种微生物适宜的生长环境不同，

   不宜放在一个反应器中生长。在反应器末端加膜不利于两种微生物的相分

   离，从而不利于发挥各种微生物的优势。

2、把固体物质全部截留在主体厌氧反应器中，影响反应器(特别是已经广泛应用的UASB反应器)的运行。

本发明的目的在于，为克服已有技术的不足之处，在上述技术的基础上，结合厌氧发酵的分段理论，提出一种把膜分离单元与传统的两相厌氧生物反应器有机结合成一体的两相厌氧膜-生物系统及其工艺方法，使其具有很高的有机物去除率和很高的负荷，且系统运行稳定，能量回收率高等优点。

一种用于废水处理的两相厌氧膜-生物装置，包括两个独立控制的产酸和产甲烷的生物反应器，其特征在于，两个生物反应器之间还设置-膜分离器，其中所说的产酸反应器的出水口与膜分离器的进水口相连，膜分离器的滤过水出口与产甲烷反应器的进水口相连，膜分离器的浓缩水出口与产酸分离器的进水口相连。

本发明设计的两相厌氧膜-生物系统处理废水的方法，包括以下步骤：

1)待处理的废水被送至产酸反应器，在产酸反应器内经过酸化的水流出产酸反应器进入膜分离器；

2)所说的酸化水在膜分离器中经膜组件过滤，被膜组件截留的浓缩水回流到产酸反应器，而通过膜组件的水进入产甲烷反应器；

3)透过水在产甲烷反应器中产气发酵后排出；

4)产酸反应器与产甲烷反应器中所产的沼气经水封装置后排出。

本发明具有以下特点：

1、本发明提出的废水两相厌氧膜-生物装置(Two-phase Anaerobic Membrane-Biosystem，简称MBS系统)及废水处理工艺流程，即将膜分离技术与传统的两相厌氧生物系统结合，并将膜分离单元置于两相反应器之间，其膜组件的作用是：将产酸反应器中的产酸菌截留回产酸反应器，使产酸反应器保持高数量的产酸菌；同时膜组件将未分解的固体悬浮物截回产酸反应器，增加了这些物质的固体停留时间，使之能够充分水解产酸，强化产酸反应器的产酸作用，使系统达到较高的酸化率，进而提高系统的甲烷化率；截留固体物质，保证产甲烷反应器(UASB)有含有大量的低分子挥发酸而不含SS的进水，使产甲烷反应器的运行效率和稳定性增加；最终达到提高有机污染物去除率和回收生物能源的目的。

2、膜分离单元可以截留未分解的高分子有机物和悬浮物及厌氧菌并使其回流至产酸反应器，使有机物质在产酸反应器中停留时间加长，厌氧菌数量增加，有利于其降解有机物，故能进行高有机负荷的处理，处理的废水的种类从原有BS系统所能处理的可溶性易降解废水的基础上扩大到含有高浓度固体悬浮物的易降解废水及一些难降解的有机废水；

3、产酸反应器的运行及膜的截留作用将有利于系统处理的稳定性增加，使之耐冲击负荷；

4、膜组件的加入有利于两相的分离；

5、剩余污泥量少。

本发明的MBS系统是一种高效、节能的新型工艺系统，它在高浓度有机废水的处理方面有着较高的实用价值和良好的应用前景。

附图简要说明：

图1是传统的膜-生物废水处理系统组成示意图。

图2为本发明的实施例装置及处理方法流程图。

本发明设计的一种废水处理的两相厌氧膜-生物装置(MBS)及方法流程实施例，如图2所示，结合附图，详细说明如下：

本发明设计的一种废水处理的两相厌氧膜-生物装置(MBS)及方法流程实施例，如图2所示，结合附图，详细说明如下：

膜组件9置于产酸反应器4与产甲烷反应器11之间，即系统由核心设备：产酸反应器+膜分离器+产甲烷反应器组成。产酸反应器4与产甲烷反应器11置于35+0.5℃恒温箱5中，废水在配水槽1中贮存。废水被泵3送至产酸反应器4，在产酸反应器内经过酸化的水从产酸反应器流出进入膜槽10并调节pH值6，在膜槽10内经膜组件9的过滤(由膜组件的膜动力泵15抽吸)，被膜分离器截留的浓缩水(含未分解的高分子有机物、悬浮物、微生物等)经泵8送回流到产酸反应器中继续产酸发酵，而透过水(主要含挥发酸)被泵15送进入产甲烷反应器进行产气发酵后排出12。产酸反应器与产甲烷反应器中所产的沼气经水封装置13后进入气体流量计14计量气量后排空。膜槽内设置有液位控制器7。

膜分离器是MBS系统的重要组成部分，它置于产酸反应器和产甲烷反应器之间，起到截留大分子有机物和悬浮物(包括微生物)并为产甲烷反应器中微生物提供便于利用的基质的作用。本实施例膜分离器为一组外压型聚丙烯中空纤维膜组件。膜体由浙江大学材料科学研究所或国家海洋局海水淡化所制造。膜组件采用抽吸式间歇操作，设膜进水槽，组件运作时淹没在槽内水面以下，以防止抽吸时产甲烷反应器进气影响产甲烷菌生长。由于膜进水槽可以与产酸反应器顶部的沉降区合并，因此这种膜组件与产酸反应器分置的形式也可以视为一体式膜-生物系统的变形。

在进水中SS低和有机物易降解的情况下，产甲烷阶段是整个反应的限速步骤，故在进行反应器设计时，产甲烷反应器应采用较长的水力停留时间。对于SS高的废水和难降解废水，一般认为水解产酸阶段是整个反应的限速阶段，因此，产酸反应器的水力停留时间一般应较长，以便于废水中有机物充分水解酸化。

本实施例中，废水属于SS高的类型。采用总水力停留时间HRT_t=12hr，其中，产酸反应器HRT_a=4hr，产甲烷反应器HRT_m=8hr，通过改变进水COD浓度而改变系统容积负荷。

Claims (2)

1、一种用于废水处理的两相厌氧膜-生物装置，包括两个独立控制的产酸和产甲烷的厌氧生物反应器，其特征在于，在所说的两个生物反应器之间还设置一膜分离器，其中所说的产酸反应器的出水口与膜分离器的进水口相连，膜分离器的滤过水出口与产甲烷反应器的进水口相连，膜分离器的浓缩水出口与产酸分离器的进水口相连。

2、采用如权利要求1所述的两相厌氧膜-生物系统处理废水的方法，包括以下步骤：

1)待处理的废水被送至产酸反应器，在产酸反应器内经过酸化的水从产酸反应器流出进入膜分离器；

2)所说的酸化水在膜分离器中经膜组件过滤，被膜组件截留的浓缩水回流到产酸反应器，而通过膜组件的水进入产甲烷反应器；

3)透过水在产甲烷反应器中产气发酵后排出；

4)产酸反应器与产甲烷反应器中所产的沼气经水封装置后排出。