CN107902755B - 一种餐厨垃圾沼液的处理工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于餐厨垃圾沼液处理的高温厌氧装置及工艺，装置包括厌氧反应器、膜分离系统和清水罐，膜分离系统包括由内至外依次套设的膜组件系统和储液罐，膜组件系统包括MBR膜及套设在MBR膜外的渗透液收集管，MBR膜的底部进口与所述厌氧反应器的出水口相连、顶部出口与所述厌氧反应器的污泥回流口相连，底部进口与厌氧反应器出水口的连接管路上设置离心泵，渗透液收集管的侧壁上开设清水出口；储液罐套设在渗透液收集管外，顶部开设进料口、底部开设出料口且与厌氧反应器连接。本发明利用厌氧MBR对餐厨垃圾沼液进行处理，产生沼气，同时利用微波的热效应对沼液与膜系统进行原位加热，提高沼液可生化性及解决膜堵塞问题。

Description

一种餐厨垃圾沼液的处理工艺
技术领域
本发明涉及厌氧MBR工艺以及微波的热效应原理，具体涉及一种利用膜生物反应器处理餐厨垃圾沼液的装置和利用微波加热对沼液进行预处理并解决厌氧MBR中膜堵塞问题的方法。
背景技术
沼液是厌氧发酵的残留物,由于其富含营养物质及微量元素,可提高动植物的抗病能力,故已在农业、畜牧业、养殖业等方面得到广泛应用。然而我国大中型沼气工程沼液产生量巨大，若直接排放会造成环境污染的问题，然而采用远距离输送，则建设单位难以承受它的高耗能和高成本，当前沼液的治理主要采用USR与氧化沟结合工艺，膜生物反应器，序批式反应器等。
其中，厌氧MBR(AnMBR)具有能耗低、污泥产量低、可实现能源回收等优点，因此相关研究受到越来越多的关注。在餐厨垃圾沼液处理部分发挥着较大的作用，然而，未经预处理的沼液的腐殖酸含量高、可生化性差，直接进行厌氧消化处理的结果不理想，且其中含有大量渣滓与大颗粒物，容易引起膜生物反应器的膜堵塞，因此，沼液的处理与处置需要解决两个问题，其一、提高沼液的可生化性，增强其厌氧消化的效果；其二、对膜污染进行控制，该问题是当前急需解决的问题，也是研究的重中之重。对膜污染的控制方法主要有反冲洗、酸碱处理、超声、膜改性等，然而往往得不到一个显著效果，膜通量的恢复也差强人意，同时耗费大量人力物力财力。
专利号CN205773617U公开了一种厌氧MBR组块，包括MBR膜组件和冲刷机构，所述的MBR膜组件和冲刷机构均设置在厌氧池内，所述的冲刷机构位于所述MBR膜组件的底部；所述的MBR膜组件上设置有出水口，所述MBR膜组件的出水口连接有回流支管，所述回流支管通过循环泵连通所述冲刷机构的进水口。该装置长久运行后，必然导致膜堵塞问题的加重，治标不治本。
专利号CN104649519B公开了一种生物铁法与厌氧MBR法相结合的污水处理装置及方法，方法包括步骤一：生物铁污泥的驯化；步骤二：由进水池(1)经进水泵(2)将污水泵入厌氧膜生物反应器(3)并与驯化好的生物铁污泥混合；步骤三：定期检测厌氧膜生物反应器(3)中的铁含量；步骤四：微滤膜组件(6)的出水口通过抽吸泵(4)将净化后的水泵入出水池(5)。然而该发明始终未解决膜组件堵塞的根本问题，只能在一定程度上减缓膜堵塞的进程。
专利号CN205856237U公开并提供了一种工艺流程简单、设备成本低、药剂投放量小以及处理效果稳定的餐厨沼液处理装置。该发明包括预处理部、MVR蒸发器、一级蒸汽净化器以及二级蒸汽净化器，所述预处理部与所述MVR蒸发器的进水端相连接，所述MVR蒸发器、所述一级蒸汽净化器以及所述二级蒸汽净化器依次相连接，所述二级蒸汽净化器与所述MVR蒸发器相连接，所述预处理部与外部沼液池相连接。然而该装置流程复杂，且没有充分利用餐厨垃圾沼液中的能量，导致能量流失。
发明内容
本发明提供一种用于餐厨垃圾沼液处理的膜分离装置及工艺，利用厌氧MBR对餐厨垃圾沼液进行处理，有效回收餐厨垃圾沼液中的能量，产生沼气，同时，利用微波的热效应对沼液与膜系统进行原位加热，对沼液进行微波加热预处理，提高沼液可生化性，同时促使膜中污染物质发生变性甚至灰化脱落，解决膜堵塞问题。
一种用于餐厨垃圾沼液处理的厌氧装置，包括厌氧反应器、膜分离系统和清水罐，所述膜分离系统包括膜组件系统，套设在膜组件系统外的储液罐以及套设在储液罐外的微波加热系统，其中：
膜组件系统包括MBR膜及套设在MBR膜外的渗透液收集管及其活接头，所述MBR膜的底部进口与所述厌氧反应器的出水口相连、顶部出口与所述厌氧反应器的污泥回流口相连，底部进口与厌氧反应器出水口的连接管路上设置离心泵，MBR膜的进、出口处均设置压力表，所述渗透液收集管的侧壁上开设有连接至清水罐的清水出口；
所述储液罐套设在渗透液收集管外，所述储液罐顶部开设进料口、底部开设出料口且与所述厌氧反应器的底部进料口连接。
优选地，所述微波加热系统包括环形筒状结构的外壳，外壳内设置微波发射器、微波传导元件以及红外测温仪。红外测温仪外接数据显示器。
微波加热器的外壳为环形筒状结构，微波加热元件安装在环形筒状结构内。微波加热元件为常规的微波加热元件，按常规方法安装，包括微波发射器、微波传导元件等，所述微波发射器为电子真空管，优选为磁控管，所述微波传导元件优选为波导管。该微波外壳结构的微波加热器可通过向厂家定制。
将原沼液灌满储液罐，打开微波加热器进行预处理，微波发射器产生电磁波，通过微波传导元件，发射到加热器内部各处，通过发射、传导、被沼液吸收，引起其极高速振动，并由振动所引起的摩擦使其产生高热，以提高其沼液可生化性，利于提高后续厌氧消化处理的效果，预处理完毕后，关闭微波加热器。同时打开储液罐底部开口，将沼液送入厌氧反应器，在厌氧污泥的作用下，水中有机物被降解，COD浓度降低，厌氧处理后的沼液从厌氧反应器溢流堰出水，在离心泵的作用下，进入膜系统，在跨膜压差的作用下，泥水分离，浓缩后的泥水混合物通过回流管道回到厌氧反应器中，清水透过膜而被收集至清水罐，待储液罐沼液耗尽后，再次灌满，打开微波加热器，对原沼液进行预处理，如此反复几次后，在储液罐未灌水的前提下，利用微波的高温热效应对运行后堵塞的膜系统进行脱垢处置，再灌入沼液，利用膜系统的预热对沼液进行加热预处理，再辅以微波，如此循环往复。
所述MBR膜为耐高温膜，优选为无机陶瓷膜，可为无机管式陶瓷膜、平板式陶瓷膜、中空纤维式陶瓷膜，进一步优选为无机管式陶瓷膜，无机管式陶瓷膜有无机氧化硅陶瓷膜、无机碳化硅陶瓷膜，优选地，所述MBR 膜为无机碳化硅管式陶瓷膜。所述无机陶瓷膜膜孔径为0.01～10μm，为避免膜堵塞且提高过滤精度，作为优选，所述膜孔径为0.1～2μm。
所述MBR膜组件材质可为PP塑料、PC塑料、耐高温玻璃、普通陶瓷，进一步优选为陶瓷。
所述膜分离系统的高径比为3:1～8:1，该高径比以最外层膜组件内径计。
优选地，连接MBR膜顶部出口与厌氧反应器的污泥回流口的管路上设有截留阀。
优选地，所述厌氧反应器内下部设有搅拌器、上部设置三相分离器，三相分离器的气体出口连接气体收集装置。
本发明中膜、膜组件、储液罐、微波加热器依次呈套筒结构，实现一体化沼液处理，由于沼液本就是经过发酵的产物，可生化性差，因此，利用套筒结构不仅可以对堵塞的膜系统进行处脱垢理，还能利用其预热对沼液进行预处理，提高其生化性，使其进入反应器进行厌氧处理时，效果提升。
本发明还提供一种餐厨垃圾沼液的处理工艺，利用所述厌氧装置，包括如下步骤：
(1)将原沼液加入储液罐中，打开微波加热系统对沼液进行微波加热预处理，处理完毕后，关闭微波加热系统；
(2)打开储液罐底部出口，将沼液通过蠕动泵持续送入厌氧反应器中进行厌氧消化；
(3)厌氧反应器通过溢流堰出水，在离心泵的作用下，进入膜分离系统错流过滤，泥水分离；
(4)浓缩后的泥水混合物通过回流管道返回到厌氧反应器中，部分出水通过膜分离后被收集至清水罐，膜分离系统定期进行反冲洗；
(5)储液罐沼液耗尽后，再次加入沼液，打开微波加热系统，再次对沼液进行微波加热预处理，如此反复进行处理；
(6)按步骤(1)～(5)循环数次后，当储液罐沼液耗尽时，直接打开微波加热系统对膜组件进行高温强化脱垢处理，关闭微波加热系统，再注入沼液，利用余温对沼液进行加热预处理，再辅以微波加热，进入下一循环。
以上步骤连续且循环进行，有效提高了沼液可生化性，且避免了MBR 膜组件的堵塞，实现连续化不间断出水。
优选地，厌氧反应器中水力停留时间为8～24h。
优选地，微波加热预处理的温度为50～60℃，微波预热时间为 10～20min。在该温度下，沼液可生化性显著提高；为避免加热时间过长引起沼液汽化蒸发，作为优选，微波加热时间为10～20min。
优选地，步骤(6)中高温强化脱垢处理温度为150～200℃，微波加热时间为1～15min。
优选地，膜系统脱垢间隔为每进水5～10批次，高温强化脱垢1次。
厌氧反应器中添加厌氧污泥，厌氧污泥浓度不低于8g/L,进一步优选为10～40g/L。
本发明处理原理如下：
将原沼液灌满储液罐，打开微波加热器进行预处理，微波发射器产生电磁波，通过微波传导元件，发射到加热器内部各处，通过发射、传导、被沼液吸收，引起其极高速振动，并由振动所引起的摩擦使其产生高热，以提高其沼液可生化性，利于提高后续厌氧消化处理的效果，预处理完毕后，关闭微波加热器。同时打开储液罐底部开口，将沼液送入厌氧反应器，在厌氧污泥的作用下，水中有机物被降解，COD浓度降低，厌氧处理后的沼液从厌氧反应器溢流堰出水，在离心泵的作用下，进入膜系统，在跨膜压差的作用下，泥水分离，浓缩后的泥水混合物通过回流管道回到厌氧反应器中，清水透过膜而被收集至清水罐，待储液罐沼液耗尽后，再次灌满，打开微波加热器，对原沼液进行预处理，如此反复几次后，在储液罐未灌水的前提下，利用微波的高温热效应对运行后堵塞的膜系统进行脱垢处置，再灌入沼液，利用膜系统的预热对沼液进行加热预处理，再辅以微波，如此循环往复。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
(1)厌氧反应器中的高浓度厌氧污泥具有高容积负荷率，高效率；
(2)原位微波加热技术易于操作，有效防止膜堵塞问题；
(3)利用微波热效应对沼液进行原位处置，有效提高可生化性。
附图说明
图1是本发明装置的结构示意图。
图2是本发明膜处理系统、储液罐及微波加热器部分的剖面图。
图中所示附图标记如下：
1-MBR膜 2-膜组件 3-储液罐
4-微波加热器 5-进口压力表 6-离心泵
7-搅拌器 8-厌氧反应器 9-三相分离器
10-气体流量计 11-截留阀 12-出口压力表
13-阀门 14-清水罐 15-回流管道。
16-磁控管 17-波导管 18-数据显示器
19-红外测温仪 20-蠕动泵
具体实施方式
如图1所示，一种餐厨垃圾沼液处理的装置，包括厌氧反应器8、膜分离系统和清水罐14。
厌氧反应器为常规的厌氧反应装置，内置搅拌器7，底部设置进料口、顶部出水区设置三相分离器9，三相分离后的通过溢流堰出水，气体收集至气体收集装置中，气体出口处设置气体流量计10。
膜分离系统包括管状的MBR膜1、套设在MBR膜外的膜组件2、套设在膜组件外的储液罐和套设在储液罐外的微波加热系统。
膜组件为渗透液管及其活接头，本实施方式中，MBR膜采用膜孔径为0.01～10μm的无机陶瓷膜，膜组件采用陶瓷管，MBR膜的管径 10～70cm。MBR膜底部为进口、顶部为出口，进口处设置进口压力表、出口处设置出口压力表，进口通过管路连接厌氧反应器8的溢流堰出水口，连接管路上设置离心泵，出口通过回流管路15连接至厌氧反应器的的三相分离区，回流管路上设置截留阀11，膜组件上靠近MBR膜出口处的侧壁上开口，通过阀门13和出水管接入清水罐14。
储液罐3套设在膜组件外，与MBR膜同轴，储液罐的顶部开设进料口、底部开设出料口，出料口通过管道连接至厌氧反应器8的底部进料口，管道上设置蠕动泵20及阀门。
微波加热器4的外壳采用套筒式结构，套设在储液罐3外且与MBR 膜同轴，外壳内设置微波发射器、微波传导元件以及红外测温仪19，红外测温仪外接数据显示器18，微波发射器、微波传导元件以及红外测温仪按常规安装安装方式安装，微波发射器为电子真空管，优选为磁控管，微波传导元件优选为波导管17，波导管17外接磁控器16。该微波外壳结构的微波加热器可通过向厂家定制。
MBR膜、膜组件、储液罐和微波加热器依次由里至外呈套筒式设置，剖面图如图2所示。
本发明工作方式如下：
将原沼液灌满储液罐，打开微波加热器进行预处理，微波发射器产生电磁波，通过微波传导元件，发射到加热器内部各处，通过发射、传导、被沼液吸收，引起其极高速振动，并由振动所引起的摩擦使其产生高热，以提高其沼液可生化性，利于提高后续厌氧消化处理的效果，预处理完毕后，关闭微波加热器。同时打开储液罐底部开口，将沼液送入厌氧反应器，在厌氧污泥的作用下，水中有机物被降解，COD浓度降低，厌氧处理后的沼液从厌氧反应器溢流堰出水，在离心泵的作用下，进入膜系统，在跨膜压差的作用下，泥水分离，浓缩后的泥水混合物通过回流管道回到厌氧反应器中，清水透过膜而被收集至清水罐，待储液罐沼液耗尽后，再次灌满，打开微波加热器，对原沼液进行预处理，如此反复几次后，在储液罐未灌水的前提下，利用微波的高温热效应对运行后堵塞的膜系统进行脱垢处置，再灌入沼液，利用膜系统的预热对沼液进行加热预处理，再辅以微波，如此循环往复。
应用实例1
实施方式与上述相同，厌氧膜生物反应器内温度为25℃，pH值为7.0，污泥浓度在10g/L，初始膜通量为300L/m2/h，厌氧膜生物反应器水力停留时间为12h，沼液COD为10000mg/L，VFA浓度为3320mg/L，最终阳极液出水COD为3500mg/L，膜通量为280L/m2/h。
应用实例2
实施方式与上述相同，厌氧膜生物反应器内温度为35℃，pH值为7.0，污泥浓度在20g/L，初始膜通量为300L/m2/h，厌氧膜生物反应器水力停留时间为8h，沼液COD为12000mg/L，VFA浓度为4450mg/L，最终阳极液出水COD为4350mg/L，膜通量为290L/m2/h。
以上所述仅为本发明专利的具体实施案例，但本发明专利的技术特征并不局限于此，任何相关领域的技术人员在本发明的领域内，所作的变化或修饰皆涵盖在本发明的专利范围之中。

Claims (7)

1.一种餐厨垃圾沼液的处理工艺，其特征在于，利用用于餐厨垃圾沼液处理的厌氧装置，包括厌氧反应器、膜分离系统和清水罐，所述膜分离系统包括膜组件系统，套设在膜组件系统外的储液罐以及套设在储液罐外的微波加热系统，其中：
膜组件系统包括MBR膜及套设在MBR膜外的渗透液收集管及其活接头，所述MBR膜的底部进口与所述厌氧反应器的出水口相连、顶部出口与所述厌氧反应器的污泥回流口相连，底部进口与厌氧反应器出水口的连接管路上设置离心泵，MBR膜的进、出口处均设置压力表，所述渗透液收集管的侧壁上开设有连接至清水罐的清水出口；
所述储液罐套设在渗透液收集管外，所述储液罐顶部开设进料口、底部开设出料口且与所述厌氧反应器的底部进料口连接；
所述餐厨垃圾沼液的处理工艺包括如下步骤：
(1)将原沼液加入储液罐中，打开微波加热系统对沼液进行微波加热预处理，处理完毕后，关闭微波加热系统；
(2)打开储液罐底部出料口，将沼液通过蠕动泵持续送入厌氧反应器中进行厌氧消化；
(3)厌氧反应器通过溢流堰出水，在离心泵的作用下，进入膜分离系统错流过滤，泥水分离；
(4)浓缩后的泥水混合物通过回流管道返回到厌氧反应器中，部分出水通过膜分离后被收集至清水罐，膜分离系统定期进行反冲洗；
(5)储液罐沼液耗尽后，再次加入沼液，打开微波加热系统，再次对沼液进行微波加热预处理，如此反复进行处理；
微波加热预处理的温度为50～60℃，微波预热时间为10～20min；
(6)按步骤(1)～(5)循环数次后，当储液罐沼液耗尽时，直接打开微波加热系统对膜组件进行150～200℃高温强化脱垢处理1～15min，关闭微波加热系统，再注入沼液，利用余温对沼液进行加热预处理，再辅以微波加热，进入下一循环。
2.根据权利要求1所述处理工艺，其特征在于，所述MBR膜为无机氧化硅陶瓷膜或无机碳化硅陶瓷膜。
3.根据权利要求1所述处理工艺，其特征在于，所述渗透液收集管、活接头及储液罐罐体材质均为陶瓷或耐高温玻璃。
4.根据权利要求1所述处理工艺，其特征在于，所述MBR膜的膜孔径为0.01～10μm。
5.根据权利要求1所述处理工艺，其特征在于，所述微波加热系统包括环形筒状结构的外壳，外壳内设置微波发射器、微波传导元件以及红外测温仪。
6.根据权利要求1所述处理工艺，其特征在于，厌氧反应器中水力停留时间为8～24h。
7.根据权利要求1所述处理工艺，其特征在于，膜系统脱垢间隔为每进水5～10批次，高温强化脱垢1次。
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