CN110182943B - 一种高效处理难降解废水厌氧动态膜反应器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种处理难降解废水厌氧动态膜反应器，能够有效去除高浓度废水中的有机物与悬浮固体(SS)。本发明采用动态膜组件为内凹式，通过循环气体产生的剪切力以及一定厚度的挡板定量控制动态膜层厚度，不需要进行反冲洗清理，避免动态膜层脱落从而保证出水水质稳定；本发明以导电碳布作为生物膜形成的载体材料，能够富集更多具有电子传递能力的微生物，提高动态膜层微生物间的电子传递效率，进而提升有机物降解和厌氧产甲烷效能。同时，动态膜层能有效截留废水中SS和大分子难降解有机物质(＞4000Da)，提升出水水质，有利于出水的后续处理。此外，该厌氧动态膜生物反应器操作简单，成本低廉。

Description

一种高效处理难降解废水厌氧动态膜反应器

技术领域

本发明属于难降解废水生物处理领域，具体涉及一种改进的厌氧动态膜生物反应器。

背景技术

近年来，动态膜技术作为一种新兴的污水处理技术受到越来越多人的关注，动态膜技术是指利用预涂剂或活性污泥在大孔径支撑材料表面形成预涂或自生膜，强化废水固液分离效果。动态膜工艺与传统膜工艺相比，膜材料成本低、通量高、膜污染速率低且易控制，更适于大规模应用。其中自生动态膜是在过滤过程中由污泥絮体在载体材料表面累积形成的生物膜层，膜层厚度受到运行时间以及污泥浓度的影响，运行过程中常出现由于膜层增长较快造成膜通量降低，影响废水处理效能。现有报道多采用反冲洗方式或曝气与反冲洗组合方式清理动态膜层。

专利CN101428905A报道了一体式厌氧动态膜生物反应器及其运行方式。该反应器的搅拌装置安装在主体上，搅拌器传动轴穿过动态膜组件，通过搅拌使反应器无死区，较好地抵御有机负荷及有毒污染物的冲击。该反应器运行一段时间需要通过从出水管接自来水对动态膜组件进行反冲洗。

专利CN101333038A报道了厌氧动态膜生物污水处理工艺，该发明涉及厌氧生活污水处理以及性质与生活污水相类似的工业有机废水处理技术。该方法在运行过程中，每隔35-40天利用出水对动态膜层进行清洗。

以上2个公开报道的专利描述的厌氧动态膜反应器均采用传统板式膜组件，这类厌氧动态膜反应器需要反冲洗控制动态膜层，而反冲洗会导致生物膜层的流失，需要时间重新形成，容易造成出水水质不稳定。

食品、生物、化工、啤酒制造、垃圾处理等行业排放大部分废水都属于高浓度难降解有机废水，该类废水水质复杂，高有机物、高氨氮。利用常规的物化、生化处理难达到处理目的。目前，传统的厌氧动态膜法多用于处理低浓度模拟废水，无论在进水负荷还是处理效能上均不能满足高浓度难降解废水处理的要求。

专利CN102951734A报道了一种厌氧动态膜反应器废水处理装置，该发明实施过程中处理废水浓度为2500mgCOD/L的模拟工业有机废水，COD去除率稳定在85％以上。

专利CN109516647A报道了一种利用厌氧自生动态膜高效处理污水的工艺及装置，该报道处理的为模拟废水，最高进水3000-5000mgCOD/L，COD去除率为93％。

近年来，有研究报道通过在厌氧反应器内部投加导电功能材料(磁铁矿、活性炭、碳布)的方法，提升有机废水处理效能。导电材料可以富集具有电子传递功能的微生物，这些微生物可以通过导电材料将电子传递给产甲烷菌，产甲烷菌能够直接接受电子还原二氧化碳产生甲烷的，进而加快有机物降解速率，提升产甲烷效能。该方法有效解决了实际厌氧生物处理过程负荷低和易酸化等问题。

目前报道的专利中动态膜载体多采用不导电的多孔材料如尼龙网、涤纶网、聚丙烯无纺布等，多用于处理水质较为简单的有机废水。然而将导电材料与动态膜技术结合，高效处理难降解废水的相关研究却未见报道。

专利CN104891645B报道了一种蚕茧自生动态膜生物反应器，该反应器以蚕茧作为动态膜载体，解决了无纺布、钢丝网等载体容易出现堵塞、易腐烂的现象，但是蚕茧体积小，价格昂贵，不易工程化应用。

专利CN204434354U报道了一种用于降解工业污水的动态膜生物反应器，该反应器以聚丙烯无纺布作为载体，聚丙烯无纺布不具有导电性，无法富集电活性微生物。

专利CN207143230U报道了一种新型高效厌氧发酵动态膜生物反应器，该反应器以200-500目的尼龙网作为动态膜载体，同样不具有导电性。

本发明提供了一种内凹式膜组件并以导电碳布作动态膜载体，实现难降解废水高效处理的方法。内凹式膜组件可以根据挡板厚度与曝气产生的剪切力有效控制动态膜层厚度。导电材料可以富集更多具有电活性的微生物，通过促进微生物间电子传递过程，加快有机物的降解和甲烷产生，实现难降解废水的高效处理。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种高效处理难降解废水厌氧动态膜反应器，该反应器膜组件为内凹式，可以有效控制动态膜层厚度。以导电碳布作为厌氧动态膜形成的载体，高效去除废水中有机物的同时，截留了SS与难降解大分子有机物。

所述的反应器中，动态膜组件设计为内凹式，通过一定厚度的边框挡板将载体与空腔固定在一起，挡板厚度约为1-10mm。

所述的反应器中，动态膜层厚度完全由循环气体产生的剪切力与挡板厚度控制，该体系不需要对动态膜进行反冲洗。

所述反应器中动态膜载体为导电碳布，电导率为3-5S/cm，孔径为20-200μm。

所述的反应器主要用于处理高浓度难降解有机废水如食品废水、啤酒厂废水，垃圾焚烧渗沥液等。

所述的膜组件内有空腔，空腔内有液体收集管并与反应器顶部出水管相连，反应器出水通过蠕动泵从出水管抽出。出水管接有压力传感器用于检测跨膜压差。

本发明还提供一种高效处理难降解废水厌氧动态膜反应器处理废水的方法，步骤如下：待处理的废水经过蠕动泵流入所述厌氧动态膜反应器，厌氧微生物在所述导电碳布上形成动态膜生物层，在所述导电碳布的导电作用下富集具有电子传递能力的微生物，从而提升废水中有机物降解和产甲烷效能；厌氧消化产生的气体通过所述循环气泵循环回反应器内部，剩余气体由所述气体采集袋收集；反应器处理后出水经顶部出水口排出。

上述的高效处理难降解废水厌氧动态膜反应器处理废水的方法，具体包括如下步骤：

(1)以体积比70％接种量的厌氧污泥加入反应器，反应器内部污泥浓度为20g/L；

(2)用于混合的曝气装置安放在反应器底部并将动态膜组件安置在曝气装置上，且保证两者在正常运行时均浸没于污泥之中；导电碳布电导率为3-5S/cm，孔径为20-200μm；

(3)设置HRT为5天，SRT为30天，运行温度为35±1℃；

(4)采用COD浓度为2000-5000mg/L的低负荷的待处理废水稀释液作为进水驯化污泥，通过水泵流入厌氧动态膜反应器进行处理，确保系统稳定运行时COD去除效率在99％以上；

(5)采用COD浓度为10000-20000mg/L的高负荷废水作为进水，通过蠕动泵流入厌氧动态膜反应器进行处理。

本发明所具有的优点：

该反应器膜组件设计为内凹式，膜组件底部的曝气设备沿挡板产生向上的剪切力，控制动态膜层的厚度不超过挡板厚度。该反应器运行过程中不需要反冲洗，操作简便。

该反应器膜组件以导电碳布作为动态膜形成的载体，通过强化微生物间电子传递过程，提高废水厌氧处理效能；同时，动态膜层截留了大量SS与大分子难降解有机物，有利于废水后续处理。

该方法实现了厌氧动态膜反应器对难降解废水的高效处理，并降低了处理成本。

附图说明

图1是本发明厌氧动态膜生物处理反应器示意图。

图2是该反应器动态膜组件细节图。

图3是采用本发明启动厌氧生物反应器处理啤酒厂废水的处理效果图。

图4是采用本发明启动厌氧生物反应器处理垃圾焚烧渗沥液的处理效果图。

具体实施方式

具体实施中，进水分别为啤酒厂模拟废水与垃圾焚烧渗沥液。厌氧动态膜生物反应器1内径200mm、高230mm。总体积约为7.2L。采用导电碳布为动态膜载体，总过滤面积为0.016m²，设置动态膜载体为无纺布的对照组。两反应器中液体与厌氧泥总量控制在6L。启动期接种3.5L厌氧污泥到反应器中，污泥浓度20g/L。反应器运行过程中HRT为5天，SRT为30天，沼气喷射率为30-40m/h。反应器运行期每天通过测量出水COD浓度、pH、小分子挥发酸浓度以及甲烷产量判断反应器运行情况，对反应器出水分子量分布以及动态膜层性质进行研究。

实施例1

反应器进水为啤酒厂模拟废水(COD 1000mg/L-10000mg/L),反应器运行初期COD浓度为1000mg/L进行厌氧泥驯化，驯化期共运行12天，出水COD浓度稳定＜100mg/L后进入过滤阶段，过滤期进水COD的浓度为1000mg/L之后不断提升至3000mg/L、5000mg/L、7000mg/L、9000mg/L，最终提升至10000mg/L；每个负荷运行10天。以无纺布为载体的厌氧动态膜反应器在COD浓度提升至5000mg/L时发生酸化崩溃，而以导电碳布为载体的反应器稳定运行到COD浓度提升至10000mg/L，且运行稳定期COD去除率稳定在95％以上，整个阶段SS去除率稳定在90％以上。经过导电碳布强化的厌氧动态膜反应器对啤酒厂废水处理效能提升了33.3％。

实施例2

反应器进水为垃圾焚烧渗沥液(COD 3000mg/L-23000mg/L)，初期反应器进水为稀释后垃圾焚烧渗沥液(COD 3000mg/L)经厌氧产甲烷处理后的出水COD浓度稳定＜100mg/L，共运行22天。之后进入过滤阶段，以碳布为载体的反应器不断提升进水COD的浓度由3000mg/L提升至5000mg/L、7000mg/L、9000mg/L，最终提升至23000mg/L；每个负荷运行10天，整个阶段共运行93天。稳定期COD去除率稳定在90％以上，整个阶段SS去除率稳定在90％以上。而以无纺布为载体的反应器在进水提升至18000mg/L时，发生酸化崩溃。经过导电碳布强化的厌氧动态膜反应器对垃圾焚烧渗沥液的处理效能提升了27.8％。

Claims (4)

1.一种高效处理难降解废水厌氧动态膜反应器，该动态膜反应器内部含内凹式膜组件并以导电碳布作为载体；

所述反应器包括：圆柱形厌氧反应器主体(1)、内凹式膜组件(2)、导电碳布载体(3)、曝气装置(4)、温度探头(5)、进水箱(6)、进水泵(7)、压力传感器(8)、出水泵(9)、出水箱(10)、气体采集袋(11)、气体流量计(12)、循环气泵(13)；

动态膜组件为内凹式，通过循环气体的剪切和1-10mm厚度的挡板定量控住动态膜层厚度；

通过1-10mm厚度的边框挡板将所述导电碳布载体与空腔固定在一起；

所述曝气装置在反应器底部并将所述内凹式膜组件安置在曝气装置上；

出气口用所述循环气泵(13)与所述动态膜反应器底部的曝气口相连；循环气体用于冲刷动态膜层以便控制动态膜层厚度，同时用于均匀混合反应器内液体；

动态膜层厚度完全由膜组件底部曝气产生的剪切力与挡板厚度控制。

2.根据权利要求1所述的一种高效处理难降解废水厌氧动态膜反应器，其特征在于：所述动态膜反应器处理的废水为高浓度难降解有机废水，为食品废水、啤酒厂废水或垃圾焚烧渗沥液。

3.利用权利要求1所述的一种高效处理难降解废水厌氧动态膜反应器处理废水的方法，步骤如下：待处理的废水经过蠕动泵流入所述厌氧动态膜反应器，厌氧微生物在所述导电碳布上形成动态膜生物层，在所述导电碳布的导电作用下富集具有电子传递能力的微生物，从而提升废水中有机物降解和产甲烷效能；厌氧消化产生的气体通过所述循环气泵循环回反应器内部，剩余气体由所述气体采集袋收集；反应器处理后出水经顶部出水口排出。

4.根据权利要求3所述的一种高效处理难降解废水厌氧动态膜反应器处理废水的方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：

(1)以体积比70％接种量的厌氧污泥加入反应器，反应器内部污泥浓度为20g/L；

(2)用于混合的曝气装置安放在反应器底部并将动态膜组件安置在曝气装置上，且保证两者在正常运行时均浸没于污泥之中；导电碳布电导率为3-5S/cm，孔径为20-200μm；

(3)设置HRT为5天，SRT为30天，运行温度为35±1℃；

(4)采用COD浓度为2000-5000mg/L的低负荷的待处理废水稀释液作为进水驯化污泥，通过水泵流入厌氧动态膜反应器进行处理，确保系统稳定运行时COD去除效率在99％以上；

(5)采用COD浓度为10000-20000mg/L的高负荷废水作为进水，通过蠕动泵流入厌氧动态膜反应器进行处理。

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