CN110697974A - 应用动态膜厌氧mbr-正渗透技术处理人类黑水的一体化装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种应用动态膜厌氧MBR‑正渗透技术处理人类黑水的一体化装置，属于水处理技术领域。该装置包括进料预处理系统、调节罐、动态膜厌氧MBR反应器、正渗透反应器、循环系统一、循环系统二、集气系统、出料系统和仪表控制系统。待处理物料经进料预处理系统进入动态膜厌氧MBR反应器中进行厌氧发酵，沼气进入集气系统进行收集，沼液进入正渗透反应器膜组件内侧进行浓缩，浓缩沼液通过循环系统一重复进入正渗透反应器，最终产出高浓度沼液作为液体肥料；动态膜厌氧MBR反应器中发酵混合液经循环系统二进入正渗透反应器膜组件外侧作为汲取液，利用正渗透膜两侧渗透压差进行沼液浓缩。该装置可在降低处理能耗、污染物无害化的同时实现资源再生和回收。

Description

应用动态膜厌氧MBR-正渗透技术处理人类黑水的一体化装置

技术领域

本发明涉及水处理技术领域，特别是指一种应用动态膜厌氧MBR-正渗透技术处理人类黑水的一体化装置。

背景技术

人类黑水包括粪便、尿液以及冲洗水，其有机物含量相对较高，且富含氮磷等营养元素，资源化潜力大，但是如果得不到及时处理，不仅会影响环境卫生，造成土壤、水源污染，危害人类生命健康。

目前，人类黑水通常直接排入下水管网，经雨水、其他生活污水混合稀释后，又通过污水处理厂富集并分离有机物、氮磷等污染物，此过程消耗大量资源。因此，应将人类黑水单独收集，并在实现黑水无害化处理的同时，回收资源。

目前对人类黑水的无害化过程常采用生物处理技术。其中，厌氧技术可回收生物燃气、运行耗能少，因此更为经济环保，但传统厌氧技术存在处理耗时长且出水水质较差的问题。厌氧MBR(膜生物反应器)具有水力停留时间与污泥停留时间相互独立、污泥龄长、降解效率高、运行周期短、剩余污泥产量少、出水水质好且稳定、占地面积小的优点。但由有机质、污泥颗粒以及无机物等在膜表面沉积并积聚引起的膜污染是该技术最主要的制约因素。动态膜技术可通过动态生物膜截留杂质，减缓膜污染速率。因此动态膜厌氧MBR技术不仅能够保留厌氧MBR的优点，更具通量高、易清洁、能耗小的优势。

厌氧发酵过程所产沼液含有可溶性氮磷化合物，需经过充分处理方能安全排放，沼液也可作为肥料回用，但原始沼液营养元素浓度偏低，体积过大，储存及运输成本高，需进行浓缩处理。传统沼液浓缩技术需升温或加压，耗能较高，而正渗透技术可利用渗透压差作为驱动力，能耗低，污染小，对污染物的截留效果好。最终沼液可生产具有高附加值的液体有机肥料。

整套系统可以实现废弃物无害化、资源化，实现环境、能源和资源的增值，对生活污水管理及处置、人类黑水资源化利用、生态环境治理、厕所技术发展等方面都具有重要意义。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种应用动态膜厌氧MBR(膜生物反应器)-正渗透技术处理人类黑水的一体化装置，该装置采用厌氧发酵降解污水中有机物产生生物能源，将过膜沼液进入正渗透反应器进行浓缩，获得高附加值的产品，实现节能降耗、绿色环保、能源化、高值化的目标。

该装置包括预处理系统、调节罐、动态膜厌氧MBR反应器、正渗透反应器、循环系统一、循环系统二、集气系统、出料系统和仪表控制系统；其中，预处理系统与调节罐之间设置过滤器，调节罐后接动态膜厌氧MBR反应器，动态膜厌氧MBR反应器后接正渗透反应器，正渗透反应器外部设循环系统一，正渗透反应器后接出料系统，动态膜厌氧MBR反应器与正渗透反应器之间设置循环系统二，动态膜厌氧MBR反应器连接集气系统，仪表控制系统控制预处理系统、动态膜厌氧MBR反应器、正渗透反应器和出料系统。

该装置应用具体流程为：人类黑水通过预处理系统进入调节罐，预处理后污水由调节罐进入动态膜厌氧MBR反应器中进行厌氧发酵，所得的沼气进入集气系统进行收集，所得的沼液进入正渗透反应器膜组件内侧进行浓缩，浓缩后的沼液通过循环系统一重复进入正渗透反应器，连接正渗透反应器的出料系统产出浓缩沼液作为液体肥料；动态膜厌氧MBR反应器中发酵混合液经循环系统二进入正渗透反应器膜组件外侧作为汲取液，利用正渗透膜两侧渗透压差进行沼液浓缩。

预处理系统由加热保温层、搅拌器、导流板、破碎泵组成，预处理系统罐体外侧为加热保温层，其加热温度设置值与厌氧MBR反应器内温度相同，可降低污水进入厌氧发酵系统时对微生物活性影响。预处理系统罐体内入口处设置导流板，预处理系统罐体内设置搅拌器和破碎泵；人类黑水进入预处理系统内由搅拌器进行均质化处理，污水内大颗粒物质由破碎泵切割为小颗粒，有利于提高微生物降解效率，减少管道堵塞。

动态膜厌氧MBR反应器内部设超滤膜组件，膜组件下部安装沼气循环曝气系统，通过沼气冲刷控制动态膜厚度，动态膜厌氧MBR反应器外部装有加热保温层控制反应器内厌氧发酵温度。

正渗透反应器采用内嵌流道式膜组件增加沼液与正渗透膜接触面积，提高流速，从而提高渗透速率。

本发明的上述技术方案的有益效果如下：

上述方案中，采用动态膜厌氧MBR技术，可将厌氧发酵过程的水力停留时间与污泥停留时间分离，并能够控制超滤膜表面动态生物膜厚度及结构，缩短运行周期、降低运营维护成本、系统优化和节能降耗。人类黑水动态膜厌氧MBR-正渗透技术处理系统可生产高附加值产品，在对人类黑水实现减量化、无害化的同时，也能获得高附加值的生物能源和液体有机肥料。正渗透浓缩技术是一种绿色环保的浓缩技术，可通过跨膜压差作为系统驱动力，因此可实现节能降耗。整套系统可实现连续运行，一体化连续处理。

附图说明

图1为本发明的应用动态膜厌氧MBR-正渗透技术处理人类黑水的一体化装置工作流程图；

图2为本发明的应用动态膜厌氧MBR-正渗透技术处理人类黑水的一体化装置结构示意图。

其中：1-人类黑水；2-预处理系统；3-过滤器；4-调节罐；5-动态膜厌氧MBR反应器；6-正渗透反应器；7-循环系统一；8-循环系统二；9-集气系统；10-出料系统。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

本发明提供一种应用动态膜厌氧MBR-正渗透技术处理人类黑水的一体化装置。

如图2所示，该装置包括预处理系统2、调节罐4、动态膜厌氧MBR反应器5、正渗透反应器6、循环系统一7、循环系统二8、集气系统9、出料系统10和仪表控制系统；其中，预处理系统2与调节罐4之间设置过滤器3，调节罐4后接动态膜厌氧MBR反应器5，动态膜厌氧MBR反应器5后接正渗透反应器6，正渗透反应器6外部设循环系统一7，正渗透反应器6后接出料系统10，动态膜厌氧MBR反应器5与正渗透反应器6之间设置循环系统二8，动态膜厌氧MBR反应器5连接集气系统9，仪表控制系统控制预处理系统2、动态膜厌氧MBR反应器5、正渗透反应器6和出料系统10。

如图1所示，该装置工作时，人类黑水1通过预处理系统2进入调节罐4，预处理后污水由调节罐4进入动态膜厌氧MBR反应器5中进行厌氧发酵，所得的沼气进入集气系统9进行收集，所得的沼液进入正渗透反应器6膜组件内侧进行浓缩，浓缩后的沼液通过循环系统一7重复进入正渗透反应器6，连接正渗透反应器6的出料系统10产出高浓度沼液作为液体肥料；动态膜厌氧MBR反应器5中发酵混合液经循环系统二8进入正渗透反应器6膜组件外侧作为汲取液，利用正渗透膜两侧渗透压差进行沼液浓缩。通过以上流程实现动态膜厌氧MBR-正渗透技术处理人类黑水获取高附加值产品的目的。

针对上述动态膜厌氧MBR厌氧发酵和正渗透浓缩过程工艺条件的需求，分别设计了动态膜厌氧MBR反应器和正渗透反应器。动态膜厌氧MBR反应器内部设超滤膜组件，下部安装有沼气循环曝气系统，通过沼气冲刷控制动态膜处于合适厚度，若过厚会导致过膜压力过大，影响沼液排出，若生物膜过于稀薄则无法过滤杂质，从而无法减缓膜污染。厌氧发酵过程中产甲烷菌对温度敏感性高，需将反应器内混合物温度控制在适宜温度区间内，因此动态膜厌氧MBR反应器外部装有加热保温层控制反应器内厌氧发酵温度。动态膜厌氧MBR反应器所排沼液经生物降解及超滤膜过滤，其悬浮固体含量低，可溶性含氮磷化合物含量较高，适合作为肥料回收利用，为降低原始沼液体积、提高肥料浓度，沼液进入正渗透反应器进行浓缩，正渗透速率主要因素为流体流速及流体与膜接触面积，因此正渗透反应器采用内嵌流道式膜组件增加沼液与正渗透膜接触面积，提高流速，从而提高渗透速率。动态膜厌氧MBR反应器中发酵混合液经循环系统二进入正渗透反应器膜组件外侧作为汲取液，利用正渗透膜两侧渗透压差进行沼液浓缩，无需另加汲取液，减少系统废弃物的产生。

在本发明装置中反应产生的沼气进一步处理后可以作为替代燃料使用，产生的生物有机肥料可直接施加到土壤中，提高土壤肥力。整个系统是基于动态膜厌氧MBR厌氧发酵和正渗透浓缩技术的一体化连续处理系统，可连续稳定运行，实现对人类黑水进行减量化、无害化、能源化、高值化的处理和利用，整个过程中几乎没有废物产生。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种应用动态膜厌氧MBR-正渗透技术处理人类黑水的一体化装置，其特征在于：包括预处理系统(2)、调节罐(4)、动态膜厌氧MBR反应器(5)、正渗透反应器(6)、循环系统一(7)、循环系统二(8)、集气系统(9)、出料系统(10)和仪表控制系统；其中，预处理系统(2)与调节罐(4)之间设置过滤器(3)，调节罐(4)后接动态膜厌氧MBR反应器(5)，动态膜厌氧MBR反应器(5)后接正渗透反应器(6)，正渗透反应器(6)外部设循环系统一(7)，正渗透反应器(6)后接出料系统(10)，动态膜厌氧MBR反应器(5)与正渗透反应器(6)之间设置循环系统二(8)，动态膜厌氧MBR反应器(5)连接集气系统(9)，仪表控制系统控制预处理系统(2)、动态膜厌氧MBR反应器(5)、正渗透反应器(6)和出料系统(10)。

2.根据权利要求1所述的应用动态膜厌氧MBR-正渗透技术处理人类黑水的一体化装置，其特征在于：人类黑水(1)通过预处理系统(2)进入调节罐(4)，预处理后污水由调节罐(4)进入动态膜厌氧MBR反应器(5)中进行厌氧发酵，所得的沼气进入集气系统(9)进行收集，所得的沼液进入正渗透反应器(6)膜组件内侧进行浓缩，浓缩后的沼液通过循环系统一(7)重复进入正渗透反应器(6)，连接正渗透反应器(6)的出料系统(10)产出浓缩沼液作为液体肥料；动态膜厌氧MBR反应器(5)中发酵混合液经循环系统二(8)进入正渗透反应器(6)膜组件外侧作为汲取液，利用正渗透膜两侧渗透压差进行沼液浓缩。

3.根据权利要求1所述的应用动态膜厌氧MBR-正渗透技术处理人类黑水的一体化装置，其特征在于：所述预处理系统(2)由加热保温层、搅拌器、导流板、破碎泵组成，预处理系统(2)罐体外侧为加热保温层，预处理系统(2)罐体内入口处设置导流板，预处理系统(2)罐体内设置搅拌器和破碎泵；人类黑水(1)进入预处理系统(2)内由搅拌器进行均质化处理，污水内大颗粒物质由破碎泵切割为小颗粒。

4.根据权利要求1所述的应用动态膜厌氧MBR-正渗透技术处理人类黑水的一体化装置，其特征在于：所述动态膜厌氧MBR反应器(5)内部设超滤膜组件，膜组件下部安装沼气循环曝气系统，通过沼气冲刷控制动态膜厚度，动态膜厌氧MBR反应器(5)外部装有加热保温层控制反应器内厌氧发酵温度。

5.根据权利要求1所述的应用动态膜厌氧MBR-正渗透技术处理人类黑水的一体化装置，其特征在于：所述正渗透反应器(6)采用内嵌流道式膜组件增加沼液与正渗透膜接触面积，提高流速，从而提高渗透速率。

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