CN111533393A - 净化养殖废水并回收其中能量和营养元素的系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明的净化养殖废水并回收其中能量和营养元素的系统，包括厌氧MBR池、反渗透装置、抽吸泵、污泥浓缩池、污泥脱水机、污泥加热干化装置、浓水储存池、沼气收集装置以及发电机组，厌氧MBR池中设置有MBR膜组件，反渗透装置中设置有反渗透膜。本发明的净化方法，包括：a).抽吸压力的产生；b).曝气和膜过滤；c).厌氧反应；d).气体收集和发电；e).浓水和纯水出水；f).污泥脱水和干化。本发明的养殖废水净化系统及方法，产生的沼气供发电和曝气之用，产生的浓水和纯水可分别作为肥料和清洗用水，污泥经脱水、加热干化作为农作物肥料，实现了对养殖废水中能量和营养元素的最大化利用，有益效果显著，适于应用推广。

Description

净化养殖废水并回收其中能量和营养元素的系统及方法

技术领域

本发明涉及一种净化养殖废水并回收其中能量和营养元素的系统及方法，更具体的说，尤其涉及一种设置有MBR膜组件、反渗透膜以及沼气收集装置和发电机组的净化养殖废水并回收其中能量和营养元素的系统及方法。

背景技术

近年来，规模化、集约化的养殖行业迅速发展，不可避免的带来产生大量养殖废水的问题，如果得不到妥善的处理，该种废水将会严重污染当地的水环境，严重影响当地人居环境，制约经济社会的可持续发展。

该种废水具有高COD、高氨氮、高SS（悬浮物）、低C/N、可生化性差等特点，导致使用传统生物方法处理难度大、成本高昂等问题，而且利于传统生物方法将会使污水中的能量和营养元素大量流失。所以需要发明一种科学合理的方法有效应对该种废水的处理。

本文旨在发明一种可以对养殖废水进行有效净化，并可以将其中的能量和营养元素进行回收利用的方法。

发明内容

本发明为了克服上述技术问题的缺点，提供了一种净化养殖废水并回收其中能量和营养元素的系统及方法。

本发明的净化养殖废水并回收其中能量和营养元素的系统，包括厌氧MBR池、反渗透装置、抽吸泵、污泥浓缩池、污泥脱水机、污泥加热干化装置、浓水储存池、沼气收集装置以及发电机组，厌氧MBR池上设置有通入待净化养殖废水的进水口，沼气收集装置与厌氧MBR池相连通，用于收集厌氧MBR池中产生的沼气，发电机组利用沼气收集装置收集的沼气进行发电；厌氧MBR池的污水出口与污泥浓缩池相连通，厌氧MBR池和反渗透装置均处于密闭状态；其特征在于：所述厌氧MBR池中设置有MBR膜组件，所述反渗透装置的中央设置有对只允许水分子通过的反渗透膜，反渗透膜将反渗透装置分割为浓水区和纯水区，浓水区经管路与MBR膜组件的出水口相连通，纯水区经管路与抽吸泵的进水口相连通；

浓水储存池与反渗透装置中的浓水区相连通，浓水储存池中存储的富含氮、磷、钾浓水作为农作物的施肥；污泥脱水机用于对污泥浓缩池排出的污泥进行脱水，污泥加热干化装置对脱水后的污泥进行加热干化，干化后的污泥运输至田地作为肥料；发电机组产生的电能供抽吸泵、污泥脱水机和污泥加热干化装置之用。

本发明的净化养殖废水并回收其中能量和营养元素的系统，包括气泵，厌氧MBR池中设置有曝气装置，曝气装置位于MBR膜组件的下方，气泵的进气口经管路与沼气收集装置相连通，气泵的出气口经管路与曝气装置相连通；曝气装置曝气具有搅拌污水、均匀水质和冲洗MBR膜组件表面的作用。

本发明的净化养殖废水并回收其中能量和营养元素的系统，其特征在于：所述厌氧MBR池中设置有将厌氧MBR池中温度维持在25～30℃范围内的加热棒。

本发明的净化养殖废水并回收其中能量和营养元素的系统，包括纯水储存池，纯水储存池与抽吸泵的出水口相连通，纯水储存池中的水用于冲洗养殖场所。

本发明的净化养殖废水并回收其中能量和营养元素的系统的净化方法，其特征在于，通过以下步骤来实现：

a).抽吸压力的产生，启动抽吸泵，利用抽吸泵对反渗透装置中纯水区的抽水，使厌氧MBR池中的压力大于反渗透装置中的压力；

b).曝气和膜过滤，进入厌氧MBR池的高COD、高氨氮、高悬浮物的养殖废水，在曝气装置的曝气作用下使污泥中的微生物与污水充分混合，养殖废水经MBR膜组件的过滤后，废水中悬浮不溶性颗粒被截留在厌氧MBR池中；

c).厌氧反应，厌氧MBR池中含有大量厌氧微生物，在厌氧菌的作用下养殖废水中的有机物被转化为甲烷气体；

d).气体收集和发电，厌氧MBR池中产生的甲烷气体被沼气收集装置收集起来，收集的沼气被发电机组用来发电，产生的电能经蓄电池存储；

e).浓水和纯水出水，在抽吸泵的抽吸作用下，水分子透过反渗透膜进入纯水区，废水中的氮、磷、钾等元素被截留在浓水区，浓水区的废水进入浓水储存池中，用作农作物的施肥；纯水区的水进入纯水储存池，作为冲洗养殖场所之用；

f).污泥脱水和干化，厌氧MBR池中的污泥进入污泥浓缩池进行浓缩，经浓缩后的污泥经污泥脱水机进行脱水，脱水后的污泥再经污泥加热干化装置进行干化处理，干化处理后的污泥运往农田作为肥料之用。

本发明的有益效果是：本发明的养殖废水净化系统及方法，利用养殖废水的高COD、高氨氮、高SS（悬浮物）特性，废水中的有机物在厌氧MBR池中厌氧微生物的作用下转化为沼气，产生的沼气供发电机组发电和厌氧MBR池的曝气之用，经反渗透膜产生的浓水和纯水可分别作为农作物肥料和养殖场所清洗用水，厌氧MBR池产生的污泥经脱水、加热干化作为农作物肥料，同时发电机组产生的电能供抽吸泵、气泵、脱水机、加热干化装置、加热棒的电能电源，实现了对养殖废水中能量和营养元素的最大化利用，有益效果显著，适于应用推广。

附图说明

图1为本发明的净化养殖废水并回收其中能量和营养元素的系统的原理图；

图2为本发明中厌氧MBR池和反渗透装置的结构示意图。

图中：1厌氧MBR池，2反渗透装置，3抽吸泵，4污泥浓缩池，5污泥脱水机，6污泥加热干化装置，7浓水储存池，8沼气收集装置，9发电机组，10 MBR膜组件，11曝气装置，12气泵，13加热棒，14反渗透膜。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，给出了本发明的净化养殖废水并回收其中能量和营养元素的系统的原理图，其由厌氧MBR池1、反渗透装置2、抽吸泵3、污泥浓缩池4、污泥脱水机5、污泥加热干化装置6、浓水储存池7、沼气收集装置8、发电机组9以及纯水储存池组成，厌氧MBR池1上设置有进水口，待处理的养殖废水经进水口进入厌氧MBR池1中。厌氧MBR池1的出水口与反渗透装置2的进水口相连通，反渗透装置2的出水口与抽吸泵3的进水口相连通，在抽吸泵3的抽吸作用下，实现待处理废水从厌氧MBR池1至反渗透装置2的流动。

沼气收集装置8与厌氧MBR池1相连通，厌氧MBR池1中产生的甲烷气体被沼气收集装置8收集起来，收集的沼气供发电机组9发电，发电机组9产生的电能除了被实时利用外，剩余的则被存储在蓄电池中，以便在发电机组不工作时对外供电。所示厌氧MBR池1的污泥出口与污泥浓缩池4相连通，污泥浓缩池4实现对污泥的浓缩，浓缩后的污泥再经污泥加热干化装置6进行加热干化，干化后的污泥运输至农田作为农作物肥料。

如图2所示，给出了本发明中厌氧MBR池和反渗透装置的结构示意图，所示的厌氧MBR池1中设置有MBR膜组件10、曝气装置11和加热棒13，MBR膜组件10的出水口形成厌氧MBR池1的出水口，进入厌氧MBR池1的污水经MBR膜组件10的过滤后，污水中难溶性悬浮颗粒物被截留下来，厌氧微生物将截留下来的有机物转化为甲烷；MBR膜组件10的出水与反渗透装置2中的浓水区相连通。所示曝气装置11位于MBR膜组件10的下方，曝气装置11的进气口经管路与气泵12的出气口相连通，气泵12的进气口经管路与沼气收集装置8相连通，在气泵12的作用下，利用产生的沼气进行曝气，避免了空气的混入，实现了搅拌混合以及对MBR膜组件10表面充气的作用。

所示反渗透装置2的中央设置有反渗透膜14，反渗透膜14将反渗透装置2分割为浓水区和纯水区，反渗透膜14只允许水分子透过，而污水中的氮、磷、钾等元素不能透过，使得浓水富含氮、磷、钾等元素，浓水存储池7中存储的浓水适于作为农作物肥料。纯水区的水通过抽吸泵3后被收集在纯水储存池中，被收集的纯水可作为养殖厂冲洗之用。

厌氧MBR池1和反渗透装置2均处于密闭状态，厌氧MBR池1中含有大量厌氧微生物，可将养殖废水中含有的大量有机物充分转化为甲烷气体，沼气收集装置8对沼气进行收集和储存，既实现了废水有机物的去除，又实现了可用能源的收集。在MBR膜组件的分离和过滤作用下，悬浮不溶性颗粒被截留在厌氧MBR池1中。

在厌氧MBR池1中产生的沼气，经过沼气收集装置（8）的收集，有如下用途：

1）.搅拌，部分沼气作为循环气，由沼气收集装置（8）经气泵通入厌氧MBR池（1）底部的曝气装置（12）进行曝气，充分搅拌污水，均匀水质，使微生物与污水充分接触，提高产气效率；

2）.冲刷膜组件，沼气通入厌氧MBR池（1）中，不间断的冲刷膜组件，使被截留并沉积在膜组件表面悬浮物颗粒脱落，防止膜组件的堵塞进而维持该系统的污水处理效率；

3）.发电，部分沼气进入发电机组（9），产生电能，产生的电能一部分为MBR反应池（1）中的加热棒提供电能，使厌氧MBR池（1）内的温度保持在25℃~30℃，维持微生物的活性，进而保证产气效率。另一部分为抽吸泵（3）及其他用电设备提供电能；

4）.加热干化，另一部分沼气可用于燃烧，产生的热量用于污泥加热干化装置（6），使污泥的含水率降低，便于运输；

e）.作为控制指标，对沼气的产生速率进行测定，根据沼气产生速率评估厌氧MBR反应池（1）的运行情况，及时对运行参数进行调整；

通过定期排泥，将厌氧MBR池（1）底部的剩余污泥排出，污泥进入污泥浓缩池（4）浓缩，然后进入污泥脱水机（5）进行脱水，再进入污泥加热干化装置（6）进行加热干化，干化后的污泥富含营养元素，作为肥料使用；经过厌氧MBR池（1）处理后的污水，进入反渗透装置（2），反渗透膜的孔径只允许水分子通过，孔径较大的营养盐离子则被截留；经过反渗透装置（2）浓缩后的污水定期排入浓水储存池（7），浓水富含氮、磷、钾等营养元素，用于农作物的施肥；经过反渗透装置（2）所产生的纯水在抽吸泵（3）的抽吸下进入纯水储存池（10），纯水作为再生水使用，用于冲刷厂区中的畜禽粪污；反渗透装置（2）和厌氧MBR池（1）均处于密闭状态，抽吸泵（3）在反渗透装置（2）的纯水区一侧抽吸纯水，使得纯水克服反渗透膜上的阻力进入纯水区；同时使得厌氧MBR池（1）内的压力大于反渗透装置（2）内的浓水区，为MBR膜组件的分离和过滤作用提供动力；抽吸泵（3）为两级膜工艺提供动力，节约了能耗；抽吸泵（3）定期反接进出水口，对反渗透膜装置（2）中的反渗透膜和厌氧MBR池（1）中的膜组件进行反向冲洗，减轻膜污染，延长膜的使用寿命。

Claims (5)

1.一种净化养殖废水并回收其中能量和营养元素的系统，包括厌氧MBR池（1）、反渗透装置（2）、抽吸泵（3）、污泥浓缩池（4）、污泥脱水机（5）、污泥加热干化装置（6）、浓水储存池（7）、沼气收集装置（8）以及发电机组（9），厌氧MBR池上设置有通入待净化养殖废水的进水口，沼气收集装置与厌氧MBR池相连通，用于收集厌氧MBR池中产生的沼气，发电机组利用沼气收集装置收集的沼气进行发电；厌氧MBR池的污水出口与污泥浓缩池相连通，厌氧MBR池和反渗透装置均处于密闭状态；其特征在于：所述厌氧MBR池（1）中设置有MBR膜组件（10），所述反渗透装置的中央设置有对只允许水分子通过的反渗透膜（14），反渗透膜将反渗透装置分割为浓水区和纯水区，浓水区经管路与MBR膜组件的出水口相连通，纯水区经管路与抽吸泵的进水口相连通；

浓水储存池（7）与反渗透装置（2）中的浓水区相连通，浓水储存池中存储的富含氮、磷、钾浓水作为农作物的施肥；污泥脱水机用于对污泥浓缩池排出的污泥进行脱水，污泥加热干化装置对脱水后的污泥进行加热干化，干化后的污泥运输至田地作为肥料；发电机组（9）产生的电能供抽吸泵、污泥脱水机和污泥加热干化装置之用。

2.根据权利要求1所述的净化养殖废水并回收其中能量和营养元素的系统，其特征在于：包括气泵（12），厌氧MBR池（1）中设置有曝气装置（11），曝气装置位于MBR膜组件（10）的下方，气泵的进气口经管路与沼气收集装置相连通，气泵的出气口经管路与曝气装置相连通；曝气装置曝气具有搅拌污水、均匀水质和冲洗MBR膜组件（10）表面的作用。

3.根据权利要求1或2所述的净化养殖废水并回收其中能量和营养元素的系统，其特征在于：所述厌氧MBR池（1）中设置有将厌氧MBR池中温度维持在25～30℃范围内的加热棒（13）。

4.根据权利要求1或2所述的净化养殖废水并回收其中能量和营养元素的系统，其特征在于：包括纯水储存池，纯水储存池与抽吸泵（3）的出水口相连通，纯水储存池中的水用于冲洗养殖场所。

5.一种基于权利要求2所述的净化养殖废水并回收其中能量和营养元素的系统的净化方法，其特征在于，通过以下步骤来实现：

a).抽吸压力的产生，启动抽吸泵，利用抽吸泵对反渗透装置中纯水区的抽水，使厌氧MBR池中的压力大于反渗透装置中的压力；

b).曝气和膜过滤，进入厌氧MBR池的高COD、高氨氮、高悬浮物的养殖废水，在曝气装置的曝气作用下使污泥中的微生物与污水充分混合，养殖废水经MBR膜组件的过滤后，废水中悬浮不溶性颗粒被截留在厌氧MBR池中；

c).厌氧反应，厌氧MBR池中含有大量厌氧微生物，在厌氧菌的作用下养殖废水中的有机物被转化为甲烷气体；

d).气体收集和发电，厌氧MBR池中产生的甲烷气体被沼气收集装置收集起来，收集的沼气被发电机组用来发电，产生的电能经蓄电池存储；

e).浓水和纯水出水，在抽吸泵的抽吸作用下，水分子透过反渗透膜进入纯水区，废水中的氮、磷、钾等元素被截留在浓水区，浓水区的废水进入浓水储存池中，用作农作物的施肥；纯水区的水进入纯水储存池，作为冲洗养殖场所之用；

f).污泥脱水和干化，厌氧MBR池中的污泥进入污泥浓缩池进行浓缩，经浓缩后的污泥经污泥脱水机进行脱水，脱水后的污泥再经污泥加热干化装置进行干化处理，干化处理后的污泥运往农田作为肥料之用。

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