CN113104969B - 一种用于厨余垃圾高浓度废水的高效厌氧处理装置及其处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于厨余垃圾废水处理的高效厌氧处理装置及其处理方法，所述高效厌氧处理装置包括进水泵、原水过滤器、厌氧发酵罐、滚筒筛分机、中间罐、进泥泵、污泥过滤器、循环泵、外置管式膜组件、中间罐回流泵、弯头、手孔。厨余垃圾废水经进水泵和过滤器进入厌氧发酵罐完成污染物的厌氧降解消化后经过滚筒筛分机进入中间罐后再进入外置管式膜组件经固液分离后排放产水；污泥浓缩液回流至中间罐，再经由中间罐回流至厌氧发酵罐。本发明是一种有机结合厌氧生物处理单元和膜分离技术的新型污泥处理工艺，其不仅保留了厌氧技术的诸多优点，而且膜组件的引入可以将微生物完全截留，提高系统有机负荷和处理效率，解决污泥流失问题。

Description

一种用于厨余垃圾高浓度废水的高效厌氧处理装置及其处理 方法

技术领域

本发明涉及一种用于厨余垃圾高浓度废水的高效厌氧处理装置及其处理方法，属于厨余垃圾处理技术领域。

背景技术

厨余垃圾具有产量高分布广、易腐烂变质、易滋生病菌、水分、有机物、油脂、盐分含量高，营养元素丰富等特点。近年来，随着人们物质水平的提高及国内餐饮行业的发展，我国城市厨余垃圾与日俱增，据统计中国每年将有1.1亿吨的城市厨余垃圾产生，其中北上广深等人口集中的一线城市，厨余垃圾保持年均10％的增长速率，平均每日产出量达到1000吨以上，城市正遭遇“垃圾围城”之痛。并且，厨余垃圾极易变质腐败，孳生害虫，是多病菌附着和生长的理想载体，病毒的滋长温床，容易传播病菌，危害人类健康。同时，厨余垃圾的高含水率、高油脂、高盐特点，使得其处理难度加大，并容易造成二次污染。若厨余垃圾的处理不够及时有效，将会引起严重的环境污染，危害生态系统和人类健康.

目前厨余垃圾预处理工艺主要为破碎分选、高温蒸煮、三相分离，经过预处理后得到三种物质—湿垃圾高浓度废水、粗油和有机固渣。其中粗油经过生物提炼后得到生物柴油，有机固渣可以通过黑水虻养殖转化为高蛋白质的幼虫虫体，用作蛋白质饲料及生物制药。而厨余垃圾高浓度废水产生量最大，一般日收集300吨湿垃圾经过预处理后可得到270吨高浓度废水。厨余垃圾废水具有高油脂、高盐、有机物浓度高的特点，如不能得到有效处理，将引发恶臭及滋生病菌，对自然水体和人类健康产生巨大的危害。目前，国内外主要采用厌氧生物处理+好氧生物处理技术来处理厨余垃圾高浓度废水，不仅能够去除污染物，还可产生沼气，实现能源回收利用和清洁生产。

厨余垃圾分质分相预处理后液相有机废水中具有高油脂、高盐、高有机物、成分复杂、毛细纤维多等特点，采用传统厌氧消化技术在其处理工程中遇到污泥上浮、污泥流失、泥水分离困难、微生物流失严重、产甲烷能力受抑制等诸多问题，从而导致挥发性脂肪酸累积、反应器处理负荷下降、处理效率降低、出水水质恶化、产甲烷能力减弱等问题。尽管新兴的高效厌氧膜生物反应器(Anaerobic Membrane Technology，AnMBR)由于膜的截留作用可以有效截留微生物，提高处理能力。然而由于厨余废水的复杂性，AnMBR在处理高浓度厨余废水时仍面临着膜管污泥堵塞及纤维堵塞等问题，导致AnMBR在厨余废水处理领域无法进一步推广，应用受阻。

因此，本发明提供了一种新型的用于厨余垃圾高浓度废水的高效厌氧处理装置及其处理方法，以解决上述问题，使之更好地推广AnMBR在厨余垃圾领域中的应用。

发明内容

为了解决目前AnMBR在处理高浓度厨余废水时面临的膜管污泥堵塞及纤维堵塞等问题，本发明提供了一种用于厨余垃圾高浓度废水的高效厌氧处理装置及其处理方法。

本发明所采取的技术方案如下：

本发明的第一个方面提供了一种用于厨余垃圾高浓度废水的高效厌氧处理装置，所述高效厌氧处理装置包括：

进水泵，用于将厨余垃圾废水泵入到厌氧发酵罐中发酵；

原水过滤器，用于过滤原水中大颗粒杂质如菜皮、辣椒籽；

厌氧发酵罐，用于将厨余垃圾废水中的有机物分解，产生沼气；

滚筒筛分机，用于过滤厌氧罐溢流过来的污泥混合液，去除纤维；

中间罐，用于暂存滚筒筛分机筛洗的污泥混合液及膜过滤后的浓缩污泥；

进泥泵，用于将中间罐的污泥混合液输送至外置式管式膜组件中；

污泥过滤器，用于二次过滤滚筒筛分机筛下的污泥混合液；

循环泵，用于提供膜组件中过滤压力及错流速率；

外置管式膜组件，用于将污泥混合液中的泥水分离；

中间罐回流泵，用于将中间罐浓稠的浓缩污泥回流至厌氧罐中。

进一步地，所述进水泵通过第一管线Q1与厌氧发酵罐相连通，所述第一管线Q1上位于进水泵与厌氧发酵罐之间设有原水过滤器，用于将进水中的杂质颗粒去除，以免堵塞外置式管式膜。

进一步地，所述厌氧发酵罐的顶部设有气液分离器，用于将产生的沼气与其携带的泥水进行分离；所述厌氧发酵罐的顶部还设有溢流口，所述溢流口与出水器相接，所述出水器与滚筒筛分机通过第九管线Q9相接，这样的设计可以更好地将厌氧发酵罐内的厌氧污泥溢流至滚筒筛分机，从而防止厌氧发酵罐顶部污泥结盖。

进一步地，所述厌氧发酵罐的底部出口通过第二管线Q2与中间罐相连；所述第二管线Q2上设有中间罐回流泵，以便将中间罐的污泥混合液回流至厌氧发酵罐中。

进一步地，所述中间罐的底部排出口通过第三管线Q3和第四管线Q4与外置管式膜组件连接；所述第三管线Q3上还设有进泥泵和污泥过滤器。

进一步地，所述循环泵通过第六管线Q6、第七管线Q7和第四管线Q4实现封闭式循环，以提供外置管式膜组件过滤压力及表面错流速率。

进一步地，所述外置管式膜组件的各膜管通过弯头连接起来，所述外置管式膜组件过滤后的产水集中通过第五管线Q5排出，剩下的浓缩污泥通过第六管线Q6和第八管线Q8回流至中间罐。

更进一步地，所述弯头上设有手孔，方便用手将膜污泥入口端沉积的纤维掏出来。

进一步地，所述高效厌氧处理装置还包括挤压机，所述挤压机的出水口和出渣口分别连接有第十一管线Q11和第十二管线Q12。

进一步地，所述滚筒筛分机设有滚筒筛分机产水口和滚筒筛分机产渣口；所述滚筒筛分机产水口通过第十管线Q10与中间罐相连，所述滚筒筛分机产渣口与挤压机的进料口相连。

本发明的第二个方面提供了一种采用上述高效厌氧处理装置处理厨余垃圾高浓度废水的方法，包括以下处理步骤：

采用上述高效厌氧处理装置，将厨余垃圾高浓度废水从第一管线Q1进入，经由进水泵和原水过滤器去除杂志后提升至厌氧发酵罐，经过厌氧发酵后产生的沼气经过气液分离器后去沼气利用系统；发酵后的污泥混合液经过出水器从第九管线Q9进入滚筒筛分机过滤后再从滚筒筛分机产水口经由第十管线Q10进入中间罐缓存，同时，从滚筒筛分机产渣口排出的残渣进入挤压机进行进一步地固液分离处理后，分离液和分离残渣分别从第十一管线Q11和第十二管线Q12排出进入下一处理环节；中间罐缓存的混合液再从第三管线Q3经由进泥泵和污泥过滤器后从第四管线Q4至外置管式膜组件进行过滤，此时，循环泵循通过第六管线Q6、第七管线Q7和第四管线Q4为外置管式膜组件提供4-6m/s的错流速率；产水经过第五管线管线Q5排出，膜浓缩液依次通过第六管线Q6和第八管线Q8回流至中间罐，再从第二管线Q2经中间罐回流泵回流至厌氧发酵罐进行下一环节处理。

进一步地，所述第一管线Q1、第二管线Q2、第三管线Q3、第四管线Q4、第五管线Q5、第六管线Q6、第七管线Q7、第八管线Q8、第九管线Q9、第十管线Q10、第十一管线Q11、第十二管线Q12对应的管道流量分别为q1、q2、q3、q4、q5、q6、q7、q8、q9、q10、q11、q12；各管线流量需要满足以下条件：

q1＝q5；q2≥10q1；q3≥10q1；q4＝q7＝q6；q8＝q3-q5；q9＝q1+q2＝q10+q11+q12。

进一步地，所述厌氧发酵罐内的温度维持在35～40℃或者50～55℃，pH维持在7～8.5。

本发明的有益效果：

1、相比于传统厨余垃圾废水厌氧处理方式，本装置可以将微生物完全截留，从而实现了SRT和HRT的有效分离，延长微生物的停留时间，使其充分与有机污染物接触，提高污染物降解效果；

2、膜对微生物的完全截留可显著提高厌氧反应器处理效率和处理能力，减少占地面积，可缓解用地紧缺问题；

3、增加滚筒筛分机可以有效减少纤维对膜的堵塞；

4、增加弯头手孔可以方便去除沉积在膜上的纤维；

5、中间罐可以起到缓冲厌氧罐作用，防止膜系统对厌氧系统造成影响。

附图说明

图1为本发明的一种用于厨余垃圾高浓度废水处理的高效厌氧装置的整体示意图；

图2为本发明的一种用于厨余垃圾高浓度废水处理的高效厌氧装置的弯头主视图；

图3为本发明的一种用于厨余垃圾高浓度废水处理的高效厌氧装置的弯头俯视图；

附图标记：进水泵1、原水过滤器2、厌氧发酵罐3、气液分离器4、出水器5、中间罐6、中间罐回流泵7、进泥泵8、污泥过滤器9、循环泵10、膜组件11、滚筒筛分机12、滚筒筛分机产水口13、滚筒筛分机产渣口14、挤压机15、弯头16、手孔17、第一管线Q1、第二管线Q2、第三管线Q3、第四管线Q4、第五管线Q5、第六管线Q6、第七管线Q7、第八管线Q8、第九管线Q9、第十管线Q10、第十一管线Q11、第十二管线Q12。

具体实施方法

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例与附图对本发明进行具体描述。

如图1～3所示为本发明的一种用于厨余垃圾高浓度废水处理的高效厌氧装置的示意图，本发明的高效厌氧装置包括进水泵1、原水过滤器2、厌氧发酵罐3、气液分离器4、出水器5、中间罐6、中间罐回流泵7、进泥泵8、污泥过滤器9、循环泵10、外置管式膜组件11、滚筒筛分机12；其中，所述滚筒筛分机12设有滚筒筛分机产水口13和滚筒筛分机产渣口14；所述外置管式膜组件11的各膜管通过弯头16连接在一起，为了方便用手将膜污泥入口端沉积的纤维掏出来，在所述弯头16上设有手孔17。

进一步地，所述高效厌氧处理装置还包括挤压机15，所述挤压机15的出水口和出渣口分别连接有第十一管线Q11和第十二管线Q12。

进一步地，所述进水泵1通过第一管线Q1与厌氧发酵罐3连接起来，所述第一管线Q1上位于进水泵1与厌氧发酵罐3之间设有原水过滤器2，用于将进水中的杂质颗粒去除，以免堵塞外置管式膜组件11。

进一步地，所述厌氧发酵罐3的顶部设有气液分离器4，用于将产生的沼气与其携带的泥水进行分离；所述厌氧发酵罐3的顶部还设有溢流口，所述溢流口与出水器5相接，所述出水器5与滚筒筛分机12通过第九管线Q9相接，这样的设计可以更好地将厌氧发酵罐3内的厌氧污泥溢流至滚筒筛分机12，从而防止厌氧发酵罐3的顶部污泥结盖。

进一步地，所述厌氧发酵罐3的底部通过第二管线Q2与中间罐6相连；所述第二管线Q2上设有中间罐回流7泵，以便将中间罐6的污泥混合液回流至厌氧发酵罐3中。

进一步地，所述中间罐6通过第三管线Q3和第四管线Q4与外置管式膜组件11连接；所述第三管线Q3上还设有进泥泵8和污泥过滤器9。

进一步地，所述循环泵10通过第六管线Q6、第七管线Q7和第四管线Q4实现封闭式循环，以提供外置管式膜组件11的过滤压力及表面错流速率。

进一步地，所述外置管式膜组件11过滤后的产水集中通过第五管线Q5排出，剩下的浓缩污泥通过第六管线Q6和第八管线Q8回流至中间罐6。

进一步地，所述滚筒筛分机产水口13通过第十管线Q10与中间罐相连，所述滚筒筛分机产渣口14与挤压机15的进料口相连。

进一步地，所述第一管线Q1、第二管线Q2、第三管线Q3、第四管线Q4、第五管线Q5、第六管线Q6、第七管线Q7、第八管线Q8、第九管线Q9、第十管线Q10、第十一管线Q11、第十二管线Q12对应的管道流量分别为q1、q2、q3、q4、q5、q6、q7、q8、q9、q10、q11、q12；各管线流量需要满足以下条件：

q1＝q5；q2≥10q1；q3≥10q1；q4＝q7＝q6；q8＝q3-q5；q9＝q1+q2＝q10+q11+q12。

本发明的一种用于厨余垃圾高浓度废水处理的高效厌氧装置的工作原理为：将厨余垃圾高浓度废水从第一管线Q1进入，经由进水泵1和原水过滤器2去除杂志后提升至厌氧发酵罐3，所述厌氧发酵罐3内的温度维持在35～40℃或者50～55℃，pH维持再7～8.5之间。经过厌氧发酵后产生的沼气经过气液分离器4后去沼气利用系统；发酵后的沼液经过出水器5从第九管线进入滚筒筛分机12过滤后再从滚筒筛分机产水口13经由第十管线Q10进入中间罐6缓存，再从第三管线Q3经由进泥泵8和污泥过滤器9后从第四管线Q4至外置管式膜组件11进行过滤，产水经过第五管线管线Q5排出；膜浓缩液依次通过第六管线Q6和第八管线Q8回流至中间罐6，再从第二管线Q2经中间罐回流泵7回流至厌氧发酵罐3。循环泵10为外置管式膜组件11提供4-6m/s的错流速率以减缓膜污染；此外，从滚筒筛分机产渣口14排出的残渣进入挤压机15进行进一步地固液分离处理后，分离液和分离残渣分别从第十一管线Q11和第十二管线Q12排出进入下一处理环节。

实施例1

采用本装置及方法处理厨余垃圾高浓度废水，已在江苏省张家港市餐厨垃圾处理厂获得应用，处理量为50t/d，具体运行参数为：q1＝2.08t/h，q2＝30t/h，q3＝40t/h，q4＝260t/h，q5＝2.08t/h，q6＝257.92t/h，q7＝220t/h，q8＝37.92t/h，q9＝32.08t/h，q10＝31.86t/h，q11＝0.2t/h，q12＝0.02t/h；厌氧发酵罐3内的温度维持在35～40℃，pH维持再7～8.5之间。通过上述方式运行，厌氧反应器内污泥浓度可维持在20～30g/L，有机负荷可达到12kgCOD/m³/d以上，出水COD为2000mg/L，COD去除率可达98％。当膜表面错流速率为4m/s，膜通量可达到20-30L/m²/h，膜清洗周期为20-30天一次。此外，经过本装置及工艺，可以有效减少系统内杂质及纤维含量，防止纤维堵塞膜管，保证系统正常运行。

对比例1

采用传统CSTR反应器处理此类餐厨废水时，污泥流失较严重，罐内污泥浓度仅有10g/L左右，有机负荷仅为4kgCOD/m³/d，出水COD为10000mg/L，COD去除率为90％。这一结论详见本发明人的博士论文《厌氧膜生物反应器处理含油餐厨废水的效能及其微观机制研究》正文第19页，论文网址为：https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.aspx？dbcode＝CDFD&dbname＝CDFDLAST2018&filename＝1018063625.nh&v＝％25mmd2BWB9g2f％25mmd2FtCuYdTo％25mmd2FfuhelR5v2K2BzZeAZZVJOo9aO6wsPKZNh5IlLOO8Vp2C3EFH。

通过实施例1与对比例1的对比效果可知，采用本装置及方法处理餐厨废水，处理能力可显著提升，处理效率大幅度提高。

此外，本发明人在先前研究了一种工程化应用的厌氧管式膜生物反应器废水处理装置，专利公开号为CN208586109U，是将厌氧发酵后的污泥混合液直接进入膜组件，浓缩液再从膜组件出来直接从底部进入厌氧发酵罐内。但在实际处理餐厨废水的工程应用中，由于厌氧罐罐体较高，若浓缩液直接从底部进入厌氧罐内，使得膜组件需要承受较大的压力，导致膜组件容易破裂。此外，较大的回流量(260m³/h)对厌氧系统扰动也较大。为了改进上述问题，本发明在上述研究基础上，通过增加中间罐6、中间罐回流泵7、滚筒筛分机12，弯头手孔17，第四管线Q4、第六管线Q6、第七管线Q7形成闭合回路的装置和工艺设计，既解决了了纤维堵塞膜管问题，又实现了对膜的保护和降低了高回流量对厌氧罐的冲击性。

虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术的人，在不脱离本发明的精神和范围内，都可做各种的改动与修饰，因此本发明的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。

Claims (8)

1.一种用于厨余垃圾高浓度废水的高效厌氧处理方法，其特征在于，所述方法通过高效厌氧处理装置实现，所述高效厌氧处理装置包括：进水泵、厌氧发酵罐、出水器、滚筒筛分机、中间罐、循环泵、外置管式膜组件；所述进水泵通过第一管线Q1与厌氧发酵罐相连通；所述厌氧发酵罐的底部出口通过第二管线Q2与中间罐相连通；所述第二管线Q2上设有中间罐回流泵；所述中间罐的底部排出口通过第三管线Q3和第四管线Q4与外置管式膜组件的连接，中间罐的顶部通过第八管线Q8和第六管线Q6连接至外置式管式膜组件；所述第三管线Q3上还设有进泥泵和污泥过滤器；所述外置式管式膜组件的产水出口与第五管线Q5相连；所述出水器与滚筒筛分机通过第九管线Q9相接；所述滚筒筛分机的产水口通过第十管线Q10与中间罐相连；所述循环泵通过第六管线Q6、第七管线Q7和第四管线 Q4实现封闭式循环；

所述方法包括以下处理步骤：

采用上述高效厌氧处理装置，将厨余垃圾高浓度废水从第一管线Q1进入，经由进水泵和原水过滤器去除杂质后提升至厌氧发酵罐，经过厌氧发酵后产生的沼气经过气液分离器后进入沼气利用系统；发酵后的污泥混合液经过出水器从第九管线Q9进入滚筒筛分机过滤后再从滚筒筛分机产水口经由第十管线Q10进入中间罐缓存，同时，从滚筒筛分机产渣口排出的残渣进入挤压机进行进一步地固液分离处理后，分离液和分离残渣分别从第十一管线Q11和第十二管线Q12排出进入下一处理环节；中间罐缓存的混合液再从第三管线Q3经由进泥泵和污泥过滤器后从第四管线Q4至外置管式膜组件进行过滤，此时，循环泵循通过第六管线Q6、第七管线Q7和第四管线 Q4为外置管式膜组件提供4-6m/s的错流速率；产水经过第五管线Q5排出，膜浓缩液依次通过第六管线Q6和第八管线Q8回流至中间罐，再从第二管线Q2经中间罐回流泵回流至厌氧发酵罐进行下一环节处理。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一管线Q1上位于进水泵与厌氧发酵罐之间设有原水过滤器。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述厌氧发酵罐的顶部设有气液分离器和溢流口；所述溢流口与出水器相接。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述外置管式膜组件的各膜管通过弯头连接起来，所述弯头上设有手孔。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述滚筒筛分机的产渣口与挤压机的进料口相连。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述挤压机的出水口和出渣口分别连接有第十一管线Q11和第十二管线Q12。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的方法，其特征在于，所述第一管线Q1、第二管线Q2、第三管线Q3、第四管线Q4、第五管线Q5、第六管线Q6、第七管线Q7、第八管线Q8、第九管线Q9、第十管线Q10、第十一管线Q11、第十二管线Q12对应的管道流量分别为q1、q2、q3、q4、q5、q6、q7、q8、q9、q10、q11、q12；各管线流量满足以下条件：

q1=q5；q2≥10 q1；q3≥10 q1；q4＝q3+q7；q8= q3-q5；q9= q1+q2= q10+q11+q12。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述厌氧发酵罐内的温度维持在35~40℃或者50~55℃，pH维持在7~8.5。

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