CN114262052A - 一种厌氧膜生物反应器和有机污水处理的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及污水处理技术领域，尤其涉及一种厌氧膜生物反应器和有机污水处理的方法。本发明的厌氧膜生物反应器，包括封闭式壳体以及在所述壳体内部由下至上依次包括第一厌氧区、三相分离区和第二厌氧区；所述第一厌氧区包括设置在所述壳体底部的污泥床；所述三相分离区包括上下设置的至少两排三相分离器；所述第二厌氧区设置有至少一个AnMBR膜组器。本发明的厌氧膜生物反应器通过引入AnMBR膜组器，并进一步优化厌氧膜生物反应器的结构，有效解决了污泥流失、处理容积负荷低、出水水质较差的问题。
Description
技术领域
本发明涉及污水处理技术领域，具体而言，涉及一种厌氧膜生物反应器和有机污水处理的方法。
背景技术
AnMBR(Anaerobic Membrane Bioractor)是厌氧处理技术和膜技术有效结合的污水处理工艺，与好氧废水处理技术相比，AnMBR工艺能有效地控制CO2、CH4、H2S温室气体等温室气体的排放，同时拥有更少的污泥产量；与好氧生物膜反应器相比，AnMBR占地面积更小，固体停留时间(SRT)更长、水力停留时间(HRT)更短；与传统厌氧反应器(例如，UASB、CSTR、AF等)相比，AnMBR有利于生长速度缓慢的产甲烷菌的增殖，可实现更高的生物能产量。
AnMBR在膜组件和反应器设计方面可分为外部浸没式配置和内部浸没式配置两种配置模式：一种是侧流配置运行，即膜组件设于反应器外，处理过的水在循环泵加压下获得渗透液，而浓缩液循环回流到厌氧反应器中；另一种是浸没式配置运行，即膜组件浸入厌氧反应器内，处理过的水在真空泵或重力作用下获得透过液。侧流配置运行有利于控制膜表面的滤饼层污染、易于监控和清洗维护，但循环泵提供的高液压剪切力，可能会破坏污泥颗粒并导致膜污染；浸没式配置运行的错流速度相对较低，需配置沼气回收和加压设备，释放的气泡裹挟的液体从膜组件下部沿膜表面形成错流，对于外部浸没式还需配置污泥回流系统。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的第一目的在于提供一种厌氧膜生物反应器，该厌氧膜生物反应器中的微生物的浓度和活性能够维持在较高的水平，并且具有优异的固液分离效果，能够有效的对有机污水进行处理，投资成本低、运行能耗小、占地面积小，操作、清洗和维护更加简单。
本发明的第二目的在于提供一种有机污水处理的方法，该方法采用上述厌氧膜生物反应器对有机污水进行处理，能够有效去除有机污水中的污染物。
为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：
本发明提供了一种厌氧膜生物反应器，其特征在于，包括封闭式壳体以及在所述壳体内部由下至上依次包括第一厌氧区、三相分离区和第二厌氧区；
所述第一厌氧区包括设置在所述壳体底部的污泥床；
所述三相分离区包括上下设置的至少两排三相分离器；
所述第二厌氧区设置有至少一个AnMBR膜组器。
进一步地，所述第一厌氧区还设置有进水系统，用于传送有机污水进入所述第一厌氧区。
进一步地，每排所述三相分离器通过排气管路相连接。
进一步地，所述第二厌氧区还设置有振动装置，所述振动装置与所述AnMBR膜组器相连接。
进一步地，所述振动装置与所述AnMBR膜组器通过滑架相连接。
进一步地，所述壳体的外部设置有清洗系统，所述清洗系统通过管路与所述AnMBR膜组器相连接。
优选地，所述清洗系统设置有反洗水箱和药筒，所述反洗水箱与所述药筒分别通过管路与所述AnMBR膜组器相连接。
进一步地，所述壳体的外部还设置有产水系统；所述产水系统与所述AnMBR膜组器相连接。
进一步地，所述产水系统设置有真空泵，所述真空泵与所述AnMBR膜组器相连接。
本发明还提供了一种有机污水处理的方法，适用于上述的厌氧膜生物反应器，包括如下步骤：
(A)待处理的有机污水进入第一厌氧区的污泥床进行分解处理后得到生物气和泥水混合液；
(B)所述生物气进入三相分离区被收集，所述泥水混合液进入三相分离区进行泥水分离后得到污泥和悬浊液，所述污泥进入第一厌氧区，所述悬浊液进入第二厌氧区经过AnMBR膜组器处理后得到生产用水。
进一步地，所述第一厌氧区的温度为25～35℃，pH值为7.2～8.0，所述泥水混合液的上升流速为0.5～1.0m/h。
优选地，所述厌氧膜生物反应器的容积负荷为10～15kgCOD/m3·d。
优选地，所述厌氧膜生物反应器的水力停留时间为1～2d。
优选地，所述真空泵每开启7～10min、停运30-60s。
优选地，所述AnMBR膜组器的膜的运行通量为8～12LMH。
优选地，对所述AnMBR膜组器每隔7～10min进行一次反冲洗。
优选地，所述反冲洗时间为25～35s。
优选地，所述反冲洗时，所述AnMBR膜组器的膜的反洗通量为10～20LMH。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明的厌氧膜生物反应器通过引入AnMBR膜组器，并进一步优化厌氧膜生物反应器的结构，更有利于微生物的增殖与生长，使厌氧膜生物反应器中的微生物的浓度和活性维持在较高的水平，并具有优异的固液分离效果，有效地解决了污泥流失、处理容积负荷低、出水水质较差的问题，同时本发明的厌氧膜生物反应器的建设成本低、运行能耗小，操作、清洗和维护更加简单。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明的厌氧膜生物反应器的结构示意图。
图2为本发明的厌氧膜生物反应器的振动装置的结构示意图。
图3为本发明采用实施例2的方法在70天内厌氧膜生物反应器的进水、产水的COD含量图以及去除率变化图。
附图标记：
1-壳体；2-进水管；21-提升泵；3-三相分离器；31-排气管路；4-AnMBR膜组器；5-振动装置；51-滑架；52-减速电机；53-曲柄；54-传动杆；55-连接件；6-反洗水箱；61-药筒；62-反洗泵；63-加药泵；7-真空泵。
具体实施方式
下面将结合具体实施方式对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，但是本领域技术人员将会理解，下列所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
下面对本发明实施例的一种厌氧膜生物反应器和有机污水处理的方法进行具体说明。
参见图1和图2，本发明的一些实施方式提供了厌氧膜生物反应器，包括封闭式壳体1以及在壳体1内部由下至上依次包括第一厌氧区、三相分离区和第二厌氧区；第一厌氧区包括设置在壳体1底部的污泥床；三相分离区包括上下设置的至少两排三相分离器3；第二厌氧区设置有至少一个AnMBR膜组器4。
在本发明的一些实施方式中，AnMBR膜组器的个数不作严格的限制，例如，AnMBR膜组器的个数为1、2或3等等。
在本发明的一些实施方式中，污泥床中包括大量的微生物，优选地，污泥床中包括水解酸化菌和产甲烷菌。在厌氧膜生物反应器运行时，有机污水中的大分子的污染物质在水解酸化菌作用下分解成小分子，在产甲烷菌作用下进一步分解为CO2、CH4、H2O等生物气。
本发明的厌氧膜生物反应器包括第一厌氧区、三相分离区和第二厌氧区；其中，在第一厌氧区，通过污泥床中微生物的作用下降解有机污水中的有机污染物；在三相分离区，进行气、液、固三相分离；在第二厌氧区，通过AnMBR膜组器4的过滤获得透过液，从而得到可用于生活、生产的用水。
本发明的厌氧膜生物反应器，通过引入AnMBR膜组器4，并进一步优化厌氧膜生物反应器的结构，能够使反应器中微生物的浓度和活性维持在较高的水平，并且提高了厌氧膜生物反应器的固液分离效果，有效解决了污泥流失、处理容积负荷低、出水水质较差的问题。
在本发明的一些实施方式中，第一厌氧区还设置有进水系统，用于传送有机污水进入第一厌氧区。
在本发明的一些具体实施方式中，进水系统设置于壳体1的底部，进水系统的出水口在污泥床中；优选地，进水系统设置有进水管2、提升泵21以及位于进水管2的出水口下方的锥形反射板，提升泵21与进水管2相连接。在厌氧膜生物反应器运行时，待处理的有机污水通过提升泵21升压后进入进水管2，经锥形反射板进入污泥床中。
在本发明的一些实施方式中，每排三相分离器3通过排气管路31相连接。三相分离器3可用于收集由第一厌氧区产生的生物气和分离第一厌氧区产生的泥水混合液，收集的生物气经排气管路31最终进入脱气设备进一步处理。
在本发明的一些实施方式中，第二厌氧区还设置有振动装置5，振动装置5与AnMBR膜组器4相连接。
在本发明的一些实施方式中，振动装置5与AnMBR膜组器4通过滑架51相连接。
在本发明的一些具体实施方式中，振动装置5主要由滑架51、减速电机52、曲柄53、传动杆54和连接件55组成；AnMBR膜组器4安装于滑架51中；减速电机52与曲柄53相连接，曲柄53与传动杆54相连接；传动杆54与滑架51相连接，AnMBR膜组器4的膜组件之间通过连接件55相连接。本发明的振动装置5还包括平滚轮，平滚轮与滑架51相连接。本发明的AnMBR膜组器4采用停歇的方式运行，通过减速电机52驱动AnMBR膜组器4进行往复运动，能够获得较大的水流剪切力，有利于有机污水中污染物的脱附。
在本发明的一些实施方式中，壳体1的外部设置有清洗系统，清洗系统通过管路与AnMBR膜组器4相连接。
在本发明的一些实施方式中，清洗系统设置有反洗水箱6和药筒61，反洗水箱6与药筒61分别通过管路与AnMBR膜组器4相连接。
在本发明的一些具体实施方式中，清洗系统还设置有反洗泵62和加药泵63，反洗泵62与反洗水箱6相连接，加药泵63与药筒61相连接。
本发明的厌氧膜生物反应器，为了保证AnMBR膜组器4的稳定运行，需要对AnMBR膜组器4进行反冲洗；反冲洗的过程为：反洗水箱6中的水经反洗泵62加压后进入AnMBR膜组器4，水反向透过AnMBR膜组器4的膜，使膜孔轻微膨胀，驱除粘附在膜表面的固体颗粒；在反冲洗和水流剪切力作用下粘附在膜表面的固体颗粒返回污泥床，无需回流水泵和管路。在反冲洗的过程中不需开启加药泵63。
本发明的厌氧膜生物反应器除了反冲洗外还需定期的维护性清洗和恢复性清洗，清洗时可开启加药泵63，药筒61中的药液通过加药泵63进入AnMBR膜组器4中。其中，维护性清洗的药液可以采用100～800mg/L的次氯酸钠溶液，清洗的时间为50～70min，可一周进行一次；恢复性清洗的药液可以采用800～1200mg/L的次氯酸钠溶液和1500～2500mg/L的柠檬酸，清洗的时间为10～15h，当跨膜压力超过35kPa时需进行恢复性清。
本发明的厌氧膜生物反应器还需要定期进行排泥，排泥采用重力多点排泥。厌氧膜生物反应器的壳体1底部设有排泥管。
在本发明的一些实施方式中，壳体1的外部还设置有产水系统；产水系统与AnMBR膜组器4相连接。
在本发明的一些实施方式中，产水单元设置有真空泵7，真空泵7与AnMBR膜组器4相连接。
本发明的厌氧膜生物反应器在运行时，在第二厌氧区内，悬浊液中的细小颗粒在AnMBR膜组器4的膜表面积累，水在真空泵7的负压抽吸下经过膜的过滤、拦截获得透过液进入产水系统得到生产用水。
本发明的一些实施方式中还提供了一种有机污水处理的方法，适用于上述的厌氧膜生物反应器，包括如下步骤：
(A)待处理的有机污水进入第一厌氧区的污泥床进行分解处理后得到生物气和泥水混合液；
(B)生物气进入三相分离区被收集，泥水混合液进入三相分离区进行泥水分离后得到污泥和悬浊液，污泥进入第一厌氧区，悬浊液进入第二厌氧区经过AnMBR膜组器4处理后得到生产用水。
在本发明的一些实施方式中，对待处理的有机污水不作严格的限制，例如，待处理的有机污水可以为COD含量为10000mg/L～50000mg/L的有机污水。
在本发明的一些实施方式中，第一厌氧区的温度为25～35℃，pH值为7.2～8.0，泥水混合液的上升流速为0.5～1.0m/h。
在本发明的一些实施方式中，第一厌氧区的平均污泥浓度为15～25g/L。
在本发明的一些实施方式中，泥水混合液在上升水流和厌氧发酵产生大量的气泡的作用下，到达三相分离区。
在本发明的一些实施方式中，悬浮液的上升流速为0.5～1.0m/h。
在本发明的一些实施方式中，在上升水流的作用下，悬浊液进入第二厌氧区。
在本发明的一些实施方式中，厌氧膜生物反应器的容积负荷为10～15kgCOD/m3·d。
在本发明的一些实施方式中，厌氧膜生物反应器的水力停留时间为1～2d。
在本发明的一些实施方式中，真空泵7每开启7～10min、停运30-60s。
在本发明的一些实施方式中，AnMBR膜组器4的膜的运行通量为8～12LMH。
在本发明的一些实施方式中，对AnMBR膜组器4每隔7～10min进行一次反冲洗。
在本发明的一些实施方式中，反冲洗时间为25～35s。
在本发明的一些实施方式中，反冲洗时，AnMBR膜组器4的膜的反洗通量为10～20LMH。
本发明的厌氧膜生物反应器在运行时，采用上述的条件参数，更有利于第一厌氧区内生长速度缓慢的微生物的增殖与生长，提高了第一厌氧区的处理效果，以及有利于提高第二厌氧区的固液分离效果，不易造成AnMBR膜组器4的膜堵塞。
以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
实施例1
本实施例提供了一种有机污水处理的方法，具体包括如下步骤：
(A)待处理的有机污水通过提升泵21升压后进入进水管2，经锥形反射板进入第一厌氧区的污泥床，有机污水中的大分子有机污染物被污泥床中的水解酸化菌分解为小分子，再被产甲烷菌进一步分解得到生物气和泥水混合液；其中，第一厌氧区的温度为25℃，pH值为7.2，泥水混合液的上升流速为0.5m/h，第一厌氧区的平均污泥浓度为15g/L。
(B)生物气进入三相分离区，被三相分离器3收集通过排气管31进入脱气设备进一步处理，泥水混合液进入三相分离区进行泥水分离后得到污泥和悬浊液，污泥在重力作用下沿三相分离器3外侧回到第一厌氧区的污泥床，悬浊液以0.5m/h的流速上升至第二厌氧区经过AnMBR膜组器4(第二厌氧区设置有两个AnMBR膜组器)处理后，悬浊液中的细小颗粒在AnMBR膜组器4的膜表面积累，水在真空泵7的负压抽吸下经过膜的过滤、拦截获得透过液通过管路进入真空泵7得到生产用水。其中，厌氧膜生物反应器的容积负荷为15kgCOD/m3d，水力停留时间2d；AnMBR膜组器4采用停歇方式运行，AnMBR膜组器4在振动装置5带动下进行往复运动；运行时，AnMBR膜组器4的膜的运行通量为8LMH，真空泵7每开启7min，停运30s；真空泵7停运时开启清洗系统进行反冲洗，反洗水箱6中的水经反洗泵62升压后进入AnMBR膜组器4，反冲洗的时间为25s，反冲洗时，AnMBR膜组器4的膜的反洗通量为10LMH。
实施例2
本实施例提供了一种有机污水处理的方法，具体包括如下步骤：
(A)待处理的有机污水通过提升泵21升压后进入进水管2，经锥形反射板进入第一厌氧区的污泥床，有机污水中的大分子有机污染物被污泥床中的水解酸化菌分解为小分子，再被产甲烷菌进一步分解得到生物气和泥水混合液；其中，第一厌氧区的温度为30℃，pH值为7.6，泥水混合液的上升流速为0.8m/h，第一厌氧区的平均污泥浓度为20g/L。
(B)生物气进入三相分离区，被三相分离器3收集通过排气管31进入脱气设备进一步处理，泥水混合液进入三相分离区进行泥水分离后得到污泥和悬浊液，污泥在重力作用下沿三相分离器3外侧回到第一厌氧区的污泥床，悬浊液以1.0m/h的流速上升至第二厌氧区经过AnMBR膜组器4(第二厌氧区设置有两个AnMBR膜组器)处理后，悬浊液中的细小颗粒在AnMBR膜组器4的膜表面积累，水在真空泵7的负压抽吸下经过膜的过滤、拦截获得透过液通过管路进入真空泵7得到生产用水。其中，厌氧膜生物反应器生物容积负荷为10kgCOD/m3d，水力停留时间1.5d；AnMBR膜组器4采用停歇方式运行，AnMBR膜组器4在振动装置5带动下进行往复运动；运行时，AnMBR膜组器4的膜的运行通量为10LMH，真空泵7每开启7min，停运60s；真空泵7停运时开启清洗系统进行反冲洗，反洗水箱6中的水经反洗泵62升压后进入AnMBR膜组器4，反冲洗的时间为30s，反冲洗时，AnMBR膜组4器的膜的反洗通量为15LMH。
实施例3
本实施例提供了一种有机污水处理的方法，具体包括如下步骤：
(A)待处理的有机污水通过提升泵21升压后进入进水管2，经锥形反射板进入第一厌氧区的污泥床，有机污水中的大分子有机污染物被污泥床中的水解酸化菌分解为小分子，再被产甲烷菌进一步分解得到生物气和泥水混合液；其中，第一厌氧区的温度为35℃，pH值为8.0，泥水混合液的上升流速为1.0m/h，第一厌氧区的平均污泥浓度为25g/L。
(B)生物气进入三相分离区，被三相分离器3收集通过排气管31进入脱气设备进一步处理，泥水混合液进入三相分离区进行泥水分离后得到污泥和悬浊液，污泥在重力作用下沿三相分离器3外侧回到第一厌氧区的污泥床，悬浊液以0.8m/h的流速上升至第二厌氧区经过AnMBR膜组器4(第二厌氧区设置有两个AnMBR膜组器)处理后，悬浊液中的细小颗粒在AnMBR膜组器4的膜表面积累，水在真空泵7的负压抽吸下经过膜的过滤、拦截获得透过液通过管路进入真空泵7得到生产用水。其中，厌氧膜生物反应器生物容积负荷为12kgCOD/m3d，水力停留时间1d；AnMBR膜组器4采用停歇方式运行，AnMBR膜组器4在振动装置5带动下进行往复运动；运行时，AnMBR膜组器4的膜的运行通量为10LMH，真空泵7每开启10min，停运60s；真空泵7停运时开启清洗系统进行反冲洗，反洗水箱6中的水经反洗泵62升压后进入AnMBR膜组器4，反冲洗的时间为28s，反冲洗时AnMBR膜组器4的膜的反洗通量为20LMH。
试验例
采用实施例2的方法处理有机污水，其中有机污水为制膜工业有机污水，有机污水的COD含量为18000mg/L，TN含量在1650mg/L，B/C＝0.25。
厌氧膜生物反应器运行稳定期内截取连续70d的AnMBR反应罐进水、产水COD含量及去除率变化，其结果如图3所示。
由图3可知，稳定运行期，厌氧膜生物反应器的进水COD含量在14420～16452mg/L，产水COD在1932～3065mg/L，COD去除率在85％左右；厌氧膜生物反应器对COD的实际容积负荷为10.20kgCOD/m3d。
UASB反应器通常设计COD去除负荷在3～5kgCOD/m3d，本发明采用以AnMBR为主体的厌氧工艺，实现了厌氧膜生物反应器内高浓度的厌氧污泥富集，缩短了停留时间，较传统的UASB工艺节省了占地和厌氧罐容积，保证了较高的产水水质和运行的稳定性。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护。
Claims (10)
1.一种厌氧膜生物反应器，其特征在于，包括封闭式壳体以及在所述壳体内部由下至上依次包括第一厌氧区、三相分离区和第二厌氧区；
所述第一厌氧区包括设置在所述壳体底部的污泥床；
所述三相分离区包括上下设置的至少两排三相分离器；
所述第二厌氧区设置有至少一个AnMBR膜组器。
2.根据权利要求1所述的厌氧膜生物反应器，其特征在于，所述第一厌氧区还设置有进水系统，用于传送有机污水进入所述第一厌氧区。
3.根据权利要求1所述的厌氧膜生物反应器，其特征在于，每排所述三相分离器通过排气管路相连接。
4.根据权利要求1所述的厌氧膜生物反应器，其特征在于，所述第二厌氧区还设置有振动装置，所述振动装置与所述AnMBR膜组器相连接。
5.根据权利要求4所述的厌氧膜生物反应器，其特征在于，所述振动装置与所述AnMBR膜组器通过滑架相连接。
6.根据权利要求1所述的厌氧膜生物反应器，其特征在于，所述壳体的外部设置有清洗系统，所述清洗系统通过管路与所述AnMBR膜组器相连接；
优选地，所述清洗系统设置有反洗水箱和药筒，所述反洗水箱与所述药筒分别通过管路与所述AnMBR膜组器相连接。
7.根据权利要求1所述的厌氧膜生物反应器，其特征在于，所述壳体的外部还设置有产水系统；所述产水系统与所述AnMBR膜组器相连接。
8.根据权利要求7所述的厌氧膜生物反应器，其特征在于，所述产水系统设置有真空泵，所述真空泵与所述AnMBR膜组器相连接。
9.一种有机污水处理的方法，适用于权利要求1～8任一项所述的厌氧膜生物反应器，其特征在于，包括如下步骤：
(A)待处理的有机污水进入第一厌氧区的污泥床进行分解处理后得到生物气和泥水混合液；
(B)所述生物气进入三相分离区被收集，所述泥水混合液进入三相分离区进行泥水分离后得到污泥和悬浊液，所述污泥进入第一厌氧区，所述悬浊液进入第二厌氧区经过AnMBR膜组器处理后得到生产用水。
10.根据权利要求9所述的有机污水处理的方法，其特征在于，其特征在于，所述第一厌氧区的温度为25～35℃，pH值为7.2～8.0，所述泥水混合液的上升流速为0.5～1.0m/h；
优选地，所述厌氧膜生物反应器的容积负荷为10～15kgCOD/m3·d；
优选地，所述厌氧膜生物反应器的水力停留时间为1～2d；
优选地，所述真空泵每开启7～10min、停运30-60s；
优选地，所述AnMBR膜组器的膜的运行通量为8～12LMH；
优选地，对所述AnMBR膜组器每隔7～10min进行一次反冲洗；
优选地，所述反冲洗时间为25～35s；
优选地，所述反冲洗时，所述AnMBR膜组器的膜的反洗通量为10～20LMH。
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