CN209989139U - 一种氯酚废水的厌氧膜生物处理装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于膜生物反应器领域，特别是一种氯酚废水的厌氧膜生物处理装置。所述装置包括主体，所述主体上设有进水口和出水口，所述主体内固定设有至少一个膜组件和曝气管，所述膜组件内部设有与出水口连接的出水管；所述主体顶部上设置有排气口，下部设置有进气口，排气口后端连接真空隔膜泵，真空隔膜泵后与进气口相连，进气口连接有曝气管，所述装置还包括水浴装置，用于保持主体内部的恒温。本申请通过厌氧生物膜反应器维持较短的水力停留时间，促进颗粒污泥的形成。截留下来的污泥经过较长时间的驯化，可获得良好的降解氯酚效果。

Description

一种氯酚废水的厌氧膜生物处理装置

技术领域

本实用新型属于膜生物反应器领域，特别是一种氯酚废水的厌氧膜生物处理装置。

背景技术

随着工业和农业快速发展，氯酚作为生产原材料的用量不断增加，全球氯酚的年产量达到3.9万吨。氯酚中的π电子及氯原子上的p电子之间能够形成稳定的共轭系统，表现出的稳定性及热稳定性较高。此外，氯离子的出现将极大地阻抑苯环分裂酶的生物活性，间接提高了苯环的抗生物降解能力，同时也提升了降解上述污染物的难度。氯酚类物质对动植物和微生物均有不同程度的毒害作用，其毒性主要是使相关蛋白和酶凝固失活，从而是生物体丧失基本生理功能而死亡，同时氯酚类物质也具有一定程度的神经毒性。

根据现有的研宄，对难降解的氯酚类有机废水的处理方法，主要有生物法、化学法、物理法等。在污水处理实践中，常用的物理处理法包括：物理吸附法、萃取法、混合凝结法及气体提取法等几种。物理方法虽然操作流程简单，且加工技术及方式优势明显，但是，使用的材料的加工及再生成本较大，无法从本质上实现污染物的清除。当前，针对于富含CPS的污水的化学处理法可以细分为化学氧化法、化学还原法及化学沉淀法三种。化学氧化法主要使用到的氧化反应技术有，氯化物氧化法、Fenton法、臭氧氧化法及光化学反应法等几种技术。由于存在效率低、高耗能、成本高等难以克服的缺点，实际中难以为继。生物法是一种传统的废水处理方法，已被广泛用于处理氯酚废水，它利用某些特定微生物的新陈代谢作用将污水中的有机污染物转化为无毒无害物质，主要包括活性污泥法、生物膜法、生物接触氧化法、生物流化床法等。该方法成本低、适用于各种实际废水状况、处理量大，可有效处理浓度较低的有机废水。但由于氯酚类化合物独特的生物稳定性和毒性，其生物处理的效率较低，处理速率慢，周期长。与此同时，相对于好氧的条件，氯酚的氧化脱氯和开环更容易发生在厌氧的环境下，形成毒性较低或完全脱氯的产物。

为了解决上述技术问题，本专利厌氧膜生物反应器(Anaerobic membranebioreactor，AnMBR)将厌氧技术和膜分离技术有效的结合，膜组件的加入使得微生物完全截留，实现了水力停留时间(Hydraulic Retention Time,HRT)，和污泥停留时间(SolidRetention Times,SRT)的有效分离。厌氧膜生物反应器具备污泥浓度高、泥龄长、耐冲击负荷能力强等优点，其在处理水质波动明显的氯酚综合废水展现出很好的应用前景。

因此，如何提高氯酚处理效果以及避免膜污染问题，得到出水水质优的厌氧膜生物反应器成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。

实用新型内容

本实用新型所解决的技术问题在于提供一种氯酚废水的厌氧膜生物处理装置。

实现本实用新型目的的技术解决方案为：

一种氯酚废水的厌氧膜生物处理装置，所述装置包括主体，所述主体上设有进水口和出水口，所述主体内固定设有至少一个膜组件和曝气管，所述膜组件内部设有与出水口连接的出水管；所述主体顶部上设置有排气口，下部设置有进气口，排气口后端连接真空隔膜泵，真空隔膜泵后与进气口相连，进气口连接有曝气管。

进一步的，在所述主体的侧壁上设有取样口，用来检测实时水质。

进一步的，所处主体的顶部还设置有集气口，集气口后端连接集气袋，用于将多余的气体进行收集。

进一步的，所述装置还包括水浴装置，水浴装置包括水浴循环夹层，水浴循环夹层设置在主体的外周。

进一步的，所述水浴循环夹层上部设有水浴循环出口、侧壁底部设置水浴循环入口，所述水浴循环入口通过水泵A与水箱连接，所述水浴循环出口通过水泵B与水箱连接；所述水箱中设有加热棒，加热温度为30-50℃。

进一步的，所述主体的形状为长方体或圆柱体，主体内侧壁上设置与安装膜组件相对应的卡槽，所述膜组件通过卡槽固定在主体内部；所述主体的材料为聚乙烯、聚丙烯或聚氯乙烯。

进一步的，所述膜组件为微滤膜，超滤膜，钢丝网，无纺布。

进一步的，所述进水口处设置有进水蠕动泵。

进一步的，所述出水口后侧依次连接有压力传感器和出水蠕动泵。

一种利用上述的装置处理氯酚废水的方法，具体如下：

开启水泵A和水泵B，将循环水浴夹层中的水循环处于恒温的状态；

废水在进水蠕动泵的作用下，自主体上设置的进水口进入，进入主体之后，在曝气管冲刷下使得泥水混合均匀，膜组件拦截厌氧污泥及悬浮物质，膜组件的出水管与出水口连接，通过出水蠕动泵抽吸透过膜组件出水，出水口处连接有出水蠕动泵和压力传感器，所述压力传感器用于监测跨膜压；

在主体的侧壁上有取样口，用来检测实时水质；

主体1顶部设置有排气口，排气口连接到真空隔膜泵(12)上，将主体(1)顶部的气体抽出，通过进气口(10)注入曝气管，完成产气循环，并将多余的气体在集气口收集，最终收集在集气袋。

本实用新型与现有技术相比，其显著优点：

(1)通过厌氧生物膜反应器维持较短的水力停留时间，促进颗粒污泥的形成。截留下来的污泥经过较长时间的驯化，可获得良好的降解氯酚效果。

(2)通过在反应器底部安装曝气管，产生的甲烷通过隔膜泵不断冲刷膜表面，除去一部分负载在微滤膜上的微生物群落，可有效降低膜污染，减少后期投入，经济可行性高，并且利用自身产气，资源利用率高。

(3)通过将主体和水浴夹层设置成长方体，主体受热均匀，长筒形曝气管可以使得水质均一，并且长方体构造空间利用率高。

下面结合附图对本实用新型作进一步详细描述。

附图说明

图1为本申请氯酚废水厌氧膜生物处理装置。

附图标记说明：

1-主体，2-循环水浴出口，3-膜组件，4-循环水浴层，5-循环水浴入口，6-水泵A，7-水泵B，8-水箱，9-曝气管，10-进气口，11-取样口，12-真空隔膜泵，13-排气口，14-进水口，15-进水蠕动泵，16-集气口，17-集气袋，18-出水口，19-压力传感器，20-出水蠕动泵。

具体实施方式

如图1所示，一种新型氯酚废水的厌氧膜生物处理装置，包括主体1，膜组件3，曝气装置和水浴装置。所述主体1为密封装置，其顶部设置有排气口13，集气口16以及进水口14，壁上设有出水口18，壁底设置有进气口14。

所述膜组件3为长方体，反应器主体1内有3-25cm设有卡槽可用于安放一个或多个膜组件3，组件内设有与反应器上的出水口18连接的出水管,出水管与出水蠕动泵20及压力传感器19相连。

所述曝气装置安装在反应器的底部；所述水浴装置为密闭装置，围绕在主体外2cm-4cm，水浴外层底部设有进水口，上部设有出水口，进水口连接进水管，进水管与水泵相连，出水口与出水管相连，水泵安置在水箱8内，水箱8内设有加热棒。优选地，所述主体的材料为聚氯乙烯。

所述膜组件3材料为聚四氟乙烯。所述膜组件支撑材料为聚丙烯。所述主体内包含厌氧消化污泥。所述排气口13接有真空隔膜泵12。所述主体1为长方体状结构。所述曝气装置为圆形曝气管。所述水浴装置为密闭结构，水箱8内设置加热棒，加热温度在40℃。所述水浴循环加热层的材质为聚氯乙烯，所述反应器的水力停留时间可选择为12h-24h，容积负荷可选择为2～4kg COD/(m³.d)。

本实用新型提供的一种新型氯酚废水的厌氧膜生物处理装置，混合废水进入厌氧膜生物反应器，与厌氧消化污泥充分混合，经过微滤膜得到优质出水并生成甲烷，通过真空隔膜泵进行气体循环使泥水混合均匀。氯酚在厌氧消化过程中受到有机物作为辅助性碳源，产生共代谢作用，得到适宜的微生物群落有助于降解氯酚。

微滤膜对厌氧微生物的截留，丰富了生物量，提高反应器抗冲击负荷能力。

聚氯乙烯的主体支撑效果好，并且容易生产或购买。

微滤膜支撑材料为聚丙烯，容易购买或生产。

反应器主体内设有安放膜组件的卡槽，操作更加简便，循环的沼气更容易均匀冲刷膜表面。

主体内包含厌氧消化污泥，驯化后能够降解高浓度的有机物和不同浓度的氯酚。

真空隔膜泵循环沼气，使反应器内泥水混合匀，减轻膜污染。

长方体的主体结构有效容积更大，可根据实际情况调节水力停留时间。

圆形的曝气管布气均匀，且方便购买。

在应对COD浓度高，氯酚浓度发生较大变化的污水时，反应器水力停留时间选择为12h-24h，容积负荷选择为2～4kg COD/(m³.d)使得废水处理更加完全，出水水质更好，不同浓度的的氯酚完全被降解。

如图1所示，为了保证厌氧微生物处于厌氧环境，主体1为封闭结构，主体的形状可根据实际需求灵活选择，如长方体、圆柱体等，主体的材料可根据实际需要选择为聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯等，其壁上设置的出水口个数和大小可根据实际需要设置，在本实施例中，主体1为长方体结构，其材料选择聚氯乙烯。废水自主体1上设置的进水口14进入，进入主体之后，在曝气管9冲刷下使得泥水混合均匀，主体1内设置卡槽稳定安放膜组件3，有效拦截厌氧污泥及悬浮物质，提高出水水质，超滤膜和正渗透膜等多种选择，在本实施例中，采用微滤膜作为膜组件。膜组件3内部设有与出水口18连接的出水管，通过蠕动泵20抽吸透过微滤膜及其膜表面的污泥层出水，出水管处连接有压力传感器19，用于监测跨膜压。另外与此同时在长方体的主体1的侧壁上有取样口11，用来检测实时水质。该设置气路循环设置如下，主体1顶部设置有排气口13，连接到真空隔膜泵12上，将主体1顶空的气体抽出，通过进气口10注入曝气管9，完成产气循环，并将多余的气体在集气口16收集，最终收集在集气袋17。与此同时在长方体的主体1的侧壁底部水浴循环入口5，上部设有水浴循环出口2，分别在水泵6和7的作用下将水箱中的恒温水循环至水浴循环夹层。

本申请提供的一种新型氯酚废水厌氧膜生物反应器处理装置，分为驯化和降解两个阶段，有机污染物逐步被微生物分解利用。此种降解在开始阶段需要一个驯化期，在驯化期间污染物几乎不发生降解，这段时间是微生物对污染物适应所需要的时间。当降解体系中污染化合物作为唯一碳源和能源时，污染物就不会被降解，只有当体系中添加了一些微生物能够容易吸收利用的碳源和能源时，污染物才会被同时降解，此种降解方式称为共代谢。共代谢作用的存在大大加强了一些难降解有机物在环境中被生物降解的可能性。本实施案例中有机物作为辅助碳源，与氯酚形成共基质，促进氯酚稳定降解。水力停留时间较短和污泥停留时间较长有助于形成颗粒污泥，截留下来的污泥经过较长时间的驯化，可获得良好的降解氯酚效果。

降解阶段废水通过进水口14进入主体1内，泥水充分混合均匀，氯酚综合废水的处理经过以下四个过程，即脱氯、水解、酸化和产甲烷。氯酚氯酚作为电子受体，得到电子同时脱去苯环上氯取代基形成苯酚，最后开环分解苯酚。水解过程依旧发生在主体内部，苯酚和共生有机物质继续被微生物水解成分子量较小的物质，如多糖、多肽和长链脂肪酸等。酸化阶段包括多糖等长链脂肪酸在产氢和产乙酸菌的作用下转化为挥发性脂肪酸，CO₂和H₂。最后是产甲烷阶段，主要有乙酸产甲烷菌属作用使乙酸分解为甲烷和氢气和产氢产甲烷菌作用使CO₂和H₂反应生成甲烷。生成的甲烷气在除去溶解在主体内部的，其余逸散出来，进入主体内的气层，排气口13连接有真空隔膜泵12，在真空隔膜泵的作用下以稳定适宜的流速吸入进气口10，并最终进入相连的曝气管9，曝气管内甲烷再次均匀逸散。可以冲刷膜组件3并且使泥水混合均匀，最终氯酚和有机物被降解成甲烷收集在集气袋17中。

实施例1

主体为长方体结构，其高为40cm，长为30cm，宽28cm，总的容积是33.6L，有效体积为28L，主体内高3-25cm设有卡槽，将商购的微滤膜组件放入卡槽内，单个微滤膜有效尺寸长19.2cm宽17.5cm总过滤面积为0.0672m²。

采用上述实施例进行相关的操作测试，在本实施案例中，水力停留时间为12h，在进水COD(chemical oxygen demand，化学需氧量)浓度为512～603mg/L时，对COD的去除率为78.3％～99.9％，甲烷产量在为0.16-0.27LCH₄/g COD_removed，氯酚浓度为3.7～4.7mg/L时，对氯酚的去除率为40.3％～99.9％。

实施例2

本实施例中水质变化较大，水力停留时间为24h，在进水COD浓度为2133～2248mg/L时，对COD的去除率为71.8％～99.9％，生物气产量在为0.21-0.29LCH₄/g COD_removed，氯酚浓度为7.4～9.9mg/L时，对氯酚的去除率为72.1％～99.9％。结果证明厌氧膜生物反应器可以用于处理水质波动大的氯酚综合废水。

Claims (9)

1.一种氯酚废水的厌氧膜生物处理装置，其特征在于，所述装置包括主体(1)，所述主体(1)上设有进水口(14)和出水口(18)，所述主体(1)内固定设有至少一个膜组件(3)和曝气管(9)，所述膜组件(3)内部设有与出水口(18)连接的出水管；所述主体(1)顶部上设置有排气口(13)，下部设置有进气口(10)，排气口(13)后端连接真空隔膜泵(12)，真空隔膜泵(12)后与进气口(10)相连，进气口(10)连接有曝气管(9)。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，在所述主体(1)的侧壁上设有取样口(11)，用来检测实时水质。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所处主体(1)的顶部还设置有集气口(16)，集气口(16)后端连接集气袋(17)，用于将多余的气体进行收集。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括水浴装置，水浴装置包括水浴循环夹层，水浴循环夹层设置在主体(1)的外周。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述水浴循环夹层上部设有水浴循环出口(2)、侧壁底部设置水浴循环入口(5)，所述水浴循环入口(5)通过水泵A(6)与水箱(8)连接，所述水浴循环出口(2)通过水泵B(7)与水箱(8)连接；所述水箱(8)中设有加热棒，加热温度为30-50℃。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述主体(1)的形状为长方体或圆柱体，主体(1)内侧壁上设置与安装膜组件相对应的卡槽，所述膜组件(3)通过卡槽固定在主体(1)内部；所述主体(1)的材料为聚乙烯、聚丙烯或聚氯乙烯。

7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述膜组件(3)为微滤膜，超滤膜，钢丝网，无纺布。

8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述进水口(14)处设置有进水蠕动泵(15)。

9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述出水口(18)后侧依次连接有压力传感器(19)和出水蠕动泵(20)。

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