CN220467718U - 一种厌氧产酸生物强化与原位分离装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种厌氧产酸生物强化与原位分离装置，包括：反应器，反应器上设置有进料口和出液管；设置在反应器内的平板膜，平板膜与出液管的一端相连；设置在平板膜的外部的曝气管，曝气管上开设有曝气孔；固定于反应器内的固定挡板，固定挡板包括位于平板膜的两侧的侧板和位于平板膜的下方的底板。与现有技术相比，本实用新型能够有效延缓膜污染进程，提高发酵液的浓度及产率。
Description
技术领域
本实用新型涉及污水处理技术领域，尤其涉及一种厌氧产酸生物强化与原位分离装置。
背景技术
VFAs（英文全称：Volatile Fatty Acids，中文全称：挥发性脂肪酸）等小分子有机酸在工业中应用广泛，通过厌氧生物发酵过程可以获得较高浓度的有机酸产率。但是关于其大规模工程应用的报道却很少，主要归因于其从培养基中回收困难且产品收率低。目前常采用的技术手段主要为离心分离得到有机酸浓度较高的上清液，当需要连续大量的获取有机酸溶液时，离心操作不仅耗时且费力，极大地增加了运行成本。
近些年来，膜分离技术作为在生物反应器中形成并原位连续回收VFAs的有利手段而受到普遍关注。膜反应器不仅可以获得浊度较低的有机酸溶液、实现高浓度有机酸的及时有效分离，还可以促进反应器内有机酸的正向转化，同时能够很好地截留微生物防止微生物的洗出从而保证厌氧产酸发酵的连续稳定运行。与外置式膜反应器相比，内置的浸没式膜反应器具有占地小、成本低等优点。但是现有的浸没式膜反应器在应用中往往存在发酵液浓度较低、易产生膜污染等问题，限制了产物的转化效率。
公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本实用新型总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成本领域技术人员所公知的现有技术。
实用新型内容
本实用新型的目的是：提供一种厌氧产酸生物强化与原位分离装置，能够有效延缓膜污染进程，提高发酵液的浓度及产率。
为了达到上述目的，本实用新型提供一种厌氧产酸生物强化与原位分离装置，包括：
反应器，反应器上设置有进料口和出液管；
设置在反应器内的平板膜，平板膜与出液管的一端相连；
设置在平板膜的外部的曝气管，曝气管上开设有曝气孔；
固定于反应器内的固定挡板，固定挡板包括位于平板膜的两侧的侧板和位于平板膜的下方的底板。
优选地，反应器内设置有固定填料床，固定填料床位于平板膜的上方。
优选地，固定填料床内填充有填料，填料包括泡沫、海绵、丝瓜瓤、人工水草中的至少一种。
优选地，出液管的另一端连接有蠕动泵。
优选地，出液管与蠕动泵之间设置有流量计和膜压计。
优选地，反应器的顶部设置有取样口。
优选地，反应器的底部设置有排泥口。
优选地，反应器上还设置有冷凝回流管。
优选地，反应器的外部设置有加热层。
优选地，反应器的主体为圆柱形，反应器的底部为尖顶状。
本实用新型至少具有以下有益效果：
本实用新型通过在平板膜的外部设置曝气管，且在曝气管上开设曝气孔，平板膜两侧的侧板隔开长条形孔，使得曝气时气体能够充分冲刷平板膜的表面，且在反应器内形成气液搅动，同时，平板膜下方的底板能够促进大颗粒污泥和杂质的沉降，最大限度避免膜污染，与现有技术相比，能够有效延缓膜污染进程，提高发酵液的浓度及产率。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型中记载的一些实施例，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的附图。
图1为本实用新型实施例中厌氧产酸生物强化与原位分离装置的结构示意图；
图2为本实用新型实施例中厌氧产酸生物强化与原位分离装置的左视示意图。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
本实用新型实施例提供一种厌氧产酸生物强化与原位分离装置，请参阅图1和图2，图1为本实用新型实施例中厌氧产酸生物强化与原位分离装置的结构示意图；图2为图1的左视图。该厌氧产酸生物强化与原位分离装置包括：
反应器1，反应器1上设置有进料口2和出液管3；
设置在反应器1内的平板膜4，平板膜4与出液管3的一端相连；
设置在平板膜4的外部的曝气管5，曝气管5上开设有曝气孔；
固定于反应器1内的固定挡板6，固定挡板6包括位于平板膜4的两侧的侧板和位于平板膜4的下方的底板。
本实用新型实施例中，预处理后的废液如鸡粪、牛粪、猪粪、市政污泥、餐厨垃圾、城市垃圾渗滤液和制药废渣等，通过进料口2进入反应器1，与放置在反应器1内的接种污泥混合进行发酵酸化，转化为更高浓度的有机酸，产生的有机酸经平板膜4过滤除杂除菌后，通过出液管3出液。其中，平板膜4的外部设置有曝气管5，且曝气管5上开设曝气孔，曝气孔的直径可以为0.5mm，平板膜4的上端留有两个进气孔，出液管3和曝气管5通过反应器1的上盖与平板膜4相连，形成平板膜4的上端固定，平板膜4的下端通过固定挡板6半固定在反应器1内，固定挡板6包括位于平板膜4的两侧的侧板和位于平板膜4的下方的底板。由于平板膜4两侧的侧板隔开长条形孔，曝气时，气体能够充分冲刷平板膜4的表面，且在反应器1内形成气液搅动，同时，平板膜4下方的底板能够促进大颗粒污泥和杂质的沉降，从而最大限度避免膜污染。
实践表明，本实用新型实施例相较于传统污水处理的膜生物反应器，发酵液SS浓度可提高至50 g/L以上，比传统膜生物反应器的阈值30 g/L提高了67%，拓展了膜生物反应器在高浓度废弃物，如畜禽粪污，等领域的应用；通过改善曝气和富余污泥沉淀分离等方式，限制了污泥在平板膜表面的固定与附着，相同曝气强度、出水通量和发酵浓度条件下，膜反应器可连续稳定运行时间比传统的膜反应器延长30-90天；通过提高发酵负荷和平板膜的持续稳定性，充分调动了膜生物反应器微生物截留和产物原位分离的的优势，反应器出液有机酸浓度为25-54g/L，厌氧发酵产物挥发性有机酸浓度和产率大大提高。
以上可知，本实用新型实施例提供的厌氧产酸生物强化与原位分离装置，通过在平板膜的外部设置曝气管，且在曝气管上开设曝气孔，平板膜两侧的侧板隔开长条形孔，使得曝气时气体能够充分冲刷平板膜的表面，且在反应器内形成气液搅动，同时，平板膜下方的底板能够促进大颗粒污泥和杂质的沉降，最大限度避免膜污染，与现有技术相比，能够有效延缓膜污染进程，提高发酵液的浓度及产率。
作为本实用新型优选的实施例，反应器1内设置有固定填料床7，固定填料床7位于平板膜4的上方。
进一步地，上述实施例中，固定填料床7内填充有填料，填料包括泡沫、海绵、丝瓜瓤、人工水草中的至少一种。
本实用新型实施例中，反应器1内设置有固定填料床7，固定填料床7包括圆柱形填料盒和填充在圆柱形填料盒内的填料，填料可以是泡沫、改性多孔海绵、丝瓜瓤、或辫带式人工水草等软质多孔材料，易于微生物的附着生长。
作为本实用新型优选的实施例，出液管3的另一端连接有蠕动泵8，蠕动泵8用于提供动力。
进一步地，上述实施例中，出液管3与蠕动泵7之间设置有流量计9和膜压计10，流量计9和膜压计10分别用于记录反应器1运行过程中的膜通量和膜压变化。
作为本实用新型优选的实施例，反应器1的顶部设置有取样口11。在反应器1运行过程中，可以通过取样口11手动取反应器1内的混合发酵液，用于TS、VS、TSS、VSS、TCOD和粘度等基本指标的测试。
作为本实用新型优选的实施例，反应器1的底部设置有排泥口12。在反应器1运行过程中，沉降后的难降解有机质和发酵基质中的杂质可以通过排泥口12不定期排出，从而维持反应器1的稳定运行。
作为本实用新型优选的实施例，反应器1上还设置有冷凝回流管13。在反应器1运行过程中，曝气产生的气体与反应器1产生的气体，可以汇入冷凝回流管13排出反应器1。
作为本实用新型优选的实施例，反应器1的外部设置有加热层14。加热层14围绕在反应器1的四周，在反应器1运行过程中，可以为反应器1保温。
作为本实用新型优选的实施例，反应器1的主体为圆柱形，其高度与直径的比例可以为1:1-1.5:1，反应器1的底部为尖顶状，其与垂直部分的坡度可以为30°-60°，有利于通过底部的排泥口12排出沉降后的难降解有机质和发酵基质中的杂质。
具体实施时，平板膜4可以采用亲水性聚醚砜(PES)材质，膜孔径为可以0.2μm-0.3μm。
具体实施时，反应器1还可以设置温度计和PH计等，用于记录反应器1内的发酵温度和PH值。
为了验证本实用新型实施例提供的厌氧产酸生物强化与原位分离装置的有效性，下面结合具体的实施例进行说明。
实施例1
本实施例的反应器1为圆柱形结构，内部总容积为4.5L，有效容积为3.5L，污泥的初始容积与发酵的有效容积相同，初始VS浓度为10g/L。
本实施例所用平板膜4采用亲水性聚醚砜(PES)材质的，膜孔径为0.3μm。
本实施例中膜通量为20L/(m2·h)，蠕动泵8工作3min，暂停2min。
本实施例中蠕动泵8工作时，曝气流量为5L/min，蠕动泵8暂停工作时，曝气流速为3L/min。
预处理后的废液从进料口2进入反应器1，与放置在反应器1内的接种污泥混合，混合物的液面高于固体填料床7。
为了降低污泥中的VFA浓度，降低空白值，将污泥加入在反应器1后在发酵温度条件下存贮一周作为启动期。随后，将发酵模式切换为半连续状态，即连续曝气条件下只在出液时启动蠕动泵8。
每天手动取反应器1的混合发酵液15mL，用于反应器1中TS、VS、TSS、VSS、TCOD和粘度等基本指标的测试；蠕动泵8自动出液335mL，用量筒收集，取约10mL用于VFA，SCOD和NH4+-N的测试，剩余的VFA出液保存在取样瓶中保存在-20ºC冰箱中备用。每天出液后，手动进料350mL，根据反应器1液面的变化，取样前和进料后加入少量去离子水维持发酵罐有效容积的稳定。
曝气产生的气体与反应器1产生的气体，汇入冷凝回流管13排出反应器1。
为了保证反应器1的连续稳定运行，减少膜污染对反应器1运行特性的影响，膜出水过程中每6min设置蠕动泵8反向运行30s，使膜出液反向回流至平板膜4的内部，达到冲刷膜孔径和膜片表面的目的。
热水从水浴进水口进入加热层14，从水浴出水口排出，为反应器保温。
为了维持反应器的稳定，需要不定期的从排泥口12排出混合液。
通过生物强化和产物的及时分离，反应器1在有机负荷2和4g-COD/(L·d)时均可稳定运行，VFA浓度分别为16g/L和22g/L，VFA产率最高达到0.91g-VFA/g-VS。
本实施例结果表明，生物强化的浸没式膜生物反应器促进了有机质厌氧发酵中产物VFA的积累，原位分离系统及时减缓产物抑制，实现了发酵的稳定运行。
实施例2
本实施例采用80ºC，15min并过200目筛预处理的鸡粪滤过液为进料从顶部均匀进入反应器1。
本实施例在启动期，期间只进行低强度的曝气(N2，3mL/min)，反应器1中的初始VFA浓度降低并稳定在2.0g/L以内。
反应器1半连续试验启动期共7d，膜过滤共72d。
整个运行过程中，曝气流量调节为3mL/min，出液时调节为5mL/min，曝气产生的气体与反应器1产生的气体经冷凝回流管13排出反应器1。
整个运行过程中，不控制膜通量或膜压，反应器1以自由状态运行，每天回收富含VFA的溶液作为渗透液，通过观测膜压差的变化预测膜污染。
随着运行时间的延长，微生物和未水解的鸡粪颗粒在反应器1中的逐渐积累，产生了具有高TSS的培养基。
发酵进行至第28d检测到TSS的迅速增加后，采用排泥的方式来减少反应器1内的固体颗粒浓度，为保证反应器1的平稳运行，控制TSS在30g/L左右。通常在这些浸入式膜生物反应器中工作的TSS含量在8至15g/L之间的废水处理MBR系统相比，本研究中所达到的37gTSS/L相对较高，属于高浓度的膜反应器。高浓度膜反应器平稳运行近一个月后，通过控制TSS浓度，可以维持反应器1稳定运行50d以上。
本实施案例结果表明：对于较长的过滤时间(50d)、高通量(20L/(m2·h))和高TSS浓度(~37g/L)的发酵条件而言，可以认为MBR反应器处理鸡粪滤过液的膜运行性能较好，具有技术上的可行性。
本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (10)
1.一种厌氧产酸生物强化与原位分离装置，其特征在于，包括：
反应器，所述反应器上设置有进料口和出液管；
设置在所述反应器内的平板膜，所述平板膜与所述出液管的一端相连；
设置在所述平板膜的外部的曝气管，所述曝气管上开设有曝气孔；
固定于所述反应器内的固定挡板，所述固定挡板包括位于所述平板膜的两侧的侧板和位于所述平板膜的下方的底板。
2.根据权利要求1所述的厌氧产酸生物强化与原位分离装置，其特征在于，所述反应器内设置有固定填料床，所述固定填料床位于所述平板膜的上方。
3.根据权利要求2所述的厌氧产酸生物强化与原位分离装置，其特征在于，所述固定填料床内填充有填料，所述填料包括泡沫、海绵、丝瓜瓤、人工水草中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的厌氧产酸生物强化与原位分离装置，其特征在于，所述出液管的另一端连接有蠕动泵。
5.根据权利要求4所述的厌氧产酸生物强化与原位分离装置，其特征在于，所述出液管与所述蠕动泵之间设置有流量计和膜压计。
6.根据权利要求1所述的厌氧产酸生物强化与原位分离装置，其特征在于，所述反应器的顶部设置有取样口。
7.根据权利要求1所述的厌氧产酸生物强化与原位分离装置，其特征在于，所述反应器的底部设置有排泥口。
8.根据权利要求1所述的厌氧产酸生物强化与原位分离装置，其特征在于，所述反应器上还设置有冷凝回流管。
9.根据权利要求1所述的厌氧产酸生物强化与原位分离装置，其特征在于，所述反应器的外部设置有加热层。
10.根据权利要求1所述的厌氧产酸生物强化与原位分离装置，其特征在于，所述反应器的主体为圆柱形，所述反应器的底部为尖顶状。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |