一種浸沒式厭氧正滲透膜生物反應(yīng)器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種浸沒式厭氧正滲透膜生物反應(yīng)器，該反應(yīng)器包括進(jìn)水箱、封閉的厭氧反應(yīng)器箱體、正滲透膜分離系統(tǒng)、沼氣收集裝置和沼氣循環(huán)曝氣系統(tǒng)；進(jìn)水箱通過進(jìn)水泵連接所述的厭氧反應(yīng)器箱體；正滲透膜分離系統(tǒng)包括正滲透膜組件、汲取液儲(chǔ)罐、反滲透濃縮組件、氣體循環(huán)泵和濃縮泵，沼氣循環(huán)曝氣系統(tǒng)包括曝氣管、氣體循環(huán)泵和氣體管線，曝氣管設(shè)置在正滲透膜組件的下部，曝氣管通過氣體管線連接氣體循環(huán)泵，氣體循環(huán)泵連接厭氧反應(yīng)器箱體上部空間；沼氣收集裝置也連接厭氧反應(yīng)器箱體上部空間。本發(fā)明具有以下特點(diǎn)：1.能產(chǎn)生能源，2.出水水質(zhì)好，3.膜污染程度輕，運(yùn)行成本低，4.污泥產(chǎn)率低，5.有機(jī)負(fù)荷高，占地面積小。
【專利說明】一種浸沒式厭氧正滲透膜生物反應(yīng)器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于污水處理和膜分離【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種浸沒式厭氧正滲透膜生物反應(yīng)器。
技術(shù)背景
[0002]水資源短缺和水環(huán)境污染是當(dāng)前人類面臨的巨大挑戰(zhàn)，也是我國實(shí)施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略需要優(yōu)先考慮的重大 課題之一。對污水進(jìn)行處理并實(shí)現(xiàn)回用是解決這一問題的重要途徑。隨著國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國的水資源短缺和水環(huán)境污染形勢尤為嚴(yán)重，因此迫切需要發(fā)展高效的污水處理和回用技術(shù)。
[0003]水厭氧生物處理(AD)技術(shù)具有投資省、能耗低、可回收利用沼氣能源、負(fù)荷高、產(chǎn)泥少、耐沖擊負(fù)荷等諸多優(yōu)點(diǎn)，在廢水處理中具有廣泛的應(yīng)用前景。厭氧膜生物反應(yīng)器(AnMBR)是一種由膜分離單元與厭氧生物處理單元相結(jié)合的新型污水處理技術(shù)。由于膜組件的引入，在保留AD技術(shù)優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，還引入了一系列優(yōu)點(diǎn)，如完全的污泥截留、優(yōu)質(zhì)的出水、低污泥產(chǎn)率、高有機(jī)負(fù)荷、占地面積小和可回收能源。而采用浸沒式配置可以有效降低AnMBR系統(tǒng)運(yùn)行過程中的能耗。這些優(yōu)點(diǎn)帶來的效應(yīng)是極為顯著的，以我國為例，現(xiàn)有的市政污水處理技術(shù)主要通過氧氣來分解污染物，其電力消耗占到了全國總消耗的3%，而同時(shí)每年至少產(chǎn)生2000萬噸難以有效處理的污泥。采用浸沒式AnMBR技術(shù)處理市政污水不但能夠產(chǎn)生能源和優(yōu)質(zhì)的出水，而且還能夠使剩余污泥的產(chǎn)率降低90%。
[0004]盡管AnMBR技術(shù)具有諸多優(yōu)點(diǎn)，但是其廣泛應(yīng)用還存在兩大技術(shù)難題。一是膜污染問題，膜污染問題被認(rèn)為是制約AnMBR廣泛應(yīng)用的瓶頸。膜污染導(dǎo)致膜通量下降，增加膜清洗和膜組件更換的頻率，嚴(yán)重影響了 AnMBR技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性。在AnMBR實(shí)際運(yùn)行過程中，往往采用增加曝氣、加入藥劑、降低污泥濃度和低通量運(yùn)行等措施來降低膜污染，但這些措施一般都存在能耗高、費(fèi)用高、犧牲AnMBR處理性能等不足，而且實(shí)際效果往往也并不明顯。二是厭氧生物處理技術(shù)包括AnMBR技術(shù)對一般廢水如市政污水中的氨氮的處理效果較差，出水水質(zhì)中氨氮指標(biāo)往往不達(dá)標(biāo)。
[0005]正滲透(FO)是近年來發(fā)展起來的一種濃度驅(qū)動(dòng)的新型膜分離技術(shù)，正滲透不同于壓力驅(qū)動(dòng)型的膜分離過程(如微濾、超濾和反滲透膜過程)，它不需要額外的水力壓力作為驅(qū)動(dòng)力，而依靠汲取液與原料液之間的滲透壓差自發(fā)實(shí)現(xiàn)膜分離。如低壓甚至無壓操作，因而能耗較低；對許多污染物幾乎完全截留(能截留氨氮)，分離效果好；低膜污染特征；膜過程和設(shè)備簡單等。這些優(yōu)點(diǎn)有望解決AnMBR技術(shù)中存在的兩大技術(shù)難題。因而AnMBR過程中引入正滲透膜過程可以有效結(jié)合AnMBR和正滲透膜過程各自的優(yōu)點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了解決上述的技術(shù)問題，本發(fā)明旨在提供一種浸沒式厭氧正滲透膜生物反應(yīng)器系統(tǒng)。這一系統(tǒng)具有優(yōu)質(zhì)的出水、低污泥產(chǎn)率、膜污染程度低、可回收能源、高有機(jī)負(fù)荷、占地面積小和運(yùn)行能耗低的優(yōu)點(diǎn)。適合于市政污水和一般工業(yè)廢水的處理。[0007]為了實(shí)現(xiàn)上述的目的，本發(fā)明采用了以下的技術(shù)方案:
一種浸沒式厭氧正滲透膜生物反應(yīng)器，該反應(yīng)器包括進(jìn)水箱、封閉的厭氧反應(yīng)器箱體、正滲透膜分離系統(tǒng)、沼氣收集裝置和沼氣循環(huán)曝氣系統(tǒng)；所述的進(jìn)水箱通過進(jìn)水泵連接所述的厭氧反應(yīng)器箱體；所述的正滲透膜分離系統(tǒng)包括正滲透膜組件、汲取液儲(chǔ)罐、反滲透濃縮組件、氣體循環(huán)泵和濃縮泵，正滲透膜組件浸沒設(shè)置在厭氧反應(yīng)器箱體內(nèi)，正滲透膜組件的上部連接設(shè)有汲取液管線，汲取液管線連接所述的汲取液儲(chǔ)罐，正滲透膜組件的下部連接設(shè)有出水管路，出水管路通過濃縮泵連接所述的反滲透濃縮組件，反滲透濃縮組件上部通過設(shè)置濃縮管線連接所述的汲取液儲(chǔ)罐，反滲透濃縮組件上設(shè)置有出水管；所述的沼氣循環(huán)曝氣系統(tǒng)包括曝氣管、氣體循環(huán)泵和氣體管線，曝氣管設(shè)置在正滲透膜組件的下部，曝氣管通過氣體管線連接氣體循環(huán)泵，氣體循環(huán)泵連接厭氧反應(yīng)器箱體上部空間；所述的沼氣收集裝置也連接厭氧反應(yīng)器箱體上部空間。
[0008]作為進(jìn)一步改進(jìn)，所述的沼氣收集裝置包括集水槽、氣體收集管和導(dǎo)氣管，導(dǎo)氣管連接厭氧反應(yīng)器箱體上部空間，氣體收集管設(shè)置在集水槽內(nèi)，導(dǎo)氣管另一端設(shè)有U型頭，U型頭的末端伸入氣體收集管內(nèi)。
[0009]作為進(jìn)一步改進(jìn),該反應(yīng)器還包括自動(dòng)控制系統(tǒng)，自動(dòng)控制系統(tǒng)包括液位感應(yīng)器和自動(dòng)控制器，液位感應(yīng)器分別設(shè)置在進(jìn)水箱和厭氧反應(yīng)器箱體內(nèi)，自動(dòng)控制器連接進(jìn)水泵、氣體循環(huán)泵和濃縮泵。
[0010]作為進(jìn)一步改進(jìn)，所述的厭氧反應(yīng)器箱體上部設(shè)置有格柵網(wǎng)，進(jìn)水箱通過進(jìn)水泵連接至格柵網(wǎng)的上部。
[0011]作為進(jìn)一步改進(jìn)，所述的正滲透膜組件的膜材質(zhì)為醋酸纖維素，膜組件形式為平板膜。
[0012]作為進(jìn)一步改進(jìn)，汲取液體系為無機(jī)鹽水溶液或糖類溶液。作為再優(yōu)選，汲取液體系為20-50 g/L的氯化鈉溶液。
[0013]作為進(jìn)一步改進(jìn)，所述的進(jìn)水箱進(jìn)水水質(zhì)參數(shù)為:200-800 mg/L COD, 1-60 mg/L氨氮，0.5-10 mg/L 磷酸鹽，pH = 6.5-8.0。
[0014]作為進(jìn)一步改進(jìn)，該反應(yīng)器運(yùn)行操作參數(shù)為:溫度=20-600C，HRT = 5-25 h，SRT =60-300 d，膜通量為 5-20 L/m2h。
[0015]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下特點(diǎn):
1.能產(chǎn)生能源。本發(fā)明對于市政污水中有機(jī)物具有較好的轉(zhuǎn)化能力，能將大部分有機(jī)物轉(zhuǎn)化為甲烷形式的能源，表觀產(chǎn)氣率為0.24 LCH4/g COD。計(jì)算表明，所產(chǎn)生能源的價(jià)值是其運(yùn)行能耗費(fèi)用的1.5倍以上【參見 申請人:論文Lin Hongjun, Chen Jianrong, WangFangyuan, Ding Linxian, Hong Huachang, Desalination, 2011, 280: 120-126.】。說明米用本發(fā)明處理市政污水不但能抵消運(yùn)行費(fèi)用，而且可以額外賺錢。
[0016]2.出水水質(zhì)好。本發(fā)明采用正滲透膜過程代替?zhèn)鹘y(tǒng)MBR技術(shù)中的超濾和微濾膜過程，由于正滲透膜幾乎能夠完全截留包括離子在內(nèi)的污染物，因而出水水質(zhì)極高，能夠達(dá)到回用標(biāo)準(zhǔn)。傳統(tǒng)厭氧生物處理技術(shù)可以有效去除有機(jī)物，但對氮、磷類污染物的去除效果較差，本發(fā)明把正滲透膜過程引入?yún)捬跎锾幚碇校蚨诒Ａ魠捬跆幚韮?yōu)點(diǎn)的同時(shí)，又能有效地克服厭氧處理的缺點(diǎn)。
[0017]3.膜污染程度輕，運(yùn)行成本低。由于正滲透膜過程依靠汲取液與原料液之間的滲透壓差自發(fā)實(shí)現(xiàn)膜分離，而不需要外加壓力作為驅(qū)動(dòng)力，因而膜分離過程污染程度輕，運(yùn)行能耗較低。同時(shí)較輕的膜污染使得膜清洗的費(fèi)用降低，膜的使用壽命延長。另外本發(fā)明采用浸沒式的配置，運(yùn)行能耗比外置式配置顯著降低。這些特點(diǎn)使得采用本發(fā)明處理污水時(shí)的運(yùn)行成本較低。
[0018]4.污泥產(chǎn)率低。本發(fā)明裝置用于處理市政污水時(shí)的表觀污泥產(chǎn)率僅為0.032 kgMLSS/kgCOD左右，傳統(tǒng)好氧的活性污泥法和好氧膜生物反應(yīng)器處理市政污水時(shí)的表觀污泥產(chǎn)率在0.35-0.45 kg MLSS/kg COD之間，兩者相差10倍多。在很多污水處理廠，僅處理剩余污泥的費(fèi)用就占到了所有運(yùn)行成本的20-50%之間。可見本發(fā)明用于處理市政污水時(shí)極具成本優(yōu)勢。
[0019]5.有機(jī)負(fù)荷高，占地面積小。膜生物反應(yīng)器技術(shù)通過膜組件實(shí)現(xiàn)對污泥的完全截留，實(shí)現(xiàn)了水力停留時(shí)間(HRT)和污泥停留時(shí)間(SRT)的完全分離，因而有機(jī)負(fù)荷非常高。本發(fā)明具有這一顯著優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)本發(fā)明具有較高的集成度，相比于傳統(tǒng)好氧的活性污泥法，相同處理量的條件下，其占地面積僅為前者的1/10不到。
[0020]6.全自動(dòng)控制。本發(fā)明中所有的電子器件均采用自動(dòng)編程控制器統(tǒng)一控制，自動(dòng)化程度高，可靠性強(qiáng)，減少了人力成本。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1為本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】做一個(gè)詳細(xì)的說明。
[0023]如圖1所示的一種浸沒式厭氧正滲透膜生物反應(yīng)器，該反應(yīng)器包括進(jìn)水箱1、封閉的厭氧反應(yīng)器箱體10、正滲透膜分離系統(tǒng)、沼氣收集裝置和沼氣循環(huán)曝氣系統(tǒng)。所述的厭氧反應(yīng)器箱體10上部設(shè)置有格柵網(wǎng)9，進(jìn)水箱I通過進(jìn)水泵4連接進(jìn)水管5至格柵網(wǎng)9的上部。所述的正滲透膜分離系統(tǒng)包括正滲透膜組件12、汲取液儲(chǔ)罐18、反滲透濃縮組件21和濃縮泵22，正滲透膜組件12浸沒設(shè)置在厭氧反應(yīng)器箱體10內(nèi)，正滲透膜組件12的上部連接設(shè)有汲取液管線14，汲取液管線14連接所述的汲取液儲(chǔ)罐18，正滲透膜組件12的下部連接設(shè)有出水管路，出水管路通過濃縮泵22連接所述的反滲透濃縮組件21。反滲透濃縮組件21上部通過設(shè)置濃縮管線20連接所述的汲取液儲(chǔ)罐18，反滲透濃縮組件21上設(shè)置有出水管22。所述的沼氣循環(huán)曝氣系統(tǒng)包括曝氣管13、氣體循環(huán)泵15和氣體管線16，曝氣管13設(shè)置在正滲透膜組件12的下部，曝氣管13通過氣體管線16連接氣體循環(huán)泵15，氣體循環(huán)泵15連接厭氧反應(yīng)器箱體10上部空間。所述的沼氣收集裝置也連接厭氧反應(yīng)器箱體10上部空間，所述的沼氣收集裝置包括集水槽8、氣體收集管7和導(dǎo)氣管6，導(dǎo)氣管6連接厭氧反應(yīng)器箱體10上部空間，氣體收集管7設(shè)置在集水槽8內(nèi)，導(dǎo)氣管6另一端設(shè)有U型頭，U型頭的末端伸入氣體收集管7內(nèi)。
[0024]如圖1所示,該反應(yīng)器還包括自動(dòng)控制系統(tǒng)，自動(dòng)控制系統(tǒng)包括液位感應(yīng)器2、11和自動(dòng)控制器3，液位感應(yīng)器2、11分別設(shè)置在進(jìn)水箱I和厭氧反應(yīng)器箱體10內(nèi)，自動(dòng)控制器3連接進(jìn)水泵4、氣體循環(huán)泵15和濃縮泵22。
[0025] 本發(fā)明采用正滲透膜分離系統(tǒng)分離取代傳統(tǒng)厭氧過程的污泥顆?；蚋街L的泥水分離方式，并將正滲透膜組件12直接浸沒于反應(yīng)器箱體中的厭氧污泥混合液17中，同時(shí)采用循環(huán)沼氣對膜組件進(jìn)行曝氣，這是本發(fā)明的核心內(nèi)容。
[0026]本發(fā)明所述的正滲透膜組件12的膜材質(zhì)為醋酸纖維素，膜組件形式為平板膜。所述的汲取液體系為無機(jī)鹽水溶液或糖類溶液，如20-50 g/L的氯化鈉溶液。
[0027]本發(fā)明適用的進(jìn)水水質(zhì)參數(shù)為:200-800 mg/L COD, 1-60 mg/L氨氮，0.5-10 mg/L磷酸鹽，pH = 6.5-8.0。
[0028]本發(fā)明適用的運(yùn)行操作參數(shù)為:溫度=20-60 V，HRT = 5-25 h，SRT = 60-300 d，膜通量為 5-20 L/m2 ho
[0029]應(yīng)用實(shí)施例1
采用本發(fā)明處理某實(shí)際生活污水。經(jīng)過污泥接種和馴化后(接種污泥為處理高濃度有機(jī)廢水的UASB中的污泥，馴化期為30 d)，進(jìn)水條件如下:C0D = 413 土 58 mg/L, TSS = 267土 27 mg/L,氨氮=30.2 ± 9.4 mg/L,總磷=4.I ± 0.6 mg/L, pH = 7.4 ± 0.4。設(shè)置操作條件如下:HRT = 6 h，SRT = 220 d，溫度=30 ± 3 °C，膜通量=12 L/m2 h，MLSS = 8-12 g/L。連續(xù)運(yùn)行6個(gè)月，期間出水COD濃度低于12mg/L，去除率>97%。氨氮濃度低于10mg/L，對應(yīng)70%左右的去除率?？偭兹コ?gt;80%。SS未檢出。出水水質(zhì)優(yōu)良，達(dá)到《城市污水再生利用城市雜用水水質(zhì)》(GB/T 18920-2002)的標(biāo)準(zhǔn)要求。期間對正滲透膜組件12未進(jìn)行清洗，膜組件運(yùn)行穩(wěn)定。表觀污泥產(chǎn)率僅為0.032 kg MLSS/kgCOD，表觀產(chǎn)氣率為0.24 LCH4/gCOD。
[0030]應(yīng)用實(shí)施 例2
采用本發(fā)明處理某造紙廢水。接種污泥為處理高濃度有機(jī)廢水的UASB中的污泥，馴化期為60 d。馴化完成后，連續(xù)運(yùn)行反應(yīng)器5個(gè)月，運(yùn)行期間的進(jìn)水COD為2800 mg/L左右，pH = 7.0 ± 0.2。操作條件如下:HRT = 23 h，SRT = 280 d，溫度=37 ± 2 °C，膜通量=6-8L/m2 h，MLSS = 12-15 g/L。連續(xù)期間出水COD濃度低于25 mg/L,去除率>99%。SS未檢出。出水水質(zhì)優(yōu)良，達(dá)到《城市污水再生利用城市雜用水水質(zhì)》(GB/T 18920-2002)的標(biāo)準(zhǔn)要求。表觀產(chǎn)氣率為0.35 LCH4/g。期間對正滲透膜組件12未進(jìn)行清洗，膜組件運(yùn)行穩(wěn)定。
[0031]由以上實(shí)例可知，本發(fā)明具有出水水質(zhì)好、產(chǎn)生能源、污泥產(chǎn)率低和膜污染程度輕的優(yōu)點(diǎn)。
【權(quán)利要求】
1.一種浸沒式厭氧正滲透膜生物反應(yīng)器，其特征在于:該反應(yīng)器包括進(jìn)水箱(1)、封閉的厭氧反應(yīng)器箱體(10)、正滲透膜分離系統(tǒng)、沼氣收集裝置和沼氣循環(huán)曝氣系統(tǒng)；所述的進(jìn)水箱(1)通過進(jìn)水泵(4)連接所述的厭氧反應(yīng)器箱體(10);所述的正滲透膜分離系統(tǒng)包括正滲透膜組件(12)、汲取液儲(chǔ)罐(18)、反滲透濃縮組件(21)和濃縮泵(22)，正滲透膜組件(12)浸沒設(shè)置在厭氧反應(yīng)器箱體(10)內(nèi)，正滲透膜組件(12)的上部連接設(shè)有汲取液管線(14)，汲取液管線(14)連接所述的汲取液儲(chǔ)罐(18)，正滲透膜組件(12)的下部連接設(shè)有出水管路，出水管路通過濃縮泵(22)連接所述的反滲透濃縮組件(21)，反滲透濃縮組件(21)上部通過設(shè)置濃縮管線(20)連接所述的汲取液儲(chǔ)罐(18)，反滲透濃縮組件(21)上設(shè)置有出水管(23);所述的沼氣循環(huán)曝氣系統(tǒng)包括曝氣管(13)、氣體循環(huán)泵(15)和連接管路，曝氣管(13)設(shè)置在正滲透膜組件(12)的下部，曝氣管(13)通過連接管路(16)連接氣體循環(huán)泵(15)，氣體循環(huán)泵(15)連接厭氧反應(yīng)器箱體(10)上部空間；所述的沼氣收集裝置也連接厭氧反應(yīng)器箱體(10)上部空間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種浸沒式厭氧正滲透膜生物反應(yīng)器，其特征在于:所述的沼氣收集裝置包括集水槽(8)、氣體收集管(7)和導(dǎo)氣管(6)，導(dǎo)氣管(6)連接厭氧反應(yīng)器箱體(10)上部空間，氣體收集管(7)設(shè)置在集水槽(8)內(nèi)，導(dǎo)氣管(6)另一端設(shè)有U型頭，U型頭的末端伸入氣體收集管(7)內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種浸沒式厭氧正滲透膜生物反應(yīng)器，其特征在于:該反應(yīng)器還包括自動(dòng)控制系統(tǒng)，自動(dòng)控制系統(tǒng)包括液位感應(yīng)器(2)和自動(dòng)控制器(3)，液位感應(yīng)器(2)分別設(shè)置在進(jìn)水箱(1)和厭氧反應(yīng)器箱體(10)內(nèi)，自動(dòng)控制器(3)連接進(jìn)水泵(4)、氣體循環(huán)泵(15)和濃縮泵(22)。
4.根據(jù)權(quán)利要求 1所述的一種浸沒式厭氧正滲透膜生物反應(yīng)器，其特征在于:厭氧反應(yīng)器箱體(10)上部設(shè)置有格柵網(wǎng)(9)，進(jìn)水箱(1)通過進(jìn)水泵(4)連接至格柵網(wǎng)(9)的上部。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種浸沒式厭氧正滲透膜生物反應(yīng)器，其特征在于:正滲透膜組件(12)的膜材質(zhì)為醋酸纖維素，膜組件形式為平板膜。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種浸沒式厭氧正滲透膜生物反應(yīng)器，其特征在于:汲取液體系為無機(jī)鹽水溶液或糖類溶液。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種浸沒式厭氧正滲透膜生物反應(yīng)器，其特征在于:汲取液體系為20-50 g/L的氯化鈉溶液。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種浸沒式厭氧正滲透膜生物反應(yīng)器，其特征在于進(jìn)水箱(1)進(jìn)水水質(zhì)參數(shù)為:200-800 mg/L COD, 1-60 mg/L 氨氮，0.5-10 mg/L 磷酸鹽，pH =6.5~8.00
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種浸沒式厭氧正滲透膜生物反應(yīng)器，其特征在于該反應(yīng)器運(yùn)行操作參數(shù)為:溫度=20-60 0C, HRT = 5-25 h，SRT = 60-300 d，膜通量為 5-20 L/m2 h。
【文檔編號】C02F3/28GK104016477SQ201410199932
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2014年5月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月13日
【發(fā)明者】林紅軍, 洪華嫦, 陳建榮 申請人:浙江師范大學(xué)