申請日2015.10.28
公開(公告)日2016.01.13
IPC分類號C02F9/14; C02F3/28; C02F103/20
摘要
本發(fā)明公開了一種用于處理畜禽養(yǎng)殖廢水的厭氧雙向旋轉(zhuǎn)膜生物反應(yīng)器及其運行方法，包括進水箱、進水蠕動泵、厭氧反應(yīng)器、循環(huán)蠕動泵、恒溫水浴箱、雙向旋轉(zhuǎn)膜組件和出水蠕動泵;進水箱連接進水蠕動泵，進水蠕動泵連接厭氧反應(yīng)器，厭氧反應(yīng)器分別連接雙向旋轉(zhuǎn)膜組件和循環(huán)蠕動泵，循環(huán)蠕動泵連接恒溫水浴箱，恒溫水浴箱連接雙向旋轉(zhuǎn)膜組件，雙向旋轉(zhuǎn)膜組件連接出水蠕動泵;雙向旋轉(zhuǎn)膜組件包括中心傳動軸、旋轉(zhuǎn)電機和復(fù)數(shù)個旋轉(zhuǎn)膜片。本發(fā)明能控制膜表面污染層的發(fā)展，進一步提高抗膜污染性能，而且操作步驟簡單，可充分發(fā)揮厭氧膜生物反應(yīng)器在畜禽養(yǎng)殖廢水處理方面的技術(shù)優(yōu)勢，同時又可有效避免厭氧膜生物反應(yīng)器的膜污染問題。
摘要附圖
權(quán)利要求書
1.一種用于處理畜禽養(yǎng)殖廢水的厭氧雙向旋轉(zhuǎn)膜生物反應(yīng)器，其特征在于：包括進水箱、進水蠕動泵、厭氧反應(yīng)器、循環(huán)蠕動泵、恒溫水浴箱、雙向旋轉(zhuǎn)膜組件和出水蠕動泵;
進水箱連接進水蠕動泵，進水蠕動泵連接厭氧反應(yīng)器，厭氧反應(yīng)器分別連接雙向旋轉(zhuǎn)膜組件和循環(huán)蠕動泵，循環(huán)蠕動泵連接恒溫水浴箱，恒溫水浴箱連接雙向旋轉(zhuǎn)膜組件，雙向旋轉(zhuǎn)膜組件連接出水蠕動泵;
雙向旋轉(zhuǎn)膜組件包括中心傳動軸、旋轉(zhuǎn)電機和復(fù)數(shù)個旋轉(zhuǎn)膜片;旋轉(zhuǎn)電機連接中心傳動軸，復(fù)數(shù)個旋轉(zhuǎn)膜片穿設(shè)固定在中心傳動軸上，通過旋轉(zhuǎn)電機中心傳動軸帶動旋轉(zhuǎn)膜片正反向雙向旋轉(zhuǎn);中心傳動軸內(nèi)部具有濾液集水的中空通道;
進水箱中的廢水通過進水蠕動泵輸送至厭氧反應(yīng)器與厭氧反應(yīng)器內(nèi)的厭氧污泥充分混合并進行降解，厭氧反應(yīng)器內(nèi)的污泥混合液通過循環(huán)蠕動泵輸送至恒溫水浴箱進行恒溫控制后再輸送至雙向旋轉(zhuǎn)膜組件，在雙向旋轉(zhuǎn)膜組件內(nèi)產(chǎn)生濾液和濃縮污泥混合液，濾液在出水蠕動泵的抽吸負壓作用下透過旋轉(zhuǎn)膜片進入中心傳動軸內(nèi)被抽吸出;被膜截留的濃縮污泥混合液輸送返回至厭氧反應(yīng)器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于處理畜禽養(yǎng)殖廢水的厭氧雙向旋轉(zhuǎn)膜生物反應(yīng)器，其特征在于：還包括PLC裝置，PLC裝置分別與進水箱、進水蠕動泵、厭氧反應(yīng)器、循環(huán)蠕動泵、恒溫水浴箱、雙向旋轉(zhuǎn)膜組件和出水蠕動泵電連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于處理畜禽養(yǎng)殖廢水的厭氧雙向旋轉(zhuǎn)膜生物反應(yīng)器，其特征在于：旋轉(zhuǎn)膜片為平行放置的盤式旋轉(zhuǎn)膜片。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的一種用于處理畜禽養(yǎng)殖廢水的厭氧雙向旋轉(zhuǎn)膜生物反應(yīng)器，其特征在于：旋轉(zhuǎn)膜片間距為1cm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于處理畜禽養(yǎng)殖廢水的厭氧雙向旋轉(zhuǎn)膜生物反應(yīng)器，其特征在于：雙向旋轉(zhuǎn)膜組件具有進液口、濾液出口和返回液出口，進液口和返回液出口位于雙向旋轉(zhuǎn)膜組件的同一側(cè)，進液口位于旋轉(zhuǎn)膜片的下方，返回液出口位于旋轉(zhuǎn)膜片的上方，濾液出口位于旋轉(zhuǎn)電機的下方。
6.一種用于處理畜禽養(yǎng)殖廢水的厭氧雙向旋轉(zhuǎn)膜生物反應(yīng)器的運行方法，其特征在于：包括以下步驟：
第一步，進水箱中的廢水通過進水蠕動泵輸送至厭氧反應(yīng)器;
第二步，廢水與厭氧反應(yīng)器內(nèi)的厭氧污泥充分混合并進行降解，厭氧反應(yīng)器內(nèi)溫度30~35°C，水力停留時間1.6~3.3d，運行負荷0.4~3.5kgCOD·m-3·d-1;
第三步，厭氧反應(yīng)器內(nèi)的污泥混合液通過循環(huán)蠕動泵輸送至恒溫水浴箱進行溫度控制，使污泥混合液溫度控制在30~35℃;
第四步，將污泥混合液輸送至雙向旋轉(zhuǎn)膜組件;
第五步，在膜出水抽吸頻率每10min抽吸8min;膜通量12.0~26.8L·m-2·h-1;膜旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速150rpm;雙向旋轉(zhuǎn)周期0.5h的條件下，雙向旋轉(zhuǎn)膜組件內(nèi)通過旋轉(zhuǎn)電機的作用中心傳動軸帶動旋轉(zhuǎn)膜片正反向雙向旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生濾液和濃縮污泥混合液，濾液在出水蠕動泵的抽吸負壓作用下透過旋轉(zhuǎn)膜片進入中心傳動軸內(nèi)被抽吸出;被膜截留的濃縮污泥混合液輸送返回至厭氧反應(yīng)器。
說明書
一種用于處理畜禽養(yǎng)殖廢水的厭氧雙向旋轉(zhuǎn)膜生物反應(yīng)器及其運行方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及畜禽養(yǎng)殖廢水處理的技術(shù)領(lǐng)域，特指一種用于處理畜禽養(yǎng)殖廢水的厭氧雙向旋轉(zhuǎn)膜生物反應(yīng)器及其運行方法。
背景技術(shù)
畜禽養(yǎng)殖廢水的有機物、氨氮、懸浮物濃度高，直接排放會對生態(tài)環(huán)境造成嚴重的威脅，因而需要對畜禽養(yǎng)殖廢水進一步處理排放。對畜禽養(yǎng)殖廢水的處理可采用厭氧處理技術(shù)以實現(xiàn)廢水的處理和資源的回收利用。
厭氧處理技術(shù)是在厭氧條件下，通過專性和兼性厭氧微生物的共同作用，將有機物進行分解，同時以沼氣、沼液和沼渣的形式回收能源和資源。該技術(shù)的發(fā)展已有百余年歷史，近幾十年來出現(xiàn)了一系列高效厭氧反應(yīng)器，如上流式厭氧污泥床、厭氧濾池、厭氧流化床等。這些反應(yīng)器主要通過污泥顆粒化和形成生物膜的方式來實現(xiàn)微生物截留，避免微生物流失，來提高處理能力。當(dāng)它們用于畜禽養(yǎng)殖廢水這類高懸浮物廢水時，受懸浮物影響，易出現(xiàn)污泥顆�；�、堵塞或短流等現(xiàn)象，處理能力下降。雖然傳統(tǒng)的完全混合式厭氧消化池適用于高懸浮物廢水，但由于無微生物截留功能，使得處理效率低，占地大，抗沖擊負荷能力較差，運行不穩(wěn)定。因此，針對畜禽養(yǎng)殖廢水，開發(fā)高效、穩(wěn)定、實用的新型厭氧工藝是十分必要的。
近年來，隨著國內(nèi)外膜技術(shù)的蓬勃發(fā)展，膜分離在各個領(lǐng)域的應(yīng)用逐漸深入，其中，厭氧膜生物反應(yīng)器作為一種新興膜組合工藝，逐漸受到關(guān)注。厭氧膜生物反應(yīng)器是膜技術(shù)與厭氧處理工藝相結(jié)合的復(fù)合系統(tǒng)。該工藝應(yīng)用于畜禽養(yǎng)殖廢水的優(yōu)勢如下：
(1)厭氧膜生物反應(yīng)器運行負荷高，占地小。
厭氧膜生物反應(yīng)器不依賴于污泥顆�；蜕锬ば纬蓙斫亓粑⑸�，而是依靠膜組件的分離來實現(xiàn)微生物的有效截留，保證了反應(yīng)器內(nèi)較高的微生物濃度，從而提高運行負荷，減小反應(yīng)器容積。
(2)厭氧膜生物反應(yīng)器更加高效穩(wěn)定。
厭氧膜生物反應(yīng)器可以在強化廢水和微生物之間混合的同時，仍保證較高微生物濃度而不必擔(dān)心微生物流失，從而提高處理效率和產(chǎn)生甲烷的能力，增強抗沖擊負荷能力，運行性能穩(wěn)定，減少后續(xù)管理問題。此外，由于膜的截留作用，廢水中的懸浮顆粒物和部分污染物能夠長時間被截留于反應(yīng)器內(nèi)，進一步改善廢水處理和資源回收率。
(3)厭氧膜生物反應(yīng)器出水水質(zhì)好。
膜組件截留作用能夠使系統(tǒng)出水水質(zhì)優(yōu)于其他厭氧工藝。
(4)厭氧膜生物反應(yīng)器工藝相對簡單，可形成一體化設(shè)備，后期運行維護容易。
可見，該工藝在畜禽養(yǎng)殖廢水處理方面具有顯著優(yōu)勢。但是，目前膜污染仍是困擾厭氧膜生物反應(yīng)器發(fā)展的一個重要原因。膜污染會造成膜通量下降，影響整個系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。而將厭氧膜生物反應(yīng)器用于處理成分復(fù)雜的畜禽養(yǎng)殖廢水時，膜污染問題可能更加突出。因此，厭氧膜污染的徹底解決將切實推進厭氧膜生物反應(yīng)器在畜禽養(yǎng)殖廢水處理中的實際應(yīng)用。
目前，國內(nèi)外研究者對厭氧膜生物反應(yīng)器中膜污染的控制措施包括改善混合液性質(zhì)(如污泥濃度、溶解性有機物、顆粒粒徑等)、調(diào)節(jié)操作條件(如膜通量、跨膜壓差、錯流速率和抽吸模式等)，改進膜材料提高其抗污染性。
對于較為傳統(tǒng)常見的外置式厭氧膜生物反應(yīng)器，通過泵循環(huán)提供高錯流速率是普遍采用的方式。而對于近年備受推崇的能耗較低的浸沒式厭氧膜生物反應(yīng)器，研究者們則常�？紤]采用沼氣循環(huán)的方式在膜表面進行擾動來減輕膜污染。但是，沼氣循環(huán)的運行相對復(fù)雜，且沼氣的擾動有可能降低污泥顆粒粒徑，從而造成負面影響。目前，針對膜污染的問題，一種新型的厭氧膜生物反應(yīng)器——厭氧旋轉(zhuǎn)膜生物反應(yīng)器引起了人們的關(guān)注。
厭氧旋轉(zhuǎn)膜生物反應(yīng)器就是采用了旋轉(zhuǎn)膜組件的厭氧膜生物反應(yīng)器。其中，旋轉(zhuǎn)膜組件可通過膜自身旋轉(zhuǎn)形成的湍流來提高水力剪切力以控制膜表面污染層的形成。目前，厭氧旋轉(zhuǎn)膜生物反應(yīng)器的相關(guān)研究較少。Jiang等人曾將旋轉(zhuǎn)平板膜組件用于厭氧膜生物反應(yīng)器中，并研究了該反應(yīng)器厭氧氨氧化的啟動過程。研究中發(fā)現(xiàn)，厭氧旋轉(zhuǎn)膜生物反應(yīng)器的膜過濾性能優(yōu)于傳統(tǒng)厭氧膜生物反應(yīng)器。白玲等人研發(fā)了一種浸沒式雙軸旋轉(zhuǎn)厭氧膜生物反應(yīng)器并將其用于處理模擬啤酒廢水。研究結(jié)果表明，依靠膜組件雙軸旋轉(zhuǎn)而形成的良好水力條件可有效控制膜污染的發(fā)展。但是，這種浸沒式雙軸旋轉(zhuǎn)厭氧膜生物反應(yīng)器在實際運行中，膜組件容易發(fā)生破損，對工藝制造的要求高，不易放大推廣。而且上述關(guān)于厭氧旋轉(zhuǎn)膜生物反應(yīng)器研究中的旋轉(zhuǎn)膜組件均采用單向旋轉(zhuǎn)方式。
因此，為了進一步提高抗膜污染性能，本發(fā)明人對此做進一步研究，研發(fā)出一種用于處理畜禽養(yǎng)殖廢水的厭氧雙向旋轉(zhuǎn)膜生物反應(yīng)器及其運行方法，本案由此產(chǎn)生。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種用于處理畜禽養(yǎng)殖廢水的厭氧雙向旋轉(zhuǎn)膜生物反應(yīng)器，控制膜表面污染層的發(fā)展，進一步提高抗膜污染性能。
本發(fā)明的又一目的在于提供一種用于處理畜禽養(yǎng)殖廢水的厭氧雙向旋轉(zhuǎn)膜生物反應(yīng)器的運行方法，操作步驟簡單，可充分發(fā)揮厭氧膜生物反應(yīng)器在畜禽養(yǎng)殖廢水處理方面的技術(shù)優(yōu)勢，同時又可有效避免厭氧膜生物反應(yīng)器的膜污染問題。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：
一種用于處理畜禽養(yǎng)殖廢水的厭氧雙向旋轉(zhuǎn)膜生物反應(yīng)器，包括進水箱、進水蠕動泵、厭氧反應(yīng)器、循環(huán)蠕動泵、恒溫水浴箱、雙向旋轉(zhuǎn)膜組件和出水蠕動泵;
進水箱連接進水蠕動泵，進水蠕動泵連接厭氧反應(yīng)器，厭氧反應(yīng)器分別連接雙向旋轉(zhuǎn)膜組件和循環(huán)蠕動泵，循環(huán)蠕動泵連接恒溫水浴箱，恒溫水浴箱連接雙向旋轉(zhuǎn)膜組件，雙向旋轉(zhuǎn)膜組件連接出水蠕動泵;
雙向旋轉(zhuǎn)膜組件包括中心傳動軸、旋轉(zhuǎn)電機和復(fù)數(shù)個旋轉(zhuǎn)膜片;旋轉(zhuǎn)電機連接中心傳動軸，復(fù)數(shù)個旋轉(zhuǎn)膜片穿設(shè)固定在中心傳動軸上，通過旋轉(zhuǎn)電機中心傳動軸帶動旋轉(zhuǎn)膜片正反向雙向旋轉(zhuǎn);中心傳動軸內(nèi)部具有濾液集水的中空通道;
進水箱中的廢水通過進水蠕動泵輸送至厭氧反應(yīng)器與厭氧反應(yīng)器內(nèi)的厭氧污泥充分混合并進行降解，厭氧反應(yīng)器內(nèi)的污泥混合液通過循環(huán)蠕動泵輸送至恒溫水浴箱進行恒溫控制后再輸送至雙向旋轉(zhuǎn)膜組件，在雙向旋轉(zhuǎn)膜組件內(nèi)產(chǎn)生濾液和濃縮污泥混合液，濾液在出水蠕動泵的抽吸負壓作用下透過旋轉(zhuǎn)膜片進入中心傳動軸內(nèi)被抽吸出;被膜截留的濃縮污泥混合液輸送返回至厭氧反應(yīng)器。
進一步，還包括PLC裝置，PLC裝置分別與進水箱、進水蠕動泵、厭氧反應(yīng)器、循環(huán)蠕動泵、恒溫水浴箱、雙向旋轉(zhuǎn)膜組件和出水蠕動泵電連接。
進一步，旋轉(zhuǎn)膜片為平行放置的盤式旋轉(zhuǎn)膜片。
進一步，旋轉(zhuǎn)膜片間距為1cm。
進一步，雙向旋轉(zhuǎn)膜組件具有進液口、濾液出口和返回液出口，進液口和返回液出口位于雙向旋轉(zhuǎn)膜組件的同一側(cè)，進液口位于旋轉(zhuǎn)膜片的下方，返回液出口位于旋轉(zhuǎn)膜片的上方，濾液出口位于旋轉(zhuǎn)電機的下方。
一種用于處理畜禽養(yǎng)殖廢水的厭氧雙向旋轉(zhuǎn)膜生物反應(yīng)器的運行方法，包括以下步驟：
第一步，進水箱中的廢水通過進水蠕動泵輸送至厭氧反應(yīng)器;
第二步，廢水與厭氧反應(yīng)器內(nèi)的厭氧污泥充分混合并進行降解，厭氧反應(yīng)器內(nèi)溫度30~35°C，水力停留時間1.6~3.3d，運行負荷0.4~3.5kgCOD·m-3·d-1;
第三步，厭氧反應(yīng)器內(nèi)的污泥混合液通過循環(huán)蠕動泵輸送至恒溫水浴箱進行溫度控制，使污泥混合液溫度控制在30~35℃;
第四步，將污泥混合液輸送至雙向旋轉(zhuǎn)膜組件;
第五步，在膜出水抽吸頻率每10min抽吸8min;膜通量12.0~26.8L·m-2·h-1;膜旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速150rpm;雙向旋轉(zhuǎn)周期0.5h的條件下，雙向旋轉(zhuǎn)膜組件內(nèi)通過旋轉(zhuǎn)電機的作用中心傳動軸帶動旋轉(zhuǎn)膜片正反向雙向旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生濾液和濃縮污泥混合液，濾液在出水蠕動泵的抽吸負壓作用下透過旋轉(zhuǎn)膜片進入中心傳動軸內(nèi)被抽吸出;被膜截留的濃縮污泥混合液輸送返回至厭氧反應(yīng)器。
采用上述方案后，由于本發(fā)明構(gòu)建的厭氧雙向旋轉(zhuǎn)膜生物反應(yīng)器中膜組件采用的是雙向旋轉(zhuǎn)的方式。通過這種正反向往復(fù)旋轉(zhuǎn)的方式可以使膜的旋轉(zhuǎn)速度與料液的流動速度矢量疊加，提高膜表面的速度梯度，從而強化膜表面的剪切作用，控制膜污染的發(fā)展，延緩膜通量的衰減。將該工藝應(yīng)用于畜禽養(yǎng)殖廢水的處理，可充分發(fā)揮厭氧膜生物反應(yīng)器在畜禽養(yǎng)殖廢水處理方面的技術(shù)優(yōu)勢，同時可有效避免厭氧膜生物反應(yīng)器的膜污染問題。
