申請日2015.07.22
公開(公告)日2015.10.14
IPC分類號C02F9/14
摘要
本發(fā)明屬于廢水處理領(lǐng)域，特別涉及一種處理高懸浮固體濃度有機(jī)廢水的方法。該方法包括高溫生物水解預(yù)處理、厭氧膜生物反應(yīng)器處理、廢水排出和回流步驟。對于高懸浮固體濃度的有機(jī)廢水，在高溫水解反應(yīng)器中發(fā)生水解、酸化，大部分有機(jī)固體溶解至液相，在總固體濃度不變的情況下，大幅度降低了影響后續(xù)膜分離性能的懸浮固體濃度。經(jīng)水解的廢水進(jìn)入?yún)捬跄ど锓磻?yīng)器中，在膜的分離作用下，未被降解的固體有機(jī)物和厭氧微生物被截留在反應(yīng)器內(nèi)，可溶性物質(zhì)透過膜，作為透過液排出反應(yīng)器。在膜的分離作用下，膜生物反應(yīng)器的水力停留時(shí)間和固體停留時(shí)間分離，反應(yīng)器體積大幅減小，單位容積產(chǎn)氣率大幅度增加。
權(quán)利要求書
1.一種處理高懸浮固體濃度有機(jī)廢水的方法，其特征在于：所述 方法包括如下步驟：
a.高溫生物水解預(yù)處理：高懸浮固體濃度有機(jī)廢水通過管道進(jìn)入 高溫水解罐(1)中，高溫水解罐(1)中高懸浮固體濃度有機(jī)廢水的 溫度被加熱至50～75℃，開啟攪拌器(2)，使高溫水解罐(1)中的高 懸浮固體濃度有機(jī)廢水混合均勻，高懸浮固體濃度有機(jī)廢水在高溫水 解罐(1)中停留時(shí)間為2～10天，在此過程中，部分懸浮固體被水解 成可溶性物質(zhì);
b.厭氧膜生物反應(yīng)器處理：經(jīng)過步驟a高溫水解后的高懸浮固體 濃度有機(jī)廢水通過進(jìn)料泵(3)進(jìn)入到厭氧膜生物反應(yīng)器(4)中，在3 0℃～60℃溫度范圍內(nèi)被快速厭氧發(fā)酵、產(chǎn)氣;設(shè)定膜通量，確定水力 停留時(shí)間和固體停留時(shí)間;在發(fā)酵過程中，生成的甲烷和二氧化碳?xì)?體，通過厭氧膜生物反應(yīng)器(4)頂部設(shè)置的排氣孔(5)，一部分經(jīng)管 道被集氣袋(6)收集，另一部分通過氣體循環(huán)泵(7)輸送回厭氧膜 生物反應(yīng)器(4)底部設(shè)置的曝氣管(8);甲烷和二氧化碳?xì)怏w從曝氣 管(8)中曝出，并沿著膜(9)與導(dǎo)流板(10)所形成的通道向上運(yùn) 動，過程中使粘連在膜(9)與導(dǎo)流板(10)上的固體脫離膜(9)與 導(dǎo)流板(10)，并重新與高懸浮固體濃度有機(jī)廢水混合;
c.廢水排出：經(jīng)過步驟b厭氧膜生物反應(yīng)器(4)處理后的高懸浮 固體濃度有機(jī)廢水，其中一部分廢水在排水泵(11)的作用下，經(jīng)過 膜(9)和集水管(12)后排放，另一部分廢水通過排料泵(13)直接 排出;
d.回流：上述步驟c中由排料泵(13)排出的廢水中的一部分通 過回流管(14)回流至高溫水解罐(1)中，調(diào)節(jié)高溫水解罐(1)內(nèi) 的pH值為5.0～6.5。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的處理高懸浮固體濃度有機(jī)廢水的方法， 其特征在于：所述步驟a中，高溫水解罐(1)中高懸浮固體濃度有機(jī) 廢水的溫度被加熱至50～60℃，高懸浮固體濃度有機(jī)廢水在高溫水解罐 (1)中停留時(shí)間為4～7天。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的處理高懸浮固體濃度有機(jī)廢水的方法， 其特征在于：所述步驟a中，高溫水解罐(1)中高懸浮固體濃度有機(jī) 廢水的溫度被加熱至60～75℃，高懸浮固體濃度有機(jī)廢水在高溫水解罐 (1)中停留時(shí)間為3～5天。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的處理高懸浮固體濃度有機(jī)廢水的方法， 其特征在于：所述步驟b中，厭氧膜生物反應(yīng)器(4)的溫度為30℃～ 40℃，膜通量為5～10L/m2h，水力停留時(shí)間為15～20天，固體停留時(shí)間 為30～40天。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的處理高懸浮固體濃度有機(jī)廢水的方法， 其特征在于：所述步驟b中，厭氧膜生物反應(yīng)器(4)的溫度為50℃～ 60℃，膜通量為5～10L/m2h，水力停留時(shí)間為10～20天，固體停留時(shí)間 為20～40天。
說明書
一種處理高懸浮固體濃度有機(jī)廢水的方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于廢水處理領(lǐng)域，特別涉及一種處理高懸浮固體濃度有 機(jī)廢水的方法。
背景技術(shù)
隨著我國城市化進(jìn)程的加快和社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，各種高有機(jī) 物濃度和高懸浮于固體濃度的廢物和廢水處理越來越受到關(guān)注，如食 品廢水、好氧污泥和養(yǎng)殖廢水等。這些污水中含有大量的有機(jī)質(zhì)，經(jīng) 厭氧微生物的作用可以轉(zhuǎn)化為清潔的能源(甲烷)。另一方面，這些 污水中又含有大量的固體，給污水的高效厭氧甲烷發(fā)酵處理帶了很大 難度。厭氧膜生物反應(yīng)器具有截留懸浮固體有機(jī)物和厭氧微生物的優(yōu) 點(diǎn)，能夠獲得高的甲烷產(chǎn)率，又能夠獲得好的出水水質(zhì)，可以應(yīng)用于 低固體濃度的有機(jī)廢水(如城市生活污水)，但不能應(yīng)用于高懸浮固 體濃度的有機(jī)廢水(懸浮固體濃度高于10g/L的有機(jī)廢水)。目前， 高懸浮固體濃度和高有機(jī)物濃度的有機(jī)廢水處理仍然缺乏有效的技術(shù) 手段。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種高懸浮固體濃度有機(jī)廢水的處理方法， 大幅度地提高厭氧膜生物反應(yīng)器能夠處理的有機(jī)物廢水濃度。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下技術(shù)方案：
一種處理高懸浮固體濃度有機(jī)廢水的方法，其特征在于：所述方 法包括如下步驟：
a.高溫生物水解預(yù)處理：高懸浮固體濃度有機(jī)廢水通過管道進(jìn)入 高溫水解罐1中，高溫水解罐1中高懸浮固體濃度有機(jī)廢水的溫度被 加熱至50～75℃，開啟攪拌器2，使高溫水解罐1中的高懸浮固體濃度 有機(jī)廢水混合均勻，高懸浮固體濃度有機(jī)廢水在高溫水解罐1中停留 時(shí)間為2～10天，在此過程中，部分懸浮固體被水解成可溶性物質(zhì);
b.厭氧膜生物反應(yīng)器處理：經(jīng)過步驟a高溫水解后的高懸浮固體 濃度有機(jī)廢水通過進(jìn)料泵3進(jìn)入到厭氧膜生物反應(yīng)器4中，在30℃～6 0℃溫度范圍內(nèi)被快速厭氧發(fā)酵、產(chǎn)氣;設(shè)定膜通量，確定水力停留時(shí) 間和固體停留時(shí)間;在發(fā)酵過程中，生成的甲烷和二氧化碳?xì)怏w，通 過厭氧膜生物反應(yīng)器4頂部設(shè)置的排氣孔5，一部分經(jīng)管道被集氣袋6 收集，另一部分通過氣體循環(huán)泵7輸送回厭氧膜生物反應(yīng)器4底部設(shè) 置的曝氣管8;甲烷和二氧化碳?xì)怏w從曝氣管8中曝出，并沿著膜9與 導(dǎo)流板10所形成的通道向上運(yùn)動，過程中使粘連在膜9與導(dǎo)流板10 上的固體脫離膜9與導(dǎo)流板10，并重新與高懸浮固體濃度有機(jī)廢水混 合;
c.廢水排出：經(jīng)過步驟b厭氧膜生物反應(yīng)器4處理后的高懸浮固 體濃度有機(jī)廢水，其中一部分廢水在排水泵11的作用下，經(jīng)過膜9和 集水管12后排放，另一部分廢水通過排料泵13直接排出;
d.回流：上述步驟c中由排料泵13排出的廢水中的一部分通過回 流管14回流至高溫水解罐1中，調(diào)節(jié)高溫水解罐1內(nèi)的pH值為5.0～ 6.5。
優(yōu)選地，所述步驟a中，高溫水解罐1中高懸浮固體濃度有機(jī)廢 水的溫度被加熱至50～60℃，高懸浮固體濃度有機(jī)廢水在高溫水解罐1 中停留時(shí)間為4～7天。
優(yōu)選地，所述步驟a中，高溫水解罐1中高懸浮固體濃度有機(jī)廢 水的溫度被加熱至60～75℃，高懸浮固體濃度有機(jī)廢水在高溫水解罐1 中停留時(shí)間為3～5天。
優(yōu)選地，所述步驟b中，厭氧膜生物反應(yīng)器4的溫度為30℃～40℃， 膜通量為5～10L/m2h，水力停留時(shí)間為15～20天，固體停留時(shí)間為30～ 40天。
優(yōu)選地，所述步驟b中，厭氧膜生物反應(yīng)器4的溫度為50℃～60℃， 膜通量為5～10L/m2h，水力停留時(shí)間為10～20天，固體停留時(shí)間為20～40 天
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于：
(1)大幅度地提高了厭氧膜生物反應(yīng)器能夠處理的有機(jī)物廢水濃 度，將厭氧膜生物反應(yīng)器不能處理的高濃度廢水經(jīng)過高溫生物水解， 降低懸浮固體濃度后，可以在本發(fā)明的厭氧膜生物反應(yīng)器中得到處理;
(2)本發(fā)明通過高溫生物水解，將固體基質(zhì)水解液化至液相，進(jìn) 而在厭氧膜生物反應(yīng)器中，能夠快速地被發(fā)酵轉(zhuǎn)化為甲烷，大幅度地 提高了產(chǎn)氣速率和反應(yīng)器的處理能力;
(3)本發(fā)明在膜的分離作用下，反應(yīng)器出水的透過液懸浮固體濃 度大幅度降低，出水水質(zhì)提高。
附圖說明
圖1為本發(fā)明高懸浮固體濃度有機(jī)廢水的處理系統(tǒng)示意圖
其中的附圖標(biāo)記為：
1 高溫水解罐 2 攪拌電機(jī) 3 進(jìn)料泵
4 厭氧膜生物反應(yīng)器 5 排氣孔 6 集氣袋
7 氣體循環(huán)泵 8 曝氣管 9 膜
10 導(dǎo)流板 11 排水泵 12 集水管
13 排料泵 14 回流管
具體實(shí)施方式
如圖1所示，本發(fā)明提供一種高懸浮固體濃度有機(jī)廢水的處理系 統(tǒng)，包括高溫水解罐1、攪拌電機(jī)2、進(jìn)料泵3、厭氧膜生物反應(yīng)器4、 集氣袋6、氣體循環(huán)泵7、曝氣管8、膜9、導(dǎo)流板10、排水泵11、集 水管12、排料泵13和回流管14。
其中，攪拌電機(jī)2設(shè)置于高溫水解罐1中;高溫水解罐1和厭氧 膜生物反應(yīng)器4通過管道及進(jìn)料泵3連接;膜9豎直地設(shè)置于厭氧膜 生物反應(yīng)器4中，每個(gè)膜9兩側(cè)均設(shè)置有與其平行的導(dǎo)流板10;膜9 頂部通過管道與設(shè)置在厭氧膜生物反應(yīng)器4上部的集水管12連接，集 水管12與厭氧膜生物反應(yīng)器4外部的排水泵11連接;厭氧膜生物反 應(yīng)器4頂部設(shè)置有排氣孔5，底部設(shè)置有曝氣管8，排氣孔5通過管道 分別與集氣袋6和氣體循環(huán)泵7連接，氣體循環(huán)泵7的另一端與曝氣 管8連接;厭氧膜生物反應(yīng)器4底部側(cè)面設(shè)置有排料口，并與排料泵 13連接;排料泵13出料端連接兩個(gè)分支管道，一支連接至外界廢料收 集池，另一支通過回流管14連接至高溫水解罐1的進(jìn)料口。
針對有機(jī)廢水厭氧消化工藝的不足，本發(fā)明提供一種高溫生物水 解預(yù)處理組合厭氧膜生物反應(yīng)器的方法，包括如下步驟：
a.高溫生物水解預(yù)處理：
高懸浮固體濃度有機(jī)廢水通過管道進(jìn)入高溫水解罐1中，高溫水 解罐1中高懸浮固體濃度有機(jī)廢水的溫度被加熱至50～75℃，開啟攪拌 器2，使高溫水解罐1中的高懸浮固體濃度有機(jī)廢水混合均勻，高懸浮 固體濃度有機(jī)廢水在高溫水解罐1中停留時(shí)間為2～10天，在此過程中， 部分懸浮固體被水解成可溶性物質(zhì);
b.厭氧膜生物反應(yīng)器處理：
經(jīng)過步驟a高溫水解后的高懸浮固體濃度有機(jī)廢水通過進(jìn)料泵3 進(jìn)入到厭氧膜生物反應(yīng)器4中，在30℃～60℃溫度范圍內(nèi)被快速厭氧發(fā) 酵、產(chǎn)氣;設(shè)定膜通量，確定水力停留時(shí)間和固體停留時(shí)間。在發(fā)酵 過程中，生成的甲烷和二氧化碳混合氣體，通過厭氧膜生物反應(yīng)器4 頂部設(shè)置的排氣孔5，一部分經(jīng)管道被集氣袋6收集，另一部分通過氣 體循環(huán)泵7輸送回厭氧膜生物反應(yīng)器4底部設(shè)置的曝氣管8。甲烷和二 氧化碳混合氣體從曝氣管8中曝出，并沿著膜9與導(dǎo)流板10所形成的 通道向上運(yùn)動，過程中使粘連在膜9與導(dǎo)流板10上的固體脫離膜9與 導(dǎo)流板10，并重新與高懸浮固體濃度有機(jī)廢水混合;
c.廢水排出：經(jīng)過步驟b厭氧膜生物反應(yīng)器4處理后的高懸浮固 體濃度有機(jī)廢水，其中一部分廢水在排水泵11的作用下，經(jīng)過膜9和 集水管12后排放，另一部分廢水通過排料泵13直接排出;
d.回流：上述步驟c中由排料泵13排出的廢水中的一部分通過回 流管14回流至高溫水解罐1中，調(diào)節(jié)高溫水解罐1內(nèi)的pH值為 5.0～6.5，使水解微生物處于適宜的pH范圍，高溫水解罐1具有高的水 解懸浮固體的能力。
優(yōu)選地，步驟a中，高溫水解罐1中高懸浮固體濃度有機(jī)廢水的 溫度被加熱至50～60℃，高懸浮固體濃度有機(jī)廢水在高溫水解罐1中停 留時(shí)間為4～7天。
優(yōu)選地，步驟a中，高溫水解罐1中高懸浮固體濃度有機(jī)廢水的 溫度被加熱至60～75℃，高懸浮固體濃度有機(jī)廢水在高溫水解罐1中停 留時(shí)間為3～5天。
優(yōu)選地，步驟b中，厭氧膜生物反應(yīng)器4的溫度為30℃～40℃，膜 通量為5～10L/m2h，水力停留時(shí)間為15～20天，固體停留時(shí)間為30～40 天。
優(yōu)選地，步驟b中，厭氧膜生物反應(yīng)器4的溫度為50℃～60℃，膜 通量為5～10L/m2h，水力停留時(shí)間為10～20天，固體停留時(shí)間為20～40 天。
對于高懸浮固體濃度的有機(jī)廢水，在高溫水解反應(yīng)器中發(fā)生水解、 酸化，大部分有機(jī)固體溶解至液相，在總固體濃度不變的情況下，大 幅度降低了影響后續(xù)膜分離性能的懸浮固體濃度。
高溫水解罐1中水解微生物適宜的pH范圍是5.0～6.5，高懸浮固 體濃度的有機(jī)廢水進(jìn)入高溫水解罐1中經(jīng)過高溫水解反應(yīng)后，pH值降 低至低于4.0;經(jīng)過厭氧膜生物反應(yīng)器4處理后的廢水pH值增高至7.0 以上;高pH值的廢水回流至高溫水解罐1中，與低pH值的廢水混合， 使高溫水解罐1中pH值達(dá)到5.0～6.5。
經(jīng)水解的廢水進(jìn)入?yún)捬跄ど锓磻?yīng)器中，在膜的分離作用下，未 被降解的固體有機(jī)物和厭氧微生物被截留在反應(yīng)器內(nèi)，水和少量未被 降解的可溶性物質(zhì)透過膜，作為透過液排出反應(yīng)器。在膜的分離作用 下，膜生物反應(yīng)器的水力停留時(shí)間和固體停留時(shí)間分離，反應(yīng)器體積 大幅減小，單位容積產(chǎn)氣率大幅度增加。
下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步說明。
實(shí)施例1
乳制品廢水進(jìn)行厭氧消化處理
乳制品廢水中的固體濃度為50～150g/L，其中懸浮固體濃度為 20～120g/L;
a.高溫生物水解預(yù)處理：乳制品廢水通過管道進(jìn)入高溫水解罐1 中，高溫水解罐1中乳制品廢水的溫度被加熱至50～60℃，開啟攪拌器 2，使高溫水解罐1中的乳制品廢水混合均勻，乳制品廢水在高溫水解 罐1中停留時(shí)間為4～7天，總固體濃度不變，懸浮固體濃度降低至 20～50g/L;
b.厭氧膜生物反應(yīng)器處理：經(jīng)過步驟a高溫水解后的乳制品廢水 通過進(jìn)料泵3進(jìn)入到厭氧膜生物反應(yīng)器4中，在30℃～40℃溫度范圍內(nèi) 被快速發(fā)酵;膜通量設(shè)定為5～10L/m2h，水力停留時(shí)間15～20天，固體 停留時(shí)間30～40天;在發(fā)酵過程中，生成的甲烷和二氧化碳?xì)怏w，通 過厭氧膜生物反應(yīng)器4頂部設(shè)置的排氣孔5經(jīng)管道，一部分被集氣袋6 收集，另一部分通過氣體循環(huán)泵7輸送回厭氧膜生物反應(yīng)器4底部設(shè) 置的曝氣管8;甲烷和二氧化碳?xì)怏w從曝氣管8中曝出，并沿膜9與導(dǎo) 流板10所形成的通道向上運(yùn)動，過程中使膜9和導(dǎo)流板10上不粘附 固體;
c.廢水排出：經(jīng)過步驟b厭氧膜生物反應(yīng)器處理后的乳制品廢水， 其中一部分廢水在排水泵11的作用下，經(jīng)過膜9和集水管12后排放， 另一部分廢水直接通過排料泵13直接排出;
d.回流：上述步驟c中，由排料泵13排出的廢水中的一部分通過 回流管14回流至高溫水解罐1中，調(diào)節(jié)高溫水解罐1內(nèi)的pH為 5.0～6.5。
經(jīng)過此流程處理的乳制品廢水中有機(jī)物的70～80%被降解轉(zhuǎn)化為 甲烷，廢水在厭氧膜生物反應(yīng)器中的停留時(shí)間為10～20天，單位容積 反應(yīng)器處理能力比常規(guī)方法提高40～60%。
實(shí)施例2
釀酒廢水進(jìn)行厭氧消化處理
釀酒廢水的固體濃度為20～50g/L，其中懸浮固體濃度為15～40 g/L;
a.高溫生物水解預(yù)處理：釀酒廢水通過管道進(jìn)入高溫水解罐1中， 高溫水解罐1中釀酒廢水的溫度被加熱至60～75℃，開啟攪拌器2，使 高溫水解罐1中的釀酒廢水混合均勻，釀酒廢水在高溫水解罐1中停 留時(shí)間為3～5天，總固體濃度不變，懸浮固體濃度降低至5～20g/L;
b.厭氧膜生物反應(yīng)器處理：經(jīng)過步驟a高溫水解后的釀酒廢水通 過進(jìn)料泵3進(jìn)入到厭氧膜生物反應(yīng)器4中，在50℃～60℃溫度范圍內(nèi)被 快速發(fā)酵;膜通量設(shè)定為5～10L/m2h，水力停留時(shí)間10～20天，固體停 留時(shí)間20～40天;在發(fā)酵過程中，生成的甲烷和二氧化碳?xì)怏w，通過 厭氧膜生物反應(yīng)器4頂部設(shè)置的排氣孔5經(jīng)管道，一部分被集氣袋6 收集，另一部分通過氣體循環(huán)泵7輸送回厭氧膜生物反應(yīng)器4底部設(shè) 置的曝氣管8;甲烷和二氧化碳?xì)怏w從曝氣管8中曝出，并沿膜9與導(dǎo) 流板10所形成的通道向上運(yùn)動，過程中使膜9和導(dǎo)流板10上不粘附 固體;
c.廢水排出：經(jīng)過步驟b厭氧膜生物反應(yīng)器處理后釀酒廢水，其 中一部分廢水在排水泵11的作用下，經(jīng)過膜9和集水管12后排放， 另一部分廢水直接通過排料泵13直接排出;
d.回流：上述步驟c中由排料泵13排出的廢水中的一部分通過回 流管14回流至高溫水解罐1中，調(diào)節(jié)高溫水解罐1內(nèi)的pH為5.0～6.5。
經(jīng)過此流程處理的啤酒廢水中有機(jī)物的70～90%被降解轉(zhuǎn)化為甲 烷，廢水在厭氧膜生物反應(yīng)器中的停留時(shí)間為10～20天，單位容積反 應(yīng)器處理能力比常規(guī)方法提高40～60%。
