申請日2010.06.02
公開(公告)日2010.10.06
IPC分類號C02F11/04
摘要
本發(fā)明公開了屬于用于污泥厭氧消化的系統(tǒng)及工藝技術(shù)領(lǐng)域的用于污泥消化的在線超聲厭氧膜生物反應(yīng)系統(tǒng)及運行方法。該在線超聲厭氧膜生物反應(yīng)系統(tǒng)包括厭氧消化罐和膜組件，膜組件外配有超聲清洗槽。運行過程中厭氧消化罐中的污泥混合液送至配有超聲清洗槽的外置式膜組件中。采用本發(fā)明的系統(tǒng)，揮發(fā)性有機物負荷高達2.7kg/m3·d，高出傳統(tǒng)工藝的運行負荷。在2.7kg/m3·d的負荷下，在線超聲厭氧膜生物反應(yīng)系統(tǒng)對剩余污泥的消化效果理想，VS平均降解率達到66.8%，在1.0m/s的低錯流速度下，由于在線超聲的引入，與無超聲的膜組件相比，在線超聲厭氧膜生物反應(yīng)系統(tǒng)的膜污染程度得到控制。
摘要附圖
權(quán)利要求書
1.一種用于污泥消化的在線超聲厭氧膜生物反應(yīng)系統(tǒng)，其特征在于：該在線超聲厭氧膜生物反應(yīng)系統(tǒng)包括厭氧消化罐(3)和膜組件(9);
所述厭氧消化罐(3)上設(shè)置保溫水套層、污泥混合液入口、沼氣出口和污泥混合液出口，所述厭氧消化罐(3)內(nèi)裝有攪拌器;
所述膜組件(9)為外置式膜組件，其上設(shè)置混合液進水口、截留液出水口和膜濾液出水口，所述膜組件(9)外配有超聲清洗槽(8);
所述厭氧消化罐(3)的污泥混合液入口經(jīng)a蠕動泵(2)與污泥罐(1)相連;
所述厭氧消化罐(3)的保溫水套層與恒溫水箱(4)相連，所述恒溫水箱(4)再經(jīng)水泵(5)與所述厭氧消化罐(3)的保溫水套層連接;所述厭氧消化罐(3)的沼氣出口與排水集氣瓶(6)相連;
所述厭氧消化罐(3)的污泥混合液出口與螺桿泵(7)相連，所述螺桿泵(7)與所述膜組件(9)的混合液進水口連接;
所述膜組件(9)的截留液出水口與所述厭氧消化罐(3)連接，所述膜組件(9)的膜濾液出水口與b蠕動泵(10)連接;
在所述膜組件(9)的混合液進水口、截留液出水口及膜濾液出水口分別安裝水銀壓差計(12)及調(diào)節(jié)閥門(11)，用于膜跨膜壓差測定及流量調(diào)節(jié)。
2.一種用于污泥消化的在線超聲厭氧膜生物反應(yīng)系統(tǒng)的運行方法，其特征在于：通過a蠕動泵(2)將污泥罐(1)中的剩余污泥間歇地均勻注入裝有攪拌器的厭氧消化罐(3)中;
為了保證污泥的中溫厭氧消化，通過水泵(5)將恒溫水箱(4)中的恒溫水注入?yún)捬跸?3)的保溫水套層;
污泥消化過程中產(chǎn)生的沼氣通過排水集氣瓶(6)收集;
厭氧消化罐(3)中的污泥混合液通過螺桿泵(7)送至配有超聲清洗槽(8)的外置式膜組件(9)中，經(jīng)膜組件截留的濃縮混合液返回至消化罐中，而膜濾出液通過b蠕動泵(10)進行抽吸;
在膜組件(9)的混合液進水口、截留液出水口及膜濾液出水口分別安裝水銀壓差計(12)及調(diào)節(jié)閥門(11)，用于膜跨膜壓差測定及流量調(diào)節(jié)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種用于污泥消化的在線超聲厭氧膜生物反應(yīng)系統(tǒng)的運行方法，其特征在于：污泥罐(1)中待消化的剩余污泥取自污水處理廠二沉池的剩余活性污泥。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種用于污泥消化的在線超聲厭氧膜生物反應(yīng)系統(tǒng)的運行方法，其特征在于：所述a蠕動泵(2)開啟頻率為每12分鐘進泥1.5分鐘。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種用于污泥消化的在線超聲厭氧膜生物反應(yīng)系統(tǒng)的運行方法，其特征在于：所述恒溫水箱(4)內(nèi)水溫為35±2℃，即污泥的消化溫度為35±2℃。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種用于污泥消化的在線超聲厭氧膜生物反應(yīng)系統(tǒng)的運行方法，其特征在于：在線超聲厭氧膜生物反應(yīng)系統(tǒng)的SRT為36天。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種用于污泥消化的在線超聲厭氧膜生物反應(yīng)系統(tǒng)的運行方法，其特征在于：所述膜組件(9)的錯流速度為1.0m/s，膜通量為7L/m2·h。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種用于污泥消化的在線超聲厭氧膜生物反應(yīng)系統(tǒng)的運行方法，其特征在于：所述b蠕動泵(10)抽吸頻率為每10分鐘抽吸8分鐘。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種用于污泥消化的在線超聲厭氧膜生物反應(yīng)系統(tǒng)的運行方法，其特征在于：所述超聲清洗槽(8)超聲條件如下，工作頻率為28kHz，超聲功率為200W，作用時間為每10分鐘工作1分鐘。
說明書
用于污泥消化的在線超聲厭氧膜生物反應(yīng)系統(tǒng)及運行方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于用于污泥厭氧消化的系統(tǒng)及工藝技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及用于污泥消化的在線超聲厭氧膜生物反應(yīng)系統(tǒng)及運行方法。
背景技術(shù)
剩余污泥是污水生物處理過程中的副產(chǎn)物。近年來，隨著污水處理量的增加而逐年增多。大量污泥對生態(tài)環(huán)境來說是極大的威脅，必須得到適當?shù)奶幚砗吞幹谩６勰嗵幚砗吞幹贸杀据^高，一般占整個污水處理廠運行成本的50～60%，因此，其相關(guān)工藝一直以來是研究的熱點。污泥的處理和處置一般遵循減量化、穩(wěn)定化和無害化的原則。其中，污泥的穩(wěn)定化是指將污泥中的有機物轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的最終產(chǎn)物。若不經(jīng)過穩(wěn)定化處理，污泥中的有機物會發(fā)生降解，極易腐敗而產(chǎn)生惡臭。污泥穩(wěn)定化一般采用的是生物好氧或厭氧消化工藝。
目前，污泥的厭氧消化工藝一般都還是沿用傳統(tǒng)的厭氧消化池。由于沒有固液分離功能，其水力停留時間(HRT)和污泥停留時間(SRT)相同。污泥中的有機物需要較長的SRT(20～30天)才能得到有效降解，這樣就使得傳統(tǒng)厭氧消化池的HRT也需要20～30天，甚至更長的時間，其反應(yīng)器容積相應(yīng)很大，大大增加了投資的成本。于是，人們開始尋求新的工藝來代替厭氧消化池。近年來的研究發(fā)現(xiàn)，厭氧膜生物反應(yīng)器可應(yīng)用于污水污泥的處理(Pillay，V.L.，Townsend，B.and Buckley，C.A.Improving the performance of anaerobic digestion at wastewater treatment works：the coupled cross-flow microfiltration/digester process.Water.Sci.Technol.，1994，30(12)：329-337;Pierkiel，A.and Lanting，J.Membrane-coupled anaerobic digestion of municipal sewage sludge.Water Sci.Technol.，2005，52(1-2)：253-258.)，系統(tǒng)相對簡單，管理運行方便，具有明顯的優(yōu)勢和應(yīng)用的前景。
厭氧膜生物反應(yīng)器(anaerobic membrane bioreactor，即AnMBR)就是將厭氧生物處理反應(yīng)器與作為固液分離單元的膜組件相結(jié)合構(gòu)成的系統(tǒng)，可以通過膜組件完全截留微生物來分離HRT和SRT。此工藝用于污泥消化的優(yōu)點體現(xiàn)在以下幾點：1.與傳統(tǒng)的厭氧消化池相比，由于HRT與SRT的分離，使得HRT可以大幅度縮短，從而可減小反應(yīng)器的容積，而同時維持較長的SRT，保證對有機物的有效降解;2.污泥的濃縮和消化可以結(jié)合在一個厭氧膜生物反應(yīng)器體系中完成，從而簡化了整個污泥處理工藝;3.與一些高效厭氧反應(yīng)器相比，厭氧膜生物反應(yīng)器并不依賴污泥顆粒化和生物膜的形成來截留固體，這就使得它的抗沖擊負荷能力較強。
但是，膜污染一直以來都是困擾厭氧膜生物反應(yīng)器發(fā)展的一個突出問題。當厭氧膜生物反應(yīng)器應(yīng)用于污泥消化時，其技術(shù)可行性取決與污泥消化效果和膜污染控制兩方面。對于外置式厭氧膜生物反應(yīng)器，通常可以通過采用較高的錯流速度(2～3m/s)來減緩濾餅層的形成，控制污染的發(fā)展速率。但是高錯流速度會帶來高能耗和對微生物活性的潛在危害。近幾年來人們開始施加一些外力來控制膜污染，超聲也是其中一個嘗試的手段。根據(jù)本課題組的前期研究結(jié)果，在厭氧膜生物反應(yīng)器系統(tǒng)中引入超聲的辦法可以控制厭氧膜污染的發(fā)展(文湘華，黃霞，隋鵬哲，一種利用超聲在線控制膜污染發(fā)展的方法。中國發(fā)明專利，申請?zhí)枺?00510011799.5，2005.5.27)。雖然在前期研究中，厭氧膜生物反應(yīng)器針對的只是溶解性自配廢水的處理，但是這一結(jié)果為用于污泥消化的厭氧膜生物反應(yīng)器膜污染控制提供了一個方向。
綜上所述，厭氧膜生物反應(yīng)器可以克服傳統(tǒng)厭氧污泥消化池存在的停留時間長，池容積大的缺點，但隨之帶來的膜污染仍未得到有效解決。這一問題制約了厭氧膜生物反應(yīng)器在污泥消化方面的應(yīng)用。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為了解決厭氧膜生物反應(yīng)器用于污泥消化時產(chǎn)生的膜污染問題，構(gòu)建一套用于污泥消化的在線超聲厭氧膜生物反應(yīng)系統(tǒng)(US-AnMBR)并提供相應(yīng)的運行方法。
一種用于污泥消化的在線超聲厭氧膜生物反應(yīng)系統(tǒng)，其特征在于：該在線超聲厭氧膜生物反應(yīng)系統(tǒng)包括厭氧消化罐和膜組件;
所述厭氧消化罐上設(shè)置保溫水套層、污泥混合液入口、沼氣出口和污泥混合液出口，所述厭氧消化罐內(nèi)裝有攪拌器;
所述膜組件為外置式膜組件，其上設(shè)置混合液進水口、截留液出水口和膜濾液出水口，所述膜組件外配有超聲清洗槽;
所述厭氧消化罐的污泥混合液入口經(jīng)a蠕動泵與污泥罐相連;
所述厭氧消化罐的保溫水套層與恒溫水箱相連，所述恒溫水箱再經(jīng)水泵與所述厭氧消化罐的保溫水套層連接;所述厭氧消化罐的沼氣出口與排水集氣瓶相連;
所述厭氧消化罐的污泥混合液出口與螺桿泵相連，所述螺桿泵與所述膜組件的混合液進水口連接;
所述膜組件的截留液出水口與所述厭氧消化罐連接，所述膜組件的膜濾液出水口與b蠕動泵連接;
在所述膜組件的混合液進水口、截留液出水口及膜濾液出水口分別安裝水銀壓差計及調(diào)節(jié)閥門，用于膜跨膜壓差(TMP)測定及流量調(diào)節(jié)。
一種用于污泥消化的在線超聲厭氧膜生物反應(yīng)系統(tǒng)的運行方法，其特征在于：通過a蠕動泵將污泥罐中的剩余污泥間歇地均勻注入裝有攪拌器的厭氧消化罐中;
為了保證污泥的中溫厭氧消化，通過水泵將恒溫水箱中的恒溫水注入?yún)捬跸薜谋厮讓?
污泥消化過程中產(chǎn)生的沼氣通過排水集氣瓶收集;
厭氧消化罐中的污泥混合液通過螺桿泵送至配有超聲清洗槽的外置式膜組件中，經(jīng)膜組件截留的濃縮混合液返回至消化罐中，而膜濾出液通過b蠕動泵進行抽吸;
在膜組件的混合液進水口、截留液出水口及膜濾液出水口分別安裝水銀壓差計及調(diào)節(jié)閥門，用于膜跨膜壓差(TMP)測定及流量調(diào)節(jié)。
在線超聲厭氧膜生物反應(yīng)系統(tǒng)的運行條件：
1.污泥罐中待消化的剩余污泥取自污水處理廠二沉池的剩余活性污泥。污泥通過蠕動泵間歇均勻注入消化罐，開啟頻率為1.5min/12min(每12分鐘進泥1.5分鐘);
2.污泥的消化溫度：35±2℃;
3.反應(yīng)器的SRT為36天，啟動初期采用低的污泥負荷，而后逐漸縮短HRT，提高污泥負荷。最終HRT可縮短至1.5天(污泥含水率99.4%)，相當于剩余污泥揮發(fā)性有機物負荷為2.7kg/m3·d;
4.膜組件的錯流速度為1.0m/s，設(shè)計膜通量為7L/m2·h，膜出水蠕動泵抽吸頻率為8min/10min(每10分鐘抽吸8分鐘);
5.超聲條件：工作頻率為28kHz，超聲功率為200W，作用時間為1min/10min(即每10分鐘工作1分鐘)。
有益效果：用于污泥消化的在線超聲厭氧膜生物反應(yīng)系統(tǒng)運行效果：
1.根據(jù)一般的設(shè)計標準，對于傳統(tǒng)的中溫厭氧消化池來說，重力濃縮后的原污泥揮發(fā)性有機物負荷宜為0.6～1.5kg/m3·d(《室外排水設(shè)計規(guī)范》GB50014-2006)。采用本發(fā)明的系統(tǒng)，揮發(fā)性有機物負荷高達2.7kg/m3·d，高出傳統(tǒng)工藝的運行負荷。也就是說，若均采用濃縮后污泥進行消化(含水率為96%)，本發(fā)明系統(tǒng)的HRT可縮短至10天，低于傳統(tǒng)工藝的20～30天，減小了1/2～2/3的反應(yīng)器體積。
2.在2.7kg/m3·d的負荷下，在線超聲厭氧膜生物反應(yīng)系統(tǒng)對剩余污泥的消化效果理想，VS平均降解率達到66.8%，符合污泥厭氧消化的指標(污泥的厭氧消化至少達到38%的VS減少率，US EPA/625/R-92/013，1992)。
3.在1.0m/s的低錯流速度下，由于在線超聲的引入，與無超聲的膜組件相比，在線超聲厭氧膜生物反應(yīng)系統(tǒng)的膜污染程度得到控制，在試驗范圍內(nèi)可正常運行而不用施加額外的清洗措施。
以上運行效果表明了在線超聲厭氧膜生物反應(yīng)系統(tǒng)用于污泥消化的可行性：在保證高負荷下污泥消化效果的同時，膜污染也能夠得到有效控制。
