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基于分体式厌 氧 膜 生物反应器的 水处理系统及方法

阅读：89发布：2020-05-08

专利汇可以提供基于分体式厌氧膜生物反应器的水处理系统及方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种基于分体式厌氧膜生物反应器的水处理系统及方法，该水处理系统包括厌氧反应器，用于厌氧发酵、产生沼气；膜池，其内设有膜组件，用于排出处理后的废水；以及气体循环装置，用于在厌氧反应器和膜池内形成沼气循环。本发明可适应高浓度有机废水，能实现工艺运行系统稳定，出水水质短程达标等优点；通过膜分离技术截留污泥混合液中大分子量污染物，提升反应器内污泥浓度，稳定了出水水质；本处理装置混合度高，耐冲击负荷能力强，特别对于易酸化的有机废水具有良好的适应性。，下面是基于分体式厌氧膜生物反应器的水处理系统及方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种水处理系统，其特征在于，包括：
厌氧反应器，用于厌氧发酵、产生沼气；
膜池，其内设有膜组件，用于排出处理后的废水；以及
气体循环装置，用于在厌氧反应器和膜池内形成沼气循环。
2.根据权利要求1所述的水处理系统，其特征在于，
所述气体循环装置包括：
集气单元，用于分离收集厌氧反应器产生的沼气；
气体循环单元，用于将集气单元内的沼气引入膜池内曝气；以及
气体回流单元，用于将膜池内的沼气回流至集气单元内。
3.根据权利要求2所述的水处理系统，其特征在于，
所述的集气单元包括集气罩；
所述的气体循环单元包括气体循环泵和设置在膜池上的膜池曝气口；
所述气体循环泵与集气单元之间设有气体缓冲瓶；
所述气体回流单元包括膜池排气口，所述膜池排气口与集气罩连通。
4.根据权利要求1所述的水处理系统，其特征在于，
所述膜池上设有用于将厌氧反应器内的液体导入膜池的膜池进水口；
所述膜池上设有用于将膜池内的液体回流至厌氧反应器的膜池出水口。
5.根据权利要求1所述的水处理系统，其特征在于，
所述膜组件包括平板膜；
其中，所述平板膜上设有平板膜出水口，用于输出分离后的水。
6.根据权利要求1所述的水处理系统，其特征在于，
所述厌氧反应器内设有第一反应室和第二反应室，
所述第一反应室内设有第一三相分离器；
所述第二反应室内设有第二三相分离器。
7.根据权利要求6所述的水处理系统，其特征在于，
所述第一三相分离器为双层倒三角结构；
所述第二三相分离器为单层倒圆锥结构；所述圆锥下部设有喉状箍；所述第一三相分离器的排气管伸入倒圆锥内部；
所述第二反应室上设有溢流堰和溢流堰出口，第二反应室内的液体通过所述溢流堰出口流入膜池内。
8.根据权利要求1所述的水处理系统，其特征在于，
所述厌氧反应器还包括用于将膜池内的液体回流到第一反应室的外循环单元；
其中，所述外循环单元包括外循环管路；
所述厌氧反应器为圆柱形，厌氧反应器的高径比为8至20。
9.根据权利要求1所述的水处理系统，其特征在于，
所述水处理系统还包括用于调节厌氧反应器的温度控制装置；
所述水处理系统还包括进水装置，所述进水装置与厌氧反应器连接；
所述水处理系统还包括排水装置，所述排水装置与膜池连接；
其中，所述排水装置包括出水容器和出水泵；
所述水处理系统还包括排气装置，所述排气装置与气体循环装置连接；
其中，所述排气装置包括安全瓶和气体流量计。
10.一种水处理方法，采用如权利要求1至9任一项所述的水处理系统，包括：
在厌氧反应器内接种厌氧污泥；
将待处理废水引入厌氧反应器内反应；
将厌氧反应器反应内产生的沼气通过气体循环装置在膜池和厌氧反应器之间循环并收集多余的气体；
将厌氧反应器内产生的液体在膜池和厌氧反应器之间循环并收集处理后的水，完成所述水处理。

说明书全文

基于分体式厌氧 膜 生物反应器的 水处理系统及方法

技术领域

[0001] 本发明属于水处理和新能源技术领域，特别涉及一种基于分体式厌氧膜生物反应器的水处理系统及方法。

背景技术

[0002] 随着垃圾分类的推行，以厨余垃圾及其新鲜渗滤液为典型代表的高浓度有机废水排放处于较高水平，厌氧处理能够同步回收能源和水资源，有必要进行现场设备化开发。以厨余垃圾渗滤液为例，其富含碳水化合物和蛋白质，化学需氧量(COD)可高达40-50g.L-1，固含率TS可到3～5％，总磷和总氮分别为70-90mg·L-1和1500-2000mg·L-1，可生化性能较好，适于厌氧处理。

[0003] 厨余渗滤液废水易水解酸化，在运行过程中产生的挥发性脂肪酸(Volatile Fatty Acids，VFAs)如果不能得到快速的甲烷化去除，易对厌氧微生物造成一定程度的抑制，从而导致反应器酸化崩溃。同时厨余渗滤液废水在厌氧过程中易造成污泥上浮和流失，如其水解产物长链脂肪酸(Long Chain Fatty Acids，LCFAs)有厌氧抑制作用和疏水性，可能造成污泥上浮和流失。因此传统厌氧工艺处理厨余渗滤液存在COD去除率受限，污泥流失等缺点。

[0004] 采用分体式厌氧反应器与膜分离耦合形成外置式厌氧膜生物反应器，能够有效地强化固液分离，减少污泥流失；同时利于保持较高的容积负荷，降低系统酸化风险。AnMBR(厌氧膜生物反应器)是一种结合厌氧生物处理单元和膜分离技术的新型废水处理工艺，其不仅保留了厌氧技术的部分优点，而且膜组件的引入可以将微生物完全截留，从而实现了SRT(污泥停留时间)和HRT(水力停留时间)的解耦。因此，厌氧膜生物反应器具备污染物去除率高、处理效果稳定等优点，其在高浓度和复杂有机废水处理方面展现出很好的应用前景，由于膜对悬浮物的完全截留及其较高的处理效率，AnMBR能获得良好的出水水质。

发明内容

[0005] 有鉴于此，本发明的主要目的之一在于提出一种基于分体式厌氧膜生物反应器的水处理系统及方法，以期至少部分地解决上述技术问题中的至少之一。

[0006] 为了实现上述目的，作为本发明的一个方面，提供了一种基于分体式厌氧膜生物反应器的水处理系统，包括：

[0007] 厌氧反应器，用于厌氧发酵、产生沼气；

[0008] 膜池，其内设有膜组件，用于排出处理后的废水；以及

[0009] 气体循环装置，用于在厌氧反应器和膜池内形成沼气循环。

[0010] 作为本发明的另一个方面，还提供了一种水处理方法，采用如上所述的水处理系统，包括：

[0011] 在厌氧反应器内接种厌氧污泥；

[0012] 将待处理废水引入厌氧反应器内反应；

[0013] 将厌氧反应器反应内产生的沼气通过气体循环装置在膜池和厌氧反应器之间循环并收集多余的气体；

[0014] 将厌氧反应器内产生的液体在膜池和厌氧反应器之间循环并收集处理后的水，完成所述水处理。

[0015] 基于上述技术方案可知，本发明的基于分体式厌氧膜生物反应器的水处理系统及方法相对于现有技术至少具有以下优势之一：

[0016] 1.本处理装置可适应高浓度有机废水，能实现工艺运行系统稳定，出水水质短程达标等优点；

[0017] 2.通过膜分离技术截留污泥混合液中大分子量污染物，提升反应器内污泥浓度，稳定了出水水质；

[0018] 3.本处理装置混合度高，耐冲击负荷能力强，特别对于易酸化的有机废水具有良好的适应性；

[0019] 4.本处理装置采用部分加热，通过气液升流循环构成一定温度梯度，节省能源，进而能够在不同区域营造不同温度环境，使不同类型微生物在不同区域达到较高活性；产气效果好，处理效率高；

[0020] 5.通过在气体流量计的计数，能够根据产气速率大小灵活调整反应器负荷和控制出水COD浓度，操作灵活；

[0021] 6.通过沼气曝气循环控制膜污染，强化二氧化碳传质，增加污泥混合液无机碳TIC含量，对酸性有机废水有更好缓冲作用；

[0022] 7.本发明的高浓度有机废水处理装置结构紧凑，减少废水处理装置占地面积，操作运维方便，易于实现自动化控制，适合推广使用；

[0023] 8.本发明可应用于高浓度有机废水，如农副食品加工业废水、发酵酿造废水、酒精废水和畜禽废水，实现一步达到接管标准的处理排放；

[0024] 9.本发明循环能耗低、容积负荷高、出水水质稳定；

[0025] 10.本发明可提高厌氧工艺COD去除率，达到短流程达标目的，实现农副食品加工业废水、发酵废水和厨余废水一步达到接管标准。附图说明

[0026] 图1是本发明分体式厌氧膜生物反应器的结构示意图；

[0027] 图2是本发明有机废水处理流程示意图。

[0028] 附图中符号说明：

[0029] 100-第一反应室；101-第一三相分离器；102-进水容器；103-进水泵；104-温度控制装置；200-第二反应室；201-第二三相分离器；202-溢流堰；203-溢流堰出口；204-第二反应室回流口；205-集气罩；206-沼气出气口；300-膜池；301-膜池进水口；302-膜池出水口；303-平板膜；304-平板膜出水口；305-曝气口；306-膜池出气口；307-出水容器；308-出水泵；309-压力表；310-液体循环泵；400-气体循环泵；401-气体缓冲瓶；402-安全瓶；403-气体流量计。

具体实施方式

[0030] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。

[0031] 本发明的目的在于提供一种高浓度有机废水的处理装置，以实现整个处理装置的有效稳定，处理成本低，出水水质稳定的优点，同时实现废水中高浓度有机物的资源化利用。

[0032] 本发明公开了一种水处理系统，包括：

[0033] 厌氧反应器，用于厌氧发酵、产生沼气；

[0034] 膜池，其内设有膜组件，用于排出处理后的废水；以及

[0035] 气体循环装置，用于在厌氧反应器和膜池内形成沼气循环。

[0036] 在本发明的一些实施例中，所述气体循环装置包括：

[0037] 集气单元，用于分离收集厌氧反应器产生的沼气；

[0038] 气体循环单元，用于将集气单元内的沼气引入膜池内曝气；以及[0039] 气体回流单元，用于将膜池内的沼气回流至集气单元内。

[0040] 在本发明的一些实施例中，所述的集气单元包括集气罩；

[0041] 在本发明的一些实施例中，所述的气体循环单元包括气体循环泵和设置在膜池上的膜池曝气口；

[0042] 在本发明的一些实施例中，所述气体循环泵与集气单元之间设有气体缓冲瓶；

[0043] 在本发明的一些实施例中，所述气体回流单元包括膜池排气口，所述膜池排气口与集气罩连通。

[0044] 在本发明的一些实施例中，所述膜池上设有用于将厌氧反应器内的液体导入膜池的膜池进水口；

[0045] 在本发明的一些实施例中，所述膜池上设有用于将膜池内的液体回流至厌氧反应器的膜池出水口。

[0046] 在本发明的一些实施例中，所述膜组件包括平板膜；

[0047] 在本发明的一些实施例中，所述平板膜上设有平板膜出水口，用于输出分离后的水。

[0048] 在本发明的一些实施例中，所述厌氧反应器内设有第一反应室和第二反应室。

[0049] 在本发明的一些实施例中，所述第一反应室内设有第一三相分离器；

[0050] 在本发明的一些实施例中，所述第二反应室内设有第二三相分离器。

[0051] 在本发明的一些实施例中，所述第一三相分离器为双层倒三角结构；

[0052] 在本发明的一些实施例中，所述第二三相分离器为单层倒圆锥结构；

[0053] 在本发明的一些实施例中，所述圆锥下部设有喉状箍；

[0054] 在本发明的一些实施例中，所述第一三相分离器的排气管伸入倒圆锥内部；

[0055] 在本发明的一些实施例中，所述第二反应室上设有溢流堰和溢流堰出口，第二反应室内的液体通过所述溢流堰出口流入膜池内。

[0056] 在本发明的一些实施例中，所述厌氧反应器还包括用于将膜池内的液体回流到第一反应室的外循环单元；

[0057] 在本发明的一些实施例中，所述外循环单元包括外循环管路；

[0058] 在本发明的一些实施例中，所述厌氧反应器为圆柱形，厌氧反应器的高径比为8至20。

[0059] 在本发明的一些实施例中，所述水处理系统还包括用于调节厌氧反应器的温度控制装置；

[0060] 在本发明的一些实施例中，所述水处理系统还包括进水装置，所述进水装置与厌氧反应器连接；

[0061] 在本发明的一些实施例中，所述水处理系统还包括排水装置，所述排水装置与膜池连接；

[0062] 在本发明的一些实施例中，所述排水装置包括出水容器和出水泵；

[0063] 在本发明的一些实施例中，所述水处理系统还包括排气装置，所述排气装置与气体循环装置连接；

[0064] 在本发明的一些实施例中，所述排气装置包括安全瓶和气体流量计。

[0065] 本发明还公开了一种水处理方法，采用如上所述的水处理系统，包括：

[0066] 在厌氧反应器内接种厌氧污泥；

[0067] 将待处理废水引入厌氧反应器内反应；

[0068] 将厌氧反应器反应内产生的沼气通过气体循环装置在膜池和厌氧反应器之间循环并收集多余的气体；

[0069] 将厌氧反应器内产生的液体在膜池和厌氧反应器之间循环并收集处理后的水，完成所述水处理。

[0070] 在一个示例性实施例中，本发明的分体式厌氧膜生物反应处理系统，包括厌氧反应器、外置膜池300、强制循环系统和温度控制装置104。

[0071] 其中，所述的厌氧反应器为内循环分体式厌氧反应器，包括第一反应室100、第二反应室200，厌氧反应器与膜池300通过气体循环装置和液体循环装置连接。

[0072] 第一反应室100的底部为进水管，与进水容器102连接，第一反应室100的上部设有第一三相分离器101；

[0073] 第一三相分离器101设置在第二反应室200的下部，第二反应室200的上部设有第二三相分离器201，第二反应室底部设有回流口204；

[0074] 第一三相分离器101通过集气槽与气水分离管连接，第二三相分离器通过气水收集管与顶部气水分离器连接；

[0075] 第二反应室300上部设有溢流堰202并设溢流堰出口203，溢流堰202上部设有集气罩205，溢流堰出口203与膜池进水口301连接，膜池出水口302与第二反应器底部回流口204连接。气水分离器的顶部设有沼气出气口206，沼气出气口206通过气体循环泵400与膜组件即平板膜303的曝气管305连接。反应器与膜池300通过气体循环泵400对膜池300进行曝气冲刷，并推动部分气液混合物在反应器和膜池300间形成外循环，同时采用液体循环泵310在膜池出水口302和第二反应室回流口204之间形成可控的混合液强制循环。

[0076] 其中，第一三相分离器101为双层倒三角结构，顶部设有集气槽收集第一反应室100气体并与排气管连接通入第二气水分离器201内。

[0077] 其中，第二三相分离器201为单层倒圆锥结构，圆锥下部设有喉状箍，实现气水分离，第一三相分离器101排气管伸入倒圆锥内部，使得第一反应室100和第二反应室200的气体混合后进入顶部气水分离器。

[0078] 其中，膜组件为沼气循环曝气，膜组件采用沼气循环曝气控制膜污染。

[0079] 其中，膜池出水管设有调节阀以控制流量。

[0080] 其中，分体式厌氧膜生物反应器为圆柱形，高径比为8～20。

[0081] 其中，温度控制装置104只对分体式厌氧反应器第一反应室100进行温度控制。

[0082] 其中，分体式厌氧反应器进水口位于反应器底部，混合液从分体式厌氧反应器顶部溢流堰经过流出，经过液体循环泵310流入膜池300，污泥和部分污染物被平板膜303拦截留在膜池内，强化生物降解；膜出水由出水泵308抽吸排出，膜出水管路上设有压力表309。

[0083] 其中，反应器中混合液进入膜池300后，一部分经过膜池300顶部的膜池出气口306经过沼气推流一同回到分体式厌氧反应器顶部，再通过分体式厌氧反应器外部循环管流入第一反应室100底部进行第二次反应，构成第一反应室循环；一部分混合液通过膜池出气口306下部的膜池出水口302回流到分体式厌氧反应器第二反应室200底部构成循环。

[0084] 其中，有机废水的内循环量通过调节沼气循环曝气量或膜池出水口流量进行分配和控制。

[0085] 其中，有机废水的内循环量用循环泵驱动的强制循环进行补充。

[0086] 其中，有机废水的内循环量通过调节沼气循环曝气量或膜池出水口回流量进行控制。通过控制沼气循环曝气量清洗膜组件。

[0087] 本发明提供的分体式厌氧反应器，在处理有机废水的方法流程是：

[0088] A)第一反应室100和第二反应室200内接种厌氧污泥；

[0089] B)有机废水经进水管输送至第一反应室100，依次经过第一三相分离器101、第二反应室200、第二三相分离器201和顶部气水分离器后，进入膜池300，再分别从膜池出水口302和膜池出气口306回流至反应器顶部和第二反应室200底部，以形成内循环，循环过程中混合液透过平板膜303分离后得到产出水；

[0090] C)第一反应室100和第二反应室200中产生的沼气分别经过第一三相分离器101和第二三相分离器201富集，经过顶部气水分离器后进入安全瓶402，产生的沼气经过气体流量计403计量统计；

[0091] D)顶部气水分离器分离后产出沼气中，部分沼气经过加压供给平板膜303组件，再经过膜池出气口306回流到反应器顶部，形成沼气循环曝气。

[0092] 以下通过具体实施例结合附图对本发明的技术方案做进一步阐述说明。需要注意的是，下述的具体实施例仅是作为举例说明，本发明的保护范围并不限于此。

[0093] 参照图1-2，一种针对高浓度有机废水处理的高负荷厌氧膜生物反应器，包括内循环厌氧反应器，内循环厌氧反应器内设有下部设有第一反应室100，下部设有第二反应室200，第一反应室100内安装有第一三相分离器101，第二反应室200内安装有第二三相分离器201，第一三相分离器集101气管深入第二三相分离器201圆锥内，与第二反应室200的气体混合从顶部排出。第二三相分离器圆锥下设置喉状箍，用于气液分离。

[0094] 混合液经过第二反应室200顶部的溢流堰202流出，经过液体循环泵310进入膜池300底部，膜池300为长方体结构，内置平板膜303，平板膜303之间间隔5mm，底部设置穿孔曝气管305。混合液一部分从膜池300顶部的膜池出气口306流入第二反应室200顶部，再通过外循环管路回到第一反应室100底部，一部分从膜池出水口302进入第二反应室200底部，在第二反应室200内构成循环。通过调节两部分回流管路开度能够分配进入第一反应室100和第二反应室200的水量，进而根据不同的负荷条件调控不同的循环比。

[0095] 沼气收集后经过安全瓶402再通过气体流量计403排出。出水时，打开出水泵308，膜出水经过负压抽吸排出反应器外，沼气通过缓冲瓶401经气体循环泵400进入膜池300底部，从穿孔曝气口305曝出对平板膜303进行冲刷，从膜池出气口306回到第二反应室200顶部，进行循环。

[0096] 本发明可通过以下操作实现其功能：

[0097] 第一步：打开进水泵103向反应器的第一反应室100底部进入有机废水，此时关闭气体循环泵400和出水泵308。当进水完毕后关闭进水泵103，打开液体循环泵310，反应器混合液从溢流堰出口203经过液体循环泵301到膜池300，从膜池出水口302再到反应器的第二反应室200、第一反应室100内，产生沼气经气体流量计403排出。

[0098] 第二步：反应一定时间后，反应器产气速率降低，此时打开气体循环泵400，同时打开出水泵308，采取间歇出水方式经过平板膜出水口304排出反应器混合液。

[0099] 第三步：出水结束后，关闭气体循环泵400和出水泵308，此时反应器内液位降低，打开进水泵103，重复步骤一。

[0100] 实施例

[0101] 本实施例的分体式厌氧膜生物反应器为圆柱形，高径比为10～12。

[0102] 根据第一反应室100和第二反应室200的不同污泥浓度接种厌氧污泥。从进水容器102通过进水泵103泵入的厨余废水，输送至第一反应室100，然后依次经过第一反应室100的第一三相分离器101、第二反应室200、第二反应室的第二三相分离器201、气水分离器，然后进入膜池300，再分别回流到反应器顶部和第二反应室200底部，形成内循环。整个运行过程中，保持分体式厌氧膜生物反应器的温度为33-37℃，第一反应室污泥浓度高于第二反应室污泥浓度。

[0103] 缓解膜组件污染的主要措施是沼气循环曝气，沼气循环曝气同时还可以调控总回流量，从而灵活控制第一反应室100的内循环量，在第一反应室100形成较高污泥浓度和良好的混合传质。通过第一反应室100、第二反应室200的高负荷厌氧降解和膜池300内膜截留耦合，提高COD的甲烷化率，从而达到出水COD一步达标的目的。

[0104] 进入膜内循环厌氧反应器的厨余废水平均COD浓度为42080±3638mg·L-1，膜出水的COD平均浓度为213.3±12.5mg·L-1，则COD去除率为99.25±0.27％，COD有机污染物去除效果显著。

[0105] 以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

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