一种浸没式厌氧正渗透膜生物反应器的制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种浸没式厌氧正渗透膜生物反应器，该反应器包括进水箱、封闭的厌氧反应器箱体、正渗透膜分离系统、沼气收集装置和沼气循环曝气系统；进水箱通过进水泵连接所述的厌氧反应器箱体；正渗透膜分离系统包括正渗透膜组件、汲取液储罐、反渗透浓缩组件、气体循环泵和浓缩泵，沼气循环曝气系统包括曝气管、气体循环泵和气体管线，曝气管设置在正渗透膜组件的下部，曝气管通过气体管线连接气体循环泵，气体循环泵连接厌氧反应器箱体上部空间；沼气收集装置也连接厌氧反应器箱体上部空间。本发明具有以下特点：1.能产生能源，2.出水水质好，3.膜污染程度轻，运行成本低，4.污泥产率低，5.有机负荷高，占地面积小。
【专利说明】一种浸没式厌氧正渗透膜生物反应器
【技术领域】
[0001]本发明属于污水处理和膜分离【技术领域】，具体涉及一种浸没式厌氧正渗透膜生物反应器。
技术背景
[0002]水资源短缺和水环境污染是当前人类面临的巨大挑战，也是我国实施可持续发展战略需要优先考虑的重大 课题之一。对污水进行处理并实现回用是解决这一问题的重要途径。随着国民经济的快速发展，我国的水资源短缺和水环境污染形势尤为严重，因此迫切需要发展高效的污水处理和回用技术。
[0003]水厌氧生物处理(AD)技术具有投资省、能耗低、可回收利用沼气能源、负荷高、产泥少、耐冲击负荷等诸多优点，在废水处理中具有广泛的应用前景。厌氧膜生物反应器(AnMBR)是一种由膜分离单元与厌氧生物处理单元相结合的新型污水处理技术。由于膜组件的引入，在保留AD技术优点的同时，还引入了一系列优点，如完全的污泥截留、优质的出水、低污泥产率、高有机负荷、占地面积小和可回收能源。而采用浸没式配置可以有效降低AnMBR系统运行过程中的能耗。这些优点带来的效应是极为显著的，以我国为例，现有的市政污水处理技术主要通过氧气来分解污染物，其电力消耗占到了全国总消耗的3%，而同时每年至少产生2000万吨难以有效处理的污泥。采用浸没式AnMBR技术处理市政污水不但能够产生能源和优质的出水，而且还能够使剩余污泥的产率降低90%。
[0004]尽管AnMBR技术具有诸多优点，但是其广泛应用还存在两大技术难题。一是膜污染问题，膜污染问题被认为是制约AnMBR广泛应用的瓶颈。膜污染导致膜通量下降，增加膜清洗和膜组件更换的频率，严重影响了 AnMBR技术的经济性和实用性。在AnMBR实际运行过程中，往往采用增加曝气、加入药剂、降低污泥浓度和低通量运行等措施来降低膜污染，但这些措施一般都存在能耗高、费用高、牺牲AnMBR处理性能等不足，而且实际效果往往也并不明显。二是厌氧生物处理技术包括AnMBR技术对一般废水如市政污水中的氨氮的处理效果较差，出水水质中氨氮指标往往不达标。
[0005]正渗透(FO)是近年来发展起来的一种浓度驱动的新型膜分离技术，正渗透不同于压力驱动型的膜分离过程(如微滤、超滤和反渗透膜过程)，它不需要额外的水力压力作为驱动力，而依靠汲取液与原料液之间的渗透压差自发实现膜分离。如低压甚至无压操作，因而能耗较低；对许多污染物几乎完全截留(能截留氨氮)，分离效果好；低膜污染特征；膜过程和设备简单等。这些优点有望解决AnMBR技术中存在的两大技术难题。因而AnMBR过程中引入正渗透膜过程可以有效结合AnMBR和正渗透膜过程各自的优点。
【发明内容】
[0006]为了解决上述的技术问题，本发明旨在提供一种浸没式厌氧正渗透膜生物反应器系统。这一系统具有优质的出水、低污泥产率、膜污染程度低、可回收能源、高有机负荷、占地面积小和运行能耗低的优点。适合于市政污水和一般工业废水的处理。[0007]为了实现上述的目的，本发明采用了以下的技术方案:
一种浸没式厌氧正渗透膜生物反应器，该反应器包括进水箱、封闭的厌氧反应器箱体、正渗透膜分离系统、沼气收集装置和沼气循环曝气系统；所述的进水箱通过进水泵连接所述的厌氧反应器箱体；所述的正渗透膜分离系统包括正渗透膜组件、汲取液储罐、反渗透浓缩组件、气体循环泵和浓缩泵，正渗透膜组件浸没设置在厌氧反应器箱体内，正渗透膜组件的上部连接设有汲取液管线，汲取液管线连接所述的汲取液储罐，正渗透膜组件的下部连接设有出水管路，出水管路通过浓缩泵连接所述的反渗透浓缩组件，反渗透浓缩组件上部通过设置浓缩管线连接所述的汲取液储罐，反渗透浓缩组件上设置有出水管；所述的沼气循环曝气系统包括曝气管、气体循环泵和气体管线，曝气管设置在正渗透膜组件的下部，曝气管通过气体管线连接气体循环泵，气体循环泵连接厌氧反应器箱体上部空间；所述的沼气收集装置也连接厌氧反应器箱体上部空间。
[0008]作为进一步改进，所述的沼气收集装置包括集水槽、气体收集管和导气管，导气管连接厌氧反应器箱体上部空间，气体收集管设置在集水槽内，导气管另一端设有U型头，U型头的末端伸入气体收集管内。
[0009]作为进一步改进,该反应器还包括自动控制系统，自动控制系统包括液位感应器和自动控制器，液位感应器分别设置在进水箱和厌氧反应器箱体内，自动控制器连接进水泵、气体循环泵和浓缩泵。
[0010]作为进一步改进，所述的厌氧反应器箱体上部设置有格栅网，进水箱通过进水泵连接至格栅网的上部。
[0011]作为进一步改进，所述的正渗透膜组件的膜材质为醋酸纤维素，膜组件形式为平板膜。
[0012]作为进一步改进，汲取液体系为无机盐水溶液或糖类溶液。作为再优选，汲取液体系为20-50 g/L的氯化钠溶液。
[0013]作为进一步改进，所述的进水箱进水水质参数为:200-800 mg/L COD, 1-60 mg/L氨氮，0.5-10 mg/L 磷酸盐，pH = 6.5-8.0。
[0014]作为进一步改进，该反应器运行操作参数为:温度=20-600C，HRT = 5-25 h，SRT =60-300 d，膜通量为 5-20 L/m2h。
[0015]本发明与现有技术相比，具有以下特点:
1.能产生能源。本发明对于市政污水中有机物具有较好的转化能力，能将大部分有机物转化为甲烷形式的能源，表观产气率为0.24 LCH4/g COD。计算表明，所产生能源的价值是其运行能耗费用的1.5倍以上【参见 申请人:论文Lin Hongjun, Chen Jianrong, WangFangyuan, Ding Linxian, Hong Huachang, Desalination, 2011, 280: 120-126.】。说明米用本发明处理市政污水不但能抵消运行费用，而且可以额外赚钱。
[0016]2.出水水质好。本发明采用正渗透膜过程代替传统MBR技术中的超滤和微滤膜过程，由于正渗透膜几乎能够完全截留包括离子在内的污染物，因而出水水质极高，能够达到回用标准。传统厌氧生物处理技术可以有效去除有机物，但对氮、磷类污染物的去除效果较差，本发明把正渗透膜过程引入厌氧生物处理中，因而在保留厌氧处理优点的同时，又能有效地克服厌氧处理的缺点。
[0017]3.膜污染程度轻，运行成本低。由于正渗透膜过程依靠汲取液与原料液之间的渗透压差自发实现膜分离，而不需要外加压力作为驱动力，因而膜分离过程污染程度轻，运行能耗较低。同时较轻的膜污染使得膜清洗的费用降低，膜的使用寿命延长。另外本发明采用浸没式的配置，运行能耗比外置式配置显著降低。这些特点使得采用本发明处理污水时的运行成本较低。
[0018]4.污泥产率低。本发明装置用于处理市政污水时的表观污泥产率仅为0.032 kgMLSS/kgCOD左右，传统好氧的活性污泥法和好氧膜生物反应器处理市政污水时的表观污泥产率在0.35-0.45 kg MLSS/kg COD之间，两者相差10倍多。在很多污水处理厂，仅处理剩余污泥的费用就占到了所有运行成本的20-50%之间。可见本发明用于处理市政污水时极具成本优势。
[0019]5.有机负荷高，占地面积小。膜生物反应器技术通过膜组件实现对污泥的完全截留，实现了水力停留时间(HRT)和污泥停留时间(SRT)的完全分离，因而有机负荷非常高。本发明具有这一显著优点。同时本发明具有较高的集成度，相比于传统好氧的活性污泥法，相同处理量的条件下，其占地面积仅为前者的1/10不到。
[0020]6.全自动控制。本发明中所有的电子器件均采用自动编程控制器统一控制，自动化程度高，可靠性强，减少了人力成本。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]图1为本发明的整体结构示意图。
【具体实施方式】
[0022]下面结合附图对本发明的【具体实施方式】做一个详细的说明。
[0023]如图1所示的一种浸没式厌氧正渗透膜生物反应器，该反应器包括进水箱1、封闭的厌氧反应器箱体10、正渗透膜分离系统、沼气收集装置和沼气循环曝气系统。所述的厌氧反应器箱体10上部设置有格栅网9，进水箱I通过进水泵4连接进水管5至格栅网9的上部。所述的正渗透膜分离系统包括正渗透膜组件12、汲取液储罐18、反渗透浓缩组件21和浓缩泵22，正渗透膜组件12浸没设置在厌氧反应器箱体10内，正渗透膜组件12的上部连接设有汲取液管线14，汲取液管线14连接所述的汲取液储罐18，正渗透膜组件12的下部连接设有出水管路，出水管路通过浓缩泵22连接所述的反渗透浓缩组件21。反渗透浓缩组件21上部通过设置浓缩管线20连接所述的汲取液储罐18，反渗透浓缩组件21上设置有出水管22。所述的沼气循环曝气系统包括曝气管13、气体循环泵15和气体管线16，曝气管13设置在正渗透膜组件12的下部，曝气管13通过气体管线16连接气体循环泵15，气体循环泵15连接厌氧反应器箱体10上部空间。所述的沼气收集装置也连接厌氧反应器箱体10上部空间，所述的沼气收集装置包括集水槽8、气体收集管7和导气管6，导气管6连接厌氧反应器箱体10上部空间，气体收集管7设置在集水槽8内，导气管6另一端设有U型头，U型头的末端伸入气体收集管7内。
[0024]如图1所示,该反应器还包括自动控制系统，自动控制系统包括液位感应器2、11和自动控制器3，液位感应器2、11分别设置在进水箱I和厌氧反应器箱体10内，自动控制器3连接进水泵4、气体循环泵15和浓缩泵22。
[0025] 本发明采用正渗透膜分离系统分离取代传统厌氧过程的污泥颗粒化或附着生长的泥水分离方式，并将正渗透膜组件12直接浸没于反应器箱体中的厌氧污泥混合液17中，同时采用循环沼气对膜组件进行曝气，这是本发明的核心内容。
[0026]本发明所述的正渗透膜组件12的膜材质为醋酸纤维素，膜组件形式为平板膜。所述的汲取液体系为无机盐水溶液或糖类溶液，如20-50 g/L的氯化钠溶液。
[0027]本发明适用的进水水质参数为:200-800 mg/L COD, 1-60 mg/L氨氮，0.5-10 mg/L磷酸盐，pH = 6.5-8.0。
[0028]本发明适用的运行操作参数为:温度=20-60 V，HRT = 5-25 h，SRT = 60-300 d，膜通量为 5-20 L/m2 ho
[0029]应用实施例1
采用本发明处理某实际生活污水。经过污泥接种和驯化后(接种污泥为处理高浓度有机废水的UASB中的污泥，驯化期为30 d)，进水条件如下:C0D = 413 土 58 mg/L, TSS = 267土 27 mg/L,氨氮=30.2 ± 9.4 mg/L,总磷=4.I ± 0.6 mg/L, pH = 7.4 ± 0.4。设置操作条件如下:HRT = 6 h，SRT = 220 d，温度=30 ± 3 °C，膜通量=12 L/m2 h，MLSS = 8-12 g/L。连续运行6个月，期间出水COD浓度低于12mg/L，去除率>97%。氨氮浓度低于10mg/L，对应70%左右的去除率。总磷去除率>80%。SS未检出。出水水质优良，达到《城市污水再生利用城市杂用水水质》(GB/T 18920-2002)的标准要求。期间对正渗透膜组件12未进行清洗，膜组件运行稳定。表观污泥产率仅为0.032 kg MLSS/kgCOD，表观产气率为0.24 LCH4/gCOD。
[0030]应用实施 例2
采用本发明处理某造纸废水。接种污泥为处理高浓度有机废水的UASB中的污泥，驯化期为60 d。驯化完成后，连续运行反应器5个月，运行期间的进水COD为2800 mg/L左右，pH = 7.0 ± 0.2。操作条件如下:HRT = 23 h，SRT = 280 d，温度=37 ± 2 °C，膜通量=6-8L/m2 h，MLSS = 12-15 g/L。连续期间出水COD浓度低于25 mg/L,去除率>99%。SS未检出。出水水质优良，达到《城市污水再生利用城市杂用水水质》(GB/T 18920-2002)的标准要求。表观产气率为0.35 LCH4/g。期间对正渗透膜组件12未进行清洗，膜组件运行稳定。
[0031]由以上实例可知，本发明具有出水水质好、产生能源、污泥产率低和膜污染程度轻的优点。
【权利要求】
1.一种浸没式厌氧正渗透膜生物反应器，其特征在于:该反应器包括进水箱(1)、封闭的厌氧反应器箱体(10)、正渗透膜分离系统、沼气收集装置和沼气循环曝气系统；所述的进水箱(1)通过进水泵(4)连接所述的厌氧反应器箱体(10);所述的正渗透膜分离系统包括正渗透膜组件(12)、汲取液储罐(18)、反渗透浓缩组件(21)和浓缩泵(22)，正渗透膜组件(12)浸没设置在厌氧反应器箱体(10)内，正渗透膜组件(12)的上部连接设有汲取液管线(14)，汲取液管线(14)连接所述的汲取液储罐(18)，正渗透膜组件(12)的下部连接设有出水管路，出水管路通过浓缩泵(22)连接所述的反渗透浓缩组件(21)，反渗透浓缩组件(21)上部通过设置浓缩管线(20)连接所述的汲取液储罐(18)，反渗透浓缩组件(21)上设置有出水管(23);所述的沼气循环曝气系统包括曝气管(13)、气体循环泵(15)和连接管路，曝气管(13)设置在正渗透膜组件(12)的下部，曝气管(13)通过连接管路(16)连接气体循环泵(15)，气体循环泵(15)连接厌氧反应器箱体(10)上部空间；所述的沼气收集装置也连接厌氧反应器箱体(10)上部空间。
2.根据权利要求1所述的一种浸没式厌氧正渗透膜生物反应器，其特征在于:所述的沼气收集装置包括集水槽(8)、气体收集管(7)和导气管(6)，导气管(6)连接厌氧反应器箱体(10)上部空间，气体收集管(7)设置在集水槽(8)内，导气管(6)另一端设有U型头，U型头的末端伸入气体收集管(7)内。
3.根据权利要求1所述的一种浸没式厌氧正渗透膜生物反应器，其特征在于:该反应器还包括自动控制系统，自动控制系统包括液位感应器(2)和自动控制器(3)，液位感应器(2)分别设置在进水箱(1)和厌氧反应器箱体(10)内，自动控制器(3)连接进水泵(4)、气体循环泵(15)和浓缩泵(22)。
4.根据权利要求 1所述的一种浸没式厌氧正渗透膜生物反应器，其特征在于:厌氧反应器箱体(10)上部设置有格栅网(9)，进水箱(1)通过进水泵(4)连接至格栅网(9)的上部。
5.根据权利要求1所述的一种浸没式厌氧正渗透膜生物反应器，其特征在于:正渗透膜组件(12)的膜材质为醋酸纤维素，膜组件形式为平板膜。
6.根据权利要求1所述的一种浸没式厌氧正渗透膜生物反应器，其特征在于:汲取液体系为无机盐水溶液或糖类溶液。
7.根据权利要求1所述的一种浸没式厌氧正渗透膜生物反应器，其特征在于:汲取液体系为20-50 g/L的氯化钠溶液。
8.根据权利要求1所述的一种浸没式厌氧正渗透膜生物反应器，其特征在于进水箱(1)进水水质参数为:200-800 mg/L COD, 1-60 mg/L 氨氮，0.5-10 mg/L 磷酸盐，pH =6.5~8.00
9.根据权利要求1所述的一种浸没式厌氧正渗透膜生物反应器，其特征在于该反应器运行操作参数为:温度=20-60 0C, HRT = 5-25 h，SRT = 60-300 d，膜通量为 5-20 L/m2 h。
【文档编号】C02F3/28GK104016477SQ201410199932
【公开日】2014年9月3日 申请日期:2014年5月13日 优先权日:2014年5月13日
【发明者】林红军, 洪华嫦, 陈建荣 申请人:浙江师范大学