CN111875047A - 一种废水处理系统和废水处理工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种废水处理系统和废水处理工艺，所述废水处理系统包括：厌氧反应器，用于容纳厌氧微生物；膜分离器；沼气循环管路，所述沼气循环管路包括：主管路、第一搅拌支路、第二搅拌支路和循环支路；所述主管路的一端与所述厌氧反应器的沼气出口连通，另一端分别与所述第一搅拌支路和所述第二搅拌支路的进口连通；所述第一搅拌支路的出口与所述厌氧反应器的第一沼气入口连通，所述第二搅拌支路的出口与所述膜分离器的沼气入口连通；所述循环支路的两端分别连通所述膜分离器的沼气出口和所述厌氧反应器的第二沼气入口。本发明可利用沼气循环作为泥水混合的动力，确保了厌氧反应器内泥水充分混合接触。

Description

一种废水处理系统和废水处理工艺

技术领域

本发明涉及废水处理技术领域，特别涉及一种废水处理系统和废水处理工艺。

背景技术

厌氧和膜工艺结合是近年来废水处理工艺发展的新趋势。因为固液分离是高效厌氧生物反应器赖以存在的基础，而采用膜生物处理工艺可显著改善系统的固液分离效果。这种组合形式最大限度的发挥了两种工艺的优势。将厌氧工艺与膜技术结合是一种理想方法——厌氧工艺可产生能量在一定程度上能满足处理工艺对温度的需求，产生的污泥量少；膜分离技术能够使厌氧反应中世代时间较长的甲烷菌存活下来，从而能有效降解有机废水中的污染物、提高处理效率。如何有效保持反应器中性能优良的厌氧活性污泥，使污泥与进水基质充分混合接触，最大限度的利用微生物的处理能力，是发展厌氧反应器的方向。

对于高浓度有机物，优先选用厌氧生物处理技术，来作为主要的去除有机物的手段，但是如果仅仅通过厌氧生物处理技术，出水COD往往较高。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种废水处理系统和废水处理工艺。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

本发明实施例提供了一种废水处理系统，所述废水处理系统包括：

厌氧反应器，用于容纳厌氧微生物；

膜分离器；以及

沼气循环管路，所述沼气循环管路包括：主管路、第一搅拌支路、第二搅拌支路和循环支路；

其中，所述主管路的一端与所述厌氧反应器的沼气出口连通，另一端分别与所述第一搅拌支路和所述第二搅拌支路的进口连通；

所述第一搅拌支路的出口与所述厌氧反应器的第一沼气入口连通，所述第二搅拌支路的出口与所述膜分离器的沼气入口连通；

所述循环支路的两端分别连通所述膜分离器的沼气出口和所述厌氧反应器的第二沼气入口。

进一步地，所述废水处理系统还包括：回水管路，一端与所述膜分离器连通，另一端与所述厌氧反应器的进水口连通。

进一步地，所述废水处理系统还包括：泥水混合管路，两端分别与所述厌氧处理器和所述膜分离器连通。

进一步地，所述废水处理系统还包括：风机，设置在所述主管路上。

进一步地，所述膜分离器包括：

壳体；以及

膜组件，位于所述壳体内。

进一步地，所述废水处理系统还包括：

进水管路，与所述膜分离器连通，或与所述回水管路连通。

进一步地，所述废水处理系统还包括：排水管路，所述排水管路与所述膜分离器连通。

进一步地，所述排水管路为负压排水管路。

进一步地，所述废水处理系统还包括：排气管路，与所述循环支路连通。

进一步地，所述废水处理系统还包括：补气阀，设置在所述沼气循环管路上。

本发明实施例还提供了一种上述任一实施例所述废水处理系统的废水处理工艺，其特征在于，包括：

将所述厌氧反应器内的沼气通入所述主管路后，再将沼气由所述第一搅拌支路进入所述膜分离器中，进行沼气搅拌；并且也将沼气由第二搅拌支路通入所述厌氧反应器中进行沼气搅拌；

将所述膜分离器内的沼气经所述循环支路至少通入所述厌氧反应器中。

本发明实施例提供了一种废水处理系统和废水处理工艺，可以将厌氧工艺与膜技术结合，提高对废水的处理效果。沼气循环作为泥水混合的动力，确保了厌氧反应器内泥水充分混合接触。沼气曝气产生的大气泡促使厌氧微生物产生的沼气气泡被驱赶、聚并，便于与泥水分离。而且，沼气曝气形成的紊流条件，一方面保证了泥水的良好的混合，另一方面又对污泥进行剪切，使其细分散，增大了污泥的比表面积，加快了传质速率，为提高负荷、缩短停留时间奠定了基础。

附图说明

图1为本发明实施例一种可选的废水处理系统结构示意图；

图2为本发明实施例另一种可选的废水处理系统结构示意图。

附图标记：

厌氧反应器10；膜分离器20；壳体21；膜组件22；液封装置30；容器31；液体32；出气管33；第一搅拌支路42；第二搅拌支路43；风机50；主管路50；进水管路61；回水管路62；收集池63；循环支路71；排气管路72；泥水混合管路80；排水管路90；清水池91。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，如有术语“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或者位置关系为基于附图1和2所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

一般地，厌氧膜生物反应工艺研究主要有三种形式：

一是UASB、EGSB+膜组件的一体式厌氧膜生物反应器，沿用了UASB、EGSB的污泥颗粒化技术，利用颗粒污泥提高固液分离效率、维持反应器内高浓度的生物量，增加固液气三相分离的有效性，而膜组件出水为进一步提高固液分离效率、维持高浓度厌氧污泥创造了条件。但是，由于颗粒污泥或污泥床中污泥的团聚性能较好，这对传质过程带来了不利影响，可能使得污水处理需要较长的停留时间、反应速率较低。COD的去除率随水力停留时间的延长而增加，膜良好的截留作用提高了处理效果的稳定性；甲烷产量随容积负荷的增加呈线性地增加；膜比通量衰减迅速，膜水力清洗频繁；膜清洗时间间隔随水力停留时间的小呈线性地减小。

二是采用沼气搅拌的一体式厌氧膜生物反应器，这一类反应器采用沼气进行搅拌的完全混合厌氧反应器形式，将膜组件设置在厌氧反应器中，虽然拥有良好的混合接触条件，污泥分散程度得以提高，但由于膜组件设置在厌氧反应器内，使其清洗变得困难或使得清洗时破坏了厌氧反应器的厌氧条件。

三是借用现有分置式好氧膜生物反应器的形式，采用厌氧反应器+正压膜组件出水的形式，厌氧反应器的结构形式仍以UASB、EGSB、AF等为主。

综合考虑，厌氧生物处理对高浓度有机废水有很好的处理效果，不仅效能高，耗能低并且能够回收大量的生物能，所以高浓度有机废水优先采用厌氧生物处理技术。膜生物反应器是在结合传统生物处理工艺和膜分离技术的基础上发展起来的，具有许多其他单独的生物处理技术无法比拟的优势。

如图1和图2所示，其中，图1和图2中箭头方向代表相应管路内相应介质的流动方向。介质包括气体、液体或固液混合物等。

本发明实施例提供了一种废水处理系统，废水处理系统包括：厌氧反应器10、膜分离器20以及沼气循环管路。其中，厌氧反应器10用于容纳厌氧微生物，沼气循环管路包括：主管路50、第一搅拌支路42、第二搅拌支路43和循环支路71。

其中，主管路50的一端与厌氧反应器10的沼气出口连通，另一端分别与第一搅拌支路42和第二搅拌支路43的进口连通；第一搅拌支路42的出口与厌氧反应器10的第一沼气入口连通，第二搅拌支路43的出口与膜分离器20的沼气入口连通；循环支路71的两端分别连通膜分离器20的沼气出口和厌氧反应器10的第二沼气入口。

本发明实施例是在好氧膜生物反应器基础上发展起来的分体式厌氧膜生物处理工艺，采用膜过滤工艺可显著改善系统的固液分离效果，同时利用厌氧产气进行气循环搅拌可以增加厌氧污泥与污水的混合效果。

具体地，可以将厌氧工艺与膜技术结合，提高对废水的处理效果。整个系统产生的沼气可通过沼气循环管路进行循环。沼气循环作为泥水混合的动力，确保了厌氧反应器10内泥水充分混合接触。沼气曝气产生的大气泡促使厌氧微生物产生的沼气气泡被驱赶、聚并，便于与泥水分离。而且，沼气曝气形成的紊流条件，一方面保证了泥水的良好的混合，另一方面又对污泥进行剪切，使其细分散，增大了污泥的比表面积，加快了传质速率，为提高负荷、缩短停留时间奠定了基础。

厌氧反应器10和膜分离器20均为完全混合密闭的反应器形式。这种密闭反应器，可以很好地保持厌氧环境；而膜分离器20能够实现固液分离，沼气搅拌可提高膜分离器20阿固液分离性能，这种良好固液分离性能为维持厌氧反应器10内高的污泥浓度创造了条件。

在本发明的一些实施例中，废水处理系统还包括：回水管路62，回水管路62的一端与膜分离器20连通，另一端与所述厌氧反应器10的进水口连通。

回水管路62能够将膜分离器20中混合液部分回流至厌氧反应器10内，以维持厌氧反应器10内较高的污泥浓度，进而保证厌氧反应器10内厌氧微生物的浓度，保证厌氧反应器10对原水的处理效果。

进一步地，回水管路62结合上述泥水混合管路80实现了厌氧反应器10和膜分离器20内液体的循环。

一般地，膜分离器20内的混合液用提升泵提升回流至厌氧反应器10中。

回水管路62结合上述沼气循环管路，实现了混合液回流+沼气循环作为泥水混合的动力。进一步确保了厌氧反应器10内泥水充分混合接触。其中，泥水混合液自流进入膜分离器20中，膜分离器20内采用沼气循环曝气以形成较高的错流速度，减缓了膜分离器20污染的产生，促进了泥水分离。混合液回流+沼气曝气循环形成的紊流条件，进一步提高了了泥水的良好的混合，并进一步提高了又对污泥进行剪切，使其细分散，增大了污泥的比表面积，加快了传质速率，为提高负荷、缩短停留时间奠定了基础。

本发明实施例中，采用沼气搅拌与混合液回流相结合，在厌氧反应器10内形成良好的混合条件和较高的紊流程度，使污泥充分分散，有利于传质速率的提高，从而可以加快处理进程。而且，由于沼气曝气形成的紊动可使厌氧微生物所产生气体相互聚并，可提高厌氧反应器10中泥水与气的分离效率，而膜组件22又可对泥水进行良好的分离，这就使系统的气、液、固三相分离问题得到解决。

在本发明的一些实施例中，废水处理系统还包括：泥水混合管路80，两端分别与厌氧反应器10器和膜分离器20连通。

如图1和图2所示，厌氧反应器10中的泥水混合液经泥水混合管路80自流进入膜分离器20中。流入膜分离器20中的混合液进一步被净化。

在本发明的一些实施例中，废水处理系统还包括：风机50，设置在主管路50上。

如图1所示，风机50为防爆沼气风机50，风机50将来自厌氧反应器10的沼气加压后分为两路，分别进入厌氧反应器10和膜分离器20中进行沼气搅拌。可以理解的是，来自厌氧反应器10的沼气不限于厌氧反应器10内产生的沼气，可以是整个反应系统产生的沼气。

在本发明的一些实施例中，膜分离器20包括：壳体21以及膜组件22，膜组件22位于壳体21内。

如图1和图2所示，本发明实施例的膜分离器20和厌氧反应器10为分体式，这种结构可减缓膜分离器20的污染，提高固液分离效果。

非限制地，膜组件22即指微滤膜组件22，位于壳体21内，进入膜分离器20内的泥水混合液经微滤膜组件22过滤后可得到处理好的清水。

在本发明的一些实施例中，废水处理系统还包括：进水管路61，与膜分离器20连通，或与回水管路62连通。

进水管路61可以直接与回水管路62连通，也可以经膜分离器20与回水管路62连通。以实现原水和膜分离器20内回流的混合液一同进入厌氧反应器10内。

需要处理的原水经进水管路61进入废水处理系统进行净化处理。

进一步地，废水处理系统还包括：收集池63，原水位于收集池63内，进水管路61与收集池63连通。

在本发明的一些实施例中，废水处理系统还包括：排水管路90，排水管路90与膜分离器20连通。

如图1和图2所示，经膜分离器20分离过滤后，形成符合要求的清水，清水经排水管路90排出膜分离器20。

进一步地，废水处理系统还包括：清水池91，排水管路90的出水口与清水池91连通。

在本发明的一些实施例中，排水管路90为负压排水管路。

膜分离器20采用负压出水方式，至少能够提高排水效率。

在本发明的一些实施例中，废水处理系统还包括：排气管路72，与循环支路71连通。

如图1和图2所示，排气管路72用于排除废水处理系统内多余的沼气。因此，排气管路72除了与循环支路71连通外，还可以直接与厌氧反应器10连通。

进一步地，废水处理系统还包括：液封装置30，液封装置30包括：容器31、出气管33和位于容器31内的水等液体32，出气管33的出口朝向容器31外，入口位于容器31内，并位于液体32液面以上。排气管路出口插入液体32内。

一般地，气体位于上方，为了更方便排气，排气管路的入口均位于上方。如图1和图2所示，分离的气态组分进入厌氧反应器10顶端北收集成为沼气搅拌的气源，多余的沼气经水封后外排。

在本发明的一些实施例中，废水处理系统还包括：补气阀，设置在沼气循环管路上。

由于整个废水处理系统均为密闭系统，而混合措施又采用沼气搅拌为主的措施，因此，在厌氧反应器10启动阶段由于没有沼气产生而导致搅拌缺少气源。通过在沼气管路上设置补气阀门间歇向废水处理系统内补气以维持泥水混合。补气的气源、补气方式及时间长短均可能对厌氧反应器10产生影响。

综上所述，本发明实施例采用沼气搅拌+水力循环实现了泥水完全混合的效果，使污泥更为分散以提高传质效率，进而提高整个反应器的负荷。这种分体式厌氧膜生物处理工艺在负压出水过程中，厌氧反应器10采用混合液回流和沼气搅拌使污泥充分分散、加快传质，分置式膜组件22同样采用了沼气曝气，并在沼气循环管路上增设了补气阀门，在启动初期未产气阶段向系统内补充循环气体以加快厌氧反应器10的启动。

不仅如此，本发明实施例针对有机废水的处理负荷达到10kgCOD/m³.d以上， COD去除效率达到95%以上；对易生物降解高浓度有机废水，出水COD浓度控制在500mg/L以下。通过沼气搅拌+水力循环使混合液提高了混合效果和气水分离效果。可通过对水流速度，污泥浓度，工作压力，膜清洗曝气量，水力清洗，化学清洗周期以及用量的控制使膜组件22在最优的出水效果下更加长久稳定的运行。通过调整运行控制条件并接种大量的厌氧消化污泥，可缩短反应器的启动时间。

本发明实施例还提供了一种上述任一实施例废水处理系统的废水处理工艺，包括：

步骤S10、将厌氧反应器10内的沼气通入主管路50后，再将沼气由第一搅拌支路42进入膜分离器20中，进行沼气搅拌；并且也将沼气由第二搅拌支路43通入厌氧反应器10中进行沼气搅拌；

步骤S20、将膜分离器20内的沼气经循环支路71至少通入厌氧反应器10中。

由于废水处理系统具有上述有益效果，用于该废水处理系统的废水处理工艺也具有上述有益效果。例如：采用沼气搅拌与混合液回流相结合，在厌氧反应器10内形成良好的混合条件和较高的紊流程度，使污泥充分分散，有利于传质速率的提高，从而可以加快处理进程。而且，由于沼气曝气形成的紊动可使厌氧微生物所产生气体相互聚并，可提高厌氧反应器10中泥水与气的分离效率，而膜组件22又可对泥水进行良好的分离，这就使系统的气、液、固三相分离问题得到解决。

在本发明的一些实施例中，废水处理工艺还包括：通过泥水混合管路80，厌氧反应器10中的混合液通入膜分离器20中进一步处理。

膜分离器20进一步对混合液分离净化。

在本发明的一些实施例中，废水处理工艺还包括：将膜分离器20中的泥水混合液经回水管路62回流至厌氧处理器10中。

回水管路62结合上述泥水混合管路80实现了厌氧反应器10和膜分离器20内液体32的循环，及水循环。

回流的泥水混合液不仅具有搅拌作用，促进厌氧反应器10中泥水充分混合接触，还保证了厌氧反应器10中污泥和厌氧微生物的量。

而且，混合液回流+沼气曝气循环形成的紊流条件，进一步提高了了泥水的良好的混合，并进一步提高了又对污泥进行剪切，使其细分散，增大了污泥的比表面积，加快了传质速率，为提高负荷、缩短停留时间奠定了基础。

在一具体示例中，原水经泵提升与膜分离器20循环的回流混合液一起进入厌氧反应器10内，反应器内完全密封，保持严格的厌氧环境，防爆沼气风机50将反应系统产生的沼气加压后分为两路，分别进入厌氧反应器10和膜分离器20中进行沼气搅拌。厌氧反应器10内由于回流混合液和沼气搅拌的作用，使泥水充分混合，厌氧微生物在适宜的环境条件下对原水中的底物进行降解，产生的二氧化碳、氢、甲烷、硫化氢等形成微细气泡，在紊流作用下相互碰撞、聚并成大气泡，有利于与泥水的分离，分离的气态组分进入反应器顶端北收集成为沼气搅拌的气源，多余的沼气经水封后外排。分离气体后的泥水混合液自流进入膜分离器20内，膜分离器20内设置有微滤膜组件22，在真空泵的作用下，混合液中的水经微滤膜后进入膜组件22的另一侧成为出水，进入清水池91内。膜分离器20中仍采用沼气搅拌，主要目的是在微滤膜组件22表面形成较高的错流速度，阻碍滤饼层的形成，从而减缓膜组件22污染的产生，循环的沼气同样被收集作为沼气循环的气源。膜分离器20中的混合液经回流泵提升后返回厌氧反应器10中，以维持厌氧反应器10内较高的污泥浓度。由于采用了厌氧反应器10与膜组件22有机结合的方式，本发明处理有机物的能力较为突出。

本发明实施例中，在不冲突的前提下，废水处理系统的各个特征可相互结合。废水处理工艺中的各个特征可相互结合。废水处理系统和废水处理工艺中的各个技术特征也可以相互结合。

根据本发明实施例的废水处理系统的其他结构和操作对于本领域技术人员而言都是可以理解并且容易实现的，因此不再详细描述。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种废水处理系统，其特征在于，所述废水处理系统包括：

厌氧反应器，用于容纳厌氧微生物；

膜分离器；以及

沼气循环管路，所述沼气循环管路包括：主管路、第一搅拌支路、第二搅拌支路和循环支路；

其中，所述主管路的一端与所述厌氧反应器的沼气出口连通，另一端分别与所述第一搅拌支路和所述第二搅拌支路的进口连通；

所述第一搅拌支路的出口与所述厌氧反应器的第一沼气入口连通，所述第二搅拌支路的出口与所述膜分离器的沼气入口连通；

所述循环支路的两端分别连通所述膜分离器的沼气出口和所述厌氧反应器的第二沼气入口。

2.根据权利要求1所述的废水处理系统，其特征在于，所述废水处理系统还包括：回水管路，一端与所述膜分离器连通，另一端与所述厌氧反应器的进水口连通。

3.根据权利要求1所述的废水处理系统，其特征在于，所述废水处理系统还包括：泥水混合管路，两端分别与所述厌氧处理器和所述膜分离器连通。

4.根据权利要求1所述的废水处理系统，其特征在于，所述废水处理系统还包括：风机，设置在所述主管路上。

5. 根据权利要求1所述的废水处理系统，其特征在于，所述膜分离器包括：

壳体；以及

膜组件，位于所述壳体内。

6.根据权利要求2所述的废水处理系统，其特征在于，所述废水处理系统还包括：

进水管路，与所述膜分离器连通，或与所述回水管路连通。

7.根据权利要求1所述的废水处理系统，其特征在于，所述废水处理系统还包括：排水管路，所述排水管路与所述膜分离器连通；和/或

所述排水管路为负压排水管路。

8.根据权利要求1所述的废水处理系统，其特征在于，所述废水处理系统还包括：排气管路，与所述循环支路连通。

9.根据权利要求1所述的废水处理系统，其特征在于，所述废水处理系统还包括：补气阀，设置在所述沼气循环管路上。

10.一种权利要求1至9任一项所述废水处理系统的废水处理工艺，其特征在于，包括：

将所述厌氧反应器内的沼气通入所述主管路后，再将沼气由所述第一搅拌支路进入所述膜分离器中，进行沼气搅拌；并且也将沼气由第二搅拌支路通入所述厌氧反应器中进行沼气搅拌；

将所述膜分离器内的沼气经所述循环支路至少通入所述厌氧反应器中。

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