申请日2015.10.28
公开(公告)日2016.01.13
IPC分类号C02F9/14; C02F3/28; C02F103/20
摘要
本发明公开了一种用于处理畜禽养殖废水的厌氧双向旋转膜生物反应器及其运行方法，包括进水箱、进水蠕动泵、厌氧反应器、循环蠕动泵、恒温水浴箱、双向旋转膜组件和出水蠕动泵;进水箱连接进水蠕动泵，进水蠕动泵连接厌氧反应器，厌氧反应器分别连接双向旋转膜组件和循环蠕动泵，循环蠕动泵连接恒温水浴箱，恒温水浴箱连接双向旋转膜组件，双向旋转膜组件连接出水蠕动泵;双向旋转膜组件包括中心传动轴、旋转电机和复数个旋转膜片。本发明能控制膜表面污染层的发展，进一步提高抗膜污染性能，而且操作步骤简单，可充分发挥厌氧膜生物反应器在畜禽养殖废水处理方面的技术优势，同时又可有效避免厌氧膜生物反应器的膜污染问题。
摘要附图
权利要求书
1.一种用于处理畜禽养殖废水的厌氧双向旋转膜生物反应器，其特征在于：包括进水箱、进水蠕动泵、厌氧反应器、循环蠕动泵、恒温水浴箱、双向旋转膜组件和出水蠕动泵;
进水箱连接进水蠕动泵，进水蠕动泵连接厌氧反应器，厌氧反应器分别连接双向旋转膜组件和循环蠕动泵，循环蠕动泵连接恒温水浴箱，恒温水浴箱连接双向旋转膜组件，双向旋转膜组件连接出水蠕动泵;
双向旋转膜组件包括中心传动轴、旋转电机和复数个旋转膜片;旋转电机连接中心传动轴，复数个旋转膜片穿设固定在中心传动轴上，通过旋转电机中心传动轴带动旋转膜片正反向双向旋转;中心传动轴内部具有滤液集水的中空通道;
进水箱中的废水通过进水蠕动泵输送至厌氧反应器与厌氧反应器内的厌氧污泥充分混合并进行降解，厌氧反应器内的污泥混合液通过循环蠕动泵输送至恒温水浴箱进行恒温控制后再输送至双向旋转膜组件，在双向旋转膜组件内产生滤液和浓缩污泥混合液，滤液在出水蠕动泵的抽吸负压作用下透过旋转膜片进入中心传动轴内被抽吸出;被膜截留的浓缩污泥混合液输送返回至厌氧反应器。
2.根据权利要求1所述的一种用于处理畜禽养殖废水的厌氧双向旋转膜生物反应器，其特征在于：还包括PLC装置，PLC装置分别与进水箱、进水蠕动泵、厌氧反应器、循环蠕动泵、恒温水浴箱、双向旋转膜组件和出水蠕动泵电连接。
3.根据权利要求1所述的一种用于处理畜禽养殖废水的厌氧双向旋转膜生物反应器，其特征在于：旋转膜片为平行放置的盘式旋转膜片。
4.根据权利要求1或3所述的一种用于处理畜禽养殖废水的厌氧双向旋转膜生物反应器，其特征在于：旋转膜片间距为1cm。
5.根据权利要求1所述的一种用于处理畜禽养殖废水的厌氧双向旋转膜生物反应器，其特征在于：双向旋转膜组件具有进液口、滤液出口和返回液出口，进液口和返回液出口位于双向旋转膜组件的同一侧，进液口位于旋转膜片的下方，返回液出口位于旋转膜片的上方，滤液出口位于旋转电机的下方。
6.一种用于处理畜禽养殖废水的厌氧双向旋转膜生物反应器的运行方法，其特征在于：包括以下步骤：
第一步，进水箱中的废水通过进水蠕动泵输送至厌氧反应器;
第二步，废水与厌氧反应器内的厌氧污泥充分混合并进行降解，厌氧反应器内温度30~35°C，水力停留时间1.6~3.3d，运行负荷0.4~3.5kgCOD·m-3·d-1;
第三步，厌氧反应器内的污泥混合液通过循环蠕动泵输送至恒温水浴箱进行温度控制，使污泥混合液温度控制在30~35℃;
第四步，将污泥混合液输送至双向旋转膜组件;
第五步，在膜出水抽吸频率每10min抽吸8min;膜通量12.0~26.8L·m-2·h-1;膜旋转转速150rpm;双向旋转周期0.5h的条件下，双向旋转膜组件内通过旋转电机的作用中心传动轴带动旋转膜片正反向双向旋转，产生滤液和浓缩污泥混合液，滤液在出水蠕动泵的抽吸负压作用下透过旋转膜片进入中心传动轴内被抽吸出;被膜截留的浓缩污泥混合液输送返回至厌氧反应器。
说明书
一种用于处理畜禽养殖废水的厌氧双向旋转膜生物反应器及其运行方法
技术领域
本发明涉及畜禽养殖废水处理的技术领域，特指一种用于处理畜禽养殖废水的厌氧双向旋转膜生物反应器及其运行方法。
背景技术
畜禽养殖废水的有机物、氨氮、悬浮物浓度高，直接排放会对生态环境造成严重的威胁，因而需要对畜禽养殖废水进一步处理排放。对畜禽养殖废水的处理可采用厌氧处理技术以实现废水的处理和资源的回收利用。
厌氧处理技术是在厌氧条件下，通过专性和兼性厌氧微生物的共同作用，将有机物进行分解，同时以沼气、沼液和沼渣的形式回收能源和资源。该技术的发展已有百余年历史，近几十年来出现了一系列高效厌氧反应器，如上流式厌氧污泥床、厌氧滤池、厌氧流化床等。这些反应器主要通过污泥颗粒化和形成生物膜的方式来实现微生物截留，避免微生物流失，来提高处理能力。当它们用于畜禽养殖废水这类高悬浮物废水时，受悬浮物影响，易出现污泥颗粒化差、堵塞或短流等现象，处理能力下降。虽然传统的完全混合式厌氧消化池适用于高悬浮物废水，但由于无微生物截留功能，使得处理效率低，占地大，抗冲击负荷能力较差，运行不稳定。因此，针对畜禽养殖废水，开发高效、稳定、实用的新型厌氧工艺是十分必要的。
近年来，随着国内外膜技术的蓬勃发展，膜分离在各个领域的应用逐渐深入，其中，厌氧膜生物反应器作为一种新兴膜组合工艺，逐渐受到关注。厌氧膜生物反应器是膜技术与厌氧处理工艺相结合的复合系统。该工艺应用于畜禽养殖废水的优势如下：
(1)厌氧膜生物反应器运行负荷高，占地小。
厌氧膜生物反应器不依赖于污泥颗粒化和生物膜形成来截留微生物，而是依靠膜组件的分离来实现微生物的有效截留，保证了反应器内较高的微生物浓度，从而提高运行负荷，减小反应器容积。
(2)厌氧膜生物反应器更加高效稳定。
厌氧膜生物反应器可以在强化废水和微生物之间混合的同时，仍保证较高微生物浓度而不必担心微生物流失，从而提高处理效率和产生甲烷的能力，增强抗冲击负荷能力，运行性能稳定，减少后续管理问题。此外，由于膜的截留作用，废水中的悬浮颗粒物和部分污染物能够长时间被截留于反应器内，进一步改善废水处理和资源回收率。
(3)厌氧膜生物反应器出水水质好。
膜组件截留作用能够使系统出水水质优于其他厌氧工艺。
(4)厌氧膜生物反应器工艺相对简单，可形成一体化设备，后期运行维护容易。
可见，该工艺在畜禽养殖废水处理方面具有显著优势。但是，目前膜污染仍是困扰厌氧膜生物反应器发展的一个重要原因。膜污染会造成膜通量下降，影响整个系统的稳定运行。而将厌氧膜生物反应器用于处理成分复杂的畜禽养殖废水时，膜污染问题可能更加突出。因此，厌氧膜污染的彻底解决将切实推进厌氧膜生物反应器在畜禽养殖废水处理中的实际应用。
目前，国内外研究者对厌氧膜生物反应器中膜污染的控制措施包括改善混合液性质(如污泥浓度、溶解性有机物、颗粒粒径等)、调节操作条件(如膜通量、跨膜压差、错流速率和抽吸模式等)，改进膜材料提高其抗污染性。
对于较为传统常见的外置式厌氧膜生物反应器，通过泵循环提供高错流速率是普遍采用的方式。而对于近年备受推崇的能耗较低的浸没式厌氧膜生物反应器，研究者们则常常考虑采用沼气循环的方式在膜表面进行扰动来减轻膜污染。但是，沼气循环的运行相对复杂，且沼气的扰动有可能降低污泥颗粒粒径，从而造成负面影响。目前，针对膜污染的问题，一种新型的厌氧膜生物反应器——厌氧旋转膜生物反应器引起了人们的关注。
厌氧旋转膜生物反应器就是采用了旋转膜组件的厌氧膜生物反应器。其中，旋转膜组件可通过膜自身旋转形成的湍流来提高水力剪切力以控制膜表面污染层的形成。目前，厌氧旋转膜生物反应器的相关研究较少。Jiang等人曾将旋转平板膜组件用于厌氧膜生物反应器中，并研究了该反应器厌氧氨氧化的启动过程。研究中发现，厌氧旋转膜生物反应器的膜过滤性能优于传统厌氧膜生物反应器。白玲等人研发了一种浸没式双轴旋转厌氧膜生物反应器并将其用于处理模拟啤酒废水。研究结果表明，依靠膜组件双轴旋转而形成的良好水力条件可有效控制膜污染的发展。但是，这种浸没式双轴旋转厌氧膜生物反应器在实际运行中，膜组件容易发生破损，对工艺制造的要求高，不易放大推广。而且上述关于厌氧旋转膜生物反应器研究中的旋转膜组件均采用单向旋转方式。
因此，为了进一步提高抗膜污染性能，本发明人对此做进一步研究，研发出一种用于处理畜禽养殖废水的厌氧双向旋转膜生物反应器及其运行方法，本案由此产生。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于处理畜禽养殖废水的厌氧双向旋转膜生物反应器，控制膜表面污染层的发展，进一步提高抗膜污染性能。
本发明的又一目的在于提供一种用于处理畜禽养殖废水的厌氧双向旋转膜生物反应器的运行方法，操作步骤简单，可充分发挥厌氧膜生物反应器在畜禽养殖废水处理方面的技术优势，同时又可有效避免厌氧膜生物反应器的膜污染问题。
为解决上述技术问题，本发明的技术解决方案是：
一种用于处理畜禽养殖废水的厌氧双向旋转膜生物反应器，包括进水箱、进水蠕动泵、厌氧反应器、循环蠕动泵、恒温水浴箱、双向旋转膜组件和出水蠕动泵;
进水箱连接进水蠕动泵，进水蠕动泵连接厌氧反应器，厌氧反应器分别连接双向旋转膜组件和循环蠕动泵，循环蠕动泵连接恒温水浴箱，恒温水浴箱连接双向旋转膜组件，双向旋转膜组件连接出水蠕动泵;
双向旋转膜组件包括中心传动轴、旋转电机和复数个旋转膜片;旋转电机连接中心传动轴，复数个旋转膜片穿设固定在中心传动轴上，通过旋转电机中心传动轴带动旋转膜片正反向双向旋转;中心传动轴内部具有滤液集水的中空通道;
进水箱中的废水通过进水蠕动泵输送至厌氧反应器与厌氧反应器内的厌氧污泥充分混合并进行降解，厌氧反应器内的污泥混合液通过循环蠕动泵输送至恒温水浴箱进行恒温控制后再输送至双向旋转膜组件，在双向旋转膜组件内产生滤液和浓缩污泥混合液，滤液在出水蠕动泵的抽吸负压作用下透过旋转膜片进入中心传动轴内被抽吸出;被膜截留的浓缩污泥混合液输送返回至厌氧反应器。
进一步，还包括PLC装置，PLC装置分别与进水箱、进水蠕动泵、厌氧反应器、循环蠕动泵、恒温水浴箱、双向旋转膜组件和出水蠕动泵电连接。
进一步，旋转膜片为平行放置的盘式旋转膜片。
进一步，旋转膜片间距为1cm。
进一步，双向旋转膜组件具有进液口、滤液出口和返回液出口，进液口和返回液出口位于双向旋转膜组件的同一侧，进液口位于旋转膜片的下方，返回液出口位于旋转膜片的上方，滤液出口位于旋转电机的下方。
一种用于处理畜禽养殖废水的厌氧双向旋转膜生物反应器的运行方法，包括以下步骤：
第一步，进水箱中的废水通过进水蠕动泵输送至厌氧反应器;
第二步，废水与厌氧反应器内的厌氧污泥充分混合并进行降解，厌氧反应器内温度30~35°C，水力停留时间1.6~3.3d，运行负荷0.4~3.5kgCOD·m-3·d-1;
第三步，厌氧反应器内的污泥混合液通过循环蠕动泵输送至恒温水浴箱进行温度控制，使污泥混合液温度控制在30~35℃;
第四步，将污泥混合液输送至双向旋转膜组件;
第五步，在膜出水抽吸频率每10min抽吸8min;膜通量12.0~26.8L·m-2·h-1;膜旋转转速150rpm;双向旋转周期0.5h的条件下，双向旋转膜组件内通过旋转电机的作用中心传动轴带动旋转膜片正反向双向旋转，产生滤液和浓缩污泥混合液，滤液在出水蠕动泵的抽吸负压作用下透过旋转膜片进入中心传动轴内被抽吸出;被膜截留的浓缩污泥混合液输送返回至厌氧反应器。
采用上述方案后，由于本发明构建的厌氧双向旋转膜生物反应器中膜组件采用的是双向旋转的方式。通过这种正反向往复旋转的方式可以使膜的旋转速度与料液的流动速度矢量叠加，提高膜表面的速度梯度，从而强化膜表面的剪切作用，控制膜污染的发展，延缓膜通量的衰减。将该工艺应用于畜禽养殖废水的处理，可充分发挥厌氧膜生物反应器在畜禽养殖废水处理方面的技术优势，同时可有效避免厌氧膜生物反应器的膜污染问题。
