申请日2018.12.27
公开(公告)日2019.03.12
IPC分类号C02F3/34; C02F3/28; C02F3/30; B01D65/02; C02F101/16
摘要
本发明公开了一种同步厌氧甲烷化和厌氧氨氧化装置的废水处理方法，采用甲烷气体作为增强反应器传质的媒介及清洗物质，有效控制了膜组件的堵塞问题，同时加强了反应器的传质，强化了对有机物及氮的去除。沼气燃烧锅炉、进水加药系统对进入反应器的温度、氧化还原电位及酸碱度进行了有效控制，为产甲烷菌及厌氧氨氧化菌的有效繁殖及生物持有量的保证创造了条件。本发明公开的基于上述的一种同步厌氧甲烷化和厌氧氨氧化装置的废水处理方法，是一种可有效控制膜组件堵塞、可控性强、处理效率高、抗冲击负荷能力强的同步厌氧甲烷化和厌氧氨氧化处理工艺及方法。
权利要求书
1.一种同步厌氧甲烷化和厌氧氨氧化装置的废水处理方法，其特征在于：包括厌氧污泥存储池(1);同步厌氧甲烷化及氨氧化反应器(2);反应器进水流量计(3);射流混合器(4);温度计(5);管式换热器(6);进水泵(7);调节池(8);氯化亚铁投加装置(9);氢氧化钠投加装置(10);计量泵(11);布水器(12);气体流量计I(13);布气管(14);气体流量计II(15);抽吸泵(16);在线检测仪表(17);固定床填料区(18);膜组件(19);后续处理单元(20);气水分离器(21);风机(22);气体增压罐(23);电动调节阀(24);沼气燃烧锅炉(25);锅炉给水泵(26);锅炉给水池(27);保温层(28);
所述调节池(8)同进水泵(7)、管式换热器(6)、射流混合器(4)、反应器进水流量计(3)、同步厌氧甲烷化及氨氧化反应器(2)依次连接;同步厌氧甲烷化及氨氧化反应器(2)包括布水器(12)、固定床填料区(18)、膜组件(19)、保温层(28);同步厌氧甲烷化及氨氧化反应器(2)同抽吸泵(16)、后续处理单元(20)依次连接;同步厌氧甲烷化及氨氧化反应器(2)同气水分离器(21)、风机(22)、气体增压罐(23)、电动调节阀(24)、沼气燃烧锅炉(25)依次连接，同步厌氧甲烷化及氨氧化反应器(2)还同厌氧污泥存储池(1)连接;
所述锅炉给水池(27)、锅炉给水泵(26)依次同燃烧锅炉(25)连接;沼气燃烧锅炉(25)、锅炉给水池(27)同管式换热器(6)连接;气体增压罐(23)、抽吸泵(16)同射流混合器(4)连接;气体增压罐(23)还经气体流量计I(13)、气体流量计II(15)同布气管(14)连接;
所述氯化亚铁投加装置(9)、氢氧化钠投加装置(10)通过计量泵(11)同调节池(8)连接;抽吸泵(16)、气体流量计II(15)、气体流量计I(13)、在线检测仪表(17)同同步厌氧甲烷化及氨氧化反应器(2)连接;
所述在线检测仪表(17)同计量泵(11)进行连锁，控制氯化亚铁、氢氧化钠投加量，进一步控制同步厌氧甲烷化及氨氧化反应器(2)中的pH和温度;温度计(5)同电动调节阀(24)连锁，通过控制进入沼气燃烧锅炉(25)的燃烧沼气量，控制管式换热器(6)热水同反应器进水的换热量，进一步控制进入同步厌氧甲烷化及氨氧化反应器(2)中废水的温度;
所述气体增压罐(23)经由气体流量计I(13)、气体流量计II(15)同布气管(14)进行连接。
2.根据权利要求1一种同步厌氧甲烷化和厌氧氨氧化装置的废水处理方法，其特征在于：
1)废水在调节池(8)经氯化亚铁投加装置(9)，氢氧化钠投加装置(10)分别投加氯化亚铁及氢氧化钠，控制废水在调节池(8)中废水的pH为7.5~8.0，ORP为-500~-300mV，通过电动调节阀(24)及管式换热器(6)控制进入同步厌氧甲烷化及氨氧化反应器(2)的废水温度为30~35℃;
2)管式换热器(6)出水于射流混合器(4)中同来自气体增压罐(23)的甲烷气体充分混合，混合后的气水混合物增大了废水的的局部上升流速及湍流度、加强了传质，促进了功能区I(颗粒污泥区)中颗粒污泥的形成，提高了废水的处理效果;射流混合器(4)经由反应器进水流量计(3)进入布水器(12)，经布水器(12)进行均匀布水;
3)废水于同步厌氧甲烷化及氨氧化反应器(2)中依次进入功能区I(颗粒污泥区)，在功能区I(颗粒污泥区)主要以厌氧甲烷化为主，同时对进水中的有机物、溶解氧予以消耗，保证于固定床填料区(18)顺利进行厌氧氨氧化反应，之后进入膜组件(19)进行气液固的三相分离，膜组件(19)保证了同步厌氧甲烷化及氨氧化反应器(2)中世代时间较长的厌氧氨氧化细菌的生物持有量，实现了HRT同SRT的分离;
4)膜组件(19)经由抽吸泵(16)进入后续处理单元(20)，抽吸泵(16)出水部分回流于射流混合器(4)同原水进行混合，对原水进行稀释同时部分回流增大了同步厌氧甲烷化及氨氧化反应器(2)中水力负荷，有利于功能区I(颗粒污泥区)的传质、厌氧颗粒污泥的形成、提高反应器的容积负荷;
5)甲烷同水的混合气体进入气水分离器(21)进行气水分离，液相回流至同步厌氧甲烷化及氨氧化反应器(2)，甲烷气体经风机(22)增压至气体增压罐(23);气体增压罐(23)部分气体经由射流混合器(4)同原水进行混合进入同步厌氧甲烷化及氨氧化反应器(2)，部分气体经电动调节阀(24)进入沼气燃烧锅炉(25)进行燃烧，多余气体进行资源化利用;锅炉给水池(27)中的锅炉给水经由锅炉给水泵(26)进入沼气燃烧锅炉(25)的换热盘管，同高温烟气进行换热，之后进入管式换热器(6)，最终回流至锅炉给水池(27)，完成一个换热周期;
6)管式换热器(6)同射流混合器(4)连接的进水管路上设有温度计(5)，
温度计(5)同电动调节阀(24)进行关联，控制进入同步厌氧甲烷化及氨氧化反应器(2)的废水温度为30~35℃，当温度大于35℃时，电动调节阀(24)调小开度，减少进入沼气燃烧锅炉(25)的沼气量，通过控制沼气燃烧锅炉(25)的放热量进行控制进入管式换热器(6)的废水热量;当温度小于30℃时，调大进入沼气燃烧锅炉(25)的沼气量;
7)同步厌氧甲烷化及氨氧化反应器(2)由下往上，生物反应区包含功能区I(颗粒污泥区)、功能区II(固定床填料区)、功能区III(膜组件区);同步功能区I(颗粒污泥区)底部、功能区III(膜组件区)底部设有排泥管，同厌氧污泥存储池(1)连接。
3.根据权利要求1一种同步厌氧甲烷化和厌氧氨氧化装置的废水处理方法，其特征在于：在线检测仪表(17)含pH、ORP在线检测仪，对反应器对应部分水质进行实时监控，并同氯化亚铁投加装置(9)、氢氧化钠投加装置(10)的计量泵(11)进行关联，通过控制氯化亚铁的投加量对废水的ORP进行控制，进而控制同步厌氧甲烷化及氨氧化反应器(2)中废水的pH、ORP分别为7.5~8.0、-500~-300mV，使厌氧甲烷化细菌、厌氧氨氧化细菌成为优势菌种;同时二价铁离子对厌氧甲烷化细菌的生长具有促进作用，加强了功能区I的颗粒污泥区的厌氧甲烷化作用，降低了废水中的有机物浓度，同时消耗了废水中可能存在的溶解氧，为功能区III的膜组件区中厌氧氨氧化菌富集创造基质条件。
4.根据权利要求1一种同步厌氧甲烷化和厌氧氨氧化装置的废水处理方法，其特征在于：气体增压罐(23)经由气体流量计I(13)、气体流量计II(15)同布气管(14)进行连接;采用甲烷气体对固定床填料区(18)、膜组件(19)持续或定期冲刷，防止或减缓膜组件(19)的堵塞现象，延长膜组件(19)的离线清洗周期，通过甲烷气体的冲刷，周期性对固定床填料区(18)的厌氧生物膜进行更新，防止固定床填料区(18)的堵塞。
5.根据权利要求1一种同步厌氧甲烷化和厌氧氨氧化装置的废水处理方法，其特征在于：系统启动时向气体增压罐(23)中注入适量甲烷气体，保证系统正常运行对甲烷气体的需求。
6.根据权利要求1一种同步厌氧甲烷化和厌氧氨氧化装置的废水处理方法，其特征在于：后续处理单元(20)根据具体出水水质要求采用相应工艺，如MBR、RO等工艺或组合工艺对废水处理，予以排放或回用。
说明书
一种同步厌氧甲烷化和厌氧氨氧化装置的废水处理方法
技术领域
本发明涉及水处理技术领域，具体为一种同步厌氧甲烷化和厌氧氨氧化装置的废水处理方法。
背景技术
厌氧膜生物反应器(Anaerobic Membrane Bioreactor，An MBR)是将厌氧生物处理工艺与膜分离技术相结合而形成的污水处理技术。由于厌氧微生物增殖速率相对较低，因此提高微生物的截留效率，延长其在反应器内的停留时间是厌氧反应器运行成功的关键。An MBR实现了HRT同SRT的分离，保证了时代时间长的厌氧甲烷化菌及厌氧氨氧化菌的生物高持有量。
现有An MBR存在以下几个主要问题：1)基于厌氧菌群的特性，An MBR中膜组件堵塞问题严重，不能长时间稳定运行，离线清洗周期短;2)厌氧氨氧化菌和产甲烷菌对pH、温度和ORP均较为敏感，传统厌氧反应器及目前的An MBR对上述池参数(pH、温度、ORP)控制手段匮乏，响应时间慢。3)目前An MBR多采用CSTR模式运行，反应器的加工及维护难度，不利于实际操作。
为此非常有必要开发一种能够有效控制膜组件堵塞，运行参数可控性强、响应时间短，易于操作及维护的同步厌氧甲烷化及厌氧氨氧化的新型反应装置及工艺。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种同步厌氧甲烷化和厌氧氨氧化装置的废水处理方法，能够有效控制膜组件堵塞，反应器运行参数可控性强、响应时间短，并且易于操作及维护的同步厌氧甲烷化及厌氧氨氧化的新型反应装置及工艺。
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种同步厌氧甲烷化和厌氧氨氧化装置的废水处理方法，包括厌氧污泥存储池;同步厌氧甲烷化及氨氧化反应器;反应器进水流量计;射流混合器;温度计;管式换热器;进水泵;调节池;氯化亚铁投加装置;氢氧化钠投加装置;计量泵;布水器;气体流量计I;布气管;气体流量计II;抽吸泵;在线检测仪表;固定床填料区;膜组件;后续处理单元;气水分离器;风机;气体增压罐;电动调节阀;沼气燃烧锅炉;锅炉给水泵;锅炉给水池;保温层;
调节池同进水泵、管式换热器、射流混合器、反应器进水流量计、同步厌氧甲烷化及氨氧化反应器依次连接;同步厌氧甲烷化及氨氧化反应器包括布水器、固定床填料区、膜组件、保温层;同步厌氧甲烷化及氨氧化反应器同抽吸泵、后续处理单元依次连接;同步厌氧甲烷化及氨氧化反应器同气水分离器、风机、气体增压罐、电动调节阀、沼气燃烧锅炉依次连接，同步厌氧甲烷化及氨氧化反应器还同厌氧污泥存储池连接;
锅炉给水池、锅炉给水泵依次同燃烧锅炉连接;沼气燃烧锅炉、锅炉给水池同管式换热器连接;气体增压罐、抽吸泵同射流混合器连接;气体增压罐还经气体流量计I、气体流量计II同布气管连接;
氯化亚铁投加装置、氢氧化钠投加装置通过计量泵同调节池连接;抽吸泵、气体流量计II、气体流量计I、在线检测仪表、同同步厌氧甲烷化及氨氧化反应器连接;
在线检测仪表同计量泵进行连锁，控制氯化亚铁、氢氧化钠
投加量，进一步控制同步厌氧甲烷化及氨氧化反应器中的pH和温度;温度计同电动调节阀连锁，通过控制进入沼气燃烧锅炉的燃烧沼气量，控制管式换热器热水同反应器进水的换热量，进一步控制进入同步厌氧甲烷化及氨氧化反应器中废水的温度;
气体增压罐经由气体流量计I、气体流量计II同布气管进行连接。
进一步地，1)废水在调节池经氯化亚铁投加装置，氢氧化钠投加装置分别投加氯化亚铁及氢氧化钠，控制废水在调节池中废水的pH为7.5~8.0，ORP为-500~-300mV，通过电动调节阀及管式换热器控制进入同步厌氧甲烷化及氨氧化反应器的废水温度为30~35℃;
2)管式换热器出水于射流混合器中同来自气体增压罐的甲烷气体充分混合，混合后的气水混合物增大了废水的的局部上升流速及湍流度、加强了传质，促进了功能区I(颗粒污泥区)中颗粒污泥的形成，提高了废水的处理效果;射流混合器经由反应器进水流量计进入布水器，经布水器进行均匀布水;
3)废水于同步厌氧甲烷化及氨氧化反应器中依次进入功能区I(颗粒污泥区)，在功能区I(颗粒污泥区)主要以厌氧甲烷化为主，同时对进水中的有机物、溶解氧予以消耗，保证于固定床填料区顺利进行厌氧氨氧化反应，之后进入膜组件进行气液固的三相分离，膜组件保证了同步厌氧甲烷化及氨氧化反应器中世代时间较长的厌氧氨氧化细菌的生物持有量，实现了HRT同SRT的分离;
4)膜组件经由抽吸泵进入后续处理单元，抽吸泵出水部分回流于射流混合器同原水进行混合，对原水进行稀释同时部分回流增大了同步厌氧甲烷化及氨氧化反应器中水力负荷，有利于功能区I(颗粒污泥区)的传质、厌氧颗粒污泥的形成、提高反应器的容积负荷;
5)甲烷同水的混合气体进入气水分离器进行气水分离，液相回流至同步厌氧甲烷化及氨氧化反应器，甲烷气体经风机增压至气体增压罐;气体增压罐部分气体经由射流混合器同原水进行混合进入同步厌氧甲烷化及氨氧化反应器，部分气体经电动调节阀进入沼气燃烧锅炉进行燃烧，多余气体进行资源化利用;锅炉给水池中的锅炉给水经由锅炉给水泵进入沼气燃烧锅炉的换热盘管，同高温烟气进行换热，之后进入管式换热器，最终回流至锅炉给水池，完成一个换热周期;
6)管式换热器同射流混合器连接的进水管路上设有温度计，
温度计同电动调节阀进行关联，控制进入同步厌氧甲烷化及氨氧化反应器的废水温度为30~35℃，当温度大于35℃时，电动调节阀调小开度，减少进入沼气燃烧锅炉的沼气量，通过控制沼气燃烧锅炉的放热量进行控制进入管式换热器的废水热量;当温度小于30℃时，调大进入沼气燃烧锅炉的沼气量;
7)同步厌氧甲烷化及氨氧化反应器由下往上，生物反应区包含功能区I(颗粒污泥区)、功能区II(固定床填料区)、功能区III(膜组件区);同步功能区I(颗粒污泥区)底部、功能区III(膜组件区)底部设有排泥管，同厌氧污泥存储池连接。
进一步地，在线检测仪表含pH、ORP在线检测仪，对反应器对应部分水质进行实时监控，并同氯化亚铁投加装置、氢氧化钠投加装置的计量泵进行关联，通过控制氯化亚铁的投加量对废水的ORP进行控制，进而控制同步厌氧甲烷化及氨氧化反应器中废水的pH、ORP分别为7.5~8.0、-500~-300mV，使厌氧甲烷化细菌、厌氧氨氧化细菌成为优势菌种;同时二价铁离子对厌氧甲烷化细菌的生长具有促进作用，加强了功能区I(颗粒污泥区)的厌氧甲烷化作用，降低了废水中的有机物浓度，同时消耗了废水中可能存在的溶解氧，为功能区III(膜组件区)中厌氧氨氧化菌富集创造基质条件。
进一步地，气体增压罐经由气体流量计I、气体流量计II同布气管进行连接;采用甲烷气体对固定床填料区、膜组件持续或定期冲刷，防止或减缓膜组件的堵塞现象，延长膜组件的离线清洗周期，通过甲烷气体的冲刷，周期性对固定床填料区的厌氧生物膜进行更新，防止固定床填料区的堵塞。
进一步地，系统启动时向气体增压罐中注入适量甲烷气体，保证系统正常运行对甲烷气体的需求。
进一步地，后续处理单元根据具体出水水质要求采用相应工艺，如MBR、RO等工艺或组合工艺对废水处理，予以排放或回用。
本发明的有益效果是：
(1)甲烷气体的引入及清洗作用，有效控制了膜组件的堵塞问题，同时加强了反应器的传质，强化了对有机物及氮的去处。
(2)沼气燃烧锅炉、进水加药系统(绿化亚铁及氢氧化钠等)对进入反应器的温度、氧化还原电位及酸碱度进行了有效控制，为产甲烷菌及厌氧氨氧化菌的有效繁殖及生物持有量的保证创造了条件。
(3)采用甲烷气体作为循环气体和冲洗气体，省去了常规An MBR中的搅拌器，一方面减少了能耗，另一方面减少了设备加工、操作及维护的难度。
(4)在线仪表同相应设备及阀门的连锁，增强了系统运行的可控性及稳定性。
(5)部分出水的再循环，对原水进行稀释，增强了系统的抗冲击负荷能力。
本发明公开的基于上述的一种同步厌氧甲烷化和厌氧氨氧化装置的废水处理方法，是一种可有效控制膜组件堵塞、可控性强、处理效率高、抗冲击负荷能力强的同步厌氧甲烷化和厌氧氨氧化处理工艺及方法。
