CN114804510B - 一种猪场养殖废水厌氧膜生物处理工艺及*** - Google Patents

Abstract

一种猪场养殖废水厌氧膜生物处理工艺及***，属于废水厌氧处理技术领域。猪舍冲洗废水汇集进入废水收集池进行均质；均质废水经固液分离后自流进入中转池；并将废水输送至气浮沉淀一体机进一步固液分离，降低生化处理负荷，浮渣及底泥进入固液分离筛；气浮产水输送至厌氧反应器，进行厌氧消化降解污染物；厌氧出水自流进入MBR膜池，利用膜的拦截作用防止消化污泥流失，同时可提高产水水质。膜池内活性污泥可回流至厌氧反应器，提高反应器内污泥浓度，从而提升处理负荷。通过鼓风机将产生的沼气对膜表面进行冲刷，抑制膜污染形成。本发明与传统的厌氧消化工艺相比具有反应器启动快、污染物去除率高、沼气产量大、抗冲击负荷能力强等优势。

Description

一种猪场养殖废水厌氧膜生物处理工艺及***

技术领域

本发明涉及一种废水厌氧处理技术领域的工艺及装置，具体的说，是针对猪场养殖废水利用厌氧膜生物反应器来提高处理效率的工艺及装置。

背景技术

废水的厌氧生物处理即为在厌氧状态下，废水中的有机物被厌氧细菌分解、代谢、消化，使得废水中的有机物含量大幅减少，同时产生沼气的一种高效的废水处理方式。厌氧处理作为废水处理的一个重要形式，正在陆续地开发出一系列新的厌氧处理工艺和构筑物，逐步克服了传统厌氧工艺的缺点，在理论和实践上取得了很大的进步。

厌氧生物处理技术是对普遍存在于自然界的微生物过程的人为控制与强化，是处理有机污染和废水的有效手段，其发展起源于城市污水污泥的处理，至今已有100多年的历史。20世纪六七十年代，随着经济的快速发展以及城市的迅猛增容，环境污染和能源紧张问题变得越来越严重时，厌氧处理工艺作为一种低能耗的有机废水生物处理方法，得到人们越来越广泛的重视。就目前而言，工业上常用的厌氧处理工艺有上流式厌氧污泥床(Up-flow Anaerobic Sludge Bed，UASB)、膨胀颗粒污泥床(Expanded Granular Sludge Bed，EGSB)、内循环(Internal Circulation，IC)反应器等。UASB反应器作为第二代厌氧反应器，将微生物固定化原理引入厌氧处理反应器，是一项污水厌氧生物处理高效技术。EGSB反应器综合了流化床(FB)和UASB的优点，废水由底部的布水器进入反应器，通过富含厌氧菌的污泥区，在厌氧菌的作用下，COD大量去除，同时产生大量沼气，在反应器的顶部通过三相分离器的作用，气体和出水分别排出，污泥则沉降回污泥区。IC反应器的组成类似两个上下串联在一起的UASB反应器，一个是下部的高负荷部分，一个是上部的低负荷部分。IC反应器具有占地面积小、投资少、容积负荷高、运行稳定等特点，在有机废水处理和资源化利用方面具有广阔的应用前景。

另外，随着膜生物反应器的逐步成熟，厌氧膜生物反应器(Anaerobic MembraneBioreactor，AnMBR)也应运而生。AnMBR通常是在已有厌氧处理工艺中，合理地加入膜组件，出水是经膜过滤，实现了水力停留时间(HRT)和污泥停留时间(SRT)的完全分离，不会发生污泥流失而影响出水水质的现象，使得AnMBR具有很高的容积负荷和较高的有机物去除率。

虽然厌氧处理工艺有着其他水处理工艺所无法比拟的优势，但是国内现有的厌氧处理技术大多有厌氧污泥流失严重、污染物去除率低、有机负荷低、产气量低等问题。

发明内容

本发明利用平板膜组件的过滤，将功能性微生物截留并泵回至厌氧反应器以及利用沼气的回曝来抑制膜污染，提高处理效率，解决上述问题。

本发明的技术方案：

一种猪场养殖废水厌氧膜生物处理***，其特征在于，包括依次连接的废水收集池1、固液分离筛2、废水中转池3、气浮沉淀池4、厌氧反应器5、MBR膜池6和集水池7。废水收集池1位于地面以下，猪圈冲洗废水由管渠自流进入废水收集池1内，废水收集池1的池顶用黑膜覆盖，废水收集池1内部设置推流搅拌装置9，使废水均质混合，防止粪污结块成团。废水收集池1与固液分离筛2之间设置输送泵10，颗粒物被拦截在筛面上，固液分离筛2的下端设置螺旋输送器11，在重力和水冲刷共同作用颗粒物下滑落至螺旋输送器11内，在螺旋挤压的作用下形成干粪，废水透过筛网表面孔隙流出，并通过管道自流进入废水中转池3，废水中转池3在地面以下，池顶部由黑膜覆盖，废水中转池3与气浮沉淀池4之间设置中转水泵12。气浮沉淀池4设有加药装置13、搅拌装置14及刮渣装置15，出水与厌氧反应器5之间设置管道泵16。厌氧反应器5与MBR膜池6组合成厌氧膜生物反应器，降解废水中污染物质。厌氧反应器5内设置氧化还原电位计17、pH计18用来监测厌氧环境是否良好，通过设置温度传感器19及加热装置20进行温度联锁，控制厌氧消化所需温度条件。厌氧反应器5顶部设有取样及观察孔26和压力表27，厌氧出水口在厌氧反应器5顶部。MBR膜池6内安设置平板膜组件22，通过抽吸泵23的作用实现膜产水，并将产水贮存在集水池7中。

所述气浮沉淀一体池4和MBR膜池6内均设有液位联锁，由控制柜25进行控制。当气浮沉淀池4开始进水时，加药装置13会联锁启动投加絮凝剂，并启动搅拌装置14，与此同时刮渣装置15开始运行，清理水面浮渣。当MBR膜池6内处于高液位时，抽吸泵23会开始运行，处于低液位时，抽吸泵23停止运行，在抽吸泵23与MBR膜池6之间的管道上设置负压表29，用于判断膜污染情况。厌氧反应器5及MBR膜池6均与沼气柜8相连，厌氧反应器5及MBR膜池6内产生的沼气通过管道收集至沼气柜8中，由气体流量计28统计沼气产量。气浮沉淀池4和厌氧反应器5均设有排泥/渣管线，将收集下来的浮渣底泥、剩余污泥送至固液分离筛2进行处理。

所述厌氧反应器5和MBR膜池6均处于厌氧环境，采用外部浸没式膜组件。MBR膜池6底部安装曝气装置30，曝气装置30与沼气柜8之间设置鼓风机21，将收集的沼气回曝至MBR膜池6，以此来冲刷膜表面，从而缓解膜污染形成。MBR膜池6内拦截下来的厌氧污泥通过污泥回流泵24回流至厌氧反应器5。

所述的平板膜组件22平板膜，孔径在0.1～0.2um。

所述的气浮沉淀池4中需投加的药剂为PAC、PAM，浓度分别是300-500ppm、2-5ppm。

采用上述一种猪场养殖废水厌氧膜生物处理***处理猪场养殖废水的工艺，通过以下步骤来实现：

a)废水预处理，主要包括固液分离筛2和气浮沉淀池4，利用物理、化学法去除废水中存在的大量悬浮物，降低后续生化处理负荷。固液分离筛2通过筛孔间隙，让废水透过，将悬浮物拦截，拦截下来的悬浮物进入螺旋输送器11，在挤压的作用下进一步脱水，从而达到固液分离的目的。气浮沉淀池4投加的药剂为PAC、PAM，通过搅拌装置14，使药剂与废水充分混合，水中的大部分杂质失去稳定，脱稳的颗粒相互碰撞、凝聚，最后形成絮体。气浮采用部分回流水溶气气浮，取一部分气浮沉淀池4出水回流进行加压和溶气，再减压后直接进入气浮沉淀池4，产生的微小气泡与废水中絮体结合，使其上浮形成浮渣，再通过刮渣装置15去除。部分大颗粒杂质会沉淀在池底，通过排泥方式去除。

b)废水生物处理，利用厌氧反应器5内厌氧微生物的生化作用去除废水中的污染物。其生化过程主要包括三个阶段：一是水解酸化阶段，水解酸化菌将废水中的大分子有机物降解为小分子物质，使难溶性有机物转化为可溶性有机物，增加了废水的可生化性；二是产氢产乙酸阶段，在产氢产乙酸细菌的作用下，将有机物分解转化成乙酸和氢气，为后续厌氧消化产甲烷提供机质；三是产甲烷阶段，利用产甲烷菌将乙酸、二氧化碳、氢气转化成甲烷。厌氧反应器5内，三个阶段是同时进行的，并保持动态平衡。

c)废水厌氧膜处理，厌氧出水从顶部自流至MBR膜池6，利用抽吸泵23抽吸平板膜组件22，将厌氧出水带走的污泥拦截在膜表面，且池内缺氧环境有厌氧利于甲烷菌的生长，甲烷菌将污水中的有机质转换为生物沼气。厌氧反应器和MBR膜池6内的沼气由管道收集至沼气柜8，通过鼓风机21将沼气抽至MBR膜池6，MBR膜池6底部布置曝气装置30使沼气均匀冲刷膜表面，实现对其反冲洗，抑制膜污染形成，延长膜组件使用寿命。同时，可根据负压表29变化情况，调整曝气量，当负压增大时增加曝气量，负压减少时降低曝气量。MBR膜池6内厌氧污泥可通过污泥回流泵24回流至厌氧反应器5，提高反应器污泥浓度。

所述厌氧反应器5中的厌氧环境氧化还原电位在-450～-550mV范围内，pH在7.2～7.5之间，温度保持在37±2℃，当温度传感器19显示温度低于35℃时，通过控制***25联锁启动加热装置20，当温度显示高于39℃时，自动停止加热。

本发明是在传统厌氧生物处理技术基础上，引入膜组件，由于膜分离技术对微生物的截留作用可实现污泥停留时间(SRT)和水力时间(HRT)完全分离，保持***较高的污泥浓度。因此与传统的厌氧发酵工艺相比，厌氧膜生物反应器具有启动快、污染物去除率高、污泥产生量低、占地面积少以及操作管理灵活等优势，使整个***不仅达到经济上投资省、能耗低，技术上可回收利用沼气能源、有机负荷高、耐冲击负荷等诸多优点。除此之外，还具有生化效果好，产水水质稳定的特点。通过沼气回曝使厌氧出水中污泥混合物不易附着在膜表面，降低对膜孔堵塞污染，从而降低处理工艺的运行和维护成本。

附图说明

图1为本发明的工艺流程图。

图2为本发明的***原理图。

图中：1-废水收集池，2-固液分离筛，3-废水中转池，4-气浮沉淀一体池，5-厌氧反应器，6-MBR膜池，7-集水池，8-沼气柜，9-推流搅拌装置，10-输送泵，11-螺旋输送器，12-废水中转泵，13-加药装置，14-搅拌装置，15-刮渣装置，16-管道泵，17-氧化还原电位计，18-pH计，19-温度传感器，20-加热装置，21-鼓风机，22-平板膜组件，23-产水泵，24-污泥回流泵，25-控制柜，26-取样及观察孔，27-压力表，28-气体流量计，29-负压表，30-曝气装置。

具体实施方式

下面结合附图2与实施例对本发明作进一步说明。

如图2所示，给出了本发明一种猪场养殖废水厌氧膜生物处理工艺及装置的原理图，其由沿废水的处理流向依次设置的废水收集池1、固液分离筛2、废水中转池3、气浮沉淀池4、厌氧反应器5、MBR膜池6、集水池7等设施设备组成。废水收集池1位于地面以下，猪圈冲洗废水由管渠自流进入废水收集池1内，池顶用黑膜覆盖，防止臭气逸散。废水收集池1内安装推流搅拌装置9，通过搅拌使废水均质混合，防止粪污结块成团。废水收集池1内废水由输送泵10送至固液分离筛2进行固液分离，由于废水收集池1内废水液位低与输送泵10进口存在高程差，为了方便启泵，在输送泵10前设有引水罐。废水中颗粒物被拦截在固液分离筛2的筛面上，在重力和水冲刷共同作用下滑落至螺旋输送器11内，在螺旋挤压的作用下形成干粪，干粪可用来堆肥，制作有机肥。废水透过筛网表面孔隙流出，孔隙小于0.5mm，并通过管道自流进入废水中转池3。废水中转池3在地面以下，池顶部也有黑膜覆盖，废水中转池3内废水由中转水泵12送至气浮沉淀池4。气浮沉淀池4设有加药装置13、搅拌装置14及刮渣装置15，出水由管道泵16输送到厌氧反应器5。当废水进入气浮沉淀池4，池内液位联锁判断液位高低，由控制柜25程序联锁启动加药装13置，加药装置13由药剂罐、加药泵、加药管线三部分组成。气浮沉淀池4投加的药剂为PAC、PAM，其浓度分别是300-500ppm、2-5ppm，通过搅拌装置14，使药剂与废水充分混合，水中的大部分杂质失去稳定，脱稳的颗粒相互碰撞、凝聚，最后形成絮体。气浮采用部分回流水溶气气浮，取一部分气浮沉淀池4出水回流进行加压和溶气，再减压后直接进入气浮沉淀池4，产生的微小气泡与废水中絮体结合，使其上浮形成浮渣，再通过刮渣装置15去除。部分大颗粒杂质会沉淀在池底，通过排泥方式去除。气浮沉淀池4产生的浮渣及底泥由管道送至固液分离筛2进行固液分离。气浮产水由管道泵16送至厌氧消化处理。厌氧反应器5与MBR膜池6组合成厌氧膜生物反应器，降解废水中污染物质。厌氧反应器5内安装氧化还原电位计17、pH计18用来监测厌氧环境是否良好，利用温度传感器19及加热装置20进行温度联锁，控制厌氧消化所需温度条件，为微生物生长繁殖创造良好的中温环境，有利于污染物降解。厌氧反应器5顶部设有取样及观察孔26和压力表27，防止出现超压。厌氧消化需控制氧化还原电位在-450～-550mV范围内，pH在7.2～7.5之间，温度保持在中温环境下(37±2℃)，当温度传感器19显示温度低于35℃时，通过控制***25联锁启动加热装置20，当温度显示高于39℃时，自动停止加热。厌氧消化过程主要包括三个阶段：一是水解酸化阶段，水解酸化菌将废水中的大分子有机物降解为小分子物质，使难溶性有机物转化为可溶性有机物，增加了废水的可生化性；二是产氢产乙酸阶段，在产氢产乙酸细菌的作用下，将有机物分解转化成乙酸和氢气，为后续厌氧消化产甲烷提供机质；三是产甲烷阶段，利用产甲烷菌将乙酸、二氧化碳、氢气等转化成甲烷。虽然厌氧消化过程可分为以上几个阶段，但是在厌氧反应器5内，三个阶段是同时进行的，并保持动态平衡。厌氧出水从罐顶部自流至MBR膜池6，利用抽吸泵23抽吸平板膜组件22，该膜组件为浸膜式平板膜，其孔径在0.1～0.2um。将厌氧出水带走的污泥拦截在膜表面，且池内缺氧环境有厌氧利于甲烷菌的生长，甲烷菌将污水中的有机质转换为生物沼气。所述厌氧反应器5和MBR膜池6均处于厌氧环境，产生的沼气通过管道收集至沼气柜8中，由气体流量计28统计沼气产量。厌氧反应器5和MBR膜池6采用外部浸没式膜组件，其安装便捷且易于清理维护。MBR膜池6底部安装曝气装置30，利用鼓风机21将沼气柜8收集的沼气回曝至MBR膜池6，以此来冲刷膜表面，从而缓解膜污染形成，延长膜组件使用寿命。MBR膜池6内拦截下来的厌氧污泥通过污泥回流泵24回流至厌氧反应器5，在减少污泥流失的同时可提高反应器内污泥浓度，增大厌氧处理负荷，提高处理效率。同时，抽吸泵23前安装负压表29，根据跨膜压差变化情况，来调整曝气量，当负压增大时增加曝气量，负压减少时降低曝气量。MBR膜池6内厌氧污泥可通过污泥回流泵24回流至厌氧反应器，提高反应器污泥浓度。MBR膜池6内设有液位联锁，由控制柜25控制。当池内处于高液位时，抽吸泵23会开始运行，处于低液位时，停止运行。抽吸泵按照抽8min停2min的方式运行，其运行、停止时间可通过控制器设定。当膜组件在同一过滤流量下负压表29显示的跨膜压差比初期稳定运行时的跨膜压差高35kPa时，代表着膜污染情况较严重。此时可通过化学清洗的方式恢复膜性能，当膜污染主要为生物性有机污染时，采用定期碱洗的方法控制，所用药剂为次氯酸钠，浓度在3000-5000mg/L，浸泡时间3-5小时；当主要为无机污染时，采用酸洗的方法进行控制，常用药剂为草酸或柠檬酸，其浓度在300-5000mg/L，浸泡时间3-5小时。注意清洗时，请勿将次氯酸钠与草酸或柠檬酸混合，它们混合后会产生有毒氯气。厌氧膜生物反应器产生的剩余污泥由管道送至固液分离筛2进行处理。厌氧膜生物反应器产水由抽吸泵23实现，并将产水贮存在集水池7中。

Claims (6)

1.一种猪场养殖废水厌氧膜生物处理***，其特征在于，包括依次连接的废水收集池（1）、固液分离筛（2）、废水中转池（3）、气浮沉淀池（4）、厌氧反应器（5）、MBR膜池（6）和集水池（7）；废水收集池（1）位于地面以下，猪圈冲洗废水由管渠自流进入废水收集池（1）内，废水收集池（1）的池顶用黑膜覆盖，废水收集池（1）内部设置推流搅拌装置（9），使废水均质混合，防止粪污结块成团；废水收集池（1）与固液分离筛（2）之间设置输送泵（10），颗粒物被拦截在筛面上，固液分离筛（2）的下端设置螺旋输送器（11），在重力和水冲刷共同作用下颗粒物滑落至螺旋输送器（11）内，在螺旋挤压的作用下形成干粪，废水透过筛网表面孔隙流出，并通过管道自流进入废水中转池（3），废水中转池（3）在地面以下，池顶部由黑膜覆盖，废水中转池（3）与气浮沉淀池（4）之间设置中转水泵（12）；气浮沉淀池（4）设有加药装置（13）、搅拌装置（14）及刮渣装置（15），出水与厌氧反应器（5）之间设置管道泵（16）；厌氧反应器（5）与MBR膜池（6）组合成厌氧膜生物反应器，降解废水中污染物质；厌氧反应器（5）内设置氧化还原电位计（17）、pH计（18）用来监测厌氧环境是否良好，通过设置温度传感器（19）及加热装置（20）进行温度联锁，控制厌氧消化所需温度条件；厌氧反应器（5）顶部设有取样及观察孔（26）和压力表（27），厌氧出水口在厌氧反应器（5）顶部；MBR膜池（6）内安设置平板膜组件（22），通过抽吸泵（23）的作用实现膜产水，并将产水贮存在集水池（7）中；

所述气浮沉淀池（4）和MBR膜池（6）内均设有液位联锁，由控制柜（25）进行控制；当气浮沉淀池（4）开始进水时，加药装置（13）会联锁启动投加絮凝剂，并启动搅拌装置（14），与此同时刮渣装置（15）开始运行，清理水面浮渣；当MBR膜池（6）内处于高液位时，抽吸泵（23）会开始运行，处于低液位时，抽吸泵（23）停止运行，在抽吸泵（23）与MBR膜池（6）之间的管道上设置负压表（29），用于判断膜污染情况；厌氧反应器（5）及MBR膜池（6）均与沼气柜（8）相连，厌氧反应器（5）及MBR膜池（6）内产生的沼气通过管道收集至沼气柜（8）中，由气体流量计（28）统计沼气产量；气浮沉淀池（4）和厌氧反应器（5）均设有排泥/渣管线，将收集下来的浮渣底泥、剩余污泥送至固液分离筛（2）进行处理。

2.根据权利要求1所述的一种猪场养殖废水厌氧膜生物处理***，其特征在于：所述厌氧反应器（5）和MBR膜池（6）均处于厌氧环境，采用外部浸没式膜组件；MBR膜池（6）底部安装曝气装置（30），曝气装置（30）与沼气柜（8）之间设置鼓风机（21），将收集的沼气回曝至MBR膜池（6），以此来冲刷膜表面，从而缓解膜污染形成；MBR膜池（6）内拦截下来的厌氧污泥通过污泥回流泵（24）回流至厌氧反应器（5）。

3.根据权利要求1所述的一种猪场养殖废水厌氧膜生物处理***，其特征在于：所述的平板膜组件（22）平板膜，孔径在0.1~0.2um。

4.根据权利要求1所述的一种猪场养殖废水厌氧膜生物处理***，其特征在于：所述的气浮沉淀池（4）中需投加的药剂为PAC、PAM，浓度分别是300-500ppm、2-5ppm。

5.采用权利要求1-4任一所述的一种猪场养殖废水厌氧膜生物处理***处理猪场养殖废水的工艺，其特征在于，通过以下步骤来实现：

a）废水预处理，主要包括固液分离筛（2）和气浮沉淀池（4），利用物理、化学法去除废水中存在的大量悬浮物，降低后续生化处理负荷；固液分离筛（2）通过筛孔间隙，让废水透过，将悬浮物拦截，拦截下来的悬浮物进入螺旋输送器（11），在挤压的作用下进一步脱水，从而达到固液分离的目的；气浮沉淀池（4）投加的药剂为PAC、PAM，通过搅拌装置（14），使药剂与废水充分混合，水中的大部分杂质失去稳定，脱稳的颗粒相互碰撞、凝聚，最后形成絮体；气浮采用部分回流水溶气气浮，取一部分气浮沉淀池（4）出水回流进行加压和溶气，再减压后直接进入气浮沉淀池（4），产生的微小气泡与废水中絮体结合，使其上浮形成浮渣，再通过刮渣装置（15）去除；部分大颗粒杂质会沉淀在池底，通过排泥方式去除；

b）废水生物处理，利用厌氧反应器（5）内厌氧微生物的生化作用去除废水中的污染物；其生化过程主要包括三个阶段：一是水解酸化阶段，水解酸化菌将废水中的大分子有机物降解为小分子物质，使难溶性有机物转化为可溶性有机物，增加了废水的可生化性；二是产氢产乙酸阶段，在产氢产乙酸细菌的作用下，将有机物分解转化成乙酸和氢气，为后续厌氧消化产甲烷提供机质；三是产甲烷阶段，利用产甲烷菌将乙酸、二氧化碳、氢气转化成甲烷；厌氧反应器（5）内，三个阶段是同时进行的，并保持动态平衡；

c）废水厌氧膜处理，厌氧出水从顶部自流至MBR膜池（6），利用抽吸泵（23）抽吸平板膜组件（22），将厌氧出水带走的污泥拦截在膜表面，且池内缺氧环境有厌氧利于甲烷菌的生长，甲烷菌将污水中的有机质转换为生物沼气；厌氧反应器和MBR膜池（6）内的沼气由管道收集至沼气柜（8），通过鼓风机（21）将沼气抽至MBR膜池（6），MBR膜池（6）底部布置曝气装置（30）使沼气均匀冲刷膜表面，实现对其反冲洗，抑制膜污染形成，延长膜组件使用寿命；同时，可根据负压表（29）变化情况，调整曝气量，当负压增大时增加曝气量，负压减少时降低曝气量；MBR膜池（6）内厌氧污泥可通过污泥回流泵（24）回流至厌氧反应器（5），提高反应器污泥浓度。

6.根据权利要求5所述的工艺，其特征在于，所述厌氧反应器（5）中的厌氧环境氧化还原电位在-450~-550mV范围内，pH在7.2~7.5之间，温度保持在37±2℃，当温度传感器（19）显示温度低于35℃时，通过控制***（25）联锁启动加热装置（20），当温度显示高于39℃时，自动停止加热。