申请日2014.11.24
公开(公告)日2015.02.18
IPC分类号C02F3/28
摘要
本发明公开了一种厌氧蒸馏膜生物反应池一体化污水深度处理装置及其工艺，该系统主要由太阳能加热系统、厌氧蒸馏膜生物反应池、膜出水循环冷却系统、在线膜出水量检测系统、气体膜面冲刷系统以及气体收集系统构成，该系统通过以疏水性蒸馏膜代替传统的微滤膜的方式，将厌氧膜生物(AnMBR)过程和膜蒸馏(MD)过程科学的结合在一个反应池内，对污水中COD的去除率达到了99%以上，实现了氮(N)、磷(P)、金属离子的99%去除。本发明适用于各类污水的高效净化处理,其出水效果与反渗透出水相近。
权利要求书
1.厌氧蒸馏膜生物反应池一体化污水深度处理装置，其特征在于：包括进水池(1)、清水池(19)、太阳能加热系统、厌氧蒸馏膜生物反应池(5)、膜出水循环冷却系统、在线膜出水量检测系统和气体膜面冲刷系统;
进水池(1)内设有热交换器(2)，厌氧蒸馏膜生物反应池(5)内设有淹没式蒸馏膜组件(13)，进水池(1)和厌氧蒸馏膜生物反应池(5)之间通过污水泵(3)连接，热交换器(2)和淹没式蒸馏膜组件(13)之间通过第一循环泵(14)连接;
热交换器(2)和清水池(19)通过在线膜出水量检测系统连接，热交换器(2)和厌氧蒸馏膜生物反应池(5)通过膜出水循环冷却系统连接;膜出水循环冷却系统包括冷却罐(16)和冷侧循环泵(17);
厌氧蒸馏膜生物反应池(5)上连接有气体膜面冲刷系统和太阳能加热系统。
2.根据权利要求1所述的厌氧蒸馏膜生物反应池一体化污水深度处理装置，其特征在于：厌氧蒸馏膜生物反应池(5)内设有氧化还原电位传感器、温度传感器、pH传感器、电导率传感器和液位控制器。
3.根据权利要求1所述的厌氧蒸馏膜生物反应池一体化污水深度处理装置，其特征在于：太阳能加热系统包括相互连接的集热器(6)和太阳能热源吸收装置(10)，集热器(6)设在厌氧蒸馏膜生物反应池(5)内。
4.根据权利要求1所述的厌氧蒸馏膜生物反应池一体化污水深度处理装置，其特征在于：厌氧蒸馏膜生物反应池(5)底部设有通过曝气孔(4)，厌氧蒸馏膜生物反应池(5)通过外部的隔膜真空泵(9)和曝气孔(4)连接。
5.根据权利要求1所述的厌氧蒸馏膜生物反应池一体化污水深度处理装置，其特征在于：厌氧蒸馏膜生物反应池(5)的上方设有气体收集系统。
6.基于权利要求1所述的一种厌氧蒸馏膜生物反应池一体化污水深度处理装置的工艺，其特征在于：包括以下步骤，
进水池(1)中的污水被热交换器(2)预热后经污水泵(3)送入厌氧蒸馏膜生物反应池(5)中，厌氧蒸馏膜生物反应池(5)的出水通过淹没式蒸馏膜组件(13)内侧由第一循环泵(14)泵入热交换器(2)中;
热交换器(2)中的清水通过在线膜出水量检测系统的管道(20)进入清水池(19);热交换器(2)中的循环水通过冷却罐(16)由冷侧循环泵(17)送回淹没式蒸馏膜组件(13)内侧;
气体膜面冲刷系统利用厌氧蒸馏膜生物反应池(5)产生的气体进行膜面冲刷;厌氧蒸馏膜生物反应池(5)内的温度由太阳能加热系统维持;
所述厌氧蒸馏膜生物反应池(5)采用厌氧污泥降解有机污染物;淹没式蒸馏膜组件(13)采用疏水性蒸馏膜。
7.根据权利要求6所述的厌氧蒸馏膜生物反应池一体化污水深度处理装置的工艺，其特征在于：厌氧蒸馏膜反应池(5)内温度为50℃-60℃、氧化还原电位(ORP)小于-300mV、pH值为6.5-7.5，膜出水循环冷却系统的温度为15-20℃。
8.根据权利要求6所述的厌氧蒸馏膜生物反应池一体化污水深度处理装置的工艺，其特征在于：太阳能加热系统采用温差控制集热原理，当太阳能加热系统的太阳能热源吸收装置(10)吸收太阳能辐射后，集热管温度上升，达到太阳能加热系统的集热器(6)和厌氧蒸馏膜生物反应池(5)温度水温差△t设定值时，检测系统发出指令，冷侧循环泵(17)将中央热水器中的冷水输入集热器(6)中，水被加热后再回到厌氧蒸馏膜生物反应池(5)中，使厌氧蒸馏膜生物反应池(5)内的水达到设定的温度，所述过程均采用数字电脑自动化控制模式。
9.根据权利要求6所述的厌氧蒸馏膜生物反应池一体化污水深度处理装置的工艺，其特征在于：疏水性蒸馏膜为聚四氟乙烯膜或者聚丙烯膜。
说明书
厌氧蒸馏膜生物反应池一体化污水深度处理装置及其工艺
技术领域
本发明属于污水处理领域，具体涉及一种厌氧蒸馏膜生物反应池一体化污水深度处理装 置及其工艺。
背景技术
传统的好氧膜生物反应器(MBR)工艺已逐渐运用于城市污水的处理，尽管它们有非常 好的污水排放质量，但是曝气和污泥处理的成本仍然是它们最大的缺点。与此同时，目前 的污水处理技术不注重水中氮(N)、磷(P)、有机物和能量的回收，因此是不可持续的。
传统的厌氧膜生物反应器(AnMBR)工艺通常采用微滤膜(MF)，其反应过程在很大程 度上取决于操作温度的真实存在，厌氧处理的优势也将随着温度的升高达到最大化。一方 面，厌氧处理可以产生大量的沼气，它可以被用作能量源;另一方面，污泥产量与好氧处 理相比会低最多20倍。但是，单一的厌氧生物处理装置出水难以达到回用水标准，因此多 与反渗透(RO)或纳滤(NF)组合使用。
为了得到适合于冷却和热应用的高质量水，一些行业开始使用组合厌氧膜生物反应器 (AnMBR)和反渗透(RO)/纳滤(NF)技术来进行废水生物降解和去除离子化，但是反渗 透RO需要2.8Kg/cm的压力，此时增压泵的工作压力为6-9Kg/cm，能耗较高，且反渗透(RO) 膜的出水率较低;同样，纳滤也遇到高能耗低产水的问题，故而低能耗的厌氧膜生物反应 器(AnMBR)和膜蒸馏(MD)组合工艺越来越受到人们的关注。
发明内容
本发明为了解决上述技术问题，提供了一种厌氧蒸馏膜生物反应池一体化污水深度处 理装置及其工艺，该系统对污水中COD的去除率达到99%以上，实现了氮(N)、磷(P)、金 属离子的99%去除，充分达到污泥减量化要求，并能实现能源清洁利用和能源存储再利用。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种厌氧蒸馏膜生物反应池一体化污水深度处理装置，包括进水池、清水池、太阳能 加热系统、厌氧蒸馏膜生物反应池、膜出水循环冷却系统、在线膜出水量检测系统和气体 膜面冲刷系统;进水池内设有热交换器，厌氧蒸馏膜生物反应池内设有淹没式蒸馏膜组件， 进水池和厌氧蒸馏膜生物反应池之间通过污水泵连接，热交换器和淹没式蒸馏膜组件之间 通过第一循环泵连接;热交换器和清水池通过在线膜出水量检测系统连接，热交换器和厌 氧蒸馏膜生物反应池通过膜出水循环冷却系统连接;膜出水循环冷却系统包括冷却罐和冷 侧循环泵;厌氧蒸馏膜生物反应池上连接有气体膜面冲刷系统和太阳能加热系统。
作为对本发明的进一步改进，厌氧蒸馏膜生物反应池内设有氧化还原电位传感器、温 度传感器、pH传感器、电导率传感器和液位控制器。
作为对本发明的进一步改进，太阳能加热系统包括相互连接的集热器和太阳能热源吸 收装置，集热器设在厌氧蒸馏膜生物反应池内。太阳能热源吸收装置为集热器提供热量。
作为对本发明的进一步改进，厌氧蒸馏膜生物反应池底部设有通过曝气孔，厌氧蒸馏 膜生物反应池通过外部的隔膜真空泵和曝气孔连接。
现有技术的曝气系统一般通过鼓风机提供反应器所需氧气(即充氧曝气)，并利用气水 混合液进行对膜面进行冲刷。本发明的气体膜面冲刷系统通过隔膜真空泵利用厌氧蒸馏膜 生物反应池自身产生的气体通过隔膜真空泵进入曝气孔，进行气体膜面冲刷，减缓膜污染， 实现气体的有效利用。而且本发明不需要提供外来氧气，只进行气体冲刷，既减少了氧气 的需要量，又简化了流程。
作为对本发明的进一步改进，厌氧蒸馏膜生物反应池的上方设有气体收集系统。所述 气体收集系统通过储气罐存储厌氧蒸馏膜生物反应池内产生的甲烷(CH4)等气体，可以实 现能源的再利用。
本发明的另一个目的是提供一种厌氧蒸馏膜生物反应池一体化污水深度处理装置的工 艺，包括以下步骤，进水池中的污水被热交换器预热后经污水泵送入厌氧蒸馏膜生物反应 池中，厌氧蒸馏膜生物反应池的出水通过淹没式蒸馏膜组件内侧由第一循环泵泵入热交换 器中;热交换器中的清水通过在线膜出水量检测系统的管道进入清水池;热交换器中的循 环水通过冷却罐由冷侧循环泵送回淹没式蒸馏膜组件内侧;气体膜面冲刷系统利用厌氧蒸 馏膜生物反应池产生的气体进行膜面冲刷;厌氧蒸馏膜生物反应池内的温度由太阳能加热 系统维持;所述厌氧蒸馏膜生物反应池采用厌氧污泥降解有机污染物;淹没式蒸馏膜组件 采用疏水性蒸馏膜。
本发明采用一体化淹没式反应池，通过以疏水性蒸馏膜代替传统的微滤膜的方式，将 厌氧膜生物反应器(AnMBR)处理过程和膜蒸馏(MD)过程科学的结合在一个反应池内，同 时利用厌氧膜生物反应器处理技术和膜蒸馏技术的处理能力来高效处理污水。一方面，厌 氧蒸馏膜生物反应池通过厌氧污泥降解进水中有机污染物，并释放甲烷(CH4)、二氧化碳 (CO2);另一方面，通过蒸馏膜分离(膜蒸馏系统，主要包括膜出水循环冷却系统、太阳能 加热系统和蒸馏膜组件，各系统之间相互配合实现分离)，提高了污水中COD(化学需氧量， Chemical Oxygen Demand，是以化学方法测量水样中需要被氧化的还原性物质的量)的去 除率，实现氮(N)、磷(P)、金属离子的高效去除，低结垢倾向，改善了膜污染，增加新 能源以及污泥量大大减少，降低能耗。
此外，现有技术通常需要提供热源对进水系统进行余热，本发明的热交换器安装在进 水池内部，利用出水系统的热量(余热)对进水系统进行预热，实现了能量的多级利用。
作为对本发明的进一步改进，厌氧蒸馏膜反应池内温度为50℃-60℃、氧化还原电位 (ORP)小于-300mV、pH值为6.5-7.5，膜出水循环冷却系统的温度(T)为15-20℃。
作为对本发明的进一步改进，太阳能加热系统采用温差控制集热原理，当太阳能加热 系统的太阳能热源吸收装置吸收太阳能辐射后，集热管温度上升，达到太阳能加热系统的 集热器和厌氧蒸馏膜生物反应池温度水温差△t设定值时，检测系统发出指令，冷侧循环泵 将中央热水器中的冷水输入集热器中，水被加热后再回到厌氧蒸馏膜生物反应池中，使厌 氧蒸馏膜生物反应池内的水达到设定的温度，所述过程均采用数字电脑自动化控制模式。 本发明利用太阳能加热系统实现了清洁能源的再利用。
作为对本发明的进一步改进，疏水性蒸馏膜为聚四氟乙烯(PTFE)膜或者聚丙烯(PP)膜。 膜蒸馏系统是一种低温干馏过程，涉及水在汽相中的输送，由于膜的疏水性，蒸馏膜两侧 溶液不能通过疏水性膜，但水蒸气可以在该膜中通过其干微孔孔隙进行自由传输。此外， 由于蒸馏膜两侧溶液存在较高的温度差，暖侧水溶液与膜界面的水蒸汽压高于冷侧，水蒸 汽会透过膜孔从暖侧进入冷侧而冷凝，这样为膜蒸馏过程的实现提供了有利条件，以上这 些过程均采用自动化控制模式。
本发明具有以下有益效果：
本发明简化厌氧膜生物反应器(AnMBR)处理技术和膜蒸馏(MD)技术分属两种不同单 元的组合工艺，将AnMBR和MD科学的结合在一个反应池内。该系统利用太阳能加热系统实 现清洁可再生能源的利用;通过蒸馏膜分离，使得污水中COD的去除率达到了99%以上，实 现氮(N)、磷(P)、金属离子的99%去除，分离效率高，低结垢倾向，同时降低了污泥量， 与好氧处理相比污泥产量低20倍左右，改善了膜污染，增加新能源以及降低能耗。
本发明与现有膜生物反应器(MBR)相关装置和技术相比有以下优点：
(1)因采用AnMBR,一方面,可以产生大量的沼气，它可以被用作能量源，有效的节约 成本;另一方面,污泥产量与好氧处理相比会低最多20倍，大大减轻了剩余污泥的处理量和 成本。
(2)因采用膜蒸馏技术，分离效率高，低结垢倾向，大大降低了反冲洗能耗，改善了 膜污染，与此同时，避免了好氧膜生物反应器反渗透组合装置的高能耗，实现了节能降耗。 另一方面,因采太阳能技术，实现了清洁能源的再利用，大大降低了能源消耗，节约了成本。
(3)本发明的一体化厌氧蒸馏膜生物反应池占地面积小，工艺简单，维护方便,高效 的节约了成本，易于自动化控制。
(4)本发明对污水中COD的去除率达到了99%以上，实现了氮(N)、磷(P)、金属离 子的99%去除，同时产生了可作为能源的甲烷(CH4)气体。
(5)厌氧蒸馏膜生物反应池中的温度为50-60℃，对于印染废水、纸浆废水等高热源 污水尤为适用。本发明适用于各类污水的高效净化处理,其出水效果与反渗透出水相近。