一种一体式内置式厌氧膜生物反应器的制作方法

本发明涉及城市生活污水处理技术领域，尤其涉及一种一体式内置式厌氧膜生物反应器。

背景技术：

本部分中的陈述仅仅提供了与本发明公开的内容有关的背景信息，且可能不构成现有技术。

现阶段我国生活污水的处理方式以传统好氧生物处理为主，在消耗大量能源的同时还会产生难以解决的剩余污泥，不仅忽略了生活污水中潜在的可利用能源，而且处理不当的剩余污泥还会对环境造成严重的二次污染。随着生活污水处理资源化理念的发展，人们开始重新评估合理的城市生活污水处理方法，以期构建合理可行的城市生活污水处理能源化技术。虽然采用厌氧生物技术处理城市生活污水可获得较好的出水水质，但该类工艺仍然存在污泥流失、能源回收率低、受温度影响较大、膜污染严重等缺点。

故现有技术有待改进和发展。

技术实现要素：

本发明针对我国目前生活污水处理工艺中污泥流失、能量回收率低、受温度影响较大、膜污染严重等缺陷，本发明要解决的技术问题是提供一种保证反应体系的能源回收率、减缓膜污染的一体式内置式厌氧膜生物反应器。

本发明的技术解决方案是：一种一体式内置式厌氧膜生物反应器，包括反应罐主体以及plc控制系统，该反应罐主体内设有均质搅拌桨，环形加热器，中空纤维膜组件，液位控制器以及温度传感器；所述反应罐主体下方设有带进水蠕动泵的进水管路以及底部排污口；反应罐主体还设有带出水蠕动泵的出水管路；温度传感器、中空纤维膜组件、液位控制器均与plc控制系统连接。

进一步的，反应罐主体中部设有中部取样口。

进一步的，反应罐主体上方设有内装有0.1mol/l氢氧化钠溶液的酸性气体吸收瓶。

进一步的，中空纤维膜组件位于反应罐主体中部，中空纤维膜组件的膜丝为聚偏氯乙烯中空纤维微滤膜丝，膜丝内、外径分别为0.6mm和1.1mm，孔径为0.2μm，中空纤维膜组件顶部通过plc控制系统与水蠕动泵相连。

进一步的，中空纤维膜组件与出水蠕动泵之间设有真空压力表，当监测到真空压力表读数≥30kpa时，对中空纤维膜组件进行清洗。

进一步的，反应罐主体为一圆柱形容器，内部液位将反应罐分为上部气相和下部液相两部分，气相部分的主要成分为沼气，液相部分的主要成为污水与厌氧污泥的混合液。厌氧膜生物反应器内中下部设置有均质搅拌桨，可根据不同的运行要求设置相应的转速，均质搅拌桨的开停则通过与之相连的电机及plc控制系统控制。

厌氧膜生物反应器的反应温度由环形加热器及温度传感器控制完成。反应器运行期间，设置在反应器内中部的温度传感器对反应罐内的液相进行温度监测，温度的升高或降低将通过温度传感器反馈给plc控制系统，随后经由plc控制系统对反应罐内部的环形加热器进行控制，以此完成厌氧膜生物反应器的温度控制。环形加热器设置在反应器内中部位置，由于搅拌系统及温度控制系统的存在，反应器内部液相各处温度基本一致。理想状态下，反应器的温度控制系统可将温度误差控制在35±1℃之间。

厌氧膜生物反应器外部设置的进水蠕动泵、出水蠕动泵的开停，以及内部设置的均质搅拌桨、环形加热器、温度传感器和液位控制器的开停，均集成于plc控制系统，由plc控制系统进行操作控制

厌氧膜生物反应器中部设置有中部取样口，一般情况下，每隔3～5天取一次厌氧污泥混合液，测定相关指标。

厌氧膜生物反应器外底部设置有底部排泥口，排泥周期为＞30d或不排泥，若需要排泥则排泥量为反应器有效容积的1～5％。此外，设有中空纤维膜组件，顶部与出水蠕动泵相连，真空压力表设置在中空纤维膜组件与出水蠕动泵之间，用以监测中空纤维膜组件内部的跨膜压差。当监测到真空压力表读数≥30kpa时，需要对中空纤维膜组件进行清洗。厌氧膜生物反应器外顶部设置有气体收集系统，包括酸性气体吸收瓶和湿式气体流量计。采用酸性气体吸收瓶对反应器产生的沼气进行吸收，酸性气体吸收瓶(内装有0.1mol/l的氢氧化钠溶液)，由于沼气的主要成分为ch4、co2、h2s、h2等，其中h2不及1％，因此经由酸性气体吸收瓶过滤后余下的气体绝大部分为ch4，此时由湿式气体流量计计量所得的气体即为甲烷气体。

本发明的有益效果：本发明装置采用内置式厌氧膜反应器，可以有效地防止剩余污泥的流失，富集微生物；本发明装置采用一体式监测系统、plc控制系统和气体收集系统，能够准确的监测能源气体。同时，回收能源气体效果良好，安全性高，控制容易，操作较为方便，适合生活污水处理；反应罐内部的均质搅拌桨的开停，根据不同的运行要求设置的转速，通过与之相连的电机及plc控制系统控制，转动带起的剪切力可冲刷中空纤维膜组件表面，起到缓解中空纤维膜组件膜污染的作用；该装置膜污染情况良好，这是目前厌氧膜生物反应器主要考察的指标，该装置能够有效回收厌氧产生的甲烷气体，在考虑厌氧封闭环境下，通过填加真空压力表及plc控制系统，实时检测气压，提高安全性能，plc控制系统，一体化装置，能够提高控制性能，操作时通过plc系统进行控制进水、出水等，较为方便，只需定期维护即可。

附图说明

图1为本发明设备的结构示意图；

图2为本发明的工艺处理曲线图；

图3为本发明的工艺结果柱状图。

附图说明如下：

1.进水蠕动泵2.底部排泥口

3.污水进水口4.均质搅拌桨

5.环形加热器6.温度传感器

7.中部取样口8.中空纤维膜组件

9.反应罐主体10.真空压力表

11.出水蠕动泵12.湿式气体流量计

13.酸性气体吸收瓶14.plc控制系统

15.液位控制器

具体实施方式

实施例：

参阅图1，一种一体式内置式厌氧膜生物反应器，包括反应罐主体9以及plc控制系统14，该反应罐主体9内设有均质搅拌桨4，环形加热器5，中空纤维膜组件8，液位控制器15以及温度传感器6；所述反应罐主体9下方设有带进水蠕动泵1的进水管路以及底部排污口2；反应罐主体8还设有带出水蠕动泵11的出水管路；温度传感器6、中空纤维膜组件8、液位控制器15均与plc控制系统14连接。反应罐主体9中部设有中部取样口7。

还包括位于反应罐主体9上方内装有0.1mol/l的氢氧化钠溶液的酸性气体吸收瓶13。

中空纤维膜组件8位于反应罐主体9中部，中空纤维膜组件8的膜丝为聚偏氯乙烯中空纤维微滤膜丝，膜丝内、外径分别为0.6mm和1.1mm，孔径为0.2μm，膜组件顶部与水蠕动泵相连。

在中空纤维膜组件8与出水蠕动泵11之间设有真空压力表10，当监测到真空压力表读数≥30kpa时，对中空纤维膜组件进行清洗。

人工配制的模拟生活污水通过进水蠕动泵1进入厌氧膜生物反应器内部，在均质搅拌桨4的作用下，反应器内部处于全混合状态。通过温度传感器6和环形加热器5将反应器内部温度控制在35±0.5℃之间。模拟生活污水在反应器内部的停留时间取决于出水蠕动泵11，仅就本次实验，设置出水蠕动泵的开停时间分别为4min和1min，均质搅拌桨4与出水蠕动泵11联动，均质搅拌桨4的转速设置为150rpm。反应器内部产生的沼气经由酸性气体吸收瓶13吸收后，由湿式气体流量计12计量产生的甲烷气体体积。值得注意的是，实际运行过程中，当外界温度过低或昼夜温差过大时，反应器内部的温度并不能很好的稳定在35±1℃之间，此时可在反应器外部添加保温层用以稳定温度，保温层可选用玻璃棉、保温石棉等材质。

该一体式内置式厌氧膜生物反应器对城市污水中的cod进行处理，并回收产生的甲烷实例：分别在厌氧膜生物反应器进出口进行取样，每天进样不同浓度的废水，分为三个不同的工艺考察阶段，工艺考察阶段11d～15d，工艺考察阶段216d～40d，工艺考察阶段341d～60d，分别采用不同的hrt15h、10h、8h进行考察。进出口采样分6组重复水样，取平均值。cod指标采用分光光度法测出，甲烷气体的体积由湿式气体流量计直接计量。

详细实施案例结果见图2、3所示，该一体式内置式厌氧膜生物反应器在持续运行的60d中对生活污水中cod平均去除率超过80％，甲烷产量越来越高。净化效率稳定，出水水质满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》gb18918-2002二级标准和《农田灌溉水质标准》gb5084-2005的要求。

进一步地，若需要对厌氧膜生物反应器的膜污染进行进一步的控制及研究，可在原有反应器的基础上添加曝气控制系统及内部循环系统。

曝气控制系统主要作用是：通过外部增加的气泵，将厌氧膜生物反应器产生沼气收集后，重新由底部通入反应器内，此时反应器内部液相中会产生大量气泡，具有一定上升流速的气泡会不断冲刷膜组件的表面，以此缓解膜污染的进程。

内部循环系统的主要作用与曝气控制系统类似，反应器内部液相上部的厌氧污泥混合液被循环泵抽走后重新由底部打入反应器内，具有一定上升流速的水流同样会不断冲刷膜组件的表面，达到缓解膜污染的作用。

若需要对厌氧膜生物反应器的膜污染进行进一步的控制及研究，可在原有反应器的基础上添加曝气控制系统及内部循环系统。曝气控制系统主要作用是：通过外部增加的气泵，将厌氧膜生物反应器产生沼气收集后，重新由底部通入反应器内，此时反应器内部液相中会产生大量气泡，具有一定上升流速的气泡会不断冲刷膜组件的表面，以此缓解膜污染的进程。内部循环系统的主要作用与曝气控制系统类似，反应器内部液相上部的厌氧污泥混合液被循环泵抽走后重新由底部打入反应器内，具有一定上升流速的水流同样会不断冲刷膜组件的表面，达到缓解膜污染的作用。

在本说明书的描述中，术语“一个实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。