一种工程化应用的厌氧管式膜生物反应器废水处理装置的制作方法

本实用新型涉及一种厌氧管式膜生物反应器废水处理装置，具体涉及一种应用在工程上的厌氧管式膜生物反应器废水处理装置。

背景技术：

厌氧管式膜生物反应器(AnTMBR)可以解决传统厌氧反应器在处理高浓度有机废水过程中遇到的污泥上浮及污泥流失问题。通过有机结合厌氧生物处理单元和管式膜分离技术的新型废水处理工艺，AnTMBR不仅保留了厌氧技术的诸多优点，而且的引入可以将微生物完全截留，从而实现了污泥停留时间和水力停留时间的有效分离。也正因如此，AnTMBR具备污泥浓度高、泥龄长、耐冲击负荷能力强、出水水质好等优点，其在高浓度和复杂有机废水处理方面展现出很好的应用前景。

此外，在厌氧膜生物反应器工程化应用中，相比于浸没式厌氧膜生物反应器，AnTMBR设备构造简易、运行维护操作简单、膜污染速率较慢，在工程化应用中具有较好的可操作性。

CN205222800U公开了“污水厌氧MBR处理系统”，包括厌氧生物膜反应器、原水泵、.过滤器、循环泵、管式膜组件、反洗泵和清水池，其中厌氧生物反应器的出水经原水泵进入过滤器，过滤器出水口通过第一管道与循环泵进水口连通，循环泵出水口通过第二管道与管式膜组件连通，所述管式膜组件包括多根管式膜，所述管式膜为PVDF内压式管式膜，所述管式膜密闭设置，管式膜串联连接，第二管道与首位管式膜的进水口连通，每根管式膜的浓缩污泥混合液出口通过弯头与下一根管式膜的进水口连通，末位管式膜的浓缩污泥混合液出口通过第一回流管道与厌氧生物反应器进水口连通，每根管式膜的出水出口均与第三管道连通，第三管道与出水罐进水口连通，出水罐上部出水口与反洗泵进水口连通，反洗泵出水口通过反洗管道分别与每根管式膜的出水出口连通。

CN205222800U中厌氧生物反应器的出水要依次经过原水泵、过滤器、循环泵，再进入管式膜组件，本实用新型所述的工程化应用的厌氧管式膜生物反应器废水处理装置，在配置有循环泵时，可省去原水泵，在同等条件下，节能能耗，而且操控更简单、方便。

目前，管式膜元件串联的厌氧膜生物反应器的研究还停留在试验阶段，试验阶段的设备在工程化应用过程中必将遇到很多棘手的问题，那如何将其应用在工程上，以及工程应用中各装置(比如膜组件)如何设计、各装置之间怎样协调工作才能达到好的废水处理效果、而且能节约能耗，节约设备占地面积、操控方便，这是一个非常值得思考的问题。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供了一种应用于工程上的厌氧管式膜生物反应器(简称AnTMBR)废水处理装置，所述AnTMBR废水处理装置的膜组件由外置管式膜元件以水平串联往复方式布置，截留厌氧发酵罐发酵的污泥混合液中的污泥全部回流至AnTMBR的厌氧发酵罐提高污泥含量，从而提高出水水质，同时节约设备占地面积，设备集约，节约能耗，管线排布方便。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：

一种工程化应用的厌氧管式膜生物反应器废水处理装置，包含：

进水泵，用于将废水泵入厌氧发酵罐；所述废水可以是经过栅格过滤，沉砂池或/和初沉池沉淀分离之后的废水，也可以是不含大颗粒杂质的原废水。

厌氧发酵罐，用于降解经进水泵泵入的废水中的有机物；

循环泵，与厌氧发酵罐连通，用于将厌氧发酵罐中污泥混合液泵入膜组件，并为后续的膜组件过滤提供动力，使所述浓缩污泥能全部回流至厌氧发酵罐底部的布水装置；

膜组件，由外置管式膜元件采用水平串联往复方式布置，其用于截留所述污泥混合液中的污泥，提高出水水质；

出水管线，与膜组件一侧连通，用于将通过膜组件过滤处理得到的出水输送至出水罐或输送至下级处理；

回流管线，与膜组件另一侧连通，在厌氧发酵罐与膜组件管线上设置的循环泵的作用下，使通过膜组件过滤后产生的全部浓缩污泥从厌氧发酵罐底部回流至厌氧发酵罐；

其中，所述进水泵经连接管与所述厌氧发酵罐的进水端连通，所述厌氧发酵罐上端侧壁的出水端与所述循环泵的进水端经连接管与所述循环泵连通，所述循环泵的出水端与所述膜组件的进水端连通，所述膜组件的出水出口端与所述出水管线连通，所述膜组件的浓缩污泥混合液出口端与所述回流管线连通。

为了缓存厌氧发酵罐总污泥混合液，所述厌氧发酵罐与所述循环泵连通的管线上设有与所述厌氧发酵罐连通的出水器，进一步地，为了防止管式膜堵塞，所述出水器与所述循环泵连通的管线上设有用于除去大颗粒物质的过滤器，以应对工程上废水的复杂性。

本实用新型所述的工程化应用的厌氧管式膜生物反应器废水处理装置还可以包括用于调节进水水质的调节池，用于存储经膜组件过滤处理得到的出水的出水罐。

为了节约设备占地面积，用于组成膜组件的管式膜元件采用水平面内的水平串联往复方式布置，为了进一步节约占地面积，可以采用竖直面内的水平串联往复方式布置。

外置管式膜元件采用水平串联往复的方式布置中，其中至少一个往复单元中包含有至少2根水平串联的外置管式膜元件，更具体的，往复单元为水平串联的2根外置管式膜元件，或往复单元为水平串联的3根管式膜元件。

所述厌氧发酵罐为全混式厌氧消化反应器、半混式厌氧消化反应器、升流式厌氧污泥床反应器，及存在污泥上浮流失问题的其他形式的厌氧发酵罐。

外置管式膜元件之间通过能够改变水流方向的弯管或弯头以实现水平串联往复布置，所述弯管为“U”型弯管，弯头为“U”型弯管，所述膜组件为水平串联平行往复布置。

为了工程应用的需要，选用所述管式膜元件外壳的直径为6～10寸，长度为2～6米，每组膜组件的管式膜元件的数量为2、3、4、5、6、7或8中的一种，所述管式膜元件以高压驱动过滤方式工作，以实现管式膜元件内的错流速率为3～6m/s，所述循环泵为变频循环泵，优选地，所述外置管式膜元件以高压驱动过滤方式工作，以实现管式膜元件内的错流速率为6m/s，所述循环泵为高压大流量循环泵。发明人研究表明，当管式膜元件外壳的直径在6～10寸、长度为2～6米范围内时，污泥混合液经扬程为30～80m的高压大流量循环泵进入膜组件，在管式膜元件内保持较高的错流速率，能高效减缓膜表面的污染，延长膜使用寿命，降低膜清洗频率，大大降低废水处理的成本；综合考虑节约能耗、减缓膜表面的污染、以及使管式膜组件内的污泥混合液有足够的动能回流至厌氧发酵罐底部的布水装置，所述污泥混合液在管式膜元件内保持3～6m/s的错流速率为宜。所述循环泵用于使污泥混合液在管式膜元件内保持较高错流流速时，并使通过所述膜组件过滤而产生的全部浓缩污泥从所述厌氧发酵罐底部的布水装置回流至所述厌氧发酵罐并起搅拌所述厌氧发酵罐内污泥混合液的作用；所述循环泵为变频循环泵，以节约能耗。

所述管式膜组件的进一步优化：所述管式膜元件的膜壳膜芯一体化设置，或所述管式膜元件的膜壳膜芯为可拆卸设置，以方便更换膜芯；所述管式膜元件的膜材质为聚砜(PS)、聚醚砜(PES)或聚偏氟乙烯(PVDF)中的一种或几种，具有高的化学稳定性、热稳定性以及机械稳定性，而且抗污染、运行通量稳定。

进一步，所述AnTMBR废水处理装置还包括与所述厌氧发酵罐的顶部连通，用于存储厌氧发酵产生的沼气的沼气存储柜，所述厌氧发酵罐与沼气存储柜之间设有用于分离沼气和所述沼气携带的物质的沼气过滤器。

为了避免厌氧发酵罐的密闭性产生安全隐患，所述厌氧发酵罐上端设有安全阀，或/和所述回流管线上设有排气阀。

当进水量较大时，所述膜组件可增加为2～5组，所述膜组件之间采用并联方式布置。

对膜组件的清洗，可以通过药物清洗液对膜组件进行清洗，也可通过反冲洗装置利用出水对膜进行反冲洗，所述反冲洗装置可以包含反冲洗泵，也可以为其他具有高压反冲洗效果的装置。

为了便于监控所述AnTMBR废水处理装置的工作情况，所述厌氧发酵罐配备有用于测量厌氧发酵条件的温度计、pH计或液位计，所述膜组件的膜进口端和所述膜组件的浓缩污泥出口端均设有压力表，所述循环泵与所述膜进口端的压力表之间设有流量计。

为使发酵条件达到适宜温度，所述厌氧发酵罐圆周可设有加热装置。

为实现自动化控制，本实用新型还包括用于调节所述厌氧发酵温度、或/和厌氧发酵pH、或/和厌氧发酵罐内液位、或/和循环泵开阀率的控制系统。

本实用新型的有益效果：

(1)所述膜组件采用水平串联往复方式布置，在实现截留所述混合液中的污泥得到浓缩污泥混合液，循环泵提供功力将浓缩污泥混合液全部回流至AnTMBR的厌氧发酵罐以提高污泥含量，提高出水水质；当管式膜元件的使用数量多时，相比于现有技术中管式膜元件之间的并联方式布置，采用串联方式布置可节省泵的使用数量，降低能耗；管式膜组件采用水平往复方式布置，节约设备占地面积，集约设备，降低废水处理成本。

(2)所述管式膜元件外壳的直径为6～10寸，长度为2～6米，每组膜组件的管式膜元件的数量为2、3、4、5、6、7或8中的一种，所述管式膜元件以高压驱动过滤方式工作。当选用上述参数的管式膜组件时，污泥混合液经高压大流量循环泵进入膜组件，在管式膜元件内保持较高的错流速率(3～6m/s)，能高效减缓膜表面的污染，延长膜使用寿命，降低膜清洗频率，大大降低废水处理的成本。

(3)外置管式膜元件采用水平串联往复的方式布置中，往复单元均为2根外置水平串联的管式膜元件，或往复单元均为3根水平串联的管式膜元件，实现设备集约化设置，在节约设备占地面积的同时，能够减缓管式膜元件内液体错流流速的衰减，使经膜组件过滤处理产生的浓缩污泥能以较大上升流速回流至厌氧发酵罐以搅拌所述厌氧发酵罐内污泥混合液，从而省去搅拌装置，节省能源。

(4)根据外置管式膜元件串联的数量的不同，可以匹配不同功率或不同扬程的循环泵，当管式膜元件的数量为3～8时，循环泵的扬程优选为30～80m，能够实现污泥混合液在管式膜元件内保持较高的错流速率(3～6m/s)，且将全部浓缩污泥以较高的上升流速(2～3m/h)回流至厌氧发酵罐内，省去搅拌装置，节约能源。

(5)本实用新型在实现高效处理废水的同时，还能作为一种产沼气装置，收集沼气。

(6)总体而言，本实用新型提供了一种能够实现工程化应用的AnTMBR废水处理装置，该装置具有能节约能耗，节约设备占地面积、操控方便的优点，而且循环泵、膜组件、厌氧发酵罐之间设计巧妙，最大程度上实现相互配合工作，膜组件截留污泥，在循环泵作用下，将截留的污泥以较高的上升流速回流至厌氧发酵罐，在保持厌氧发酵罐内有较高污泥浓度(20～30g/L)的同时，对厌氧发酵罐内的污泥混合液起搅拌作用。而且循环泵使污泥混合液在管式膜元件内保持高错流流速，减缓对管式膜元件的污染。

本实用新型所述的往复方式布置，是指为了节约占地面积或使用空间，使管式膜元件通过能改变水流方向的部件紧密布置；所述的往复方式布置也可以理解为螺旋方式布置，但不受此限制。本实用新型所述的浓缩污泥混合液是指膜组件进行过滤时被截留的污泥混合液。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

其中调节池(1)、进水泵(2)、厌氧发酵罐(3)、排空口(4)、布水装置(5)、液位计(6)、温度计(7)、pH计(8)、沼气过滤器(9)、安全阀(10)、出水器(11)、过滤器(12)、循环泵(13)、流量计(14)、膜进口压力表(15)、阀门(16)、管式膜组件(17)、管式膜元件(18)、出水口(19)、弯管(20)、膜出口压力表(21)、排气阀(22)、出水罐(23)、回流管线(24)、出水管线(25)。

本实用新型的结构结构示意图省略了膜清洗模块。

具体实施方式

结合图1对本实用新型作进一步说明，本实用新型包含进水泵2、厌氧发酵罐3、循环泵13、膜组件17、回流管线24，及出水管线25，其中所述膜组件17由2～8支外置管式膜元件18通过弯管20实现水平串联往复布置。

经过栅格过滤，沉砂池或/和初沉池沉淀分离之后的废水或不含大颗粒杂质的原废水，经进水泵2进入厌氧发酵罐的布水装置5，废水在厌氧发酵罐3中进行厌氧发酵以降解有机物，发酵污泥混合液经出水器11、循环泵13，进入膜组件17进行过滤处理，以截留污泥，提高出水水质；过滤得到的出水由管式膜元件18的出水出口端19出来，经出水管线25进入出水罐23，或经出水管线25进入下级处理步骤；膜组件17过滤产生的浓缩污泥在循环泵13的作用下，经回流管线24全部回流至厌氧发酵罐3的布水装置5；当需要排泥时，根据污泥停留时间，可将污泥从厌氧发酵罐3底部的排空口4适量排出。

本实用新型的另一种结构，发酵污泥混合液也可直接经循环泵13进入膜组件17以截留污泥，提高出水水质，而不经过出水器11。

本实用新型的再一种结构，当发酵污泥混合液中有大颗粒杂质时，所述污泥混合液需经过滤器12分离以除去大颗粒杂质后，再进入循环泵13。

当需要调节水质时，本实用新型可增加废水调节池1，废水经调节池1调节后经进水泵2进入厌氧发酵罐3。

根据串联的管式膜元件的数量多少，选择合适的循环泵，以实现污泥混合液在管式膜元件内保持较高的错流速率(3～6m/s)，且将全部浓缩污泥混合液以较高的上升流速(2～3m/h)回流至厌氧发酵罐内，当管式膜元件外壳的直径为6～10寸，长度为2～6米，串联的管式膜元件的数量为3～8时，对应的循环泵的扬程优选为30～80m，所述循环泵优选为变频循环泵。

所述厌氧发酵罐3上还可以配备pH计8、温度计7、液位计6，以了解厌氧发酵罐3内的发酵情况，并采取调整控制措施。

所述厌氧发酵罐3上端还设有沼气过滤器9，以及用于收集沼气的沼气储存柜。所述厌氧发酵罐3上端还设有安全阀10，所述回流管线24上设有排气阀22。

所述膜组件17的进口端和浓缩污泥出口端分别设有膜进口压力表15、膜出口压力表21，；所述循环泵13与所述膜进口压力表15之间设有流量计14。

采用本发明装置处理高脂肪废水，其进水化学需氧量(COD)浓度高达10万mg/L，经过本装置处理后，可以有效解决脂肪引起的污泥漂浮及流失问题，污泥浓度可维持在20～30g/L，有机负荷可达到15kgCOD/m³/d以上，甲烷转化率为300L CH4/kg COD去除，COD去除率可达95％。当膜表面错流速率为4m/s，膜通量可达到30L/m²/h，膜清洗周期为30天一次，当膜表面错流速率为6m/s时，膜通量可达到50L/m²/h。

所述膜组件17的一种变形，所述外置管式膜元件采用水平串联往复的方式布置，其中至少有一个往复单元中包含有至少2根水平串联的外置管式膜元件，优选的，往复单元为水平串联的2根外置管式膜元件，或往复单元为水平串联的3根管式膜元件。