通过厌氧生物反应器处理高浓度废水的方法技术

提供了使用陶瓷膜厌氧处理对高化学需氧量的废水进行处理的方法、系统和设备。还提供了使用微生物燃料电池的后处理。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】通过厌氧生物反应器处理高浓度废水的方法相关申请的交叉引用本申请要求2016年10月21日提交的印度专利申请第201611036169号的优先权。该申请通过引用并入本专利技术。
技术介绍

实施方案涉及通过厌氧处理对高浓度废水进行处理。陶瓷膜也被纳入该处理中。相关技术背景厌氧处理已被用于处理浓缩的工业废水以及生活废水(参见“ComparisonsbetweentheUASBandtheEGSBReactor”，SeungJ.Lim)。Jewel(1987)报道，化粪池是最简单、最古老和最广泛应用的工艺。厌氧处理是一种能量产生过程，与通常需要高能量输入以进行曝气的好氧系统相反。与传统的好氧技术相比，它消耗更少的能量、占据更少空间并产生更少的剩余污泥，是相对简单且廉价的技术。沼气产生的净能量使厌氧处理技术成为比其他处理方法更有吸引力的选择1。(参见AnaerobicTreatmentofIndustrialEffluents:AnOverviewofApplications.MustafaEvrenErsahin，HaleOzgun，RecepKaanDereli和IzzetOzturk。)厌氧废水处理的成功可归因于通过生物质固定将固体保留时间与水力保留时间有效分开。这通常通过生物膜或造粒来完成。使用膜技术将生物质与流出物分离是另一种在厌氧反应器中保留生物质的有吸引力的方法。(参见Developmentsandfuturepotentialsofanaerobicmembranebioreactors(AnMBRs)，ChettiyappanVisvanathan和AmilaAbeynayaka。)厌氧膜生物反应器(“An.MBR”)提供了高质量的无固体和病原体的流出物，归因于无论它们的沉降和造粒性能如何都可完全保留生物质的优异处理效率。此外，厌氧膜生物反应器可用于保留可降解废水中特定污染物的特殊微生物群落。因此，该技术提供了用于处理工业废水和/或极端条件的浆料的替代选择，极端条件例如高盐度、高温和高浓度的悬浮固体。根据膜组件的操作区分厌氧膜生物反应器。膜可以在压力下操作或者可以在真空下操作。尽管厌氧膜生物反应器可以生成高质量且一致的产品，但是与操作相关的某些问题仍未被解决。例如，这些问题包括膜污染、聚合物膜的限制、在高温下特别是在嗜热范围内操作、聚合物膜对某些氧化剂或生物活动的敏感性、膜处理腐蚀性化学清洁的限制和处理高浓度的有机或无机悬浮固体的机械性能。
技术实现思路
需要一种可以解决膜相关问题的方法，并且为其在不同类型的废水中的广泛应用制造稳健的系统。还需要后处理或深度处理机作为厌氧工艺的一部分，使得经处理的水产品在排放标准内，并且运行成本低。如本文所报道的本专利技术的实施方案可以但不需要克服这些缺点中的一个或多于一个。它们还可以但同样不需要实现下面报道的一个或多于一个目标。这些目标包括，例如：1.开发厌氧膜生物反应器工艺用于处理不同类型的废水。2.设计可在嗜中温和嗜热条件下的广泛温度范围内操作的厌氧膜生物反应器工艺。该工艺用水应该能够在不冷却的情况下处理高温水。3.提出可在广泛的温度和pH应用范围内操作的厌氧工艺与高性能膜的集成。4.确定厌氧工艺在不同阶段的质量平衡。提出一种高效的混合系统，该系统可以产生细碎形式的高反应性污泥，但仍然不会污染膜。5.设计用于厌氧工艺的具有产生额外能量潜力的后处理工艺。实施方案提供了用于高浓度废水的生物厌氧处理的方法和装置。实施方案包括至少一个连续搅拌的厌氧反应器，其可以在嗜中温或嗜热的生物条件范围下操作。实施方案还可以提供用于分离污泥和水的外部操作的陶瓷膜组件的集成。在不同类型的废水下测试厌氧反应器，以开发生物工艺和操作参数。还为陶瓷膜过滤厌氧混合液的操作提供了条件。实施方案可以在不同反应器条件下呈现产甲烷活性的质量平衡和数据生成。实施方案可用于不同类型的废水。这些废水包括，例如，来自糖、乳制品和啤酒厂行业的那些。实施方案可以在厌氧膜生物反应器中降低高达98％的化学需氧量(COD)。已经观察到高百分比的产甲烷作用，平均为0.3m3/Kg.COD气体生成。该系统的COD负荷为1Kg.COD/m3·天至20Kg.COD/m3·天，更具体地为3Kg.COD/m3·天至15Kg.COD/m3·天。反应器在30℃至70℃的温度范围内操作，更具体地在35℃至57℃的温度范围内操作。外部操作的陶瓷膜以错流模式操作。来自膜组件的液体通量为3lmh至50lmh，更具体地为5lmh至30lmh。陶瓷膜在高温操作下表现出良好的耐受性，并且耐受在清洁期间可变的pH条件。它还提供了良好的机械强度以在高跨膜压力(TMP)下操作。与嗜中温过程相比，嗜热过程显示改善了沼气的产生。质量平衡数据显示，对于嗜中温范围，产甲烷作用为50％至90％，对于嗜热范围，产甲烷作用高达94％。实施方案还提供了对厌氧产物水进行后处理的方法，用闭合回路中的微生物燃料电池深度处理厌氧膜生物反应器产物水以进一步降低COD。该工艺的典型流程如图1所示。该工艺的主要优点可归纳如下：1.集成的厌氧工艺，其结合了为高浓度废水提供高COD处理的高效厌氧反应器，几乎定量的甲烷气体产量，以及稳健且不结垢的膜系统。2.独特设计的水力混合器，其确保即使在高MLSS浓度下反应器也能保持连续混合，同时保持污泥以提供高反应性环境并调节粒度，使其对膜保持不结垢并且通过膜的泄漏仍然可以忽略不计。3.可在各种温度下灵活操作而无需改变基本设计的工艺。4.与聚合物膜相比，提供数量级更高的通量的稳健膜系统设计能够承受高温工艺操作同时保持抗污染性并且能够用包括氧化剂的腐蚀性化学清洁化合物清洁。5.与独特后处理的集成，其易于操作，在不添加任何悬浮固体污染的情况下提供产物，并有可能从工艺中提供额外能量。附图说明图1示出了本文报道的工艺的典型流程图。图2示出了厌氧消化的代谢途径。图3示出了本专利技术实施方案的详细流程图。图4示出了本专利技术的后处理方法的概念流程图。图5示出了实施例1中的COD减少。图6示出了在下面的实施例1中在COD负荷条件下维持的甲烷气体产量。图7示出了实施例2中稳定的反应器性能和98％的COD减少。图8示出了实施例3中的COD结果。图9示出了实施例3中的甲烷产生数据。图10A示出了实施例4中的COD负荷增加。图10B示出了实施例4在嗜热温度下的操作。图11示出了实施例5中的膜通量和浊度。图12示出了在嗜热条件下的陶瓷膜性能。具体实施方式在化学和微生物学方面，厌氧工艺是一个复杂的多步骤过程。有机材料在不存在如氧气的电子受体的情况下降解为基本成分，最后降解为甲烷气体。厌氧消化的基本代谢途径如图2所示。厌氧消化集中在三个步骤：a.水解b.酸形成c.甲烷生成厌氧消化中的两个限速步骤是水解和甲烷生成。厌氧降解中的限速步骤取决于经受处理的废水的性质或复杂性。水解速率是pH、温度、水解生物质浓度和颗粒有机物类型的函数。不同组的细菌如发酵产乙酸菌(fermentativeacetognes)、同型产乙酸菌(homoacetogenes)、氢营养型产甲烷菌(hydrogenetropicmethanogen)和醋酸发酵产甲烷菌(aceticlasticmethanoge本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种处理包含可生物降解的化合物的废水的方法，其包括：将废水进料至厌氧反应器；在基本恒定的温度范围内操作厌氧反应器以产生包含悬浮固体和废水的混合液，其中所述厌氧反应器包括在反应器中液面上方操作从而控制反应器中的发泡的扩散器；将混合液进料至少一个陶瓷膜中以分离悬浮固体和废水，从而产生纯化的水流。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.10.21 IN 2016110361691.一种处理包含可生物降解的化合物的废水的方法，其包括：将废水进料至厌氧反应器；在基本恒定的温度范围内操作厌氧反应器以产生包含悬浮固体和废水的混合液，其中所述厌氧反应器包括在反应器中液面上方操作从而控制反应器中的发泡的扩散器；将混合液进料至少一个陶瓷膜中以分离悬浮固体和废水，从而产生纯化的水流。2.根据权利要求1所述的方法，其还包括在进料废水的步骤期间连续搅拌所述厌氧反应器。3.根据权利要求1所述的方法，其中所述基本恒定的温度范围为20℃至45℃。4.根据权利要求3所述的方法，其中所述基本恒定的温度范围为36℃至38℃。5.根据权利要求1所述的方法，其中所述基本恒定的温度范围为56℃至58℃。6.根据权利要求2所述的方法，其中所述连续搅拌通过水力混合器进行。7.根据权利要求6所述的方法，其中水力混合器喷嘴适应高达14米/秒的高速。8.根据权利要求1所述的方法，其中所述至少一个陶瓷膜选自超滤陶瓷膜和微滤陶瓷膜。9.根据权利要求1所述的方法，其中所述陶瓷膜以1.5米/秒至4.0米/秒的错流流速操作。10.根据权利要求1所述的方法，其中所述陶瓷膜以15lmh至100lmh的通量操作。11.根据权利要求1所述的方法，其还包括使用反冲洗清洁陶瓷膜以保持通量。12.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：拉维·希达穆巴朗，帕万·雷纳，尼丁·查丹，斯内哈·苏亚坎特·查万德，
申请(专利权)人：阿奎泰克国际公司，
类型：发明
国别省市：美国,US