專利名稱：用于處理廢物流的厭氧膜生物反應(yīng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于處理廢物流的厭氧膜生物反應(yīng)器，所述廢物流具有包含可溶性和不可溶性COD的生物降解性總固體。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及處理具有厭氧方式生物降解性固體的廢物流的系統(tǒng)和方法。將廢物流導(dǎo)入?yún)捬醴磻?yīng)器中，通過(guò)厭氧反應(yīng)器中的厭氧生物質(zhì)使生物降解性固體轉(zhuǎn)化，從而減少生物降解性固體的量并在該過(guò)程中產(chǎn)生生物氣和生物質(zhì)。該系統(tǒng)和工藝使厭氧反應(yīng)器中的混合液分層成為至少三個(gè)不同的混合液區(qū)。位于池底部的第一區(qū)包含較高濃度的固體，特別是較重的生物固體和沉積固體；在第一區(qū)上方并位于池高度的中間位置的第二區(qū)包含較低濃度的固體；位于池頂部附近的第三區(qū)含有與中間區(qū)相比濃度更高的生物質(zhì)，并且這些固體主要構(gòu)成了較輕的固體。將中間分層區(qū)中的混合液泵至膜分離單元，所述膜分離單元可以被浸沒(méi)或者位于外部，例如為管狀、平板或中空纖維膜。膜單元內(nèi)即混合液被分為滲透物流和滲余物流之所在。分層提高了系統(tǒng)的總體性能。這使得在反應(yīng)器內(nèi)保持了較高濃度的固體，同時(shí)向膜分離單元提供較低濃度的流。隨著時(shí)間的推移，這提高了每單位膜系統(tǒng)能量輸入下膜的最大可能流率，并防止或減少了粘污，進(jìn)而通過(guò)使原位清洗(CIP)循環(huán)的次數(shù)最小化延長(zhǎng)了膜分離單元的膜的壽命。滲余物流被再循環(huán)至厭氧反應(yīng)器，以保持較長(zhǎng)的固體停留時(shí)間(SRT)。在一個(gè)實(shí)施方式中，固體分離系統(tǒng)被并入總系統(tǒng)和工藝中。在該情形中，包含固體的混合液由第一下方區(qū)泵至如水力旋流器等固體分離器。在水力旋流器處，混合液分為兩流，第一流具有較高濃度的包含大部分沉淀的無(wú)機(jī)物的較重的固體，而第二流具有較低濃度的沉淀的無(wú)機(jī)固體和相對(duì)濃度較高的生物固體。具有較高濃度的生物固體的流再循環(huán)返回厭氧反應(yīng)器，以保持較高的SRT。

在另一個(gè)實(shí)施方式中，本發(fā)明提供一種包括厭氧反應(yīng)器的厭氧膜生物反應(yīng)器，所述厭氧反應(yīng)器可有效地使該厭氧反應(yīng)器中的混合液分層。在該實(shí)施方式中，厭氧反應(yīng)器包含設(shè)置在反應(yīng)器下部的一種或多種混合器和設(shè)置在反應(yīng)器上部的一種或多種混合器。該厭氧反應(yīng)器可以操作性地在該反應(yīng)器的下部形成第一混合液區(qū)，及在該反應(yīng)器的上部形成第二混合液區(qū)。這留下了一個(gè)通常位于上下區(qū)之間的中間混合液區(qū)。懸浮在上下混合液區(qū)中的固體由設(shè)置在各區(qū)中的一個(gè)或多個(gè)混合器混合。在一個(gè)實(shí)施方式中，包含在中間區(qū)中的混合液相對(duì)而言未經(jīng)混合或者未經(jīng)混合。在一個(gè)實(shí)施方式中，中間區(qū)的混合液被泵送至將混合液分為滲透物流和滲余物流的膜分離單元。一個(gè)選擇是使?jié)B余物流返回厭氧反應(yīng)器以進(jìn)行進(jìn)一步處理。通過(guò)研究以下說(shuō)明和附圖，本發(fā)明的其他目的和優(yōu)點(diǎn)將變得顯而易見，所述說(shuō)明和附圖僅起到說(shuō)明本發(fā)明的作用。


圖1是本發(fā)明的厭氧膜生物反應(yīng)器和工藝的示意圖。圖2是顯示示例性膜分離單元的示意圖。
具體實(shí)施例方式進(jìn)一步參照附圖，特別是圖1，其中顯示了厭氧膜生物反應(yīng)器(有時(shí)以AnMBR表示)，并以數(shù)字10來(lái)一般性指代。如此處所詳述，厭氧膜生物反應(yīng)器10是將厭氧消化工藝與膜分離工藝相結(jié)合的小型純化系統(tǒng)。該系統(tǒng)和工藝可通過(guò)消化生物降解性成分以及產(chǎn)生生物氣和新的生物質(zhì)來(lái)有效處理具有這些成分或組分的廢物流。厭氧膜生物反應(yīng)器10主要包括厭氧反應(yīng)器12和膜分離單元14。厭氧反應(yīng)器12的流出物被導(dǎo)至膜分離單元14，膜分離單元14將來(lái)自厭氧反應(yīng)器的流出物分為滲透物流和滲余物流，其中所述滲余物流具有經(jīng)濃縮的包含生物質(zhì)的固體。將濃縮的滲余物流再循環(huán)返回厭氧反應(yīng)器，并與其中的混合液混合。再循環(huán)的目的是在反應(yīng)器12內(nèi)部保持與通常相比更高的混合液懸浮固體(MLSS)含量，由此延長(zhǎng)SRT。厭氧膜生物反應(yīng)系統(tǒng)內(nèi)部的MLSS濃度的典型范圍為O.1 6%的固體(TSS 為 I, 000mg/L 60，000mg/L)。在該實(shí)施方式中，通過(guò)將混合液由底部區(qū)泵至如水力旋流器等固體分離器來(lái)將固體從厭氧反應(yīng)器12中除去。固體分離器分離較重的固體，包括由包含較高濃度的生物質(zhì)的較輕的固體在反應(yīng)器中形成的無(wú)機(jī)沉淀物。該較高濃度的生物質(zhì)流被再循環(huán)回厭氧反應(yīng)器12。滲余物(較重的分離的固體)可以進(jìn)行進(jìn)一步處理，例如在脫水單元中的處理。固體分離器的目的在于保持或控制SRT，和從反應(yīng)器12中除去重?zé)o機(jī)固體的堆積物。應(yīng)當(dāng)理解，存在許多種從反應(yīng)器12中除去固體的方法。固體可以被直接除去，或者如本文稍后更詳述那樣，可以通過(guò)將混合液由反應(yīng)器12的某一范圍或區(qū)域?qū)б凉腆w分離器(如水力旋流器)而將固體除去。在另一個(gè)實(shí)施方式中，可以通過(guò)將膜分離單元14的部分滲余物流導(dǎo)引至固體分離器(如水力旋流器)而除去固體。說(shuō)明或描述本申請(qǐng)中所使用的術(shù)語(yǔ)“固體”是有益的。環(huán)境系統(tǒng)中的總固體(TS)被定義為存在于給定樣品中的除水之外的所有成分，即，溶解固體(TDS)和懸浮固體(TSS)。總固體的一部分為生物 分解性固體(包括可溶的和懸浮的)，其具有與其相關(guān)的一定的化學(xué)需氧量(C0D)。厭氧反應(yīng)器12形成了厭氧膜生物反應(yīng)器10的一部分。厭氧反應(yīng)器12被設(shè)計(jì)成為反應(yīng)器的底部提供機(jī)械混合和為反應(yīng)器的上部或頂部提供機(jī)械混合。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，在厭氧反應(yīng)器的中間或當(dāng)中部分不存在機(jī)械混合或幾乎不存在混合。在反應(yīng)器12中，重固體(包括較大的生物絮凝物及由其形成的無(wú)機(jī)沉淀固體)傾向于沉至反應(yīng)器的底部，并通過(guò)反應(yīng)器底部所進(jìn)行的混合而與其中的混合液相混合。其他較輕或較細(xì)的固體傾向于漂浮至反應(yīng)器的上部，在該處，反應(yīng)器上部所進(jìn)行的機(jī)械混合使這些固體在反應(yīng)器的頂部處于懸浮狀態(tài)。這傾向于使厭氧反應(yīng)器12中的混合液分層成為不同的三個(gè)區(qū)。S卩，反應(yīng)器的中間部分的固體濃度比反應(yīng)器底部或上部的固體濃度低。膜分離單元14位于厭氧反應(yīng)器12的下游。混合液由厭氧反應(yīng)器12的中間部分或區(qū)域泵送至膜分離單元14。由于厭氧反應(yīng)器12中混合液的分層，被泵送至膜分離單元14的混合液包含較低的固體濃度。當(dāng)陳述厭氧反應(yīng)器12的中間部分或區(qū)域中的混合液包含較低的固體濃度時(shí)，其意味著厭氧反應(yīng)器的該部分中的固體的濃度比厭氧反應(yīng)器的底部和該反應(yīng)器的最上部的固體的濃度低。將混合液由厭氧反應(yīng)器12的中間部分或區(qū)域?qū)б聊し蛛x單元14存在許多優(yōu)點(diǎn)?？傮w而言，反應(yīng)器12中發(fā)生的分層起到了增強(qiáng)系統(tǒng)的總體性能的作用。通過(guò)使反應(yīng)器12中的混合液分層，反應(yīng)器內(nèi)保持了較高濃度的固體，同時(shí)向膜分離單元14提供濃度較低的流。這防止或減少了膜粘污，并提高了每單位膜系統(tǒng)能量輸入下膜的最大可能的流率，進(jìn)而通過(guò)減少原位清洗(CIP)循環(huán)的次數(shù)延長(zhǎng)了構(gòu)成膜分離單元14的膜的壽命。膜分離單元14將混合液分為滲透物流和滲余物流，所述滲透物流較純且包含低濃度的COD、BOD和TSS，而所述滲余物流包含更濃縮的含生物質(zhì)固體，所述滲余物流被再循環(huán)至厭氧反應(yīng)器12并與厭氧反應(yīng)器中的混合液相混合。本發(fā)明還涉及一種在厭氧膜生物反應(yīng)器中處理含有可溶性和不溶性COD的物流的方法。在這方面，該方法涉及將具有可溶性和不溶性COD的物流供給至厭氧反應(yīng)器池中。之后，該工藝涉及使可溶性和不溶性COD與厭氧生物質(zhì)在厭氧反應(yīng)器中反應(yīng)以減少可溶性和不溶性COD的量，并在該過(guò)程中于厭氧反應(yīng)器中產(chǎn)生混合液和生物氣。在厭氧反應(yīng)器的下部設(shè)置一個(gè)或多個(gè)混合器以將較重的固體混合在混合液中。在一個(gè)實(shí)施方式中，還提供了在厭氧反應(yīng)器的上部用于將較輕的固體混合在混合液中的一個(gè)或多個(gè)混合器。這留下了厭氧反應(yīng)器的一個(gè)中間部分或區(qū)域，在該中間部分或區(qū)域處混合液中的固體濃度較低?；旌弦河蓞捬醴磻?yīng)器12的中間部分泵送至膜分離單元14，在膜分離單元14處，混合液被分為滲透物流和含有高濃度的生物質(zhì)的滲余物流。滲余物流至少有一部分被再循環(huán)至厭氧反應(yīng)器12。在一個(gè)實(shí)施方式中，該方法還包括，將具有較重固體的混合液由厭氧反應(yīng)器12的底部泵送至固體分離器，并將較重的固體與含有生物質(zhì)的較輕的固體相分離。最后，含有生物質(zhì)的較輕的固體至少有一部分被再循環(huán)至厭氧反應(yīng)器。上述討論給出了厭氧膜生物反應(yīng)器10和用于處理廢物流的工藝的概況?，F(xiàn)在將集中對(duì)厭氧膜生物反應(yīng)器10的各個(gè)組成部分和所執(zhí)行的各工序進(jìn)行說(shuō)明。平衡池16位于厭氧反應(yīng)器12的上游。平衡池16包括一個(gè)或多個(gè)混合器16A。如圖1所示，廢物流或給水流被導(dǎo) 引至平衡池16中，并可以通過(guò)一個(gè)或多個(gè)混合器16A而得到混合。根據(jù)此處所述的工藝，可以處理各種廢物流。通常，廢物流將包括可被厭氧菌或生物質(zhì)至少部分地生物降解的材料或物質(zhì)?？梢杂纱颂幩_的系統(tǒng)或工藝處理的廢物流的實(shí)例為來(lái)自城市污水處理廠的泥漿流；來(lái)自工業(yè)廢水處理設(shè)備的泥漿流；來(lái)自農(nóng)業(yè)經(jīng)營(yíng)的廢物流；來(lái)自工業(yè)經(jīng)營(yíng)的高強(qiáng)度廢物流；和可在厭氧反應(yīng)器中生物降解處理的任何其他液體廢水流?；旌铣?8位于平衡池16的下游?；旌铣?8包括一個(gè)或多個(gè)混合器18A。以數(shù)字20 —般性指示的一個(gè)或多個(gè)化學(xué)品注射器與混合池18關(guān)聯(lián)?；瘜W(xué)品注射器20起到向混合池18中注射各種化學(xué)品的作用，所述化學(xué)品隨后與廢物流相混合。可以根據(jù)廢物流的構(gòu)成、整個(gè)過(guò)程中期望保持的條件和處理的目的，將各種化學(xué)品注射至混合池中。例如，可能理想的是在整個(gè)過(guò)程中控制pH，在這種情形中可以將如NaOH等苛性堿注射和混合至廢物流中。如果需要，也可以添加例如鐵鹽、生物氣的最佳厭氧生產(chǎn)所需的必要礦質(zhì)元素等其他化學(xué)品。在一些實(shí)施方式中，混合池18可能不是必要的。此處，化學(xué)品可以被直接注射至廢物流所通過(guò)的管道或管線中。將包含在混合池18中的流體導(dǎo)引至反應(yīng)器進(jìn)給泵22。反應(yīng)器進(jìn)給泵22泵送廢物流通過(guò)熱交換器24。熱交換器24與熱源26操作性連接，熱源26向熱交換器提供熱介質(zhì)以加熱通過(guò)熱交換器的廢物流。在一個(gè)實(shí)施方式中，熱源26為獨(dú)立于厭氧膜生物反應(yīng)器10所執(zhí)行的其他工序的熱源。在一個(gè)實(shí)施方式中，系統(tǒng)所產(chǎn)生的滲透物可以通過(guò)熱交換器24再循環(huán)回來(lái)，以提供加熱引入的廢物流所需的熱量。此外，如本文稍后所說(shuō)明，厭氧反應(yīng)器12產(chǎn)生生物氣，并且生物氣可以被熱源26利用，以加熱被導(dǎo)引至熱交換器24的介質(zhì)。廢物流由熱交換器24被導(dǎo)入?yún)捬醴磻?yīng)器12中。厭氧反應(yīng)器12是被設(shè)計(jì)為在反應(yīng)器中保持厭氧條件的封閉系統(tǒng)。厭氧反應(yīng)器12可以具有各種尺寸和容量。被引入?yún)捬醴磻?yīng)器12中的廢物流與反應(yīng)器中所存在的材料或物質(zhì)相混合以形成混合液。通常，廢物流中的生物降解性組分與厭氧生物質(zhì)(包括厭氧(和兼性)細(xì)菌和產(chǎn)甲燒古細(xì)菌(methanogenic archea))反應(yīng),減少反應(yīng)器中所包含的生物降解性固體的量，并且在該過(guò)程中產(chǎn)生生物氣和另外的生物固體。本文所使用的術(shù)語(yǔ)“混合液”包括但不限于有機(jī)和無(wú)機(jī)固體(包括生物質(zhì)、生物降解性和非生物降解性廢物、水和生物氣)的混合物。混合液可以存留在反應(yīng)器中，或者作為來(lái)自膜系統(tǒng)的再循環(huán)流被供給至反應(yīng)器中。厭氧反應(yīng)器12被設(shè)計(jì)為可使混合液分層。如圖1中可見，較重的固體占據(jù)著厭氧反應(yīng)器中的一個(gè)區(qū)域，而細(xì)或輕的固體占據(jù)著厭氧反應(yīng)器中的另一個(gè)區(qū)域。并且，在一個(gè)區(qū)域中，混合液相對(duì)而言至少不含較重的固體，或者所包含的固體濃度明顯比反應(yīng)器中其他區(qū)域或范圍內(nèi)所具有的固體濃度低。更具體而言，反應(yīng)器12被設(shè)計(jì)為可以如下使固體分層。較重和較大的固體傾向于沉至反應(yīng)器的底部。較細(xì)或較輕的固體傾向于漂浮在反應(yīng)器的頂部。這留下了反應(yīng)器的中間或當(dāng)中部分40，其固體濃度明顯較低，或者至少所包含的固體濃度明顯比厭氧反應(yīng)器的底部的固體濃度低。在厭氧反應(yīng)器12中策略性地放置一系列混合器。首先，存在位于反應(yīng)器底部或下部的一個(gè)或多個(gè)混合器30。此外 ，存在位于反應(yīng)器12頂部或上部的一個(gè)或多個(gè)混合器32。因此可以理解，在一個(gè)實(shí)施方式中，不存在位于厭氧反應(yīng)器的中間或當(dāng)中區(qū)域中的混合器。將混合液在反應(yīng)器12的下部和上部混合可促進(jìn)和加強(qiáng)可厭氧消化的組分與厭氧生物質(zhì)之間的反應(yīng)。此外，例如，在反應(yīng)器上部中的混合可以防止固體在反應(yīng)器12的上部形成覆層(blanket)?；旌掀?0和32提供混合作用，使得厭氧反應(yīng)器的底部和頂部被完全混合?？梢允褂酶鞣N類型的混合器，在一個(gè)實(shí)施方式中，混合器是被稱作側(cè)壁安裝型混合器的混合器。這些混合器貫穿厭氧反應(yīng)器12的側(cè)壁而出，混合器的槳葉或混合部分設(shè)置在反應(yīng)器12的內(nèi)部?；旌掀?0和32通常被均一地間隔開，以對(duì)反應(yīng)器的頂部和底部中的混合液提供均一的混合。雖然所討論和顯示在附圖中的是機(jī)械混合器，但也可以使用其他類型的常規(guī)厭氧反應(yīng)器混合器。例如，混合可以通過(guò)空氣注入、機(jī)械流和機(jī)械泵來(lái)完成。厭氧反應(yīng)器12中的分層的層的深度和精確位置可以變化。舉例而言，可假定厭氧反應(yīng)器12為約50英尺高。在此情形中，底部混合器30可以集中在距離厭氧反應(yīng)器底部約3英尺處。上混合器32可以集中在距厭氧反應(yīng)器底部約38英尺處。在此情形中，在距離厭氧反應(yīng)器底部20英尺 25英尺的高度處，可以是中間或當(dāng)中區(qū)40的至少一部分。因此，在此實(shí)例中，將混合液由厭氧反應(yīng)器12供給至膜分離單元14的管道50在距離厭氧反應(yīng)器底部20英尺至25英尺之間的中點(diǎn)垂直進(jìn)入?yún)捬醴磻?yīng)器12的壁中。在該點(diǎn)，由厭氧反應(yīng)器泵入的混合液所具有的固體濃度很可能低于位于反應(yīng)器底部的混合液的固體濃度。消化固體將產(chǎn)生生物氣。下側(cè)混合區(qū)中產(chǎn)生的生物氣將沿反應(yīng)器的長(zhǎng)度方向上升，并對(duì)中間區(qū)中的混合液提供溫和的低剪切混合。反應(yīng)器12設(shè)置有生物氣排放口，其可以通過(guò)生物氣生物生產(chǎn)所產(chǎn)生的力來(lái)排放，或者可以通過(guò)利用抽風(fēng)機(jī)34和生物氣排放口36而得到增強(qiáng)。生物氣排放口 36通向燃燒器或者可以被導(dǎo)引至鍋爐、發(fā)生器或者能夠使用生物氣產(chǎn)生可用能量的其他裝置。如本領(lǐng)域技術(shù)人員所能理解，包含在廢物流中的厭氧生物降解性材料通過(guò)反應(yīng)器12中的反應(yīng)而被消化，其中厭氧(和兼性)細(xì)菌和產(chǎn)甲烷古細(xì)菌將生物降解性材料轉(zhuǎn)化為生物氣，所述生物氣基本由甲烷和二氧化碳以及較少量氣體形式的其他元素(如硫化氫)構(gòu)成。氣態(tài)組分在此被概括地稱為“生物氣”。生物氣也可以含有少量水蒸氣、氨和痕量的其他揮發(fā)性化合物，它們可以是存在于廢物流中的，或者是在生物降解的過(guò)程中形成的。所獲得的生物氣的體積百分比組成根據(jù)所處理的特定的可消化有機(jī)物而有所不同。反應(yīng)器12中所形成的生物氣中的優(yōu)選的甲烷水平為約50體積％ 約90體積％。優(yōu)選的二氧化碳水平為約5體積％ 約45體積％，并且硫化氫水平可以為約200ppm(體積) 約3體積％。膜分離單元14位于厭氧反應(yīng)器12的下游?；旌弦河蓞捬醴磻?yīng)器12導(dǎo)引至膜分離單元14。具體而言，混合液取自厭氧反應(yīng)器的中間或當(dāng)中區(qū)40。這意味著由厭氧反應(yīng)器12導(dǎo)引至膜分離單元14的混合液所包含的固體濃度比通常見于厭氧反應(yīng)器12的底部或頂部的混合液中的固體濃度更低。如圖1中可見，管道50操作性連通厭氧反應(yīng)器12與膜分離單元14，并起到將混合液由反應(yīng)器導(dǎo)引至或通至膜分離單元的作用。管道50與膜進(jìn)給泵52操作性連接。泵52將混合液由反應(yīng)器12通過(guò)管道50泵送至膜分離單元。膜進(jìn)給泵對(duì)膜分離單元提供基線壓力。在一個(gè)實(shí)施方式中，將膜進(jìn)給泵用流量控制閥代替，其中通過(guò)反應(yīng)器中液體高度所產(chǎn)生的重力對(duì)膜分離單元提供必要的基線壓力。膜分離單元14是包括膜模塊、膜再循環(huán)泵54 (稱為泵54)和所需膜性能控件的連續(xù)再循環(huán)液壓回路。膜再循環(huán)泵54將混合液在圍繞膜分離單元14的恒定的再循環(huán)回路中泵送，以提供所需的錯(cuò)流速度(cross-flow velocity)?；旧希し蛛x單元14將混合液過(guò)濾為或分為兩個(gè)流，即，滲透物流和滲余物流，所述滲透物流由膜分離單元14導(dǎo)出通過(guò)滲透物管道60，所述滲余物流由膜分離單元導(dǎo)出通過(guò)滲余物管道62。注意滲余物管道62也是再循環(huán)管道，因?yàn)槠鋵B余物流再循環(huán)回管道50，而管道50剛好位于膜進(jìn)給泵54的上游。這使膜進(jìn)給泵50可以使?jié)B余物流連續(xù)地再循環(huán)通過(guò)膜分離單元。至少一部分滲余物流返回至厭氧反應(yīng)器12并與其中的混合液混合。為使一部分滲余物流返回至厭氧反應(yīng)器12提供了返回管道64。因此，如上所述，一部分滲余物流被再循環(huán)管道62帶走，并經(jīng)由反應(yīng)器再循環(huán)泵66返回至厭氧反應(yīng)器12。在一個(gè)實(shí)施方式中，泵66被流量控制閥所替代，并且由膜進(jìn)給泵(泵52)提供將混合液返回反應(yīng)器所需的力。膜分離單元14保留所有或基本所有的懸浮固體，因此，所有或基本所有的懸浮固體再循環(huán)返回厭氧反應(yīng)器?？梢圆捎酶鞣N類型的膜分離單元14。參照?qǐng)D2，其中顯示了示例性膜分離單元14的示意圖。本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠理解，可以采用各種類型的常規(guī)膜過(guò)濾裝置。圖2顯示的是可用作厭氧膜生物反應(yīng)器10的一部分的示例性膜過(guò)濾單元。在圖2 中所示的膜過(guò)濾單元14的情形中，由于膜位于厭氧反應(yīng)器12的外側(cè)，因此這與側(cè)流系統(tǒng)相同。示例性膜過(guò)濾單元14中提供了一系列錯(cuò)流膜模塊14A。膜模塊14A的數(shù)量可以視進(jìn)給水的構(gòu)成和處理目的而變。在此實(shí)例中膜模塊14A是串聯(lián)的。各膜模塊14A包括一個(gè)延長(zhǎng)的外殼，其中容納有管狀膜。如上所述，該實(shí)例的膜為管型膜，其通過(guò)各膜模塊14A的外殼縱向延伸。厭氧反應(yīng)器12的流出物在壓力下被導(dǎo)入各管狀膜中。在來(lái)自厭氧反應(yīng)器12的進(jìn)料或混合液通過(guò)各膜時(shí)，將產(chǎn)生滲透物，并且滲透物將沿相對(duì)于進(jìn)料為錯(cuò)流的方向向外流動(dòng)。收集各膜模塊14A中的滲透物，并由設(shè)置在各膜模塊14A上的滲透物排放口 14C導(dǎo)出。滲余物由位于各模塊14A的一端的滲余物排放口 14B導(dǎo)出。各滲余物排放口和滲余物入口通過(guò)連接管道14E而連通。這使?jié)B余物可以由一個(gè)膜模塊14A導(dǎo)入到另一下游膜模塊14A中。因此，如圖2中可見，各膜模塊14A為單個(gè)單元或者串聯(lián)的多個(gè)單元，其使?jié)B余物通過(guò)單個(gè)或串聯(lián)的膜模塊14A線性流動(dòng)。離開最后一個(gè)膜模塊14A的滲余物被導(dǎo)入與圖1中所示的滲余物管道62相連的最終排放管道14F。這使?jié)B余物能夠再循環(huán)返回膜過(guò)濾單元14A的入口或再循環(huán)返回反應(yīng)器12。在一個(gè)實(shí)施方式中，存在大量再循環(huán)返回膜過(guò)濾單元入口的來(lái)自膜過(guò)濾單元14的滲余物。另外，最終排放管道14F與清潔管道90連通，清潔管道90通向原位清潔(CIP)單元92。原位清潔單元92是可有效地定期或不時(shí)地清潔膜過(guò)濾單元14的系統(tǒng)或單元，所述清潔通過(guò)對(duì)構(gòu)成膜過(guò)濾單元14的各膜進(jìn)行回洗(backwashing)來(lái)進(jìn)行。可以采用各種膜清潔系統(tǒng)。此處，原位清潔單元92被設(shè)計(jì)為利用滲余物或來(lái)自膜過(guò)濾單元14的滲余物回洗和清潔膜過(guò)濾單元的各膜。 原位清潔單元92的細(xì)節(jié)在此不進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明，因?yàn)檫@種系統(tǒng)或單元及其工作原理是本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知和理解的。厭氧膜生物反應(yīng)器10還包括用于從厭氧反應(yīng)器12中除去固體的系統(tǒng)和工藝。更具體而言，存在包括如水力旋流分離器等固體分離器74的固體分離工藝。固體分離器被設(shè)計(jì)為優(yōu)先將包含較高百分比的無(wú)機(jī)沉淀物的重固體與包含較高濃度的生物質(zhì)的較輕的固體分離。如上所述，將固體從厭氧反應(yīng)器12中除去以保持或控制SRT。另外，在厭氧反應(yīng)器12中可能存在大量的重?zé)o機(jī)固體的堆積物，這些固體可以通過(guò)將其由厭氧反應(yīng)器導(dǎo)引至固體分離器而除去。在任何情況下，存在許多種從厭氧膜生物反應(yīng)器10中除去固體的方法。例如，在一個(gè)實(shí)施方式中，固體可以只是以常規(guī)方式從厭氧反應(yīng)器12中廢棄。在另一個(gè)實(shí)例中，固體可以從離開膜分離單元的滲余物流中除去。在此情形中，可以將選定量或受控量的滲余物流導(dǎo)引至固體分離器。在本文所說(shuō)明的實(shí)施方式中，固體由厭氧反應(yīng)器12的下部泵送至固體分離器(在所述實(shí)例的情形中為水力旋流器74)。在這方面，管道70與厭氧反應(yīng)器12操作性連接并包括泵72。管道70和泵72與固體分離器74操作性連接，以用于將包含固體的混合液導(dǎo)至固體分離器。注意，管道70連接于反應(yīng)器12，使得混合液從反應(yīng)器的底部被抽走。這就是如上所述的包含較重的固體的位置。在任何情況下，混合液由反應(yīng)器12的底部通過(guò)管道70泵入固體分離器74中。固體分離器74產(chǎn)生包含本質(zhì)上較重的固體的底流，和包含本質(zhì)上比底流輕的固體的溢流。溢流通過(guò)溢流管道78被泵送或反饋回厭氧反應(yīng)器12，在那里溢流與其中的混合液混合。底流或者由固體分離器或水力旋流器74產(chǎn)生的較重的固體通過(guò)底流管道76導(dǎo)出以用于進(jìn)一步處理。例如，底流中產(chǎn)生的較重的固體可以被導(dǎo)引至脫水單元以脫水和進(jìn)一步濃縮。以上關(guān)于固體分離器74描述的固體去除工序可以與膜分離單元14同時(shí)運(yùn)行。在一些情形中，固體去除工序可以在膜分離單元過(guò)濾來(lái)自反應(yīng)器12的混合液的同時(shí)連續(xù)運(yùn)行。在其他一些情形中，固體去除工序可以間歇運(yùn)行，以保持選定的SRT。SRT可以視環(huán)境和條件而變。對(duì)于本文所說(shuō)明和討論的實(shí)施方式，預(yù)計(jì)SRT可以為約15天 約80天。固體分離器74不是本發(fā)明的必要組件。存在不需要固體分離器74的情況。更具體而言，當(dāng)注入流或進(jìn)給水流包含大量溶解的固體(其會(huì)在本發(fā)明的過(guò)程中在進(jìn)行處理時(shí)沉淀)時(shí)，固體分離器74和從厭氧反應(yīng)器12的底部除去固體的工序是有用的。一些給水流不包含大量的會(huì)沉淀的溶解固體，在一些情形中利用固體分離器74的固體分離工序可能不是本發(fā)明的過(guò)程中所必需的。為更詳盡地理解厭氧反應(yīng)器和厭氧消化過(guò)程，可以參考美國(guó)第2002/0192809號(hào)公報(bào)和美國(guó)第2008/0302721號(hào)公報(bào)中公開的內(nèi)容，通過(guò)援引將其內(nèi)容專門并入本文。本發(fā)明當(dāng)然可以以除本文所具體闡述的那些方式以外的方式進(jìn)行，只要其不偏離本發(fā)明的必要特征即可。從任何方面而言，本實(shí)施方式都應(yīng)被視作說(shuō)明性而非限制性的，在所附權(quán)利要求的含義和等效范 圍內(nèi)的任何改變應(yīng)該涵蓋于其中。
權(quán)利要求
1.一種處理具有厭氧方式生物降解性組分的廢物流的方法，所述方法包括 a.將所述具有厭氧方式生物降解性組分的廢物流供給至厭氧反應(yīng)器中； b.將所述生物降解性組分與厭氧生物質(zhì)在所述厭氧反應(yīng)器中反應(yīng)，以減少所述生物降解性組分的量，并在所述過(guò)程中產(chǎn)生生物質(zhì)和生物氣； c.通過(guò)形成第一下側(cè)混合液區(qū)和形成位于所述第一下側(cè)混合液區(qū)上方的第二混合液區(qū)而使所述厭氧反應(yīng)器中的所述混合液分層，其中所述第一下側(cè)混合液區(qū)中的混合液包含較高濃度的固體，且其中所述第二混合液區(qū)中的混合液所含的固體濃度明顯低于所述第一下側(cè)混合液區(qū)中的混合液中的固體濃度； d.將來(lái)自所述厭氧反應(yīng)器中的所述第二混合液區(qū)的混合液導(dǎo)引至膜分離單元，并將所述混合液分為滲透物流和經(jīng)生物質(zhì)濃縮的滲余物流； e.將所述滲余物流的至少一部分再循環(huán)至所述厭氧反應(yīng)器，并將所述滲余物流與所述反應(yīng)器中的混合液混合； f.將來(lái)自所述第一下側(cè)混合液區(qū)的混合液和固體導(dǎo)引至固體分離器，并將來(lái)自所述第一下側(cè)混合液區(qū)的所述混合液和固體分為較重的固體流和含有生物質(zhì)的較輕的固體流；和 g.將所述含有生物質(zhì)的較輕的固體流的至少一部分由所述固體分離器再循環(huán)至所述厭氧反應(yīng)器，并將所述較輕的固體流與所述厭氧反應(yīng)器中的混合液混合。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，所述方法包括在所述第一下側(cè)混合液區(qū)中提供混合作用并使其中的所述混合液和固體混合；和將所述第二區(qū)中的混合液保持在未混合狀態(tài)或者其中所述第二區(qū)中的混合作用明顯比所述第一下側(cè)混合液區(qū)中的混合作用更弱的狀態(tài)。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述方法包括在所述第二混合液區(qū)上方形成第三混合液區(qū)；并且其中所述第一混合液區(qū)和第三混合液區(qū)與存在于所述第一混合液區(qū)中的較重的固體和存在于所述第三混合液區(qū)中的較輕的固體混合。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述固體分離器包括水力旋流器。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中在一定的時(shí)間間隔中，所述膜分離單元和所述固體分離器同時(shí)運(yùn)行，并且其中存在由所述厭氧反應(yīng)器至所述膜分離單元的一股混合液流和由所述厭氧反應(yīng)器至所述固體分離器的另一股混合液流，并且其中所述兩股液流彼此獨(dú)立。
6.如權(quán)利要求3所述的方法，其中所述第二混合液區(qū)是未混合的，并且其中所述第二混合液區(qū)中的固體濃度低于所述第一混合液區(qū)或第三混合液區(qū)中的固體濃度。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述生物降解性組分包含生物降解性固體，并且其中所述方法包括使所述生物降解性固體與厭氧生物質(zhì)在所述厭氧反應(yīng)器中反應(yīng)以減少生物降解性固體的量。
8.如權(quán)利要求2所述的方法，其中使所述混合液分層包括在所述第二混合液區(qū)的上方形成第三混合液區(qū)，其中所述第三混合液區(qū)中的混合液所包含的固體的濃度大于所述第二混合液區(qū)中的固體的濃度。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，所述方法包括在所述第三混合液區(qū)中提供混合作用并使其中的所述混合液和固體混合。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，所述方法包括將較重的固體由所述固體分離器導(dǎo)引至脫水單元并使所述重固體脫水。
11.如權(quán)利要求9所述的方法，其中存在設(shè)置在所述第一下側(cè)混合液區(qū)中的一個(gè)或多個(gè)混合器和設(shè)置在所述第三混合液區(qū)中的一個(gè)或多個(gè)混合器。
12.如權(quán)利要求9所述的方法，其中在所述第二混合液區(qū)中不設(shè)置混合器，并且其中所述第二混合液區(qū)中的所述混合液的固體濃度低于所述第一混合液區(qū)和第三混合液區(qū)中的固體濃度，以使形成所述膜分離單元的一部分的膜的粘污得到減少，長(zhǎng)期膜性能得到增強(qiáng)，并且通過(guò)減少原位清潔循環(huán)的頻率而使膜壽命得到延長(zhǎng)，同時(shí)在所述反應(yīng)器內(nèi)部保持了顯著的懸浮在混合液揮發(fā)物中的固體的濃度。
13.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述廢物流包含可溶性和不溶性COD，并且所述方法包括將所述可溶性和不可溶性COD與厭氧生物質(zhì)在所述厭氧反應(yīng)器中反應(yīng)以減少所述可溶性和不溶性COD的量。
14.一種用于厭氧方式生物降解廢物流中的組分的厭氧膜生物反應(yīng)器，所述厭氧膜生物反應(yīng)器包括 a.厭氧反應(yīng)器，所述厭氧反應(yīng)器具有可使所述具有厭氧方式生物降解性組分的廢物流被導(dǎo)入所述厭氧反應(yīng)器中的入口，其引起所述生物降解性組分與厭氧生物質(zhì)在所述反應(yīng)器中的反應(yīng)，以減少所述厭氧反應(yīng)器中生物降解性組分的量并產(chǎn)生生物質(zhì)和生物氣； b.一個(gè)或多個(gè)第一混合器，所述第一混合器用于在所述厭氧反應(yīng)器的下部提供混合作用，并使所述厭氧反應(yīng)器底部的混合液與較重的固體混合； c.一個(gè)或多個(gè)第二混合器，所述第二混合器在所述厭氧反應(yīng)器的上部提供混合作用，并使所述厭氧反應(yīng)器上部的混合液與較輕的固體混合，以使所述厭氧反應(yīng)器的中間部分的混合液包含較低濃度的固體和生物質(zhì)； d.第一泵，所述第一泵用于將來(lái)自所述厭氧反應(yīng)器的所述中間部分的混合液泵送至膜分離單元，并將所述混合液分為滲透物流和具有經(jīng)濃縮的生物質(zhì)的滲余物流； e.第一再循環(huán)管道，所述第一再循環(huán)管道用于將所述滲余物流再循環(huán)至所述厭氧反應(yīng)器，并將所述滲余物流與所述反應(yīng)器中的混合液混合； f.第二泵，所述第二泵用于將來(lái)自所述厭氧反應(yīng)器的底部的混合液和至少一些較重的固體泵送至固體分離器，并將所述較重的固體分為兩流，即，包含相對(duì)較重的固體的第一流和包含相對(duì)較輕的固體的第二流；和 g.第二再循環(huán)管道，所述第二再循環(huán)管道用于將所述第二流的至少一部分再循環(huán)至所述厭氧反應(yīng)器，并將所述第二流與所述厭氧反應(yīng)器中的混合液混合。
15.如權(quán)利要求14所述的厭氧膜生物反應(yīng)器，其中所述厭氧膜生物反應(yīng)器可有效地使所述混合液在所述厭氧反應(yīng)器中分層為至少三個(gè)區(qū)，即，其中所述混合液包含較重的固體的下區(qū)，其中所述混合液包含較輕的固體的上區(qū)，和位于所述下區(qū)與所述上區(qū)之間的所述厭氧反應(yīng)器的中間區(qū)，并且所述中間區(qū)中的混合液所包含的固體濃度明顯比所述下區(qū)中的所述混合液的固體濃度低。
16.如權(quán)利要求15所述的厭氧膜生物反應(yīng)器，所述厭氧膜生物反應(yīng)器包含用于將混合液由所述厭氧反應(yīng)器導(dǎo)引至所述膜分離單元的混合液進(jìn)給管道，并且其中所述混合液進(jìn)給管道垂直通入所述厭氧反應(yīng)器，使得來(lái)自所述中間區(qū)的混合液而非來(lái)自所述下區(qū)和上區(qū)的混合液被泵入所述混合液進(jìn)給管道中并被導(dǎo)引至所述膜分離單元。
17.如權(quán)利要求14所述的厭氧膜生物反應(yīng)器，所述厭氧膜生物反應(yīng)器還包括 a.混合液進(jìn)給管道，所述混合液進(jìn)給管道連接在所述厭氧反應(yīng)器與所述膜分離單元之間，用于將混合液由所述厭氧反應(yīng)器導(dǎo)弓I至所述膜分離單元； b.所述混合液進(jìn)給管道連接于所述厭氧反應(yīng)器，以使被導(dǎo)引至所述膜分離單元的大部分混合液來(lái)自所述厭氧反應(yīng)器的中間部分； c.混合液和固體進(jìn)給管道，所述混合液和固體進(jìn)給管道操作性連接在所述厭氧反應(yīng)器與所述固體分離器之間；和 d.所述混合液和固體進(jìn)給管道連接于所述厭氧反應(yīng)器的所述下部，以使供給至所述固體分離器 的所述混合液和固體來(lái)自所述厭氧反應(yīng)器的下部。
全文摘要
將具有厭氧方式生物降解性組分的廢物流供給至厭氧反應(yīng)器中，在該厭氧反應(yīng)器中所述組分與微生物反應(yīng)從而將所述組分生物降解，并產(chǎn)生生物質(zhì)和生物氣。在厭氧反應(yīng)器的選定部分，特別是反應(yīng)器的底部和頂部中發(fā)生混合。較重的固體沉至底部并與混合液混合，而較輕或較細(xì)的固體漂浮至厭氧反應(yīng)器的頂部，在該處其與混合液混合。這使得在厭氧反應(yīng)器的中間或當(dāng)中部分處固體的濃度與厭氧反應(yīng)器的上部或下部中的固體的濃度相比更低。
文檔編號(hào)C02F3/28GK103068747SQ201180028179
公開日2013年4月24日 申請(qǐng)日期2011年4月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月14日
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