本發(fā)明涉及一種源頭富集與回收污水有機(jī)碳源的方法及裝置，屬于污水處理技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

傳統(tǒng)的污水生物處理工藝是將污水中的污染物轉(zhuǎn)化成氣體或固體去除，尤其是將污水中的大部分有機(jī)物由微生物降解成二氧化碳，氨，最終以氮?dú)獾男问脚诺?，除此之外，剩余污泥中的磷酸鹽的含量也不可小視。因此，傳統(tǒng)的污水生物處理方式并不是基于可持續(xù)化發(fā)展的理念，不僅沒有將污染物轉(zhuǎn)化為資源回收，還對環(huán)境造成了不可忽視的影響。因此，一種將污水中的營養(yǎng)物質(zhì)直接分離出來，并進(jìn)行高附加值轉(zhuǎn)化(如發(fā)酵產(chǎn)沼氣、制備有機(jī)酸等)的裝置和方法，對于簡化工藝污水處理工藝，節(jié)省投資成本與運(yùn)行費(fèi)用，實(shí)現(xiàn)了污染物的資源化利用具有重要的應(yīng)用意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種源頭富集與回收污水有機(jī)碳源的裝置，包括反應(yīng)器主體，膜組件，攪拌驅(qū)動裝置，和攪拌裝置；所述攪拌驅(qū)動裝置設(shè)置在反應(yīng)器主體頂部；所述攪拌裝置包括攪拌軸、攪拌葉輪和轉(zhuǎn)子，攪拌軸為中空的管道，設(shè)置于反應(yīng)器主體的中軸線上，一端插入攪拌驅(qū)動裝置內(nèi)部并用螺絲固定，另一端貫穿旋入轉(zhuǎn)子內(nèi)并固定；攪拌葉輪設(shè)置在攪拌軸上，轉(zhuǎn)子固定在發(fā)明器主體底部；所述膜組件包括支撐組件和無紡布膜，支撐組件呈中空的圓柱狀雙層框架結(jié)構(gòu)，外層框架和內(nèi)層框架之間設(shè)置空腔，空腔內(nèi)部設(shè)置管道并與攪拌軸通過管道連接；支撐組件外部由無紡布膜包裹。

在本發(fā)明的一種實(shí)施方式中，所述攪拌驅(qū)動裝置為電機(jī)，還與攪拌調(diào)節(jié)裝置連接；所述攪拌調(diào)節(jié)裝置包括顯示屏和旋轉(zhuǎn)閥，通過調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)閥控制攪拌驅(qū)動裝置的轉(zhuǎn)速。

在本發(fā)明的一種實(shí)施方式中，所述反應(yīng)器主體呈圓筒狀，頂部設(shè)置頂蓋，底部封底；頂蓋上方固定有攪拌驅(qū)動裝置和攪拌調(diào)節(jié)裝置，使三者形成一體結(jié)構(gòu)。

在本發(fā)明的一種實(shí)施方式中，頂蓋還設(shè)置排氣口。

在本發(fā)明的一種實(shí)施方式中，反應(yīng)器主體設(shè)置進(jìn)水管、排泥管和取樣口；所述進(jìn)水管設(shè)置于反應(yīng)器主體側(cè)壁靠近頂端1/6～1/3處，所述排泥管設(shè)置于反應(yīng)器主體側(cè)壁的底部區(qū)域；所述取樣口設(shè)置于反應(yīng)器主體側(cè)壁上。

在本發(fā)明的一種實(shí)施方式中，反應(yīng)器主體底部設(shè)置出水管；所述出水管12設(shè)置于反應(yīng)器主體中軸線位置，與攪拌軸通過管道連接，出水依次經(jīng)過攪拌、轉(zhuǎn)子、并從安裝在反應(yīng)器底部的出水管流出。

在本發(fā)明的一種實(shí)施方式中，所述攪拌葉輪有至少一對，數(shù)量為≥2對時在攪拌軸上平行設(shè)置，并使膜組件位于兩對攪拌葉輪之間。

在本發(fā)明的一種實(shí)施方式中，所述裝置還在底部設(shè)置萬向輪。

本發(fā)明的第二個目的是提供一種源頭富集與回收污水有機(jī)碳源的方法，所述方法是應(yīng)用所述裝置，加入污水和活性污泥，控制運(yùn)行溫度為0-40℃左右，水力停留時間為10-50min；污泥濃度為1000-6000mg/L；攪拌裝置的轉(zhuǎn)速為15-100r/min。

在本發(fā)明的一種實(shí)施方式中，所述方法是應(yīng)用大孔徑網(wǎng)狀無紡布，孔徑為100-500目，膜通量為50-150L/m²/h。

在本發(fā)明的一種實(shí)施方式中，活性污泥取自污水處理廠的曝氣池，進(jìn)水為含有機(jī)碳的污水。

在本發(fā)明的一種實(shí)施方式中，所述方法具體是：控制運(yùn)行溫度為0-40℃，水力停留時間為10-50min；控制污泥濃度為1000-6000mg/L；攪拌裝置的轉(zhuǎn)速為15-100r/min；連續(xù)進(jìn)水、連續(xù)出水和間歇排泥；所述間歇排泥是每40～90min排泥一次。

本發(fā)明還提供所述源頭富集與回收污水有機(jī)碳源的裝置在環(huán)境領(lǐng)域的應(yīng)用。

本發(fā)明的方法具有以下有益效果：

(1)污泥的吸附作用解決了常規(guī)的生物處理帶來的資源回收率低的問題，甚至避免了后者產(chǎn)生的環(huán)境問題或后續(xù)處理壓力，減少剩余污泥的產(chǎn)生，將污染物吸附以后，進(jìn)行資源化回收，如，發(fā)酵產(chǎn)酸作為碳源回用于污水處理。

(2)利用活性污泥的吸附性進(jìn)行污水處理，取代市售吸附劑，節(jié)省成本，便于操作，便于資源化，吸附時間最短僅10min，且吸附率達(dá)到80以上。

(3)自生動態(tài)膜的分離作用，使出水的SS趨于零，截留率接近100％，將污泥與廢水很好的分離，動態(tài)膜反應(yīng)器取代了沉淀池，避免了因過長的沉淀時間而造成的污泥釋放碳源的問題，并且節(jié)省占地面積。

(4)采用自旋式膜組件，有效地控制了膜污染，COD的去除效率達(dá)到80％左右動態(tài)膜通量可維持在較大數(shù)值，50-150L/m²/h，滿足了較短的吸附時間。

(5)動態(tài)膜制作成本低，并且重力自流出水，節(jié)省運(yùn)行能耗。

附圖說明

圖1為吸附碳源的高通量自生動態(tài)膜反應(yīng)器的示意圖；其中：1、攪拌驅(qū)動裝置，2、攪拌調(diào)節(jié)裝置，3、排氣口，4、進(jìn)水管，5、反應(yīng)器主體，6、攪拌軸，7、膜組件，8、蓋子，9、取樣口，10、攪拌葉輪，11、轉(zhuǎn)子，12、出水管，13、排泥管，14、萬向輪；虛線表示污水的運(yùn)動軌跡；

圖2為吸附污水碳源的自生動態(tài)膜反應(yīng)器的阻力變化曲線；

圖3為吸附污水碳源的自生動態(tài)膜反應(yīng)器出水SS變化曲線；

圖4為吸附污水碳源的自生動態(tài)膜反應(yīng)器出水COD變化曲線；

圖5為污泥濃度對SCOD的去除率的影響；

圖6為污泥濃度對截留效果和膜形成時間的影響；

圖7為轉(zhuǎn)速對出水SCOD的去除率的影響；

圖8為轉(zhuǎn)速對出水截留效果和動態(tài)膜形成時間的影響。

具體實(shí)施方式

下面通過具體實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步說明，但本發(fā)明并不局限于此。

實(shí)施例中所述實(shí)驗(yàn)方法，如無特殊說明，均為常規(guī)方法；所述試劑和材料，如無特殊說明，均可從商業(yè)途徑獲得。

測定方法：化學(xué)需氧量(COD)、SS根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)方法測定，COD采用重鉻酸鉀法，SS采用重量法。

實(shí)施例1

如圖1所示，一種源頭富集與回收污水碳源的裝置，包括反應(yīng)器主體5，攪拌驅(qū)動裝置1，攪拌調(diào)節(jié)裝置2，膜組件7，和攪拌裝置；所述反應(yīng)器主體5呈圓筒狀，頂部設(shè)置頂蓋8，底部封底，頂蓋8上方固定有攪拌驅(qū)動裝置1和攪拌調(diào)節(jié)裝置2，使三者形成一體結(jié)構(gòu)；攪拌裝置包括攪拌軸6、攪拌葉輪10和轉(zhuǎn)子11；攪拌軸6為中空的管道，設(shè)置于反應(yīng)器主體的中軸線上，一端插入攪拌驅(qū)動裝置1內(nèi)部并用螺絲固定，另一端旋入轉(zhuǎn)子11內(nèi)并固定；所述轉(zhuǎn)子11用螺絲固定在反應(yīng)器主體5底部。攪拌軸上還設(shè)置攪拌葉輪10；膜組件7與攪拌葉輪10同軸設(shè)置，，膜組件7包括支撐組件和無紡布膜，支撐組件呈中空的圓柱狀雙層框架結(jié)構(gòu)，外層框架和內(nèi)層框架之間設(shè)置空腔，空腔內(nèi)部可容納液體并與中空攪拌軸6通過管道連接；無紡布膜包裹在支撐組件外部，使污水能夠通過無紡布膜、支撐組件外層進(jìn)入支撐組件框架結(jié)構(gòu)的空間內(nèi)，然后通過設(shè)置在空腔內(nèi)部的管道流入攪拌軸6內(nèi)，污泥經(jīng)過無紡布膜的過濾，在無紡布表面形成污泥層。

攪拌驅(qū)動裝置1為電機(jī)，攪拌調(diào)節(jié)裝置2包括轉(zhuǎn)速顯示屏和旋轉(zhuǎn)閥，通過調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)閥控制攪拌驅(qū)動裝置1的轉(zhuǎn)速；頂蓋8還設(shè)置排氣口3，反應(yīng)器主體5的側(cè)壁靠近頂端1/6～1/3處設(shè)置進(jìn)水管4，側(cè)壁底部至2/3反應(yīng)器高度的區(qū)域設(shè)置取樣口9，用于實(shí)時取樣；反應(yīng)器主體5底部設(shè)置出水管12和排泥管13；所述出水管12設(shè)置于反應(yīng)器主體5中軸線位置，于膜組件7內(nèi)部通過管道連接，出水依次經(jīng)過攪拌軸6、轉(zhuǎn)子11、并從安裝在反應(yīng)器底部的出水管12流出。。

所述攪拌葉輪10有至少1對，數(shù)量為≥2對時在攪拌軸上平行設(shè)置，并使膜組件7位于2對攪拌葉輪10之間。本裝置還在底部設(shè)置萬向輪，使裝置便于移動。

本裝置運(yùn)行時，污水由進(jìn)水管4進(jìn)入反應(yīng)器，采自污水廠的活性污泥由排泥管13進(jìn)入反應(yīng)器，當(dāng)水面達(dá)到設(shè)定液位時，開啟攪拌裝置進(jìn)行攪拌。在10～30min內(nèi)，污水經(jīng)過膜組件表面的無紡布膜、支撐組件進(jìn)入至膜組件7內(nèi)部，活性污泥被截留在無紡布膜表面，污水中的碳源被迅速吸附并富集在活性污泥上；同時，在出水推流作用下，活性污泥沉積在由無紡布材料膜構(gòu)成的過濾基網(wǎng)上，形成動態(tài)膜。然后，出水經(jīng)自生動態(tài)膜重力自流排出，而污泥被截留在反應(yīng)器內(nèi)，實(shí)現(xiàn)了碳源與污水的分離，吸附10～50min使反應(yīng)器中的活性污泥達(dá)到吸附飽和以后，由排泥管排出，并進(jìn)行碳源資源化回收。

實(shí)施例2

啟動實(shí)施例1設(shè)計的裝置：將蓋子蓋上，控制反應(yīng)器內(nèi)部處于厭氧環(huán)境。通過計算所需要加入反應(yīng)器的污泥體積，和污水量，調(diào)節(jié)反應(yīng)器中污泥濃度為1000-6000mg/L。污泥由泵從排泥口注入反應(yīng)器，然后加入污水至既定液位。開啟驅(qū)動器進(jìn)行攪拌，攪拌速度為15-100r/min，攪拌大約1分鐘左右，開始出水，調(diào)整出水高度，使膜通量為50-150L/m².h，連續(xù)進(jìn)水，連續(xù)出水。在整個實(shí)驗(yàn)過程中，每隔一定的時間調(diào)整、記錄出水高度(圖2)，以維持膜通量，確定過濾阻力。同時進(jìn)行取樣，測定出水COD(圖3)、SS(圖4)等指標(biāo)的變化，確定吸附效果。

經(jīng)過長時間的運(yùn)行，可以看到自生動態(tài)膜生物反應(yīng)器在高通量條件下運(yùn)行時達(dá)到了很好的吸附效果。隨著反應(yīng)的進(jìn)行，可以看到出水阻力(圖2)首先下降，然后上升，此時動態(tài)膜形成，時間大約在125min左右，此時，出水SS降至最低，趨于零(圖4)，說明動態(tài)膜的截留效果很好，泥水分離效果趨于100％。之后，阻力緩慢下降并緩慢上升，這是自生動態(tài)膜生物反應(yīng)器的穩(wěn)定運(yùn)行。出水COD(圖3)隨著污泥吸附達(dá)到穩(wěn)定，COD的去除效率達(dá)到80％左右。

實(shí)施例3

具體實(shí)施方式同實(shí)施例2，區(qū)別在于，調(diào)整污泥濃度分別為1500、3000、6000、7000mg/L，測定SCOD去除率膜形成時間和對截留效果。結(jié)果顯示(圖5-6)，污泥濃度從1500mg/L增加至7000mg/L，出水中SCOD逐漸減少，當(dāng)污泥濃度為1500mg/L時，反應(yīng)器的運(yùn)行時間接近8000min，而當(dāng)污泥濃度為7000mg/L時，反應(yīng)器的運(yùn)行時間接近4000min，可見，污泥濃度越高越容易造成膜堵塞，運(yùn)行時間越短；反之，動態(tài)膜形成比較緩慢，運(yùn)行時間長，且吸附率低。圖6可以看出，污泥濃度越高，越有利于動態(tài)膜的形成，出水中SS達(dá)到穩(wěn)定的時間越短，且當(dāng)污泥濃度為1500mg/L時，出水SS接近于1mg/L，當(dāng)污泥濃度為7000mg/L時，出水SS接近0mg/L，說明，污泥濃度越高形成的動態(tài)膜的截留效果越好。

實(shí)施例4

具體實(shí)施方式同實(shí)施例2，區(qū)別在于，調(diào)整攪拌速度分別為10、50、100、120r/min，測定SCOD去除率、膜形成時間和對截留效果。結(jié)果顯示(圖7-8)，轉(zhuǎn)速太小，攪拌不均勻，吸附不徹底并容易造成膜污染，轉(zhuǎn)速太大，動態(tài)膜形成比較緩慢。圖7中，轉(zhuǎn)速從10r/min增加至100r/min，出水中SCOD逐漸減少，說明轉(zhuǎn)速越高，污泥對有機(jī)物的吸附(去除)效果就越好，但是當(dāng)再增加至120r/min時，SCOD的變化并不是很大；同時，當(dāng)轉(zhuǎn)速為10r/min時，反應(yīng)器的運(yùn)行時間接8000min，轉(zhuǎn)速為120r/min時，反應(yīng)器的運(yùn)行時間接近3500min；圖8可以看出，轉(zhuǎn)速越大，越不利于動態(tài)膜的形成，出水中SS達(dá)到穩(wěn)定的時間越長，且當(dāng)轉(zhuǎn)速為120r/min時，出水SS接近于0.5mg/L，當(dāng)轉(zhuǎn)速為10r/min時，出水SS接近于0mg/L，說明轉(zhuǎn)速越低動態(tài)膜的截留效果越好。

雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例公開如上，但其并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉此技術(shù)的人，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，都可做各種的改動與修飾，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書所界定的為準(zhǔn)。