剩餘汙泥有機碳源固液分離裝置的製作方法
2023-08-13 06:47:26
專利名稱：剩餘汙泥有機碳源固液分離裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種剩餘汙泥有機碳源固液分離裝置，屬於環保設備技術領域。
背景技術：
城市汙水處理廠剩餘汙泥經厭氧水解處理後，泥水混合液中存在大量可回收的有機碳源，這些有機碳源可作為額外碳源用於脫氮除磷、合成可生物降解塑料(PHA)、生物產沼氣和產電。其中由於PHA的高附加值性，因此利用剰餘汙泥碳源合成PHA已備受國內外研究者的矚目。 目前，國內外最常用的泥水分離技術主要有帶式壓濾機、板框式壓濾機和離心機等，但是這些方法在操作過程吋，受設備分離能力所限，分離液中不可避免的存在厭氧微生物的進入，這將影響下遊微生物合成PHA的運行。現在用於PHA合成的碳源主要來自於玉米和小麥等糧食作物發酵產生，採用剩餘汙泥水解碳源合成PHA可大量節約糧食，但經厭氧水解處理後獲得的碳源濃度遠遠小於糧食發酵產生的碳源濃度，所以針對低碳源濃度合成PHA必須採用連續發酵裝置，即作為培養基的汙泥水解液必須連續供給。
發明內容
本發明的目的是提供一種剩餘汙泥有機碳源固液分離裝置。本發明所提供的一種剩餘汙泥有機碳源固液分離裝置，包括厭氧水解反應器、螺杆泵、化學清洗罐、化學清洗泵、陶瓷膜微濾裝置I、陶瓷膜微濾裝置II和碳源儲罐；所述厭氧水解反應器的底部與所述螺杆泵相連通；所述螺杆泵的出ロ分別與所述陶瓷膜微濾裝置I和陶瓷膜微濾裝置II相連通；所述化學清洗罐的底部與所述化學清洗泵相連通；所述化學清洗泵的出ロ分別與所述陶瓷膜微濾裝置I和陶瓷膜微濾裝置II相連通；所述陶瓷膜微濾裝置I和陶瓷膜微濾裝置II均通過水解過濾液管道與所述碳源儲罐相連通；所述陶瓷膜微濾裝置I和陶瓷膜微濾裝置II均通過所述汙泥濃縮管道與所述厭氧水解反應器相連通；所述陶瓷膜微濾裝置I和陶瓷膜微濾裝置II均通過化學清洗過濾液管道和化學清洗濃縮液管道與所述化學清洗罐相連通。上述的固液分離裝置中，所述厭氧水解反應器與所述螺杆泵之間以及所述螺杆泵與所述陶瓷膜微濾裝置I和陶瓷膜微濾裝置II之間均通過剩餘汙泥管道相連通；所述剩餘汙泥管道和水解過濾液管道上均設有陶瓷膜運行閥。上述的固液分離裝置中，所述化學清洗罐與所述化學清洗泵之間以及所述化學清洗泵與所述陶瓷膜微濾裝置I和陶瓷膜微濾裝置II之間均通過化學清洗液管道相連通；所述化學清洗液管道、所述化學清洗過濾液管道和化學清洗濃縮液管道上均設有陶瓷膜清洗閥。上述的固液分離裝置中，所述陶瓷膜微濾裝置I與所述化學清洗液管道之間以及與所述化學清洗過濾液管道和化學清洗濃縮液管道之間的管路上均設有陶瓷膜流向切換閥；陶瓷膜微濾裝置II與所述化學清洗液管道之間以及與所述化學清洗過濾液管道和化學清洗濃縮液管道之間均設有陶瓷膜流向切換閥，，實現固液分離連續運行，並防止膜通道的堵塞；鑑於汙泥粘性較大且顆粒雜質較多，應每隔一定時間自動切換所述陶瓷膜微濾裝置I和陶瓷膜微濾裝置II的流向。使用上述固液分離裝置吋，泥水混合物在汙泥厭氧水解反應器中充分反應，當汙泥中有機物溶出量達到設計要求時，開啟螺杆泵，泥水混合物被泵入陶瓷膜微濾裝置I或II中並進行循環；鑑於汙泥粘性較大且顆粒雜質較多，應每隔一定時間切換陶瓷膜微濾裝置的流向，一方面可防止汙泥顆粒堵塞膜通道，另ー方面充分利用陶瓷膜膜面積延長陶瓷膜工作時間；通過調節相關閥門，調節跨膜壓差P為O. I O. 2MPa;經陶瓷膜截留後的水解過濾液流至碳源儲罐，而汙泥濃縮液返回所述厭氧水解反應器再次循環和回收碳源；當水 解過濾液流量低於設計值時，關閉相應閥門切換陶瓷膜微濾裝置I和裝置II，然後開啟相應清洗閥門對陶瓷膜微濾裝置進行清洗，清洗時調節跨膜壓差P丨為O. 2 O. 3MPa，根據清洗過濾液流量判斷清洗程序，推薦陶瓷膜清洗方式有清水清洗(50°C、30min)、酸洗(1%硝酸溶液、50 V、30min)和鹼洗(1%氫氧化鈉溶液、50 V、30min)。本發明提供的固液分離裝置中的陶瓷膜微濾裝置中的陶瓷膜膜孔徑和陶瓷膜管根數可根據實際要求進行選擇。本發明提供的固液分離裝置具有如下有益效果1、可有效將溶解性有機碳源洗脫，從而促進汙泥水解酸化的進行；2、可雙流向控制減少膜通道堵塞，實現連續運行；3、高固液分離效果，出水微生物濃度低於100個/ml。
圖I為本發明提供的固液分離裝置的結構示意圖。圖中各標記如下1厭氧水解反應器、2螺杆泵、3陶瓷膜微濾裝置1、4陶瓷膜微濾裝置11、5化學清洗泵、6化學清洗罐和7碳源儲罐；圖中閥門說明如下陶瓷膜流向切換閥:Dn、D12、D13、D14、D21、D22、D23和 D24 ；陶瓷膜運行閥Κ01、K02,Kn、K12, K13、K21, K22 和 K23 ；陶瓷膜清洗閥K31、K32、K33、K41、K42和 K43 ；圖中管道說明如下剩餘汙泥管道a、b、C、d和e ;汙泥濃縮液管道m ；水解過濾液管道E、G、H、I和L ;化學清洗液管道A、B、C和D ;化學清洗濃縮液管道η、ο和P ;化學清洗過濾液管道F、J和K ;陶瓷膜共用管道f、g、h、i、j和k。
具體實施例方式下述實施例中所使用的實驗方法如無特殊說明，均為常規方法。
下述實施例中所用的材料、試劑等，如無特殊說明，均可從商業途徑得到。如圖I所示，本發明提供的剩餘汙泥有機碳源固液分離裝置包括厭氧水解反應器
I、螺杆泵2、化學清洗罐6、化學清洗泵5、陶瓷膜微濾裝置13和陶瓷膜微濾裝置114 ；厭氧水解反應器I的底部通過剩餘汙泥管道a與螺杆泵2相連通，剩餘汙泥管道a上設有陶瓷膜運行閥Ktll ;螺杆泵2又依次通過剩餘汙泥管道b、c、d和e分別與陶瓷膜微濾裝置13和陶瓷膜微濾裝置114相連通；剩餘汙泥管道b、d和e上分別設有陶瓷膜運行閥Kc^K11和K21 ;陶瓷膜微濾裝置13通過陶瓷膜共用管道f與剩餘汙泥管道d相連通，陶瓷膜微濾裝置114通過陶瓷膜共用管道j與剩餘汙泥管道e相連通；化學清洗罐6與化學清洗泵5通過化學清洗液管道A相連通；化學清洗泵5的出ロ依次通過化學清洗液管道B、C和D分別與陶瓷膜微濾裝置13和陶瓷膜微濾裝置114相連通；化學清洗液管道C上設有陶瓷膜清洗閥K31和陶瓷膜流向切換閥D12,化學清洗液管道D上設有陶瓷膜清洗閥K31和陶瓷膜流向切換閥D22 ;陶瓷膜微濾裝置13通過水解過濾液管道E、G和L與碳源儲罐7相連通，陶瓷膜微濾裝置Π4通過水解過濾液管道H、I和L與碳源儲罐7相連通，陶瓷膜微濾裝置13 和陶瓷膜微濾裝置114均通過汙泥濃縮管道m與厭氧水解反應器I相連通；陶瓷膜微濾裝置13分別通過化學清洗濃縮液管道ο和P與化學清洗過濾液管道F和K與化學清洗罐6相連通，陶瓷膜微濾裝置13通過陶瓷膜共用管道h和g與化學清洗濃縮液管道ο相連通，陶瓷膜共用管道h上設有陶瓷膜運行閥K12,陶瓷膜共用管道ο上設有陶瓷膜清洗閥K32，化學清洗過濾液管道F上設有陶瓷膜清洗閥K33 ;陶瓷膜微濾裝置114分別通過化學清洗濃縮液管道η和P與化學清洗過濾液管道J和K與化學清洗罐6相連通，陶瓷膜微濾裝置114通過陶瓷膜共用管道i和k與化學清洗濃縮液管道η相連通，陶瓷膜共用管道k上設有陶瓷膜運行閥K22,陶瓷膜共用管道η上設有陶瓷膜清洗閥K42，化學清洗過濾液管道J上設有陶瓷膜清洗閥K43 ;陶瓷膜共用管道f、g和h上分別設有陶瓷膜流向切換閥D14、D13和D11,陶瓷膜共用管道i、j和k上分別設有陶瓷膜流向切換閥D23、D24和D21。下述說明本發明分離裝置的使用過程(I)運行階段(以陶瓷膜微濾裝置13工作，陶瓷膜微濾裝置114備用為例)關閉陶瓷膜流向切換閥D21、D22、D23和D24,陶瓷膜運行閥K21、K22和K23和陶瓷膜清洗閥K31、K32、K33、K41、K42和K43 ;開啟陶瓷膜運行閥Ktll.Kc^K1PK12.K13以及螺杆泵2 ;此時陶瓷膜微濾裝置13進入工作階段和陶瓷膜微濾裝置114為備用階段。剩餘汙泥在厭氧水解反應器I中充分反應，當厭氧水解反應器I中有機物溶出量達到設計要求吋，開啟陶瓷膜運行閥Ktll，泥水混合物從厭氧水解反應器I底部通過剩餘汙泥管道a進入螺杆泵2，調節陶瓷膜運行閥Ktl2改變螺杆泵2出口壓カ(使其壓カ示數為O. I O. 3MPa)，即部分汙泥通過剩餘汙泥管道b回流至螺杆泵2出口，開啟陶瓷膜運行閥K11其餘汙泥通過剩餘汙泥管道c和d進入陶瓷膜微濾裝置13，當陶瓷膜流向切換閥D11和D12開啟(另ー組陶瓷膜流向切換閥D13和D14關閉)時，泥水混合物從陶瓷膜微濾裝置13底部進入頂部，並被泵入陶瓷膜共用管道h，再經汙泥濃縮液管道m將汙泥濃縮液返回厭氧水解反應器I再次水解；或當陶瓷膜流向切換閥D13和D14開啟(另ー組陶瓷膜流向切換閥D11和D12關閉)時，泥水混合物經陶瓷膜共用管道f從陶瓷膜微濾裝置13頂部進入底部，並被泵入陶瓷膜共用管道g和h，再經汙泥濃縮液管道m將汙泥濃縮液返回厭氧水解反應器I再次水解。
每隔一定時間切換陶瓷膜微濾裝置13內部流向，陶瓷膜微濾裝置13兩組陶瓷膜流向切換閥運行狀態相反，即當陶瓷膜流向切換閥D11和D12開啟吋，陶瓷膜流向切換閥D13和D14關閉，反之亦然。通過調節陶瓷膜運行閥K11,控制陶瓷膜微濾裝置13跨膜壓差P為O. I O. 2MPa ；泥水混合物經陶瓷膜固液分離，其水解過濾液通過所述水解過濾液管道E、G和L輸送至碳源儲罐7，而汙泥濃縮液經汙泥濃縮液管道m返回厭氧水解反應器I再次水解。(2)清洗階段(以陶瓷膜微濾裝置13清洗，陶瓷膜微濾裝置114工作為例)關閉陶瓷膜運行閥Kn、K12和K13,陶瓷膜清洗閥Κ41、Κ42和K43,開啟陶瓷膜流向切換閥D21、D22、D23和D24,陶瓷膜運行閥K21、K22和K23,開啟陶瓷膜清洗閥K31、K32和K33以及化學 清洗泵5，此時陶瓷膜微濾裝置114進入工作階段和陶瓷膜微濾裝置13進入清洗階段。化學清洗液經化學清洗罐6底部和化學清洗管道A進入化學清洗泵5，並通過化學清洗液管道B和C泵入陶瓷膜微濾裝置13對其進行化學清洗；調節陶瓷膜清洗閥K31改變化學清洗泵5出口壓力，是其壓力示數為O. I O. 3MPa ;化學清洗液進入陶瓷膜微濾裝置13共用管道。每隔一定時間切換陶瓷膜微濾裝置13的流向，其工作模式與運行階段類似。通過調節陶瓷膜清洗閥K31，控制陶瓷膜微濾裝置13跨膜壓差P ^為O. 2 O. 3MPa ;化學清洗過濾液通過化學清洗過濾液管道E、F和K輸送至化學清洗罐6，而化學清洗濃縮液經化學清洗濃縮液管道ο和P返回化學清洗罐6，根據化學清洗過濾液流量制定合適的化學清洗程序。
權利要求
1.剩餘汙泥有機碳源固液分離裝置，其特徵在於它包括厭氧水解反應器、螺杆泵、化學清洗罐、化學清洗泵、陶瓷膜微濾裝置I、陶瓷膜微濾裝置II和碳源儲罐； 所述厭氧水解反應器的底部與所述螺杆泵相連通；所述螺杆泵的出口分別與所述陶瓷膜微濾裝置I和陶瓷膜微濾裝置II相連通； 所述化學清洗罐與所述化學清洗泵相連通；所述化學清洗泵的出口分別與所述陶瓷膜微濾裝置I和陶瓷膜微濾裝置II相連通； 所述陶瓷膜微濾裝置I和陶瓷膜微濾裝置II均通過水解過濾液管道與所述碳源儲罐相連通； 所述陶瓷膜微濾裝置I和陶瓷膜微濾裝置II均通過汙泥濃縮管道與所述厭氧水解反應器相連通； 所述陶瓷膜微濾裝置I和陶瓷膜微濾裝置II均通過化學清洗過濾液管道和化學清洗濃縮液管道與所述化學清洗罐相連通。
2.根據權利要求I所述的固液分離裝置，其特徵在於所述厭氧水解反應器與所述螺杆泵之間以及所述螺杆泵與所述陶瓷膜微濾裝置I和陶瓷膜微濾裝置II之間均通過剩餘汙泥管道相連通；所述剩餘汙泥管道和水解過濾液管道上均設有陶瓷膜運行閥。
3.根據權利要求I或2所述的固液分離裝置，其特徵在於所述化學清洗罐與所述化學清洗泵之間以及所述化學清洗泵與所述陶瓷膜微濾裝置I和陶瓷膜微濾裝置II之間均通過化學清洗液管道相連通；所述化學清洗液管道、所述化學清洗過濾液管道和化學清洗濃縮液管道上均設有陶瓷膜清洗閥。
4.根據權利要求3中任一所述的固液分離裝置，其特徵在於陶瓷膜微濾裝置I與所述化學清洗液管道之間以及與所述化學清洗過濾液管道和化學清洗濃縮液管道之間的管路上均設有陶瓷膜流向切換閥；陶瓷膜微濾裝置II與所述化學清洗液管道之間以及與所述化學清洗過濾液管道和化學清洗濃縮液管道之間均設有陶瓷膜流向切換閥。
全文摘要
本發明公開了一種剩餘汙泥有機碳源固液分離裝置。它包括厭氧水解反應器、螺杆泵、化學清洗罐、化學清洗泵、陶瓷膜微濾裝置I、陶瓷膜微濾裝置II和碳源儲罐；所述厭氧水解反應器的底部與所述螺杆泵相連通；所述螺杆泵的出口分別與所述陶瓷膜微濾裝置I和陶瓷膜微濾裝置II相連通；所述化學清洗罐與所述化學清洗泵相連通；所述化學清洗泵的出口分別與所述陶瓷膜微濾裝置I和陶瓷膜微濾裝置II相連通；所述陶瓷膜微濾裝置I和陶瓷膜微濾裝置II均通過水解過濾液管道與所述碳源儲罐相連通。本發明可有效將溶解性有機碳源洗脫，從而促進汙泥水解酸化的進行；可雙流向控制減少膜通道堵塞，實現連續運行；高固液分離效果，出水微生物濃度低於100個/ml。
文檔編號C02F11/00GK102701553SQ20121021466
公開日2012年10月3日 申請日期2012年6月26日 優先權日2012年6月26日
發明者施漢昌, 熊惠磊, 王慧, 王青 申請人:清華大學