[发明专利]一种用于处理畜禽养殖废水的厌氧双向旋转膜生物反应器及其运行方法

说明书

技术领域

本发明涉及畜禽养殖废水处理的技术领域，特指一种用于处理畜禽养殖废水的厌氧双向旋转膜生物反应器及其运行方法。

背景技术

畜禽养殖废水的有机物、氨氮、悬浮物浓度高，直接排放会对生态环境造成严重的威胁，因而需要对畜禽养殖废水进一步处理排放。对畜禽养殖废水的处理可采用厌氧处理技术以实现废水的处理和资源的回收利用。

厌氧处理技术是在厌氧条件下，通过专性和兼性厌氧微生物的共同作用，将有机物进行分解，同时以沼气、沼液和沼渣的形式回收能源和资源。该技术的发展已有百余年历史，近几十年来出现了一系列高效厌氧反应器，如上流式厌氧污泥床、厌氧滤池、厌氧流化床等。这些反应器主要通过污泥颗粒化和形成生物膜的方式来实现微生物截留，避免微生物流失，来提高处理能力。当它们用于畜禽养殖废水这类高悬浮物废水时，受悬浮物影响，易出现污泥颗粒化差、堵塞或短流等现象，处理能力下降。虽然传统的完全混合式厌氧消化池适用于高悬浮物废水，但由于无微生物截留功能，使得处理效率低，占地大，抗冲击负荷能力较差，运行不稳定。因此，针对畜禽养殖废水，开发高效、稳定、实用的新型厌氧工艺是十分必要的。

近年来，随着国内外膜技术的蓬勃发展，膜分离在各个领域的应用逐渐深入，其中，厌氧膜生物反应器作为一种新兴膜组合工艺，逐渐受到关注。厌氧膜生物反应器是膜技术与厌氧处理工艺相结合的复合系统。该工艺应用于畜禽养殖废水的优势如下：

（1）厌氧膜生物反应器运行负荷高，占地小。

厌氧膜生物反应器不依赖于污泥颗粒化和生物膜形成来截留微生物，而是依靠膜组件的分离来实现微生物的有效截留，保证了反应器内较高的微生物浓度，从而提高运行负荷，减小反应器容积。

（2）厌氧膜生物反应器更加高效稳定。

厌氧膜生物反应器可以在强化废水和微生物之间混合的同时，仍保证较高微生物浓度而不必担心微生物流失，从而提高处理效率和产生甲烷的能力，增强抗冲击负荷能力，运行性能稳定，减少后续管理问题。此外，由于膜的截留作用，废水中的悬浮颗粒物和部分污染物能够长时间被截留于反应器内，进一步改善废水处理和资源回收率。

（3）厌氧膜生物反应器出水水质好。

膜组件截留作用能够使系统出水水质优于其他厌氧工艺。

（4）厌氧膜生物反应器工艺相对简单，可形成一体化设备，后期运行维护容易。

可见，该工艺在畜禽养殖废水处理方面具有显著优势。但是，目前膜污染仍是困扰厌氧膜生物反应器发展的一个重要原因。膜污染会造成膜通量下降，影响整个系统的稳定运行。而将厌氧膜生物反应器用于处理成分复杂的畜禽养殖废水时，膜污染问题可能更加突出。因此，厌氧膜污染的彻底解决将切实推进厌氧膜生物反应器在畜禽养殖废水处理中的实际应用。

目前，国内外研究者对厌氧膜生物反应器中膜污染的控制措施包括改善混合液性质（如污泥浓度、溶解性有机物、颗粒粒径等）、调节操作条件（如膜通量、跨膜压差、错流速率和抽吸模式等），改进膜材料提高其抗污染性。

对于较为传统常见的外置式厌氧膜生物反应器，通过泵循环提供高错流速率是普遍采用的方式。而对于近年备受推崇的能耗较低的浸没式厌氧膜生物反应器，研究者们则常常考虑采用沼气循环的方式在膜表面进行扰动来减轻膜污染。但是，沼气循环的运行相对复杂，且沼气的扰动有可能降低污泥颗粒粒径，从而造成负面影响。目前，针对膜污染的问题，一种新型的厌氧膜生物反应器——厌氧旋转膜生物反应器引起了人们的关注。

厌氧旋转膜生物反应器就是采用了旋转膜组件的厌氧膜生物反应器。其中，旋转膜组件可通过膜自身旋转形成的湍流来提高水力剪切力以控制膜表面污染层的形成。目前，厌氧旋转膜生物反应器的相关研究较少。Jiang等人曾将旋转平板膜组件用于厌氧膜生物反应器中，并研究了该反应器厌氧氨氧化的启动过程。研究中发现，厌氧旋转膜生物反应器的膜过滤性能优于传统厌氧膜生物反应器。白玲等人研发了一种浸没式双轴旋转厌氧膜生物反应器并将其用于处理模拟啤酒废水。研究结果表明，依靠膜组件双轴旋转而形成的良好水力条件可有效控制膜污染的发展。但是，这种浸没式双轴旋转厌氧膜生物反应器在实际运行中，膜组件容易发生破损，对工艺制造的要求高，不易放大推广。而且上述关于厌氧旋转膜生物反应器研究中的旋转膜组件均采用单向旋转方式。

因此，为了进一步提高抗膜污染性能，本发明人对此做进一步研究，研发出一种用于处理畜禽养殖废水的厌氧双向旋转膜生物反应器及其运行方法，本案由此产生。

发明内容