CN100429160C - 环流式膜生物反应器废水处理设备和废水处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于利用生化技术和膜分离技术处理废水的设备，特别涉及一种处理高浓度难降解废水的环流式膜生物反应器废水处理设备。该设备由工程菌或酶制剂附着在填料上的固定式反应区、工程菌或酶制剂悬浮在溶液中的升流式反应区和装有膜组件的固液分离区装置构成；固定式反应区和升流式反应区均为生化反应区，两反应区上下连通，在空气带动下形成环流。反应区内主要生物体系为工程菌或酶制剂。固定式反应区内的工程菌或酶制剂附着在填料上，升流式反应区内的工程菌或酶制剂悬浮在溶液中。在升流式反应区的外侧相接一装有膜组件的固液分离区装置，升流式反应区的底端与分离区相通。通过工程菌(或解毒酶)的高效降解作用，可使废水得到有效的处理。

Description

环流式膜生物反应器废水处理设备和废水处理方法

技术领域

本发明属于利用生化技术和膜分离技术处理废水的设备，特别涉及一种环流式膜生物反应器废水处理设备和废水处理方法。

背景技术

污水生物处理技术的研究和应用已有一百多年的历史，由于其经济性和操作相对简单等优点，目前已成为污水处理的主体技术。污水生物处理技术的核心是微生物，因此，微生物的能力决定了污水处理生物反应器的效率。另一方面，“物竞天择，适者生存”，污水的性质和运行环境与条件决定了反应器内微生物的繁衍种类。随着工业化的发展，污水中的污染物种类越来越多且复杂，许多有机化合物用常规微生物难以降解，2004年全国废水排放量为482.4亿吨，其中工业废水排放量为221.1亿吨，工业废水排放达标率为90.7％，不能达标排放的主要是高浓度难降解工业废水。因此，废水处理的难度越来越大，对处理技术要求也越来越高。从目前国内外的研究和应用情况，对于高浓度难降解的有机废水，普遍工艺复杂、操作复杂、造成基建投资和运行成本高等。

20世纪70年代以来，随着基因工程、克隆技术的发展，生物技术领域出现了飞跃式发展，同时也带动了污水生物处理技术的创新，一些新的高效工程菌剂和酶制剂的应用，使污水生物处理的效率得到提高、设施占地面积减少、投资和运行成本降低。然而，通常工程菌剂和酶制剂对底物具有较强的选择性和专一性，对于不同类型的污染物，工程菌剂和酶制剂的降解速率表现出明显的差异。另外，工程菌剂和酶制剂的流失还会带来环境的生物安全性问题。

膜生物反应器是一种由膜过滤取代传统生化处理技术中二次沉淀池和沙滤池的水处理技术。膜生物反应器的出现提高了泥水分离效率，同时由于曝气池中活性污泥浓度的增大和污泥中特效菌(特别是优势菌群)的出现，提高了生化反应速率。同时，通过降低污泥负荷减少剩余污泥产生量。

膜生物反应器能够利用膜分离的高度浓缩性提高生物反应器中的污泥浓度，从而增加生物反应器的有机物去除能力，但较高的污泥浓度对膜通量会产生负面的影响，而且还易造成膜污染。无论早期的分体式膜生物反应器还是现有的一体式膜生物反应器，都是通过真空泵或其它类型泵得到过滤液，因而能耗高。常规膜生物反应器采用的是普通微生物，其缺点是对难降解的有毒有害污染物的去除能力低。

发明内容

本发明的一目的在于克服现有生物处理技术在处理含难降解有毒、有害、有机污染物废水过程中存在的缺陷，提供一种适合于工程菌生长和解毒酶制剂反应的环流式膜生物反应器废水处理设备，通过工程菌(或解毒酶制剂)的高效降解作用，可使含难降解有毒、有害、有机污染物的废水得到有效的处理；反应器出水采用膜过滤防止工程菌或酶制剂流失。并且结构紧凑、构造简洁，运行操作与维护简单，运行能耗低，投资费用少。

本发明的另一目的是提供一种处理含难降解有毒、有害、有机污染物废水的环流式膜生物反应器废水处理设备的操作方法。

本发明的环流式膜生物反应器废水处理设备主要由工程菌或酶制剂附着在填料上的固定式反应区、工程菌或酶制剂悬浮在溶液中的升流式反应区和装有膜组件的固液分离区装置构成；

一反应器，由隔板将反应器分成固定式反应区和升流式反应区，在隔板的上部和下部分别设有液体导流口，固定式反应区通过两个液体导流口与升流式反应区连通，液体在固定式反应区内是向下流动；在升流式反应区的外侧相接一装有膜组件的固液分离区装置，固液分离区装置低于升流式反应区，升流式反应区的底端与固液分离区装置相通，在升流式反应区与固液分离区装置共为一侧壁的上部设有液体导流孔，升流式反应区通过液体导流孔和底端的液体通道与固液分离区装置相连通，液体在升流式反应区内是向上流动；

所述的固定式反应区的顶部开有一进水口，底部开有一排泥口，在固定式反应区内装填有填料，且填料是在上下导流口之间；

所述的固液分离区装置为固液分离区，固液分离区装置的内部安装有膜组件；外侧壁的上部开有一出水口，下部开有一进气口，进气口内端设有曝气管，分离区的底部设有一排泥口。

固定式反应区和升流式反应区均为生化反应区，两反应区上下连通，在空气带动下形成环流。反应区内主要生物体系为工程菌或酶制剂。固定式反应区内的工程菌或酶制剂附着在填料上；升流式反应区内的工程菌或酶制剂悬浮在溶液中。

所述的曝气管为多孔管，其孔径为2～5mm。

本发明的环流式膜生物反应器废水处理设备的废水处理方法是：废水从顶部进水口进入固定式反应区内，向下流动，经由带有工程菌(或酶制剂)的固定式反应区，废水中的主要目标污染物被附着在填料上的工程菌或酶制剂降解；未被降解的污染物和代谢中间产物经下部导流口进入升流式反应区内，部分混合液被从曝气管进入的气体提升，向上流动，从上部的导流口回流至固定式反应区，这样，液体在两个反应区内环流流动，如此循环往复，废水中的污染物被工程菌或酶制剂降解。

另一部分混合液从升流式反应区底部进入固液分离区装置，固液分离区装置内的膜组件可有效地将未被降解的污染物、工程菌或酶制剂分离截留；被膜分离截留的未被降解的污染物、工程菌或酶制剂在气体的携带下通过导流孔回流至升流式反应区内，进入环流流动，污染物被进一步处理，同时避免了工程菌或酶制剂的流失。

设在膜组件下部的曝气管，能够冲刷膜表面，使污泥不能附着其上。固定式反应区和升流式反应均高于分离区，膜出水靠膜组件上方的重力水头驱动连续出水，省去传统膜生物反应器的出水抽吸泵。净化后的水从分离区的出水口排出，剩余污泥从分离区底部的排泥口排出。

工程菌或酶制剂的活性丧失后，将其从固定化反应区的排泥口排出，并加入新的工程菌或酶制剂。

本发明的设备具有如下优点：

1.能够有效地处理含难降解有毒有害有机污染物的工业废水，反应器结构简单、操作简便。

2.固定式反应区内的生物填料为工程菌的生长和酶制剂的反应提供良好环境，提高接触效率。固定式反应区采用深床方式可提高污染物的降解速率，减少占地面积，提高充氧效率、降低能耗。

3.液体在固定式反应区和升流式反应区内环流流动，通过反应器内混合液与进入的废水的混合与循环，对废水中的高污染物浓度具有稀释作用，可减轻污染物对工程菌和酶制剂的毒性和抑制作用，使反应器具有较强的抗冲击负荷的能力。

4.升流式反应区内充氧曝气，同时利用曝气提升液体，实现曝气量高效利用。

5.固定式反应区和升流式反应均高于固液分离区装置，膜出水靠膜组件上方的重力水头驱动连续出水，不需要抽吸设备，减少投资费用。

6.反应器出水采用膜过滤，防止工程菌或酶制剂的流失，减少工程菌或酶制剂的投加量。

附图说明

图1.本发明设备的示意图。

图2.现有分体式膜生物反应器示意图。

图3.现有一体式膜生物反应器示意图。

附图标记

1.固定式反应区    2.升流式反应区    3.固液分离区装置

4.填料            5.进水口          6.排泥口

7.导流口          8.导流口          9.膜组件

10.出水口         11.进气口         12.曝气管

13.导流孔         14.排泥口         15.生化反应器

16.泵             17.回流污泥

具体实施方式

实施例1：

请参见图1。本发明的环流式膜生物反应器废水处理设备，包括固定式反应区1、升流式反应区2和装有膜组件的固液分离区装置3三部分。

固定式反应区1和升流式反应区2均为生化反应区，生物体系为工程菌或酶制剂。固定式反应区内的工程菌或酶制剂附着在填料4上；升流式反应区内的工程菌或酶制剂悬浮在溶液中。

固定式反应区1内部装填有填料4，顶部开有一进水口5，底部开有一排泥口6；同一侧壁的上部和下部设有液体导流口7和导流口8，固定式反应区1通过液体导流口7和导流口8与升流式反应区2连通。液体在固定式反应区1内是向下流动。

升流式反应区2的底端与固液分离区装置3相通。液体在升流式反应区2内是向上流动。

固液分离区装置3的内部安装有膜组件9；外侧壁上部开有一出水口10，下部开有一进气口11，进气口11内端设有曝气管12；另一侧壁上部开有导流孔13，导流孔13与升流式反应区2连通；固液分离区装置3的底部设有一排泥口14。

废水从顶部进水口5进入固定式反应区1内，向下流动，经由带有工程菌(或酶制剂)的固定式反应区1，废水中的主要目标污染物被附着在填料4上的工程菌或酶制剂降解；未被降解的污染物和代谢中间产物经下部导流口8进入升流式反应区2内，部分混合液被从进气口11内端的曝气管12进入的气体提升，向上流动，从上部的导流口7回流至固定式反应区1，这样，液体在两个反应区内环流流动，如此循环往复，废水中的污染物被工程菌或酶制剂降解。

另一部分混合液从升流式反应区2底部进入固液分离区装置3，固液分离区装置3内的膜组件9可有效地将未被降解的污染物、工程菌或酶制剂分离截留；被膜分离截留的未被降解的污染物、工程菌或酶制剂在气体的携带下通过导流孔13回流至升流式反应区2内，汇入环流流动，污染物被进一步处理，同时避免了工程菌或酶制剂的流失。

设在膜组件9下部的曝气管12，能够冲刷膜表面，使污泥不能附着其上。固定式反应区1和升流式反应2均高于固液分离区装置3，膜出水靠膜组件上方的重力水头驱动连续出水，省去传统膜生物反应器的出水抽吸泵。净化后的水从固液分离区装置3的出水口10排出，剩余污泥从固液分离区装置3底部的排泥口14排出。

工程菌或酶制剂的活性丧失后，将其从固定化反应区1的排泥口6排出，并加入新的工程菌或酶制剂。

含有对敌敌畏，甲基对硫磷，对硫磷，丙溴磷等混合有机磷农药的废水，混合农药的浓度为200ppm，从进水口进入本发明的环流式膜生物反应器，停留时间为1～3mins，室温条件下操作。固定化反应区和升流式反应区内的附着或悬浮有可降解有机磷农药的超级工程菌(BL21)，试验结果表明各种有机磷农药的去除率达90％以上，去除率高于普通菌的生物反应器。膜材料选用微滤膜，超级工程菌的截留率可达100％。

Claims (3)

1.一种环流式膜生物反应器废水处理设备，由工程菌或酶制剂附着在填料上的固定式反应区、工程菌或酶制剂悬浮在溶液中的升流式反应区和装有膜组件的固液分离区装置构成；其特征是：

一反应器，由隔板将反应器分成固定式反应区和升流式反应区，在隔板的上部和下部分别设有液体导流口，固定式反应区通过两个液体导流口与升流式反应区连通；在升流式反应区的外侧相接一装有膜组件的固液分离区装置，固液分离区装置低于升流式反应区，升流式反应区的底端与固液分离区装置相通，在升流式反应区与固液分离区装置共为一侧壁的上部设有液体导流孔，升流式反应区通过液体导流孔和底端的液体通道与固液分离区装置相连通；

所述的固定式反应区的顶部开有一进水口，底部开有一排泥口，在固定式反应区内装填有填料，且填料是在上下导流口之间；

所述的固液分离区装置的外侧壁的上部开有一出水口，下部开有一进气口，进气口内端设有曝气管，分离区的底部设有一排泥口。

2.根据权利要求1所述的设备，其特征是：所述的曝气管为多孔管，其孔径为2～5mm。

3.一种根据权利要求1～2任一项所述的环流式膜生物反应器废水处理设备的废水处理方法，其特征是：

废水从顶部进水口进入固定式反应区内，向下流动，经由带有工程菌或酶制剂的固定式反应区，废水中的主要目标污染物被附着在填料上的工程菌或酶制剂降解；未被降解的污染物和代谢中间产物经下部导流口进入升流式反应区内，部分混合液被从曝气管进入的气体提升，向上流动，从上部的导流口回流至固定式反应区；

另一部分混合液从升流式反应区底部进入固液分离区装置，固液分离区装置内的膜组件能够有效地将未被降解的污染物、工程菌或酶制剂分离截留；被膜分离截留的未被降解的污染物、工程菌或酶制剂在气体的携带下通过导流孔回流至升流式反应区内，进入环流流动，污染物被进一步处理；

膜出水靠膜组件上方的重力水头驱动连续出水，净化后的水从分离区的出水口排出，剩余污泥从分离区底部的排泥口排出。

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