CN101880080B - 气升式多级环流蠕虫床膜生物反应器 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供气升式多级环流蠕虫床膜生物反应器。包括水箱、泵、流量计、阀门、曝气装置、真空压力表和管路，其特征是：还包括反应器外筒、导流筒、膜组件和蠕虫床，进水箱和反应器外筒通过管路相连、且进水箱和反应器外筒之间安装进水泵，导流筒通过导流筒支脚安装在反应器外筒里，膜组件安装在导流筒里、并与储水箱上端相连，膜组件与储水箱上端之间安装真空压力表和出水泵，储水箱下端与真空压力表相连，反冲洗泵安装在储水箱下端与真空压力表之间，第一曝气装置和第二曝气装置分别安装在导流筒和蠕虫床里。本发明不仅具有污泥减量功能，且对微生物的生长、反应器内水气混合提供了良好的条件，使反应器的污水处理效果达到最佳。

Description

气升式多级环流蠕虫床膜生物反应器

技术领域

本发明涉及的是一种用于污水和污泥的处理装置。

背景技术

膜生物反应器的发展不过短短几十年，但发展迅速，这主要是由于膜生物反应器(MBR)将生物处理单元和膜处理技术结合起来，出水水质好，甚至达到中水回用的标准。但是膜生物反应器内高的污泥浓度、低的污泥活性等成为膜污染的主要因素，而且大规模生产时的污泥处理是我国环保事业的一个严峻挑战。

污泥是污水处理过程中的必然产物，带来日益严重的环境污染问题。在城市生活污水的处理中，进水BOD的48％和58％会转化为污泥，真正意义上氧化分解的BOD只占42％和34％。因此，对大部分污水处理而言，进水污染物将以污水污泥的形式向自然界转化。若反应器及污水处理厂的污泥不能得到有效合理的处置，将会直接影响污水厂的运行，也会造成二次污染，其结果的严重性不言而喻。

我国目前的剩余污泥的主要处理方法是污泥浓缩-厌氧消化-机械脱水；最终处置方式主要有：土地利用(包括农田、园林利用，以及堆肥等)、填埋和焚烧(或热处理)等。但是这些都不能从根本上解决剩余污泥的问题，所以在20世纪90年代，部分发达国家提出了剩余污泥的减量化、资源化、无害化的处理和处置顺序，并开始进行污泥减量理论技术的研究。目前的污泥减量技术主要分为以下四类：(1)维持代谢和内源呼吸污泥减量理论，在活性污泥微生物的作用下，可降解有机物的1/3被微生物氧化分解，并形成无机物和释放出能量，2/3被微生物用于合成新细胞和自身增殖。增加维持代谢和内源代谢，可减少细胞合成和增殖，有利于减少污泥产量。(2)解偶联代谢理论，在有机质子供体、重金属、异常温度、交替好氧-厌氧循环存在的特殊的情况下，污染有机底物被氧化的同时ATP不能大量合成或者合成以后迅速由其他途径释放，使得细菌的分解代谢和合成代谢不再由ATP的合成与分解反应偶联在一起，从而使得微生物分解有机底物，但生物量并不增加，已达到污泥减量的效果。(3)溶胞-隐性生长理论，溶胞-隐性生长由两步组成：溶胞和隐性生长。通常采用物理、化学方法或它们相结合的方法使细胞溶解，然后微生物利用衰亡细菌所形成的二次基质生长，从而导致污泥产量的减少，溶胞-隐性生长是在污泥减量技术中广泛应用的手段。(4)生物捕食理论，利用污水处理中的原、后生动物捕食细菌，从而降低污泥的产量。同其它三类污泥减量技术相比，生物捕食法具有经济和环境友好等显著的优点，是具有发展前途的新技术。

公开号为1778727的《折流式寡毛类蠕虫污泥减量反应器》公开一种利用生物技术处理污泥的设备，但该设备中寡毛类蠕虫只能附着在反应器的内壁上，附着量小，种群不稳定，工作能力低，抵抗水流冲击的能力低，反应器内的蠕虫容易随混和液流失。

不仅高污泥浓度对MBR处理效果有影响，MBR的内部结构、水流条件对MBR的处理效果和膜污染也有很大的影响。在余世锋的《气升环流反应器生化处理化纤废水的研究及应用》一文表明环流反应器是一类高效气-液，气-液-固或气-液-液多相反应器。而且环流反应器的结构简单，传质性能好，能耗较低，易于工程放大，在化学工业、石油工业、环境工程、生化工程以及其它工业过程中有着广泛的应用，但是单级环流反应器气泡在下降段分布不均匀，环隙上部气含率较大，下部较小，而且流体的环流速度不易于控制，环隙局部气含率以及整体气含率都比较低。

发明内容

本发明的目的在于提供不仅具有污泥减量功能，且对微生物的生长、反应器内水气混合提供了良好的条件，使污水处理效果达到最佳的气升式多级环流蠕虫床膜生物反应器。

本发明的目的是这样实现的：

本发明气升式多级环流蠕虫床膜生物反应器，包括水箱、泵、流量计、阀门、曝气装置、真空压力表和管路，其特征是：还包括反应器外筒、导流筒、膜组件和蠕虫床，进水箱和反应器外筒通过管路相连、且进水箱和反应器外筒之间安装进水泵，导流筒通过导流筒支脚安装在反应器外筒里，膜组件安装在导流筒里、并与储水箱上端相连，膜组件与储水箱上端之间安装真空压力表和出水泵，储水箱下端与真空压力表相连，反冲洗泵安装在储水箱下端与真空压力表之间，第一曝气装置和第二曝气装置分别安装在导流筒和蠕虫床里。

本发明气升式多级环流蠕虫床膜生物反应器还可以包括：

1、所述的反应器外筒里安装高低液位计，高低液位计与进水泵相连，高低液位计与进水泵之间安装自动控制箱。

2、所述的进水泵与反应器外筒之间安装第一流量计和第一阀门，出水泵和储水箱上端之间安装第二流量计和第二阀门，出水泵和真空压力泵之间安装第三阀门。

3、所述的蠕虫床包括导流板、污泥回流管或放空管和上部开口的椭球形容器，导流板有两层、且安装在容器的上方，污泥回流管或放空管安装在容器的下方。

4、所述的导流板为具有多孔结构的圆形有机玻璃面板，两层导流板之间填充填料膜。

本发明的优势在于：本发明不仅仅具有污泥减量功能，而且反应器内形成的多级环流条件，对微生物的生长、反应器内水气混合提供了良好的条件。这样不仅会使污泥减量达到最佳效果，还会让反应器的污水处理效果达到最佳，而且气升式多级环流蠕虫床膜生物反应器具有自动控制装置，使其在实际工程运用中发挥最大的优势。

附图说明

图1为本发明的总体图形；

图2为本发明导流筒的详图；

图3为本发明蠕虫床的构造详图；

图4为本发明蠕虫床的导流板详图。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：

实施方式1：

结合图1～4，本发明气升式多级环流蠕虫床膜生物反应器，包括水箱、泵、流量计、阀门、曝气装置、真空压力表13管路、反应器外筒5、导流筒6、膜组件7和蠕虫床9，进水箱1和反应器外筒5通过管路相连、且进水箱1和反应器外筒5之间安装进水泵2、流量计3和阀门4，导流筒6通过导流筒支脚8安装在反应器外筒5里，膜组件7安装在导流筒6里、并与储水箱17上端相连，膜组件7与储水箱17上端之间安装真空压力表13、出水泵14、流量计15和阀门16，储水箱17下端与真空压力表13相连，反冲洗泵19安装在储水箱17下端与真空压力表13之间，曝气装置10和曝气装置21分别安装在导流筒6和蠕虫床9里，曝气装置10和曝气装置21通过放空管24和连接螺丝23相连，空气泵11安装在连接螺丝23与放空管24之间。

原水由出水泵2从进水箱1中吸入到反应器中，从进水管中进入到反应器外筒5和导流筒6之间的缓冲区内，在反应器内与微生物等发生复杂的生化过程，并且在反应器外筒5与导流筒6内不断的进行多级环流水力循环。经过一定的HRT后，由出水泵14抽吸到储水箱17中，随着运行时间的增加，由于微生物的附着、微生物代谢物的附着以及污水中难溶性颗粒物的附着作用将会导致膜堵塞，造成膜通量下降，也就是所谓的“膜污染”。膜污染的具体表现就是出水量下降、膜和泵间的压力增大，但是由于出水量的下降由多种情况引起，而且无法量化，所以工程中衡量膜污染的程度一般用真空压力表的示数。在本发明中当真空压力表13的示数为0.025MPa时，启动反冲洗泵19进行反冲洗。

在反冲洗过程中，停止出水泵14，关闭阀门12，打开阀门18，启动反冲洗泵19，储水箱17中的清水由反冲洗泵19抽吸至反应器内，清洗膜组件7。当真空压力表13的示数降至反冲洗前的5％时，即膜通量恢复至反冲洗前的95％时，停止反冲洗流程。

反应器外筒5里安装高低液位计22，高低液位计22与进水泵2相连，高低液位计22与进水泵2之间安装自动控制箱20。高低液位计22包括有高液位浮子和低液位浮子，当反应器中外筒5中液面与低液位点平行时，自动控制箱20启动出水泵2，出水箱1中的原水进入反应器中，当进水至反应器中的液面与高低液位计22高液位点平行时，停止进水泵2。在反应器的稳定运行期，通过自动控制箱20控制出水泵14工作7min，停止工作3min，这样不仅仅能保证出水泵14的稳定运行与寿命，还能维护膜组件7。

蠕虫床9由椭球形容器25、两块导流板27、微曝气装置21、蠕虫附着区26、连接导流板27的法兰28以及污泥回流管或称放空管29组成。蠕虫床9放置在反应器外筒5下方，污水进入膜生物反应器外筒5，污水中大部分有机物经MBR内微生物自身分解代谢作用得到降解。处理后的污水在真空抽水系统的作用下经过中空纤维膜组件7过滤出水。运行一定的时间段将曝气装置10的曝气量调小，静沉一段时间，高浓度的污水污泥混合液将顺着蠕虫床9的导流板27进入蠕虫附着区26，在蠕虫作用下，污泥浓度下降，剩余污泥通过污泥回流管或称放空管29外接管道回流至MBR反应器。导流板为具有多孔结构的圆形有机玻璃面板，两层导流板之间填充填料膜。在使用蠕虫床8之前，利用蠕虫的特殊生活习性将其定向固着于填料之上，使蠕虫高密度地稳定生长，从而定向延长污泥生态系统食物链，通过蠕虫对污泥细菌的捕食作用和细菌对蠕虫的反捕食作用，激发污泥活性，改善污泥沉降性能，从而实现污泥减量。由于蠕虫是微好氧微型动物，所以在椭球形容器25底部布有微曝气装置21，穿过导流板27与填料膜，进行微曝气，以供蠕虫呼吸。

实施方式2：

在实施方式1的基础上，反应器外筒5高110cm，直径15cm，反应器的进水口设在反应器外筒5离上弦口10cm处，高低液位计22的高液位点位于离反应器外筒5上弦口15cm处，高低液位计22的低液位点与导流筒6上弦平行，导流筒支脚8高位10cm，导流筒6高80cm，直径为11.4cm，导流筒6直径/反应器外筒5直径＝0.761，导流筒6共分4级；为保证在环流器底部，流体自导流孔向外流出，应保证第一排孔有足够高度以使导流筒内的压强大于导流筒外的压强。导流筒内最低环流液速为0.3m/s，正常环流液速为0.45m/s，环隙最大气含率0.12，最小气含率0.04，考虑到导流筒底部有一定高度的射流区，按计算值的120％，所以第一开孔处距导流筒6的底端为33cm；在此高度下，开有两排直径为1cm的小孔。为了增大反应器环隙的气含率，应增大导流筒6侧壁上的开孔率，但由于导流筒6侧壁开孔会造成液体流速的降低，为保证导流筒6下部有较高的流速，防止结焦，下部不宜过多开孔。随着开孔位置的增加而减小，因此为保证各级的液体循环量基本相同，应在导流筒6上部适当增加开孔。所根据上面所述第二开口处距导流筒6底端为50cm，在此高度下，开有三排直径为1cm的小孔，第三开口处距导流筒6底端为65cm，在此高度下，开有三排直径为1cm的小孔。在此开孔率及反应器的设计情况下四个多级环流段的含气率都控制在0.04～0.12，四个环流段的环液流速都控制在0.3m/s～0.45m/s。蠕虫床9总高度为11cm左右，其中椭球形容器25高5cm，上开口处直径为15cm，蠕虫附着区26高为5cm，直径为15cm，在实际的实施中，在蠕虫附着区26的壁面上开有一个小孔，以供向蠕虫附着区26中添加或卸除填料。导流板27的直径为15cm，在导流板27上环导流板360°开有直径为1.0cm的小孔。

Claims (7)

1.气升式多级环流蠕虫床膜生物反应器，包括水箱、泵、流量计、阀门、曝气装置、真空压力表和管路，其特征是：还包括反应器外筒、导流筒、膜组件和蠕虫床，进水箱和反应器外筒通过管路相连、且进水箱和反应器外筒之间安装进水泵，导流筒通过导流筒支脚安装在反应器外筒里，膜组件安装在导流筒里、并与储水箱上端相连，膜组件与储水箱上端之间安装真空压力表和出水泵，储水箱下端与真空压力表相连，反冲洗泵安装在储水箱下端与真空压力表之间，第一曝气装置和第二曝气装置分别安装在导流筒和蠕虫床里。

2.根据权利要求1所述的气升式多级环流蠕虫床膜生物反应器，其特征是：所述的反应器外筒里安装高低液位计，高低液位计与进水泵相连，高低液位计与进水泵之间安装自动控制箱。

3.根据权利要求1或2所述的气升式多级环流蠕虫床膜生物反应器，其特征是：所述的进水泵与反应器外筒之间安装第一流量计和第一阀门，出水泵和储水箱上端之间安装第二流量计和第二阀门，出水泵和真空压力泵之间安装第三阀门。

4.根据权利要求1或2所述的气升式多级环流蠕虫床膜生物反应器，其特征是：所述的蠕虫床包括导流板、污泥回流管或放空管和上部开口的椭球形容器，导流板有两层、且安装在容器的上方，污泥回流管或放空管安装在容器的下方。

5.根据权利要求3所述的气升式多级环流蠕虫床膜生物反应器，其特征是：所述的蠕虫床包括导流板、污泥回流管或放空管和上部开口的椭球形容器，导流板有两层、且安装在容器的上方，污泥回流管或放空管安装在容器的下方。

6.根据权利要求4所述的气升式多级环流蠕虫床膜生物反应器，其特征是：所述的导流板为具有多孔结构的圆形有机玻璃面板，两层导流板之间填充填料膜。

7.根据权利要求5所述的气升式多级环流蠕虫床膜生物反应器，其特征是：所述的导流板为具有多孔结构的圆形有机玻璃面板，两层导流板之间填充填料膜。

Images