CN101941778A

CN101941778A - 自吸式射流曝气外置式膜生物反应器

Info

Publication number: CN101941778A
Application number: CN 201010273092
Authority: CN
Inventors: 李小利; 赵继红; 马安然; 万东锦; 张迎明
Original assignee: Henan University of Technology
Current assignee: Henan University of Technology
Priority date: 2010-09-06
Filing date: 2010-09-06
Publication date: 2011-01-12

Abstract

本发明提供一种利用生化技术和膜分离技术处理废水的设备，特别涉及一种自吸式射流曝气外置式膜生物反应器废水处理设备。该设备由集成生物反应器、自吸式射流曝气单元和外置式膜分离单元组成。本发明集成深层曝气、生物流化床、射流曝气、膜分离及SBR脱氮除磷工艺等多种水处理技术的优点，不需鼓风曝气设备，氧转移利用效率高，剩余污泥少，可实现低能耗下长时间稳定运行，易于实现废水脱氮的功能。该设备出水水质好，工艺简单，固定投资少，体积和占地面积小，运行管理方便，不易损坏，便于维护，易于实现自动控制，在废水处理及回用领域有较好的应用前景。

Description

自吸式射流曝气外置式膜生物反应器

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，特别涉及一种自吸式射流曝气外置式膜生物反应器废水处理设备。

背景技术

膜生物反应器为传统活性污泥法与膜分离技术的结合。活性污泥中微生物对原水中有机物进行生物降解，达到去除有机物的目的。膜分离单元代替了传统工艺中的二沉池，可以截留原水中的固体悬浮物、胶体物质等，保证优质而稳定的出水水质。膜生物反应器与传统水处理工艺相比有以下优势：占地面积小，仅为传统工艺的1/3-1/2；出水水质好，可回用；浊度明显低于传统工艺，对于大肠菌、噬菌体和有毒的微污染物的去除很明显；生物处理单元中污泥浓度高，泥龄长，对有机物去除率高；对于氮磷污染物有较高的去除效果；与传统工艺相比，膜生物反应器产生的剩余污泥量少，降低了对剩余污泥处置的费用。膜生物反应器工艺简单、体积小、运行管理方便、易于实现自动控制。

按照膜组件和生物反应器的相对位置，膜生物反应器分为淹没式膜生物反应器和外置式膜生物反应器。

外置式膜生物反应器把生物反应器与膜组件分开放置，生物反应器的混合液经增压后进入膜组件，在压力作用下透过膜得到系统出水，活性污泥则被截留，并随浓缩液回流到生物反应器内(图5)。外置式膜生物反应器特点是运行稳定可靠，易于膜的清洗、更换及增设，而且膜通量普遍较大。但是，公知的外置式膜生物反应器多采用鼓风曝气为活性污泥提供新陈代谢所需要的空气，并起搅拌混合作用。为生物反应池配置鼓风曝气系统需要昂贵的投资，与高造价的膜分离设备一起造成了膜生物反应器系统固定投资过高。鼓风曝气过程需消耗大量能量，也不易进行脱氮工艺操作。一般条件下，为减少污染物在膜表面的沉积，延长膜的清洗周期，外置的膜分离单元需要循环泵提供较高的膜面错流流速，水流循环量大、动力费用高，据报道，现有公知的外置式膜生物反应器单位能耗很高，一般在3～5kWh/m³，约是普通活性污泥法的10～15倍。膜生物反应器利用膜分离的浓缩特性提高生物反应池的污泥浓度，从而增加生物反应池的去除能力，但污泥浓度过高易于形成膜污染，在一定条件下，污泥浓度越高，膜通量越低；有研究认为，膜面错流速度并非越高越好，膜面流速的增加使得膜表面污染层变薄，有可能会造成不可逆的污染，并且泵的高速旋转产生的剪切力会使某些微生物菌体产生失活现象。因此，应设法对现有外置式膜生物反应器废水处理技术进行改进，解决目前公知外置式膜生物反应器投资高、运行费用高等问题。

发明内容

本发明目的在于克服公知的外置式膜生物反应器投资高、运行费用高等缺陷，提供一种易于操作、投资运行费用较低的自吸式射流曝气外置式膜生物反应器废水处理设备。

本发明所述设备由集成生物反应器、外置式膜分离单元和自吸式射流曝气单元组成。

所述的集成生物反应器由位于下部的深层曝气生化反应池和上部的脱气池组成。在生化反应池中设置有中心导流内筒，导流内筒为降流管，池壁与内筒间的环形通道为升流管，循环加压泵吸水口布置在脱气池中，循环加压泵出水口喷头向下，布置于内筒上部中心位置，原水进水口布置在循环加压泵出水口喷头下方。所述的外置式膜分离单元由膜组件、循环加压泵、膜组件清洗装置、管道、阀门、仪表及电气控制等组成；所述膜组件采用外置内压式过滤形式，过滤孔径在0.1～0.4μm间(微滤)和0.05～0.1μm间(超滤)；膜组件配置必要的膜组件清洗装置，根据需要该装置可以跟膜生物反应器结合成一整套设备，也可以设计成移动式设备，实现一套清洗装置服务多个膜生物反应器装置。所述自吸式射流曝气单元有两种安装方式，一种是在循环加压泵压水管上接一支管，支管上安装有自吸式射流器，射流器前后设置有阀门，支管接在循环加压泵吸水管上，形成回路；另一种是把自吸式射流器安装在循环泵吸水管上，射流器前后设置阀门，并安装有带阀门的并联支管路。

本发明自吸式射流曝气外置式膜生物反应器处理废水的工艺流程为：

待处理的废水首先由废水进水口进入深层曝气生化反应池中心导流筒上部循环加压泵出水口喷头的下方；循环加压泵产生的经膜组件浓缩的高压循环液经出口喷头射入反应池中心导流筒，使喷头下方形成高速紊流剪切区，把射流器吸入的气体进一步分散成细小的气泡，并夹带喷头下方的进水形成富含氧气和活性污泥的混合液沿着中心导流筒向下流动，同时进行高效好氧生化反应，到达反应器底部后，又经环形升流管向上返流到达环形升流管顶部，此时混合液中大部分氧气被生化反应消耗，其中一部分混合液再经剪切向下射流，如此循环往复运行，于是，污水被反复充氧，气泡和微生物菌胶团被不断剪切细化，并形成致密细小的絮凝体，在往复循环过程中进行高效生化反应，废水中的有机污染物质得到降解去除；以上为生化反应循环过程。

另一部分混合液进入脱气池，脱去混合液中的大气泡，以利于进入膜分离循环系统进行射流曝气；同时，混合液中的污泥会有部分沉到脱气池底，经脱气池带坡度的池底污泥回流槽滑落到生化反应池中心导流筒，继续参与生化循环过程，此过程可降低进入膜分离单元的循环液污泥浓度，有利于减轻膜污染；脱气和泥水分离后的混合液再经循环加压泵增压、射流器曝气后进入膜组件进行过滤分离，过滤后的浓缩液经循环液出口喷头射入生化池中心导流筒继续生化循环过程，膜分离系统透过液即为系统出水；以上为膜分离循环过程。

以上两个过程连续运行，循环往复，即可实现连续进出水并使废水中有机物被好氧氧化而得以净化。

如果废水含氮量高有脱氮要求时，只需调节阀门控制射流曝气器工作与否，设备其他部分仍按上述好氧生化工艺流程运行，即可连续进出水，间歇曝气，实现好氧——缺氧交替运行，从而达到消化和反硝化脱氮的目的。

本发明的有益效果在于：

1.在外置式膜分离单元循环管路上设置自吸式射流曝气器代替现有的鼓风曝气，省去鼓风曝气系统建设固定投资，使膜生物反应器投资降低。

2.利用循环加压泵富余能量和射流曝气器进行曝气，省去鼓风曝气过程消耗的大量能量，生化反应池集成了生物流化床和深层曝气两种水处理工艺的优点，反应器内污泥呈悬浮流化状态，使混合液泥水气三相混合更均匀，氧的传递效率更高，提高生化反应效率，所以反应器总能耗较低，降低了吨水处理运行成本。

3.大部分生化循环混合液从升流管进入脱气池脱去大气泡，同时进行简单沉淀，以降低进入膜分离单元的混合液污泥浓度，再经循环加压泵增压、射流器曝气后变成气液混合物进入膜组件进行过滤；高压气液两相流易于达到湍流状态，可使膜分离在较低的膜表面错流速度下长时间运行而不易膜污染，延长膜清洗周期和使用寿命，降低能耗，降低膜清洗、维护和更换费用。

4.对于含氮量高的有机污染废水，只需通过控制射流器阀门及其并联支路上的阀门，即可实现连续进出水，间歇曝气，完成好氧——缺氧交替运行，从而达到硝化和反硝化脱氮的功能。

附图说明

图1为自吸式射流曝气外置式膜生物反应器工艺流程图

图2为自吸式射流曝气单元(b)示意图

图3为外置式膜组件单元(c)示意图

图4为集成生物反应器(a)示意图

图5为现有外置式膜生物反应器示意图

图中a-集成生物反应器，b-自吸式射流曝气单元，c-外置式膜分离单元，1-深层曝气生化反应池，2-脱气池，3-自吸式射流器，4-空气流量计，5-循环加压泵，6-压力表，7-外置内压式膜组件，8-清水出水口，9-膜组件清洗装置，10-清水池，11-原水进水口，12-阀门，13-并联支管路，14--循环加压泵出水口喷头，15-循环加压泵吸水口。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明所述工艺过程作进一步的说明。

如图1所示，原水进水口(11)位于深层曝气生化反应池(1)中心导流筒上部的循环加压泵出水口喷头(14)下方，循环加压泵吸水口(14)位于脱气池(2)中；循环加压泵通过吸水口和安装在吸水管路上的自吸式射流曝气器(3)吸入已脱气和简单沉淀后混合液及空气，经射流器和循环加压泵充分混合和增压，形成高压气液两相流，然后进入膜组件(7)进行过滤分离，过滤后的浓缩液经循环加压泵出水口喷头射入生化池中心导流筒，使喷头下方形成高速紊流剪切区，把射流器吸入的气体进一步分散成细小的气泡，并夹带喷头下方的原水进水(本实例为预处理后的市政污水和模拟生活污水)，形成富含氧气和活性污泥的混合污水沿导流筒向下流动，同时进行高效好氧生化反应；污水混合液到达反应器底部后，又经环形升流管向上返流到达升流管顶部，此时混合液中大部分氧气被生化反应消耗，其中一部分混合液再经剪切向下射流，如此循环往复运行，于是，污水混合液被反复充氧，气泡和微生物菌胶团被不断剪切细化，并形成致密细小的絮凝体，在往复循环过程中进行高效生化反应，废水中的有机污染物质得到降解去除；另一部分混合液进入脱气池，脱去混合液中的大气泡，以利于进入膜分离循环系统进行射流曝气，同时，混合液中的污泥会有部分沉到池底，经脱气池带坡度的池底污泥回流槽滑落到生化反应池中心导流筒，继续参与生化循环过程；脱气和简单沉淀后的混合液再经循环加压泵增压、射流器曝气后进入膜组件进行过滤分离，过滤后浓缩液经循环加压泵的出口喷头进入生化池中心导流筒继续下一次生化循环过程，膜过滤透过液即为系统出水，出水进入清水池(10)。以上过程连续运行，循环往复，即可实现连续进出水并使废水中有机污染物被降解而得以净化。膜组件清洗装置(9)根据需要，对膜组件进行清洗。

以下举例加以说明，但本发明权利要求范围并非仅限于此。

实施例1、利用本发明装置处理一市政污水厂废水，进出水指标为：

项目	进水水质	出水水质	处理程度(％)
				BOD₅(mg/L)	100～180	≤10	≥90～94.4
COD(mg/L)	250～450	≤15	≥80～89.00
				PH	6～9	6～9	/
PO₄-P(mg/L)	3～6	≤0.5	≥83.3～87.5
				总氮(mg/L)	24～45	≤15	≥40～66.7
氨氮(mg/L)	20～35	≤5	≥75～85.7

处理效果高于GB18918-2002一级A标准，且出水稳定。

实施例2、利用本发明装置处理模拟生活污水，反应装置进水指标为：

处理效果好于GB18918-2002一级A标准，且出水稳定。

项目	进水水质	出水水质	处理程度(％)
				COD(mg/L)	500～600	≤40	≥90～92.00
PH	6～9	6～9	/
				PO₄-P(mg/L)	5～8	≤0.5	≥90～93
总氮(mg/L)	30～45	≤14	≥40～66.7
				氨氮(mg/L)	20～25	≤5	≥75～80

Claims

1.一种自吸式射流曝气外置式膜生物反应器废水处理设备，其特征是该设备由集成生物反应器(a)、自吸式射流曝气单元(b)和外置式膜分离单元(c)组成。所述的集成生物反应器(a)由两部分组成：一是位于下部的深层曝气生化反应池(1)，二是位于上部的脱气池(2)；在深层曝气生化反应池中设置中心导流内筒，导流内筒为降流管，生化反应池外筒与内筒间的环形通道为升流管。所述的自吸式射流曝气单元(b)由自吸式射流曝气器(3)、阀门(12)、及流量计(4)等组成。所述的外置式膜分离单元(c)由外置内压式膜组件(7)、循环加压泵(5)、膜组件清洗装置(9)、管道、阀门(12)、仪表(6)及电气控制等组成。

2.根据权利要求1所述的一种供气式射流曝气外置式膜生物反应器，其特征在于：所述自吸式射流曝气单元(b)有两种安装方式，一种是在循环加压泵压水管上接一支管，支管上安装有自吸式射流器(3)，射流器前后设置有阀门，支管接在循环加压泵吸水管上，形成回路；另一种是把自吸式射流器(3)安装在循环泵吸水管上，射流器前后设置阀门，并安装有带阀门的并联支管路(13)。

3.根据权利要求1所述的一种自吸式射流曝气外置式膜生物反应器，其特征在于：所述集成生物反应器(a)下部深层曝气生化反应池外筒底端被封闭并按水流流线修园，中心导流内筒两端敞口，在生化反应池顶部连接脱气池(2)，脱气池池底设有污泥回流槽，回流槽以一定坡度坡向生化反应池中心导流筒；循环加压泵吸水口(15)布置在脱气池中，出水口喷头(14)向下，布置于中心导流筒上部正中央，原水进水口(11)布置在循环加压泵出水口喷头(14)下方。

4.根据权利要求1所述的一种供气式射流曝气外置式膜生物反应器，其特征在于：所述膜生物反应器的运行方式可以为连续进出水、连续曝气进行好氧生化反应；也可在有反硝化脱氮要求时，通过开关射流器及其并联支路(13)上的阀门实现连续进出水，间歇曝气，完成好氧——缺氧交替运行，达到硝化和反硝化脱氮的目的。