CN102001795B

CN102001795B - 膜生物反应器在难降解工业废水中的处理工艺

Info

Publication number: CN102001795B
Application number: CN 201010575798
Authority: CN
Inventors: 柴天; 张明真; 傅海燕; 洪昱斌; 严滨; 赵坤; 许鹏成; 侯明
Original assignee: Xiamen University of Technology
Current assignee: Xiamen University of Technology
Priority date: 2010-12-01
Filing date: 2010-12-01
Publication date: 2012-12-26
Anticipated expiration: 2030-12-01
Also published as: CN102001795A

Abstract

本发明公开了一种膜生物反应器在难降解工业废水中的处理工艺，包括两个阶段：一、连续进出水及曝气阶段：向膜生物反应器内连续进水并连续抽水，同时进行曝气，运行一段时间后进入下一阶段；二、缺氧阶段：关闭进出水与曝气，使活性污泥处于缺氧状态，运行一段时间后重复第一阶段。该处理工艺可以提高处理印染厂废水、工厂精整废水等高浓度难降解废水的处理效率，提高总氮去除率，使出水水质达到循环冷却水标准，实现污水资源化。

Description

膜生物反应器在难降解工业废水中的处理工艺

技术领域

本发明涉及一种工业废水的处理方法，尤指一种膜生物反应器在难降解工业废水中的处理工艺。

背景技术

膜生物反应器(MBR)是膜分离技术与生物反应器相结合的一种新技术。膜分离技术就是利用某种特殊的半透膜对液体中的不同成分进行选择性分离、浓缩或提纯的技术方法，是物化处理方法的一种。生物反应器是利用活性污泥中的微生物对废水中的有机污染物进行降解以达到处理污水的技术方法。因此，膜生物反应器是生化处理法和物化处理方法的一种典型结合。20世纪60年代美国学者最先将活性污泥工艺与膜分离技术结合并应用于废水中有机污染物的去除，随后膜生物反应器以其能够有效地延长污泥固体停留时间，增加污泥浓度的特点引起了水处理领域学者的广泛关注。

生物反应器与膜组件有各自特殊的功能：①在生物反应器中可降解有机污染物被微生物分解；②膜组件过滤废水时把微生物截留在废水中，膜对悬浮颗粒构成一道物理屏障，使得活性污泥可被生物反应器循环利用而且出水无悬浮颗粒、细菌和病毒。

膜组件分两种配置类型：内置式和外置式。外置式的过滤是在压力作用下，膜组件对混合液进行过滤；而内置式膜组件则浸没在曝气池中，通过抽吸作用对废水进行过滤。外置式膜生物反应器的膜通量一般在50-120L/(h·m²)，跨膜压差在1-4bar之间。内置式膜生物反应器的渗透通量在10-50L/(h·m²)，跨膜压力大约是0.5bar。由于不需要循环泵，曝气生成一个切向流动的液体膜，运行条件较为简单，跨膜阻力值和切向速度较低，内置式膜生物反应器能耗相对较低。

膜生物反应器比传统活性污泥处理系统的优势在于：①传统二沉池被膜组件取代。膜组件结构紧凑，而且稳定的出水水质与变化的污泥沉降速度无关。②膜生物反应器可承载的微生物量比传统的处理系统高。Jefferson等人利用20g/L的生物量处理废水；Yamamoto等人利用30g/L处理。而传统工艺利用的生物量浓度少于5g/L以避免生物絮体的集中沉降。除了可以避免生物絮体集中沉降，MBR生物降解更彻底，处理效率更高。不过，Lubbecke等人指出，增加生物浓度会导致氧传质速率的减小，而这有取决于所处理废水与反应器的类型。膜生物反应器其它方面的优势在于：

1、由于高浓度的生物量可以停留在反应器中，曝气池容量也可以相应减小。

2、污泥的处置有一定难度，而污泥产量减少2-3倍，从而降低了运行成本的。

3、膜生物反应器在工业废水处理中广泛应用，因为废水可以直接在现场处理，使水再利用，减少用水量，从而降低制造成本。

与传统活性污泥法不同，膜生物反应器利用膜分离，把所有生物完全截留在生物反应器内，从而控制和延长了污泥停留时间，使污泥停留时间不受水力停留时间影响，高的污泥停留时间增加了污泥浓缩和有机负荷，因此提高了污染物的降解率。

传统膜生物反应器(板式膜)的结构示意图如图1所示，其在水槽1之内设置有膜组件2，该膜组件2包括板框21及设置在板框21上的若干过滤膜板22，过滤膜板22上设有两片膜片，两片膜片之间形成透析液通道。在水槽1的下方设有与水槽相通的进水管3，上方设有与过滤膜板22内部透析液通道相通的透析出水管4。在水槽1的底部还设置有曝气管5，该曝气管5上设有若干曝气孔，且该曝气管5与一气泵(图中未示出)相连。所述水槽1的下方还设置有一排泥管6。

所述膜生物反应器的运行过程为：在水槽1内放入活性污泥，然后向水槽1内连续进水并连续抽水，同时打开气泵进行曝气。在运行过程中，活性污泥中的微生物可对废水内的有机污染物进行降解，降解后的废水再透过过滤膜板22上的膜片进行过滤分离，所得透析液从出水管4排出。曝气的作用是使活性污泥更均匀的充满于水槽内，而不是沉淀于水槽底部，使微生物充分与污水接触，得到更好的处理效果。

传统膜生物反应器在脱氮除磷中，没有很好的应用效果，尤其在印染废水等高浓度难降解废水处理中，对总氮的去除更是难以达到排放标准。

而且，传统膜生物反应器的运行方式若为连续式运行，膜片污染较为严重，膜通量下降很快，要经常更换过滤膜板。为此，传统膜生物反应器运行方式大都为间歇抽吸式或间歇曝气式等，在间歇过程中，可以在一定程度上减轻膜污染，但是膜通量的下降还是较为明显且无恢复。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种膜生物反应器在难降解工业废水中的处理工艺，该处理工艺可以提高处理印染厂废水、工厂精整废水等高浓度难降解废水的处理效率，提高总氮去除率，使出水水质达到循环冷却水标准，实现污水资源化。

本发明所要解决的另一技术问题在于提供一种膜生物反应器在难降解工业废水中的处理工艺，该处理工艺可以缓解膜污染，使膜通量在一定程度下得到恢复，以延长膜组件的使用寿命。

为解决上述技术问题，本发明的技术解决方案是：

一种膜生物反应器在难降解工业废水中的处理工艺，包括下述两个阶段：

一、连续进出水及曝气阶段：

向膜生物反应器内连续进水并连续抽水，同时进行曝气，运行一段时间后进入下一阶段；

二、缺氧阶段：

关闭进出水与曝气，使活性污泥处于缺氧状态，运行一段时间后重复第一阶段。

一种膜生物反应器在难降解工业废水中的处理工艺，包括下述三个阶段：

一、连续进出水及曝气阶段：

二、缺氧阶段：

三、空曝阶段：

打开曝气，令气流冲刷膜生物反应器内膜组件的膜片，运行一段时间后重复第一阶段。

所述的空曝阶段由膜生物反应器原有的曝气管进行空曝曝气。

所述的空曝阶段，是在所述膜生物反应器内增加布气管，该布气管上开有若干布气孔，该布气孔位于膜片的下方或者侧边。

所述三个阶段的最佳运行时长为：连续进出水及曝气阶段120-180分钟，缺氧阶段60-120分钟，空曝阶段10-30分钟。

采用上述方案后，本发明所述处理工艺与传统MBR处理工艺相比，具有以下优点：

1.本发明所述工艺加入了缺氧过程，使得活性污泥中的微生物有适当的条件与时间进行硝化与反硝化，可以提高总氮去除率，传统无缺氧过程工艺TN去除率仅为63.1％，而本工艺TN去除率可达到80.2％，因此采用本该处理工艺可以提高处理印染厂废水、工厂精整废水等高浓度难降解废水的处理效率，使出水水质达到循环冷却水标准，实现污水资源化。

2.本工艺采用间歇式进出水，使得膜通量能在较长一段时间内保持稳定；并且可以增加空曝过程，对膜通量的恢复有明显作用，整个过程膜通量下降率为10.9％，平均通量为9.58L/(h·m²)；

3.MBR设备中在膜片下方可以加入一根布气管，作用是加入空曝过程，使得膜片在细小气泡的冲刷下，污染得到缓解，通量得到恢复。

4.以印染废水为例，由于MBR在废水脱色方面效果不佳，经MBR处理后的出水可再经过微电解，色度基本可以完全去除，且经过组合处理之后，COD去除率可达96％以上，TN去除率可达90％以上。

附图说明

图1是传统膜生物反应器(板式膜)的结构示意图；

图2是本发明第一实施例处理工艺流程图；

图3是本发明第二实施例处理工艺流程图；

图4是本发明所采用膜生物反应器的结构示意图；

图5是本发明采用第二实施例所述方法取样测得各时间点的COD去除率；

图6是本发明采用第二实施例所述方法取样测得各时间点的TN去除率；

图7是传统膜生物反应器运行方式取样测得各时间点的TN去除率；

图8是本发明采用第二实施例所述方法取样测得各时间点的膜通量变化；

图9是传统膜生物反应器运行方式取样测得各时间点的膜通量变化。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详述。

本发明所揭示的是一种膜生物反应器在难降解工业废水中的处理工艺，如图2所示，为本发明第一较佳实施例的流程。所述的处理工艺采用传统的膜生物反应器，传统膜生物反应器的结构可参见如图1所示并参见背景技术，其处理工艺包括下述两个阶段：

一、连续进出水及曝气阶段：

向膜生物反应器内连续进水并连续抽水，同时令曝气管进行曝气。此阶段对废水进行生化处理，同时进行物理分离，所得透析液从出水管4排出。该阶段运行一段时间后进入下一阶段。

二、缺氧阶段：

关闭进出水与曝气气泵，使水槽1内的活性污泥处于缺氧状态，这样可以在一定程度上增加水力停留时间，增强微生物的硝化与反硝化作用最终可以提高设备的脱氮效率。此阶段运行一段时间后重复第一阶段。

如图3所示，为本发明第二较佳实施例的流程图。本实施例所述的处理方法采用膜生物反应器是改进型的结构，如图4所示，所述的膜生物反应器与传统MBR相比，增加有布气管7，该布气管7上开有若干细小的布气孔，该布气孔的位置可以设置在过滤膜板22的下方，也可以设置在过滤模板22的侧边。另外该布气管7与一气泵相连，所述的气泵可以与连接曝气管5的气泵为同一个气泵，也可以为单独的气泵，如果布气管7与曝气管5共用一个气泵，那么两管路之间需要设置三通管并设置阀门以便切换。所述膜生物反应器的其它结构与标号均与图1所示传统膜生物反应器相同。

本实施例所述处理方法包括下述三个阶段：

一、连续进出水及曝气阶段：

向膜生物反应器内连续进水并连续抽水，同时打开曝气气泵进行曝气。此阶段对废水进行生化处理，同时进行物理分离，所得透析液从出水管4排出。该阶段运行一段时间后进入下一阶段。

二、缺氧阶段：

关闭进出水与曝气气泵，使水槽1内的活性污泥处于缺氧状态，这样可以在一定程度上增加水力停留时间，增强微生物的硝化与反硝化作用最终可以提高设备的脱氮效率。此阶段运行一段时间后继续下一阶段。

三、空曝阶段：

打开布气气泵，使布气管7的布气孔形成细小气流。加入此空曝阶段后，所述过滤膜板22的膜片可以在布气孔形成的细小气泡的冲刷下，使部分污染物脱离膜片，令膜污染得到缓解，膜通量得到一定程度的恢复。同时，由于所述膜生物反应器恢复供气，将恢复微生物的好氧状态，为下一阶段做好准备。所述空曝阶段运行一段时间后重复第一阶段。

此空曝阶段也可以由所述的曝气管5完成，即打开曝气气泵，令曝气管5的曝气孔形成的气流冲刷膜片，以达到缓解污染的效果。然而，由于曝气管的主要作用是为了搅起活性污泥，因此其上开设的曝气孔孔径较大，使用曝气管进行空曝冲刷膜片，效果不如单独设置布气管好，因为设置独立的布气管，可以设置较小的布气孔，以增加冲刷力量，增加膜通量的恢复率。

上述三个阶段的运行时间可以根据实际需要任意设置，以下实例中将给出最佳时间设置。

本发明实施例均是以板式膜膜组件的膜生物反应器为例，而本发明所述工艺也可以应用于中空纤维膜膜组件的膜生物反应器中。

以下以印染厂废水为例，采用上述第二实施例所述设备和方法的具体运行方案如下：

表1间歇式运行实验方案

取样后，测定pH、DO、T、COD、TN以及出水流量，并计算膜通量(膜面积0.8m2)，初始时各项污泥指标见表2。

表2初始污泥及其上清液活性指标

注：DO——溶解氧；SV——污泥沉降比；MLSS——混合液悬浮固体浓度；

SVI——污泥体积指数；TN——总氮；HRT——水力停留时间

设备运行后，对相同间隔时间点进行取样测得COD去除率如图5所示。由图5中可以看出，在运行初始阶段，COD去除率保持在93％左右，随着实验的进行，微生物逐渐适应新的环境，最后去除率在95％左右，而整个过程的平均去除率也达94.4％，说明设备运行情况稳定，且保持了较高的COD去除率，由于进水COD较高(3530mg/L)，所以出水COD数值相对较高，需经过进一步处理才能达到排放要求。

对相同间隔时间点进行取样，可得TN去除率，如图6及图7所示，分别为采用本发明第二实施例所述方法和设备以及传统设备和运行方法的TN去除率。

图7中传统连续式运行方案为连续进出水，无缺氧阶段与空曝阶段，与本发明运行方案相比，平均去除率只有63.1％，而本发明运行中，初始阶段TN去除率保持在84％左右，到后期去除率基本稳定在78％，整个过程的平均去除率为80.2％，具有较好的TN去除效果。

如图8、9所示，分别为采用本发明第二实施例所述方案与传统方案测得的膜通量变化。

由图8与图9对比可知，本发明运行方案膜通量的变化为有恢复性的下降，在一个周期结束后，即空曝结束后，膜通量有所恢复，且整个过程膜通量变化量相对较小，变化量为1.12L/(h·m²)，下降率约为10.9％，平均膜通量为9.58L/(h·m²)；传统连续式运行过程中，通量下降较为明显，且无恢复，变化量为7.80L/(h·m²)，下降率为76.5％，平均膜通量为5.12L/(h·m²)，可知，本发明运行方案对膜通量的恢复以及膜污染的减轻有非常明显的作用。

Claims

1.一种膜生物反应器在难降解工业废水中的处理工艺，其特征在于包括下述三个阶段：

一、连续进出水及曝气阶段：

二、缺氧阶段：

关闭进出水与曝气，使活性污泥处于缺氧状态，运行一段时间后进入下一阶段；

三、空曝阶段：

打开曝气，令气流冲刷膜生物反应器内膜组件的膜片，运行一段时间后重复第一阶段；该空曝阶段是在所述膜生物反应器内增加布气管，该布气管上开有若干布气孔，该布气孔位于膜片的下方或者侧边；

所述三个阶段的运行时长为：连续进出水及曝气阶段120-180分钟，缺氧阶段60-120分钟，空曝阶段10-30分钟。