CN102745807A - 采用管式膜的生物流化床及其水处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种采用管式膜的生物流化床及其水处理方法，提供一种能够降低悬浮微生物的浓度，抑制膜污染，提高膜的使用寿命，降低出水悬浮物浓度，避免载体流失，提高出水质量的生物流化床及水处理方法。管式膜组件安装于筒体中部，管壳与管式膜之间形成集水区，管壳下端有与集水区连通的出水口，出水口通过集水管道与出水泵连接，管壳上端有与集水区连通的出气口，管式膜组件的上端与筒体之间为原水区，管式膜组件的下端与筒体之间为气液混合区，筒体的底部安装有与管式膜内腔对应的曝气头，管式膜内腔为升流区，管壳与筒体之间为降流区；筒体内投入有经过微生物培养的活性污泥和带有微生物挂膜的载体颗粒。该流化床的水处理效果好。

Description

采用管式膜的生物流化床及其水处理方法

技术领域

本发明属于水处理技术领域，特别涉及一种采用管式膜的生物流化床及其水处理方法。

背景技术

固定化微生物技术是用化学的或者物理的手段和方法将游离微生物限制或定位在某一特定空间范围内，保留其固有的催化活性，且能够被重复和连续使用的现代生物工程技术。固定化微生物技术可固定经筛选出的能降解特定物质的优势菌群，用于废水处理具有反应启动快、处理效率高、操作稳定、产污泥量少、固液分离简单等优点。固定化微生物技术主要有膜生物反应器（MBR）、生物流化床等。

膜生物反应器就是由膜分离和生物处理结合而成的一种新型、高效的污水处理技术。MBR技术由于膜对微生物的全部截留作用使其出水水质可直接达到回用和最高排放标准，无需二沉池和深度处理，实现了短程污水资源化。在设计的灵活性、运行管理、整体自动化水平以及占地面积等方面显示出巨大优势。但在MBR工程实践中，由于反应器内混合液的粘度高，膜容易污染，需要经常更换和清洗，膜的使用寿命短。受到膜更换频率、膜清洗等限制，反应器的运行成本高，同时，其本身运行的能耗也造成运行费用较高的问题。

生物流化床是将传统活性污泥法与生物膜法有机结合并引入化工流态化技术应用于污水处理的一种新型生化处理装置。生物流化床中广泛采用的是三相流化床。三相生物流化床中采用了小粒径固体作为载体并且使载体流态化，因此与其它的污水处理工艺相比，三相生物流化床具有巨大的比表面积和较高浓度生物量，更能适应高浓度运行，具有高负荷率、高处理率、高反应速度等优势。但是，三相生物流化床中的三相分离器因为沉淀时间短造成固液分离效果不理想，出水中SS（固体悬浮物）含量很高，严重影响出水水质，另外，三相生物流化床还存在载体易流失的问题。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷，而提供一种能够降低悬浮微生物的浓度从而降低混合液的粘度，抑制膜污染，提高膜的使用寿命，降低出水悬浮物浓度，避免载体流失，提高出水质量的采用管式膜的生物流化床及其水处理方法。

为实现本发明的目的所采用的技术方案是：

一种采用管式膜的生物流化床，包括筒体、管式膜组件、出水泵、曝气头，所述管式膜组件安装于所述筒体中部，所述管式膜组件包括管壳和管式膜，所述管壳与管式膜之间形成集水区，所述管壳下端设置有与所述集水区连通的出水口，所述出水口通过集水管道与出水泵连接，所述管壳上端设置有与所述集水区连通的出气口，所述出气口上连接有与外界空气连通的出气管；所述管式膜组件的上端与所述筒体之间为原水区，所述管式膜组件的下端与所述筒体之间为气液混合区，所述管式膜的两端开口分别与所述原水区和气液混合区连通；所述筒体的底部密封安装有与所述管式膜内腔对应的曝气头，所述管式膜内腔为升流区，所述管壳与所述筒体之间为降流区；所述筒体内投入有经过微生物培养的活性污泥和带有微生物挂膜的载体颗粒；所述曝气头与气源连接。

所述载体颗粒为活性炭，活性炭的粒径为2-4mm，堆积密度为0.5-0.8g/cm³，比表面积为590-1500m²/g。

所述带有微生物挂膜的载体颗粒的投入量为筒体有效容积的5-10%。

所述曝气头通过气体调节装置、气体流量计与气源连接，所述气体调节装置调节管式膜下端口与曝气头之间距离。

所述原水区通过进水管道与进水泵连接，所述原水区内设置有液位控制器，所述液位控制器与所述进水泵连接。

所述集水管道上安装有测量膜组件内部负压的真空压力表。

所述气源为空气压缩机。

一种水处理方法，包括下述步骤：

（1）待处理的原水进入筒体内的原水区，并充满筒体内部除管壳与管式膜之间的集水区外的部分，气体通过曝气头进入升流区，并使活性污泥和带有微生物挂膜的载体颗粒实现流化状态，在管式膜内腔中，活性污泥和带有微生物挂膜的载体颗粒在水流带动下上升，到达顶端后在重力及水力作用下进入降流区，实现循环流动；同时，在管式膜内腔中，从内至外因氧传递阻力的增加而形成氧浓度梯度，构成管内好氧和管外兼氧的环境；

（2）原水经过管式膜的截留作用进入集水区形成出水并经过出水泵流出。

随时测量筒体内的溶解氧以保证微生物的生长。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明的流化床在运行中存在升流区和降流区，使气、固、液三相在循环流动中得到充分混合，从而使得微生物多数能够在载体上附着，从而能降低悬浮微生物的浓度，从而使混合液粘度降低，减小了EPS（胞外聚合物）以及溶解性物质的含量，从而有效地抑制了膜的污染，降低了膜更换频率，延长了膜的反冲洗周期和使用寿命，降低了系统运行成本。

2、本发明的流化床中采用管式膜作为分离功能部件，管式膜以无纺布螺旋卷管为支撑体，强度高；同时由于膜涂敷在无纺布上，故可以用比中空纤维纺丝液稀得多的铸膜液刮膜，所以膜较薄，开孔率大，通量大，一般其纯水通量数倍于中空纤维膜；此外管式膜的流道宽，可以大大减轻由于活性污泥的集聚而造成的膜污染。因此，管式膜的运用使得整个系统能在较高压力下能够稳定长期的运行，能够长时间维持较低的出水浊度，保证较高的出水水质。同时，膜更换频率大大降低，节约了成本。另外，降低了出水悬浮物浓度，避免了载体易流失的问题，出水水质有效地提高。

3、本发明的流化床中，曝气在管式膜管内进行，气流集中在管内，节省了曝气量，降低了能耗，达到节能的目的。

4、本发明的流化床中，气泡对载体的摩擦作用能将老化生物膜及时脱落，筒体中微生物保持较高活性，较好地解决了泥龄长、污泥活性较低的问题。

5、本发明的水处理方法中，曝气在管式膜管内进行，使反管式膜从内至外因氧传递阻力的增加而形成氧浓度梯度，进而构成了管内好氧和管外兼氧的环境，管式膜内部是好氧反应而外部存在兼氧反应，这样在整个生化反应池中可以是好氧和兼氧反应并存，使微生物的硝化和反硝化过程同时存在，有利于提高系统的生物脱氮能力，提高了污水处理效果。

附图说明

图1所示为本发明采用管式膜的生物流化床的示意图。

图中：1.进水池，2.筒体，3、管壳，4、管式膜，5、膜组件的下固定支架，6.曝气头，7.气体流量计，8.气源，9.真空压力表，10.出水泵，11.气体调节装置，12.进水泵，13.膜组件的上固定支架，14.液位控制器，15、出气管，16.降流区，17.升流区，18.出水口，19.出气口，20.流量调节阀。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。

图1所示为本发明采用管式膜的生物流化床的示意图,包括筒体2、管式膜组件、出水泵10、曝气头6，所述管式膜组件通过膜组件的上固定支架13和膜组件的下固定支架5安装于所述筒体中部。所述管式膜组件包括管壳3和管式膜4，所述管壳3与管式膜4之间形成集水区，所述管壳下端设置有与所述集水区连通的出水口18，所述出水口18通过集水管道与出水泵10连接，所述管壳上端设置有与所述集水区连通的出气口19，所述出气口上连接有与外界空气连通的出气管15。所述管式膜组件的上端与所述筒体之间为原水区，所述管式膜组件的下端与所述筒体之间为气液混合区，所述管式膜的两端开口分别与所述原水区和气液混合区连通。所述筒体的底部密封安装有与所述管式膜内腔对应的曝气头6，所述管式膜内腔为升流区17，所述管壳与所述筒体之间为降流区16。所述筒体内投入有经过微生物培养的活性污泥和带有微生物挂膜的载体颗粒。所述曝气头与气源8连接。其中，所述载体颗粒可以为活性炭，活性炭的粒径为2-4mm，堆积密度为0.5-0.8g/cm³，比表面积为590-1500m²/g。所述气源8为空气压缩机。所述原水区通过进水管道与进水泵12连接，所述原水区内设置有液位控制器14，所述液位控制器14与所述进水泵12连接。其中，进水泵和出水泵选择蠕动泵，进水泵控制进水量，出水泵控制出水量，从而调节系统的水力停留时间。

所述带有微生物挂膜的载体颗粒的投入量为筒体有效容积的5-10%。

为了得到最佳的曝气量，所述曝气头6通过气体调节装置11、流量调节阀20、气体流量计7与气源8连接，所述气体调节装置调节管式膜下端口与曝气头之间的距离。通过改变流量调节阀的开度来调节曝气量，从而改变通入筒体内的气体量，并可通过气体流量计计量曝气量，应使在保证载体颗粒在筒体内恰好能处于流化态并在升流区和降流区循环流动的前提下，尽量减小曝气量以节约系统的能耗。另外，在调节曝气量的同时，应该随时测定筒体中的溶解氧以保证微生物更好的生长。

所述集水管道上安装有测量膜组件内部负压的真空压力表9，可以实时测定管式膜的跨膜压差，也可由此判断膜的污染情况。

本发明的流化床中所使用的活性污泥需要经过微生物培养，载体颗粒在运行之前先要进行微生物挂膜。活性污泥的微生物培养和载体颗粒进行微生物挂膜的过程可以采用现有技术。载体颗粒可以在筒体内挂膜，也可以挂膜完成后再投入筒体内。在筒体内进行活性污泥培养和载体颗粒挂膜过程如下：

筒体的直径为100mm、高度为2000mm。管式膜组件的管壳为UPVC管，管式膜由PVDF膜材料制成，管式膜的内径为12mm，管长1000mm。

首先加入污泥浓度在4-5g/L左右的活性污泥10L于筒体内，进行为期一周的微生物培养。然后选择粒径为2-4mm，堆积密度为0.5-0.8g/cm³，比表面积为590-1500m²/g的活性炭颗粒，活性炭颗粒经过预处理后投加到筒体中与活性污泥充分混合，对活性炭进行预处理具体方法:取活性炭样品,放入烧杯中,加入浓度为5%的稀盐酸,搅拌均匀,浸泡24h。用二级除盐水冲洗,洗至pH呈中性,并将洗净的活性炭在105℃下干燥。活性炭的投加量占筒体有效容积的5%—10%，调节系统曝气量在60L/min，调节进水量和出水量一致，设置在30-50ml/min，使活性炭在筒体中循环流动并完成挂膜过程，微生物附着生长在活性炭表面。

本发明的水处理方法，包括下述步骤：

（1）待处理的原水从进水池1内通过进水泵12进入筒体内的原水区，并充满筒体内部除管壳3与管式膜4之间的集水区外的部分，气体从气源8依次通过气体流量计7、流量调节阀20、气体调节装置11、曝气头6进入升流区17，并使活性污泥和带有微生物挂膜的载体颗粒实现流化状态，在管式膜4内腔中，活性污泥和带有微生物挂膜的载体颗粒在水流带动下上升，到达顶端后在重力及水力作用下进入降流区16，实现循环流动。同时，在管式膜内腔中，从内至外因氧传递阻力的增加而形成氧浓度梯度，构成管内好氧和管外兼氧的环境。附着有微生物的载体颗粒在连续循环流动的过程中，与污水能够充分混合并达到了很好的处理效果。

（2）原水经过管式膜的截留作用进入集水区形成出水并经过出水泵10流出。

水处理过程中，应该随时测量筒体内的溶解氧以保证微生物的生长。

原水通过进水泵12进入原水区内，原水区的液位通过液位控制器14调节，保持恒定。

本发明的流化床将膜生物反应器与生物流化床相结合，有效地结合了两者的优点，弥补了两者的缺点，能更好的达到处理污水的效果。同时，膜更换频率大大降低，节约了成本，提高了其经济可行性。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种采用管式膜的生物流化床，其特征在于，包括筒体、管式膜组件、出水泵、曝气头，所述管式膜组件安装于所述筒体中部，所述管式膜组件包括管壳和管式膜，所述管壳与管式膜之间形成集水区，所述管壳下端设置有与所述集水区连通的出水口，所述出水口通过集水管道与出水泵连接，所述管壳上端设置有与所述集水区连通的出气口，所述出气口上连接有与外界空气连通的出气管；所述管式膜组件的上端与所述筒体之间为原水区，所述管式膜组件的下端与所述筒体之间为气液混合区，所述管式膜的两端开口分别与所述原水区和气液混合区连通；所述筒体的底部密封安装有与所述管式膜内腔对应的曝气头，所述管式膜内腔为升流区，所述管壳与所述筒体之间为降流区；所述筒体内投入有经过微生物培养的活性污泥和带有微生物挂膜的载体颗粒；所述曝气头与气源连接。

2.根据权利要求1所述的采用管式膜的生物流化床，其特征在于，所述载体颗粒为活性炭，活性炭的粒径为2-4mm，堆积密度为0.5-0.8g/cm³，比表面积为590-1500m²/g。

3.根据权利要求1或2所述的采用管式膜的生物流化床，其特征在于，所述微生物挂膜后的载体颗粒的投入量为筒体有效容积的5-10%。

4.根据权利要求1或2所述的采用管式膜的生物流化床，其特征在于，所述曝气头通过气体调节装置、气体流量计与气源连接，所述气体调节装置调节管式膜下端口与曝气头之间的距离。

5.根据权利要求1或2所述的采用管式膜的生物流化床，其特征在于，所述原水区通过进水管道与进水泵连接，所述原水区内设置有液位控制器，所述液位控制器与所述进水泵连接。

6.根据权利要求1或2所述的采用管式膜的生物流化床，其特征在于，所述集水管道上安装有测量膜组件内部负压的真空压力表。

7.根据权利要求3所述的采用管式膜的生物流化床，其特征在于，所述气源为空气压缩机。

8.一种使用权利要求1所述生物流化床的水处理方法，其特征在于，包括下述步骤：

（1）待处理的原水进入筒体内的原水区，并充满筒体内部除管壳与管式膜之间的集水区外的部分，气体通过曝气头进入升流区，并使活性污泥和带有微生物挂膜的载体颗粒实现流化状态，在管式膜内腔中，活性污泥和带有微生物挂膜的载体颗粒在水流带动下上升，到达顶端后在重力及水力作用下进入降流区，实现循环流动；同时，在管式膜内腔中，从内至外因氧传递阻力的增加而形成氧浓度梯度，构成管内好氧和管外兼氧的环境；

（2）原水经过管式膜的截留作用进入集水区形成出水并经过出水泵流出。

9.根据权利要求8所述的水处理方法，其特征在于，随时测量筒体内的溶解氧以保证微生物的生长。

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