CN102910728A - 一种以粗孔过滤组件为载体的生物膜反应器及其运行方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种以粗孔过滤组件为载体的生物膜反应器及其运行方法，该反应器包括主体、进水管、生物膜载体和曝气器，主体中设有进水管，主体内分布有生物膜载体，生物膜载体采用粗孔过滤组件，相邻粗孔过滤组件间隔5-10cm，粗孔过滤组件由支架和包覆在支架外面的粗孔过滤材料构成，各个粗孔过滤组件上的出水口均与总出水管连接，在主体的底部位于粗孔过滤组件的下方设有曝气器。上述生物膜反应器在挂膜阶段液面水头差设定2.0-4.0cm，运行阶段水头差设定1.0-2.5cm。本发明使用粗孔过滤组件作为生物膜载体，具有过滤分离功能，污染物和溶解氧在生物膜内的对流传质效率大幅提高，实现污染物的高效降解去除，降低了生物膜反应器的能耗。

Description

一种以粗孔过滤组件为载体的生物膜反应器及其运行方法

技术领域

本发明涉及一种用于污水处理的以粗孔过滤组件为载体的渗透分离型生物膜反应器及其运行方法，属于生物膜反应器技术领域。

背景技术

生物膜反应器是在反应器中投加填料，使微生物附着在填料上生长繁殖，并在其上形成膜状生物污泥-生物膜。进入反应器中的污水与附着在填料上的生物膜接触，污水中的污染物被生物膜中的微生物通过新陈代谢作用降解，污水得到净化，微生物自身得到繁衍增殖。

在生物膜反应器内，污染物的去除效率主要取决于污染物和溶解氧在生物膜内的传质过程。传质效率越高，水中的污染物和溶解氧与生物膜内微生物的接触越充分，生物膜内实际参与污染物降解的有效微生物量越多，生物膜内同一区域的污染物和溶解氧浓度越高。根据生化反应动力学理论可知，污染物和溶解氧的浓度越高，好氧微生物代谢分解污染物的反应速率越快，污染物的去除效率越高。

污染物和溶解氧在生物膜内的传质主要通过对流和扩散两种方式实现。对流作用是指依靠流体的流动将污染物和溶解氧由高浓度区域（生物膜外层）向低浓度区域（生物膜内层）传输，其传质效率与流体在生物膜内的流速正相关。在传统的生物膜反应器中，由于不存在渗透通过生物膜出水的流路，接触生物膜的污水无法以生物膜两侧外加压力差为推动力，其对流传质仅能以生物膜内外液体的密度差为推动力，流速低，传质效率差。扩散作用是指由于污染物和溶解氧在生物膜内外层分布不均匀，其浓度从生物膜外层到内层逐步降低，污染物和溶解氧在浓度差的作用下进行从高浓度区域向低浓度区域的传输，其传质效率正比于污染物和溶解氧的浓度梯度。在传统的生物膜反应器中，由于污染物和溶解氧在生物膜内的浓度梯度较小，扩散传质效率较低。

生物膜反应器的启动时间主要取决于挂膜周期的长短。挂膜是反应器中的活性污泥固着生长于填料上形成生物膜的过程。目前普遍采用的挂膜方式是通过调节接种泥源、曝气和排泥方式等工艺参数来人工加速强化活性污泥在填料上自然附着生长形成生物膜的过程，以达到快速启动的目的。但其微生物的附着生长挂膜速率仍比较低，挂膜时间比较长，一般需要3天左右。

此外，在传统的生物膜反应器中，生物膜载体仅具备使活性污泥在其上附着生长的功能，不具备过滤分离功能。由于生物膜内微生物的新陈代谢活动，老化的生物膜不断脱落，导致水中悬浮固体颗粒浓度升高。因此，传统的生物膜反应器必须额外配备固液分离装置，以分离水中脱落的生物膜，这在一定程度上增加了整体工艺的投资建设费用。

发明内容

针对上述传统生物膜反应器的不足，本发明提供一种传质效率高、挂膜时间短，无需额外固液分离装置的低耗高效的以粗孔过滤组件为载体的生物膜反应器，同时提供一种该生物膜反应器的运行方法。

本发明的以粗孔过滤组件为载体的生物膜反应器，采用以下技术方案：

该生物膜反应器，包括主体、进水管、生物膜载体和曝气器，主体中设有进水管，主体内分布有生物膜载体，生物膜载体采用粗孔过滤组件，相邻粗孔过滤组件间隔5-10cm，粗孔过滤组件由支架和包覆在支架外面的粗孔过滤材料构成，粗孔过滤材料的孔径为10μm-200μm，粗孔过滤组件的上部设有出水口，各个粗孔过滤组件上的出水口均与总出水管连接，在主体的底部位于粗孔过滤组件的下方设有曝气器。

粗孔过滤组件可由单个粗孔过滤管构成，单个粗孔过滤管由圆筒形支架外围包裹粗孔过滤材料构成，各个粗孔过滤管连接在集水管上，各个粗孔过滤管的出水处均与集水管连通，在集水管上设置出水口。

当活性污泥挂膜于生物膜载体上后，污水进入主体内，污水中的污染物和溶解氧在以反应器液面与出水管液面水头差的外加推动力的作用下，以较高的速率从生物膜外层向内层传质，与生物膜内的微生物充分接触，污染物通过生化反应被降解去除，得到净化的污水最终透过附着生物膜的生物膜载体自流出水。

上述生物膜反应器的运行方法，是：

（1）在挂膜阶段，反应器内污泥浓度设定为3-5g/L，溶解氧浓度设定为3.0-5.0mg/L，主体内液面与总出水管液面之间的水头差设定为2.0-4.0cm，以增加生物膜两侧的压力差，缩短挂膜时间，把COD去除率为80%作为生物膜挂膜完成的标志，挂膜完成后，将反应器内的活性污泥混合液排出；

（2）在运行阶段，溶解氧浓度设定为3.0-5.0mg/L，主体内液面与总出水管液面之间的水头差设定为1.0-2.5cm，以延长稳定运行周期。

本发明的生物膜反应器，由于使用粗孔过滤组件作为生物膜载体，污水可以在液面水头差的作用下渗透通过附着生物膜的过滤组件自流出水，污染物和溶解氧在生物膜内的对流传质效率大幅提高。对流传质效率的提高，使得污染物和溶解氧在生物膜内的浓度梯度线延长、浓度梯度增大，扩散传质效率也相应提高，从而使得生物膜内的总传质效率显著提高，实现污染物的高效降解去除。特别的，由于溶解氧传质效率（利用率）的提高，处理等量污染物所需的曝气量可相应减少，从而降低了生物膜反应器的能耗。

在挂膜阶段，由于粗孔过滤组件的可透过性，混合液中的活性污泥可在水头差的作用下随水流快速迁移沉积在生物膜载体表面，极大的缩短了挂膜时间。此外，由于本发明所使用的生物膜载体自身即具有过滤分离功能，反应器无需额外配备固液分离装置，从而减少了整体工艺的投资建设费用。

附图说明

图1是本发明生物膜反应器的结构示意图。

图2是本发明中粗孔过滤组件的第一种结构示意图。

图3是本发明中粗孔过滤组件的第二种结构示意图。

其中：1、主体，2、水泵，3、进水管，4、液位控制器，5、粗孔过滤组件，6、空气压缩机，7、转子流量计，8、曝气器，9、总出水管，10、支架，11、粗孔过滤材料，12、出水口，13、粗孔过滤管，14、集水管。

具体实施方式

如图1所示，本发明的生物膜反应器包括主体1、进水管3、生物膜载体5和曝气器8。主体1内设有进水管3，污水通过水泵2由进水管3进入主体1内，并通过液位控制器4控制主体1内的水位，并反馈给水泵2，控制进水。主体1内分布有若干组生物膜载体，生物膜载体采用粗孔过滤组件5，相邻粗孔过滤组件间隔5-10cm。粗孔过滤组件5的上部设有出水口12（参见图2和图3），主体1内各个粗孔过滤组件5上的出水口12均与总出水管9连接。在主体1的底部粗孔过滤组件5的下方设有曝气器8，通过空气压缩机6供气，并由转子流量计7控制供气量。

粗孔过滤组件5的结构可以如图2所示，为板式结构，由一个矩形支架10和包覆在支架10外面的粗孔过滤材料11构成，粗孔过滤材料（如无纺布、工业滤布、尼龙织品等）的孔径为10-200μm，

粗孔过滤组件5的结构也可以如图3所示，由单个粗孔过滤管13连接在集水管14上构成，各个粗孔过滤管13的出水处均与集水管14连通，这样的一组生物膜载体的出水口12设置在集水管14上。单个粗孔过滤管13的支架呈圆筒形，圆筒形支架的外围包裹粗孔过滤材料。

当活性污泥挂膜于粗孔过滤组件5后，粗孔过滤组件5上形成生物膜，污水通过进水管3进入主体1内，污水中的污染物和溶解氧在以主体内液面与总出水管之间的液面水头差为外加推动力的作用下，以较高的速率从生物膜外层向内层传质，与生物膜内的微生物充分接触，污染物通过生化反应被降解去除，得到净化的污水最终透过附着生物膜的粗孔过滤组件5由总出水管9自流出水。在挂膜阶段，由于粗孔过滤材料11的可透过性，混合液中的活性污泥可在水头差的作用下随水流快速迁移沉积在生物膜载体表面，极大的缩短了挂膜时间。由于粗孔过滤材料11自身即具有过滤分离功能，无需额外配备固液分离装置。

实施例1

将生活污水（COD为270-450mg/L，氨氮为45-60mg/L）进入本发明的生物膜反应器的主体1中，生物膜载体5中的粗孔过滤材料11采用无纺布，相邻生物膜载体5间隔为10cm。挂膜阶段主体内液面与总出水管液面之间的水头差为2.0cm，混合液内活性污泥浓度为3000mg/L，溶解氧浓度为3.5mg/L。挂膜时间为5.2小时。运行阶段液面的水头差为1.0cm，溶解氧浓度为3.5mg/L。出水COD浓度为25.3-32.7mg/L，氨氮浓度为18.2-24.8mg/L。

实施例2

将生活污水（COD为270-450mg/L，氨氮为45-60mg/L）进入本发明的生物膜反应器中，生物膜载体5中的粗孔过滤材料11采用尼龙织品，相邻生物膜载体5间隔为9cm。挂膜阶段主体内液面与总出水管液面之间的水头差为2.5cm，混合液内活性污泥浓度为4000mg/L，溶解氧浓度为3.0mg/L，挂膜时间为4.8小时。运行阶段液面水头差为2.0cm，溶解氧浓度为3.0mg/L。出水COD浓度为23.2-31.7mg/L，氨氮浓度为16.3-23.8mg/L。

实施例3

将生活污水（COD为270-450mg/L，氨氮为45-60mg/L）进入本发明的生物膜反应器中，生物膜载体5中的粗孔过滤材料11采用无纺布，相邻生物膜载体5间隔为7cm。挂膜阶段主体内液面与总出水管液面之间的水头差为3.0cm，混合液内活性污泥浓度为4500mg/L，溶解氧浓度为5.0mg/L，挂膜时间为4.3小时。运行阶段液面水头差为1.5cm，溶解氧浓度为5.0mg/L。出水COD浓度为21.5-28.9mg/L，氨氮浓度为15.3-22.7mg/L。

实施例4

将生活污水（COD为270-450mg/L，氨氮为45-60mg/L）进入本发明的生物膜反应器中，生物膜载体5中的粗孔过滤材料11采用工业滤布，相邻生物膜载体5间隔为5cm。挂膜阶段主体内液面与总出水管液面之间的水头差为4.0cm，混合液活性污泥浓度为5000mg/L，溶解氧浓度为4.0mg/L，挂膜时间为4.0小时。运行阶段液面水头差为1.0cm，溶解氧浓度为4.0mg/L。出水COD浓度为19.7-27.9mg/L，氨氮浓度为14.6-21.8mg/L。

Claims (3)

1.一种以粗孔过滤组件为载体的生物膜反应器，包括主体、进水管、生物膜载体和曝气器，主体中设有进水管，主体内分布有生物膜载体，其特征是：生物膜载体采用粗孔过滤组件，相邻粗孔过滤组件间隔5-10cm，粗孔过滤组件由支架和包覆在支架外面的粗孔过滤材料构成，粗孔过滤材料的孔径为10μm-200μm，粗孔过滤组件的上部设有出水口，各个粗孔过滤组件上的出水口均与总出水管连接，在主体的底部位于粗孔过滤组件的下方设有曝气器。

2.根据权利要求1所述的以粗孔过滤组件为载体的生物膜反应器，其特征是：所述粗孔过滤组件由单个粗孔过滤管构成，单个粗孔过滤管由圆筒形支架外围包裹粗孔过滤材料构成，各个粗孔过滤管连接在集水管上，各个粗孔过滤管的出水处均与集水管连通，在集水管上设置出水口。

3.一种权利要求1所述以粗孔过滤组件为载体的生物膜反应器的运行方法，其特征是：

（1）在挂膜阶段，反应器内污泥浓度设定为3-5g/L，溶解氧浓度设定为3.0-5.0mg/L，主体内液面与总出水管液面之间的水头差设定为2.0-4.0cm，以增加生物膜两侧的压力差，缩短挂膜时间，把COD去除率为80%作为生物膜挂膜完成的标志，挂膜完成后，将反应器内的活性污泥混合液排出；

（2）在运行阶段，溶解氧浓度设定为3.0-5.0mg/L，主体内液面与总出水管液面之间的水头差设定为1.0-2.5cm，以延长稳定运行周期。

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