CN103102038B

CN103102038B - 一种浸没式双膜生物反应器及含盐污水处理方法

Info

Publication number: CN103102038B
Application number: CN201110353744.8A
Authority: CN
Inventors: 李凌波
Original assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Sinopec Fushun Research Institute of Petroleum and Petrochemicals
Current assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Sinopec Fushun Research Institute of Petroleum and Petrochemicals
Priority date: 2011-11-10
Filing date: 2011-11-10
Publication date: 2014-10-15
Anticipated expiration: 2031-11-10
Also published as: CN103102038A

Abstract

本发明公开了一种浸没式双膜生物反应器及含盐污水处理方法，主要由生物反应池、微滤或超滤膜组件、正渗透膜组件、正渗透汲取液单元和汲取液反渗透浓缩系统构成。本发明适用于各类市政和工业废水的深度净化和回用处理，处理出水水质与反渗透出水相近。

Description

一种浸没式双膜生物反应器及含盐污水处理方法

技术领域

本发明属于废水处理技术领域，具体地说涉及一种浸没式双膜生物反应器及含盐污水处理方法。

背景技术

膜生物反应器(MBR)主要由微滤(MF)膜、超滤(UF)膜或纳滤(NF)膜组件和生物反应池以一体或分体方式构成，一体式MBR也称为浸没式MBR，应用较广。废水进入浸没式MBR后，其中的有机物被微生物降解(主要为好氧方式)，通过水泵抽吸膜组件形成跨膜压差，使处理出水渗滤排出。MBR已广泛用于各类城市和工业废水处理，其污泥浓度大大高于传统的活性污泥法，处理效率较高，剩余污泥量较少，占地面积较小，出水水质较好且稳定，悬浮物含量尤其低，特别适合工业废水的适度回用(如用于冷却循环水)，或用于深度回用处理(如反渗透)的进水。

我国的许多炼油厂处于缺水地区，面临日益严重的水资源短缺危机，而炼油厂的新鲜水单耗及加工吨原油的废水排放量与发达国家尚有差距，节水、减排和废水回用成为企业可持续发展的必由之路，MBR为炼油废水的适度或深度处理与回用提供了高效手段。

尽管MBR相对于传统生物处理的优点显而易见，但仍有一些不足制约其应用，如能耗较传统生物处理高，跨膜压差驱动排水使得膜易发生堵塞，MBR出水残余溶解性微生物产物(如多糖、胡敏酸类等)和钙镁等可能引起后续深度处理的反渗透(RO)膜堵塞。

针对MBR的不足，Cornelissen E R等(Journal of Membrane Science,2008, 319: 158–168)和Achilli A等(Desalination 2009,239: 10–21)提出了正渗透膜生物反应器(OMBR)，用正渗透(FO)膜组件替代传统MBR的MF膜、UF膜或NF膜组件，水在渗透压作用下，由生物反应池扩散至FO膜内部的汲取液(一般为较高浓度的盐溶液)，排水动力由浓度差渗透压替代水泵抽吸。汲取液通过RO或蒸发浓缩后循环使用，RO或蒸发出水为深度净化水。OMBR排水为化学驱动，能耗降低，FO膜堵塞可大幅度减缓，FO膜出水基本不含溶解性微生物产物，后续用于浓缩和排水的RO膜基本不易堵塞。

然而，OMBR难以长周期连续运转，FO膜将截留废水中的盐，使得生物反应池中的盐不断地累积，浓度越来越高，FO膜两边的盐浓度差逐步缩小，渗透动力和排水通量逐渐降低，生物反应池中累积的高浓度盐也会抑制微生物活动，降低有机物的处理效率。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种浸没式双膜生物反应器，主要用于各类市政和工业废水的深度净化和回用处理。本发明还提供了一种含盐污水的处理方法。

本发明浸没式双膜生物反应器，包括生物反应池，在生物反应池内同时设置膜过滤模块（即MBR模块）和正渗透膜模块（即OMBR模块），生物反应池底部设置曝气系统。

本发明中，生物反应池为正方形、长方形或圆形等适宜形状。

本发明中，MBR模块的过滤膜组件至少设置一个膜单元，OMBR模块的正渗透膜组件至少设置一个膜单元，每个膜单元由1～3片膜构成，膜单元间距80～100 mm，膜架与生物反应池壁间距不低于300 mm。曝气系统安装于膜组件的底部，分别提供大气泡和微泡，大气泡用于污泥混合和防止膜堵塞，微泡主要用于微生物供氧。

本发明中，OMBR模块由正渗透膜组件、正渗透汲取液单元和汲取液反渗透浓缩系统构成。OMBR模块的正渗透膜组件为浸没式，操作在连续好氧生化处理模式。OMBR模块的膜组件为平板式、中空纤维式、管式或螺旋式正渗透膜，材料为三醋酸纤维(CTA)或薄层聚酰胺。OMBR运行参数如下：渗滤通量5～20 L/(m²h)，汲取液为0.5～1.5 mol/L的氯化钠溶液，浓汲取液通过泵输送流过生物反应池的正渗透膜组件，通过正渗透作用汲取生物反应池中的净化水，并被稀释，稀汲取液返回汲取液贮罐，通过常规反渗透系统浓缩，浓液返回汲取液贮罐，渗滤水即为净化出水。

本发明中，MBR模块由微滤或超滤膜组件构成，膜为平板式、中空纤维式、管式或螺旋式，膜孔径0.04～0.40 μm，材料为PVDF、PES、PE或PP。运行参数如下：渗滤通量10～30 L/(m²h)，膜压差0.01～0.35 bar。膜运行过程中需定期进行物理和化学清洗，平板膜组件的物理清洗方法为松弛(曝气条件下停止渗滤出水)，频率为每10～15 min松弛1 min，中空纤维膜的物理清洗方法为反洗(渗滤出水反冲洗)，每15～30 min反洗15～30 s。膜的化学清洗采用500～5000 mg/L的次氯酸钠溶液浸泡12～24 h，清洗频率为每隔3个月～1年清洗1次。

本发明含盐污水处理方法采用本发明上述浸没式双膜生物反应器，浸没式双膜生物反应器的运行方式为OMBR模块和MBR模块间歇交替运行。OMBR和MBR的运行周期和切换时间由生物反应池内的盐浓度控制。当生物反应池内的盐浓度累积到抑制水处理微生物活性时，停止OMBR模块，启动MBR模块处理并排盐，当生物反应池内的盐浓度与进水接近时，停止MBR模块，启动OMBR模块。OMBR运行时，可维护或清洗MBR膜组件。MBR运行时，可维护或清洗OMBR膜组件。OMBR运行时产出达到反渗透出水水质的深度净化水，可回用于工业脱盐水，MBR运行时产出适度净化水，可达标排放或用于反渗透等深度处理进水。含盐污水可以是各种来源的含盐污水，如原油电脱盐废水等。

本发明中，生物反应器的操作条件根据进水的水质及出水指标进行具体确定，一般如下：水力停留时间(HRT)3～24 h，污泥停留时间(SRT)15～60 d，混合液悬浮固体浓度(MLSS) 7500～15000 mg/L，有机负荷(OLR) 0.8～4.5 kg COD/( m³d)，混合液回流比100％～300％。

本发明双膜生物反应器结合了OMBR和MBR的优点，活性污泥浓度较高，剩余污泥较少，省去传统的澄清和砂滤单元处理，占地面积较少，可同时产出深度净化水和适度净化水，实现了废水的高效深度处理和回用。OMBR膜过滤为化学浓差驱动，降低了常规压差驱动引起的膜堵塞，通过汲取液在OMBR内正渗透膜和OMBR外反渗透循环取水，消除了常规生化处理出水中微生物产物(如多糖和胡敏酸类物质等)和钙镁引起的反渗透膜堵塞。OMBR膜不易堵塞，双膜交替运行使膜清洗与维护更方便，同时能有效控制盐在生物反应池中的累积。本发明适用于各类城市及工业废水的达标排放和回用处理。

附图说明

图1是本发明双膜生物反应器构成示意图。

其中：1-生物反应器池体，2-微滤膜或超滤膜，3-正渗透膜，4-汲取液罐，5-浓盐水循环管路，6-反渗透装置，7-MBR出水，8-曝气系统，9-OMBR净化出水管路。

具体实施方式

下面通过实施例进一步说明本发明的方案和效果。

实施例1

采用本发明设计了双膜生物反应器小试装置，OMBR模块和MBR模块浸入20 L生物反应器中，二者均为错流式。OMBR膜为0.1 m×0.5 m三醋酸纤维正渗透膜 (Hydration Technologies公司提供)，汲取液为1.0 mol/L的氯化钠溶液，循环流速为3.0 L/min，膜渗透流速为3～7 L/m²/h。MBR膜为0.1 m×0.5 m平板超滤膜(Kubota公司提供，PES材质，孔径0.4 μm)，膜过滤流速为7～25 L/m²/h。膜组件进水侧底部空气流速为0.1 m/s。生物反应器污泥浓度为5000～8000 mg/L，水力停留时间为6 h，污泥停留时间为15 d。处理某炼油厂含油污水隔油和浮选出水，在优化的工艺条件下，进水及处理出水的主要指标见表1。

表1 实施例1处理方法进水及出水主要指标

项目	进水，mg/L	OMBR模块出水，mg/L	MBR模块出水，mg/L
				COD	800～1200	≤10	≤35
NH₃-N	10～25	≤0.5	≤2
				石油类	5～15	≤0.1	≤1
浊度	－	≤0.3 NTU	≤1 NTU

从表1可以看出，本发明方法MBR模块出水可以达到严格排放标准，OMBR模块出水可以达到回用水标准。

Claims

1.一种浸没式双膜生物反应器，包括生物反应池，其特征在于：在生物反应池内同时设置膜过滤模块和正渗透膜模块，生物反应池底部设置曝气系统，膜过滤模块即MBR模块，正渗透膜模块即OMBR模块。

2.根据权利要求1所述的反应器，其特征在于：生物反应池为正方形、长方形或圆形。

3.根据权利要求1所述的反应器，其特征在于：MBR模块的过滤膜组件至少设置一个膜单元，OMBR模块的正渗透膜组件至少设置一个膜单元，每个膜单元由1～3片膜构成，膜单元间距80～100 mm。

4.根据权利要求1所述的反应器，其特征在于：OMBR模块由正渗透膜组件、正渗透汲取液单元和汲取液反渗透浓缩系统构成。

5.根据权利要求1或4所述的反应器，其特征在于：OMBR模块的正渗透膜组件为浸没式，操作采用连续好氧生化处理模式。

6.根据权利要求1或4所述的反应器，其特征在于：OMBR模块的膜组件为平板式、中空纤维式、管式或螺旋式正渗透膜，材料为三醋酸纤维或薄层聚酰胺。

7.根据权利要求1或4所述的反应器，其特征在于OMBR运行参数如下：渗滤通量5～20 L/m²h，汲取液为0.5～1.5 mol/L的氯化钠溶液，浓汲取液通过泵输送流过生物反应池的正渗透膜组件，通过正渗透作用汲取生物反应池中的净化水，并被稀释，稀汲取液返回汲取液贮罐，通过常规反渗透系统浓缩，浓液返回汲取液贮罐，渗滤水即为净化出水。

8.根据权利要求1所述的反应器，其特征在于：MBR模块由微滤或超滤膜组件构成，膜为平板式、中空纤维式、管式或螺旋式，膜孔径0.04～0.40 μm，材料为PVDF、PES、PE或PP。

9.根据权利要求1或8所述的反应器，其特征在于MBR模块运行参数如下：渗滤通量10～30 L/m²h，膜压差0.01～0.35 bar。

10.一种含盐污水处理方法，其特征在于：采用权利要求1至9任一权利要求所述浸没式双膜生物反应器，浸没式双膜生物反应器的运行方式为OMBR模块和MBR模块间歇交替运行。