CN103466881A - 双级浸没式膜生物反应器 - Google Patents

Abstract

本发明针对现有技术中膜生物反应器的膜组件易污染的问题，提供一种新型的双级浸没式膜生物反应器，包括生物反应池、膜分离池和初级过滤器；污水进入生物反应池的上池，由微生物分解处理后，经过初级过滤器的过滤，进入生物反应器的下池，再进入膜分离池由膜分离器件分离。本发明提供的双级浸没式膜生物反应器在膜分离之前增加初级过滤系统，将较大粒径的污泥絮凝体和颗粒物阻截在生物反应池内，显著降低了膜组件的污染，不仅可以延长膜组件的使用寿命，提高使用过程中的膜通量和产水量，而且可以减少清洗膜组件的曝气和反冲洗所需的能量和净水。

Description

双级浸没式膜生物反应器

技术领域

本发明属于环境保护的污水处理技术和膜分离技术领域，特别涉及一种浸没式膜生物反应器，以及使用该膜生物反应器净化处理污水的方法。

背景技术

膜生物反应器(Membrane Bio-Reactor，MBR)是将膜分离技术与生物处理技术有机结合的新型废水处理系统，以膜组件作为泥水分离单元取代传统生物处理技术中的二次沉淀池，具有占地面积小、出水水质好、运行管理简单等优点。膜生物反应器利用膜分离设备将活性污泥与大分子有机物截留在生物反应器内，实现反应器水力停留时间(HRT)和污泥龄(SRT)的完全分离，在生物反应器中保持高活性污泥浓度，提高生物处理有机负荷，从而减少污水处理设施占地面积，并通过保持低污泥负荷减少剩余污泥量。

活性污泥混合液对膜组件的污染复杂而又严重，废水中的固体颗粒、有机大分子、溶解性物质和微生物菌群及其代谢物形成絮凝体沉积并吸附在膜表面，形成黏附性很强的凝胶层，并不断累积而形成堵塞。膜污染不仅增大过滤阻力、降低了膜通量，从而降低了产水量；进一步地，为了控制膜污染而需要增加的气体和水力冲洗装置，造成设备能耗很大，操作和维护费用高，成为制约膜生物反应器技术商业化应用发展的主要障碍。

研究表明，传统活性污泥处理工艺与膜生物反应器中污泥的絮凝体的尺寸分布不同，传统活性污泥处理工艺中污泥絮凝体的平均颗粒尺寸约160微米，而膜生物反应器中污泥絮凝体的平均颗粒尺寸约为240微米。进一步地，膜生物反应器中污泥絮凝体的粒径分布，在5～20微米和240微米附件存在双峰现象。膜生物反应器中污泥絮凝体的尺寸分布于10～40微米范围内，平均粒径约为25微米。

因此，对现有的膜生物反应器工艺，如果在膜分离之前增加初级过滤系统，将较大粒径的污泥絮凝体和颗粒物阻截下来，使其不能进入膜分离组件，就可以大大减少对膜组件的污染，从而增大产水量、延长膜组件的寿命，降低操作和维护成本。

中国专利“双重过滤的膜过滤器”(201210052668.1)、“水草式双重过滤的膜过滤器”(201210052670.9)提出双重过滤的膜过滤器，多根毛细管膜被一根网布过滤套包裹保护，以解决毛细管膜根部脆弱的问题。这两项专利的主要区别只在于一端是否封闭，在说明书中都指出：网布过滤套的归圆直径大于50mm时其内部膜丝间污染物难以通过反洗清除；当网布过滤套和/或毛细管膜表面污堵时可以通过反洗或化学清洗恢复过滤效率。由此可见，虽然该网布过滤套也起到初级过滤的作用，能过滤纤维物质以避免与毛细管膜接触缠绕；但如将该膜过滤器用于浸没式膜生物反应器，不仅不能将生物污泥被截留在生物反应池内，反而会在进入网布过滤套内后，由于网布过滤套的阻力而无法被反洗清除，从而增大了对膜表面的污染。

中国专利“膜生物反应器”(200410054983.3)提出一种包含预过滤层、扰流装置和生物膜单元的膜生物反应器，其预过滤层的孔径约50～200微米，生物膜单元的孔径约0.01～0.4微米。该专利利用预过滤层初步过滤掉污水中大部分的悬浮微粒，以减少悬浮物附着于生物膜单元的薄膜上，以降低该薄膜的污堵。但是，其中的生物膜单元同时作为微生物附着生长的载体，使富含微生物及其代谢物的污泥附着在膜组件表面，累积后仍将沉积堵塞在膜表面。

发明内容

本发明要解决的问题是克服现有技术中浸没式膜生物反应器的膜组件易污染，从而导致膜反应器产水量降低、清洗过程复杂、膜组件寿命短的问题，提供一种新型的双级浸没式膜生物反应器的技术方案，通过初级过滤器将生物反应池和膜分离池分隔，以降低生物污泥对膜组件的污染。

为解决以上技术问题，本发明采取的技术方案是：

一种双级浸没式膜生物反应器，包括生物反应池、膜分离池和初级过滤器，所述膜分离池内设有膜分离器件，其特征在于：

(1)在生物反应池内设有初级过滤网，将生物反应池分隔为上池和下池；

(2)在所述生物反应池的上池内加有能分解污染物的微生物，下池内加有吸附填料；

(3)污水进入生物反应池的上池，由微生物分解处理后，经过初级过滤器的过滤，进入生物反应器的下池，在水位压差或泵吸作用下再进入膜分离池由膜分离器件分离。

经过初级过滤器的过滤，将生物污泥被截留在生物反应池内，并不进入膜分离池，因而避免或降低了生物污泥对膜组件的污染。

优选地，所述双级浸没式膜生物反应器，其特征在于，所述膜分离器件的过滤精度在0.01～1微米之间，所述初级过滤器的过滤精度在3～100微米之间。进一步地，1)当膜分离器件的过滤精度在0.01～0.1微米之间时，初级过滤器的过滤精度在3～20微米之间；2)当膜分离器件的过滤精度在0.1～1微米之间时，初级过滤器的过滤精度在10～50微米之间。

初级过滤器的作用是过滤和截留生物污泥，初级过滤器可以是微孔过滤器，滤材由金属滤网、尼龙滤网、陶瓷滤芯、微滤膜或无纺布制成，因此初级过滤器比膜组件更容易清洗。

所述生物反应池下池内加有吸附填料，外形为颗粒状、粉末状或块状，填料优选当量直径1～5毫米的多孔材料。

优选地，所述双级浸没式膜生物反应器还设有初级过滤器的清洗装置，其特征在于，所述清洗装置是气体吹扫装置，或水力冲洗装置，或机械擦洗装置，或振动清洗装置。清洗装置可以降低生物污泥对初级过滤器的污染。即使初级过滤器因长期污染堵塞而导致压差增大、出水量降低，不能再通过在线清洗装置再生时，只要将初级过滤器拆下通过离线清洗或者予以更换，就能迅速恢复膜生物反应器的污水处理性能。

进一步地，在所述生物反应池内、初级过滤网的下方设有气体吹扫装置，气体吹扫装置既用于初级过滤器的吹扫清洗，也用于生物反应池的曝气。所述气体吹扫装置的喷头与初级过滤网的距离为0～0.5cm。

本发明提供的双级浸没式膜生物反应器的技术方案，通过初级过滤器将生物反应池和膜分离池分隔，将生物污泥被截留在生物反应池内，显著降低了生物污泥对膜组件的污染，不仅可以延长膜组件的使用寿命，提高使用过程中的膜通量和产水量，而且可以减少清洗膜组件的曝气和反冲洗所需的能量和净水。

参照所附附图，和下述的实施方式的说明，可以理解本发明的目的、特征及效果。

附图说明

图1所示为一种现有技术的膜生物反应器的原理图。

图2所示为双级浸没式膜生物反应器的原理图。

具体实施方式

实施例一：

一种现有技术的膜生物反应器的原理图如附图1所示。

膜生物反应器101内设有膜分离器件102和富含好氧微生物的活性污泥。待处理的污水从进水口103进入膜生物反应器101进行生物处理后，在产液泵104的负压作用下从出水口105排出。膜生物反应器101内还设有曝气盘107，空气在鼓风机106的作用下由曝气盘107泵入膜生物反应器，以提高好氧微生物分解污水中污染物的反应速度。

工程实践中的的膜生物反应器，还设有膜分离器件的反向曝气或反向冲洗系统，以降低活性污泥对膜表面的污染。

实施例二：

附图2是一种按照本发明提供的技术方案实施的双级浸没式膜生物反应器的原理图。

一种双级浸没式膜生物反应器，包括生物反应池201、膜分离池202和初级过滤网204。初级过滤网204设置在生物反应池201内，将生物反应池201分隔为上池和下池。上池内加有能分解污染物的微生物，能分解污染物；下池内加有吸附填料，能吸附微小颗粒物；膜分离池202内设有膜分离器件203。生物反应池201与膜分离池202相邻设置，在相邻隔板的下方设有连通孔210。

初级过滤网的作用是过滤和截留生物污泥，初级过滤网可以是微孔过滤器，滤材由金属滤网、尼龙滤网、陶瓷滤芯、微滤膜或无纺布制成，因此初级过滤网比膜组件更容易清洗。在所述生物反应池下池内加有多孔吸附填料，外形为颗粒状、粉末状或块状，当量直径1～5毫米。

污水从进水口205流入生物反应池201的上池，在上池内由微生物分解处理后，经过初级过滤网204的过滤，在重力作用下进入生物反应器的下池。产液泵206产生负压将膜分离池202内的水从膜分离器件203的内芯抽出，使生物反应池201与膜分离池202的液位存在高度差。生物反应池201内的污水在水位压差的作用下，从连通孔210进入膜分离池202，经由膜分离器件203分离后，在泵压作用下从出水口207排出。

双级浸没式膜生物反应器还设有初级过滤器的清洗装置，可以降低生物污泥对初级过滤器的污染。所述清洗装置是气体吹扫装置，或水力冲洗装置，或机械擦洗装置，或振动清洗装置。具体地，在所述生物反应池内、初级过滤网的下方设有气体吹扫装置208，气体吹扫装置既用于初级过滤器的吹扫清洗，也用于生物反应池的曝气。空气在鼓风机209的作用下，一路由曝气盘泵入膜分离池，另一路由气体吹扫装置208喷向初级过滤网203进行吹扫，然后穿过初级过滤网204进入至微生物反应区，为好氧微生物提供氧气，以提高好氧微生物分解污水中污染物的反应速度。所述气体吹扫装置的喷头与初级过滤网的距离为0～0.5cm。

所述膜分离器件的过滤精度在0.01～1微米之间，优选值为孔径0.2～0.5微米的微滤膜、或孔径为0.04～0.1微米的超滤膜。

所述初级过滤器的作用是过滤和截留生物污泥，滤材由金属滤网、尼龙滤网、陶瓷滤芯、微滤膜或无纺布制成，过滤精度通常在3～100微米之间。试验研究表明：1)当初级过滤器的过滤精度小于3微米时，对于膜组件产水量的影响不大，这也表明膜表面污染程度较低，但此时初级过滤器的污染和堵塞较为严重，压差升高较快；2)当初级过滤器的过滤精度大于20微米时，虽然大颗粒污泥絮凝体被阻截，但一些粒径较小的胶体、大分子仍然能通过，这也正是膜组件的主要污染物，因此膜表面仍会逐渐发生污染，但跨膜压差增大的速度也较未安装初级过滤器时减缓。

进一步地，综合考虑初级过滤器的过滤精度与膜分离器件的过滤精度进行研究和优化，结果非常复杂。总体而言，当膜分离器件孔径减小时，初级过滤器的过滤精度也要适当提高，即初级过滤器的孔径也要适当减小，但这也带来初级过滤器的堵塞严重、压差增大。经过大量试验的筛选，对于过滤精度在0.1～1微米之间的膜分离器件，配套的初级过滤器的过滤精度为10～50微米的效果较好；而对于过滤精度在0.01～0.1微米之间的膜分离器件，配套的初级过滤器的过滤精度为3～20微米的效果较好。

Claims (5)

1.一种双级浸没式膜生物反应器，包括生物反应池、膜分离池和初级过滤器，所述膜分离池内设有膜分离器件，其特征在于：

(1)在生物反应池内设有初级过滤网，将生物反应池分隔为上池和下池；

(2)在所述生物反应池的上池内加有能分解污染物的微生物，下池内加有吸附填料；

(3)污水进入生物反应池的上池，由微生物分解处理后，经过初级过滤器的过滤，进入生物反应器的下池，在压差或泵吸作用下再进入膜分离池由膜分离器件分离。

2.根据权利要求1所述的双级浸没式膜生物反应器，设有所述初级过滤器的清洗装置，其特征在于，所述清洗装置是气体吹扫装置，或水力冲洗装置，或机械擦洗装置，或振动清洗装置。

3.根据权利要求2所述的双级浸没式膜生物反应器，在初级过滤网的下方设有气体吹扫装置，其特征在于，所述气体吹扫装置的喷头与初级过滤网的距离为0～0.5cm。

4.根据权利要求1所述的一体式双级膜生物反应器，其特征在于，1)当膜分离器件的过滤精度在0.01～0.1微米之间时，初级过滤器的过滤精度在3～20微米之间；2)当膜分离器件的过滤精度在0.1～1微米之间时，初级过滤器的过滤精度在10～50微米之间。

5.根据权利要求1所述的双级浸没式膜生物反应器，其特征在于，所述初级过滤器的滤材由金属滤网、陶瓷滤芯、微滤膜或无纺布制成。