CN103613195A

CN103613195A - 一体化mbr膜生物反应器

Info

Publication number: CN103613195A
Application number: CN201310598558.XA
Authority: CN
Inventors: 海热提.吐尔逊; 范长健; 王晓慧; 李媛
Original assignee: Beijing University of Chemical Technology
Current assignee: Beijing University of Chemical Technology
Priority date: 2013-11-25
Filing date: 2013-11-25
Publication date: 2014-03-05
Anticipated expiration: 2033-11-25
Also published as: CN103613195B

Abstract

本发明涉及污水回用领域，具体而言是一体化MBR膜生物反应器，用挡板结构分为缺氧区和好氧区，缺氧区悬挂碳纤维填料，好氧区放置曝气装置和膜组件；其中缺氧区和好氧区的体积比例为1:3。该装置的特点在于，一体化的反应装置解决了单一生化环境，多段式处理的模式，节省了占地面积；由于结构特征，污水在曝气的作用下在好氧区和缺氧区之间循环流动，呈现出不同的水流特性；该装置能够同时有效的进行硝化和反硝化过程，省去了污泥回流，从而减少了基建费用和运行费用，同时在整体污泥浓度不变的条件下，增大缺氧区的污泥浓度，减少好氧区的污泥浓度，从而有效的减少了膜污染；从缺氧区进水方式补充了反硝化所需的碳源，从而节约了成本。

Description

一体化MBR膜生物反应器

技术领域

本发明涉及污水回用领域，具体而言涉及一种强化脱氮除磷同时降低膜污染的装置和工艺。

背景技术

集约化、高密度、循环水水产养殖相对于传统的养殖方法来说，需要的土地和水资源相对较少，经济优势很大。其对水质回用的要求较高，尤其是对其脱氮除磷的要求更高。现有的中水回用技术存在着资规模大、运行成本高、系统集成水平低等根本性问题的方法，呈现出“高效不增产，节能不省钱”的现状。

MBR在废水处理领域中的应用研究始于20世纪60年代。1966年，美国的Dormliver公司首先将MBR用于废水处理的研究。1968年，Smith等将好氧活性污泥法与超滤膜相结合的MBR用于处理城市污水，该工艺具有减少活性污泥产量、保持较高活性污泥浓度、减少污水处理厂占地面积等优点。70年代后期，日本对膜分离技术在废水处理中的应用进行了大力开发和研究，使MBR开始走向实际应用。我国对膜-生物反应污水处理新工艺的研究始于20世纪90年代的中期，近十多年来,许多高等学校、科研院所和公司企业等单位对MBR污水处理工艺开展了大量的研究,取得了令人瞩目的成绩。目前采用MBR处理的废水包括生活废水、石化污水、高浓度有机废水、食品废水、啤酒废水、港口污水、印染废水等。生物反应器的类型从好氧反应器发展到厌氧反应器，并且对不同污水的处理效果、系统的稳定运行、操作条件的优化进行了研究。MBR脱氮工艺是近年来也开始研究与发展。MBR可以通过膜的截留作用，使硝化菌长期停留在好氧池内，在不增加池容的前提下相应延长了污泥龄，满足了硝化菌的生长，减少了硝化菌的流失。同时，在MBR中还发现同步硝化反硝化和短程硝化反硝化现象，这对脱氮十分有利。

目前已经公开的膜生物反应器技术，大多数综合处理装置均采用比较规范的厌氧池、好氧池、膜处理池等多级各自独立的结构装置对污水进行处理，所被处理的污水均只是在单一的生化环境中得到单一的处理。正是由于上述原因，导致目前大多数已公开的膜生化污水处理方法，多属于多段式处理。所涉及的处理装置均是独立分离式的结构。因此，不仅主体设备体积过大、系统繁杂，而且制造成本也高，处理的效率也有一定的局限性，显然不利于该技术的广泛推广使用。

然而，在MBR实际运用过程中，也存在一些问题：曝气能耗较高，同时反应器内水体呈现富氧状态，进而脱氮除磷效果不理想，悬浮污泥浓度过高导致膜污染速率快，这是限制膜大规模应用的最主要条件。

发明内容

本发明旨在提供一种一体式膜反应器装置，以改善传统膜生物反应器占地面积大，脱氮除磷效果不理想，膜污染速率较快的现状。

一种一体化MBR膜生物反应器，其特征在于，包括箱体，膜组件，曝气装置，PLC控制器；反应器箱体内存在有挡板，该挡板俯视图为半椭圆结构，且它的长轴与短轴之比为2-2.2，短轴位置位于反应器的中轴线上，靠近进水端，凸面面向好氧区；为保证水有足够的动力在好氧区和缺氧区之间循环，挡板长轴顶点到容器壁的距离不得小于短轴的4/5；反应器内部被挡板区分缺氧区和好氧区，其体积比为1:2.5-1:3.5，进水口设置在缺氧区的下端，在反应器的中轴线上，缺氧区内悬挂碳纤维填料。

进一步地，所述碳纤维填料制成束状结构，垂直固定在水体中，构成水草状仿生结构。

进一步地，所述膜组件采用孔径为0.1-0.4μm的平板膜组件，膜片之间的间隔为0.8-1cm，膜片平行于水流流动方向放置。

进一步地，曝气装置采用开口往下的U型曝气。

进一步地，所述PLC控制器控制水位的高低，当水位超过总水位的95%时，为高水位，停止进水；当水位位于总水位的40%-95%时，位于中水位，抽吸泵启动；当水位位于总水位的40%以下时，抽吸泵停；当抽吸真空压力超过35kp时，因为膜的操作压力为5-40kp，当到达35kp以上时，膜表面已经发生了严重的堵塞，所以当压力超35kp时，抽吸泵必须得停，同时进行膜清洗；否则便会使膜撕裂。抽吸泵停；风机停时，抽吸泵必须停，因为曝气的作用一方面给微生物提供必要的氧气，提供水循环的动力；另一方面还有冲刷膜片的作用。当风机停时，在抽吸泵连续工作的情况下会使污泥等大分子物质迅速的沉积在膜片上，从而使膜压急剧升高。

进一步地，所述装置的为进水方式为从缺氧区进入，污泥取自处理城市废水的污水处理厂二沉池处活性污泥，污泥浓度为2.2g/L-4.4g/L，水力停留时间为2.5-5h，溶解氧浓度为3.0-5.0mg/L。

椭圆形挡板使曝气产生的气泡在碰到挡板时溢出，分割开好氧区和缺氧区，强化了脱氮除磷的效果；在挡板和曝气的共同作用下，水体呈现循环流的方式，呈现出不同的水力特性，使缺氧区的污泥浓度大于好氧区的污泥浓度，有效的降低了膜污染；同时相对其他工艺，把污泥回流用曝气的工艺完成，进而节约运行成本和基建；传统工艺在污泥回流泵的作用下，造成污泥的破裂，不仅会使水质指标恶化，而且释放出的溶解性物质会加速膜污染，本设计有效的避免了这一点。

缺氧区悬挂碳纤维填料，碳纤维填料具有高强度，良好的生物相容性，呈束状或圆盘状使用，垂直放置在水中，吸附微生物和有机污染物，微生物附着碳纤维上，形成多层次的微生物群落，强化了生物的去除率。

进水口设置在缺氧段中央，用于补充反硝化反应所欠缺的碳源和碱度，同时加强了水的扰动性，使污泥和污染水体的混合更充分。

进一步地，实验整体用PLC控制器控制，以达到实现自动化控制，节约人力成本的目的。

本发明的有益效果

本发明提供的一体化膜生物污水处理装置，将MBR和含生物载体装置合理的组合起来，并在曝气的作用下实现了污泥的回流。污水首先经过含有生物载体的缺氧区，在生物载体的作用下，截留大分子物质，使具有大分子链难降解的物质初步水解为小分子链易降解的物质，同时与好氧区曝气回流的污泥混合，实现了脱氮功能；混合的污水经过好氧区，在好氧区的作用下进一步除去水中的污染物，最后在膜片的过滤下出水。

在传统的脱氮除磷MBR工艺中，必须设立独立的缺氧池和好氧池，污泥从好氧池经污泥回流泵回流至缺氧池，从而达到脱氮除磷的目的，曝气仅产生给微生物供养和冲刷膜片的作用。本发明能够显著的降低基建成本和运行成本，节省占地面积。该装置呈现出一体化的特征，好氧区和缺氧区在一个装置内，大约能节省3%的占地面积。基建时能够节省1个墙围的费用，大约节省5%-6%；同时该装置省去了污泥回流泵及其配套的管材和控制装置，减少了大约30%的购置费用；总体而言节省了10%-15%的基建成本。该反应器只有进水泵和出水泵，用曝气产生的动力，使水在好氧区和缺氧区之间进行循环，提高了曝气泵的使用效率；省去了污泥回流泵，传统工艺污泥回流泵的流量为总进水量的200%-300%，泵的功率和耗电量成正比，该反应器能节省30%-35%的运行费用。，装置中缺氧区的污泥浓度大于好氧区的浓度，进一步强化了脱氮的性能，同时降低了膜污染的速率，由原来的2-3个月清洗一次，提高到5-6个月清洗一次，增加了清洗时间更换膜片的时间，降低了运行成本。统反应器要达到脱氮除磷的效果箱体内污泥混合液在曝气的作用下不断在好氧区和缺氧区之间循环，进行脱氮作用，由于进水端设置在缺氧区，及时的补充了其中的碳源，不需要添加额外的碳源，节约了成本。

本装置在鑫淼水产总公司处理水产养殖废水进行半年的运行，各项水质指标均达到了回用的标准，本装置尤其适用于用地面积紧张，对脱氮除磷的要求较高，实行中水回用的单位和企业。

表1：各项指标去除效果

	COD	NH3-N	TN	TP	NO2-N	NO3-N
							进水	25.58	0.405	3.704	1.664	0.3773	1.809

出水	13.54	0.182	1.361	0.694	0.1225	0.452
							去除率	47.1%	55.1%	63.3%	58.3%	67.5%	75.0%

附图说明

说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明专利的工艺流程示意图

图2是本发明专利的俯视图

图3是本发明专利的侧视图

其中，图1、图2和图3中包括：1-进水泵；2-曝气泵；3-出水泵；4-阀门；5-液体流量计；6-压力表；7-真空表；8-空气转子流量计；9-填料；10-膜片；11-曝气管；12-挡板；13-浮阀；14-PLC控制器，15-箱体，16-缺氧区，17-好氧区。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明的实施例中的技术方案进行详细地说明，但如下实施例以及附图仅是用于理解本发明，而不能限制本发明，本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

一种MBR的一体化膜生物反应器，包括箱体15和其他控制装置，其中箱体15被挡板9分割为缺氧区14和好氧区15；缺氧区14设有进水口，排污口，并悬挂碳纤维填料9；好氧区15设有出水口，并安装膜组件10和曝气管11；在曝气的作用下，水体经过挡板9分割沿罐体15在缺氧区和好氧区之间不断的循环；净化水在出水泵3的作用下经膜组件10排出直接回用；其中污泥，细菌以及等大分子的颗粒物被截留下来。

膜组件10选用孔径为0.1-0.3μm，材质为PVDF的平板膜组件，具有出水效果好，经久耐用，不易污染等优点，膜组件10中片的间隔为0.8-1cm，以使曝气在其中产生节涌流的状态，冲刷效果好。

曝气管9采用U形结构，用法兰与外界管路连接，曝气口开口形式往下，以达到曝气均匀，曝气口不易堵塞的目的。

进水泵1经管路连接缺氧区16，其中管路上装有液体流量计5和阀门4；曝气泵2经管路连接曝气管11，其中管路上装有空气转子流量计8、压力表6以及阀门4；膜组件10用螺丝固定在箱体15上，并安装在曝气管11的正上方，膜片10经出水口与出水泵3相连接，在管路上装有真空表7,、液体流量计5以及阀门4；填料9用不锈钢支架上下固定。

PLC电控箱14控制进水泵1、出水泵3、曝气泵2以及浮阀13；浮阀13经电控箱14控制进水泵1的开停，进而用来调节池内水位的高低；出水泵3在PLC的控制下，实行间歇性出水，曝气量的大小由空气转子流量计8进行控制；或是阀门4和流量计5、8实行带有远程控制的仪器。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种一体化MBR膜生物反应器，其特征在于，包括箱体，膜组件，曝气装置，PLC控制器；反应器箱体内存在有挡板，该挡板俯视图为半椭圆结构，且它的长轴与短轴之比为2-2.2，短轴位置位于反应器的中轴线上，靠近进水端，凸面面向好氧区；为保证水有足够的动力在好氧区和缺氧区之间循环，挡板长轴顶点到容器壁的距离不得小于短轴的4/5；反应器内部被挡板区分缺氧区和好氧区，其体积比为1:2.5-1:3.5，进水口设置在缺氧区的下端，在反应器的中轴线上，缺氧区内悬挂碳纤维填料。

2.根据权利要求1所述的一体化MBR膜生物反应器，其特征在于，所述碳纤维填料制成束状结构，垂直固定在水体中，构成水草状仿生结构。

3.根据权利要求1所述的一体化MBR膜生物反应器，其特征在于，所述膜组件采用孔径为0.1-0.4μm的平板膜组件，膜片之间的间隔为0.8-1cm，膜片平行于水流流动方向放置。

4.根据权利要求1所述的一体化MBR膜生物反应器，其特征在于，曝气装置采用开口往下的U型曝气。

5.根据权利要求1所述的一体化MBR膜生物反应器，其特征在于，所述PLC控制器控制水位的高低，当水位超过总水位的95%时，为高水位，停止进水；当水位位于总水位的40%-95%时，位于中水位，抽吸泵启动；当水位位于总水位的40%以下时，抽吸泵停；当抽吸真空压力超过35kp时，抽吸泵停；风机停时，抽吸泵必须停。

6.根据权利要求1所述的一体化MBR膜生物反应器，其特征在于，所述装置的为进水方式为从缺氧区进入，污泥取自处理城市废水的污水处理厂二沉池处活性污泥，污泥浓度为2.2g/L-4.4g/L，水力停留时间为2.5-5h，溶解氧浓度为3.0-5.0mg/L。