CN104045148B - 一种内循环三相生物流化床式mbr膜生物反应器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种内循环三相生物流化床式MBR膜生物反应器,所述反应器包括内循环流化区以及MBR膜生物反应区,所述内循环流化区的底部与进水管连通;所述内循环流化区包括内筒和套装在内筒外的外筒,所述内筒与外筒之间具有作为降流区的间隙,该内筒具有作为升流区的通道,所述内筒内或其底部设有驱动水沿着升流区上升的鼓风系统,所述内筒内或其底部装有填料;所述MBR膜生物反应区内安装有MBR膜组件,MBR膜组件底部设有曝气管路;所述MBR膜组件的出水口与产水管连通。本发明将内循环三相生物流化床与MBR相结合,空间布置合理,可进一步降低能耗,除了可以处理生活污水之外,还可以对印染、油脂、食品、皮革等一些工业废水进行处理。

Description

一种内循环三相生物流化床式MBR膜生物反应器
技术领域
[0001] 本发明涉及污水处理技术领域,尤其涉及内循环三相生物流化床式MBR膜生物反应器。
背景技术
[0002]内循环三相生物流化床是近年在传统生物流化床的基础上发展起来的一项革新技术,目前应用渐趋广泛,在国内已有多套生产装置在运行。内循环三相生物流化床通过在床层内区别升流区和降流区,利用两个区域之间的密度差,推动流体带动载体的循环流动,最终在顶部沉淀区进行载体与出水的分离,是一种改进的生物流化床。其优点是混合传质条件好,不易发生载体分层现象;对流体分布器的要求相对较低,易于作到流体均匀分布;此外,还具有结构相对简单、耐冲击能力强、产泥量少等特点。
[0003] 尽管生物流化床具有上述的诸多优点,但是其普及程度远不及活性污泥法、生物接触氧化法以及生物滤池。主要原因是由于流态化本身的特点,使生物流化床反应器的设计和运转管理对技术的要求较高。直到今天,人们对流化现象内部规律的了解仍然较为粗浅,大量工程的设计主要依靠经验判断。
[0004] 在投资和运行费用方面,生物流化床的投资及占地面积分别仅相当于传统活性污泥曝气池的70%和50%,但运行费用却相对较高,主要缘于流化的动力消耗。为节省能耗,有人倾向于使用低密度的载体,但低密度载体使过程控制更加困难,载体极易流失,而且降低了传质性能。
[0005] MBR膜生物反应器是将活性污泥法和膜分离技术相结合,以膜分离技术取代传统常规活性污泥法中二沉池的污水处理新方法。得益于膜的高截留率,使生物反应器内维持较高的污泥浓度,使出水的有机污染物含量降到最低,能有效地去除氨氮,对难降解的工业废水也非常有效。此外,还具有能获得高质量处理水质、占地面积小、易于安装,运行操作方便等许多优点。
[0006]目前由于MBR膜生物反应器存在着易污染、能耗高等缺陷,大大限制了其应用空间。针对MBR应用的主要研究方向也是集中在控制膜污染和降低能耗两方面,其中,控制膜污染的一种方法是向MBR反应池中投加填料来降低混合液悬浮物浓度,改善污泥活性,从而减缓膜污染的速率。目前使用较多的填料有粉末活性炭(PAC)、沸石、泡沫填料、多孔柔性悬浮填料、聚酰胺弹性填料等。研究和工程应用表明,向MBR反应池中投加填料能够加强对膜表面的冲刷,减少膜表面颗粒物黏附程度,从而延长清洗周期,增加膜通量。
发明内容
[0007] 利用内循环三相生物流化床与MBR膜生物反应器各自的特点,本发明将两者进行有效的结合,旨在提供一种内循环三相生物流化床式MBR膜生物反应器,该反应器空间布置合理,可进一步降低能耗,除了可以处理生活污水之外,还可以对印染、油脂、食品、皮革等一些工业废水进行处理。
[0008] 为了实现上述目的,本发明所采用的技术方案是:
[0009] —种内循环三相生物流化床式MBR膜生物反应器,其结构特点是,包括位于底部的内循环流化区以及位于顶部的与所述内循环流化区连通的MBR膜生物反应区,所述内循环流化区的底部与进水管连通;所述内循环流化区包括内筒和套装在内筒外的外筒,所述内筒与外筒之间具有作为降流区的间隙,该内筒具有作为升流区的通道,所述内筒内或其底部设有驱动水沿着升流区上升的鼓风系统,所述内筒内或其底部装有填料;所述MBR膜生物反应区内安装有MBR膜组件,MBR膜组件底部设有曝气管路;所述MBR膜组件的出水口与产水管连通。
[0010] 本发明的一个主要特点就是利用MBR膜组件取代沉淀池,沉淀池是利用重力作用使密度大于水的活性污泥沉下来,而MBR膜组件是直接将活性污泥以及填料等固体物质利用膜截留下来,出水利用栗抽吸。
[0011] 以下为本发明的进一步改进的技术方案:
[0012] 进一步地,所述鼓风系统为安装在内筒底部的旋流剪切曝气器。
[0013] 优选地,所述内筒和外筒均为圆筒,且同轴心布置。
[0014] 为了方便控制产水,所述MBR膜生物反应池的上部设有D0在线检测仪和液位传感器。
[0015] 为了方便控制水压和流量,所述产水管上装有流量传感器、压力传感器、控制阀以及产水栗;所述产水管通过反洗管与反洗水栗相连,该反洗管上设有流量传感器、压力传感器和控制阀。
[0016] 为了方便将截留的填料或活性污泥导流至内循环流化区,所述降流区与MBR膜生物反应区之间设有环状污泥斗,该污泥斗的出口位于降流区内。该污泥斗的进口位于MBR膜生物反应区内;所述环状污泥斗的中心位于内筒与MBR膜组件之间,且污泥斗的内环壁面与内筒之间形成降流区和升流区的连通通道,由此,填料在进水与气流的推动作用下成流化状态,为微生物生长和繁殖提供了较大的表面积。填料随进水与压缩空气由内筒升流区向上流动,到达内筒升流区顶部后,含有小气泡的水与载体混合液则流入外筒降流区。部分载体会同水流进入膜生物反应区,被MBR膜截留后,最终由污泥斗返回内循环流化区;通过MBR产水栗的抽吸作用,形成产水。
[0017] 优选地,所述旋流剪切曝气器通过内循环流化区底部曝气支管与鼓风机相连。
[0018] 所述曝气管路通过MBR膜组件曝气支管与鼓风机相连,该MBR膜组件曝气支管出口与MBR膜组件曝气系统相连。
[0019] 优选地,所述填料为活性炭或立体空心填料,这样设置带来的效果有两个:一个是作为内循环三相生物流化床填料的效果,另一个是作为MBR膜池填料的效果,由此,内循环三相生物流化床内的填料在内循环流化区为微生物生长和繁殖提供了较大的表面积,废水有机物在填料生物膜的作用下进行生物降解,在膜生物反应区生物膜脱落,通过填料与膜表面的冲刷作用,可以有效减缓膜污染,延长反洗周期和膜寿命。
[0020] 本发明里面的填料除了在流化床部分发挥作用外,还在MBR膜部分发挥作用,强化了填料的作用。
[0021] 本发明膜生物反应器中的填料与流化床的填料是同一批填料,只是在水流和气流的推动下,部分填料从流化床进入膜生物反应器中。
[0022] 进一步地,所述MBR膜组件为帘式中空纤维膜组件,由于其装填密度较大,因此可使得单位池容所能容纳的膜面积更大,从而增加了产水量。
[0023] 与现有技术相比,本发明将内循环三相生物流化床与MBR膜生物反应器进行有效的结合,具有如下有益效果:
[0024] (1)将内循环三相生物流化床顶部的沉淀区改为MBR膜生物反应区,在占地面积不变的情况下,出水质进一步提高,并且能保证稳定运行;
[0025] (2)内循环三相生物流化床内的填料在内循环流化区为微生物生长和繁殖提供了较大的表面积,废水有机物在填料生物膜的作用下进行生物降解,在膜生物反应区生物膜脱落,通过填料与膜表面的冲刷作用,可以有效减缓膜污染,延长反洗周期和膜寿命;
[0026] (3)本发明将流化床和MBR本身的特点有机结合后在一起,在内循环流化区与膜生物反应区都可以维持较高的活性污泥浓度,提供了处理高浓度有机废水的可能;
[0027] (4)由于本发明的MBR膜池不需要像普通沉淀池一样考虑池体过低会使载体和活性污泥流失,只需要满足MBR膜池的要求即可;同时,底部内循环区由于上面的MBR膜池的作用,降低一定的内循环区高度仍然可以使出水达标;由此降低了设备的整体高度,仅为常规内循环三相生物流化床高度的75% ;
[0028] (5)减缓了 MBR膜污染,反洗周期可延长1.5倍以上;
[0029] (6)由于内循环流化区的曝气和填料作用,MBR膜生物反应区的曝气量和曝气时间可以减小,曝气量较常规MBR膜生物反应区少20%以上,从而降低了设备能耗。
[0030] (7)将内循环三相生物流化床顶部的沉淀区改为MBR膜生物反应区,较常规沉淀区结构较为简单,填料通过MBR膜截留可以实现零流失。
[0031] (8)由于将MBR膜反应器放置在内循环三相生物流化床内,因此,不需要再考虑MBR膜生物反应池用地,可节省占地20~30%。
[0032] 总之,本发明将内循环三相生物流化床与MBR相结合,空间布置合理,可进一步降低能耗,减小占地,除了可以处理生活污水之外,还可以对印染、油脂、食品、皮革等一些工业废水进行处理。
附图说明
[0033] 图1是本发明一个实施例的结构原理图。
[0034] 在图中:
[0035] 1-进水管;2_内筒;3_升流区;4_降流区;5-外筒;6_污泥斗;7_膜生物反应区;8- MBR膜组件;9_产水管;10_产水栗;11_反洗水栗;12_反洗管;13_鼓风机;14_内循环流化区底部曝气支管;15-MBR膜组件曝气支管;16_膜组件底曝气管路;17_旋流剪切曝气器;18_排泥管;19-D0在线检测仪;20_液位传感器。
具体实施方式
[0036] 以下结合附图和具体应用实例做进一步描述
[0037] —种内循环三相生物流化床式MBR膜生物反应器,即将内循环三相生物流化床顶部的沉淀池内放入MBR膜组件组成MBR膜生物反应池。如图1所示,所述内循环三相生物流化床式MBR膜生物反应器包括底部的内循环流化区以及顶部的MBR膜生物反应区。内循环流化区由内筒和外筒两个同心圆柱体组成,内筒为升流区,外筒为降流区;底部安装旋流剪切曝气器,内部填充活性炭或立体空心填料,所述降流区4与MBR膜生物反应区7之间设有环状污泥斗6,该污泥斗6的出口位于降流区4内,该污泥斗6的进口位于MBR膜生物反应区7内;所述环状污泥斗6的中心位于内筒2与MBR膜组件8之间,且污泥斗6的内环壁面与内筒2之间形成降流区4和升流区3的连通通道,由此,在进水与气流的推动作用下成流化状态,为微生物生长和繁殖提供了较大的表面积,废水有机物在填料生物膜的作用下进行生物降解。填料随进水与压缩空气由内筒升流区向上流动,到达内筒升流区顶部后,含有小气泡的水与载体混合液则流入外筒降流区。部分填料会同水流进入膜生物反应区,在膜生物反应区,通过曝气使,填料上的生物膜脱落,填料与膜表面进行碰撞、冲刷,可以起到减缓膜污染的作用。通过MBR产水栗的抽吸作用,形成产水,被截留的填料及活性污泥落入污泥斗,可以返回内循环流化区或者排出系统。
[0038] 为了方便控制产水,所述MBR膜生物反应池的上部设有D0在线检测仪和液位传感器。
[0039] 为了方便控制水压和流量,保证产水保持恒定流量运行,并且自动判断是否需要进行反洗,所述产水管上设有流量传感器、压力传感器、控制阀以及产水栗;所述产水管通过反洗管与反洗水栗相连,该反洗管上设有流量传感器、压力传感器和控制阀;所述进水管上装有流量传感器。由此,通过变频器调节进水管的流量,使进水管流量与产水管流量传感器的流量保持一致,以保证MBR膜组件上方水位恒定。
[0040] 为了保证填料在内循环三相生物流化床式MBR膜生物反应器中呈流化状态,所述的内循环流化区底部曝气支管出口与内循环流化区底部旋流剪切曝气器相连;所述的MBR膜组件曝气支管出口与MBR膜组件曝气系统相连;所述的曝气支管进气口与鼓风机相连。MBR膜组件曝气支管为间歇运行,除保证填料的流化状态之外,主要用于冲刷MBR膜表面黏附的活性污泥与填料共同作用,减缓膜污染程度。
[0041] 所述填料为活性炭或立体空心填料;所述MBR膜组件为帘式中空纤维膜组件。
[0042] 处理水量:某生活污水3000m3/d。
[0043]进水水质:C0D:500~600mg/L, BOD:200~300mg/L, NH3_N:40~50mg/L, SS:200~300mg/Lo
[0044] 设计参数及运行条件:内循环流化区高度4m,MBR膜生物反应区高度2m,直径3m,钢结构,钢板厚度10mm,数量3台;MBR膜组件采用帘式中空纤维膜组件,型号FP — A IV,抽停比8min/2min ;内循环流化区曝气装置采用旋流剪切曝气器,运行方式为连续曝气;MBR膜组件曝气装置为穿孔管,运行方式为间歇曝气。
[0045] 出水水质:C0D 彡 50mg/L,BOD 彡 10mg/L,NH3-N 彡 10mg/L,SS 彡 5mg/L。
[0046] 电耗:吨水的电耗最大值为0.77kw.h/m3,常规生化法+MBR吨水电耗约为lkw.h/m3,节约电耗约23%。
[0047] 占地面积:相对常规生化法+MBR工艺占地面积可减少约25%。
[0048] 对于出水水质,工程上的一般原则是只要满足排放或者回用标准即可,因此,本发明的主要贡献是在达到相同出水水质的前提下,降低能耗,减少占地。
[0049] 自动控制说明:设备运行过程包括进水、过滤、过滤停止、反洗、待机。运行过程中,除排空、排泥及MBR膜组件系统外浸渍清洗需要人工干预外,其他可自动运行,也可手动操作运行,操作界面采用触摸屏。
[0050] 内循环流化区曝气装置为连续曝气,MBR膜过滤采用脉冲式间歇曝气,间歇出水的方式,抽停比8min/2min,产水管路安装流量传感器和自动控制阀门,实现定流量过滤。反洗周期可以做到15~20min反洗一次,每次30~60s。
[0051] 保证产水管压力<50kpa,否则,产水栗自动关闭,人工决定是否进行在线药剂反洗。
[0052] 鼓风机为变频控制,配合MBR膜反应区间歇曝气的运行周期进行频率调整,但鼓风机总曝气量不能为0。风机停止时会导致MBR产水栗的关闭。
[0053] 上述实施例阐明的内容应当理解为这些实施例仅用于更清楚地说明本发明,而不用于限制本发明的范围,在阅读了本发明之后,本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

Claims (9)

1.一种内循环三相生物流化床式MBR膜生物反应器,其特征在于,包括位于底部的内循环流化区以及位于顶部的与所述内循环流化区直接连通的MBR膜生物反应区(7),所述内循环流化区的底部与进水管(1)连通;所述内循环流化区包括内筒(2)和套装在内筒(2)外的外筒(5),所述内筒(2)与外筒(5)之间具有作为降流区(4)的间隙,该内筒(2)具有作为升流区(3)的通道,所述内筒(2)内或其底部设有驱动水沿着升流区(3)上升的鼓风系统,所述内筒(2)内或其底部装有填料;所述MBR膜生物反应区(7)内安装有MBR膜组件(8 ),MBR膜组件(8 )底部设有曝气管路(16 );所述MBR膜组件(8 )的出水口与产水管(9 )连通;所述降流区(4)与MBR膜生物反应区(7)之间设有环状污泥斗(6),该污泥斗(6)的出口位于降流区(4)内,该污泥斗(6)的进口位于MBR膜生物反应区(7)内;所述环状污泥斗(6)的中心位于内筒(2)与MBR膜组件(8)之间,且污泥斗(6)的内环壁面与内筒(2)之间形成降流区(4)和升流区(3)的连通通道;填料随进水与压缩空气由内筒升流区向上流动,到达内筒升流区顶部后,含有小气泡的水与载体混合液则流入外筒降流区;部分载体会同水流进入膜生物反应区,被MBR膜截留后,最终由污泥斗返回内循环流化区。
2.根据权利要求1所述的内循环三相生物流化床式MBR膜生物反应器,其特征在于,所述鼓风系统为安装在内筒(2 )底部的旋流剪切曝气器(17 )。
3.根据权利要求1所述的内循环三相生物流化床式MBR膜生物反应器,其特征在于,所述内筒(2)和外筒(5)均为圆筒,且同轴心布置。
4.根据权利要求1所述的内循环三相生物流化床式MBR膜生物反应器,其特征在于,所述MBR膜生物反应池的上部设有DO在线检测仪(19)和液位传感器(20)。
5.根据权利要求1所述的内循环三相生物流化床式MBR膜生物反应器,其特征在于,所述产水管(9)上装有流量传感器、压力传感器、控制阀以及产水栗(10);所述产水管(9)通过反洗管(12)与反洗水栗(11)相连,该反洗管(12)上设有流量传感器、压力传感器和控制阀。
6.根据权利要求2所述的内循环三相生物流化床式MBR膜生物反应器,其特征在于,所述旋流剪切曝气器(17)通过内循环流化区底部曝气支管(14)与鼓风机(13)相连。
7.根据权利要求1所述的内循环三相生物流化床式MBR膜生物反应器,其特征在于,间歇运行的所述曝气管路(16)通过MBR膜组件曝气支管(15)与鼓风机(13)相连,该MBR膜组件曝气支管(15)出口与MBR膜组件曝气管路(16)相连。
8.根据权利要求2所述的内循环三相生物流化床式MBR膜生物反应器,其特征在于,所述填料为活性炭或立体空心填料。
9.根据权利要求1一8之一所述的内循环三相生物流化床式MBR膜生物反应器,其特征在于,所述MBR膜组件(8 )为帘式中空纤维膜组件。
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