CN104803475A - 高负荷管道式膜生物反应器 - Google Patents

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陈传好
王萍
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Abstract

本发明提供一种高负荷管道式膜生物反应器，它包括进水管，进水管顺次连接管道式反应器、膜分离器与污泥回流系统，管道式反应器同时连接曝气系统；其中，管道式反应器为内部设置导流板的单极管道反应器或多级反应器串联组成的多级管道反应器。本发明的高负荷管道式膜生物反应器，降解速率高，污水在反应器中的停留时间低；反应器整体体积小，为传统MBR体积的1/4～1/3，有效节省占地面积。

Description

高负荷管道式膜生物反应器
技术领域
本发明属于污水处理领域，特别涉及一种高负荷管道式膜生物反应器。
背景技术
膜生物反应器（Membrane Bioreactor,简称MBR）是现代膜分离技术与生物技术有机结合的一种新型废水生物处理技术，用膜过滤单元取代传统活性污泥法中的二沉池进行固液分离，将生化反应池中的活性污泥和大分子有机物质有效截留，大大提高了生物反应器的处理效率。
与传统活性污泥法相比，MBR工艺具有以下优点：（1）MBR 工艺通过采用膜分离技术能高效截留污水中大部分的悬浮粒子和高分子有机物质，可使生物处理单元内的微生物量维持在较高浓度，使容积负荷大大提高。（2）强化生化处理效果，使处理出水水质清澈优良，达到生活杂用水质标准。（3）污泥停留时间的大幅度延长。可使硝化及亚硝化菌等世代时间较长的微生物有效地保留在生物反应器内。从而使MBR系统具有比传统法更好的脱氮除磷能力。
MBR工艺大幅提高了反应器内微生物浓度，但是并没有大幅度提高有机污染物的降解速率。这是因为根据Lawrence-McCarty公式，降解速率不仅与微生物浓度有关，还与有机污染物浓度有关。
                                                           （1）
rg：有机污染物的降解速度；    S：有机污染物的浓度，mg/L;
k：单位微生物最高底物利用速度；    Ks：半速度系数；
X：反应器内微生物浓度。
传统MBR反应器内有机污染物浓度低，有机物浓度成为影响降解速率的限制性因素。导致有机物浓度低的原因主要有：1）完全混合式反应器出水有机物浓度与反应器内有机物浓度相等，如果提高反应器内有机物浓度，出水有机物浓度也提高，将导致出水水质不达标。2）有机物浓度高，降解速率加快，溶解氧浓度降低，甚至为0mg/L。微生物得不到充足的氧，导致反应速率低。
发明内容
针对现有技术存在的问题与不足，本发明所要解决的技术问题是，提供一种高负荷管道式膜生物反应器，解决传统MBR反应器有机污染物降解速率慢的问题。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是，高负荷管道式膜生物反应器，它包括进水管，进水管顺次连接管道式反应器、膜分离器与污泥回流系统，管道式反应器同时连接曝气系统；其中，管道式反应器为内部设置导流板的单极管道反应器或多级反应器串联组成的多级管道反应器。
上述的高负荷管道式膜生物反应器，其曝气系统包括纯氧发生器，纯氧发生器通过输气管道和扩散器连接管道式反应器，所述输气管道上还设置气泵。
上述的高负荷管道式膜生物反应器，其污泥回流系统包括污泥回流管道，所述污泥回流管道一端连接膜分离器，另一端连接进水管，污泥回流管道上还设置污泥回流泵。
上述的高负荷管道式膜生物反应器，其管道式反应器的长径比大于5。
上述的高负荷管道式膜生物反应器，其膜分离器由板式膜组件或管式膜组件组成。
上述的高负荷管道式膜生物反应器，其进水管的进水BOD5大于500mg/L。
本发明的高负荷管道式膜生物反应器，采用管道式反应器，污水在反应器内为推流式，有机物浓度在反应器内逐渐降低，前段有机物浓度高降解速率快，后段有机物浓度低，保证出水水质。与完全混合式反应器相比，反应速率大幅提高，相应的反应器体积也大幅减小。
如图1所示，完全混合式反应器与推流式反应器在相同的进水流量、有机污染物浓度和出水浓度条件下，两种反应器的体积对比；
完全混合式：
完全混合式反应中有机污染物浓度为恒定值S，对反应器进行物料衡算：
                                                               （2）
将公式（1）带入（2）得：
                                                      （3）
推流式反应器：
推流式反应器内有机污染物的浓度随位置的不同而改变，取反应器的微小单元为研究对象，进行物料衡算：
                                             （4）
将公式（1）代入（4）中得：
                                                                    （5）
对式（5）积分，
                                         （6）
完全混合式和推流式反应器在相同的进出水水量和浓度情况下，反应器体积之比：
                                                    （7）
图2所示为不同进水浓度下（BOD5：0～3000mg/L），推流式和完全混合式反应器体积之比：出水浓度S为20mg/L（《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级B标准），Ks为90 mg/L。
由图2可知，当进水浓度大于500mg/L（BOD5），与完全混合式反应器相比，推流式反应器的体积为完全混合式反应器体积的1/3～1/4倍，降解速率增大3～4倍，相应的耗氧速率也增大3～4倍，因此，要想实现反应器的高效率，必须增大氧气的传质速率。空气中氧气的体积分数为21%，采用纯氧曝气，氧气的分压可提高5倍，相应的饱和溶解度和传质效率也可提高大约5倍，满足推流式反应器对溶解氧的要求。
本发明具有如下优点及有益技术效果：
1、本发明的高负荷管道式膜生物反应器，降解速率高，污水在反应器中的停留时间低；
2、本发明的高负荷管道式膜生物反应器，反应器整体体积小，为传统MBR体积的1/4～1/3，有效节省占地面积。
附图说明
图1为完全混合式反应器与推流式反应器在相同的进水流量、有机污染物浓度和出水浓度条件下，两种反应器的体积对比图；
图2为不同进水浓度下，推流式和完全混合式反应器体积对比图；
图3为实施例1的单极内置导流板式高负荷管道式膜生物反应器原理图；
图4为实施例1的单极内置导流板式高负荷管道式膜生物反应器布置图；
图5为实施例2的多级串联式高负荷管道式膜生物反应器原理图；
图6为实施例2的多级串联式高负荷管道式膜生物反应器布置图。
上述图中：
1-曝气系统；2-管道式反应器；3-膜分离器；4-污泥回流系统；5-导流板；6-气泵；7-扩散器；8-纯氧发生器；9-输气管道；10-污泥回流泵；11-污泥回流管道；12-进水管。
具体实施方式
实施例1
如图3、4所示，本实施例的高负荷管道式膜生物反应器，它包括进水管12，进水管12顺次连接管道式反应器2、膜分离器3与污泥回流系统4，管道式反应器2同时连接曝气系统1；其中，管道式反应器2为内部设置导流板5的单极管道反应器。
曝气系统1包括纯氧发生器8，纯氧发生器8通过输气管道9和扩散器7连接管道式反应器2，输气管道9上还设置气泵6。污泥回流系统4包括污泥回流管道11，所述污泥回流管道11一端连接膜分离器3，另一端连接进水管12，污泥回流管道11上还设置污泥回流泵10。管道式反应器2的长径比大于5。膜分离器3由板式膜组件或管式膜组件组成。进水管12的进水BOD5大于500mg/L。
管道式反应器2内设导流板5，水流在管式反应器2内呈推流式前进，防止水流返混。纯氧发生器1产生的氧气，经输气管道9和扩散器7进入管式反应器2，未溶解的氧气由气泵6输入下一段污水中，依次类推，实现氧气的最大化利用。膜分离器3由管式膜组件或板式膜组件组成，在膜分离器3中进行泥水分离，截留污泥（微生物）经污泥回流泵系统4再回流至管道式反应器2中，分离后的清水排放。
实施例2
如图5、6所示，本实施例的高负荷管道式膜生物反应器，它包括进水管12，进水管12顺次连接管道式反应器2、膜分离器3与污泥回流系统4，管道式反应器2同时连接曝气系统1；其中，管道式反应器2为多级反应器串联组成的多级管道反应器。
曝气系统1包括纯氧发生器8，纯氧发生器8通过输气管道9和扩散器7连接管道式反应器2，输气管道9上还设置气泵6。污泥回流系统4包括污泥回流管道11，所述污泥回流管道11一端连接膜分离器3，另一端连接进水管12，污泥回流管道11上还设置污泥回流泵10。管道式反应器2的长径比大于5。膜分离器3由板式膜组件或管式膜组件组成。进水管12的进水BOD5大于500mg/L。
管道式反应器2由多个反应器串联组成，反应器的数量由进水水量、水质和出水水质决定。污水依次经过各个反应器，从整体看水流在反应器内成推流式前进。纯氧发生器8产生的氧气，经输气管道9和扩散器7进入第一级反应器，未溶解的氧气由气泵6输入下一级反应器，依次类推，实现氧气的最大化利用。膜分离器3由管式膜或板式膜组成，在膜分离器3中进行泥水分离，截留污泥（微生物）经污泥回流泵系统4再回流至反应器中，分离后的清水排放。
以上所述，仅是对本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明做其他形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是，凡是未脱离本发明方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.高负荷管道式膜生物反应器，其特征在于：它包括进水管，进水管顺次连接管道式反应器、膜分离器与污泥回流系统，管道式反应器同时连接曝气系统；其中，管道式反应器为内部设置导流板的单极管道反应器或多级反应器串联组成的多级管道反应器。
2.根据权利要求1所述的高负荷管道式膜生物反应器，其特征在于：所述曝气系统包括纯氧发生器，纯氧发生器通过输气管道和扩散器连接管道式反应器，所述输气管道上还设置气泵。
3.根据权利要求1所述的高负荷管道式膜生物反应器，其特征在于：所述污泥回流系统包括污泥回流管道，所述污泥回流管道一端连接膜分离器，另一端连接进水管，污泥回流管道上还设置污泥回流泵。
4.根据权利要求1所述的高负荷管道式膜生物反应器，其特征在于：所述管道式反应器的长径比大于5。
5.根据权利要求1所述的高负荷管道式膜生物反应器，其特征在于：所述膜分离器由板式膜组件或管式膜组件组成。
6.根据权利要求1所述的高负荷管道式膜生物反应器，其特征在于：所述进水管的进水BOD5大于500mg/L。
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