CN105692885A - 一种高抗污染的膜生物反应器及污水处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高抗污染的膜生物反应器及污水处理方法，所述膜生物反应器，膜生物反应器内设有膜组件，所述膜生物反应器内靠近出水端设有隔板，所述隔板在靠近膜生物反应器的中下部处设有泥、水进出口，所述隔板将膜生物反应器分为生化反应区和泥水分离区，所述生化反应区进行污水生化处理，所述泥水分离区进行泥水分离、污泥回流和膜出水，并将泥水分离区分为清水区、泥水自动分离及污泥无动力自动回流区和污泥区，所述膜组件浸没在清水区中，膜组件通过动力或重力进行膜出水。本发明生物反应器的膜组件浸没于清水区中，无悬浮活性污泥及其它可沉物质的污染，因而膜污染很小，膜通量大，膜清洗周期长，频率低，处理成本低。

Description

一种高抗污染的膜生物反应器及污水处理方法

技术领域

本发明涉及污水处理领域，具体涉及一种高抗污染的膜生物反应器及采用该膜生物反应器的污水处理方法。

背景技术

膜工艺的一大缺点是膜在运行一段时间以后会因为膜受到不同程度污染而导致膜通量的降低，如何采取有效措施减缓膜污染进程从而维持膜通量是膜工艺应用时所面临的一大挑战。英国学者认为主要有三大因素影响膜污染，即膜本身的性质、活性污泥的性质和膜生物反应器（MBR）的运行条件三者相互影响。膜材质决定了膜的亲水性及膜孔隙率，膜孔的尺寸则会影响过膜压差的大小；反应器的构造及错流的速率将影响到活性污泥中胞外聚合物的生成、污泥絮体结构和大小以及溶解物的性质；MBR中的HRT和SRT则直接影响到污泥的浓度和EPS的形成与生长。荷兰研究者在试验中发现，导致膜污染的最重要因素是滤饼层的形成，而原水中的杂质、污泥的性质、MBR的水力学特性以及膜清洗等因素都会影响滤饼层的形成及性质。

现有MBR膜池无论分置式膜生物反应器、一体式膜生物反应器和复合式膜生物反应器，都存在膜污染的问题。分置式膜生物反应器膜组件和生物反应器各自分开、独立运行，因而相互干扰较小，易于调节控制，而且,膜组件置于生物反应器之外，更易于清洗更换，但其动力消耗较大，加压泵提供较高的压力，造成膜表面高速错流，延缓膜污染，这是其动力费用大的原因，每吨出水的能耗为2-10kWh，约是传统活性污泥法能耗的10-20倍。一体式膜生物反应器用抽吸泵或真空泵抽吸出水,动力消耗费用远远低于分置式膜生物反应器,每吨出水的动力消耗约是分置式的1/10，如果采用重力出水,则可完全节省这部分费用，但由于膜组件浸没在生物反应器的混合液中，污染较快，而且清洗起来较为麻烦，需要将膜组件从反应器中取出。复合式膜生物反应器也是将膜组件置于生物反应器之中,通过重力或负压出水，但生物反应器的型式不同，复合式MBR,是在生物反应器中安装填料，形成复合式处理系统,，其安装填料的目的有两个：一是提高处理系统的抗冲击负荷，保证系统的处理效果；二是降低反应器中悬浮性活性污泥浓度，减小膜污染的程度，保证较高的膜通量。复合式膜生物反应器中，由于填料上附着生长着大量微生物，能够保证系统具有较高的处理效果并有抵抗冲击负荷的能力，同时又不会使反应器内悬浮污泥浓度过高，影响膜通量。但是，反应器内悬浮污泥浓度还是严重污染膜，不同程度影响膜通量。这些技术存在着投资大、膜污染严重、膜通量越来越小、膜清洗越来越频繁、处理成本高等缺点，因此在实际工程推广中受到较大限制。

随着国家水污染物排放标准的日益严格，能否研发一种投资更低、膜污染较小、膜通量变化小、膜清洗频率小、处理成本较低、经济高效、运营管理简单的高抗污染的膜生物反应器，使其满足更严格的排放标准一直是污水处理科研工作者非常关注的一个重要课题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种膜污染较小、膜通量变化小、膜清洗频率低、处理成本较低、经济高效、运营管理简单的高抗污染的膜生物反应器，并提供一种采用该膜生物反应器的污水处理方法。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种高抗污染的膜生物反应器，膜生物反应器内设有膜组件，所述膜生物反应器内靠近出水端设有隔板，所述隔板在靠近膜生物反应器的中下部处设有泥、水进出口，所述隔板将膜生物反应器分为生化反应区和泥水分离区，所述生化反应区进行污水生化处理，所述泥水分离区进行泥水分离、污泥无动力自动回流和膜出水，并将泥水分离区分为清水区、泥水自动分离及污泥无动力回流区和污泥区，所述膜组件浸没在清水区中，膜组件通过动力或重力进行膜出水。

所述生化反应区的外侧壁上端部设有进水口，所述泥水分离区的清水区外侧壁上端部设有出水口，所述泥水分离区的污泥区底部设有泥斗，泥斗的底端设有排泥装置。

所述排泥装置为带穿孔管的排泥泵。

所述泥斗靠近生化反应区的侧壁与膜生物反应器底部的夹角α1为0-90°，以0-60°为较佳，其夹角可在0-90°随意调节；所述泥斗靠近泥水分离区的侧壁与膜生物反应器底部的夹角α2为0-90°，以45-60°为较佳。

所述生化反应区内可视需要设置推流器或搅拌器，或者安装填料，所述填料为污水处理专用填料。

所述隔板与膜生物反应器上表面的夹角为20-90°。

采用本发明所述的膜生物反应器的污水处理方法，具体包括以下步骤：

1）污水经预处理后，在膜生物反应器的生化反应区进行污水生化处理，具体为：污水与生化反应区中的活性污泥充分混合，利用污泥的自身吸附性能和微生物的新陈代谢作用，发生吸附作用和生物降解作用，去除污染物，生化反应区内可视需要采用推流器或搅拌器控制推流速度以增加溶解氧浓度和增强搅拌混合效果，或安装填料提高处理系统的抗冲击负荷，且降低反应器中悬浮性活性污泥浓度，减小膜污染的程度，保证较高的膜通量；同时生化反应区内的混合液通过设置在隔板中下部处的泥、水进出口进入泥水分离区；

2）混合液进入泥水分离区后，在泥水分离区内进行泥水分离、污泥回流和膜出水，从而将泥水分离区自上而下分为清水区、泥水自动分离及污泥无动力自动回流区和污泥区，该过程：

混合液进入泥水分离区经泥水分离后一部分污泥自动回流至膜生物反应器的生化反应区以补充活性污泥的浓度，大大节约能耗，降低了污水处理成本；

另一部分污泥依靠自身重力沉降自动进入污泥区底部的泥斗，再通过排泥装置以回流污泥的形式回流至膜生物反应器的生化反应区或膜生物反应器前端的缺氧池或厌氧池或水解酸化池等生化构筑物，或以剩余污泥的形式排出膜生物反应器；

清水区的上清液部分可回流至膜生物反应器前端的缺氧池进行反硝化，剩余上清液进入浸没在清水区中的膜组件进行深度处理，进一步去除CODcr和TP等残余污染物，最终实现达标排放，即膜出水。

本发明采用以上技术方案，所述高抗污染的膜生物反应器由两部分组成：生化反应区和泥水分离区，生化化反应区承担着污水生化处理的功能，泥水分离区起着泥水分离、污泥无动力自动回流及高品质膜出水的功能，其分为清水区、泥水分离及污泥无动力自动回流区和污泥区三个区，膜组件浸没在清水区中、通过动力或重力出水。与现有技术相比，由于本发明的膜组件设置于清水区中，无悬浮活性污泥及其它可沉物质的污染，因而膜污染很小，膜通量大，膜清洗周期长，频率低，处理成本低。

本发明膜生物反应器在微生物等菌群的生物代谢作用下高效降解有机物和高效生物除磷，实现去除有机污染物的同时同步脱氮除磷；清水区的上清液部分可回流至膜生物反应器前端的缺氧池进行进一步反硝化，剩余上清液再进入后端的膜组件深度处理，进一步去除CODcr和TP等残余污染物，最终实现达标排放，

本发明还具有以下有益效果：

(1)本发明的膜生物反应器在同样进水前提下，其出水CODcr、NH₃－N和TP等指标与传统膜生物反应器对比相近，系统取得了很好的处理效果，并且该建设投资更低、膜污染更小、膜通量变化更小、膜清洗频率更低、处理成本更低、运营管理更简单，更具有经济和技术双重优越性。

(2)本发明的高抗污染的膜生物反应器自带独立的泥水自动分离的装置，污泥回流比可根据运营需要进行0-300%Q（Q为进水流量）调节，通过调节α1理论上可实现零外回流，依靠污泥自身重力自动回流真正实现污泥无动力自动回流，对比分置式膜生物反应器免去了大量的污泥回流，大大减少动力消耗，降低了污水处理成本。

(3)本发明的膜生物反应器因自带独立的泥水自动分离、污泥自动无动力自动回流的装置，解决了水力停留时间与泥龄矛盾问题，水力停留时间与泥龄相互独立，无须保持MBR中混合液的高度紊动，为微生物的生长、繁殖等创造了有利条件，避免高速错流等带来的对微生物等的不利影响，提高了生化效果，且污泥沉降性能更好，无发生污泥膨胀现象等特点，具有很广泛的应用前景。

(4)本发明的生物反应器中只要生化反应区的DO处于好氧状态，即2-3mg/L，无须保持MBR中混合液的高度紊动，无须担心流体的高度紊动使污泥絮体破碎进而影响膜的透水性，所以膜通量大，膜清洗周期长、清洗费用低，膜寿命更长。

(5)本发明膜生物反应器的膜组件因处于上清液区即清水区，无悬浮污泥及其它可沉物质的污染而膜污染更小，减缓滤饼层形成速度，所以膜通量更大。本发明克服了一体式膜生物反应器和复合式膜生物反应器中由于反应器内悬浮污泥浓度过高进而影响膜通量的缺点。

(6)本发明的膜生物反应器，可采取曝气加环形推流或机械搅拌，或采取曝气加填料，因而更节能、混合效果更好、抗冲击能力更强。

(7)本发明为新型膜生物反应器的设计提供了新方法，同时也丰富和发展了膜生物反应器的理论和实践。

附图说明

现结合附图对本发明作进一步描述：

图1为本发明高抗污染的膜生物反应器示意图之一；

图2为本发明高抗污染的膜生物反应器示意图之二。

具体实施方式

如图1或2所示，本发明的高抗污染的膜生物反应器1，膜生物反应器1内设有膜组件2，所述膜生物反应器1内靠近出水端设有隔板5，隔板5与膜生物反应器1上表面的夹角α3为20-90°，所述隔板5在靠近膜生物反应器1的中下部处设有泥、水进出口6，所述隔板5将膜生物反应器分为生化反应区3和泥水分离区4，所述生化反应区3进行污水生化处理，所述泥水分离区4进行泥水分离、污泥回流和膜出水，并将泥水分离区4分为清水区41、泥水自动分离及污泥无动力自动回流区42和污泥区43，所述膜组件2浸没在清水区41中，膜组件2通过动力或重力进行膜出水。

所述生化反应区3的外侧壁上端部设有进水口，所述泥水分离区4的清水区41外侧壁上端部设有出水口，所述泥水分离区4的污泥区43底部设有泥斗7，所述泥斗7靠近生化反应区3的侧壁与膜生物反应器1底部的夹角α1为0-90°，以0-60°为较佳，其夹角可在0-90°随意调节；所述泥斗7靠近泥水分离区4的侧壁与膜生物反应器1底部的夹角α2为0-90°，以45-60°为较佳。所述泥斗7的底端设有排泥装置8，排泥装置8可以为带穿孔管的排泥泵。

所述生化反应区内3可设置推流器或搅拌器，用来控制推流速度以增加溶解氧浓度和增强搅拌混合效果，也可安装填料，所述填料为污水处理专用填料。

采用本发明所述的膜生物反应器的污水处理方法，具体包括以下步骤：

1）污水经预处理后，在膜生物反应器1的生化反应区3进行污水生化处理，具体为：污水与生化反应区3中的活性污泥9充分混合，利用污泥的自身吸附性能和微生物的新陈代谢作用，发生吸附作用和生物降解作用，去除污染物，生化反应区3内可采用推流器或搅拌器控制推流速度以增加溶解氧浓度和增强搅拌混合效果，或者可以安装填料降低反应器中悬浮性活性污泥浓度，同时生化反应区3内的混合液通过设置在隔板中下部处的泥、水进出口6进入泥水分离区4；

2）混合液进入泥水分离区4后，在泥水分离区4内进行泥水分离、污泥无动力自动回流和膜出水，从而将泥水分离区自上而下分为清水区41、泥水自动分离及无动力自动回流区42和污泥区43，该过程：

混合液进入泥水分离区经泥水分离后的一部分污泥自动回流至膜生物反应器1的生化反应区3以补充活性污泥的浓度，大大节约建设成本和能耗，降低了污水处理成本；

另一部分污泥依靠自身重力沉降自动进入污泥区43底部的泥斗7，再通过排泥装置8以回流污泥的形式回流至膜生物反应器1的生化反应区3或其前端的缺氧池或厌氧池或水解酸化池等生化构筑物，或以剩余污泥的形式排出膜生物反应器1；

清水区41的上清液部分可回流至膜生物反应器1前端的缺氧池进行反硝化，剩余上清液进入浸没在清水区41中的膜组件2进行深度处理，进一步去除CODcr和TP等残余污染物，最终实现达标排放，即膜出水。

本发明采用以上技术方案，膜生物反应器由两部分组成：生化反应区和泥水分离区，生化化反应区承担着污水生化处理的功能，泥水分离区起着泥水分离、污泥无动力自动回流及高品质膜出水的功能，其分为清水区、泥水分离及污泥无动力自动回流区和污泥区三个区，膜组件浸没在清水区中、通过动力或重力出水，与现有技术相比，由于本发明的膜组件设置于清水区中，无悬浮活性污泥及其它可沉物质的污染，因而膜污染很小，膜通量大，膜清洗周期长，频率低，处理成本低。

Claims (7)

1.一种高抗污染的膜生物反应器，所述膜生物反应器内设有膜组件，其特征在于：所述膜生物反应器内靠近出水端设有隔板，所述隔板在靠近膜生物反应器的中下部处设有泥、水进出口，所述隔板将膜生物反应器分为生化反应区和泥水分离区，所述生化反应区进行污水生化处理，所述泥水分离区进行泥水分离、污泥回流和膜出水，并将泥水分离区分为清水区、泥水自动分离及污泥无动力自动回流区和污泥区，所述膜组件浸没在清水区中，膜组件通过动力或重力进行膜出水。

2.根据权利要求1所述的一种高抗污染的膜生物反应器，其特征在于：所述生化反应区的外侧壁上端部设有进水口，所述泥水分离区的清水区外侧壁上端部设有出水口，所述泥水分离区的污泥区底部设有泥斗，泥斗的底端设有排泥装置。

3.根据权利要求2所述的一种高抗污染的膜生物反应器，其特征在于：所述泥斗靠近生化反应区的侧壁与膜生物反应器底部的夹角α1为0-90°，所述泥斗靠近泥水分离区的侧壁与膜生物反应器底部的夹角α2为0-90°。

4.根据权利要求2所述的一种高抗污染的膜生物反应器，其特征在于：所述生化反应区内设有推流器或搅拌器。

5.根据权利要求2所述的一种高抗污染的膜生物反应器，其特征在于：所述生化反应区内安装有填料，所述填料为污水处理专用填料。

6.根据权利要求1所述的一种高抗污染的膜生物反应器，其特征在于：所述隔板与膜生物反应器上表面的夹角α3为20-90°。

7.一种采用了如权利要求4所述的高抗污染的膜生物反应器的污水处理方法，其特征在于：所述方法具体包括以下步骤：

1）污水经预处理后，在膜生物反应器的生化反应区进行污水生化处理，具体为：污水与生化反应区中的活性污泥充分混合，利用污泥的自身吸附性能和微生物的新陈代谢作用，发生吸附作用和生物降解作用，去除污染物，生化反应区内采用推流器或搅拌器控制推流速度以增加溶解氧浓度和增强搅拌混合效果，同时生化反应区内的混合液通过设置在隔板中下部处的泥、水进出口进入泥水分离区；

2）混合液进入泥水分离区后，在泥水分离区内进行泥水分离、污泥无动力自动回流和膜出水，从而将泥水分离区自上而下分为清水区、泥水自动分离及污泥无动力自动回流区和污泥区，该过程：

混合液进入泥水分离区经泥水分离后一部分污泥自动回流至膜生物反应器的生化反应区以补充活性污泥的浓度；

另一部分污泥依靠自身重力沉降自动进入污泥区底部的泥斗，再通过排泥装置以回流污泥的形式回流至膜生物反应器的生化反应区或膜生物反应器前端的缺氧池或厌氧池或水解酸化池，或以剩余污泥的形式排出膜生物反应器；

清水区的上清液部分可回流至膜生物反应器前端的缺氧池进行反硝化，剩余上清液进入浸没在清水区中的膜组件进行深度处理，进一步去除残余污染物，最终实现达标排放，即膜出水。