CN106219742A - 用于校园废水回用的一体式膜生物反应器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于校园废水回用的一体式膜生物反应器，所述一体式膜生物反应器包括进水箱、进水泵、斜板、膜生物反应器、膜组件、抽吸泵、排泥口和曝气头，进水箱经进水泵与膜生物反应器的进水口相连，膜生物反应器的底部设置有排泥口，膜生物反应器的内部设置有斜板、膜组件和曝气头，曝气头设置在膜生物反应器的底部，斜板位于膜生物反应器的进水侧，膜组件位于膜生物反应器的出水侧且与抽吸泵相连。本发明将一体式膜生物反应器与校园废水有机的结合，不仅使校园废水得到了有效的处理，而且可以保证处理水能够在冲厕、绿化等方面的回用，在很大程度上提高了城市污染治理、节能减排和污染物回收利用的环境效益和经济效益。

Description

用于校园废水回用的一体式膜生物反应器

技术领域

本发明涉及一种膜生物反应器，具体涉及一种用于校园废水回用的一体式膜生物反应器。

背景技术

随着我国教育事业的蓬勃发展，学校的规模及数量也日趋增多。学校作为一个用水大户，生活废水污染程度低，较易进行处理，主要组成为洗衣废水、食堂废水、冲厕及淋浴废水，约占校园用水量的70~80%，污水水质COD在2000mg/L左右，氨氮在800mg/L左右，SS在50g/L左右。全国共有2000余所高校，学生人均用水量为170吨，污水大部分排到附近的污水处理厂进行处理，加大了市政管道及污水处理厂的压力。特别是实验室排放的污水会腐蚀管道，若污水渗漏，还会对土壤等造成污染。定期检查和维修管道是非常必要的，同时，这也给市政部门带来了一笔很大的财政支出。在此情况下，校园废水的处理及回用技术的研究及开发有着较大的学术价值和经济价值。

膜生物反应器（MBR）是生物反应器处理技术和膜处理技术的 与传统污水生物处理技术有机结合而产生的废水处理新工艺，膜生物反应器技术的研究自上世纪60年代开始，到80年代中后期发展很快，多种类型的膜生物反应器相继出现。国外对膜生物反应器的研究已经进入实用阶段，国内近年来在膜生物反应器方面的研究也成果显著。

膜生物反应器最先应用于微生物发酵工业。膜生物反应器在废水处理领域中的应用研究始于的美国。20世纪70年代以后，厌氧MBR技术相继开始研究。随着膜质量的提高和造价的降低、膜分离工艺的完善、膜清洗方法的改善和污水厂出水水质要求的提高，国际上对膜生物反应器的研究更深入。80年代末以来，MBR已不再局限于生活污水和城市污水处理，处理对象扩宽到工业废水、石化废水、发酵废水甚至堆肥、填埋场沥滤液等废水处理方面。各国对膜生物反应器投入了大量精力，从各个方面提高了MBR的实用性。分别进行了MBR的高效氧氮硝化与工业废水去除磷酸盐的研究、微污染饮用水脱氮研究、萃取膜生物反应器的研究、用MBR进行饮用水生产的中试研究等。

我国对膜生物反应器的研究工作起步较晚，中国科学院生态环境研究中心自1993年开始膜生物反应器的研究工作。膜生物反应器处理制药废水、生活污水、石油化工污水、啤酒废水等的研究相继开展，并得到很好的效果。同时膜生物反应器运行条件的优化和膜污染的控制也成为人们研究的重点。

膜生物反应器工艺发展已经取得了很大的成就。随着膜的制作水平的提高，膜的价格已大大降低，膜生物反应器工艺将向更广类型的污水处理方向发展。

国内外许多科技人员对膜生物反应器进行的大量研究工作主要集中在：(1) 运行方式的研究；(2) 工艺参数对各种废水处理效果的影响以及优化；(3) 膜的污染和清洗；(4) 新型膜材料和膜组件的开发。

我国的城市污水回用技术起步较晚，1958年才将中水回用列入国家科研课题。进入21世纪以来，国内很多城市的污水处理厂再生水回用工程相继投入使用，中水回用的范围迅速扩大。1987年北京市规定：凡建筑面积超过2万m²的旅馆、饭店和公寓及建筑面积超过3万m²以上的机关科研单位和新建生活小区都要建立中水设施。大连、天津、青岛、太原、深圳等城市也先后建成一系列中水系统。在北京、大连、天津、辽宁的部分高校，已建立起一些中水回用系统，但全国其他省市有正规中水处理设施的高校并不多。总的来说，中水回用在我国还处于起步阶段。膜生物反应器与校园废水的回用相结合的工艺在我国并不多见，有很强的研究价值。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于校园废水回用的一体式膜生物反应器，从膜分离技术的特点及出水水质良好性出发，以提高校园废水的处理效率并加强中水回用量为目的，将一体式膜生物反应器与校园废水有机的结合，不仅使校园废水得到了有效的处理，而且可以保证处理水能够在冲厕、绿化等方面的回用，在很大程度上提高了城市污染治理、节能减排和污染物回收利用的环境效益和经济效益，具有较重要的理论价值。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种用于校园废水回用的一体式膜生物反应器，包括进水箱、进水泵、斜板、膜生物反应器、膜组件、抽吸泵、排泥口和曝气头，进水箱经进水泵与膜生物反应器的进水口相连，膜生物反应器的底部设置有排泥口，膜生物反应器的内部设置有斜板、膜组件和曝气头，其中：曝气头设置在膜生物反应器的底部，斜板位于膜生物反应器的进水侧，膜组件位于膜生物反应器的出水侧且与抽吸泵相连。

一种利用上述一体式膜生物反应器进行校园废水回用的方法，包括如下步骤：

废水由进水箱通过进水泵从膜生物反应器的上部进水口进入膜生物反应器内，在膜生物反应器内通过曝气头完成氧的供应，完成生物降解过程，出水在抽吸泵的作用下通过膜组件流出，污泥经斜板沉淀后周期性通过底端排泥口排出膜生物反应器。

本发明具有如下优点：

1、校园废水采用一体式膜生物反应器进行处理，处理效果达标回用价值，从而达到节约资源目的。

2、在保证回用价值情况下，寻求降低膜污染的有效途径，为解决膜污染问题提供有效学术参考。

3、优化一体式膜生物反应器处理校园生活污水的工艺参数，建立一体式膜生物反应器处理校园废水的数学模型，在保证膜污染最低情况下提高污水回用效果，为动力学研究提供有力的条件。

4、基于水污染控制学、微生物学和应用数学的综合思想，以大量实验为主要手段，以数理统计、数值分析等多种数学方法对实验数据进行处理，达到用定量的方法描述膜生物反应器处理校园废水的水质指标，优化膜生物反应器处理校园废水的工艺参数，达到回用的目的。为校园废水中水回用技术的理论研究及实践应用提供了科学依据。

5、采用膜生物反应器的方法处理校园废水，一方面提高校园废水的再利用价值，减少设备的占地面积，节省空间；另一方面将工艺的运行参数进行优化，为膜生物反应器处理校园废水在理论上提高依据。

附图说明

图1为用于校园废水回用的一体式膜生物反应器的结构示意图，图中：1-进水箱，2-进水泵，3-斜板，4-膜生物反应器，5-膜组件，6-出水口，7-排泥口，8-曝气头，9-空气泵。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。

本发明考虑到膜生物反应器的成熟化和校园废水处理的必要性，将两者结合，从膜生物反应器处理废水的效果入手，提供了一种用于校园废水回用的一体式膜生物反应器，达到中水回用指标。主要的内容为：

（1）对校园废水采用膜生物反应器进行处理，将校园废水进行处理后出水指标达到《中华人民共和国中水水质回用标准》。

如图1所示，本发明的用于校园废水回用的一体式膜生物反应器由进水箱1、进水泵2、斜板3、膜生物反应器4、膜组件5、抽吸泵6、排泥口7、曝气头8和空气泵9构成，进水箱1经进水泵2与膜生物反应器4的进水口相连，膜生物反应器4的底部设置有排泥口7，膜生物反应器4的内部设置有斜板3、膜组件5和曝气头8，其中：曝气头8设置在膜生物反应器4的底部与空气泵9相连，斜板3位于膜生物反应器4的进水侧，膜组件5位于膜生物反应器4的出水侧且与抽吸泵6相连。

废水由进水箱1通过进水泵2从膜生物反应器4的上部进水口进入膜生物反应器4内，在膜生物反应器4内通过曝气头8完成氧的供应，完成生物降解过程，出水在抽吸泵6的作用下通过置于膜生物反应器4中部的膜组件5流出，污泥经斜板3沉淀后周期性通过底端排泥口7排出膜生物反应器4。

本发明中，所述膜组件5选用中空纤维膜，孔径为0.1～0.2 μm，膜过滤面积为0.2m²。

（2）通过大量实验考察各要素对膜生物反应器的影响，对膜生物反应器的工艺参数进行优化，并通过X射线衍射、红外光谱对活性污泥以及扫描电镜对中空纤维膜进行分析，对膜污染的机理进行初步探讨，以便提高膜的性能。

在一体式膜生物反应器正常的运行过程中，不同颗粒污泥浓度条件下每天对进出水水样进行COD、NH₃-N、TP检测，求出每天反应器对废水中COD、NH₃-N、TP的去除效率，绘制好氧颗粒污泥投加量对COD、NH₃-N、TP去除效率的曲线。运行周期结束时对一体式膜生物反应器污泥浓度、污泥体积指数、Zeta电位、膜通量进行定期检测，并利用电子显微镜、X射线衍射、红外光谱等对污泥特性、膜性能进行分析，绘制污泥浓度、污泥体积指数、Zeta电位、膜通量关于好氧颗粒污泥投加量的曲线。

本发明中，一体式膜生物反应器采取缺氧-厌氧-好氧工艺运行，A²/O工艺中缺氧时间为4h，溶解氧控制在0.2~0.5 mg/L，厌氧段时间为3h，溶解氧为0~0.2 mg/L，好氧段时间为16h，溶解氧含量为2~3 mg/L。

（3）通过大量实验研究，确定COD、NH₃-N、TP去除率与好氧颗粒污泥投加量及运行时间之间的关系，采用数理统计、数值分析的手段、建立数学模型以定量的关系进行分析。好氧颗粒污泥投加量和运行时间为自变量，COD、NH₃-N、TP去除率为因变量，采用二元多项式三维回归分析进行拟合数学曲面，以实时监测和分析各污染处理效果。

经过本发明一体式膜生物反应器处理过的校园废水，COD、NH₃-N、TP去除率可由原来的87.44%、83.25%、69.38%提高到99.17％、94.99％、85.22％，出水水质可达到《中华人民共和国中水水质回用标准》。

Claims (4)

1.一种用于校园废水回用的一体式膜生物反应器，其特征在于所述一体式膜生物反应器包括进水箱、进水泵、斜板、膜生物反应器、膜组件、抽吸泵、排泥口和曝气头，进水箱经进水泵与膜生物反应器的进水口相连，膜生物反应器的底部设置有排泥口，膜生物反应器的内部设置有斜板、膜组件和曝气头，其中：曝气头设置在膜生物反应器的底部，斜板位于膜生物反应器的进水侧，膜组件位于膜生物反应器的出水侧且与抽吸泵相连。

2.根据权利要求1所述的用于校园废水回用的一体式膜生物反应器，其特征在于所述膜组件为中空纤维膜。

3.根据权利要求2所述的用于校园废水回用的一体式膜生物反应器，其特征在于所述中空纤维膜的孔径为0.1～0.2 μm，膜过滤面积为0.2 m²。

4.一种利用权利要求1-3任一权利要求所述一体式膜生物反应器进行校园废水回用的方法，其特征在于所述方法步骤如下：

废水由进水箱通过进水泵从膜生物反应器的上部进水口进入膜生物反应器内，在膜生物反应器内通过曝气头完成氧的供应，完成生物降解过程，出水在抽吸泵的作用下通过膜组件流出，污泥经斜板沉淀后周期性通过底端排泥口排出膜生物反应器。