CN106745731A - 一种流化床mbr设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种流化床MBR设备，可应用于污水处理和污水回用等领域。该MBR设备由曝气池、过渡池、膜分离池和设备运行所需的其他组件及设施组成；在曝气池、过渡池及膜分离池这三个生化反应池中，至少在一个反应池中放置可悬浮的多孔材料作为微生物的负载体，形成生物流化床。本发明公开的MBR设备具有结构紧凑、工艺灵活、生化反应效率高、运行能耗低等特点，能显著加速难降解有机污染物的可生化性，特别适合炼油、化工、印染、酿造、养殖、皮革和造纸等高浓度和难降解有机废水的处理。
Description
技术领域
本发明涉及污水处理及污水回用领域，特别是涉及一种MBR设备。
背景技术
膜生物反应器（Membrane Bio-Reactor，MBR）是一种将膜分离技术与生物处理技术相结合的污水处理系统。以膜组件取代传统生物处理技术末端二沉池，不仅减少了工程占地面积，而且生物反应器中保持高活性污泥浓度，提高了系统处理有机负荷的能力。同时由于分离膜的截留，世代周期较长的微生物，如硝化菌，能在系统内充分繁殖，因此MBR系统的硝化效果显著。
MBR系统广泛适用于生活小区、宾馆饭店、度假区、学校、写字楼等分散用户的日常生活污水处理，以及啤酒、制革、食品、化工等行业的高浓度有机污水处理。MBR系统的产水可用于灌溉、洗涤、环卫、造景等非饮用功能。如果加入反渗透和消毒等工艺，则产水可用于工业和饮用等用途。
传统的MBR系统中，往往将曝气装置和膜设备安装在一起。目的是通过曝气减少膜污染。这种配置方式存在两个问题：一是曝气量大、运行能耗高；二是前后进入的污水混合在一起，不利于系统连续式运行。这两个问题严重地制约了MBR技术的应用推广。
发明内容
本发明通过对传统MBR系统的改进，将曝气装置和膜组件分离，并用过渡池连接，能显著减少曝气量、增加污水有效处理时间、灵活地控制系统的生化反应环境。尤其是在曝气池、过渡池和/或膜分离池中设置悬浮的多孔材料作为微生物的负载体，促进微生物的多样性和增殖，并通过多孔材料对污染物质的吸附提高生化反应效率，从而可在水力停留时间较短的情况下得到良好的污水处理结果。
本发明公开的一种流化床MBR设备，包括曝气池、过渡池、膜分离池和设备运行所需的其他组件及设施。该流化床MBR设备的特征之一在于：曝气池、过渡池和膜分离池均设计为狭窄的垂直空间，其中过渡池用隔断形成狭长的通道使污水以推流方式前进，从而使污水流形成污染物浓度由高到低的梯度。所述改进的MBR设备尽量避免了传统MBR设备的混流状态，使污水流形成溶解氧浓度由高到低的梯度，使过渡池中形成由好氧至缺氧的生化反应环境。
该流化床MBR设备的另一个特征在于：在曝气池、过渡池和膜分离池这三个生化反应池中，至少在一个反应池中安装悬浮的多孔材料作为微生物的负载体。
本发明所述MBR设备的运行方法和各部分功能具体描述如下：
污水先进入曝气池，再进入过渡池，然后进入膜分离池，经过分离膜过滤后达标排放；曝气池为污水提供好氧生化反应环境，过渡池提供好氧至缺氧状态下的生化反应环境，膜分离池提供好氧生化反应环境及微滤过程。
进入曝气池的污水，可经过或不经过包括澄清、厌氧、缺氧、超级氧化等在内的预处理。
在所述曝气池中，靠近底部设置有污水入口和曝气装置。污水入口可设置于曝气管上方或下方。污水入口可采用分布式的多孔管。曝气装置可采用分布式的多孔管或多孔板。由于曝气池为狭窄的垂直空间，因此曝气气泡在升至水面的过程中有较长时间与污水接触，从而提高氧气在污水中的溶解浓度。优选地，曝气装置可采用孔径细小、孔密度大的多孔材料制造，使曝气气泡细腻，既降低了气泡的上升速度，又增加了气泡与污水的接触面积，从而提高了氧气的溶解效率，可降低曝气强度，降低运行能耗。
所述曝气池与所述过渡池相邻，曝气池中的污水可溢流至过渡池中。过渡池沿其长度和宽度方向被隔断，使污水只能从隔断的上部或下部通过，从而形成一组垂直的折叠通道。污水流经过渡池时，溶解氧逐渐被微生物消耗，因而其浓度逐渐降低。如果增加隔断的数量，则过渡池的通道长度和污水的流经时间相应增加，此时，在过渡池的末端可形成缺氧微生物环境。因此，在过渡池中，可发生好氧至缺氧的一系列生化反应，使难降解有机物充分停留降解，使硝化和反硝化反应得到强化，并保证了除磷效果。
所述过渡池中的污水最终溢流至相邻的膜分离池中。所述膜分离池的下部设置有分离膜组件。分离膜组件兼具曝气和过滤功能。曝气使膜分离池形成好氧生物环境，强化降COD和除磷效果。过滤则截留池中的微小颗粒，包括微生物、寄生虫（卵）等，使出水浊度和细菌数量达到出水要求。
在所述膜分离池中，几组分离膜组件可交替出水和空气反冲。出水时，出水压力可来自于膜分离池的液位静压，也可来自自吸泵的真空。空气反冲时，既可对分离膜进行清洁，又可起到曝气的作用。与所述曝气池相似，膜分离池也是狭窄的垂直空间，因此液位静压比较大、曝气效率比较高，从而大大降低了膜分离池的运行能耗。
所述膜分离池中的污水可全部或大部分经分离膜排出。小部分污水可回流至所述MBR设备前端的缺氧池中或所述MBR设备的曝气池中。
本发明所述流化床MBR设备，将多孔材料以悬浮的方式设置在设备的曝气池、过渡池和/或膜分离池中，形成生物流化床。多孔材料不溶于水、且耐微生物侵蚀，包括但不限于无机材料、有机高分子材料和金属材料等。多孔材料为通孔结构，宏观上，材料为包括但不限于海绵状、颗粒状等形态；微观上，其骨架由包含但不限于微孔、凹凸等结构形成高比表面。优选地，材料由尺寸大于2 mm的大孔和尺寸小于10 μm的微孔组成，大孔有利于污水的流通传质，微孔有利于微生物的附着和有机污染物的吸附。常见的这类材料包括聚氨酯泡沫、活性炭颗粒、空心树脂填料等等。
尤其在过渡池中，通过隔断形成狭长的水道，类似于氧化沟工艺设施。不同的是，氧化沟工艺需要大面积的工程用地，而本发明则充分利用垂直空间大大降低设备占地面积。为提高狭小空间的水处理能力，生物流化床发挥了重要作用：1）为微生物提供负载，促进了微生物的增殖和多样性；2）吸附污染性物质，反应池水流中的污染物浓度大大降低，因此可减少水力停留时间；3）使污水、空气、微生物充分接触交换，有利于难降解有机物的分解。
总之，该流化床MBR设备可以很方便地设置各反应池，尤其是过渡池的生化反应环境，以适应MBR进水的性质。可根据进水中污染物种类、可生化性及浓度等状况，将各反应池的溶解氧调整至合适浓度，使设备中的水处理效率达到最佳状态。
本发明的有益效果是：流化床MBR设备具有结构紧凑、工艺灵活、生化反应效率高、运行能耗低等特点；生物流化床促进了微生物的增殖和多样性，并通过多孔材料对污染物质的吸附，提高了生化反应效率，能显著加速难降解有机污染物的可生化性，特别适合炼油、化工、印染、酿造、养殖、皮革和造纸等高浓度和难降解有机废水的处理；该设备技术既适合制造小型一体化污水处理设备，也适合大规模污水处理应用。
附图说明
图1是本发明一种流化床MBR设备实例1的主体结构示意图；
附图中各部件的标记如下：1、曝气池；11、污水入口；12、曝气装置；2、过渡池；21、隔断；22、溢流液位；23、系统排气口/系统溢流口；24、隔断下部的污水流通口（黑色标记）；25、隔断上部的污水溢流口（白色标记）；3、膜分离池；31、分离膜组件（带出水及气反冲管路）；4、污泥排出口；5、多孔材料载体。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为明确的界定。
实施例1
图1是本发明实施例1的主体结构示意图。这种流化床MBR设备用不锈钢材料制造，包括曝气池1、过渡池2、膜分离池3，还包括图中没有显示的、能保证该设备运行所需的其他组件及设施。设备主体尺寸为长1.3 m、宽0.3 m、高1 m，其中曝气池1长0.25 m，过渡池2长0.75 m，膜分离池3长0.3 m。设备小巧紧凑，适合于家庭用户的污水处理和回用。
本实例中，曝气池1中设置了污水入口11和曝气装置12。曝气装置12由中空结构的平板式陶瓷分离膜组成，陶瓷分离膜的孔径为1~5 μm。污水入口11位于曝气装置12的上方，是由不锈钢管组成的分布式排水装置；不锈钢管的下部有一排直径2 mm的圆孔，以利于污水流向曝气装置12，使污水与气泡充分混合，并防止不锈钢管中沉积固态杂物，造成污水入口11堵塞。
过渡池2用3块隔断21分隔成4个狭长的空间。如图所示，这4个狭长的空间通过隔断21上部的溢流口或下部的出口连通，形成一个约4 m长的水流通道，使污水以推流方式前进，防止不同生化阶段的污水混合。
在过渡池2的每个狭长空间中，放置0.5公斤边长为2 cm的聚氨酯泡沫立方块。在狭长空间的上部和下部的进水口、出水口设置孔径0.5 cm的不锈钢网，将各狭长空间中的聚氨酯泡沫隔离、限定在各自的狭长空间中，避免不同狭长空间中的聚氨酯泡沫混合、造成微生物群落的混乱。所述聚氨酯泡沫的孔隙率大于80%，比表面积大于3×104 m2/m3；所述聚氨酯泡沫骨架对微生物和酶具有良好的亲和性，微生物负载量可达18 g/L。所述聚氨酯泡沫表面有利于好氧微生物群的繁殖；其内部由于溶解氧被外部微生物消耗，形成缺氧至厌氧状态，有利于厌氧微生物的繁殖。因此，在聚氨酯泡沫中，可同时实现硝化和反硝化同步进行。
膜分离池3中设置有两组分离膜组件31，分离膜元件采用具有中空结构的平板式陶瓷分离膜，分离膜孔径为0.1~0.5 μm。这两组分离膜组件交替进行出水和空气反冲洗过程。其中空气反冲洗过程起到两个方面的作用：一是清洁分离膜使之保持通量，二是起曝气作用。清洁和曝气的双重作用，有利于降低膜分离池的运行能耗。
在膜分离池的上部，设有系统排气口/系统溢流口23，用于系统气压和水位的平衡。溢流的污水可回流到曝气池1，也可回流到本设备的前端污水池（如缓冲池，或缺氧池等）。
设备运行时，污水先进入曝气池，再进入过渡池，然后进入膜分离池，经过分离膜过滤后达标排放。污水在设备中的流动，来自于液位的静压。
曝气池为污水提供好氧生化反应环境，过渡池提供好氧至缺氧状态下的生化反应环境，膜分离池提供好氧生化反应环境及微滤过程。
本实例具有结构紧凑、工艺灵活、生化反应效率高、运行能耗低等特点，适合于家庭等小量污水产量的处理。
实施例2
本实施例的主体与实例1的相同，只是在过渡池中，采用聚丙烯共聚树脂空心填料。填料尺寸为10 mm，孔尺寸2 ~ 5 mm，比表面积为500 m2/m3。所述空心填料的比表面积较小，在其内部形成不形成厌氧环境，不影响系统的除磷效果。
以上所述仅为本发明的实施例，设备的尺寸、部件及材质等只是该应用实例所拥有的特种，并非因此限制本发明的专利范围，根据应用环境和规模，设备可选用合适的尺寸、部件及材质等。凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (7)
1.一种流化床MBR设备，包括曝气池、过渡池、膜分离池和设备运行所需的其他组件及设施，其特征在于：在曝气池、过渡池和膜分离池这三个生化反应池中，至少在一个反应池中放置可悬浮的多孔材料作为微生物的负载体，形成生物流化床。
2.根据权利要求1所述可悬浮的多孔材料，其特征在于：材料不溶于水、且耐微生物侵蚀，包括但不限于无机材料、有机高分子材料和金属材料，孔隙率不低于20%。
3.根据权利要求1和权利要求2所述可悬浮的多孔材料，其特征在于：为通孔结构；宏观上，材料为包括但不限于海绵状、颗粒状等形态；微观上，其骨架由包含但不限于微孔、凹凸等结构形成高比表面；优选地，材料由尺寸大于2 mm的大孔和尺寸小于10 μm的微孔组成，大孔有利于污水的流通传质，微孔有利于微生物的附着和有机污染物的吸附。
4.根据权利要求1和权利要求2所述固定的多孔材料，其特征在于：多孔材料以悬浮的方式安置在所述MBR反应器中。
5.根据权利要求1所述过渡池，其特征在于：至少用1块隔断使所述过渡池形成垂直的狭长通道，污水只能从隔断的上部或下部通过，以近似推流方式前进。
6.根据权利要求5所述的过渡池，其特征在于：通过增加隔断的数量，使污水推流式前进，不同生化阶段的污水不发生混合，从而使过渡池中形成从好氧至缺氧生物环境的过渡。
7.根据权利要求1所述的MBR设备，其特征在于：曝气池为污水提供好氧生化反应环境，过渡池提供好氧至缺氧状态下的生化反应环境，膜分离池提供好氧生化反应环境及微滤过程。
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