CN108191055B - 一种能有效缓解膜污染的分置式厌氧陶瓷膜生物反应器 - Google Patents

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Abstract

一种能有效缓解膜污染的分置式厌氧陶瓷膜生物反应器，它涉及一种分置式厌氧膜生物反应器。它能有效缓解目前厌氧工艺与膜分离相结合的技术存在膜污染严重，清洗、更新费用大等问题。一种有效缓解膜污染的分置式厌氧膜生物反应器设置有厌氧生物反应器和陶瓷膜组件，厌氧生物反应器包括反应器外壁、三相分离器、进水管、出水管、回流管、集气管、采样口，陶瓷膜组件包括进水口、反应器壁、陶瓷膜片、U型托、进水管、出水管、回流管。本发明将厌氧膜生物反应器与陶瓷膜结合起来，有效的处理了城市生活污水，同时陶瓷膜组件较薄的厚度以及厌氧生物反应器的回流作用能使进水不断冲刷膜表面，有效的降低了膜污染速率。

Description

一种能有效缓解膜污染的分置式厌氧陶瓷膜生物反应器
技术领域
本发明涉及一种分置式厌氧膜生物反应器，具体涉及一种能有效缓解膜污染的分置式厌氧陶瓷膜生物反应器。
背景技术
目前，国内外普遍采用的城市生活污水处理工艺主要分为两类，好氧工艺和厌氧工艺。相比于传统的好氧工艺，厌氧工艺因其污泥产量低、所需能耗少以及能产生能源性气体甲烷而被越来越广泛的运用于城市生活污水处理。近年来，将厌氧生物处理与膜组件相结合的厌氧膜生物反应器(AnMBR)逐渐进入人们的视野。当AnMBR用于处理生活污水时，可以利用膜组件的截留功能，即使在较高的水力负荷下也可避免污泥的流失，从而保证了对微生物的有效截留以及有机物与污泥的良好接触，实现对生活污水的有效处理。AnMBR分为分置式与一体式。分置式AnMBR运行相对稳定，易于膜清洗和更换，但占地面积大，能耗高；一体式AnMBR占地小，运行费用低，但存在膜清洗困难等问题。
人工合成的膜产品分为有机膜和无机膜。无机膜的材质以陶瓷居多，是新材料领域的重要组成部分，相较于有机膜具有抗腐蚀性高、耐污染性强、化学稳定性佳、孔径分布窄、机械强度大等特点。因为陶瓷膜具有对极端环境条件的适应性及耐腐蚀性，将陶瓷膜与厌氧膜生物反应器耦合在一起将获得更好的污水处理效果，且提高了将其运用于实际污水处理工程的可能性。
尽管AnMBR和陶瓷膜具有很大的潜力，但是膜污染问题仍然是一个巨大的挑战，因为为减缓膜污染需要增加基础设施的投资和操作费用。虽然相比有机膜材料，使用陶瓷膜的成本更高，但是陶瓷膜膜污染速率缓慢，会使得膜污染后的清洗及维护费用降低，所以在长期使用过程中，陶瓷膜的费用并不一定比有机膜高。
另外，现有膜组件绝大多数均为方形水槽状，即在膜组件内部除了膜片所占空间外，污水可流动空间很大，较慢的进水流速对膜片表面基本不能产生任何扰动，所以膜组件所起到的作用仅仅是放置、固定膜片，并不能有效的减轻膜污染，而目前从膜组件本身结构的角度出发减轻膜污染的设计比较少。
发明内容
本发明是为了解决现有厌氧工艺与膜分离相结合的技术存在膜污染严重，清洗、更新费用大等问题，而提供的一种能有效缓解膜污染的分置式厌氧陶瓷膜生物反应器。
本发明的一种能有效缓解膜污染的分置式厌氧陶瓷膜生物反应器，其组成包括进水管(1)、反应器壳体(2)、三相分离器(4)、反应器出水管(5)、反应器回流管(6)、集气管(7)、进水泵(8)、膜组回流管(12)、反应器回流蠕动泵(15)、膜组回流蠕动泵(16)和陶瓷膜组件，所述反应器壳体(2)的底部设有反应器进水口(2-1)，所述反应器壳体(2)的侧壁上设有采样口(3)，所述三相分离器(4)设置在反应器壳体(2)内沉淀区，集气管(7)的一端与三相分离器(4)连接，集气管(7)的另一端设置在反应器壳体(2)外，所述反应器壳体(2)的上部设有反应器出水口(2-2)和反应器回流口(2-3)，且反应器出水口(2-2)和反应器回流口(2-3)均位于三相分离器(4)的上方，进水管(1)的一端与反应器进水口(2-1)连接，进水管(1)的另一端与进水泵(8)连接，反应器回流管(6)的一端与反应器回流口(2-3)连接，反应器回流管(6)的另一端与进水管(1)连通，反应器回流蠕动泵(15)安装在反应器回流管(6)上；
陶瓷膜组件包括膜组外壳(9)、U型托(10)、陶瓷膜片(11)、膜组回流管(12)、膜组出水管(13)、出水泵(14)，所述膜组外壳(9)的底部设有膜组进水口(9-1)，U型托(10)固装在膜组外壳(9)的腔体中，陶瓷膜片(11)置于U型托(10)上，膜组外壳(9)的顶部设有膜组出水口(9-2)，膜组外壳(9)的侧壁设有膜组回流口(9-3)，且膜组回流口(9-3)位于陶瓷膜片(11)之上，膜组出水管(13)的一端与膜组出水口(9-2)连接，膜组出水管(13)的另一端与出水泵(14)连接；
反应器出水管(5)的一端与反应器出水口(2-2)连接，反应器出水管(5)的另一端与膜组进水口(9-1)连接，膜组回流管(12)的一端与膜组回流口(9-3)连接，膜组回流管(12)的另一端与进水管(1)相连通，膜组回流蠕动泵(16)安装在膜组回流管(12)上。
进一步的，所述陶瓷膜片(11)为一片式平板陶瓷膜，材质为Al2O3，孔径为0.1μm。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
一、本发明在陶瓷膜组件上部设计有膜组回流管(12)，运行时陶瓷膜组件下部进水，上端回流管处由蠕动泵抽吸污水回流至厌氧生物反应器中，整个陶瓷膜片就浸没在不断流动的经过厌氧反应器处理过的污水中，此时的陶瓷膜组件相当于回流管路的一部分，而由物理学知识可知，一定的水流速度条件下，管道越粗，则水流越慢，管道越细，则水流越急。目前市面上较多的膜组件多是呈方形的水槽状，里面存水较多，所以少量污水进入膜组件内部并不能引起较大的扰动，而本发明中，膜组件的外壁是贴合内部的一片式陶瓷膜来设计的，也就是说，膜组件的长和高与内部的陶瓷膜片相差不多，膜片本身厚度大约为1cm，而膜组件的厚度仅为4cm，也即在膜组件内部，陶瓷膜片两侧仅各有1.5cm厚的空间供水流通过，所以系统的污水进入膜组件后会沿着膜片表面以相对较快的速度通过膜组件并回流至反应器，另有一部分污水经过膜片表面时被抽吸过滤形成膜组件出水。回流至厌氧生物反应器的污水流速较快，加大了厌氧生物反应器出水流速，再加上膜组件内部较狭窄的流动空间，从而加大了流体在膜组件内部的流速(相比于方形水槽状的膜组件)，增加了流体的剪切力，使之在不断冲刷膜表面的同时，不仅能够更有效的减少污染物在出水泵抽吸作用下在膜表面的沉积，还能够剥离膜表面吸附不紧密的污染物，有效地降低陶瓷膜组件的污染。
二、本发明将厌氧膜生物反应器与膜组件分置，能够有效降低厌氧生物反应器中污泥在膜表面的吸附和沉积，减缓膜污染。
三、本发明可以更方便的进行在线反冲洗，能减缓膜污染速率，延长膜使用时间，更有利于膜污染后的清洗和更换。
附图说明
图1是一种能有效缓解膜污染的分置式厌氧陶瓷膜生物反应器的整体结构示意图；
图2是陶瓷膜组件的结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1说明本实施方式，本实施方式包括进水管(1)、反应器壳体(2)、三相分离器(4)、反应器出水管(5)、反应器回流管(6)、集气管(7)、进水泵(8)、膜组回流管(12)、反应器回流蠕动泵(15)、膜组回流蠕动泵(16)和陶瓷膜组件，反应器壳体(2)的底部设有反应器进水口(2-1)，反应器壳体(2)的侧壁上设有采样口(3)，所述三相分离器(4)设置在反应器壳体(2)内沉淀区，集气管(7)的一端与三相分离器(4)连接，集气管(7)的另一端设置在反应器壳体(2)外，所述反应器壳体(2)的上部设有反应器出水口(2-2)和反应器回流口(2-3)，且反应器出水口(2-2)和反应器回流口(2-3)均位于三相分离器(4)的上方，进水管(1)的一端与反应器进水口(2-1)连接，进水管(1)的另一端与进水泵(8)连接，反应器回流管(6)的一端与反应器回流口(2-3)连接，反应器回流管(6)的另一端与进水管(1)连通，反应器回流蠕动泵(15)安装在反应器回流管(6)上；
陶瓷膜组件包括膜组外壳(9)、U型托(10)、陶瓷膜片(11)、膜组回流管(12)、膜组出水管(13)、出水泵(14)，所述膜组外壳(9)的底部设有膜组进水口(9-1)，U型托(10)固装在膜组外壳(9)的腔体中，陶瓷膜片(11)置于U型托(10)上，膜组外壳(9)的顶部设有膜组出水口(9-2)，膜组外壳(9)的侧壁设有膜组回流口(9-3)，且膜组回流口(9-3)位于陶瓷膜片(11)之上，膜组出水管(13)的一端与膜组出水口(9-2)连接，膜组出水管(13)的另一端与出水泵(14)连接；
反应器出水管(5)的一端与反应器出水口(2-2)连接，反应器出水管(5)的另一端与膜组进水口(9-1)连接，膜组回流管(12)的一端与膜组回流口(9-3)连接，膜组回流管(12)的另一端与进水管(1)相连通，膜组回流蠕动泵(16)安装在膜组回流管(12)上。
具体实施方式二：结合图1说明本实施方式，本实施方式是陶瓷膜片(11)为一片式平板陶瓷膜，材质为Al2O3，孔径为0.1μm。这种材质比于通常厌氧膜生物反应器中选用的PVDF等有机膜具有更宽的适用范围和较慢的膜污染速率。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。
本实施方式中待处理的污水及经过三相分离器4分离的回流的污水通过进水管1从反应器壳体2底部流入反应器内，在回流污水和厌氧消化气体的共同作用下使反应区(反应器壳体2内部的区域)内的厌氧颗粒污泥与污水充分接触，进行厌氧消化。厌氧消化完成后经三相分离器4的分离，消化气体由集气管7排出能有效缓解膜污染的分置式厌氧陶瓷膜生物反应器；固体污泥(又称颗粒污泥)则沉降至反应区继续参与厌氧消化；而液体分成二部分，一部分由反应器出水管5流入陶瓷膜组件；另一部分由反应器回流管6回流至反应器内。厌氧膜生物反应器的出水在陶瓷膜组件内经陶瓷膜片11的膜分离处理达到水质要求，由膜组出水管13排出能有效缓解膜污染的分置式厌氧陶瓷膜生物反应器。
经过测试，利用本实施方式能有效缓解膜污染的分置式厌氧陶瓷膜生物反应器处理生活污水，出水完全达到《污水综合排放标准》一级A标准。
本发明的实例应用：
用厌氧陶瓷膜反应器进行污水处理，进水为人工模拟生活污水，COD为500mg/L左右，反应器运行温度为30℃，膜通量为0.11m3/m2d。
新膜组件使用到第15d跨膜压差达到25kPa，膜污染发生速度较快，整个周期中膜压力持续上升，经过超声清洗后继续使用(第二次使用)。第二次使用过程中采用了反冲洗，在跨膜压差升高至15kPa(8天)时即进行反冲洗，反冲30min后跨膜压差降低至2kPa左右，继续使用，使用了6天跨膜压差升高至16kPa时进行了物理清洗，清洗后跨膜压差降低至2kPa左右，进行第三个阶段。第三个阶段使用了19天出水困难，期间采用了两次反冲洗。该实施例厌氧陶瓷膜反应器的运行周期(清洗膜组件的周期)平均为17天。通常的的厌氧膜生物反应器膜污染周期一般为10天左右，而本实例的厌氧陶瓷膜反应器的运行周期为17天，由此可见使用本发明进行水处理可以延长膜污染周期，有效缓解膜污染。

Claims (2)

1.一种能有效缓解膜污染的分置式厌氧陶瓷膜生物反应器，其特征在于：所述厌氧陶瓷膜生物反应器包括进水管(1)、反应器壳体(2)、三相分离器(4)、反应器出水管(5)、反应器回流管(6)、集气管(7)、进水泵(8)、膜组回流管(12)、反应器回流蠕动泵(15)和膜组回流蠕动泵(16)，所述反应器壳体(2)的底部设有反应器进水口(2-1)，所述反应器壳体(2)的侧壁上设有采样口(3)，所述三相分离器(4)设置在反应器壳体(2)内沉淀区，集气管(7)的一端与三相分离器(4)连接，集气管(7)的另一端设置在反应器壳体(2)外，所述反应器壳体(2)的上部设有反应器出水口(2-2)和反应器回流口(2-3)，且反应器出水口(2-2)和反应器回流口(2-3)均位于三相分离器(4)的上方，进水管(1)的一端与反应器进水口(2-1)连接，进水管(1)的另一端与进水泵(8)连接，反应器回流管(6)的一端与反应器回流口(2-3)连接，反应器回流管(6)的另一端与进水管(1)连通，反应器回流蠕动泵(15)安装在反应器回流管(6)上；
其特征在于：所述厌氧陶瓷膜生物反应器还包括陶瓷膜组件，陶瓷膜组件包括膜组外壳(9)、U型托(10)、陶瓷膜片(11)、膜组出水管(13)、出水泵(14)，所述膜组外壳(9)的底部设有膜组进水口(9-1)，U型托(10)固装在膜组外壳(9)的腔体中，陶瓷膜片(11)置于U型托(10)上，膜组外壳(9)的顶部设有膜组出水口(9-2)，膜组外壳(9)的侧壁设有膜组回流口(9-3)，且膜组回流口(9-3)位于陶瓷膜片(11)之上，膜组出水管(13)的一端与膜组出水口(9-2)连接，膜组出水管(13)的另一端与出水泵(14)连接，所述膜组外壳(9)的厚度为4cm；
反应器出水管(5)的一端与反应器出水口(2-2)连接，反应器出水管(5)的另一端与膜组进水口(9-1)连接，膜组回流管(12)的一端与膜组回流口(9-3)连接，膜组回流管(12)的另一端与进水管(1)相连通，膜组回流蠕动泵(16)安装在膜组回流管(12)上。
2.根据权利要求1所述的一种能有效缓解膜污染的分置式厌氧陶瓷膜生物反应器，其特征在于：所述陶瓷膜片(11)为一片式平板陶瓷膜，材质为Al2O3，孔径为0.1μm。
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