CN109205784A - 一种用于生活污水处理的膜生物反应器装置及工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于生活污水处理的膜生物反应器装置，包括反应器，该反应器内装有好氧污泥、底部连接污水输送管道；还包括：设于反应器内的搅拌器；设于反应器内且分别位于搅拌器两侧的第一膜组和第二膜组，第一膜组和第二膜组的上下两端分别通过对应的膜组件和管道外接对应的抽水泵和鼓风机，各管道上均设置阀门；分别设于搅拌器和第一膜组及第二膜组之间的两块挡板，第一膜组区域、搅拌器区域和第二膜组区域依次连通；以及污泥提升泵。本发明利用好氧MBR对生活污水进行处理，同时实现有机物、氨氮、总氮三种污染物的有效去除，同时利用膜内部的间歇曝气系统解决膜系统的堵塞问题，实现膜寿命的提高。

Description

一种用于生活污水处理的膜生物反应器装置及工艺

技术领域

本发明涉及生活污水处理技术领域，具体涉及一种用于生活污水处理的膜生物反应器装置及工艺。

背景技术

生活污水是人类生活生产过程中所产生的污水，是水体的主要污染源，它主要是粪便和洗涤污水。生活污水中含有大量的有机物，如纤维素、淀粉、糖类等，也常含有病原菌、病毒和寄生虫卵。城市住宅生活污水的无序排放不仅加剧了水资源的短缺，而且直接影响到人们的生存环境和水体污染程度；海洋工程平台及船舶生活污水的排放则严重影响着海洋环境。为此，人们也在以前所未有的决心寻求污水资源化的有效途径，并通过制定各种国际公约、排放标准来限制和提高生活污水的排放水质要求。

活性污泥法是生活污水的传统处理方法，其对有机物与氨氮的去除能力已经毋庸置疑，然而在好氧条件下，总氮的去除效果不甚理想。另外，活性污泥法的泥水分离是通过二沉池实现的，其分离率取决于污泥的沉降性能，因此考虑将膜生物反应器应用于污水处理，将膜系统替代二沉池，提升污水的泥水分离效率，解决传统活性污泥法中泥水分离困难，污泥产量大的难题。

近年来，膜生物反应器是广泛用于处理生活污水和工业有机废水，一般由生物反应器和膜组件组成，通过膜的过滤可以将悬浮物质或胶体等物质截留，过滤清液可以达到中水回用标准。然而，在实际使用过程中，由于膜生物反应器的过滤精度较高，容易受到污染。进而影响其正常使用。因此，有必要对现有技术进行改进。

专利号CN102963972A公开了一种连续循环式管膜生物反应器，包括反应器本体，反应器本体内设置有接触氧化柜，所述接触氧化柜通过进水泵连向循环管膜组；该循环管膜组包括一管膜和循环泵，管膜和循环泵通过回流管道相互串联成循环回路；管膜的管腔与浓缩液回流管相连通，管膜外侧的滤过腔与排放管相连通；工作时流经进水泵的进水流量V1与循环管膜组的滤过清液流量V3之比V1/V3＝2～10，流经管膜管内腔的循环流量V2与滤过清液流量V3之比V2/V3＝2～50。该管膜生物反应器，具有有机污染物去除效率高、滤膜不易被污染、使用寿命长的优点，然而，该发明对于总氮的去除能力欠缺，难以达到国家对总氮的出水标准。

专利号CN206069650U涉及污水处理技术领域，公开了一种基于膜生物反应器的生活污水处理装置，包括依次连接的污水管、栅格、斜板沉淀池、厌氧池、缺氧池和好氧池，还包括设于好氧池内的至少一个膜生物反应器，与膜生物反应器连通的出水管，设于好氧池底部的排泥管，以及设于好氧池内的L形反冲洗区，所述L形反冲洗区的进水口通过反冲洗管与出水管连接，所述L形反冲洗区的出水口与膜生物反应器对应，所述反冲洗管上还设有反冲洗泵。该装置通过反冲洗泵、反冲洗管和L形反冲洗区的设置，在实际使用过程中，可对好氧池内的膜生物反应器进行反冲洗，避免膜生物反应器长时间使用而受到污染，提高其使用效率。然而其成本较高，且装置复杂冗长。

专利号CN102092896A公开了一种双膜式生物反应器，包括外罐体、内罐体、生物填料、曝气管、膜丝、膜丝曝气管和布水管，外罐体下部设置承重格栅固定于外罐体，内罐体设置于外罐体中间，在两个罐体中形成生物膜反应区和膜分离过滤区，内罐体和外罐体之间为生物膜反应区，外罐体生物膜反应区的上部设置有布水管、溢流槽和溢流口，中部设置有生物填料通过曝气以培植生物膜，生物填料由承重格栅承托，底部设置有曝气管和排污阀，内罐体为膜分离过滤区，上部设置有膜出水管，中间设置有柱式膜丝，膜丝中间设置有膜丝曝气管。该发明的主要特点是结构简单、操作简便、去污能力强，但是该系统的污泥排放存在问题，容易发生污泥膨胀，从而导致膜污染加剧。

发明内容

本发明提供一种用于生活污水处理的膜生物反应器装置及工艺，利用好氧MBR对生活污水进行处理，同时实现有机物、氨氮、总氮三种污染物的有效去除，同时利用膜内部的间歇曝气系统解决膜系统的堵塞问题，实现膜寿命的提高。

一种用于生活污水处理的膜生物反应器装置，包括反应器，该反应器内装有好氧污泥、底部连接污水输送管道；还包括：

设于所述反应器内的搅拌器；

设于所述反应器内且分别位于搅拌器两侧的第一膜组和第二膜组，第一膜组的上下两端分别通过对应的膜组件和管道连接位于反应器外的第一膜组抽水泵和第一膜组鼓风机，第二膜组的上下两端分别通过对应的膜组件及管道连接位于反应器外的第二膜组抽水泵和第二膜组鼓风机，各管道上均设置对应阀门；

分别设于搅拌器和第一膜组及搅拌器和第二膜组之间的两块挡板，第一膜组区域、搅拌器区域和第二膜组区域依次连通；

以及污泥提升泵，所述污泥提升泵的进泥管道延伸至反应器内底部。

第一膜组和第二膜组竖向设置，第一膜组上端通过膜组件及管道连接第一膜组抽水泵、下端通过膜组件连接第一膜组鼓风机；第二膜组上端通过膜组件及管道连接第二膜组抽水泵、下端通过膜组件及管道连接第二膜组鼓风机。

第一膜组和第二膜组均采用死端过滤系统，外表面为膜过滤层。第一膜组和第二膜组作为过滤组件时，外表面为膜过滤层，在抽吸动力下，水透过膜过滤层然后排出，作为曝气组件时，气体从膜组件内部透过膜过滤层向外扩散。

第一挡板和第二挡板顶边固定于反应器顶板上，底边悬空，侧边与反应器内壁之间可接触也可不接触，第一挡板和第二挡板用于阻挡气泡扩散至相邻区域内。

本发明处理原理如下：

工艺通过大型蠕动泵将污水送入反应器主体，关闭第一膜组进气阀门，打开第二膜组进气阀门，开启第二膜组鼓风机，向第二膜组进行鼓风，在膜表面形成气泡，与液体接触，此时第二膜组充当曝气器，对第二膜组附近区域供氧，生活污水在好氧污泥的作用下，降解有机物，同时在硝化菌与氧气的共同作用下，氨氮转变成硝态氮；

在搅拌器的作用下，体系内污水逐渐进行混合，第二膜组区域的硝态氮传送至第一膜组区域，在挡板的作用下，第一膜组属于缺氧或是厌氧状态，有机物的消耗减慢，为反硝化菌提供碳源，令硝态氮转变成氮气，同时关闭第一膜组进气阀门，打开第一膜组抽水阀门与第一膜组抽水泵，在第一膜组的膜分离系统作用下泥水分离，清水从第一膜组排出；

以上步骤为一个单程循环，运行一段时间后，转变膜组职能，关闭第一膜组抽水阀门和第一膜组抽水泵，打开第一膜组进气阀门，开启第一膜组鼓风机，向第一膜组进行鼓风，在膜表面形成气泡，对第一膜组区域供氧，污水在好氧污泥的作用下，降解有机物，同时在硝化菌的作用下，氨氮转变成硝态氮；

在搅拌器的作用下，第一膜组区域的硝态氮传送至第二膜组区域，在缺氧的条件下，硝态氮转变成氮气，同时关闭第二膜组进气阀门，打开第二膜组抽水阀门和第二膜组抽水泵，在第二膜组的膜分离系统作用下泥水分离，清水从第二膜组排出，大循环完成；以上两套膜组交替使用，能够降低膜污染程度。

优选地，所述第一膜组和第二膜组均为平板陶瓷膜或中空纤维膜。

由于曝气膜组工作时，该膜组充当体系曝气器，气泡由里往外扩散，要求该运行膜组为死端过滤系统，优选为平板膜、管式中空纤维膜。

为营造充足的缺氧及厌氧环境，两套膜组的距离需要限定，优选地，优选地，第一膜组和第二膜组之间的间距为30～200cm。进一步优选为100cm。

为进一步确保缺氧及厌氧环境，在该反应器内分别靠近膜组的位置设置挡板，优选地，所述挡板与对应膜组之间的间距为5～10cm。该间距是指挡板距离较近膜组之间的间距。

优选地，所述反应器为柱形反应器，其顶部距离膜组顶部<＝20cm，其底部距离膜组底部<＝20cm，其直径范围为40～220cm。

为使反应器运行时曝气膜组可以形成涡流形水流，反应器优选为柱形反应器；曝气膜组运行时，为使气液接触充分，该反应器高度与膜高度需要匹配。所述反应器直径根据膜组的距离确定，因此优选为40～220cm。

进一步优选为反应器顶部距离膜组顶部等于10cm，其底部距离膜组底部等于20cm。

本发明还提供一种用于生活污水处理的膜生物反应器工艺，优选采用本发明装置进行，包括如下步骤：

(1)污水由污水输送管送入反应器内；

(2)关闭第二膜组抽水阀门，打开第二膜组进气阀门，开启第二膜组鼓风机，同时关闭第一膜组进气阀门，打开第一膜组抽水阀门和第一膜组抽水泵，向第二膜组进行鼓风，在膜表面形成气泡，对第二膜组区域供氧，污水在好氧污泥的作用下，降解有机物，同时在硝化菌的作用下，氨氮转变成硝态氮；在搅拌器的作用下，第二膜组区域的硝态氮传送至第一膜组区域，在缺氧的条件下，硝态氮转变成氮气，在第一膜组的膜分离系统作用下泥水分离，清水从第一膜组排出；

该步骤中也可先从第一膜组进气第二膜组出水。

(3)步骤(2)为一个单程循环，运行一定时间后，关闭第一膜组抽水阀门，打开第一膜组进气阀门，开启第一膜组鼓风机，同时关闭第二膜组进气阀门，打开第二膜组抽水阀门和第二膜组抽水泵，反向进行，完成一次大循环；

(4)步骤(2)和步骤(3)交替进行，并定时排泥。

本发明终，为确保有机物、氨氮、总氮的有效去除需要考虑水力停留时间，若时间过短，无法保证有机物的高效去除，若时间太长，处理水量过少，成本过高。优选地，考虑单循环的运行时间范围为1～6h，进一步优选为4h。

为增加好氧曝气区域的溶解氧，需要保证鼓风曝气强度，若强度过高，则造成能耗过大，成本提高，若强度过低，对膜表面污染物的去除能力有所影响，优选地，第一膜组鼓风机和第二膜组鼓风机的曝气强度均为400～450L/m²h、操作压力均为30～50kPa。

膜组处理水量视膜材质而定，第一膜组和第二膜组为平板陶瓷膜时，陶瓷膜流量为30～50L/h/m²；第一膜组和第二膜组为中空纤维膜时，中空纤维膜流量为15-20L/h/m²。

另外，膜表面孔径对气泡的大小影响较大，若孔径较小，则会形成微气泡，对好氧处理具有促进作用，而孔径较大，则会形成中型或大型气泡，度膜表面的冲刷能力增强，因此，需要确定一个合适的孔径范围，优选地，膜表面孔径为0.1μm～1μm。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

(1)将有机物、氨氮、总氮去除工艺三位一体，成为一体化装置；

(2)利用膜体直接曝气对膜表面进行反冲，实现膜污染的有效缓解；

(3)双膜的交替运行，增加处理水量，缩短处理时间，延长膜使用时限。

附图说明

图1是本发明装置的结构示意图。

图中所示附图标记如下：

1-反应器 2-污水输送管 3-大型蠕动泵

4-第一膜组 5-第二膜组 6-第一膜组抽水阀门

7-第二膜组抽水阀门 8-第一膜组抽水泵 9-第二膜组抽水泵

10-第一膜组进气阀门 11-第二膜组进气阀门 12-第一膜组鼓风机

13-第二膜组鼓风机 14-第一挡板 15-第二挡板

16-搅拌器 17-污泥提升泵

具体实施方式

如图1所示，一种用于生活污水处理的膜生物反应器装置，包括反应器1，反应器1为柱形反应器，反应器底部连接污泥输送管2，污泥输送管2与大型蠕动泵3连接，反应器内装有好氧污泥。

反应器内中心处设置搅拌器16，本实施方式中采用顶置搅拌器，搅拌器的桨叶伸入反应器内下半部中，反应器内设置两套膜组(第一膜组4和第二膜组5)，第一膜组4和第二膜组5分别位于搅拌器的两侧，搅拌器与第一膜组之间设置竖向的第一挡板14，搅拌器与第二膜组之间设置竖向的第二挡板15，第一挡板及第二挡板均向下延伸至搅拌桨叶高度处，第一挡板和第二挡板的顶边固定于反应器顶板、底边及侧边均与反应器内壁间隔一定距离，用于泥水混合物流动。

第一膜组4和第二膜组5均采用死端过滤系统，第一膜组4的底端通过膜组件及管道外接第一膜组鼓风机12，连接管道上设置第一膜组进气阀门10，第一膜组顶端通过膜膜组件及管道连接第一膜组抽水泵8，连接管道上设置第一膜组抽水阀门6；第二膜组底端通过膜组件和管道外接第二膜组鼓风机13，连接管道上设置第二膜组进气阀门11，第二膜组顶端通过膜组件及管道外接第二膜组抽水泵9，连接管道上设置第二膜组抽水阀门7。第一膜组和第二膜组用作过滤组件时，污水经过模组表面过滤后进入模组内，然后排出；第一膜组和第二膜组用作曝气组件时，气体由膜组内经过表面扩散至污水中。

还设置一污泥提升泵17，污泥提升泵的进泥管道进口延伸至反应器内的底部，定期排泥。

本实施方式中，MBR膜采用膜孔径为0.1～1μm的无机陶瓷膜，挡板材质为具有刚性的塑料制品。反应器顶部距离膜组顶部<＝20cm，其底部距离膜组底部<＝20cm；第一挡板与第一膜组之间的间距以及第二挡板与第二膜组之间的间距均为5～10cm，第一膜组与第二膜组之间的间距为30～200cm。

本发明工作方式如下：

工艺通过大型蠕动泵3将污水送入反应器主体，关闭第二膜组抽水阀门7，打开第二膜组进气阀门11，开启第二膜组鼓风机13，向第二膜组进行鼓风，在膜表面形成气泡，与液体接触，此时第二膜组充当曝气器，对第二膜组附近区域供氧，生活污水在好氧污泥的作用下，降解有机物，同时在硝化菌与氧气的共同作用下，氨氮转变成硝态氮；

在搅拌器16的作用下，体系内污水逐渐进行混合，第二膜组区域的硝态氮传送至第一膜组区域，在挡板的作用下，第一膜组属于缺氧或是厌氧状态，有机物的消耗减慢，为反硝化菌提供碳源，令硝态氮转变成氮气，同时关闭第一膜组进气阀门10，打开第一膜组抽水阀门6与第一膜组抽水泵8，在第一膜组的膜分离系统作用下泥水分离，清水从第一膜组排出；

以上步骤为一个单程循环，运行一段时间后，转变膜组职能，关闭第一膜组抽水阀门6，打开第一膜组进气阀门10，开启第一膜组鼓风机12，向第一膜组进行鼓风，在膜表面形成气泡，对第一膜组区域供氧，污水在好氧污泥的作用下，降解有机物，同时在硝化菌的作用下，氨氮转变成硝态氮；

在搅拌器16的作用下，第一膜组区域的硝态氮传送至第二膜组区域，在缺氧的条件下，硝态氮转变成氮气，同时关闭第二膜组进气阀门11，打开第二膜组抽水阀门7与第二膜组抽水泵9，在第二膜组的膜分离系统作用下泥水分离，清水从第二膜组排出，大循环完成；以上两套膜组交替使用。

应用实例1

实施方式与上述相同，膜生物反应器内温度为25℃，pH值为7.0，污泥浓度在5g/L，初始膜通量为30L/m²/h，厌氧膜生物反应器水力停留时间为4h，沼液COD为432mg/L，最终阳极液出水COD为3500mg/L，膜通量为280L/m²/h。

应用实例2

实施方式与上述相同，厌氧膜生物反应器内温度为35℃，pH值为7.0，污泥浓度在20g/L，初始膜通量为300L/m2/h，厌氧膜生物反应器水力停留时间为8h，沼液COD为12000mg/L，VFA浓度为4450mg/L，最终阳极液出水COD为4350mg/L，膜通量为290L/m²/h。

以上所述仅为本发明专利的具体实施案例，但本发明专利的技术特征并不局限于此，任何相关领域的技术人员在本发明的领域内，所作的变化或修饰皆涵盖在本发明的专利范围之中。

Claims (10)

1.一种用于生活污水处理的膜生物反应器装置，包括反应器，该反应器内装有好氧污泥、底部连接污水输送管道；其特征在于，还包括：

设于所述反应器内的搅拌器；

设于所述反应器内且分别位于搅拌器两侧的第一膜组和第二膜组，第一膜组的上下两端分别通过对应的膜组件和管道连接位于反应器外的第一膜组抽水泵和第一膜组鼓风机，第二膜组的上下两端分别通过对应的膜组件及管道连接位于反应器外的第二膜组抽水泵和第二膜组鼓风机，各管道上均设置对应阀门；

分别设于搅拌器和第一膜组及搅拌器和第二膜组之间的两块挡板，第一膜组区域、搅拌器区域和第二膜组区域依次连通；

以及污泥提升泵，所述污泥提升泵的进泥管道延伸至反应器内底部。

2.根据权利要求1所述膜生物反应器装置，其特征在于，第一膜组和第二膜组均采用死端过滤系统，外表面为膜过滤层。

3.根据权利要求1所述膜生物反应器装置，其特征在于，所述第一膜组和第二膜组均为平板陶瓷膜或中空纤维膜。

4.根据权利要求1所述膜生物反应器装置，其特征在于，所述第一膜组和第二膜组之间的间距为30～200cm。

5.根据权利要求1所述膜生物反应器装置，其特征在于，所述挡板与对应膜组之间的间距为5～10cm。

6.根据权利要求1所述膜生物反应器装置，其特征在于，所述反应器为柱形反应器，其顶部距离膜组顶部<＝20cm，其底部距离膜组底部<＝20cm，其直径范围为40～220cm。

7.一种用于生活污水处理的膜生物反应器工艺，其特征在于，包括如下步骤：

(1)污水由污水输送管送入反应器内；

(2)关闭第二膜组抽水阀门，打开第二膜组进气阀门，开启第二膜组鼓风机，关闭第一膜组进气阀门，打开第一膜组抽水阀门和第一膜组抽水泵，向第二膜组进行鼓风，在膜表面形成气泡，对第二膜组区域供氧，污水在好氧污泥的作用下，降解有机物，同时在硝化菌的作用下，氨氮转变成硝态氮；在搅拌器的作用下，第二膜组区域的硝态氮传送至第一膜组区域，在缺氧的条件下，硝态氮转变成氮气，在第一膜组的膜分离系统作用下泥水分离，清水从第一膜组排出；

(3)步骤(2)为一个单程循环，运行一定时间后，关闭第一膜组抽水阀门，打开第一膜组进气阀门，开启第一膜组鼓风机，关闭第二膜组进气阀门，打开第二膜组抽水阀门和第二膜组抽水泵，反向进行，完成一次大循环；

(4)步骤(2)和步骤(3)交替进行，并定时排泥。

8.根据权利要求7所述方法，其特征在于，所述单程循环的运行时间为1～6h。

9.根据权利要求7所述方法，其特征在于，第一膜组鼓风机和第二膜组鼓风机的曝气强度均为400～450L/m²h、操作压力均为30～50kPa。

10.根据权利要求7所述方法，其特征在于，第一膜组和第二膜组为平板陶瓷膜时，陶瓷膜流量为30～50L/h/m²；第一膜组和第二膜组为中空纤维膜时，中空纤维膜流量为15-20L/h/m²。