CN110606564A - 一种改进型厌氧膜生物反应器 - Google Patents

Abstract

一种改进型厌氧膜生物反应器，包括膜分离区（2）和厌氧反应区（1），膜分离区置于厌氧反应区之上方。膜分离区安装有膜组件（3），膜组件由真空纤维膜和膜支架组成。厌氧反应区包括进料泵9、进料管（14）、填料（11）、第一三相分离器（4）、第二三相分离器（5）、第一上升管（6）、第二上升管（7）、回流管（8）、沼气管（12）、出水管（13）和真空泵（10）。本发明提出使用自身产生的沼气和混合液冲刷膜表面，设计特定的高径比2～4:1，沼气带动混合液上升，沼气和混合液以较高的流速对膜表面进行冲刷，减少了对膜的污染。本发明是一种低能耗、低运行费用的厌氧膜污水处理技术。

Description

一种改进型厌氧膜生物反应器

技术领域

本发明涉及一种改进型厌氧膜生物反应器，属废水处理技术领域。

背景技术

厌氧膜生物反应器是一种将厌氧生物反应器和膜分离技术相结合的一种高效水处理技术，反应器具有产泥量少，能有效提高难降解有机物的去除效率，出水水质好等优点。但由于膜的污染问题，使膜的运行成本提高，制约厌氧膜生物反应器的应用和发展。

影响膜污染的因素很多，包括膜材质、跨膜压力( TMP)、错流速率( CFV )、污泥停留时间( SRT )、混合液悬浮固体质量浓度(MLSS )、胞外聚合物( EPS)、溶解性微生物产物( SMP)等。现有控制膜污染的方法有：白玲等将双轴旋转膜组件应用于浸没式厌氧膜生物反应器，通过增强水力搅动减轻膜污染；YUZ等用聚合氯化铝和聚丙烯酰胺来控制膜污染，Mustafa Aslan等利用甲烷对膜喷涌可以降低膜的阻力，减缓膜污垢层形成,MuhammadAslam等采用活性炭加入厌氧膜流化床处理城市污水，活性炭能够减轻膜污染,Yun使用压缩泵把沼气返回反应器内，用沼气冲刷膜表面来减轻膜污染；有在反应器内投加沸石粉（公开号CN1724410），形成污泥颗粒，减少絮状物，从而控制膜污染；有利用超声在线控制膜污染的方法（公开号CN1724411）;有利用纳米材料光催化氧化抑制膜污染的方法（公开号CN101224938）；有通过投加一定浓度的无机絮凝剂聚合硫酸铁来调控膜生物反应器中污染混合液的性质（公开号CN101905918）等。

现有控制膜污染技术较多，存在运行费用高，需要增加动力能耗和药剂费用，增加动力的方法有：白玲等将双轴旋转膜组件应用于浸没式厌氧膜生物反应器，增强了水力搅动，需安装双轴旋转设备和动力驱动；Mustafa Aslan等利用甲烷对膜喷涌可以降低膜的阻力，要用动力产生甲烷喷射；Yun使用压缩泵把沼气返回反应器内，用动力压缩沼气；有利用超声在线控制膜污染发展的方法，增加超声设备；需要增加药剂费用的有：YUZ等比较了聚合氯化铝和聚丙烯酰胺，需加入絮凝剂，Muhammad Aslam等采用活性炭加入厌氧膜流化床处理城市污水，需加入活性炭,在反应器内投加沸石粉，形成污泥颗粒；利用纳米材料光催化氧化抑制膜污染的方法，增加纳米材料；有通过投加一定浓度的无机絮凝剂聚合硫酸铁来调控膜生物反应器中污染混合液的性质，需要添加聚合硫酸铁药剂费等。

发明内容

本发明的目的是，根据现有膜生物反应器存在的膜污染，使膜的运行成本高的问题，本发明公开一种改进型厌氧膜生物反应器。

本发明实现的技术方案如下，一种改进型厌氧膜生物反应器，所述反应器采用特定设计的高径比生物反应器，并在反应器内增加球形悬浮填料，改变出水区内的混和液的特性，降低出水的ESP和ＳＭＰ浓度。

所述生物反应器的高径比为2∶4.1。

所述生物反应器分为上、下二部分；上部为膜分离区2，下部为厌氧反应区；膜分离区置于厌氧反应区之上方。

所述高径比生物反应器能使产生的沼气快速向上流，并气提带动废水一起对膜表面冲刷，减少滤饼层的厚度并防止膜污染，用自身产生的沼气和混合液冲刷膜表面，减少滤饼层的厚度并防止膜污染。

所述膜分离区内气提混合液分离区域安装有膜组件；所述膜组件由真空纤维膜和膜支架组成；真空纤维膜安装在膜支架上，真空纤维膜的长度方向垂直于水平面。

所述真空纤维膜长0.18m，外径0.9mm，内径0.6mm，一组2100根，共三组。

所述厌氧反应区包括进料泵、进料管、填料、第一三相分离器、第二三相分离器、第一上升管、第二上升管、回流管、沼气管、出水管和真空泵。

两个三相分离器分别置于厌氧反应区的中部和上部，用于分离泥、水、气；第一三相分离器置于厌氧反应区的中部，第一上升管一端与第一三相分离器相连，另一端进入膜分离区；第二三相分离器置于厌氧反应区的上部，第二上升管一端与第二三相分离器相连，另一端进入膜分离区；回流管垂直安装在厌氧反应区和膜分离区中，其一端深入厌氧反应器下部，另一端进入膜分离区；填料置于厌氧反应区的下部。

所述厌氧反应区与膜分离区由第一上升管、第二上升管和回流管连接起来；沼气管由膜分离区顶部接出；进料管置于厌氧反应区底部，一端与厌氧反应区外的进料泵连接；出水管一端位于膜组件上方，另一端与膜分离区外的真空泵连接。

所述填料为球形悬浮填料，由于球形悬浮填料截留颗粒物，污染停留时间( SRT )加长，改善污泥的性能，改变出水区内的混和液的特性，降低出水的胞外聚合物(ESP)和溶解性微生物产物（SMP）浓度，也能减少膜面的污染。

本发明的工作原理如下，本发明改进型厌氧膜生物反应器，废水由进料管14经进料泵9泵入厌氧反应区1的底部，与该室内的厌氧微生物混合；填料11富集微生物污泥，废水中所含的大部分有机物在这里被转化成沼气；由于高径比特点使产生的沼气快速向上流，气提作用带动废水向上流，厌氧反应区1下部反应室的沼气和混合液经第一三相分离器4分离后由第一上升管6进入膜分离区2；废水中所含的少部分有机物在反应区1上部反应室转化为沼气，产生的沼气和混合液经第二三相分离器5分离后由第二上升管7进入膜分离区2；因沼气的气提作用，以1～2气提比带动混合液上升，沼气和混合液以较高的流速沿上升管6、7进入膜分离区，对膜表面进行冲刷，减轻膜污染；被分离出的沼气由膜分离区2顶部的沼气管12排出；出水经膜3过滤后，经出水管13由真空泵10抽吸排出；分离出的泥水混合液将沿着回流管8回到厌氧反应区1底部，并与底部的颗粒污泥和进水充分混合，实现下部反应室1混合液的内部循环。

本发明的有益效果是，本发明提出使用自身产生的沼气和混合液冲刷膜表面，设计特定的高径比2～4:1，沼气带动混合液（气提比1～2）上升，沼气和混合液以较高的流速对膜表面进行冲刷，减少了对膜的污染；与好氧曝气相比不需用曝气来扰动膜面，也不需增加外界沼气泵来扰动膜面，也不要增加药剂，减少能源消耗和药剂费，本发明是一种低能耗、低运行费用的厌氧膜污水处理技术。本发明厌氧膜生物反应器与普通厌氧反应器相比，膜和球形填料对微生物的截留作用，具有较高微生物量和较长的污泥龄，容积负荷较高，对于难降解的有机废水处理有较好的效果，经本发明装置处理后的出水COD浓度低于普通厌氧反应器的出水。

附图说明

图1为本发明改进型厌氧生物反应器结构示意图；

其中，1为厌氧反应区，2为膜分离区，3为膜组件，4为第一三相分离器，5为第二三相分离器，6为第一上升管，7为第二上升管，8为回流管，9为进料泵，10为真空泵，11为填料，12为沼气管，13为出水管，14为进料管。

具体实施方式

本发明的具体实施方式如图1所示。

本实施例一种改进型厌氧膜生物反应器如图1所示。

本实施例为了解决膜污染问题，从错流速率( CFV )和污染停留时间( SRT )上改变膜污染问题。因为膜污染与膜面的流速有关，在较高的错流流速下，膜面流速的增加可以加大膜面水流扰动程度，减少滤饼层的厚度并防止膜污染；反应器内的球形悬浮填料可以改变混合液内性质，改善污泥性能，降低出水的胞外聚合物（ESP）和溶解性微生物产物（SMP）浓度，也能减少膜面的污染。

本实施例从二个技术方案控制膜污染，一是：设计改进型厌氧膜反应器装置，设计特定的高径（厌氧反应器的高度：直径）比为2～4:1，高径比的作用是提高进水和沼气的流速，使产生的沼气快速向上流，并气提带动废水一起对膜表面冲刷，减少滤饼层的厚度并防止膜污染，二是：在反应器内增加球形悬浮填料，由于球形填料空隙率大，比表面积大，能挂膜，大量的污泥（即微生物）挂在填料上，不易流失，增长了污泥停留时间长，改善污泥性能，污泥吸附降解有机污染物效果显著，同时填料也具有较强的截污能力，对悬浮物的截留作用很强，使出水区混合液污泥及悬浮物也减少，降低出水的ESP和SMP浓度。

本实施例改进型厌氧膜反应器设计如下：设计特定的高径（厌氧反应器的高度：直径）比为2～4:1。

厌氧膜反应器包括进料泵9、进料管14、厌氧反应区1、填料11、第一三相分离器4、第一上升管6、第二三相分离器5、第二上升管7、膜分离区2、膜组件3、回流管8、沼气管12、出水管13和真空泵10。

厌氧膜反应器分为上、下二部分，下部为厌氧反应区1，上部分为膜分离区2。

膜组件3置于膜分离区2内，填料11置于厌氧反应区1下部，二个气液固三相分离器4、5分别置于厌氧反应区1中部、上部，三相分离器作为分离泥、水、气的作用；厌氧反应区1与分离区2由第一上升管6、第二上升管7、回流管8连起来；第一上升管6的一端与第一三相分离器4连接；第二上升管7的一端与第二三相分离器5连接；沼气管12由膜分离区2的顶部接出；进料管14置于反应器1底部，进料管14的一端连接设置在厌氧反应区外的进料泵9；出水管13一端与膜组件3，另一端与膜分离区外的真空泵10连接。

本实施例的膜组件3由真空纤维膜和膜支架组成；真空纤维膜安装在膜支架上，真空纤维膜的长度方向垂直于水平面。所述真空纤维膜长0.18m，外径0.9mm，内径0.6mm，一组2100根，共三组。

本实施例的填料的比表面积为500-680m²/m³，孔隙率98%。

本实施例的废水处理过程与膜污染控制过程如下：废水由进料管14经进料泵9泵入厌氧反应区1底部，与该室内的厌氧微生物混合；填料11富集微生物污泥，废水中所含的大部分有机物在这里被转化成沼气；由于厌氧反应区的高径比特点，使产生的沼气快速向上流，气提作用带动废水向上流；厌氧反应区1下部反应室的沼气和混合液经第一三相分离器4分离后，由第一上升管6进入膜分离区2，废水中所含的少部分有机物在厌氧反应区1上部反应室转化为沼气；产生的沼气和混合液经第二三相分离器5分离后，由第二上升管7进入膜分离区2；因沼气的气提作用，以1～2的气提比带动混合液上升，沼气和混合液以较高的流速沿第一、二上升管进入膜分离区，对膜表面进行冲刷，减轻膜污染；被分离出的沼气由膜分离区2顶部的沼气管12排出，出水经膜组件3的真空纤维膜过滤后，经出水管13由真空泵10抽吸排出；分离出的泥水混合液将沿着回流管8回到厌氧反应区1的底部，并与底部的颗粒污泥和进水充分混合，实现厌氧反应室1下部混合液的内部循环。

Claims (9)

1.一种改进型厌氧膜生物反应器，其特征在于，所述反应器为高径比生物反应器，利用自身产生的沼气和混合液冲刷膜表面，防止膜污染；所述反应器内增加球形悬浮填料，改变出水区内的混和液的特性，降低出水的ESP和SMP浓度。

2.根据权利要求1所述的一种改进型厌氧膜生物反应器，其特征在于，所述生物反应器的高径比为2∶4.1。

3.根据权利要求1所述的一种改进型厌氧膜生物反应器，其特征在于，所述高径比生物反应器能使产生的沼气快速向上流，并气提带动废水一起对膜表面冲刷，减少滤饼层的厚度并防止膜污染。

4.根据权利要求1所述的一种改进型厌氧膜生物反应器，其特征在于，所述生物反应器分为上、下二部分；上部为膜分离区，下部为厌氧生物反应区；膜分离区置于厌氧生物反应区之上方。

5.根据权利要求4所述的一种改进型厌氧膜生物反应器，其特征在于，所述膜分离区内气提混合液分离区域安装有膜组件；所述膜组件由真空纤维膜和膜支架组成；真空纤维膜安装在膜支架上，真空纤维膜的长度方向垂直于水平面。

6.根据权利要求4所述的一种改进型厌氧膜生物反应器，其特征在于，所述厌氧生物反应区包括进料泵、进料管、填料、三相分离器、上升管、回流管、沼气管、出水管和真空泵；

两个三相分离器分别置于厌氧反应区的中部和上部，用于分离泥、水、气；第一三相分离器置于厌氧反应区的中部，第一上升管一端与第一三相分离器相连，另一端进入膜分离区；第二三相分离器置于厌氧反应区的上部，第二上升管一端与第二三相分离器相连，另一端进入膜分离区；回流管垂直安装在厌氧反应区和膜分离区中，其一端深入厌氧反应器下部，另一端进入膜分离区；填料置于厌氧反应区的下部。

7.根据权利要求5所述的一种改进型厌氧膜生物反应器，其特征在于，所述真空纤维膜长0.18m，外径0.9mm，内径0.6mm，一组2100根，共三组。

8.根据权利要求6所述的一种改进型厌氧膜生物反应器，其特征在于，所述厌氧生物反应区与膜分离区由第一上升管、第二上升管和回流管连接起来；沼气管由膜分离区顶部接出；进料管置于厌氧反应区底部，一端与厌氧生物反应区外的进料泵连接；出水管一端位于膜组件上方，另一端与膜分离区外的真空泵连接。

9.根据权利要求6所述的一种改进型厌氧膜生物反应器，其特征在于，所述填料为球形悬浮填料，由于球形悬浮填料截留颗粒物，污染停留时间加长，改善污泥的性能，改变出水区内的混和液的特性，降低出水的胞外聚合物和溶解性微生物产物浓度，也能减少膜面的污染。