CN112358050A - 一种mabr-mbbr耦合式环流生物反应器及污水处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种MABR‑MBBR耦合式环流生物反应器，包括相互接通的MABR反应区、MBBR反应区和循环柱；所述MABR反应区的两侧设有封头，两侧封头间设有中空纤维膜丝，且中空纤维膜丝的外表面上附着功能微生物群落，两侧封头分别设有进气管和排气管；所述MBBR反应区内填充有MBBR填料；所述循环柱内设有液体驱动装置；所述MBBR反应区的下端设有污泥区。本发明拥有高度密集菌群，功能微生物呈现多样性。MABR生物膜富集着好氧硝化菌等无机自养型微生物，反硝化菌等兼氧性菌群，厌氧产甲烷、产氢产酸菌种等厌氧异养型微生物，MBBR生物膜主要富集着厌氧异养型微生物，两种生物膜相比传统生物膜活性高，生物膜不易脱落，与污水接触面积大等，增强整个生化系统脱氮除碳的性能。
Description
技术领域
本发明涉及污水处理技术领域，具体为一种利用MABR-MBBR耦合系统对污水进行处理的装置及方法。
背景技术
近年来，随着我国经济飞速发展，工业和农业生产过程中污水排放量也随之增加，其中污水含氮量大幅度增加，导致地表水体大面积区域富营养化，造成严重的生态环境灾害。生物膜法是我国现阶段污水生化处理领域中常用的水处理技术之一，近几年，我国对污水处理厂出水水质要求越来越严格，传统生物膜法处理含氮污水技术及工艺流程上比较成熟，但是基建成本及运行成本普遍较高，污泥产量较大，能耗大，脱氮效果难以进一步提高。
膜曝气生物膜反应器(Membnear Aeration Biologies Reaetor，MABR)耦合了传统生物膜法与透氧膜技术而成的一种新型污水处理技术，利用微孔或致密疏水性透氧中空纤维膜为附着在该中空纤维膜上的生物膜进行供氧。膜材料主要为生物膜提供载体和供给氧气，氧气及有机质在浓度差、吸附等驱动下，从生物膜两侧进入生物膜内称为异相传质；曝气操作压力低于泡点压力时，形成微小气泡称为无泡曝气；由于异向传质及无泡曝气，使附着在中空纤维膜外表面上的生物膜形成独特的生物膜活性分层结构从靠近膜丝一侧到接触污水一侧分为三层，依次为好氧层、兼氧层和厌氧层；以上为MABR技术独特的技术优势，使MABR技术具有同步硝化反硝化能力，有效实现脱氮除碳作用。
移动床生物膜反应器(Moving-Bed Biofilm Reactor，MBBR)耦合了活性污泥法和生物膜技术而形成的一种新型、高效污水处理工艺。将悬浮填料投加到生物膜反应器中作为生物膜的载体，悬浮材料密度接近于水，并与污水频繁接触，微生物逐渐生长在悬浮填料的表面，形成生物膜，污水中有机质被生物膜中微生物通过新陈代谢进行降解去除。
针对近年来，地表污水中含氮量大幅增加，尤其高氨氮有机废水，采用常规污水处理工艺难以实现有效脱氮除碳的难题，本发明公开了一种MABR-MBBR耦合式环流生物反应器，该反应器中MABR反应区的中空纤维膜组件为贯通式，污水中有机物被MABR生物膜吸附、降解，进行同步硝化反硝化作用，MBBR反应区为厌氧微生物生长繁殖区域，主要为了提高反硝化作用。污水中含有少量具有生物抑制作用的有机物时，MABR生物膜的厌氧层直接接触污水，导致厌氧层微生物受到该有机物的抑制作用大，脱氮性能势必大幅降低，MBBR生物膜可以弥补此缺陷，可以有效提高脱氮能力。
发明内容
本发明的目的在于提供了一种MABR-MBBR耦合式环流生物反应器及污水处理方法，可以有效提高反硝化能力，可实现高效脱氮除碳，反应器运行方便，污泥易附着，氧气利用率高，产泥量少等优势，可用于处理含高氨氮有机废水。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种MABR-MBBR耦合式环流生物反应器，包括相互接通的MABR反应区、MBBR反应区和循环柱；所述MABR反应区的两侧设有封头，两侧封头间设有中空纤维膜丝，且中空纤维膜丝的外表面上附着功能微生物群落，两侧封头分别设有进气管和排气管；所述MBBR反应区内填充有MBBR填料，且MBBR填料外表面附着厌氧菌群；所述循环柱内设有液体驱动装置；所述MBBR反应区的下端设有污泥区。
优选的，所述MBBR反应区设置在MABR反应区的下部，且MBBR反应区与MABR反应区通过折流板隔开；所述MBBR反应区处设有进水管，所述MABR反应区处设有出水管和备用管口。
优选的，所述MBBR反应区的下壁设有反应器底座，所述循环柱的下壁设有循环柱底座。
优选的，所述MABR反应区与循环柱通过上部循环过渡管接通，所述MBBR反应区与循环柱通过下部循环过渡管接通。
优选的，所述MBBR反应区与污泥区和下部循环过渡管之间设有防冲击多孔板，所述污泥区呈漏斗形，且污泥区的底端设有排泥管。
优选的，所述液体驱动装置包括电机，所述电机安装在循环柱上，所述电机的电机轴驱动轴流式搅拌桨，所述循环柱内设有桨轴固定器，且轴流式搅拌桨穿过桨轴固定器。
优选的，所述MBBR反应区设有小型驱动电机，所述小型驱动电机的电机轴上设有小型搅拌桨。
优选的，所述电机的电机轴与轴流式搅拌桨通过万向节相连接。
本发明还提供一种MABR-MBBR耦合式环流生物反应器的污水处理方法,其特征在于：污水由进水管输入，启动电机，通过轴流式搅拌桨的推流作用下，循环柱中的污水向上流动，由上部循环过渡管进入MABR反应区，然后MABR反应区污水向下流动，通过隔档板缝隙进入MBBR反应区，再由下部循环过渡管进入循环柱中，此刻反应器内污水呈现环流式状态；
空气或氧气在低于泡点压力的操作压力下，由进气管进入到中空纤维膜内部，空气或氧气在膜腔内流动，在操作供氧压力驱动下，氧气透过膜的微小孔隙，以微观分子态的形式扩散进入到附着在中空纤维膜外表面的生物膜内部，未透过膜的气体由出气管排出；污水中的有机质在浓度差的驱动下，从生物膜的外层传入到生物膜内部；在生物膜中的微生物菌群的生陈代谢作用下，使污水中的氮、碳等去除；污水中的含氮物质通过MBBR填料外表面附着的厌氧菌群生陈代谢去除。
优选的，循环柱使MABR反应区、MBBR反应区中的污泥和污水混合均匀进行循环，并呈现环流状态，提高微生物与污水中的有机质的传质效果，并满足各个反应区水力扰动。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：(1)拥有高度密集菌群，功能微生物呈现多样性。MABR生物膜富集着好氧硝化菌等无机自养型微生物，反硝化菌等兼氧性菌群，厌氧产甲烷、产氢产酸菌种等厌氧异养型微生物，MBBR生物膜主要富集着厌氧异养型微生物，两种生物膜相比传统生物膜活性高，厚度大，生物膜不易脱落，与污水接触面积大等，增强整个生化系统脱氮除碳的性能。
(2)无泡曝气，氧气利用率高，所需供氧曝气压力低，保证微生物生长供氧同时，可以避免过量曝气使污水中溶解氧过高，可以大幅度降低运行成本。
(3)避免二次污染，当反应器处理含有易挥发性有机物污水时，无泡曝气可避免随气泡扩散到空气中，造成空气污染。
(4)避免表面活性剂及类似物质发泡问题。
(5)污泥易附着，并产泥量少，节约污泥处理成本。
(6)设备可以间歇性运行，降低了能耗，提高设备的效率。
(7)对于含高氨氮污水的水质特征，本发明采用稳定的处理工艺，出水水质较稳定，可实现污水资源化处理。
(8)工程造价低，运行费用低，并在经济效益，环境效益和社会效益方面均具有贡献意义。
附图说明
图1为本发明MABR-MBBR耦合式环流生物反应器的结构示意图。
图2为本发明MABR-MBBR耦合式环流生物反应器的结构示意图。
图3为本发明MABR-MBBR耦合式环流生物反应器的封头示意图。
图4为本发明MABR-MBBR耦合式环流生物反应器的封头示意图。
图5为本发明MABR-MBBR耦合式环流生物反应器的MBBR填料示意图。
图6为本发明MABR-MBBR耦合式环流生物反应器的MBBR填料示意图。
图7为本发明MABR-MBBR耦合式环流生物反应器的防冲击多孔板示意图。
1-驱动电机；2-轴流式搅拌桨；3-循环柱；4-循环柱底座；5-上部循环过渡管；6-出水管；7-封头；8-MABR反应区；9-备用管口；10-隔档板；11-MBBR反应区；12-MBBR填料；13-进水管；14-防冲击多孔板；15-污泥区；16-反应器底座；17-排泥管；18-下部循环过渡管；19-中空纤维膜丝；20-进气管；21-小型搅拌桨；22-小型驱动电机；23-万向节；24-排气管；25-硅胶密封件。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-7，本发明提供一种技术方案：一种MABR-MBBR耦合式环流生物反应器，包括相互接通的MABR反应区8、MBBR反应区11和循环柱3；MABR反应区8的两侧设有封头7，两侧封头7间设有中空纤维膜丝19，且中空纤维膜丝19的外表面上附着功能微生物群落，两侧封头7分别设有进气管20和排气管24，同时进气管20和排气管24接通中空纤维膜丝19，保证气体能够作用在其上；MBBR反应区11内填充有MBBR填料12，且MBBR填料12外表面附着厌氧菌群，MBBR填料材质12为聚乙烯柱状悬浮填料，实现对于污水中含氮物质的代谢去除。MBBR反应区11还设有小型驱动电机22，小型驱动电机22的电机轴上设有小型搅拌桨21，通过小型搅拌桨21对MBBR反应区11内进行搅拌，使MBBR填料12在MBBR反应区11内不断上下浮动，提高附着在MBBR填料12的微生物与污水中有机质的接触及吸附能力。
循环柱3内设有液体驱动装置，保证MABR反应区8、MBBR反应区11和循环柱3之间液体的正常流通。液体驱动装置包括电机1，电机1安装在循环柱3上，电机1的电机轴通过万向节23驱动轴流式搅拌桨2，循环柱3内设有桨轴固定器，且轴流式搅拌桨2穿过桨轴固定器。桨轴固定器具有固定桨杆作用，防止轴流式搅拌桨2转速较大时造成的轴心不稳及晃动。通过搅拌桨的驱动效果，实现液体的流动。
MBBR反应区11设置在MABR反应区8的下部，且MBBR反应区11与MABR反应区8通过折流板10隔开，折流板的数量为两个，且相互之间呈交错设置，从而保证MBBR填料12不会进入到MABR反应区8中；MBBR反应区11处设有进水管13，MABR反应区8处设有出水管6和备用管口9实现污水的输入与输出。
MBBR反应区11的下壁设有反应器底座16，循环柱3的下壁设有循环柱底座4，保证装置的整体稳定性。
MABR反应区8与循环柱3通过上部循环过渡管5接通，MBBR反应区11与循环柱3通过下部循环过渡管18接通，同时上部循环过渡管5和下部循环过渡管18的中部均通过圆形法兰连接成整体，法兰连接处设有硅胶密封件25，硅胶密封件25内有螺母容纳腔并且下端为内翻状底边，内翻状底边与两种法兰盘的接触面为粗糙面，粗糙面涂抹硅脂或凡士林。
MBBR反应区11的下端设有污泥区15，污泥区15呈漏斗形，且污泥区15的底端设有排泥管17，MBBR反应区11内产生的污泥将沿着防冲击多孔板14进入污泥区15，污泥区15的作用为收集微生物生陈代谢后产生的剩余污泥，方便进行后续的处理。MBBR反应区11与污泥区15和下部循环过渡管18之间设有防冲击多孔板14，防止MBBR填料12随着液体流出MBBR反应区11。同时防冲击多孔板14通过长方形法兰与污泥区15和MBBR反应区11相连接，连接处均有长方形密封件，保证装置的整体密封性。所用圆形及长方形的密封件皆为硅胶材质，具有软性特征，易剪裁安装，较适度的厚度可以调节的扳手在硅胶密封件的外部将螺母拧紧，起到长期良好的密封效果。
本发明还提供一种MABR-MBBR耦合式环流生物反应器的污水处理方法,污水由进水管13输入，启动电机1，通过轴流式搅拌桨2的推流作用下，循环柱3中的污水向上流动，由上部循环过渡管5进入MABR反应区8，然后MABR反应区8污水向下流动，通过隔档板10缝隙进入MBBR反应区11，再由下部循环过渡管18进入循环柱3中，此刻反应器内污水呈现环流式状态；
空气或氧气在低于泡点压力的操作压力下，由进气管20进入到中空纤维膜19内部，空气或氧气在膜腔内流动，在操作供氧压力驱动下，氧气透过膜的微小孔隙，以微观分子态的形式扩散进入到附着在中空纤维膜19外表面的生物膜内部，未透过膜的气体由出气管24排出；污水中的有机质在浓度差的驱动下，从生物膜的外层传入到生物膜内部；在生物膜中的微生物菌群的生陈代谢作用下，使污水中的氮、碳等去除；污水中的含氮物质通过MBBR填料12外表面附着的厌氧菌群生陈代谢去除。
循环柱3使MABR反应区8、MBBR反应区11中的污泥和污水混合均匀进行循环，并呈现环流状态，提高微生物与污水中的有机质的传质效果，并满足各个反应区水力扰动。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (10)
1.一种MABR-MBBR耦合式环流生物反应器，其特征在于：包括相互接通的MABR反应区(8)、MBBR反应区(11)和循环柱(3)；所述MABR反应区(8)的两侧设有封头(7)，两侧封头(7)间设有中空纤维膜丝(19)，且中空纤维膜丝(19)的外表面上附着功能微生物群落，两侧封头(7)分别设有进气管(20)和排气管(24)；所述MBBR反应区(11)内填充有MBBR填料(12)，且MBBR填料(12)外表面附着厌氧菌群；所述循环柱(3)内设有液体驱动装置；所述MBBR反应区(11)的下端设有污泥区(15)。
2.根据权利要求1所述的MABR-MBBR耦合式环流生物反应器，其特征在于：所述MBBR反应区(11)设置在MABR反应区(8)的下部，且MBBR反应区(11)与MABR反应区(8)通过折流板(10)隔开；所述MBBR反应区(11)处设有进水管(13)，所述MABR反应区(8)处设有出水管(6)和备用管口(9)。
3.根据权利要求1所述的MABR-MBBR耦合式环流生物反应器，其特征在于：所述MBBR反应区(11)的下壁设有反应器底座(16)，所述循环柱(3)的下壁设有循环柱底座(4)。
4.根据权利要求1所述的MABR-MBBR耦合式环流生物反应器，其特征在于：所述MABR反应区(8)与循环柱(3)通过上部循环过渡管(5)接通，所述MBBR反应区(11)与循环柱(3)通过下部循环过渡管(18)接通。
5.根据权利要求4所述的MABR-MBBR耦合式环流生物反应器，其特征在于：所述MBBR反应区(11)与污泥区(15)和下部循环过渡管(18)之间设有防冲击多孔板(14)，所述污泥区(15)呈漏斗形，且污泥区(15)的底端设有排泥管(17)。
6.根据权利要求1所述的MABR-MBBR耦合式环流生物反应器，其特征在于：所述液体驱动装置包括电机(1)，所述电机(1)安装在循环柱(3)上，所述电机(1)的电机轴驱动轴流式搅拌桨(2)，所述循环柱(3)内设有桨轴固定器，且轴流式搅拌桨(2)穿过桨轴固定器。
7.根据权利要求1所述的MABR-MBBR耦合式环流生物反应器，其特征在于：所述MBBR反应区(11)设有小型驱动电机(22)，所述小型驱动电机(22)的电机轴上设有小型搅拌桨(21)。
8.根据权利要求6所述的MABR-MBBR耦合式环流生物反应器，其特征在于：所述电机(1)的电机轴与轴流式搅拌桨(2)通过万向节(23)相连接。
9.一种如权利要求1-8中任意一项所述的MABR-MBBR耦合式环流生物反应器的污水处理方法,其特征在于：污水由进水管(13)输入，启动电机(1)，通过轴流式搅拌桨(2)的推流作用下，循环柱(3)中的污水向上流动，由上部循环过渡管(5)进入MABR反应区(8)，然后MABR反应区(8)污水向下流动，通过隔档板(10)缝隙进入MBBR反应区(11)，再由下部循环过渡管(18)进入循环柱(3)中；
空气或氧气在低于泡点压力的操作压力下，由进气管(20)进入到中空纤维膜(19)内部，空气或氧气在膜腔内流动，在操作供氧压力驱动下，氧气透过膜的微小孔隙，以微观分子态的形式扩散进入到附着在中空纤维膜(19)外表面的生物膜内部，未透过膜的气体由出气管(24)排出；污水中的有机质在浓度差的驱动下，从生物膜的外层传入到生物膜内部；在生物膜中的微生物菌群的生陈代谢作用下，使污水中的氮、碳等去除；污水中的含氮物质通过MBBR填料(12)外表面附着的厌氧菌群生陈代谢去除。
10.根据权利要求9所述的MABR-MBBR耦合式环流生物反应器的污水处理方法，其特征在于：循环柱(3)使MABR反应区(8)、MBBR反应区(11)中的污泥和污水混合均匀进行循环，并呈现环流状态，提高微生物与污水中的有机质的传质效果，并满足各个反应区水力扰动。
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