CN114477425A - 一种应用于污水处理的夹膜球的膜生物反应器及其处理方法 - Google Patents

一种应用于污水处理的夹膜球的膜生物反应器及其处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种应用于污水处理的夹膜球的膜生物反应器，包括：圆筒型耐压容器，填充至所述圆筒型耐压容器内的若干荚膜球，通过第一连接管道与所述圆筒型耐压容器的一端相连通的生物反应器，通过第二连接管道与第三连接管道分别与所述圆筒型耐压容器另一端相连通的储存单元与曝气单元；所述圆筒型耐压容器的内部且位于两端处设有刺激单元，所述圆筒型耐压容器的两端向外逐渐收缩并形成与所述第一连接管道相密封接合的第一收缩部以及与所述第二连接管道和第三连接管道相密封接合的第二收缩部，所述第一收缩部和所述第二收缩部与所述圆筒型耐压容器之间均设有隔离所述荚膜球的阻隔单元。本发明公开的膜生物反应器，抗污染性能优越，使用寿命长。

Description

一种应用于污水处理的夹膜球的膜生物反应器及其处理方法
技术领域
本发明涉及污水处理及环保技术领域，更具体涉及一种应用于污水处理的夹膜球的膜生物反应器及其处理方法。
背景技术
现代的水处理膜分离技术主要包括中空纤维膜(MBR膜)、微滤膜(MF膜)、超滤膜(UF膜)、纳滤膜(NF膜)、反渗透膜(RO膜)等，用途包括净水处理、海水淡化、污水废水循环利用等。以MBR膜为代表的生物反应器，是一种将高效膜分离技术与传统活性污泥法相结合的新型高效污水处理工艺，它用具有独特结构的平片膜组件置于曝气池中，经过好氧曝气和生物处理后的水，由泵通过滤膜过滤后抽出。膜污水处理与传统污水处理方法具有很大区别，通过膜分离装置代替传统工艺中的二沉池和三级处理工艺。从而得到优质的出水，解决了传统环保设备进行污水处理的出水水质达不到中水回用要求的问题。膜污水处理后的水可直接作为市政用水或进一步处理作各种工业用水。
由于MBR膜的存在大大提高了系统固液分离的能力，从而使MBR膜生物反应器的出水，水质和容积负荷都得到大幅度提高，经膜处理后的水水质标准高(超过国家一级A标准)，经过消毒，最后形成水质和生物安全性高的优质再生水，可直接作为新生水源。由于膜的过滤作用，微生物被完全截留在膜生物反应器中，实现了水力停留时间。
目前的研究成果大多属于MBR膜处理工艺，在实际使用过程中，传统MBR膜组件不可避免的会发生断丝现象，其中包括两种原因，一是由于纺丝过程中的缺陷导致的壁厚不均匀，当然这种情况比较少发生，且可以通过购买优质产品等手段进一步避免；二是纺丝材料疲劳引起的根部断裂。我们知道中空纤维丝在两端连接组件的地方需要用环氧树脂进行密封，由于纤维丝本身的毛细现象，肯定会在根部吸上一小段。由于曝气的原因，中空纤维在工作状态下始终会处于幅度较大的振动现象，长此以往会在其根部引起材料的疲劳，而环氧树脂本身是一种脆性材料，这种材料疲劳所导致的断丝一旦发生，往往是规模性的，而这对于膜生物反应器来说，伤害是致命的，不但会严重影响出水水质，还会导致整个组件的报废。
有鉴于此，有必要对现有技术中的水处理膜予以改进，以解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于公开一种应用于污水处理的夹膜球的膜生物反应器及其处理方法，适用活性污泥浓度(MLSS)范围在10000mg/L以上，可以实现荚膜球之间间隙可控，便于气液混流对膜面进行在线清洗，抗污染性能优越，使用寿命长。
为实现上述目的，本发明提供了一种应用于污水处理的夹膜球的膜生物反应器，包括：圆筒型耐压容器，填充至所述圆筒型耐压容器内的若干荚膜球，通过第一连接管道与所述圆筒型耐压容器的一端相连通的生物反应器，通过第二连接管道与第三连接管道分别与所述圆筒型耐压容器另一端相连通的储存单元与曝气单元；
所述圆筒型耐压容器的内部且位于两端处设有刺激单元，所述圆筒型耐压容器的两端向外逐渐收缩并形成与所述第一连接管道相密封接合的第一收缩部以及与所述第二连接管道和第三连接管道相密封接合的第二收缩部，所述第一收缩部和所述第二收缩部与所述圆筒型耐压容器之间均设有隔离所述荚膜球的阻隔单元，所述阻隔单元与所述圆筒型耐压容器为可拆卸连接；
所述第一连接管道通过设置的抽取泵能够对所述生物反应器与所述圆筒型耐压容器进行双向抽取。
作为本发明的进一步改进，所述荚膜球为片状微球结构，且具有表面微孔与孔隙载体结构，所述荚膜球内部填充有热敏膨胀颗粒或电敏膨胀颗粒，通过将若干所述荚膜球装填入所述圆筒型耐压容器以形成沟槽式过滤单元。
作为本发明的进一步改进，所述荚膜球的间隙度能够通过填充数量进行调节控制。
作为本发明的进一步改进，所述沟槽式过滤单元的孔隙度范围在1500～2000m2/g。
作为本发明的进一步改进，所述刺激单元通过设置于所述圆筒型耐压容器内部两端的电极以形成电势差。
作为本发明的进一步改进，所述刺激单元还包括设置于所述圆筒型耐压容器内壁的电阻加热条。
作为本发明的进一步改进，所述阻隔单元为网状结构，且孔隙内径小于所述荚膜球外径尺寸。
作为本发明的进一步改进，所述第一连接管与第二连接管以及第三连接管均设有管道控制阀。
本发明还公开了一种应用于污水处理的夹膜球的膜生物反应器的处理方法，包括以下步骤：
S1步骤，生物反应器内的污水通过抽取泵抽取至圆筒型耐压容器，并通过所述过滤单元过滤，回收至储存单元；
S2步骤，刺激单元工作对所述圆筒型耐压容器内部的荚膜球施加外界刺激，使得所述荚膜球发生弯曲蠕动；
S3步骤，曝气单元工作，向所述圆筒型耐压容器内部填充气水混合物，实现对荚膜球表面的冲刷，抽水泵同时进行反向抽取，将所述圆筒型耐压容器内的冲刷物重新吸取至所述生物反应器内。
作为本发明的进一步改进，所述S2步骤中的气水混合物为第二收缩部内保留有过滤水与曝气单元提供的气体相混合形成。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)一种应用于污水处理的夹膜球的膜生物反应器，是一种将膜分离技术与生物技术有机结合的新型水处理技术。它利用膜分离设备将生化反应池中的活性污泥和大分子有机物截留住，省掉二沉池。夹膜球生物反应器工艺通过夹膜球的分离技术大大强化了生物反应器的功能，使活性污泥浓度大大提高，其水力停留时间(HRT)和污泥停留时间(SRT)可以分别控制。其通过将分离工程中基于夹膜球的膜分离技术与传统废水生物处理技术有机结合，不仅省去了二沉池的建设，而且大大提高了固液分离效率，并且由于曝气池中活性污泥浓度的增大和污泥中特效菌(特别是优势菌群)的出现，提高了生化反应速率。同时，通过降低F/M比减少剩余污泥产生量(甚至为零)，从而基本解决了传统活性污泥法存在的许多突出问题。这方面特点与膜工艺工艺类似，又远超过膜工艺工艺性能。
(2)出水水质优质稳定，在膜工艺中，降解时间较长的可溶性大分子化合物可以被膜截留下来并与污泥一起返回到生物反应器中，使这些化合物在生物反应器中的停留时间变长，从而有利于微生物对这些化合物的降解；同时较长的SRT可以使世代时间较长的硝化细菌能够在生物反应器中积累，提高了硝化效果。因此出水有机物含量较低，且总氮和总磷的含量也远远低于传统活性污泥法。同时，由于膜单元采用微滤膜或超滤膜，因而不仅对水中悬浮物截留率高，而且可以去除细菌。
(3)夹膜球采用片状设计，通过特殊加工技术实现片状多孔隙度设计和生产，延长使用寿命，比MBR使用寿命长3倍以上，孔隙度达到顶级级别，达到1500～2000m2/g，大于一般的活性炭比表面积(约1000m2/g)，同时，其具有良好的机械稳定性、无断丝现象。
(4)相比MBR膜生物反应器，本工艺基于夹膜球的膜生物反应器可以在更高的活性污泥浓度下保持高通量(通量即膜的产水量)的稳定运行。在实际使用的过程中，尽管预处理设施中会有格栅，除毛机等设备，但曝气池中还难免进入一些诸如毛发之类的物体。而我们知道在曝气的状态下一般MBR膜始终处于一个抖动或者乱序的状态，于是这些毛发很容易使膜缠绕在一起，当污泥浓度达到一定程度，就会出现泥坨，使越来越多的膜缠绕在一起，大大减少了夹膜球的有效膜面积，引起膜通量的急剧下降，而且此类问题也很难修复，通常只能更换，而夹膜球不存在这个问题，不易被外来物质干扰正常运转。本工艺膜生物反应器的适用活性污泥浓度(MLSS)范围在10000mg/L以上，远远高于MBR膜生反应器，可以实现膜片之间间隙可控，便于气液混流对膜面进行在线清洗，抗污染性能优越。此外，膜生物反应器可以通过调节组件底部的曝气强度，通过气水混合物在膜片表面的冲刷作用，很好的清除膜表面的附着物，即便是由于某种不可知因素在膜表面产生了淤积的情况，也可以轻松将膜取出，通过低压水枪冲洗的方法去除，使得膜能长期有效的运行，而MBR膜难以通过这种方法清洗。
附图说明
图1为本发明一种应用于污水处理的夹膜球的膜生物反应器的结构示意图；
图2为本发明一种应用于污水处理的夹膜球的膜生物反应器中的圆筒型耐压容器的透视示意图，图中还是示出填充荚膜球的效果示意图；
图3为本发明一种应用于污水处理的夹膜球的膜生物反应器的处理方法的简易流程示意图。
图中：1、圆筒型耐压容器；2、荚膜球；3、生物反应器；4、储存单元；5、曝气单元；7、刺激单元；11、第一收缩部；12、第二收缩部；13、阻隔单元；61、第一连接管道；62、第二连接管道；63、第三连接管道。
具体实施方式
下面结合附图所示的各实施方式对本发明进行详细说明，但应当说明的是，这些实施方式并非对本发明的限制，本领域普通技术人员根据这些实施方式所作的功能、方法、或者结构上的等效变换或替代，均属于本发明的保护范围之内。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或隐含指明所指示的技术特征的数量。因此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。
请参图1至图3所示出的本发明一种应用于污水处理的夹膜球的膜生物反应器的一种具体实施方式。
参图1与图2所示，一种应用于污水处理的夹膜球的膜生物反应器3，包括：圆筒型耐压容器1，填充至圆筒型耐压容器1内的若干荚膜球2，通过第一连接管道61与圆筒型耐压容器1的一端相连通的生物反应器3，通过第二连接管道62与第三连接管道63分别与圆筒型耐压容器1另一端相连通的储存单元4与曝气单元5；圆筒型耐压容器1的内部且位于两端处设有刺激单元7，圆筒型耐压容器1的两端向外逐渐收缩并形成与第一连接管道61相密封接合的第一收缩部11以及与第二连接管道62和第三连接管道63相密封接合的第二收缩部12，第一收缩部11和第二收缩部12与圆筒型耐压容器1之间均设有隔离荚膜球2的阻隔单元13，阻隔单元13与圆筒型耐压容器1为可拆卸连接；第一连接管道61通过设置的抽取泵能够对生物反应器3与圆筒型耐压容器1进行双向抽取。荚膜球2为片状微球结构，且具有表面微孔与孔隙载体结构，荚膜球2内部填充有热敏膨胀颗粒或电敏膨胀颗粒，通过将若干荚膜球2装填入圆筒型耐压容器1以形成沟槽式过滤单元。荚膜球2的间隙度能够通过填充数量进行调节控制。沟槽式过滤单元的孔隙度范围在1500～2000m2/g。刺激单元7通过设置于圆筒型耐压容器1内部两端的电极以形成电势差。刺激单元7还包括设置于圆筒型耐压容器1内壁的电阻加热条。阻隔单元13为网状结构，且孔隙内径小于荚膜球2外径尺寸。第一连接管与第二连接管以及第三连接管均设有管道控制阀。
需要理解的是，本发明一种应用于污水处理的夹膜球的膜生物反应器3，是一种将膜分离技术与生物技术有机结合的新型水处理技术。它利用膜分离设备将生化反应池中的活性污泥和大分子有机物截留住，省掉二沉池。夹膜球生物反应器3工艺通过夹膜球的分离技术大大强化了生物反应器3的功能，使活性污泥浓度大大提高，其水力停留时间(HRT)和污泥停留时间(SRT)可以分别控制。其通过将分离工程中基于夹膜球的膜分离技术与传统废水生物处理技术有机结合，大大提高了固液分离效率，并且由于曝气池中活性污泥浓度的增大和污泥中特效菌(特别是优势菌群)的出现，提高了生化反应速率。同时，通过降低F/M比减少剩余污泥产生量(甚至为零)，从而基本解决了传统活性污泥法存在的许多突出问题。
具体的，由大量荚膜球2组成的过滤单元使得出水水质优质稳定，在膜工艺中，降解时间较长的可溶性大分子化合物可以被膜截留下来并与污泥一起返回到生物反应器3中，使这些化合物在生物反应器3中的停留时间变长，从而有利于微生物对这些化合物的降解；同时较长的SRT可以使世代时间较长的硝化细菌能够在生物反应器3中积累，提高了硝化效果。因此出水有机物含量较低，且总氮和总磷的含量也远远低于传统活性污泥法。同时，由于膜单元采用微滤膜或超滤膜，因而不仅对水中悬浮物截留率高，而且可以去除细菌。
本发明中的夹膜球采用片状设计，通过特殊加工技术实现片状多孔隙度设计和生产，延长使用寿命，比MBR使用寿命长3倍以上，孔隙度达到顶级级别，达到1500～2000m2/g，大于一般的活性炭比表面积(约1000m2/g)，同时，其具有良好的机械稳定性、无断丝现象。相比MBR膜生物反应器3，本工艺基于夹膜球的膜生物反应器3可以在更高的活性污泥浓度下保持高通量(通量即膜的产水量)的稳定运行。在实际使用的过程中，尽管预处理设施中会有格栅，除毛机等设备，但曝气池中还难免进入一些诸如毛发之类的物体。而我们知道在曝气的状态下一般MBR膜始终处于一个抖动或者乱序的状态，于是这些毛发很容易使膜缠绕在一起，当污泥浓度达到一定程度，就会出现泥坨，使越来越多的膜缠绕在一起，大大减少了夹膜球的有效膜面积，引起膜通量的急剧下降，而且此类问题也很难修复，通常只能更换，而夹膜球不存在这个问题，不易被外来物质干扰正常运转。本工艺膜生物反应器3的适用活性污泥浓度(MLSS)范围在10000mg/L以上，远远高于MBR膜生反应器，可以实现膜片之间间隙可控，便于气液混流对膜面进行在线清洗，抗污染性能优越。此外，膜生物反应器3可以通过调节组件底部的曝气强度，通过气水混合物在膜片表面的冲刷作用，很好的清除膜表面的附着物，即便是由于某种不可知因素在膜表面产生了淤积的情况，也可以轻松将膜取出，通过低压水枪冲洗的方法去除，使得膜能长期有效的运行，而MBR膜难以通过这种方法清洗。
参图三所示，本发明还公开了一种应用于污水处理的夹膜球的膜生物反应器3的处理方法，包括以下步骤：S1步骤，生物反应器3内的污水通过抽取泵抽取至圆筒型耐压容器1，并通过过滤单元过滤，回收至储存单元4；S2步骤，刺激单元7工作对圆筒型耐压容器1内部的荚膜球2施加外界刺激，使得荚膜球2发生弯曲蠕动；S3步骤，曝气单元5工作，向圆筒型耐压容器1内部填充气水混合物，实现对荚膜球2表面的冲刷，抽水泵同时进行反向抽取，将圆筒型耐压容器1内的冲刷物重新吸取至生物反应器3内。S2步骤中的气水混合物为第二收缩部12内保留有过滤水与曝气单元5提供的气体相混合形成。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (10)

1.一种应用于污水处理的夹膜球的膜生物反应器，其特征在于，包括：圆筒型耐压容器，填充至所述圆筒型耐压容器内的若干荚膜球，通过第一连接管道与所述圆筒型耐压容器的一端相连通的生物反应器，通过第二连接管道与第三连接管道分别与所述圆筒型耐压容器另一端相连通的储存单元与曝气单元；
所述圆筒型耐压容器的内部且位于两端处设有刺激单元，所述圆筒型耐压容器的两端向外逐渐收缩并形成与所述第一连接管道相密封接合的第一收缩部以及与所述第二连接管道和第三连接管道相密封接合的第二收缩部，所述第一收缩部和所述第二收缩部与所述圆筒型耐压容器之间均设有隔离所述荚膜球的阻隔单元，所述阻隔单元与所述圆筒型耐压容器为可拆卸连接；
所述第一连接管道通过设置的抽取泵能够对所述生物反应器与所述圆筒型耐压容器进行双向抽取。
2.根据权利要求1所述的一种应用于污水处理的夹膜球的膜生物反应器，其特征在于，所述荚膜球为片状微球结构，且具有表面微孔与孔隙载体结构，所述荚膜球内部填充有热敏膨胀颗粒或电敏膨胀颗粒，通过将若干所述荚膜球装填入所述圆筒型耐压容器以形成沟槽式过滤单元。
3.根据权利要求2所述的一种应用于污水处理的夹膜球的膜生物反应器，其特征在于，所述荚膜球的间隙度能够通过填充数量进行调节控制。
4.根据权利要求3所述的一种应用于污水处理的夹膜球的膜生物反应器，其特征在于，所述沟槽式过滤单元的孔隙度范围在1500～2000m2/g。
5.根据权利要求1所述的一种应用于污水处理的夹膜球的膜生物反应器，其特征在于，所述刺激单元通过设置于所述圆筒型耐压容器内部两端的电极以形成电势差。
6.根据权利要求1所述的一种应用于污水处理的夹膜球的膜生物反应器，其特征在于，所述刺激单元还包括设置于所述圆筒型耐压容器内壁的电阻加热条。
7.根据权利要求1所述的一种应用于污水处理的夹膜球的膜生物反应器，其特征在于，所述阻隔单元为网状结构，且孔隙内径小于所述荚膜球外径尺寸。
8.根据权利要求1所述的一种应用于污水处理的夹膜球的膜生物反应器，其特征在于，所述第一连接管与第二连接管以及第三连接管均设有管道控制阀。
9.根据权利要求2所述的一种应用于污水处理的夹膜球的膜生物反应器的处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1步骤，生物反应器内的污水通过抽取泵抽取至圆筒型耐压容器，并通过所述过滤单元过滤，回收至储存单元；
S2步骤，刺激单元工作对所述圆筒型耐压容器内部的荚膜球施加外界刺激，使得所述荚膜球发生弯曲蠕动；
S3步骤，曝气单元工作，向所述圆筒型耐压容器内部填充气水混合物，实现对荚膜球表面的冲刷，抽水泵同时进行反向抽取，将所述圆筒型耐压容器内的冲刷物重新吸取至所述生物反应器内。
10.根据权利要求1所述的一种应用于污水处理的夹膜球的膜生物反应器的处理方法，其特征在于，所述S2步骤中的气水混合物为第二收缩部内保留有过滤水与曝气单元提供的气体相混合形成。
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