CN1317207C - 折流曝气增压重力出流膜生物反应器污水处理设备 - Google Patents

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Abstract

一种膜生物反应器污水处理设备，涉及环保技术，包括折流曝气生物反应器和膜组件，折流曝气生物反应器为生化反应区，由隔板分为两个以上相对独立的反应区；每个反应区有一中心管，中心管与反应区内壁有空隙；每个反应区的混合液通过隔板下端通道连通；反应区(a)上部气室经气体连通管与反应区(b)中心管底部连通；反应区(b)下部设有进水口；膜组件装在反应区(a)外侧，低于混合液液面。本发明不需泵即可实现混合液在生化反应区和膜组件之间循环，利用生化反应区液面和膜组件高度差重力出流，降低能耗；通过折流曝气方式，在生化反应区液面和膜组件之间高度差不变的情况下将膜组件出水压力增加一倍以上，增大膜的透水量。

Description

折流曝气增压重力出流膜生物反应器污水处理设备
技术领域
本发明涉及环保技术，属于利用生化技术和膜分离技术处理污水的设备，特别是一种折流曝气增压重力出流膜生物反应器污水处理设备。
背景技术
膜生物反应器是一种由生化处理单元和膜组件组合而成的污水处理设备。传统活性污泥法的一个主要问题是靠污泥沉降进行泥水分离，由于污泥沉降性能差，导致出水水质差。而由于膜可把固体及胶体物质截留在生物反应器内，使得出水可直接排入地表水或回用于冷却水、冲厕水、绿化用水，进一步处理后可作为工业用水。膜的高效截留作用使微生物完全截留在反应器内，实现了反应器水力停留时间和污泥停留时间的完全分离。这样可以分别控制水力停留时间和污泥停留时间，有利于增殖缓慢的微生物(如硝化菌或产甲烷菌)的生长，防止反应器中的高效菌或优势菌的流失。膜生物反应器不需二沉池和回用时通常必需的一些深度处理装置，而且可在很高的污泥浓度下运行，污泥膨胀现象不会对其运行带来影响。因此它可以有很高的容积负荷，其占地面积较普通的活性污泥法大为减小。由于膜的高效截留作用使得难降解的高分子化合物在生物反应器内有足够的停留时间，因此大大提高了难降解有机物的降解效率。膜生物反应器的污泥负荷低，导致其污泥产率低，剩余污泥排放量少。因此膜生物反应器具有广阔的应用前景。
膜生物反应器有两种形式。一种是分置式膜生物反应器(见图2)。利用循环泵21使混合液在膜组件10的膜表面快速流动，由此产生剪切力或湍流以减轻膜污染。为了维持稳定的透水率，膜面流速一般大于2m/s，这就需要较高的循环水量，造成较高的单位产水能耗。另一种是一体式膜生物反应器(见图3)。在一体式膜生物反应器中，膜组件10直接浸没在生物反应器内的混合液中，通过真空泵22或其他类型泵的抽吸，得到过滤液。膜表面的错流由空气搅动产生，曝气器20设置在膜组件10的正下方；混合液随气流向上流动，在膜表面产生剪切力，在剪切力的作用下，减少污泥悬浮颗粒在膜表面的附着，让水透过。
这两种形式的膜生物反应器各有其优缺点。分置式膜生物反应器的膜通量较大，膜组件清洗维护方便，但能耗高；而一体式膜生物反应器的能耗低，但由于膜组件淹没在混合液中，清洗维护困难。
发明内容
本发明的目的在于综合分置式膜生物反应器和一体式膜生物反应器的优点，克服二者存在的缺陷，提供一种低能耗的，膜组件清洗维护方便的，利用生化反应区的液面和膜组件的高度差重力出流的膜生物反应器污水处理设备及其操作方法。为了保证足够的膜过滤压力以提高膜的透水量，采用折流曝气增压的方式。
为达到上述目的，本发明的技术解决方案是提供一种折流曝气增压重力出流膜生物反应器污水处理设备，由折流曝气生物反应器和膜组件组成，其所述的折流曝气生物反应器为生化反应区，由隔板将其分隔为两个以上相对独立的反应区；每个反应区中安装有一个中心管，中心管与反应器内壁之间有空隙；两个反应区的混合液通过隔板下端的通道连通；各个反应区上部气室是全封闭的，从连接有膜组件的反应区(a)开始，各反应区上部气室通过气体连通管与其相邻的反应区的中心管底部连通，最后一反应区(b)的下部侧壁开有进水口；
所述的膜组件为固液分离设备，安装在折流曝气生物反应器的反应区(a)外侧，低于混合液液面一定高度处；膜组件中膜丝的底部布设有曝气孔，在膜组件侧壁的上部开有出水口，在膜组件侧壁的下部开有进气口；在膜组件的底部开有混合液入口，在膜组件的顶部开有浓缩液出口；膜组件混合液入口通过下连接管与反应区(a)的侧壁和中心管之间的区域连通；膜组件浓缩液出口通过上连接管与反应区(a)的中心管连通；上、下连接管均装有阀门、接口。
所述的设备，其所述的膜组件混合液入口通过接口与下连接管连接，膜组件浓缩液出口通过接口与上连接管连接。
所述的设备，其所述的下连接管设置在折流曝气生物反应器的外侧壁下部，上连接管设置在下连接管的上方。
所述的设备，其所述的接口为法兰、螺纹接口或管箍。
所述的设备进行污水处理的方法，其工作流程如下：城市生活污水或工业废水由进水口进入反应区(b)与活性污泥充分混合，并通过隔板下端的通道进入反应区(a)，进一步与活性污泥混合；气体通过进气口进入膜组件，并携带被膜分离的浓缩液通过上连接管进入反应区(a)的中心管；气体沿中心管上升带动中心管内外混合液的循环流动，然后气体进入反应区(a)上部的气室中；当气室中的气压大于反应区(b)的液压时，气体通过气体连通管进入反应区(b)的中心管底部，并带动反应区(b)的中心管内外混合液循环流动，污染物在生化反应区被分解和去除；同时，部分混合液通过下连接管从混合液入口进入膜组件，与进水等量的液体在折流曝气所产生的总的重力水头驱动下，经膜过滤连续出水；被分离的污泥浓缩液则在气体的携带作用下，从浓缩液出口通过上连接管进入反应区(a)的中心管，如此循环往复，废水得以净化。
所述的方法，其可对膜组件进行在线反清洗，方法是，关闭阀门，从出水口加入清洗液，从进气口排出清洗液。
本发明的设备具有如下优点：
1.系统省去传统分置式膜生物反应器的混合液循环泵和一体式膜生物反应器的出水抽吸泵与间歇出水的控制单元，利用生化反应所必需的充氧来冲刷膜表面，并实现混合液的循环，从而降低系统的运行能耗。
2.通过折流曝气增压的方式保证膜组件具有足够的出水压力，这种增压方式解决了由于空间所限反应器不能达到膜过滤所需要的高度时所遇到的困难。
3.膜组件安装在生化反应器的外侧，通过连接管与生化反应器连通，而且在连接管上设置阀门和接口，使得膜组件的安装和拆卸非常简便，有利于膜的维护和清洗。
4.设备结构紧凑简洁，操作与维护简单，易于实现自动控制。
附图说明
图1.本发明设备的示意图；
图2.分置式膜生物反应器示意图；
图3.一体式膜生物反应器示意图。
具体实施方式
一种折流曝气增压重力出流膜生物反应器污水处理设备，由折流曝气生物反应器和膜组件组成。
见图1，所述的折流曝气生物反应器1为生化反应区，由隔板2将其分隔为两个(或多个)相对独立的反应区3、4。每个反应区中安装有一个中心管5，中心管5与反应器内壁之间有空隙6。中心管5内的水为上向流，管外的水为下向流，混合液在中心管5内外循环流动。反应区(a)3和反应区(b)4的混合液通过隔板2下端的通道7连通；气体连通管8一端穿过隔板2与反应区(a)3上部的气室相通，另一端与反应区(b)4的中心管5底部连通；反应区(a)3上部气室中的气体可通过气体连通管8进入反应区(b)4的中心管5底部。在反应区(b)4的下部侧壁开有进水口9。
所述的膜组件10为固液分离设备，安装在折流曝气生物反应器的反应区(a)3外侧低于混合液液面70厘米处。膜组件10中膜丝11的底部布设有曝气孔，用以充氧、冲刷膜表面以及使混合液循环。在膜组件10侧壁的上部开有出水口12，在膜组件10侧壁的下部开有进气口13；在膜组件10的底部开有混合液入口14，在膜组件10的顶部开有浓缩液出口15。下连接管16安装在折流曝气生物反应器的外侧壁下部，上连接管17安装在下连接管16的上方。膜组件10混合液入口14通过下连接管16与反应区(a)3的侧壁和中心管之间的区域6连通；膜组件10浓缩液出口15通过上连接管17与反应区(a)3的中心管5连通。连接管16、17均装有阀门18；膜组件10通过接口19与连接管16、17相连。接口19可为法兰、螺纹接口或管箍。
膜丝11的底部布设有曝气孔，用以冲刷膜表面，在折流曝气所产生的总的重力水头驱动下连续出水，省去传统分置式膜生物反应器的混合液循环泵和一体式膜生物反应器的出水抽吸泵与间歇出水的控制单元。被膜分离的浓缩液在气体的携带下通过上连接管17进入反应区(a)3的中心管5。气体沿中心管5上升带动中心管5内外混合液的循环流动，然后气体进入反应区(a)3上部的气室中。当气室中的气压大于反应区(b)4中气体连通管8出口上方的液压时，气体通过气体连通管8进入反应区(b)4的中心管5底部，并带动反应区(b)4的中心管5内外混合液循环流动。由于气体从进气口13到反应区(b)4上部的气室要克服反应区(a)3的混合液液面与进气口13之间的重力水头和反应区(b)4的混合液液面与气体连通管8出口之间的重力水头，因此膜过滤的动力为反应区(a)3的混合液液面与膜组件10的高差所产生的重力水头加上反应区(b)4的混合液液面与气体连通管8出口的高差所产生的重力水头。通过这样的折流曝气方式，可以在保持混合液液面与膜组件10的高差不变的情况下，使膜的出水压力增加一倍以上，解决了由于空间所限反应器不能达到膜过滤所需要的高度时所遇到的困难。
本发明折流曝气增压重力出流膜生物反应器的操作方法是：城市生活污水或工业废水由进水口9进入反应区(b)4与活性污泥充分混合，并通过隔板2下端的通道7进入反应区(a)3，进一步与活性污泥混合。气体通过进气口13进入膜组件，并携带被膜分离的浓缩液通过上连接管17进入生化反应区(a)3的中心管5。气体沿中心管5上升带动中心管5内外混合液的循环流动，然后气体进入生化反应区(a)3上部的气室中。当气室中的气压大于生化反应区(b)4的液压时，气体通过气体连通管8进入生化反应区(b)4的中心管5底部，并带动生化反应区(b)4的中心管5内外混合液循环流动。污染物在反应区3、4被分解和去除。
部分混合液通过下连接管16从混合液入口14进入膜组件10，与进水等量的液体在折流曝气所产生的总的重力水头驱动下，经膜过滤连续出水。被分离的污泥则在气体的携带作用下，从浓缩液出口15通过上连接管17进入反应区(a)3的中心管5，如此循环往复，废水得以净化。
膜组件10的底部布设曝气孔，空气不断冲刷和震动膜表面，使污泥不能附着其上，达到减轻膜污染的目的。
当膜通量下降到一定程度需要清洗，或膜组件损坏需要维修、更换时，关闭阀门18，开启接口19，即可以取下膜组件10进行清洗维护。需要进行在线反清洗时，关闭阀门18，从出水口12加入清洗液，从进气口13排出清洗液，达到在线反清洗的目的。
实施例1：
将含有COD为200-600mg/L，氨氮为50-100mg/L，SS为100-200mg/L的生活污水由进水口进入折流曝气增压重力出流膜生物反应器，反应器有效容积为80L，污泥浓度为2000-5000mg/L，水温为10-30℃。出水的COD为20-60mg/L，氨氮0.5-15mg/L，SS未检出。
实施例2：
将含有COD为6000-18000mg/L，氨氮为1400-2000mg/L的垃圾渗滤液先经有效容积为63L的厌氧滤池处理后，再由进水口进入折流曝气增压重力出流膜生物反应器，膜生物反应器的有效容积为80L，污泥浓度为4000-10000mg/L，水温为15-30℃。出水的COD为700-1000mg/L，氨氮6-25mg/L，SS未检出。

Claims (6)

1.一种折流曝气增压重力出流膜生物反应器污水处理设备，由折流曝气生物反应器和膜组件组成，其特征在于，所述的折流曝气生物反应器为生化反应区，由隔板将其分隔为两个以上反应区；每个反应区中安装有一个中心管，中心管与反应器内壁之间有空隙；各个反应区的混合液通过隔板下端的通道连通；各个反应区上部气室是全封闭的，从连接有膜组件的反应区(a)开始，各反应区上部气室通过气体连通管与其相邻的反应区的中心管底部连通，最后一反应区(b)的下部侧壁开有进水口；
所述的膜组件为固液分离设备，安装在折流曝气生物反应器的反应区(a)外侧，低于混合液液面；膜组件中膜丝的底部布设有曝气孔，在膜组件侧壁的上部开有出水口，在膜组件侧壁的下部开有进气口；在膜组件的底部开有混合液入口，在膜组件的顶部开有浓缩液出口；膜组件混合液入口通过下连接管与反应区(a)的侧壁和中心管之间的区域连通；膜组件浓缩液出口通过上连接管与反应区(a)的中心管连通；上、下连接管均装有阀门、接口。
2.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述的膜组件混合液入口通过接口与下连接管连接，膜组件浓缩液出口通过接口与上连接管连接。
3.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述的下连接管设置在折流曝气生物反应器的外侧壁下部，上连接管设置在下连接管的上方。
4.如权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述的接口为法兰、螺纹接口或管箍。
5.一种使用如权利要求1所述的设备进行污水处理的方法，其特征在于，其工作流程如下：城市生活污水或工业废水由进水口进入反应区(b)与活性污泥充分混合，并通过隔板下端的通道进入反应区(a)，进一步与活性污泥混合；气体通过进气口进入膜组件，并携带膜分离的浓缩液通过上连接管进入反应区(a)的中心管；气体沿中心管上升带动中心管内外混合液的循环流动，然后气体进入反应区(a)上部的气室中；当气室中的气压大于反应区(b)的液压时，气体通过气体连通管进入反应区(b)的中心管底部，并带动反应区(b)的中心管内外混合液循环流动，污染物在生化反应区被分解和去除；同时，部分混合液通过下连接管从混合液入口进入膜组件，与进水等量的液体在折流曝气所产生的总的重力水头驱动下，经膜过滤连续出水；被分离的污泥浓缩液则在气体的携带作用下，从浓缩液出口通过上连接管进入反应区(a)的中心管，如此循环往复，废水得以净化。
6、如权利要求5所述的方法，其特征在于，可对膜组件进行在线反清洗，其方法是，关闭阀门，从出水口加入清洗液，从进气口排出清洗液。
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