CN1323955C - 转盘式膜生物反应器及其水处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种转盘式膜生物反应器及其水处理方法。原水箱经过第一阀门将进水管与浮球液位阀相连，进水管进入生物反应器，在生物反应器内设有一曝气头，通过曝气管与生物反应器外面的气体流量计、第二阀门、气泵相连，曝气头上方设有转盘式膜分离器，转盘式膜分离器分别与调速电机和出水管相接，出水管另一端依次与第三阀门、真空压力表、出水抽吸泵、净水箱相接，出水抽吸泵与时间继电器相接。本发明通过控制曝气量、膜分离器转数以及抽停比等工艺参数，此转盘式膜生物反应器处理废水的膜通量可保证在37.5～56L/m2h，COD值小于25mg/L，COD去除率大于90%。

Description

转盘式膜生物反应器及其水处理方法
技术领域
本发明属于膜生物反应器技术领域，特别涉及一种转盘式膜生物反应器及其水处理方法。
背景技术
膜生物反应器(Membrane Bioreactor，MBR)是一种将膜分离技术与微生物学、生物化学等相结合进行废水处理的新型、高效的工艺，它与传统的生化污水处理技术相比，具有固液分离效果好、生化效率高、出水水质优、设备集中、占地面积小、污泥浓度高、污泥负荷低、便于管理和自动控制等优点。膜生物反应器主要由生物反应器和膜分离器(膜组件)两部分组成。生物反应器主要是废水中污染物降解的主要场所，传统的生物反应器是全混式活性污泥生物处理反应器；膜分离器主要是固液分离、并对一些大分子化合物起到截留作用，所使用的膜一般为超滤或微滤膜。根据膜组件与生物反应器的位置，膜生物反应器可分为分体式膜生物反应器(RMBR)和一体式膜生物反应器(SMBR)或浸没式膜生物反应器。
RMBR的工艺流程，生物反应器内的活性污泥和废水的泥水混合液在泵的增压作用下进入膜组件，其中混合液中的水透过膜成为处理出水，其余物质随浓缩液回流到生物反应器内。这种反应器的优点是出水通量大，最大的缺点是由于微生物含量高导致动力消耗过高以及膜污染非常严重。为了减轻动力消耗，提出了SMBR，将膜组件置于生物反应器内，通过泵和负压抽吸作用得到膜过滤出水，能耗较RMBR低，但是由于膜组件浸没在混合液中，所以仍存在膜组件污染、膜透水率低和较高的鼓气能耗等问题。有一些专利对此也提出了一定的解决方法。CN1358674A提出大大降低一体式膜生物反应器中膜分离器单元上方的水深，即减小鼓气管在冲洗膜组件所必须克服的水头压力，从而达到有效减小膜冲洗压力达到减小膜冲洗能耗的目的；CN1509994A提供一种具有在线机械清洗功能和无泡曝气功能的转刷式膜生物反应器；CN1509800A和CN1509801A提供一种由株式膜组件构成的浸入式中空纤维膜组件单元，此膜组件能使单位体积内膜的填充密度高，并且具有集水和布气双重功能。以上的发明在一定程度上解决了膜污染和鼓气能耗问题，但是仍然存在膜组件结构较为复杂、安装与拆洗不方便等缺陷，尤其是透水率不够高，而且对膜的强度要求很高。
发明内容
本发明的目的是提供一种转盘式膜生物反应器及其水处理方法。降低膜生物反应器在水处理时的能耗、防止膜污染并维持较高的出水通量。
转盘式膜生物反应器：原水箱经第一阀门将进水管与浮球液位阀相连，进水管进入生物反应器，在生物反应器内设有一曝气头，经曝气管与生物反应器外面的气体流量计、第二阀门、气泵相连，曝气头上方设有转盘式膜分离器，转盘式膜分离器分别与调速电机和出水管相接，出水管另一端依次与第三阀门、真空压力表、出水抽吸泵、净水箱相接，出水抽吸泵与时间继电器相接。
所述的转盘式膜分离器为多个转盘式膜分离组件串联固定在中空转动轴上。转盘式膜分离组件固定在中空转动轴上，转盘式膜分离组件具有转盘，在转盘的上、下表面上径、纬向设有导流沟槽，在转盘的上、下表面上径向设有集水沟槽，并与中空转动轴相连通，在转盘上、下两面设有平板膜。中空转动轴由调速电动机控制转速，转速控制在几转～几十转/分钟。平板膜为平板超滤膜或微滤膜，膜的孔径小于0.4μm。
转盘式膜生物反应器的水处理方法的步骤如下：
1)原水进入生物反应器内与活性污泥相混合，形成混合液，原水中的污染物经活性污泥吸附和微生物代谢分解；
2)给生物反应器内混合液曝气，使污染物和活性污泥充分混合，曝气量为300L/h～700L/h；
3)混合液经转盘式膜分离器间歇加速过滤出水，加速过滤时间为8min～12min，间歇过滤时间为30s～2min，转盘式膜分离器的旋转速度为几转～几十转/分钟。
本发明的优点是
1)转盘式膜分离器制备简单、易大规模生产；
2)转盘式膜生物反应器装置容易安装且维修方便；
3)利用转盘式膜生物反应器及其以上工艺处理废水时，能很好的解决膜污染问题，在连续运行30天之后，膜片上基本上没有沉积的凝胶层。
4)利用转盘式膜生物反应器及其以上工艺处理废水时，能维持很高的出水通量，并且出水稳定、水质好，出水通量为37.5～56L/m2h，COD小于25mg/L。
附图说明
图1是转盘式膜生物反应器水处理工艺流程图；
图2是本发明的转盘式膜组件的结构示意图；
图3是本发明的多个转盘式膜组件集成单元示意图
图中：原水箱1、第一阀门2、气泵3、第二阀门4、气体流量计5、生物反应器6、曝气头7、浮球液位阀8、转盘式膜分离器9、调速电机10、出水管11、第三阀门12、真空压力表13、时间继电器14、出水抽吸泵15、净水箱16、中空转动轴17、转盘18、导流沟槽19、集水沟槽20、平板膜21、膜组件集成单元22。
具体实施方式
如图1所示，原水箱1经过第一阀门2将进水管与浮球液位阀8相连，进水管进入生物反应器6，在生物反应器6内设有一曝气头7，通过曝气管与生物反应器外面的气体流量计5、第二阀门4、气泵3相连，曝气头7上方设有转盘式膜分离器9，转盘式膜分离器9分别与调速电机10和出水管11相接，出水管11另一端依次与第三阀门12、真空压力表13、出水抽吸泵15、净水箱16相接，出水抽吸泵15与时间继电器14相接。
如图2所示，转盘式膜组件固定在中空转动轴17上，转盘式膜组件包括转盘18和平板膜21，在转盘18的上、下表面上径、纬向设有导流沟槽19，在转盘1的上、下表面上径向设有集水沟槽20，集水沟槽与中空转动轴17相连通，在转盘17上、下两面通过环氧树脂、聚氨酯胶或超声波焊接胶连上平板膜21。
如图3所示，转盘式膜分离器9为为膜组件集成单元22，多个转盘式膜组件串联固定在中空转动轴17上，也是通过集水沟槽和转动轴上的孔将转盘和转动轴连通，
本发明用的转盘式膜分离器取代公知的静止式膜分离器，膜片至混合液面向下排布，膜分离器在膜生物反应器运行过程中一直在旋转，膜分离器面上的平板膜不停地与混合液摩擦，使混合液中的污染物或胶体物质不能在膜面进行富集，防止了膜生物反应器运行时聚合物膜的污染，再加上膜片下面的曝气装置一直进行充空气，增强混合液的絮动，强化湍流，防止混合液中的悬浮物和胶体污染膜。所以转盘式膜分离器很好地防止了膜污染，维持膜生物反应器较高的出水通量，并且保证了出水稳定和出水水质良好。
下面结合附图及实施例对本发明的技术方案作进一步的描述。
实施例1
请参照图1、图2及图3，包括原水箱，浮球液位阀、生物反应器、转盘式膜分离器组件、气泵、抽吸水泵、相应管道和阀门。对人工配污水进行处理，其废水的COD值为180-380mg/L。污水从原水箱进入生物反应器内，同时气泵通过与曝气管连接的曝气头给生物反应器内充空气，曝气头位于膜分离器下部，曝气量为400L/h。污水中的污染物等经活性污泥吸附和微生物代谢分解，混合液经转盘式膜分离器间歇加速过滤出水。通过浮球液位阀控制生物反应器内液面恒定。间歇加速过滤出水是通过时间继电器控制出水泵的抽吸和停吸来实现的，抽停时间比为8min/2min，压力为0.02Mpa。其膜组件集成单元是由2个膜块组成，所使用的膜为平板超滤膜，有效膜片面积为0.24m2。在进行水处理的时候，转盘膜分离器一直在调速电机的控制下进行转动，转速为25r/min。最终膜生物反应器的出水通量为54.5L/m2h，其出水COD小于25mg/L，去除率大于90％。
实施例2
请参照图1、图2及图3，采用同实施例1相同的设备和方法，只是将所使用的膜改换成微滤平板复合膜。膜生物反应器在运行30天后，其出水通量为37.5L/m2h，其出水COD小于25mg/L，去除率大于90％。
实施例3
请参照图1、图2及图3，包括原水箱，浮球液位阀、生物反应器、转盘式膜分离器组件、气泵、抽吸水泵、相应管道和阀门。对人工配污水进行处理，其废水的COD值为180-380mg/L。污水从原水箱进入生物反应器内，同时气泵通过与曝气管连接的曝气头给生物反应器内充空气，曝气头位于膜分离器下部，曝气量为400L/h，污水中的污染物等经活性污泥吸附和微生物代谢分解，混合液经转盘式膜分离器间歇加速过滤出水。通过浮球液位阀控制生物反应器内液面恒定。间歇加速过滤出水是通过时间继电器控制出水泵的抽吸和停吸来实现的，抽停时间比为8min/2min，压力为0.02Mpa。其膜组件集成单元是由2个膜块组成，所使用的膜为平板超滤膜，有效膜片面积为0.24m2。在进行水处理的时候，转盘膜分离器一直在调速电机的控制下进行转动，将转速分别控制在15r/min，25r/min，40r/min，55r/min。最终不同转速情况下，膜生物反应器的出水通量分别为40.75L/m2h，54.5L/m2h，56L/m2h和57.25L/m2h，但是每种转速下出水的COD值均小于25mg/L，去除率大于90％。
实施例4
请参照图1、图2及图3，包括原水箱，浮球液位阀、生物反应器、转盘式膜分离器组件、气泵、抽吸水泵、相应管道和阀门。对人工配污水进行处理，其废水的COD值为180-380mg/L。污水从原水箱进入生物反应器内，同时气泵通过与曝气管连接的曝气头给生物反应器内充空气，曝气头位于膜分离器下部，污水中的污染物等经活性污泥吸附和微生物代谢分解，混合液经转盘式膜分离器间歇加速过滤出水。通过浮球液位阀控制生物反应器内液面恒定。间歇加速过滤出水是通过时间继电器控制出水泵的抽吸和停吸来实现的，抽停时间比为8min/2min，压力为0.02Mpa。其膜组件集成单元是由2个膜块组成，所使用的膜为平板超滤膜，有效膜片面积为0.24m2。在进行水处理的时候，转盘膜分离器一直在调速电机的控制下进行转动，转速为25r/min。不同的曝气量的情况下，最终出水通量不同，结果为，曝气量分别控制在300L/h、400L/h、500L/h和700L/h时，最终膜生物反应器出水通量为40.75L/m2h，53L/m2h，54L/m2h、55.6L/m2h和56L/m2h，但是每一次曝气量操作时，出水的COD值均小于25mg/L，去除率大于90％。
实施例5
请参照图1、图2及图3，包括原水箱，浮球液位阀、生物反应器、转盘式膜分离器组件、气泵、抽吸水泵、相应管道和阀门。对人工配污水进行处理，其废水的COD值为180-380mg/L。污水从原水箱进入生物反应器内，同时气泵通过与曝气管连接的曝气头给生物反应器内充空气，曝气头位于膜分离器下部，曝气量为500L/h。污水中的污染物等经活性污泥吸附和微生物代谢分解，混合液经转盘式膜分离器间歇加速过滤出水。通过浮球液位阀控制生物反应器内液面恒定。间歇加速过滤出水是通过时间继电器控制出水泵的抽吸和停吸来实现的，压力为0.025Mpa。其膜组件集成单元是由2个膜块组成，所使用的膜为平板超滤膜，有效膜片面积为0.24m2。在进行水处理的时候，转盘膜分离器一直在调速电机的控制下进行转动，转速为25r/min。不同的抽停比的情况下，最终出水通量不同，结果为，抽停比分别控制在9min/30s、9min/45s、9min/1min、8min/2min时，最终膜生物反应器出水通量为42.1L/m2h，45.8L/m2h，55.5L/m2h、55.6/m2h，但是每一次曝气量操作时，出水的COD值均小于25mg/L，去除率大于90％。

Claims (6)

1.一种转盘式膜生物反应器，其特征在于，原水箱(1)经第一阀门(2)将进水管与浮球液位阀(8)相连，进水管进入生物反应器(6)，在生物反应器(6)内设有一曝气头(7)，经曝气管与生物反应器外面的气体流量计(5)、第二阀门(4)、气泵(3)相连，曝气头(7)上方设有转盘式膜分离器(9)，转盘式膜分离器(9)分别与调速电机(10)和出水管(11)相接，出水管(11)另一端依次与第三阀门(12)、真空压力表(13)、出水抽吸泵(15)、净水箱(16))相接，出水抽吸泵(15)与时间继电器(14)相接。
2.根据权利要求1所述的一种转盘式膜生物反应器，其特征在于，所述的转盘式膜分离器(9)为膜组件集成单元(22)，多个转盘式膜组件串联固定在中空转动轴(17)上。
3.根据权利要求2所述的一种转盘式膜生物反应器，其特征在于，所述的转盘式膜组件固定在中空转动轴(17)上，转盘式膜组件具有转盘(18)，在转盘(18)的上、下表面上径、纬向设有导流沟槽(19)，在转盘(18)的上、下表面上径向设有集水沟槽(20)，集水沟槽(20)与中空转动轴(17)相连通，在转盘(1)上、下两面设有平板膜(21)。
4.根据权利要求2所述的一种转盘式膜分离器，其特征在于所述的中空转动轴由调速电动机控制转速，转速控制在几转～几十转/分钟。
5.根据权利要求3所述的转盘式膜分离器，其特征在于，所述的平板膜为平板超滤膜或微滤膜，膜的孔径小于0.4μm。
6.一种使用如权利要求1所述转盘式膜生物反应器的水处理方法，其特征在于，方法的步骤如下：
1)原水进入生物反应器内与活性污泥相混合，形成混合液，原水中的污染物经活性污泥吸附和微生物代谢分解；
2)给生物反应器内混合液曝气，使污染物和活性污泥充分混合，曝气量为300L/h～700L/h；
3)混合液经转盘式膜分离器间歇加速过滤出水，加速过滤时间为8min～12min，间歇过滤时间为30s～2min，转盘式膜分离器的旋转速度为几转～几十转/分钟。
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