CN1884131B - 复合曝气式膜生物反应器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了复合曝气式膜生物反应器，包括生物反应池，曝气装置以及安装在生物反应池内并浸于液面下的膜组件，所述曝气装置包括安装在所述生物反应池内的曝气管，设置在膜生物反应器外面的气泵，所述曝气管通过管道与气泵相连通，所述曝气装置包括相互独立设置的穿孔曝气装置和微孔曝气装置，穿孔曝气管的曝气管头安装在所述膜组件的下方，微孔曝气管的微孔曝气管头安装在所述生物反应池内的下方，所述微孔曝气管的曝气管头的孔径较所述穿孔曝气管的曝气管头小，两种曝气管头在立面上留有错位。本发明通过两种曝气方式的结合，在相同曝气量下，可提高膜生物反应器的氧利用率，降低处理废水的能耗，适用于处理具有较高有机物浓度的污水。

Description

复合曝气式膜生物反应器
技术领域
本发明涉及一种污水处理设备，尤其涉及一种用来处理具有较高负荷有机废水的膜生物反应器。
背景技术
膜生物反应器(MBR)工艺是现代膜过滤技术与传统活性污泥法有机结合的废水处理工艺。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；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。主要原理是利用超滤膜或微滤膜进行固液分离，取代了传统活性污泥法的二次沉淀池；由于膜的过滤作用，可以实现污泥停留时间(SRT)与水力停留时间(HRT)单独控制，使得该项处理工艺具有固液分离效果好、生化效率高、产水优质稳定且可回用、污泥浓度高、抗冲击负荷能力强等优点；且由于省却了二次沉淀池，并且无污泥回流，因而设备集中、占地面积小，投资费用与运行费用降低。
在实际应用中，由于MBR池内微生物浓度高，这些微生物易于黏附在膜表面上，此外由于微生物产生的胞外聚合物EPS(Extra-celluarpolrmers)含量与微生物浓度成正比，在污泥混合液中累积可引起混合液黏度增加以及浓差极化，对膜组件造成污染；膜污染可分为内部污染和外部污染，内部污染指小于膜孔的物质在膜孔中的堵塞和吸附，外部污染指固体物质通过物化作用与膜紧密结合所形成的沉积层，包括泥饼层和凝胶层污染；其中，沉积层污染是膜污染的主要部分，克服沉积层污染是解决膜污染问题的有效途径之一。
现有使用曝气方式避免或减轻沉积层污染的膜生物反应器的主要结构是在位于膜生物反应器内的微/超膜组件下方，安装曝气管，利用曝气时产生上升气水混合流，在膜组件表面形成错流冲刷，产生水流剪切力，来达到减轻膜组件的污染；前述曝气装置同时还兼具补充膜生物反应器内氧气等作用，使待处理废水中的溶解氧值(即通常所述的DO值)维持在2～3mg/L左右，以保证或提高生化效率。
在膜生物反应器中，常用的曝气方式主要有穿孔曝气和微孔曝气两种，普通的穿孔曝气方式产生的气泡孔径相对较大，曝气时产生的错流冲刷强度较大，对膜组件表面的沉积层清除效果较好，但同时也有氧利用率低(3～7％)，污水处理能耗高的缺点；而普通的微孔曝气方式产生的气泡孔径相对较小，但该方式的氧利用率比较高，达22％，能显著降低污水处理能耗。
现有技术中采用在膜组件下方，安装一种曝气管的膜生物反应器，在处理具有较高有机负荷的污水时，会有以下问题：由于有机负荷增加，导致微生物大量繁殖，污泥浓度变高，同时产生大量EPS，加重微生物在膜组件表面的沉积以及浓差极化现象；膜孔堵塞严重，导致膜组件通量下降；为了减缓有机负荷增加导致的膜污染，需要增大曝气量，提高气水混合流的上升流速，以加强气水混合流对膜组件的错流冲刷，减小污染物在膜表面的沉积，同时维持反应池内的D0值；此时，采用穿孔曝气的方式，曝气量通常为水量的30-60倍或者更高，才可以满足前述使用要求.虽然微/超滤膜本身具有一定的抗拉强度，但如上升混合流对微/超滤膜的错流冲刷强度过大，气水剪切力也相应较大，这会极大地缩短膜使用寿命；如中空纤维膜膜丝断开，膜丝内部污染加重，导致通量变小，出水水质变差；此外，较大的曝气量也将使设备的能耗极大增加，过高的能耗增加了处理成本，制约了膜生物反应器工艺的推广应用.而微孔曝气的方式在处理具有较高有机负荷的污水时，又不足以适时、有效清除污染物在膜组件表面的沉积，难以保证设备长期、稳定地运行.
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术存在的不足，提供一种能耗相对较低且仍能稳定运行的复合曝气式膜生物反应器。
根据本发明，一种复合曝气式膜生物反应器，包括生物反应池，曝气装置以及安装在所述生物反应池内并浸于液面下的膜组件，所述曝气装置包括安装在所述生物反应池内的曝气管、设置在膜生物反应器外面的气泵，所述曝气管通过管道与所述气泵相连通，所述曝气装置包括两套相互独立的曝气管和气泵：一套为穿孔曝气装置，穿孔曝气管的曝气管头安装在所述膜组件的下方；另一套为微孔曝气装置，微孔曝气管的微孔曝气管头安装在所述生物反应池内的下方；所述微孔曝气管的曝气管头的孔径较所述穿孔曝气管的曝气管头小；
本发明通过两种曝气方式的结合，穿孔曝气方式用来对膜表面进行气水双洗，克服膜表面污染物沉积，微孔曝气方式则可维持膜生物反应器内微生物生化反应所需足够溶解氧。利用微孔曝气装置具有的氧利用率较高的特点，因此在相同曝气量下，使膜生物反应器的氧利用率，较从单纯采用穿孔曝气方式的膜生物反应器大幅提高，而在相同氧利用率下，只需较小曝气量，因此，处理废水的能耗也可大幅降低，适用于较高有机物浓度污水处理的MBR工艺。
附图说明
图1是安装有本发明所述的复合曝气式膜生物反应器的污水处理系统结构简图；
图2是本发明所述的复合曝气式膜生物反应器的曝气管道安装平面示意图；
图3是图2所示的复合曝气式膜生物反应器的A-A方向的剖面结构示意图；
图4是图2所示的复合曝气式膜生物反应器的B-B方向的剖面结构示意图。
具体实施方式
参照附图1和附图2，较高浓度有机废水，如医院污水经格栅去除水中的固体杂物后进入调节池5，在调节池中均化、缓冲水质水量，在调节池中也可加曝气设施，使较高浓度有机废水得以充分曝气混合；经提升泵泵提升后进入膜生物反应池进行处理。膜生物反应池需要的氧气由两套曝气系统供给，分别为穿孔曝气装置与微孔曝气装置，有机废水在膜生物反应池中完成有机物生化降解与去除氨氮过程。处理后的混合液由超滤膜进行泥水分离，产水回用或排放。
本发明所述的复合曝气式膜生物反应器，包括生物反应池1，曝气装置以及安装在所述生物反应池内并浸于液面下的膜组件2，该膜组件2可以根据需要选用超滤或微滤膜，如中空纤维微/超滤膜、板式超滤膜均可。
曝气装置包括安装在生物反应池1内的曝气管以及设置在膜生物反应器外面的气泵，曝气管通过管道32以通常方式与设置在膜生物反应器外面的气泵33相连通，本发明与现有技术的不同之处在于，前述曝气装置包括两套相互独立的曝气管以及与之连通的气泵：一套为穿孔曝气装置，穿孔曝气管3的曝气管头31安装在膜组件2的下方，用来产生相对较大的气泡，使得在曝气过程中，对超滤或微滤膜表面进行尽量有效、彻底的气水双洗，从而克服膜表面污染物沉积；
另一套曝气装置为微孔曝气装置，微孔曝气管4的微孔曝气管头41安装在生物反应池1内的下方，由于微孔曝气管4的曝气管头41的孔径较穿孔曝气管的曝气管头31小，因此相同曝气量之下，曝气管头41可以产生的气泡数量较大且更为密集，气泡与水的接触面积相对较大，因而可以向池内的待处理废水提供尽量多的氧气，保证溶解氧的浓度，以满足微生物生化反应的需要。
前述微孔曝气管头41最好与穿孔曝气管头31在立面上留有错位；所述立面上留有错位是指各个微孔曝气管头41和穿孔曝气管头31相互之间不在同一立面上，如图2所示，以免两种作用不同的曝气管头产生的用于曝气的气泡在上升过程中相互影响，进而降低或减弱不同曝气装置的总体功效。
通常，在膜组件位于所述膜生物反应池内的中间位置时，穿孔曝气管3上间隔有序地设置有多个穿孔曝气管头31，各穿孔曝气管头31尽量分布在膜组件2的正下方或正下方的周围位置，目的是在相同曝气量下，使得具有较大孔径的穿孔气泡在上升、曝气过程中，更为有效地在膜组件2的周围形成可以冲刷膜组件2表面沉积层的错流，尽量增大水流剪切力，减小、降低污染物在膜表面的沉积程度；在微孔曝气管上也可间隔有序地设置有多个微孔曝气管头，各微孔曝气管头为了能与前述各穿孔曝气管头31在立面上留有错位，可以分布在所述生物反应池内下方的周边位置，保证微孔曝气管头对膜生物反应池内氧气的补充，为反应池内的微生物生化反应提供足够溶解氧，使微生物对有机物进行高效降解；从上述分析不难看出，在相对较低的曝气量之下，本发明可以将膜生物反应器DO值维持在2～3mg/l左右，满足微生物生化反应对水中溶解氧的基本需求，从而显著降低废水处理能耗。
在本发明的膜生物反应器中，具体安装时，可以将各个穿孔曝气管头的开口方向向下设置，其目的和功能是防止穿孔曝气管头的各开口孔在使用过程中被污泥堵塞，同时可保证曝气均匀。
每一种曝气管以及与之连通的气泵之间还可以进一步串接有气体流量计35、气压表34以及阀门36等监控装置，以随时根据检测指标调整向膜生物反应器内输入的曝气量。上述的气泵可以使用普通的鼓风机，穿孔曝气管的各个曝气管头开孔直径一般选择在4或5mm左右较为适宜，而微孔曝气装置的曝气管头最好选择在80～200μm即可满足使用要求。
作为膜组件的超滤或微滤膜在安装时，最好能够使超滤或微滤膜呈一定程度的松弛状态，这样，能够使得气水混合流在冲刷时，保持膜丝/面振动，从而提高清洗沉积物效率。
本发明的装置的具体使用方式是：待处理的废水经提升泵提升后进入膜生物反应池，开启穿孔曝气装置的鼓风机，空气经曝气管道进入穿孔曝气管3，在膜组件2下方形成气水混合上升流，产生气水流剪切力，对膜表面进行冲刷，阻止膜表面沉积污染，并维持稳定的膜通量.
开启微孔曝气装置的鼓风机，空气经曝气管道进入微孔曝气管4，由于微孔曝气管的高效氧利用率，可对微生物补充生化所需溶解氧，微生物对有机物进行高效降解。
需要说明的是前述开启顺序，并无特别要求，可以同时开启，也可先后开启，要视膜生物反应器内当前水质的具体监控指标而定。使用一段时间后，生物反应池1内的污泥可由污泥泵6抽走；由膜组件2所得的净水通过出水泵7输出到清水池71；与膜组件2相通的出水管道还可以进一步与反洗装置8相接，以适时对膜组件2进行反洗。
本方明的复合曝气式MBR工艺简单，安装方便，经济实用，占地面积小。采用穿孔曝气清洗膜组件与微孔曝气供氧两者相结合的工艺原理，解决了普通膜生物反应器技术中曝气时，氧传质效率较低的问题，降低了传统膜生物反应器的曝气能耗；同时还具有传统膜生物反应器不能处理较高有机负荷的能力，其处理的进水即使在CODcr达到350mg/L～2500mg/L时，如医院污水时，仍旧能够保证出水可达标排放或回用于生产工艺，因此本发明在各种规模的处理具有较高有机负荷废水工程中可以广泛地使用。

Claims (5)

1.一种复合曝气式膜生物反应器，包括生物反应池，曝气装置以及安装在所述生物反应池内并浸于液面下的膜组件，所述曝气装置包括安装在所述生物反应池内的曝气管、设置在膜生物反应器外面的气泵，所述曝气管通过管道与所述气泵相连通，其特征在于：所述曝气装置包括两套相互独立的曝气管和气泵：一套为穿孔曝气装置，穿孔曝气管的曝气管头安装在所述膜组件的下方；另一套为微孔曝气装置，微孔曝气管的微孔曝气管头安装在所述生物反应池内的下方；所述微孔曝气管的曝气管头的孔径较所述穿孔曝气管的曝气管头小；所述微孔曝气管的微孔曝气管头与所述穿孔曝气管头在立面上留有错位。
2.如权利要求1所述的复合曝气式膜生物反应器，其特征在于：所述膜组件位于所述生物反应池内的中间位置，间隔有序地设置的多个穿孔曝气管头分布在所述膜组件的正下方或正下方的周围，所述的微孔曝气管上也间隔有序地设置有多个微孔曝气管头，所述各微孔曝气管头分布在所述生物反应池内下方的周边位置。
3.如权利要求2所述的复合曝气式膜生物反应器，其特征在于：所述的穿孔曝气管头的开口方向向下。
4.如权利要求3所述的复合曝气式膜生物反应器，其特征在于：所述的曝气管以及与之连通的气泵之间还串接有气体流量计、气压表以及阀门。
5.如权利要求4所述的复合曝气式膜生物反应器，其特征在于：所述的穿孔曝气管头的孔径在4-5mm之间；所述的微孔曝气管头的孔径在80～200μm之间。
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