CN203668174U - 全程电絮凝膜生物反应器 - Google Patents

全程电絮凝膜生物反应器 Download PDF

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Abstract

本实用新型公开一种全程电絮凝膜生物反应器,包括反应器本体,在该反应器本体内设置有接触氧化柜、沉淀柜和膜生物反应柜;在接触氧化柜内设置有接触氧化曝气器和软性填料,所述膜生物反应柜连通有滤膜组,该滤膜组的膜萃取水出口通向净水排放管,在所述反应器本体上还设置有污水输入管,在所述接触氧化柜、沉淀柜和膜生物反应柜内均设置有正负絮凝电极,该正负絮凝电极与电絮凝电源相互电连接;所述接触氧化柜、沉淀柜和膜生物反应柜相互依次连通,所述沉淀柜和/或膜生物反应柜内设置有沉淀物返送管。本实用新型不仅能有效增强活性污泥的聚集状态,而且能提高污泥菌体细胞活性,强化脱氧除磷效果,延缓膜污染,提高膜通量和使用寿命,广泛适用于各种生活污水的处理中。

Description

全程电絮凝膜生物反应器
技术领域
[0001] 本实用新型涉及污水处理技术领域,尤其涉及用于船舶、海上装备、城市乡镇等海上和陆上点源生活污水的处理装备。
背景技术
[0002] 随着社会经济的快速发展以及人口的增加,生活污水的排放越来越大,已成为经济发展和人们生活质量提高的严重阻碍,人们面临着资源性和水质性双重缺水的严峻考验。为此,人们正以前所未有的决心寻求生活污水资源化的有效途经,并通过制定各种国际公约、排放标准来限制和提高生活污水的排放水质要求。
[0003] 国际海事组织(MD)制定的《国际防止船舶污染公约》中规定,海上生产生活设施必须装有生活污水处理装置,非特殊情况禁止直接向限制海域排放生活污水,IMO的MEPC.159 (55)决议出台了严格的强行执行排放标准,MEPC.227(64)决议增加并提出苛刻的磷氮去除排放标准。我国城镇污水处理常污染物排放标准以及我国再生水标准中均严格控制总磷、总氮的排放要求。
[0004] 目前生活污水处理方法大致有:生化处理、物理化学处理和电化学处理法。膜生物反应器(MBR)则是近些年来发展起来的高效生活污水处理方法,它由膜分离技术与生物反应技术相结合而形成的一种生化反应系统,其实质是生物降解与膜分离相互影响、共同作用的过程,它利用微生物对水中生物降解有机污染物进行转化,使之生成对环境无害的二氧化碳和水,同时截留生化反应物,具有固液分离率高、有机污染物降解效率高、剩余污泥少等优势。
[0005] 虽然膜生物反应器是当前最为先进高效的污水处理方法,但也存在一些固有的严重不足:首先膜生物反应器(MBR)脱氮除磷效果差。由于在MBR反应器中有机物的消化降解依赖于对活性污泥进行充氧曝气,但脱氮除磷过程中的反硝化作用需要缺氧环境,而曝气作用对反硝化有着很大的影响,因此对于总氮的处理效果不尽人意,也由于充氧曝气过程的存在,事实上膜生物反应器中无法形成绝对的厌氧条件,这对释磷过程十分不利,即使采用间隙式曝气方法,对于磷的去除效果也不很理想。再者膜生物反应器中污泥活性降低。膜生物反应器能有效地截留反应器中的活性污泥,从而获得较高的污泥浓度,进而降低污泥产出率,减少反应器体积,然而这种工艺方法也使得污泥龄过长,不可避免地引起污泥菌体细胞活性的降低,具有污泥停留时间越长、污泥活性越低的趋势。还有膜生物反应器中膜污染是较难解决的问题。由于反应器污水中的微粒、胶体颗粒以及溶质大分子处于分解的、悬浮状态,而这些呈悬浮分散状态的微粒、胶体颗粒及溶质大分子与膜存在物理、化学作用或机械作用,使之吸附和沉积在膜表面或膜孔内,使膜的通量下降,甚至导致整个反应器无法正常工作。虽然现有技术中的采用反冲洗、间歇曝气延长膜污染时间,但并没有改变微粒的分散自由状态,不能较好地阻止膜污染。
实用新型内容[0006] 针对现有技术所存在的上述不足,本实用新型所要解决的技术问题是提供一种全程电絮凝膜生物反应器,它不仅能有效改善活性污泥的聚集状态,而且能增强污泥菌体细胞活性,从而强化和稳定脱氮除磷效果,延缓膜污染,提高膜通量和使用寿命。
[0007] 为了解决上述技术问题,在本实用新型的全程电絮凝膜生物反应器,包括反应器本体,在该反应器本体内设置有接触氧化柜、沉淀柜和膜生物反应柜;在接触氧化柜内设置有接触氧化曝气器和软性填料,所述膜生物反应柜连通有滤膜组,该滤膜组的膜萃取水出口通向净水排放管,在所述反应器本体上还设置有污水输入管,在所述接触氧化柜、沉淀柜和膜生物反应柜内均设置有正负絮凝电极,该正负絮凝电极与电絮凝电源相互电连接;所述接触氧化柜、沉淀柜和膜生物反应柜相互依次连通,所述沉淀柜和/或膜生物反应柜内设置有沉淀物返送管。
[0008] 本实用新型由于依次采用接触氧化、缺厌氧沉淀和膜生物反应的污水处理结构,尤其是在该处理装置上又增设了电絮凝,使得本实用新型与现有技术相比具有如下显著优
占-
^ \\\.[0009] 本实用新型具有极高的脱氮除磷效果。首先该处理装置中,由于在接触氧化柜、沉淀柜和膜生物反应柜内均设置有正负絮凝电极,电絮凝在外电场作用下可溶性金属阳极产生大量的阳离子和污水水体中的悬浮物絮凝沉淀,电絮凝在此过程中通过对污染物的吸附聚集、压缩絮凝、以及污染物与水的分离沉淀,实现对水体中污染物的净化去除效果。由于在反应器中产生了独特的絮凝环境,一方面电极金属失去电子而生成金属离子与反应器污水中的磷酸根离子发生絮凝作用而生成沉淀去除物,另一方面金属离子由于发生水解作用而生成高价聚合离子絮体网,具有极强的综合吸附水中污染物和悬浮物的作用,从而具有极好的固磷固氮作用。再者电絮凝作用通过增强生物反应系统、膜分离系统中活性污泥菌体细胞的活性,改善污水中活性污泥的聚集密度,以及污水中污染物和悬浮物的絮凝聚集、吸附分离,强化生物反应系统、膜分离系统中对有机物的生物降解和固磷作用,抑制和弥补了膜生物反应器在污水处理中所存在的污泥活性不足。尤其是电絮凝步骤和工艺结构处于生物反应系统和膜分离系统之中,使电絮凝作用于污水处理流程的高浓度污水中,而不是作用于经膜生物反应系统 处理的低浓度污水中,强化了电絮凝的絮凝作用和脱氮除磷效率,既减轻了膜生物反应器的脱氮除磷负担,又使膜生物反应系统的优势得以强化和充分发挥。
[0010] 本实用新型实现了合理的污水处理流程。本实用新型处理装置的处理主线上依次安排着接触氧化、缺厌氧沉淀和膜生物反应等处理结构,从而实现了合理的处理流程,一方面污水通过充入空气/氧化的好氧过程,使污水中的有机物大部分被生物消解,而后进入厌氧缺氧和沉淀过程,形成先好氧、再厌氧、缺氧,利用硝化细菌的好氧硝化和反硝化细菌的缺厌氧反硝作用来实现生物脱氮除磷作用。尤其是独立设置的沉淀柜创造了一个不受曝气过程影响的厌氧环境,强化了反硝化除磷细菌在缺厌氧环境下利用硝酸氮充当电子受体进行聚磷沉淀,更利于磷的脱除。另一方面沉淀柜设置于膜生物柜之前,处理中仅向膜生物反应柜中引入沉淀后的澄清液,给滤膜主体创造了一个“清水”的运行环境,从而有效降低跨膜浓度差,极好寺解决了膜浓度极化问题,实现了膜通量的稳定。由于本实用新型的处理流程和处理工艺结构具有极强和稳定的脱氧除磷效果,经反复试验和实际使用证明膜萃取排出水的总氮小于20mg/L,总 磷小于1.0 mg/L,远高于现有膜生物反应器的最好水平。[0011] 本实用新型能有效增强污泥菌体细胞活性。本实用新型中的电絮凝正负电极所产生的电磁场,该电磁场作用于生物反应器中还促进污泥中微生物的生长、加速酚的降解,刺激菌群的良性生长代谢,增强微生物菌种活性,使絮状菌和丝状菌等微生物的增殖速度和进度均优于普通活性污泥,且不易老化,显示出良好的生物电磁效能。污泥活性的增强不仅解决了膜生物反应器(MBR)的固有缺陷,而且增强了对有机物的降解速度和效率。电絮凝所产生的电磁场还使活性污泥增长快,驯化成熟时间短,污泥浓度、沉降性能、单位容积处理能力和抗冲击负荷能力明显提高。还由于在电场作用下,消解菌群被磁化,从而提高菌群颗粒间的碰撞频率,便于污泥絮体之间结合成更大的污泥絮体。电场的磁化作用又使絮体间产生挤压,不仅提高了活性污泥的紧密度,而且使污泥絮体与水的分离速度加快,提高污泥的沉降速度,并减少污泥的沉降体积。
[0012] 本实用新型能有效阻止膜污染。本实用新型中的电絮凝在污水处理系统中产生独特的絮凝环境,使污水中的污染物和悬浮物从自由分布状态变成聚集状态,抑制和避免污染物的附着和渗透,有效阻止污染物在膜表面上的沉淀积累,该呈絮凝状态的污染物也更容易从膜表面脱落分离。因此本实用新型较好地从污水处理机理上解决膜污染问题,有效稳定了膜通量,延长了膜的使用寿命。
[0013] 本实用新型能有效防止或延缓反应器本体及其内设机件的腐蚀。由于污水含有复杂的酸性、碱性物质,以及熔解盐类等腐蚀物质,反应器本体和反应器的内部机件均处于高腐蚀环境中,存在难以抗拒的电化学腐蚀现象,不仅影响污水处理系统的生物反应效率,而且会造成反应器及其机件的腐蚀损坏,影响整个反应系统的可靠性和使用寿命。本实用新型中的正负絮凝电极在进行电絮凝的同时,处于污水电解质环境中的阳极也与反应器本体及其内置构件这些相对阴极构成相互电连接,组成一电偶电池,作为牺牲阳板的电絮凝电极板优先溶解,释放出的电流使反应器本体及其他构件得到保护,以阻止他们的腐蚀损坏,从而大大延长反应器的使用寿命。
[0014] 本实用新型是一种环境友好的污染物脱除装备。在本实用新型中电絮凝作用不需要添加任何化学药剂,产生的污泥量少,污泥由于得到絮凝压缩而含水率低,只需要改变电场外加电压就能控制其运转条件,既无二次污染,又便于实现自动化控制,还由于电絮凝中的两电极在反应器中产生了电磁场,其电解离子有着相当高的活性,具有灭菌效应,该电磁场能起到良好的消毒灭菌效果。
附图说明
[0015] 下面结合附图和具体实施方式对本实用新型全程电絮凝膜生物反应器作进一步详细说明。
[0016] 图1是本实用新型全程电絮凝膜生物反应器的一种具体实施方式的结构示意图。
[0017] 图中,I一反应器本体、2—正负絮凝电极、3—前置曝气区、4一接触氧化柜、5—液面测深电极、6—冲洗管、7 —污水输入管、8 —电絮凝电源、9一曝气阀、10—接触氧化区、11 一防火星网、12—送风管、13—膜柜曝气阀、14 一膜生物反应柜、15—上清液输送管、16—沉淀物返送管、17—返送气阀、18—澄清液溢流口、19一送风机,20—沉淀柜、21—浓缩液回流阀、22—浓缩液流量计、23—沉淀柜隔板、24—沉淀连通管、25—加热器、26—滤过液排出阀、27—排放泵、28—消毒器、29—排放流量计、30—净水排放管、31—沉淀柜放泄螺栓、3 2 一膜柜曝气器、3 3—滤膜组、3 4 一膜柜放泄螺检、3 5—膜柜隔板、3 6—软性填料、3 7—接触氧化曝气器、38—前置曝气器、39—粉碎泵前阀、40—粉碎泵、41 一应急排放阀、42—粉碎泵后阀、43一取样口、44一溢流管。
具体实施方式
[0018] 在图1所示的全程电絮凝膜生物反应器中,反应器本体I被膜柜隔板35和沉淀柜隔板23依次隔成接触氧化柜4、膜生物反应柜14和沉淀柜20 ;接触氧化柜4分为前置曝气区3和接触氧化区10两个区域,该两个区域也可以通过相应隔板而分隔开。在接触氧化柜4的前置曝气区3设置有前置曝气器38,该前置曝气区3和接触氧化区10内均设置有用于絮凝的正负絮凝电极2,同样膜生物反应柜14和沉淀柜20内也设置有用于絮凝的正负絮凝电极2。正负絮凝电极2通过电源线与电絮凝电源8相互连接,正负絮凝电极2的两电极的电极材料均由铝材制成;该铝材的含铝质量百分比组份大于95% ;两电极板间隔设置,其两极板间的间距为5mm,工作电流为0.4A,工作电压为5V。对于生活污水而言,应视污水浓度组份和处理流量等参数,正负絮凝电极间距优先在3mnTl0mm之间选择;工作电流最好在0-2Α中选择,工作电压则优先选择为(T15V。在前置曝气区3中还设置有液面测深电极5,该液面测深电极5用于监测柜内污水量以及控制该柜中污水的输进和输出。在前置曝气区3的反应器本体I外设置有粉碎泵40,粉碎泵40的进水口连通于反应器本体I的底部位置,粉碎泵40的出水口连通于反应器本体I的柜端壁位置,在粉碎泵40的进水管路上设有粉碎泵前阀39,粉碎泵40的出水管路上连通有粉碎泵后阀42,粉碎泵40的出水管路上还并联有应急排放阀41,在前置曝气区3 —侧的反应器本体I的端壁上还设置有取样口 42。
[0019] 在接触氧化柜4的接触氧化区10内设置有软性填料36和接触氧化曝气器37,软性填料36采用维尼纶、尼龙丝等常用材料。前置曝气器38和接触氧化曝气器37均通过曝气阀9与送风机19相连通。当然前置曝气器38和接触氧化曝气器37也可以分别通过各自对应的控制阀与送风机19相连通,以便实现不同的送气曝气方式。沉淀柜20中的污水处于缺厌氧的静置状态,沉淀柜20中不设置曝气器。在沉淀柜20中设置有加热器25,该加热器25可以是电加热器,或者是蒸`汽加热器等常用的加热元器件。在沉淀柜隔板23的下端部位设置有沉淀连通管24,沉淀柜20中的沉淀物可以通过该沉淀连通管24流向膜生物反应柜14的底部。在沉淀柜隔板23的上部开有澄清液溢流口 18。在该澄清液溢流口 18等高位置处设有上清液输送管15,该上清液输送管15的一端连于接触氧化柜4的接触氧化区10,上清液输送管15的另一端则连向沉淀柜20。
[0020] 膜生物反应柜14中设有膜柜曝气器32,该膜柜曝气器32通过膜柜曝气阀13连向送风机19,膜柜曝气阀13为电磁阀。在膜生物反应柜14中还设有沉淀物返送管16,该沉淀物返送管16伸向膜生物反应柜14的絮凝沉淀物的沉积区,沉淀物返送管16经过返送气阀17连通于送风机19上,返送气阀17也为一电磁阀。絮凝沉淀物返送时,打开返送气阀17,在送风机19气压的作用下,沉淀柜20中的沉淀物和膜柜沉淀物经沉淀物返送管16被返送到接触氧化柜4中。当然也可以在膜生物反应柜14和沉淀柜20中分别设置沉淀物返送管16。
[0021] 膜生物反应柜14中的滤膜组33采用内置式结构,膜生物反应柜14的柜内连通有滤膜组33,即滤膜组33位于反应器本体I的膜生物反应柜14内,滤膜组33由若干中空纤维膜组成。滤膜组33在排水泵27的作用下,将滤膜组33的滤过萃取水经消毒器28、排放流量计29和净水排放管30排出,从而完成污水的综合净水处理。
[0022] 反应器本体I采用卧式圆管结构,该卧式圆管的两端采用椭圆封头,该结构不仅承压合理、避免死角,而且有利于反应器内混合液良好的紊动,减少絮凝沉淀物的破解。将沉淀柜20设置于反应器本体I端部的椭圆封头处,有利于在沉淀柜的底部形成漏斗沉降区,从而加速絮凝物的沉淀聚集,并减少絮凝沉淀物的含水率。在反应器本体I上还设置有溢流管44、沉淀柜放泄螺栓31和膜柜放泄螺栓34。在反应器本体I上接触氧化柜4的前置曝气区3连通有冲洗管6和污水输入管7,在接触氧化区10的上部连通有防火星网11。
[0023] 工作时,生活污水经污水输入管7被输入到接触氧化柜4的前置曝气区3,位于前置曝气区3的前置曝气器38不断向柜内生活污水充入空气,在污水中形成许多微小气泡,并造成水的紊流,从而达到将空气中的氧气充分溶入污水中的目的,形成对污水的曝气充氧,促使活性污泥消化分解污水中的有机物。旁通的粉碎泵40则对污染物粉碎,以加速活性污泥对有机物的降解。反应器首次工作时还应先进行活性菌的接种和培养驯化。前置曝气区3中的正负絮凝电极2,通电后的正负絮凝电极2在外电源的作用下不断向污水释放带有大量金属离子的絮凝剂,随着絮凝剂的不断扩散,整个反应器中的污水均处于独特的絮凝环境中。
[0024] 经前置曝气区3絮凝和曝气处理的污水又进入到接触氧化柜4的接触氧化区10中,接触氧化区10也设有正负絮凝电极2,在接触氧化区10中悬挂有软性填料44,软性填料44上形成的具有一定活性的生物膜,加大了活性菌与有机物的接触面积,并使活性菌悬浮于水中不下沉。接触氧化区10中的接触氧化曝气器45不断对其中的污水进行曝气充氧。正负絮凝电极2所絮凝剂所产生的絮凝作用,也对污水中的污染物产生絮凝作用,生物消解和絮凝的双重作用产生了极强的脱氮除磷效果。
[0025] 接触氧化区10中的上清液经上清液输送管15输送至沉淀柜20,沉淀柜20中的上清液处于一缺氧厌氧环境中,主要产生厌氧反硝反应。沉淀柜20中也设有正负絮凝电极2,沉淀柜20中的上清液在絮凝剂的作用对其中污染物絮凝沉淀聚集,絮凝沉淀聚集物经过沉淀连通管24进入到膜生物反应柜14中,并一并通过沉淀物返送管16返送至接触氧化区10。在沉淀柜中絮凝沉淀聚集和固磷除磷作用更加明显,而位于沉淀柜20中加热器25的加热作用,不仅加速了氨、氮的排出,而且提高了污泥活性。
[0026] 沉淀柜20上层的澄清液经澄清液溢流口 18流向膜生物反应柜14中,膜曝气器32对澄清液进行曝气充氧。膜生物反应柜14中同样设有正负絮凝电极2,膜生物反应柜14中的滤膜组33采用内置式结构,膜生物反应柜14的柜内连通有滤膜组33,即滤膜组33位于反应器本体I的膜生物反应柜14内,滤膜组33由若干中空纤维膜组成。滤膜组33在排水泵27的作用下,将滤膜组33的滤过萃取水经消毒器28、排放流量计29和净水排放管30排出,该排出净水经过生物反应、絮凝作用和物理沉淀,其总氮小于20 mg/L,总磷小于1.0mg/L ο
[0027] 本实用新型除上述实施方式外,还可以在接触氧化柜4的前置曝气区3和接触氧化区10两个区域中仅在一柜体中设置有用于电絮凝的正负絮凝电极2,或设置于前置曝气区3,或设置于接触氧化区10 ;但膜生物反应柜14和沉淀柜20均设置有正负絮凝电极2。滤膜组31既可采用内置结构,也可采用外置式结构,滤膜组中的滤膜既可以是中空纤维膜或管式膜,还可以是板式膜。接触氧化柜4内也可仅设有接触氧化区,而不设置前置曝气区,如在仅处理灰水时,可不设置前置曝气区。正负絮凝电极2的极板材料既可是相同材质,也可采用不同材料,其电极材料既可以采用铝材,也可以是铁、锌、钛、不锈钢,以及其合金等用于电絮凝的电极材料。只要综合采用了电絮凝技术、膜生物反应和物理沉淀的工艺结构均应视为落入本实用新型的保护范围内。

Claims (6)

1.一种全程电絮凝膜生物反应器,包括反应器本体(1),在该反应器本体(I)内设置有接触氧化柜(4)、沉淀柜(20)和膜生物反应柜(14);在接触氧化柜(4)内设置有接触氧化曝气器(37)和软性填料(36),所述膜生物反应柜(14)连通有滤膜组(33),该滤膜组(33)的膜萃取水出口通向净水排放管(30 ),在所述反应器本体(I)上还设置有污水输入管(7 ),其特征在于:在所述接触氧化柜(4)、沉淀柜(20)和膜生物反应柜(14)内均设置有正负絮凝电极(2),该正负絮凝电极(2)与电絮凝电源(8)相互电连接;所述接触氧化柜(4)、沉淀柜(20)和膜生物反应柜(14)相互依次连通,所述沉淀柜(20)和/或膜生物反应柜(14)内设置有沉淀物返送管(16)。
2.根据权利要求1所述的全程电絮凝膜生物反应器,其特征在于:所述接触氧化柜(4)包括有前置曝气区(3)和接触氧化区(10),在前置曝气区(3)和/或接触氧化区(10)设置有正负絮凝电极(2);该前置曝气区(3)还设置有前置曝气器(38);所述接触氧化曝气器(37)和软性填料(36)设置于接触氧化区(10);所述接触氧化柜(4)通过上清液输送管(15)与沉淀柜(20)相连通,该沉淀柜(20)则通过澄清液溢流口( 18)与膜生物反应柜(14)相连通。
3.根据权利要求2所述的全程电絮凝膜生物反应器,其特征在于:所述前置曝气区(3)和接触氧化区(10)均设置有正负絮凝电极(2)。
4.根据权利要求1、2或3所述的全程电絮凝膜生物反应器,其特征在于:所述膜生物反应柜(14)的滤膜组(31)设置于反应器本体(I)的体外,该滤膜组(31)通过连接管与膜生物反应柜(14)相连通。
5.根据权利要求1、2或3所述的全程电絮凝膜生物反应器,其特征在于:所述膜生物反应柜(14)的滤膜组(31)设置于该膜生物反应柜(14)内。
6.根据权利要求1、2或3所述的全程电絮凝膜生物反应器,其特征在于:所述沉淀柜(20)中设置有加热器(25)。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109231675A (zh) * 2018-10-15 2019-01-18 西安建筑科技大学 一种基于太阳能的电絮凝膜生物反应池及其操作方法

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