CN205011463U - 微好氧循环流化床膜生物反应器及系统 - Google Patents

Abstract

一种微好氧循环流化床膜生物反应器，该反应器的主体包括：兼氧反应区，构成主体的外筒部分，有机污水通过在该区域上部周边设置的进水布水装置进入该区域，在该区域中分布有兼氧污泥，对有机污水中的部分有机污染物进行生物分解和去除；以及微好氧循环流化反应区，构成主体的内筒部分，设置在该兼氧反应区的中部，且其底部与兼氧反应区连通，通过内外筒的固液混合物之间的循环流化，以及在微好氧循环流化反应中维持微好氧条件，使得微好氧循环流化反应区中分布有微好氧微生物，对有机污水中的有机污染物进行进一步生物分解和去除。本实用新型可处理高固含量、高污染物的养殖屠宰废水及工业有机污水。可有效解决此类废水带来的高污染、难降解等问题。

Description

微好氧循环流化床膜生物反应器及系统

技术领域

本发明涉及一种利用兼氧及微好氧微生物结合中空纤维膜处理高固含量、高污染物的养殖屠宰废水及工业有机污水的设备，特别涉及一种微好氧循环流化床膜生物反应器，它是以多种微生物复合菌群为主体，结合循环流化床工艺及中空纤维膜分离技术将废水中的有机污染进行大量去除的组合工艺，属于环境保护的污水处理技术领域。

背景技术

近年来，随着我国农业结构的调整和农业产业化的推进，规模化、集约化的畜禽养殖业得以迅猛发展，成为我国农村经济的重要组成部分。但是这些养殖场的发展也成为污染水体的重要污染源。我国每年畜禽养殖的废水排放量超过100亿吨，远远超过全国工业废水与生活废水排放量总和。同时畜禽废水水量波动大，含渣量、有机物和氮磷浓度高，处理技术不够成熟，管理运行成本高，出水水质绝大部分尚未达到国家一级排放标准，环境污染问题也日益严重。畜禽养殖污染已成为继工业污染、生活污染之后的第三大污染源。因此，为有效减少畜禽养殖废水对环境的污染，保证我省畜禽养殖业的稳步健康发展，因地制宜地研究开发畜禽废水高效、低成本的处理技术迫在眉睫。

传统的还田利用和自然处理模式由于受土地的限制已不能满足城市近郊大量畜禽废水处理的要求，因此迫切需要找到一种经济、高效的工业化处理模式来处理土地受限地区的畜禽废水处理。经过几十年的研究和应用，畜禽养殖废水厌氧处理工艺已经初步形成了几种工艺方式，常用的工艺包括完全混合式厌氧反应器(CSTR)，厌氧滤池(AF)，厌氧序批式反应器(ASBR)，厌氧挡板反应器(ABR)，厌氧复合反应器(UBF)，内循环厌氧反应器(IC)，上流式厌氧污泥床(UASB)等。尽管厌氧生物处理能直接处理高浓度畜禽废水，并能回收能源，但厌氧处理出水中污染物浓度仍然很高，特别是氨氮基本没有去除，排入水体后，对环境的影响仍然很大，需要进一步后处理。同时由于好氧生物工艺直接处理高浓度畜禽废水能耗高，运行费用昂贵，采用厌氧-好氧联合处理工艺是目前公认的最经济方法。目前我国大部分规模化猪场都采用厌氧-好氧工艺处理养殖场废水，由于SBR工艺可以在一个构筑物中完成生物降解和污泥沉淀两种作用，减少了全套二沉池和污泥回流设施，同时又能脱氮除磷，在厌氧一好氧工艺组合中得到了广泛的应用。SBR工艺主要有两种组合方式，一种是将厌氧控制在水解阶段，后接SBR工艺，如具有占地面积小，处理效率好，运行费用低等特点的水解-SBR工艺。另一种是厌氧反应器后接SBR工艺，如沉淀-UASB-SBR工艺及“CSTR+SBR”工艺。两种处理工艺的组合均有各自的优点，水解处理相对厌氧处理工艺，能显著缩短处理时间，提高处理负荷，同时厌氧处理又有较高的去除效率，各有利弊。

其中，MBR又称膜生物反应器(MembraneBio-Reactor)，是一种由膜分离单元与生物处理单元相结合的新型水处理技术。采用的膜结构型主要为平板膜和中空纤维膜。是已经成熟的是市场化技术，不需要保护。SBR是序批式活性污泥法的简称，是一种按间歇曝气方式来运行的活性污泥污水处理技术。它的主要特征是在运行上的有序和间歇操作，SBR技术的核心是SBR反应池，该池集均化、初沉、生物降解、二沉等功能于一池，无污泥回流系统。尤其适用于间歇排放和流量变化较大的场合。目前在国内有广泛的应用，滗水器是该法的一项关键设备。

近年来虽然有越来越多的规模化养猪场采用了一些新工艺，引进了新的技术设备，但还是存在一些问题，主要有以下几个方面：

1、某些技术设备及工艺在研究过程中忽略了养殖场的总体运行成本，致使运行管理成本高成为畜禽废水处理正常运行的制约因素。

2、养殖废水中丰富的氮磷都是不可再生的资源，这些放错位置的资源很容易被人忽视。

3、没有从源头上控制畜禽养殖废水的排放，增大了废水处理的难度和处理成本，不符合可持续发展社会的思想。

发明内容

为克服现有技术的缺陷，本发明提供一种微好氧循环流化床膜生物反应器，可低成本高效率的处理高固含量、高污染物的养殖屠宰废水及工业有机污水。

为实现本发明的目的，根据本发明的一个实施例，一种微好氧循环流化床膜生物反应器，该反应器的主体包括：兼氧反应区，构成该主体的外筒部分，有机污水通过在该区域外筒上部周边设置的进水布水装置进入该区域，在该区域中分布有兼氧污泥，利用该兼氧污泥中的兼氧微生物对有机污水中的部分有机污染物进行生物分解和去除；以及微好氧循环流化反应区，构成该主体的内筒部分，该微好氧循环流化反应区设置在该兼氧反应区的中部，且其底部与该兼氧反应区连通，通过内外筒的固液混合物之间的循环流化，以及在该微好氧循环流化反应区中维持微好氧条件，使得该微好氧循环流化反应区中分布有微好氧微生物，利用该微好氧微生物对有机污水中的有机污染物进行进一步生物分解和去除。

其中该反应器还包括：曝气装置，设置在该微好氧循环流化反应区的下方，用以通入空气以维持该微好氧循环流化反应区中的所述微好氧条件，在该兼氧反应区的有机污水利用该曝气装置的空气动力的提升作用实现内外筒的固液混合物之间的所述循环流化；以及中空纤维膜组件，设置在该微好氧循环流化反应区中上部，通过该中空纤维膜组件实现反应后固液混合物的泥水分离，将有机污泥节流在该微好氧循环流化反应区内，同时将清水抽出该反应器。

其中通过控制有机污水进入该反应器的流量，以及通过控制内外筒之间不同的氧含量，使得该反应器内的微生物达到生成和消耗的自行平衡。

其中该反应器还包括：混合液导流板，设置在微好氧循环流化反应区的筒壁底部外侧，用以促进混合液的循环流化态形成；以及辅助曝气装置，插入在该中空纤维膜组件的底部，用以向该中空纤维膜组件下部通入空气，实现辅助曝气，同时冲刷清洁该中空纤维膜组件以避免污泥杂质堵塞膜组件中的孔道。

其中该兼氧反应区的溶解氧控制在0-0.5mg/l；该微好氧循环流化反应区的溶解氧控制在0.5-1.0mg/l。

其中该主体的高径比为2∶1～10∶1。

其中该反应器的内部循环流量为处理污水量的2-20倍。

其中所述有机污水在反应器内的反应停留时间为1-4天。

其中该反应器的反应温度为10-60℃，该反应器内微生物适宜生长的pH值为5.5～8.5。

其中该反应器的污染物的去除效率可达到90％以上。

其中该反应器污泥产生量极少或无产出。

根据本发明的另一实施例，一种微好氧循环流化床膜生物反应系统，包括如上所述的微好氧循环流化床膜生物反应器，其中该系统还包括：竖流式沉淀池，向待处理的有机污水中投加絮凝剂，然后进入该竖流式沉淀池，通过沉淀作用去除污水中的大颗粒物质；中间水池，从该沉淀池流出的上清液流入该中间水池，用于存储污水及保证下一级处理设施的进水，至此完成有机污水的前处理，前处理后的出水进入所述微好氧循环流化床膜生物反应器，在该反应器中有机污水通过局部曝气作用维持兼氧及微好氧并存的环境，并借助曝气作用进行循环流化，该反应器内的微好氧微生物、兼氧微生物对所述有机污水中的COD及污染物质、污泥进行降解处理，实现活性污泥的近零排放；以及出水池，从所述微好氧循环流化床膜生物反应器流出的出水进入该出水池，实现达标排放。

本发明利用兼氧微生物、微好氧微生物的共同作用将污水中的COD及污染物质进行降解转化，污染物的去除效率可达到90％以上。与现有的厌氧、好氧处理工艺相比，该技术具有处理效果好、污泥零排放、占地少、工艺结构一体化等优点。

附图说明

图1为本发明微好氧循环流化床膜生物反应器的结构示意图；

图2为本发明微好氧循环流化床膜生物反应系统的配置图。

其中的附图标记说明如下：

1、兼氧反应区；2、微好氧循环流化反应区；3、进水布水装置；4、曝气装置；5、中空纤维膜组件；6、混合液导流板；7、进水部；8、出水部；9、辅助曝气装置。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细描述。

如图1所示，为本发明的微好氧循环流化床膜生物反应器结构示意图。根据本发明的一实施例，该微好氧循环流化床膜生物反应器包括主体，该主体装置为圆筒状。该主体包括：兼氧反应区1，构成该主体的外筒部分，有机污水从进水部7进入该反应器，并通过在该兼氧反应区1外筒上部周边设置的进水布水装置3进入该区域，该区域的水流方向为从上往下，利用该区域内的兼氧微生物对有机污水中的COD及污泥进行生物转化，并能够实现活性污泥的近零排放。

该微好氧循环流化床膜生物反应器还包括微好氧循环流化反应区2，构成该主体的内筒部分，该微好氧循环流化反应区2设置在该兼氧反应区1的中部，并通过其底部与该兼氧反应区1连通，在该微好氧循环流化反应区2中维持微好氧条件，通过内外筒的固液混合物之间的循环流化，使得流动到该反应区2中的固液混合物形成为微好氧微生物，利用该微好氧微生物对有机污水中的有机污染物进行进一步生物分解和去除。该内筒反应区2内存在大量有机活性污泥，可将污水中绝大部分有机污染物分解去除。

该反应器还包括：曝气装置4，设置在该微好氧循环流化反应区2的下方，通过该兼氧反应区1的有机污水利用曝气装置4的提升作用实现内外筒的固液混合物之间的循环流化，该曝气装置4在使用空气推动力实现该固液混合物的循环流化的同时，还用以调节该微好氧循环流化反应区2中的溶解氧浓度，维持微好氧条件，该区污水的水流方向为从下往上，利用微好氧微生物对污水中的COD进行进一步降解；以及中空纤维膜组件5，设置在该微好氧循环流化反应区2中上部，低于循环流化液面，通过中空纤维膜组件5实现反应后固液混合物的泥水分离，将有机污泥节流在该微好氧循环流化反应区2内，同时将清水抽出该反应器。

该中空纤维膜组件5是市场成熟产品，通常由钢体框架和紧密嵌入其中的高分子有机材料叠层构成，在所述有机材料叠层中还分布有内外连通的孔道，此处不再赘述。

该反应器还包括：混合液导流板6，设置在微好氧循环流化反应区2的筒壁底部外侧，用以促进混合液的循环流化态形成，即，该兼氧反应区1中的污水从上往下流动时，通过混合液导流板6进行导流，以防止污泥在池底积累，避免形成“死区”；以及辅助曝气装置9，插入在该中空纤维膜组件5的底部，向该膜组件下部通入空气，实现辅助曝气作用，同时从辅助曝气装置9流出的气泡还冲刷清洁该中空纤维膜组件5，以避免污泥和反应生成物等杂质堵塞膜组件中的孔道。

在好氧反应环境下，会产生大量的胞外聚合物，这些聚合物容易堵塞膜组件中的孔道，而本发明的反应器内是微好氧反应环境，产生胞外聚合物的量比较少，因此，本发明的反应器中的中空纤维膜组件5较容易清洗冲刷。

其中该进水布水装置3设置在循环流化液面之上，沿主体装置的外筒壁(即兼氧反应区1的外壁)的内侧周长分布，以布水堰的形式实现均匀布水。

其中该兼氧反应区1的溶解氧控制在0-0.5mg/l；该微好氧循环流化反应区2的溶解氧控制在0.5-1.0mg/l。

其中该反应器的内部循环流量为处理污水量的2-20倍，即，本发明的循环硫化床(包括兼氧反应区1和微好氧循环流化反应区2两部分)具有一个内循环参数，是指单位时间内的反应器内混合液循环的量，这个量要求为每天反应器在该单位时间内处理的新的污水量的2-20倍。

其中该反应器的污染物的去除效率可达到90％以上。

本发明的反应器使用由自吸离心泵及输水管组成的出水部8从该膜组件5内抽水，实现泥水的过滤分离(即，该中空纤维膜组件5的主要功能之一就是过滤分离)，出水即可达标，该膜组件5可以按照实际使用情况进行反冲洗。

所述兼氧反应区1中的兼氧微生物是在设备启动时通过接种活性污泥慢慢培养出来的。

兼氧微生物是接种污泥带来的，只要在设备启动时通入活性污泥，随着设备的运行，会慢慢培养出新的沉降性能好的兼氧污泥或絮状污泥，该污泥中含有大量的兼氧微生物，所谓兼氧微生物是指厌氧微生物和微好氧微生物并存的一种状态，其溶解氧浓度控制在0-0.5mg/l。

在本发明的实施例中，该主体为圆筒状，主体反应器的高径比为2∶1～10∶1。该反应器的反应温度为10-60℃，该反应器内微生物适宜生长的pH值为5.5～8.5。

所述有机污水在反应器内的反应停留时间为1-4天。

通过控制有机污水进入该反应器的流量，以及通过控制内外筒之间不同的氧含量，而中空纤维膜组件5的配合使用使得大部分有机污泥被截留在该反应器中，使得该反应器内的微生物达到生成和消耗的自行平衡，即，在污水处理的正常运行阶段，该反应器的污泥产生量极少或无产出，因而实现了污泥的近零排放。

此外，由于污泥的近零排放，其长期积蓄在反应器中参与反应，使得本发明的反应器内的微生物含量可以达到现有技术(例如厌氧反应器)的3～4倍，极大地提高了污水处理的效益，污泥中蕴含的氮磷在累积到一定程度后会自动转化为氮气(N₂)和磷化氢(H₃P)气体排出反应器外(即，本发明可以实现污水处理时的脱氮和脱磷)，其中磷化氢在外界遇氧后会很快氧化成无毒的P₂O₅结晶粉末。本发明排放的磷化氢量很少，且其立刻转化为无毒的P₂O₅结晶粉末，因而不会对大气造成污染。

图2为本发明的以微好氧循环流化床膜生物反应器为核心的系统配置图。

请参阅图2，根据本发明的另一实施例，一种微好氧循环流化床膜生物反应系统，包括如上所述的微好氧循环流化床膜生物反应器，其中该系统还包括：竖流式沉淀池，向待处理的有机污水中投加絮凝剂，然后进入该竖流式沉淀池，通过沉淀作用去除污水中的大颗粒物质；中间水池，从该沉淀池流出的上清液流入该中间水池，用于存储污水及保证下一级处理设施的进水，至此完成有机污水的前处理，前处理后的出水进入所述微好氧循环流化床膜生物反应器，在该反应器中有机污水通过局部曝气作用维持兼氧及微好氧并存的环境，并借助曝气作用进行循环流化，该反应器内的微好氧微生物、兼氧微生物对所述有机污水中的COD及污染物质、污泥进行降解处理，实现活性污泥的近零排放；以及出水池，从所述微好氧循环流化床膜生物反应器流出的出水进入该出水池，实现达标排放。

本发明设备利用兼氧微生物、微好氧微生物的共同作用将污水中的COD及污染物质进行降解转化，污染物的去除效率可达到90％以上。与现有的厌氧、好氧处理工艺相比，该技术具有处理效果好、污泥零排放、占地少、工艺结构一体化等优点。

本发明还开发了一种以多种微生物复合菌群为主体、结合循环流化床工艺及中空纤维膜分离技术将废水中的有机污染进行大量去除的系统，可处理高固含量、高污染物的养殖屠宰废水及工业有机污水。可有效的解决此类废水带来的高污染、难降解的问题。

Claims (10)

1.一种微好氧循环流化床膜生物反应器，该反应器的主体包括：

兼氧反应区(1)，构成该主体的外筒部分，有机污水通过在该区域外筒上部周边设置的进水布水装置(3)进入该区域，在该区域中分布有兼氧污泥，利用该兼氧污泥中的兼氧微生物对有机污水中的部分有机污染物进行生物分解和去除；以及

微好氧循环流化反应区(2)，构成该主体的内筒部分，该微好氧循环流化反应区(2)设置在该兼氧反应区(1)的中部，且其底部与该兼氧反应区(1)连通，通过内外筒的固液混合物之间的循环流化，以及在该微好氧循环流化反应区(2)中维持微好氧条件，使得该微好氧循环流化反应区(2)中分布有微好氧微生物，利用该微好氧微生物对有机污水中的有机污染物进行进一步生物分解和去除。

2.根据权利要求1所述的微好氧循环流化床膜生物反应器，其中该反应器还包括：

曝气装置(4)，设置在该微好氧循环流化反应区(2)的下方，用以通入空气以维持该微好氧循环流化反应区(2)中的所述微好氧条件，在该兼氧反应区(1)的有机污水利用该曝气装置(4)的空气动力的提升作用实现内外筒的固液混合物之间的所述循环流化；以及

中空纤维膜组件(5)，设置在该微好氧循环流化反应区(2)中上部，通过该中空纤维膜组件(5)实现反应后固液混合物的泥水分离，将有机氧污泥节流在该微好氧循环流化反应区(2)内，同时将清水抽出该反应器。

3.根据权利要求1或2所述的微好氧循环流化床膜生物反应器，其中通过控制有机污水进入该反应器的流量，以及通过控制内外筒之间不同的氧含量，使得该反应器内的微生物达到生成和消耗的自行平衡。

4.根据权利要求2所述的微好氧循环流化床膜生物反应器，其中该反应器还包括：

混合液导流板(6)，设置在微好氧循环流化反应区(2)的筒壁底部外侧，用以促进混合液的循环流化态形成；以及

辅助曝气装置(9)，插入在该中空纤维膜组件(5)的底部，用以向该中空纤维膜组件(5)下部通入空气，实现辅助曝气，同时冲刷清洁该中空纤维膜组件(5)以避免污泥杂质堵塞膜组件中的孔道。

5.根据权利要求1或2所述的微好氧循环流化床膜生物反应器，其中该兼氧反应区(1)的溶解氧控制在0-0.5mg/l；该微好氧循环流化反应区(2)的溶解氧控制在0.5-1.0mg/l。

6.根据权利要求1或2所述的微好氧循环流化床膜生物反应器，其中该主体的高径比为2∶1～10∶1。

7.根据权利要求1或2所述的微好氧循环流化床膜生物反应器，其中该反应器的内部循环流量为其处理污水量的2-20倍。

8.根据权利要求1或2所述的微好氧循环流化床膜生物反应器，其中所述有机污水在该反应器内的反应停留时间为1-4天。

9.根据权利要求1或2所述的微好氧循环流化床膜生物反应器，其中该反应器的反应温度为10-60℃，该反应器内微生物适宜生长的pH值为5.5～8.5。

10.一种微好氧循环流化床膜生物反应系统，包括如权利要求1至9任意一个所述的微好氧循环流化床膜生物反应器，其中该系统还包括：

竖流式沉淀池，向待处理的有机污水中投加絮凝剂，然后进入该竖流式沉淀池，通过沉淀作用去除污水中的大颗粒物质；

中间水池，从该沉淀池流出的上清液流入该中间水池，用于存储污水及保证下一级处理设施的进水，至此完成有机污水的前处理，前处理后的出水进入所述微好氧循环流化床膜生物反应器，在该反应器中有机污水通过局部曝气作用维持兼氧及微好氧并存的环境，并借助曝气作用进行循环流化，该反应器内的微好氧微生物、兼氧微生物对所述有机污水中的COD及污染物质、污泥进行降解处理，实现活性污泥的近零排放；以及

出水池，从所述微好氧循环流化床膜生物反应器流出的出水进入该出水池，实现达标排放。