CN102167469A - 一种用于污水处理的流化床膜生物反应器 - Google Patents

Abstract

流化床膜生物反应器，属于水和废水处理技术领域。本发明利用生物流化床和膜生物反应器相结合的工艺，即反应器内填充由废橡胶粉、活性炭和粘合剂自制的直径5mm左右的载体颗粒，填充比例是反应器有效容积的10％-30％。依靠载体与污泥的协同作用，完成挂膜，微生物生长在填料上，降低了反应器中污泥浓度、改变反应器环境运行条件和减缓膜污染，从而延长了膜的使用寿命，提高了膜的处理能力。本发明在膜生物反应器填充自制的载体颗粒，通过使用填料使得流化床膜生物反应器对内微环境发生改变并对其进行调控，如对溶解氧(DO)、填料的量和水力停留时间进行调控，以便形成局部缺氧区，进而实现同步硝化反硝化脱氮功能，提高总氮的去除效率并提高了反硝化的效率。本发明具有结构简单、无需投加化学药剂、运行操作简便、高效，出水水质好、节省能耗，可同时去除有机物、总氮等多种污染物质，适合工业、生活废水等有机废水处理，可望在工程实践中运用。

Description

一种用于污水处理的流化床膜生物反应器

技术领域

本发明属于膜生物反应器及水处理技术领域，特别涉及采用流化床膜生物反应器去除污水中有机物和总氮的水处理工艺及其设备。

背景技术

膜生物反应器是将高效膜分离技术和活性污泥的生物降解作用相结合的污水处理系统与回用工艺，由膜组件替代传统生物处理技术中的二次沉淀池。膜生物反应器具有固液分离效果好、出水水质好、污泥产生量小、占地面积小、运行管理简单等优点。膜生物反应器由于具有上述传统活性污泥法无法比拟突出的优点，成为目前水处理领域国内外研究的热点。国内外已经有相当规模和数量的膜生物反应器污水处理和资源化工程。

污泥浓度是膜生物反应器系统的重要参数，膜生物反应器的重要是利用膜的分离的高度浓缩性提高膜生物反应器的污泥浓度，从而增加生物反应器有有机物去除能力，但较高的污泥浓度对膜通量产生负面影响。在一定条件下，污泥浓度越高，使得污泥在膜表面黏附越多，形成滤饼层的速度加快，膜通量下降，不可避免地要发生膜污染，清洗频率加大，致使运行费用的增加，膜的寿命减短，同时也给运行管理带来了很大的不便。膜污染是问题已成为制约该工艺应用和发展的“瓶颈”。

生物脱氮技术具有投资省、占地小、无二次污染等特点，被公认为最有发展前途的方法之一。生物脱氮技术首先通过微生物硝化作用将氨态氮转变成硝态氮，再通过反硝化作用将硝态氮转化成氮气排入大气中，最终实现氮元素的循环和氨氮无害化。

传统硝化反硝化工艺包括硝化和反硝化两个阶段，分别由硝化菌和反硝化菌来完成，由于两者对环境的要求不同，这两个过程一般不能同时发生，而只能序列进行，即硝化反应在好氧条件下由自养菌完成，反硝化反应在厌氧/缺氧条件下由异氧菌完成。近几十年来，尽管生物脱氮技术有了很大的发展，但硝化和反硝化仍然是在独立的或分隔的具有不同溶解氧(DO)浓度的反应器中进行，或者是在时间或空间上造成交替缺氧和好氧环境同时在一个反应器中进行，一个过程分成两个系统，条件控制复杂，两者难以在时间和空间的统一，脱氮效果差，设备庞大，投资高。显然，如果两个硝化、反硝化过程能在的同一个反应器中进行，则可节省更多的占低面积，还可避免亚硝酸盐氧化成硝酸盐及再还原成亚硝酸盐这两个多余的反应，从而可以节省氧气和有机碳，这样将大大简化生物脱氮的工艺流程，提高生物脱氮的效率，并节省投资。

发明内容

本发明人长期的研究表明，膜生物反应器混合液性质对膜污染影响很大，其中重要的影响因素包括混合液溶解性有机物浓度、胶体浓度和污泥浓度。当膜生物反应器有机负荷高或运行很长一段时间以后，出现混合液浓度和有机物质浓度过高时，膜污染将加重。为了对膜生物反应器中的混合液性质改善，控制膜污染发展速率，稳定膜生物反应器运行，降低膜生物反应器的运行成本，本发明提供了一种利用流化床膜生物反应器是生物流化床和膜生物反应器相结合的的工艺的污水处理和回用工艺。对混合液中的混合液进行有效的处理，以改善混合液的性质从而控制膜污染的方法。

该技术主要内容是：向膜生物反应器中填充自制的填料，在水流作用下，依靠载体与污泥的协同作用，水中游离细菌、微生物和有机物挂到填料凹陷表面，完成挂膜，在微生物新陈代谢作用下，将有机物降解去除；由于膜组件具有良好的固液分离效果，可将全部活性污泥和填料截留在膜生物反应器中，保证了系统对有机物连续、稳定的去除效果，大大延长了膜组件的运行周期，另外由于填料的挂膜，使得混合液的污泥的浓度减小，同时也减缓了膜组件的清洗的频率。

本发明在膜生物反应器填充自制的载体颗粒，通过使用填料使得流化床膜生物反应器对内微环境发生改变并对其进行调控，如对溶解氧(DO)、填料的量和水力停留时间进行调控，以如便形成局部缺氧区，进而实现同步硝化反硝化脱氮功能，提高总氮的去除效率并提高了反硝化的效率。

本发明采用的技术方案为：

流化床膜生物反应器，包括反应器系统(4)、膜组件(5)、蠕动泵(2)和(10)控制进水流量和出水流量以调节水力停留时间(HRT)。反应器内填充由废橡胶粉、活性炭和粘合剂自制的直径5mm左右的载体颗粒。空气由空气泵(8)经流量计(7)后由穿孔曝气管(6)进入反应器，气量控制在0.2m3/h-1m3/h，即可冲刷膜丝表面减缓污染，又可提供活性污泥微生物所需要的氧气。反应器中的液位由液位控制器(3)来控制。试验进水由进水泵(2)送入生物反应器中，再经生物反应器内微生物自身分解代谢作用使得有机物得以去除，最后出水泵(10)抽吸形成的负压水头H的作用下经中空纤维膜(5)出水。

所述的载体颗粒是椭球形弹性填料为多对孔型，填充比例是反应器有效容积的10％-30％，膜组件中的膜为中空纤维膜，膜孔径0.1um，膜的表面积为0.2m2。通量为5-50L/(m2·h)

流化床膜生物反应器的参数为：水力停留时间6-20h；运行温度10-30℃PH：6-8；污泥停留时间：20-50d，溶解氧浓度为0.5-3.0mg/L。

本发明的流化床膜生物反应器具有如下特征：

1.处理单元采用流化床膜生物反应器，具有容积负荷高、污泥产量低、不存在污泥膨胀问题、固液分离效果好，运行管理等优点。

2.流化床膜生物反应器中填充载体，微生物生长在载体上，降低膜生物反应器中的污泥浓度。从而减缓膜污染，延长了膜的使用寿命，提高膜的处理能力。

3.空气泵产生的经曝气装置进入膜生物反应器内，即可冲刷膜丝表面减缓污染，又可提供活性污泥微生物所需要的氧气。

4.膜生物反应器填充自制的载体颗粒并对内微环境进行调控，如对溶解氧(D0)、填料的量和水力停留时间进行调控，以便形成局部缺氧区，进而实现同步硝化反硝化脱氮功能，提高总氮的去除效率并提高了反硝化的效率。

5.具有结构简单、无需投加化学药剂、占地面积小、出水水质好、节省能耗，可同时去除有机物、总氮等多种污染物质。

6.本发明中的流化床膜生物反应器抗冲击能力强，可适合多种废水的处理。

附图说明

图1为本发明流化床膜生物反应器反应器污水处理工艺流程示意图。

图2为流化床膜生物反应器反应器所用帘式膜组件示意图

图3为流化床膜生物反应器反应器所用的填料载体示意图

附图标记：1.进水池，2.进水泵，3.液位控制器，4.换能器，5.膜组件，6.曝气管，7.流量计，8.气泵，9.压力表，10.出水泵

具体实施方式

实施例1

图1为流化床膜生物反应器装置图，包括反应器系统(4)、膜组件(5)、蠕动泵(2)和(10)控制进水流量和出水流量以调节水力停留时间(HRT)。反应器内填充由废橡胶粉、活性炭和粘合剂自制的直径5mm左右的载体颗粒。空气由气泵(8)经流量计(7)后由穿孔曝气管(6)进入反应器，气量由流量计控制，即可冲刷膜丝表面减缓污染，又可提供活性污泥微生物所需要的氧气。反应器中的液位由液位控制器(3)来控制。试验进水由进水泵(2)送入生物反应器中，再经生物反应器内微生物自身分解代谢作用使得有机物得以去除，最后出水泵(10)抽吸形成的负压水头H的作用下经中空纤维膜(5)出水。

所述的载体颗粒是椭球形弹性填料为多对孔型，填充比例是反应器有效容积的10％，膜组件中的膜为中空纤维膜，膜孔径0.1μm，膜的表面积为0.2m2。采有膜通量为10L/(m2·h)。

流化床膜生物反应器的参数为：水力停留时间10h；运行温度：10-30℃PH：6-8；气量为0.5m3/h，溶解氧浓度为1-2mg/L。系统采用间歇抽吸方式出水，抽吸12min，停抽3min。

将含有COD为300-600mg/L，NH3-N为15-30mg/L，无机磷为3-6mg/L模拟生活污水由进水口进入流化床膜生物反应器中，在整个运行过程中不排泥，污泥浓度为2000-7000mg/L。出水COD为10-35mg/L，COD去除率为90％～98％；NH3-N为0.5-7mg/L，NH3-N去除率为90％～98％；出水总氮为5-12mg/L，总氮的去除率为63％～75％。出水水质达到《污水综合排放标准》标准。

实施例2

与实施例1不同之处在于，所述的载体颗粒是椭球形弹性填料为多对孔型，填充比例是反应器有效容积的20％，流化床膜生物反应器的参数为：水力停留时间13h；运行温度：10-30℃；PH：6-8；气量为0.3m3/h，溶解氧浓度为0.2-2mg/L。系统采用间歇抽吸方式出水，抽吸12min，停抽3min。膜孔径0.2um，膜的表面积为0.2m2采有膜通量为7.5L/(m2·h)。

实施例3

与实施例1、2不同之处在于，所述的载体颗粒是椭球形弹性填料为多对孔型，填充比例是反应器有效容积的30％，流化床膜生物反应器的参数为：水力停留时间10h；运行温度：10-30℃；PH：6-8；气量为0.5m3/h，溶解氧浓度为0.5-2.5mg/L。系统采用间歇抽吸方式出水，抽吸12min，停抽3min。膜孔径0.5um，膜的表面积为0.5m2采有膜通量为10L/(m2·h)。

Claims (6)

1.一种流化床膜生物反应器流化床膜生物反应器，包括反应器系统(4)、膜组件(5)、蠕动泵(2)和(10)控制进水流量和出水流量以调节水力停留时间(HRT)。反应器内填充由废橡胶粉、活性炭和粘合剂自制的直径5mm左右的载体颗粒。空气由空气泵(8)经流量计(7)后由穿孔曝气管(6)进入反应器，气量由流量计控制，即可冲刷膜丝表面减缓污染，又可提供活性污泥微生物所需要的氧气。反应器中的液位由液位控制器(3)来控制。试验进水由进水泵(2)送入生物反应器中，再经生物反应器内微生物自身分解代谢作用使得有机物得以去除，最后出水泵(10)抽吸形成的负压水头H的作用下经中空纤维膜(5)出水。

2.如权利要求1所述的流化床膜生物反应器，其特征在于：反应器内填充载体颗粒是椭球形弹性填料为多对孔型，由废橡胶粉、活性炭和粘合剂自制的直径5mm左右的载体颗粒，填充比例是反应器有效容积的10％-30％。

3.如权利要求1所述的流化床膜生物反应器，其特征在于：膜组件的下部装有曝气管，运行过程中，可冲刷膜丝表面减缓污染，又可提供活性污泥微生物所需要的氧气。

4.如权利要求1所述的流化床膜生物反应器，其特征在于：依靠载体与污泥的协同作用，完成挂膜，微生物生长在填料上，降低了反应器中污泥浓度、改变反应器环境运行条件和减缓膜污染，从而延长了膜的使用寿命，提高了膜的处理能力。

5.如权利要求1所述的流化床膜生物反应器，其特征在于：膜生物反应器填充自制的载体颗粒并对内微环境进行调控，如对溶解氧(DO)、填料的量和水力停留时间进行调控，以便形成局部缺氧区，进而实现同步硝化反硝化脱氮功能，提高总氮的去除效率并提高了反硝化的效率。

6.如权利要求1所述的流化床膜生物反应器，其特征在于：结构简单、无需投加化学药剂、占地面积小、出水水质好、节省能耗，可同时去除有机物、总氮等多种污染物质。

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