CN100473615C - 用于废水处理的一体式膜固定化生物反应器及废水处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及处理高浓度有机废水的一体式膜固定化生物反应器。该反应器由工程菌或酶制剂附着在填料上的固定式反应区、工程菌或酶制剂悬浮在溶液中的升流式反应区、装有膜组件的固液分离区装置和菌种或酶制剂附着在填料上的气体处理生物反应区装置构成；固定式反应区和升流式反应区均为处理废水的生化反应区，两反应区上下连通，在空气带动下形成环流。在升流式反应区的外侧相接装有膜组件的固液分离区装置，升流式反应区的底端与固液分离区相通。气体处理生物反应区装置为处理废气的生化反应区，与固定式反应区连通。通过菌种或解毒酶的生物降解作用，可使处理废水的同时，废水中逸散到气相中的废气也得到净化。

Description

用于废水处理的一体式膜固定化生物反应器及废水处理方法

技术领域

本发明属于利用菌种、菌剂生化技术和膜分离技术进行处理废水的设备，特别涉及一种处理高浓度有机废水的用于废水处理的一体式膜固定化生物反应器及废水处理方法。

背景技术

污水生物处理技术的研究和应用已有一百多年的历史，由于其经济性和操作相对简单等优点，目前已成为污水处理的主体技术。污水生物处理技术的核心是微生物，因此，微生物的能力决定了污水处理生物反应器的效率。随着工业化的发展，污水中的污染物种类越来越多且复杂，许多有机化合物用常规微生物难以降解，废水处理的难度越来越大，对处理技术要求也越来越高。20世纪70年代以来，随着基因工程、克隆技术的发展，生物技术领域出现了飞跃式发展，同时也带动了污水生物处理技术的创新，一些新的高效工程菌剂和酶制剂的应用，使污水生物处理的效率得到提高、设施占地面积减少、投资和运行成本降低。然而，通常工程菌剂和酶制剂对底物具有较强的选择性和专一性，对于不同类型的污染物，工程菌剂和酶制剂的降解速率表现出明显的差异。另外，工程菌剂和酶制剂的流失还会带来环境的生物安全性问题。

膜生物反应器是一种由膜过滤取代传统生化处理技术中二次沉淀池和沙滤池的水处理技术。膜生物反应器的出现提高了泥水分离效率，同时由于曝气池中活性污泥浓度的增大和污泥中特效菌的出现，提高了生化反应速率。同时，通过降低污泥负荷减少剩余污泥产生量。膜生物反应器能够利用膜分离的高度浓缩性提高生物反应器中的污泥浓度，从而增加生物反应器的有机物去除能力，但较高的污泥浓度对膜通量会产生负面的影响，而且还易造成膜污染。无论早期的分体式膜生物反应器还是现有的一体式膜生物反应器，都是通过真空泵或其它类型泵得到过滤液，因而能耗高。常规膜生物反应器采用的是普通微生物，其缺点是对高浓度的有毒有害污染物的去除能力低。如图2～3所示。

在有机废水，尤其是高浓度的有机废水的处理过程中，会有大量的挥发性有机污染物或恶臭物质产生，这些污染物逸散到空气中，对人体健康及生态环境造成严重危害。一些发达国家在设计废水处理***时，将挥发性有机污染物或恶臭物质的处理也作为重要组成部分，并开展了大量的研发工作。与其它物理化学方法相比，用生物法处理废气投资少，运行费用低，污染物不会被转移到其它地方，不产生二次污染。废气的生物处理是利用微生物将废气中有机污染物或恶臭物质降解或转化为无害或低害类物质的过程。以往的废气生物处理设备主要分为生物滤池、生物洗涤塔和生物滴滤池三种。其中生物滤池应用最为广泛，但其缺点是占地面积较大，在生物反应器前需加气体预湿设备。如图4～6所示。

发明内容

本发明的一目的在于克服现有生物处理技术在处理高浓度有机废水过程中存在的缺陷，提供一种适合于工程菌种生长和酶制剂反应的处理高浓度有机废水的一体式膜固定化生物反应器，通过工程菌(或酶制剂)的高效降解作用，可使含高浓度有机污染物的废水得到有效的处理；反应器出水采用膜过滤防止工程菌或酶制剂流失；处理废水的同时，逸散到气相中的有机挥发物也得到净化，实现废水废气的同时有效处理。并且结构紧凑、构造简洁，运行操作与维护简单，运行能耗低，投资费用少。

本发明的另一目的是提供目的一的用于废水处理的一体式膜固定化生物反应器的废水处理方法。

本发明的用于废水处理的一体式膜固定化生物反应器，由工程菌或酶制剂附着在填料上的固定式反应区、工程菌或酶制剂悬浮在溶液中的升流式反应区、装有膜组件的固液分离区装置和菌种或酶制剂附着在填料上的气体处理生物反应区装置构成；

一反应器，由隔板将反应器分成固定式反应区和升流式反应区，在隔板的上部和下部分别设有固定式反应区与升流式反应区相连通的液体导流口，液体在固定式反应区内是向下流动；

在固定式反应区上部的外侧壁上开有进水口，且进水口高于隔板上部的液体导流口，在固定式反应区的底部开有排泥口，在固定式反应区内装填有填料，且填料是在隔板上部的液体导流口和隔板下部的液体导流口之间；

一装有膜组件的固液分离区装置相接于升流式反应区的外侧，固液分离区装置的高度低于升流式反应区，升流式反应区的底端与固液分离区装置相通，在升流式反应区与固液分离区装置共为一侧壁的上部设有液体导流孔，升流式反应区通过液体导流孔和底端的液体通道与固液分离区装置相连通，液体在升流式反应区内是向上流动；

在固液分离区装置的外侧壁的上部开有出水口，下部开有进气口，进气口内端设有曝气管，固液分离区装置的底部设有排泥口；

一气体处理生物反应区装置与固定式反应区的上端对接，在气体处理生物反应区装置的底部开有与固定式反应区连通的进气口，气体在气体处理生物反应区内是向上流动；

在气体处理生物反应区装置的顶部开有排气口，在气体处理生物反应区装置内安装有带有孔的隔板，隔板上装填有填料。

所述的曝气管为多孔管，其孔径为2～5mm。

所述的带有孔的隔板是一个以上，其孔径为2～5mm。

固定式反应区和升流式反应区均为处理废水的生化反应区，两反应区上下连通，在空气带动下形成环流。反应区内主要生物体系为工程菌或酶制剂。固定式反应区内的工程菌或酶制剂附着在填料上；升流式反应区内的工程菌或酶制剂悬浮在溶液中。在升流式反应区的外侧相接一装有膜组件的固液分离区装置，升流式反应区的底端与固液分离区相通。固定式反应区的上端与气体处理生物反应区装置对接，气体处理生物反应区装置为处理废气的生化反应区，底部开有一进气口，与固定式反应区连通。反应区内主要生物体系为工程菌或酶制剂，附着在填料上。气体处理生物反应区装置位于固定式反应区的顶端，与固定式反应区连通，为处理废气的生化反应区。反应区内主要生物体系为菌种或酶制剂，附着在填料上。

本发明的用于废水处理的一体式膜固定化生物反应器的废水处理方法是：废水从固定式反应区的进水口进入固定式反应区内，向下流动，经由带有工程菌或酶制剂的固定式反应区，废水中的主要目标污染物被附着在填料上的工程菌或酶制剂降解；未被降解的污染物和代谢中间产物经固定式反应区和升流式反应区之间隔板下部的液体导流口进入升流式反应区内，部分混合液被安装在固液分离区装置的曝气管进入的气体提升，向上流动，从隔板上部的液体导流口回流至固定式反应区，这样，液体在两个反应区内环流流动，如此循环往复，废水中的污染物被工程菌或酶制剂降解。

另一部分混合液从升流式反应区底部进入装有膜组件的固液分离区装置，固液分离区装置内的膜组件能够有效地将未被降解的污染物、工程菌或酶制剂分离截留；被膜分离截留的未被降解的污染物、工程菌或酶制剂，在气体的携带下通过升流式反应区与固液分离区装置共为一侧壁上的液体导流孔回流至升流式反应区内，进入环流流动，污染物被进一步处理，同时避免了工程菌或酶制剂的流失。

设在膜组件下部的曝气管，能够冲刷膜表面，使污泥不能附着其上。固定式反应区和升流式反应均高于固液分离区，膜出水靠膜组件上方的重力水头驱动连续出水，省去传统膜生物反应器的出水抽吸泵。净化后的水从固液分离区的出水口排出，剩余污泥从固液分离区底部的排泥口排出。

废水处理过程中产生的废气从气体处理生物反应区装置底部的进气口进入气体处理生物反应区装置，向上流动，经带有孔的隔板后分散进入填料内，废气中的污染物被附着在填料上的菌种或酶制剂降解，净化后的气体从顶部的排气口排出。将气体处理生物反应区装置安装在固定式反应区的上端，使气体进入气体处理生物反应区装置之前，流经固定式反应区和升流式反应区，这两个反应区对气体均有加湿作用，省去传统废气生物滤池的气体预湿设备。

工程菌或酶制剂的活性丧失后，将其从固定化反应区的排泥口排出，并加入新的工程菌或酶制剂。

本发明的设备具有如下优点：

1.利用各种菌种或酶制剂能够有效地处理高浓度有机废水，反应器结构简单、操作简便。

2.固定式反应区内的生物填料为工程菌的生长和酶制剂的反应提供良好环境，提高接触效率。固定式反应区采用深床方式可提高污染物的降解速率，减少占地面积，提高充氧效率、降低能耗。

3.液体在固定式反应区和升流式反应区内环流流动，通过反应器内混合液与进入的废水的混合与循环，对废水中的高浓度污染物具有稀释作用，可减轻污染物对工程菌和酶制剂的毒性和抑制作用，使反应器具有较强的抗冲击负荷的能力。

4.升流式反应区内充氧曝气，同时利用曝气提升液体，实现曝气量高效利用。

5.固定式反应区和升流式反应区均高于固液分离区装置，膜出水靠膜组件上方的重力水头驱动连续出水，不需要抽吸设备，减少投资费用。

6.反应器出水采用膜过滤，防止工程菌或酶制剂的流失，减少工程菌或酶制剂的投加量。

7.处理废水的同时，采用生物方法净化产生的废气，实现废水、废气的同时有效处理。

8.固定式反应区和升流式反应区在处理废水的同时，对气体还有加湿作用，省去传统废气生物滤池的气体预湿设备。

附图说明

图1.本发明的设备示意图。

图2.现有分体式膜生物反应器示意图。

图3.现有一体式膜生物反应器示意图。

图4.现有生物滤池设备示意图。

图5.现有生物洗涤塔设备示意图。

图6.现有生物滴滤池设备示意图。

附图标记

1.固定式反应区      2.升流式反应区      3.固液分离区装置

4.填料              5.进水口            6.排泥口

7.导流口            8.导流口            9.膜组件

10.出水口           11.进气口           12.曝气管

13.导流孔           14.排泥口           15.气体生物处理区装置

16.进气口           17.隔板             18.填料

19.排气口           20.生化反应器       21.泵

22.回流污泥        23.气体预湿设备     24.生物反应器

25.喷头            26.砾石             27.循环泵

28.惰性填料        29.洗涤器           30.活性污泥反应器

31.沉淀池

具体实施方式

实施例1：

请参见图1。用于废水处理的一体式膜固定化生物反应器主要由固定式反应区1、升流式反应区2、装有膜组件的固液分离区装置3和气体处理生物反应区装置15三部分构成；

固定式反应区1和升流式反应区2均为处理废水的生化反应区，生物体系为工程菌或酶制剂。固定式反应区1内的工程菌或酶制剂附着在填料4上；升流式反应区2内的工程菌或酶制剂悬浮在溶液中。

固定式反应区1内部装填有填料4，外侧壁上部开有一进水口5，底部开有一排泥口6；在固定式反应区1和升流式反应区2之间隔板的上部和下部设有液体导流口7和导流口8，固定式反应区1通过液体导流口7和导流口8与升流式反应区2连通。液体在固定式反应区1内是向下流动。

升流式反应区2的底端与固液分离区装置3相通。液体在升流式反应区2内是向上流动。

固液分离区装置3的内部安装有膜组件9；外侧壁上部开有一出水口10，下部开有一进气口11，进气口11内端设有孔径为2～5mm的曝气管12；在升流式反应区与固液分离区装置共为一侧壁上的上部开有导流孔13，导流孔13与升流式反应区2连通；固液分离区装置3的底部设有一排泥口14。

固定式反应区1的上端与气体处理生物反应区装置15对接，气体处理生物反应区装置15为处理废气的生化反应区，底部开有一进气口16，进气口16与固定式反应区1连通；顶部开有排气口19，在气体处理生物反应区装置15内安装有一个以上的带有孔径为2～5mm的隔板17，隔板17上装填有填料18。

废水从固定式反应区1的进水口5进入固定式反应区1内，向下流动，经由带有工程菌(或酶制剂)的固定式反应区1，废水中的主要目标污染物被附着在填料4上的工程菌或酶制剂降解；未被降解的污染物和代谢中间产物经下部导流口8进入升流式反应区2内，部分混合液被从进气口11内端的曝气管12进入的气体提升，向上流动，从上部的导流口7回流至固定式反应区1，这样，液体在两个反应区内环流流动，如此循环往复，废水中的污染物被工程菌或酶制剂降解。

另一部分混合液从升流式反应区2底部进入固液分离区装置3，固液分离区装置3内的膜组件9可有效地将未被降解的污染物、工程菌或酶制剂分离截留；被膜分离截留的未被降解的污染物、工程菌或酶制剂在气体的携带下通过导流孔13回流至升流式反应区2内，汇入环流流动，污染物被进一步处理，同时避免了工程菌或酶制剂的流失。

设在膜组件9下部的曝气管12，能够冲刷膜表面，使污泥不能附着其上。固定式反应区1和升流式反应2均高于固液分离区装置3，膜出水靠膜组件上方的重力水头驱动连续出水，省去传统膜生物反应器的出水抽吸泵。净化后的水从固液分离区装置3的出水口10排出，剩余污泥从固液分离区装置3底部的排泥口14排出。

废水处理过程中产生的废气从气体处理生物反应区装置15底部的进气口16，进入气体处理生物反应区装置15，向上流动，经带有孔的隔板17后分散进入填料18内，废气中的污染物被附着在填料18上的菌种或酶制剂降解，净化后的气体从顶部的排气口19排出。

工程菌或酶制剂的活性丧失后，将其从固定化反应区1的排泥口6排出，并加入新的工程菌或酶制剂。

含有敌敌畏，甲基对硫磷，对硫磷，丙溴磷等混合有机磷农药的废水，混合农药的浓度为200ppm，从进水口进入一体式膜固定化生物反应器，停留时间为1～3mins，室温条件下操作。固定化反应区和升流式反应区内附着或悬浮有可降解有机磷农药的超级工程菌BL21，试验结果表明各种有机磷农药的去除率达90％以上，去除率高于普通菌的生物反应器。膜材料选用微滤膜，超级工程菌的截留率可达100％。废水处理过程中产生主要含硫化氢、硫醇等含硫污染物的废气，气体生物处理反应区装置内附着可降解有机硫化物的硫杆菌，硫化氢、硫醇平均去除率可以达到98％以上，可实现废水、废气的同时有效处理。

Claims (4)

1.一种用于废水处理的一体式膜固定化生物反应器，由工程菌或酶制剂附着在填料上的固定式反应区、工程菌或酶制剂悬浮在溶液中的升流式反应区、装有膜组件的固液分离区装置和菌种或酶制剂附着在填料上的气体处理生物反应区装置构成；其特征是：

一反应器，由隔板将反应器分成固定式反应区和升流式反应区，在隔板的上部和下部分别设有固定式反应区与升流式反应区相连通的液体导流口；

在固定式反应区上部的外侧壁上开有进水口，且进水口高于隔板上部的液体导流口，在固定式反应区的底部开有排泥口，在固定式反应区内装填有填料，且填料是在隔板上部的液体导流口和隔板下部的液体导流口之间；

一装有膜组件的固液分离区装置相接于升流式反应区的外侧，固液分离区装置的高度低于升流式反应区，升流式反应区的底端与固液分离区装置相通，在升流式反应区与固液分离区装置共为一侧壁的上部设有液体导流孔；

在固液分离区装置的外侧壁的上部开有出水口，下部开有进气口，进气口内端设有曝气管，固液分离区装置的底部设有排泥口；

一气体处理生物反应区装置与固定式反应区的上端对接，在气体处理生物反应区装置的底部开有与固定式反应区连通的进气口；

在气体处理生物反应区装置的顶部开有排气口，在气体处理生物反应区装置内安装有带有孔的隔板，隔板上装填有填料。

2.根据权利要求1所述的反应器，其特征是：所述的曝气管为多孔管，其孔径为2～5mm。

3.根据权利要求1所述的反应器，其特征是：所述的带有孔的隔板是一个以上，其孔径为2～5mm。

4.一种利用权利要求1～3任一项所述的用于废水处理的一体式膜固定化生物反应器的废水处理方法，其特征是：废水从固定式反应区的进水口进入固定式反应区内，经由带有工程菌或酶制剂的固定式反应区，废水中的主要目标污染物被附着在填料上的工程菌或酶制剂降解；未被降解的污染物和代谢中间产物经固定式反应区和升流式反应区之间隔板下部的液体导流口进入升流式反应区内，部分混合液被安装在固液分离区装置的曝气管进入的气体提升，从隔板上部的液体导流口回流至固定式反应区，液体在两个反应区内环流流动；

另一部分混合液从升流式反应区底部进入装有膜组件的固液分离区装置，被膜分离截留的未被降解的污染物、工程菌或酶制剂，在气体的携带下通过升流式反应区与固液分离区装置共为一侧壁上的液体导流孔回流至升流式反应区内，进入环流流动；

膜出水靠膜组件上方的重力水头驱动连续出水，净化后的水从固液分离区的出水口排出，剩余污泥从固液分离区底部的排泥口排出；

废水处理过程中产生的废气从气体处理生物反应区装置底部的进气口进入气体处理生物反应区装置，向上流动，经带有孔的隔板后分散进入填料内，废气中的污染物被附着在填料上的菌种或酶制剂降解，净化后的气体从顶部的排气口排出。

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