CN101503245A - 一种双循环陶瓷膜生物反应器 - Google Patents

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杨期勇
李国朝
刘祥丽
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Abstract

本发明涉及一种双循环陶瓷膜生物反应器，包括内置生物填料的生物反应池和膜组件，所述的生物反应池底部两侧对称各设置一个膜组件，所述的生物反应池下部左右对称设置两倒四棱锥体，中部竖直设置一档板，档板上端间隔设置筛网，档板下端间隔设置筛网。从而合理有效地耦合了陶瓷膜管的在线反冲洗和生物反应池的曝气，即在陶瓷膜管在线反冲洗再生过程中，不仅可以充氧曝气，还可以使生物反应池内部和外部都形成循环流动状态，强化其生化效果，同时获得清洁的水；另外通过交替切换反冲洗曝气和抽滤操作，可周而复始连续稳定运行。具有高效、节能、低成本等特点，可适用于多种废水的有效处理。

Description

一种双循环陶瓷膜生物反应器
技术领域
本发明属于环保技术领域，具体涉及一种双循环陶瓷膜生物反应器。
背景技术
膜生物反应器作为一种新型高效的废水处理技术在水处理领域日趋活跃，现在已逐步应用于市政污水、工业废水的处理及回用之中。该技术有效地将膜分离技术和污水生物处理技术进行了有机结合，形成了一个新的废水处理工艺。该工艺中的膜分离装置相当于普通生物反应器中的二沉池，进行固液分离，截留的污泥回到生物反应器，渗透出清洁的水。膜生物反应器具有废水处理效率高、结构紧凑占地面积小、容积负荷率高、产生剩余污泥量少、脱氮效率高、易于实现自动控制等优点，因而得到了国内外有关学者的重视。
根据膜组件与生物反应器的组合方式，可分为分置式和一体式，分置式是指膜组件与生物反应器分开设置，膜的压力驱动依靠加压泵；一体式是将膜组件置入反应器内，压力驱动靠水头压差或用真空泵抽吸。分置式具有运行稳定可靠、操作管理简便、膜组件易于清洗和更换等特点。但为了减少污染物在膜面的沉积，由循环泵提供的料液流速很高，因此动力消耗较高。在一体式中，由于不需要循环泵，抽吸泵的工作压力小，其能耗低于分置式的能耗，但在运行稳定性、操作管理和清洗更换方面不及分置式。(Marrot，B.，Barios-Martinez，A.，Moulin，P.，et al.Industrial wastewater treatmeat inmembrane bioreactor：A review.Environmental Progress，2004，23(1)：59-68)。
虽然膜生物反应器是一高效新型的水处理技术，但仍然存在一定的缺陷。由于膜生物反应器在处理废水过程中，膜孔不仅可吸附小分子溶质，而且还会被大分子溶质堵塞，另外膜外表面会附着一层滤饼层，造成膜面污染，使过滤阻力增加，出水通量下降，增加了运行能耗，并影响到生物反应器的连续稳定运行，还增加了膜组件过滤元件的更换和清洗的频率。因此膜污染和运行能耗问题是阻碍膜生物反应器在废水处理领域中的广泛应用的主要原因。
目前，为了降低膜污染，增强连续稳定运行能力，减少运行能耗，主要选用高性能分离膜(如具有合适的膜孔径大小、孔隙率、电荷性质、粗糙度和亲疏水性质等)和采用最佳操作条件(包括最佳的污泥龄、污泥负荷、活性污泥混合液性质、曝气量、反应器结构、操作压力、温度、抽吸时间等)等手段。但这些方法手段考虑的影响因数复杂多变，再加上不同废水的性质不同，要想通过这些方式获得一种最佳处理模式是相当困难的。因此这些方法并不能从根本上解决膜污染及运行能耗等问题。
发明内容
本发明其目的就在于提供一种双循环陶瓷膜生物反应器，该装置能实现长期连续稳定运行，可有效地减低膜污染和运行成本，具有高效、节能、低成本的特点。
实现上述目的而采取的技术方案，包括内置生物填料的生物反应池和膜组件，所述的生物反应池底部两侧对称各设置一个膜组件，所述的生物反应池下部左右对称设置两倒四棱锥体，中部竖直设置一档板，档板上端间隔设置筛网，档板下端间隔设置筛网。
本装置合理有效地耦合了陶瓷膜管的在线反冲洗和生物反应池的曝气，即在陶瓷膜管在线反冲洗再生过程中，不仅可以充氧曝气，还可以使生物反应池11内部和外部都形成循环流动，即双循环流动状态，强化其生化效果，同时获得清洁的水；另外通过交替切换反冲洗曝气和抽滤操作，可周而复始连续稳定运行。本发明具有高效、节能、低成本等特点，可适用于多种废水的有效处理。
下面结合附图对本发明作进一步详述。
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明生物反应池内俯视图，即图1中A-A视图；
图3为本发明生物反应池内侧视图，即图1中B-B视图；
图4为本发明生物反应池内混合物料循环流动示意图。
附图标记说明如下：
1、2-三通阀 3-膜组件 4-陶瓷膜管 5、6、7-阀门 8-布液器 9、16-筛网 10-档板 11-生物反应池 12-溢流口 13-雾沫挡板 14-排气孔 15-生物填料
具体实施方式
包括内置生物填料15的生物反应池11和膜组件3，如图1所示，所述的生物反应池11底部两侧对称各设置一个膜组件3，所述的生物反应池11下部左右对称设置两倒四棱锥体，中部竖直设置一档板10，档板10上端间隔设置筛网16，档板10下端间隔设置筛网9。
所述的生物反应池11上部为扩大段，顶部设置排气孔14，排气孔14前端设有雾沫挡板13，所述的生物反应池11上部侧面设有溢流口12。
所述的生物反应池11两侧膜组件3下端壳程开口通过管道直接相连，上端壳程开口通过管道和阀门6连接并连接生物反应池11，上端管程开口通过管道和阀门7相连，下端管程开口和三通阀1相连。
所述的两倒四棱锥体上部中心位置设置布液器8，所述的布液器8底部都并列安装两根进液管，其中一根进液管和阀门6相连，另一根进液管和三通阀2相连。
本发明的原理是：处理废水时，打开其中生物反应池11一侧阀门7，关闭另一侧阀门7，且三通阀1在该侧方向处于截止状态，三通阀2在另一侧方向处于截止状态，废水通过三通阀2进入该侧布液器8，打开空压机使该侧膜组件处于空气反冲洗状态，打开真空泵，另一侧膜组件在真空泵的作用下进行抽滤获得清洁的水，在空压机的作用下，空气进入膜组件管程，透过陶瓷膜管壁进入壳程和废水混合，混合后的气液混合物经过阀门6进入该侧布液器8，再和新进入废水混合，混合后向上流动并和生物填料混合接触，形成气、液、固三相混合物，当该混合物上升到挡板上端后进入生物反应池11扩大段，则上升速度下降，从反应液中逸出的气体经尾气排放口14排放，尾气排放口14以下的圆弧形雾沫档板9可以防止尾气雾沫夹带，少部分微小气泡随液固混合物从档板另一侧向下流动，流动到下端时，部分废水混合物从档板10下端连通空间流进档板原来一侧，和从原来一侧布液器8流入的混合液汇合，再向上流动，形成内循环流动状态。档板另一侧剩下部分废水混合物流进同一侧布液器8，再进入同一侧膜组件3的壳程，在真空泵的抽吸作用下，清洁水透过膜管壁进入膜组件管程，再经三通阀1流出，剩下的截留余液进入另一膜组件壳程，和反冲洗透过气体混合，形成气、液混合物，再经过阀门6进入布液器8，再进入生物反应池11，而形成外循环流动状态，如此循环。当清洁水出水通量下降到一定程度或每隔一定时间段，调节阀门1、2和7，切换两侧膜组件的反冲洗曝气和抽滤操作，利用已反冲洗完毕的膜组件进行抽吸过滤，再利用空气反冲洗已污染陶瓷膜管，同时对生物反应池进行充氧曝气，另外通过阀门5定期排放沉积污泥。
其结构包括生物反应池11和膜组件3，生物反应池11两侧各设置一个膜组件3，生物反应池11下部左右对称设置两倒四棱锥体作为污泥沉降室，中部竖直设置一档板10，上部为扩大段，顶部设置排气孔14，生物反应池11扩大段上部设置溢流口12，气孔14下面设置雾沫挡板13，生物反应池11中两倒四棱锥体顶端设置筛网9，底部通过管道和阀门5相连，距档板10上端一定距离设置筛网16，在生物反应池11中，筛网9以上及挡板10以下左右空间连通，在筛网9和筛网16组成的空间投放生物填料15，生物填料15粒径略小于筛网9和筛网16的孔径，在两倒四棱锥体上部中心位置各设有布液器8，两布液器8底部并列安装两根进液管，其中一根进液管和三通阀2相连，另一根进液管和阀门6相连，三通阀2再和废水进水管相连，阀门6通过管道和膜组件3上端壳程开口连接，两膜组件3下端壳程开口通过管道直接相连，上端管程开口通过管道和阀门7相连，阀门7再和空压机相连，下端管程开口都和三通阀1相连，三通阀1再和真空泵相连。
参照附图1、2、3、4，本发明主要包括生物反应池11和两个膜组件3，具体实施方式为：废水通过三通阀2进入其中一个布液器8，该侧的膜组件在空压机的作用下处于空气反冲洗状态，即空气从膜组件管程透过管壁进入壳程和循环废水混合，混合后的气液混合物经过阀门6进入布液器8和新进入废水混合，混合后向上流动并和生物填料15混合接触，形成气、液、固三相混合物，当该混合物上升到挡板上端后，进入生物反应池11扩大段，上升速度下降，从反应液中逸出的气体经尾气排放口14排放，部分微小气泡随液固混合物流进档板另一侧，再向下流动，流到下端时，部分废水混合物从档板10下端连通空间流进档板原来一侧，和原来一侧布液器8流进的混合液汇合，再向上流动，形成内循环流动状态。
另一侧膜组件3在真空泵的抽吸作用下，使生物反应池11中部分废水混合物流进同一侧布液器8，再流进该膜组件3的壳程，清洁水透过膜管壁进入膜组件管程获得清洁的水，经三通阀1流出，剩下的截留余液进入另一膜组件3壳程，和反冲洗透过空气混合，形成气、液混合物，再经过阀门6进入另一布液器8，再进入生物反应池11，而形成外循环流动状态，如此循环。
当清洁水出水通量下降到一定程度或每隔一定时间段，只需调节阀门1、2和7，切换两侧膜组件的反冲洗曝气和抽滤操作，利用已反冲洗的膜组件进行抽吸过滤，同时利用空气反冲洗已污染陶瓷膜管，同时对生物反应池进行充氧曝气，通过交替切换操作，可周而复始连续稳定运行。
实例：某小区生活污水处理
利用上述装置处理某小区生活污水，污水的CODcr为250～350mg/l，氨氮为40～60mg/l，该装置生物反应池11的有效反应容积在0.2m3左右，控制生物反应池温度为30℃左右。过滤膜元件为单通道陶瓷膜管，管长为0.8m，内径9mm，外径13mm，膜孔径为0.8μm，采用颗粒状活性碳为生物填料，规格为10mm×10mm×10mm。抽吸负压稳定在0.08MPa，反冲洗气速(已校正)为稳定在6L/min。每隔1小时切换两膜组件的反冲洗曝气和抽滤操作，每隔20分钟监测出水水质指标。监测结果表明：出水CODcr都可控制在30mg/l以下，氨氮都在5mg/l以下，达到国家生活杂用水水质标准。且每个运行周期平均出水通量保持在150L.m-2.h-1左右，可长期连续稳定运行。

Claims (4)

1、一种双循环陶瓷膜生物反应器，包括内置生物填料(15)的生物反应池(11)和膜组件(3)，其特征在于，所述的生物反应池(11)底部两侧对称各设置一个膜组件(3)，所述的生物反应池(11)下部左右对称设置两倒四棱锥体，中部竖直设置一档板(10)，档板(10)上端间隔设置筛网(16)，档板(10)下端间隔设置筛网(9)。
2、根据权利要求1所述的一种双循环陶瓷膜生物反应器，其特征在于，所述的生物反应池(11)上部为扩大段，顶部设置排气孔(14)，排气孔(14)前端设有雾沫挡板(13)，所述的生物反应池(11)上部侧面设有溢流口(12)。
3、根据权利要求1所述的一种双循环陶瓷膜生物反应器，其特征在于，所述的生物反应池(11)两侧膜组件(3)下端壳程开口通过管道直接相连，上端壳程开口通过管道和阀门(6)连接并连接生物反应池(11)，上端管程开口通过管道和阀门(7)相连，下端管程开口和三通阀(1)相连。
4、根据权利要求1所述的一种双循环陶瓷膜生物反应器，其特征在于，所述的两倒四棱锥体上部中心位置设置布液器(8)，所述的布液器(8)底部都并列安装两根进液管，其中一根进液管和阀门(6)相连，另一根进液管和三通阀(2)相连。
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