CN102627350A - 一种适用于印染废水处理的无纺布动态膜生物反应器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种适用于印染废水处理的无纺布动态膜生物反应器，其特征在于，包括反应器主体，反应器主体内由两个挡流折流板分成三个区域，中间区域连接进水***，两侧区域内皆设有无纺布膜组件，无纺布膜组件的上端连接出水***，无纺布膜组件的底端两侧设有曝气管，曝气管连接曝气***，反应器主体的底端连接沉淀池，沉淀池连接排泥***。本发明的优点是结构简单、操作方便、运行费用低、处理效果好、适用于印染废水处理。

Description

一种适用于印染废水处理的无纺布动态膜生物反应器

技术领域

本发明涉及一种适用于印染废水处理的无纺布动态膜生物反应器。

背景技术

近年来，膜生物反应器(Membrane Bioreactor，简称MBR)在国内已进入了实用化阶段。MBR***的处理对象从生活污水扩展到高浓度有机废水和难降解工业废水。纺织印染行业是我国传统的支柱产业，是我国民族工业中历史最悠久的产业之一，在我国的国民经济中扮演着非常重要的角色，同时纺织印染行业也是工业废水排放大户。印染废水有机污染物含量高、色度深、碱性大、成分复杂，废水的处理难度大。MBR膜分离技术和生物反应器的生物降解作用于一体，对印染废水的处理有较强的针对性。

尽管MBR工艺有突出优点，但目前MBR工艺的推广却不甚理想。除了目前的污水排放标准不够严格，以及对中水回用的意义认识不够等因素外，主要原因还在于MBR工艺尚有一些不足之处：

(1)传统的膜生物反应器利用超滤膜或微滤膜截留污泥，其过滤材料即起到了主要的截留作用，但是由于膜孔径较小导致出水量较小，难以满足大规模应用的要求；

(2)投资运行费用比较高。一方面，膜的造价较高，国产膜组件80～120元/m²，而进口膜价格更高，因此使得MBR工艺的一次性投资以及日后膜更新的费用较高；另一方面，通过增加曝气量提高错流流速减缓污泥层附着，但是也增加动力消耗，使运行费用增加；

(3)运行过程容易出现膜的污染，使膜通量下降，膜寿命减少，给操作管理带来不便。

动态膜-生物反应器，是在传统的膜-生物反应器的基础上提出来的，过滤所用的介质不是传统的微滤或超滤膜，而是孔径相对较大的粗网材料。粗网材料只是作为过滤支撑体，真正起过滤作用的是过滤一段时间后在膜表面形成的污染层——动态膜。动态膜即动态形成的膜，是在多孔材料过滤含有无机水合氧化物或高分子物质的液体过程中，由进水中的物质及其污泥混合液在多孔材料表面形成的一层膜。动态膜-生物反应器是选择廉价的粗网材料来替代膜材料加工过滤组件并建立反应器。国内外的研究者针对动态膜生物反应器处理生活污水的运行特性、膜材料的筛选和动态膜的特性等开展了一系列的研究。通过对国内外现有动态膜生物反应器的研究和应用成果的***的分析，该反应器现存的问题如下：

(1)现有动态膜生物反应器的膜污染控制方式均采用底部曝气反冲洗或机械(化学)清洗，前者反冲洗效率较低且能耗高，而后者反冲洗过于彻底、对微网基材破坏较大并且不易于在线操作；

(2)现有动态膜生物反应器多采用侧向曝气的形式，流态均匀性差、容易出现反应器内的死区，并且容易导致放置膜组件一端错流速度较小、膜堵塞情况频繁发生；

(3)生物动态膜除了具有良好的对污泥的截留能力，还具有对污染物质的生物降解能力，但目前国内外对生物动态膜在反应器中的地位和作用尚缺乏统一认识；

(4)目前动态膜生物反应器的研究多集中在生活污水处理领域，用于处理工业废水的研究和应用相对较少。

无纺布动态膜生物反应器中的膜组件采用价格低廉的新型熔喷无纺布膜材料，减少了投资费用，膜污染易于清洗；依靠重力出水减少了传统靠抽吸泵出水的动力能耗，减少了运行成本；挡流板形成的内循环流态，提高了膜面错流速度，促进反应器流态的均匀性，使反应器死区率低；反应器底部的沉淀池使污泥在生物反应区进行沉淀，降低了污泥浓度，从而降低了膜污染。虽然无纺布动态膜生物反应器克服了一些传统MBR的缺点，但是它也存在着一些问题：在不进行膜污染控制的情况下动态膜高效稳定运行的时间还不太长；影响动态膜生物反应器处理效果的因素较多，操作要求较高；缺乏成熟的工业化产品。开发启动快，稳定运行时间长的无纺布动态膜生物反应器具有良好的环境和经济效益。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种结构简单、操作方便、处理效果好的适用于印染废水处理的无纺布动态膜生物反应器。

为了达到上述目的，本发明提供了一种适用于印染废水处理的无纺布动态膜生物反应器，其特征在于，包括反应器主体，反应器主体内由两个挡流折流板分成三个区域，中间区域连接进水***，两侧区域内皆设有无纺布膜组件，无纺布膜组件的上端连接出水***，无纺布膜组件的底端两侧设有曝气管，曝气管连接曝气***，反应器主体的底端连接沉淀池，沉淀池连接排泥***。

优选地，所述的无纺布膜组件包括正方体形的膜组件框架以及固定在膜组件框架两侧的无纺布。

优选地，所述的沉淀池位于反应器主体中间区域的下方。

采用上述适用于印染废水处理的无纺布动态膜生物反应器处理印染废水的方法是：首先对反应器中的活性污泥进行驯化，驯化完成后，进入运行环节。印染废水经过厌氧处理后，通过泵提升进入无纺布动态膜生物反应器，排入反应器的中间区域，在曝气的作用下，水流紊动从底部进入两侧膜组件所在区域，而两侧混合液会溢流进入中间区域，废水在反应器内形成了由底部到两侧，两侧溢流到中间区域的内循环，保证了流态的均匀性和反应的充分性，由于无纺布的截留作用，反应器内保持较高的污泥浓度，形成较多的厌氧微环境，可以去除大量有机物，物质得到高效降解。在反应器运行初期，应调节曝气量，因为曝气量太大，不利于动态膜的形成，当动态膜在无纺布表面形成以后，废水经由无纺布动态膜过滤后靠重力出水，当出水浊度低于10NTU时，便认为动态膜已经形成，此时可以稍微调高曝气量，可以提高错流过滤的膜面流速，从而减少膜污染。当无纺布膜污染严重，便需要对膜组件进行清洗，清洗后装入膜生物反应器内，便可进行下一周期的运行。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1、采用无纺布膜组件，1)处理效果好，能够实现污泥停留时间和水力停留时间的分离，使反应器内污泥浓度大大提高，同时存在内循环使泥水充分接触，由于动态膜的高效截留，反应器内微生物浓度高，种类多样，泥龄长，对有机物的去除率高，且耐冲击负荷，出水水质稳定，动态膜生物反应器对COD平均去除率为80％-85％，对色度的去除率为81％-86％；2)基建费用低：无纺布材料的价格远远低于昂贵的膜材料，膜通量较传统的微滤或超滤膜也要大，所需膜面积也小；3)运行费用低：无纺布的过滤阻力小，使反应器在较小的水位差下就可以出水，能耗低；4)动态膜膜污染容易去除：当动态膜生长过厚时，可通过水力冲洗、机械清洗或化学清洗等简单手段加以去除，减少膜堵塞。无纺布动态膜在提高过滤精度的同时防止了污染物向膜材料表面和内部的扩散，减轻了对无纺布的污染程度，无纺布动态膜还易于从膜材料表面分离，清洗时所吸附的污染物质及微生物代谢产物一同被洗脱，使得膜通量得到有效的恢复。5)无纺布动态膜的截留能力可以取代传统MBR中的微滤、超滤膜，对颗粒性物质有较强的去除作用，甚至可以截留病毒、小分子有机物。无纺布动态膜，除具有类似微滤、超滤膜的物理截留和吸附作用外，还具有生物降解的功能。

2、无纺布动态膜生物反应器被挡流板隔成三个区域，左右两侧都为无纺布膜组件，废水从中间区域进入，溢流入两侧的膜组件区域，两侧底部的泥水混合液会进入中间区域，在整个反应器内形成内循环流态，保证反应器内流态的均匀性；通过曝气一方面使活性污泥混合液维持一定的循环流速，确保无纺布表面能够形成一定厚度的动态膜；另一方面供给微生物分解污水中有机物所需的溶解氧。

3、采用双侧下方曝气方式，提高了膜组件两侧的错流速度，减少了膜污染；

4、中间区域的底部设有沉淀池，使反应过程中部分污泥沉降，对活性较差的微生物具有一定选择淘汰作用。沉淀池和靠近沉淀池的反应器底部处于缺氧、厌氧状态，保证了***内微生物环境的多样性，同时这种结构使部分活性下降的微生物沉淀下来，通过排泥***排出，保证了反应器内微生物处于高活性状态。

5、膜组件为正方体结构，将无纺布固定在两侧，形成了由两侧无纺布膜进水，再由正方体空腔上方排出的膜组件结构。废水和污泥混合液在无纺布表面形成动态膜以后，废水经膜过滤后进入正方体空腔，经过处理的水在重力作用下由排水***自流排出。省去了传统的出水抽吸泵及复杂的反冲洗设备，在生物反应器内混合液液位水头的作用下可连续出水，膜通量较高，在同等处理能力下，较常规一体式膜生物反应器可节省膜组件的一次性投资及运行折旧费用，装置结构紧凑，投资少，操作简便。

6、本发明的适用于印染废水处理的无纺布动态膜生物反应器对经厌氧处理的印染废水有较明显的处理效果。生物反应器内可保持较高的污泥浓度，对印染废水的处理有很好的针对性，能有效地去除废水中的难降解有机污染物、色度和浊度，出水水质优于常规生物处理技术。

附图说明

图1为适用于印染废水处理的无纺布动态膜生物反应器结构示意图。

图中：进水***1，反应器主体2，无纺布膜组件3，挡流折流板4，曝气***5，沉淀池6，排泥***7，出水***8。

具体实施方式

下面结合实施例来具体说明本发明。

实施例

如图1所示，为适用于印染废水处理的无纺布动态膜生物反应器结构示意图，所述的适用于印染废水处理的无纺布动态膜生物反应器包括反应器主体2，反应器主体2内由两个挡流折流板4分成三个区域，中间区域连接进水***1，两侧区域内皆设有无纺布膜组件3，无纺布膜组件3的上端连接出水***8，无纺布膜组件3的底端两侧设有曝气管，四个曝气管连接主曝气管，主曝气管连接曝气机，主曝气管和曝气机构成曝气***5，反应器主体2的底端连接沉淀池6，沉淀池6位于反应器主体2中间区域的下方。沉淀池6连接排泥***7，根据实际污泥状况确定是否排泥。曝气管连接有流量计，可以调节曝气量。

所述的无纺布膜组件3为正方体结构，正方体形的膜组件框架使用聚乙烯制成，两侧边缘用螺丝固定的方法将无纺布固定，形成了由两侧无纺布膜进水，再由正方体空腔上方排出的膜组件结构。废水和污泥混合液在无纺布表面形成动态膜以后，废水经膜过滤后进入正方体空腔，经过处理的水在重力作用下由排水***自流排出。

采用上述适用于印染废水处理的无纺布动态膜生物反应器处理印染废水的方法是：印染废水经过厌氧处理以后，通过抽吸泵进入无纺布动态膜生物反应器本体2，先进入中间区域，在曝气的作用下，水流紊动从底部进入两侧无纺布膜组件3所在区域，无纺布膜组件3底部两侧有曝气管5曝气，使反应器中已经驯化完成的活性污泥与印染废水充分混合，在活性污泥中微生物的降解作用下，可以去除部分有机物。混合液在通过无纺布膜组件3的多孔介质过滤时，由于浓差极化作用，在无纺布膜组件3表面形成了具有效拦截作用的动态生物膜。为了使动态生物膜快速形成并稳定，动态膜形成初期应控制曝气量，以免因曝气形成的错流冲刷掉刚刚形成的动态膜，促进动态膜的形成。

无纺布内部的立体网状结构及大量的空隙为微生物的生长提供了良好的栖息点，使得无纺布本身具有物理和生物双重拦截作用。无纺布过滤介质孔径变小而截留能力增强，截留性能超越了载体无纺布，从而弥补了布孔径大的不足。当出水浊度有明显下降，并低于10NTU时，可认为动态膜已初步形成，应稍微调高曝气量，形成稳定的错流过滤，减少膜污染。动态生物膜一方面有生物降解作用，另一方面可以取代传统MBR中的微滤、超滤膜，对颗粒性物质有较强的去除作用，甚至可以截留病毒、小分子有机物。反应器污泥一部分会进入沉淀池6，使污泥浓度不至于太高，降低了膜污染，根据实际情况确定是否由排泥***7排泥，淘汰一部分污泥，使反应器内污泥保持较高的活性。

运行稳定后，定期在出水***8处取样监测出水通量和出水水质，当膜污染严重时，即通量减少到很低时，应对膜组件进行清洗，可分为物理清洗和化学清洗。物理清洗主要通过水力冲刷和机械擦洗，化学清洗是指用酸溶液和碱溶液浸泡，浸泡时间可根据具体膜污染情况而定，一般是用酸碱各浸泡1小时。清洗完成后可重新装入装置中运行。当无纺布膜组件3清洗后清水通量很低，此时膜孔堵塞严重，需要更换无纺布膜。

应用例

使用实施例中适用于印染废水处理的无纺布动态膜生物反应器处理经ABR处理的碱减量印染废水，反应器启动阶段的接种活性污泥采自污水处理厂，无纺布膜组件3采用过滤精度为4-6um的聚丙烯无纺布。

动态膜生物反应器进水COD为190-260mg/L，pH为6.5-7.5，色度为16-30倍。运行过程排泥周期为45天，反应器有沉淀池，污泥在生物反应区进行沉淀降低了污泥浓度，从而降低了膜污染。反应器运行70min后，动态膜便形成，曝气量越大，动态膜形成时间越长，反应器稳定运行的亚临界条件是保持水头差低于18cm。出水COD低于100mg/L，色度低于10倍，达到纺织印染行业一级排放标准。

稳定运行时无纺布的过滤阻力主要是滤饼层阻力，膜污染易于控制，用水力和机械清洗后，分别用0.1mol/L的HCl溶液和1wt％NaOH溶液浸泡1h，便可使无纺布膜通量恢复至未污染时的85％-95％。

Claims (3)

1.一种适用于印染废水处理的无纺布动态膜生物反应器，其特征在于，包括反应器主体(2)，反应器主体(2)内由两个挡流折流板(4)分成三个区域，中间区域连接进水***(1)，两侧区域内皆设有无纺布膜组件(3)，无纺布膜组件(3)的上端连接出水***(8)，无纺布膜组件(3)的底端两侧设有曝气管，曝气管连接曝气***，反应器主体(2)的底端连接沉淀池(6)，沉淀池(6)连接排泥***(7)。

2.如权利要求1所述的适用于印染废水处理的无纺布动态膜生物反应器，其特征在于，所述的无纺布膜组件(3)包括正方体形的膜组件框架以及固定在膜组件框架两侧的无纺布。

3.如权利要求1所述的适用于印染废水处理的无纺布动态膜生物反应器，其特征在于，所述的沉淀池(6)位于反应器主体(2)中间区域的下方。