CN103058371A - 改善活性污泥粒径分布及微环境的复合式膜生物反应器 - Google Patents

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王晓昌
金鹏康
陈荣
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Abstract

一种改善活性污泥粒径分布及微环境的复合式膜生物反应器，包括接进水管的曝气池和接出水管的膜池，曝气池与膜池之间以带有布水圆孔的隔板隔开，曝气池中有无法通过布水圆孔的悬浮载体，膜池中有膜组件，曝气池和膜池的底部均设置有曝气头，形成兼有悬浮生长微生物和附着生长微生物的生物反应器，大幅度提高生物量，悬浮性活性污泥和丰富的生物相、悬浮载体内部的缺氧或厌氧微环境为脱氮除磷提供了良好条件，悬浮载体及其表面生物膜也成为悬浮性活性污泥中细微颗粒的附着载体，同时通过曝气池投加填料及流态调控，改善了活性污泥的粒径分布，降低了膜面滤饼层阻力，混合液可从曝气池通过隔板进入膜池，而悬浮载体被阻留在曝气池以避免其对膜组件的摩擦损伤。

Description

改善活性污泥粒径分布及微环境的复合式膜生物反应器
技术领域
本发明涉及污水处理及回用领域的处理工艺，具体涉及一种污水高效处理与再生回用的复合式膜生物反应器。
背景技术
进入“十二五”以来，随着我国环保事业的发展及对水污染控制与治理项目高度重视，污水处理一级A达标排放已经成为最基本的要求，同时针对水资源匮乏、用水紧张的区域，污水再生回用已经成为缓解水资源不足的有效途径。传统二级生物处理出水无法达到直接回用的水质要求，必须结合一定三级处理技术，从而导致其占地面积大、工艺复杂等问题。生物膜反应器(MBR)是膜分离技术与生物处理法的高效结合，由于具有占地面积小、处理效果好、剩余污泥产量极低等特点而被广泛推广应用，尤其适用于小水量的污水处理与再生利用。但由于传统MBR反应器中长期处于曝气好氧的状态，因此***脱氮效率低，出水总氮偏高成为该工艺面临的主要问题，同时由于污水中EPS等物质导致膜组件污染严重，减少了膜组件使用寿命，需定期更换，增加处理成本，膜污染及膜组件的高成本成为限制MBR工艺大规模推广应用的主要因素。针对以上问题，国内外学者先后提出了气升一体式膜生物反应器、填料型膜生物反应器、好氧移动床动态膜生物反应器等工艺，通过改变MBR反应器水力状态、投加各种填料等方式构架***的缺氧区，实现MBR工艺对硝酸盐的反硝化作用。其中以好氧移动床动态膜生物反应尤为典型，该工艺将反应器分为好氧床、沉淀区与膜组件三部分，对沉淀区水力流态有严格控制，必须实现悬浮填料的沉淀去除，当水力流态稍有波动，可能导致填料进入膜组件区，有磨损膜组件的可能。因此目前就我国膜生物反应器的应用而言，仍存在以下问题：
1)***脱氮效率低，出水TN浓度偏高。传统MBR工艺由于无缺氧区的存在无法实现反硝化作用，虽然各种改进型MBR工艺可构建一定的缺氧区，实现一定的脱氮作用，但就整体而言，***的脱氮效率仍有待提升，***出水TN仍有一定优化空间。
2)填料投加，难于调控。为实现MBR的反硝化脱氮效果，众多改进工艺向反应器中投加固定式软体及悬浮填料，从而增加了***运行管理难度。
3)悬浮填料投加，磨损膜组件。反应器中投加悬浮填料，由于***流态复杂性，可能摩擦损伤膜组件，减小膜组件使用寿命。
4)膜污染严重，反冲洗频繁，处理成本高。虽然各种改进型工艺对膜污染有一定的缓解作用，但就目前使用情况而言，膜污染仍很严重，反冲洗频繁，从而引起处理成本的增加，同时膜污染间接影响膜组件的使用寿命，限制了该工艺的大规模推广应用。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种改善活性污泥粒径分布及微环境的复合式膜生物反应器，可有效提高MBR工艺脱氮效率、缓解膜污染、降低处理成本。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种改善活性污泥粒径分布及微环境的复合式膜生物反应器，包括接进水管1的曝气池5和接出水管12的膜池10，曝气池5与膜池10之间以带有布水圆孔25的隔板9隔开，曝气池5中有无法通过布水圆孔25的悬浮载体6，膜池10中有膜组件11，曝气池5和膜池10的底部均设置有曝气头24，在曝气池5通过曝气作用，使曝气池5内混合液形成上下循环的紊流流态，在膜池10内通过曝气作用产生气泡扰动膜丝并冲刷膜丝表面的滤饼层以控制膜污染。
所述布水圆孔25在隔板9上等间隔均匀分布。
所述布水圆孔25在隔板9上自上而下分布密度逐渐增大。
所述膜池10通过反冲洗管16接有反冲洗水箱19，反冲洗管16上设置阀门17和反冲洗泵18。
所述悬浮载体6为Kaldnes K3型生物填料，该填料按流体力学设计几何构型、强化表面附着能力，同时其填料比表面积大，附着生物量多。
所述膜组件11为中空纤维膜，过水断面大、占地面积小，易于清洗。
所述进水管1中设置进水泵2、进水阀门3和进水流量计4；所述出水管12上设置压力表13、出水泵14和出水流量计15。
所述曝气池5中设有溶解氧测定仪7和pH计8。
所述膜池10底部设置剩余污泥管21，剩余污泥管21有阀门20控制。
所述曝气头24由曝气泵22向曝气池5和膜池10中曝气，曝气头24前设置有曝气流量计23。
与现有技术相比，本发明的有益技术效果是：
1)穿孔隔板将MBR反应器分隔为两个相互独立的曝气池与膜池，两个池体间流态与曝气互补干扰，可达到各自要求，调控方面。
2)曝气池中投加优质悬浮载体，经过长时间的曝气培养，悬浮载体表面会形成一定厚度的生物膜，从而形成悬浮活性污泥和附着生物膜上丰富的生物相，提高***的处理效果。
3)悬浮载体表面形成生物膜，生物膜成长到一定厚度内部会形成一定的缺氧和厌氧环境，为反硝化脱氮提供良好条件，实现***的高效脱氮效果。
4)曝气池内为上下循环的紊流流态，同时由于填料的投加，增加了***内的剪切力，从而有利于形成结构密实絮凝体，絮凝体相互碰撞结合，逐步变大，结构密实、粒径较大的絮凝体内部可形成一定的厌氧区，促进***反硝化脱氮效果。
5)悬浮载体及其表面生物膜为悬浮性活性污泥中细微颗粒提供附着载体，从而有效改善活性污泥的粒径分布，降低膜面滤饼层阻力，缓解膜污染，提高膜组件使用寿命，降低处理成本。
6)对膜组件进行曝气，产生气泡扰动膜丝并冲刷膜丝表面的滤饼层，缓解膜污染，减少反冲洗频率，降低处理成本。
7)穿孔隔板将曝气池与膜池相分隔，混合液可以从曝气池通过穿孔板进入膜池，而悬浮载体被阻留在曝气池以避免其对膜组件的摩擦损伤。
附图说明
图1是本发明的示意图。
图2是本发明隔板示意图。
具体实施方式：
下面通过附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明，但本发明不限于这些实施方式。
本发明是在传统膜生物反应器中设置穿孔隔板，将其分隔为曝气池与膜池两种项目独立的池体，并在曝气池中投加优质悬浮载体。
如图1和图2所示，传统膜生物反应器是直接在曝气池中安放膜组件从而形成一体式反应器，而本发明是采用带有布水圆孔25的隔板9将传统膜生物反应器分隔为曝气池5与膜池10，并在曝气池5中投加优质的悬浮填料6，如Kaldnes K3型生物填料。曝气池5设置有进水管1，进水管上设置进水泵2、进水阀门3和进水流量计4。曝气池5中设置溶解氧监测仪7和pH计8测定曝气池中溶解氧浓度和pH。其中布水圆孔25在隔板9上可以等间隔均匀分布，也可以上自上而下分布密度逐渐增大。
膜池10中安装膜组件11，膜组件11可以是具有较大过水断面的中空纤维膜，下部设置剩余污泥排泥管21。膜组件11上设置出水管12和反冲洗管16。出水管12上设置压力表13、出水泵14和出水流量计15。反冲洗管16与反冲洗水箱19相连，管道上设置反冲洗阀门17和反冲洗泵18。
曝气池5与膜池10底部设置曝气头24，曝气头24与曝气泵22相连，中间设置曝气流量计23。
本发明的工作过程是：
原污水在进水泵2的作用下，由进水流量计4计量进水流量，通过进水管1进入曝气池5中。隔板9将反应器分隔为曝气池5和膜池10。向曝气池5中投加悬浮载体6，经过长期培养，使悬浮载体上形成一层生物膜，从而形成悬浮活性污泥和附着生物膜上丰富的生物相，提高***处理效率与性能。悬浮载体6在曝气头24的曝气作用下而处于循环流动的悬浮状体。通过溶解测定仪7和pH计8监测曝气池中溶解氧浓度和溶液pH，控制曝气强度。
曝气池5中混合液通过隔板9上的布水圆孔25进入膜池10，而悬浮载体6则被阻留在曝气池5，防止其对膜组件11的摩擦损伤。混合液通过膜组件11进行固液分析，处理水通过出水管12排除，同时出水管上设置有压力表13，通过压力表13显示的压力控制反冲洗泵18的开启，当膜组件的压力增加到一定数值时，打开反冲洗管16上的阀门17，开启反冲洗泵18，对膜组件进行反冲洗。膜组件11下部的曝气头24通过不断曝气，达到膜表面滤饼层的形成和脱落的动态平衡，减少膜表面滤饼层厚度，降低膜阻力。膜池10底部设置有剩余污泥排泥管21，将***产生的剩余污泥排出。

Claims (10)

1.一种改善活性污泥粒径分布及微环境的复合式膜生物反应器，其特征在于，包括接进水管(1)的曝气池(5)和接出水管(12)的膜池(10)，曝气池(5)与膜池(10)之间以带有布水圆孔(25)的隔板(9)隔开，曝气池(5)中有无法通过布水圆孔(25)的悬浮载体(6)，膜池(10)中有膜组件(11)，曝气池(5)和膜池(10)的底部均设置有曝气头(24)，在曝气池(5)通过曝气作用，使曝气池(5)内混合液形成上下循环的紊流流态，在膜池(10)内通过曝气作用产生气泡扰动膜丝并冲刷膜丝表面的滤饼层以控制膜污染。
2.根据权利要求1所述复合式膜生物反应器，其特征在于，所述布水圆孔(25)在隔板(9)上等间隔均匀分布。
3.根据权利要求1所述复合式膜生物反应器，其特征在于，所述布水圆孔(25)在隔板(9)上自上而下分布密度逐渐增大。
4.根据权利要求1所述复合式膜生物反应器，其特征在于，所述膜池(10)通过反冲洗管(16)接有反冲洗水箱(19)，反冲洗管(16)上设置阀门(17)和反冲洗泵(18)。
5.根据权利要求1所述复合式膜生物反应器，其特征在于，所述悬浮载体(6)为Kaldnes K3型生物填料。
6.根据权利要求1所述复合式膜生物反应器，其特征在于，所述膜组件(11)为中空纤维膜。
7.根据权利要求1所述复合式膜生物反应器，其特征在于，所述进水管(1)中设置进水泵(2)、进水阀门(3)和进水流量计(4)；所述出水管(12)上设置压力表(13)、出水泵(14)和出水流量计(15)。
8.根据权利要求1所述复合式膜生物反应器，其特征在于，所述曝气池(5)中设有溶解氧测定仪(7)和pH计(8)。
9.根据权利要求1所述复合式膜生物反应器，其特征在于，所述膜池(10)底部设置剩余污泥管(21)，剩余污泥管(21)有阀门(20)控制。
10.根据权利要求1所述复合式膜生物反应器，其特征在于，所述曝气头(24)由曝气泵(22)向曝气池(5)和膜池(10)中曝气，曝气头(24)前设置有曝气流量计(23)。
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