CN106966502A - 一种水处理生物膜反应器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种水处理生物膜反应器，主要由上表层、夹心层和下表层构成，夹心层吸水后膨胀形成水不能直接通透但水中有机物能够扩散通过的凝胶层，上表层和下表层包裹夹心层使其不被流水冲刷损失，上表层或下表层为梭织物、针织物、无纺布或无机纤维织物，夹心层为吸水材料与多孔介质的混合物，吸水材料为高吸水性树脂、生物胶或两者的混合物，多孔介质为硅藻土、活性炭或纳米二氧化硅。本发明的水处理生物膜反应器能有效净化废水且不堵塞、能耗小、成本低的水处理生物膜反应器，具有非常好的产业化推广优势。

Description

一种水处理生物膜反应器

技术领域

本发明属于污水处理领域，涉及一种水处理生物膜反应器。

背景技术

近年来，随着我国经济飞速发展，同时伴随着人口的持续增长，大量污染物被排入河流湖泊等地表水生态***中，导致流域生态环境遭到破坏，严重制约经济社会的可持续发展，影响人们的生活质量。污水处理技术的不断发展和工程应用已经成为维系社会经济可持续发展的必要组成部分。基于物理、化学和生物学原理的各种污水处理工艺不断出现，其中生物处理技术的应用最为广泛，已经成为城市污水和有机工业废水处理的主流工艺。

由于生物修复具有经济、有效、环境友好、无二次污染的优点，并可实现污染的资源化利用，是比较可靠的方法。在生物修复方法中，藻类、水生动物和水生植物，或基于水生植物的人工湿地或土地***虽有一定的效果，但其效率低、占地多、修复效果差。而采用微生物的方法处理，效果好，效率高，尤其是其中的生物膜法对废水中有机物等的去除效率较高，现已被广泛地用于水及废水的处理过程中。随着配套技术与材料的突破性进展，近年来生物膜工艺得到了广大研究者和工程技术人员的极大关注，发展相当迅速，对生物膜特征的认识和基础理论研究不断加深，已有的实际工艺日臻完善，同时出现了多种新型的生物膜反应器工艺和各种组合工艺，逐步形成了一套较完整的生物膜法污水生物处理工艺系列。

已知现有生物膜反应器的类型与技术有：普通生物滤池(好氧)、高负荷生物滤池(好氧)、塔式生物滤池(好氧)、厌氧生物滤池(厌氧)、活性生物滤池(好氧)、好氧生物转盘(好氧)、厌氧生物转盘(厌氧)、淹没式生物滤池(好氧)、微孔膜生物反应器(好氧)、生物流化床(好氧)、气提式生物膜反应器(好氧)、机械搅动床(好氧、厌氧)、厌氧生物膜膨胀床(厌氧)、移动床生物膜反应器(好氧、厌氧)、复合式生物膜反应器、活性污泥-生物膜反应器、序批式生物膜反应器、升流式厌氧污泥床-厌氧生物滤池、附着生长污水稳定塘，这些技术都因各自独有的特色而广泛应用于工程中。

中国专利CN 105174436 A公开了一种生物膜曝气反应器，其通过加入2组微生物填料来使水处理达到一个新的标准，两种微生物填料可以均选择好氧微生物、也可选择一种为好氧微生物另一种为厌氧微生物，利用2组微生物处理水体，COD明显低于一种微生物处理的污水，同时，反应器仍旧与传统大小无异，在不扩大占地面积的同时大大提高了处理效果。

中国专利CN 102015551 B提供了一种含有螺旋结构的生物膜反应器，生物膜反应器在其中具有螺旋结构，用于形成从空气供应管到出口管的螺旋泡沫流动通道，使得通过引起空气供应管所供应的泡沫流动并通过增加泡沫的停留时间而提高传氧速率。该生物膜反应器的优点在于，微生物附着到所述螺旋结构而在所述螺旋结构上形成生物膜，从而实现了微生物悬浮生长和微生物附着生长两种条件，以及在不使用能量进行搅拌的条件下能够有效提高水中溶解氧的浓度，并能够有效地提高和保持微生物的浓度。

中国专利CN 102951735 A公开了一种复合式折流水处理生物膜反应器，具有进水口、出水口和放空口，其特征在：在一个矩形的池体内，由进流隔板、出流隔板、平流板将反应器分隔成相对独立的缺氧区、好氧区和平流区。该发明好氧区和缺氧区分开独立控制，可减少相互干扰，处理效果更好，工艺便于操作，可应用到富营养化水体、养殖水体甚至工业废水的生物修复。

具体来说，生物膜反应器具有如下几个方面的优点：

1)微生物相多样化，生物的食物链长，并能存活世代时间较长的微生物；

2)微生物量多，处理能力大，净化功能显著提高；

3)污泥沉降性能良好，易于固液分离，剩余污泥产量少，降低污泥处理与处置费用；

4)耐冲击负荷，对水质、水量变动具有较强的适应性，并能处理低浓度的污水；

5)易于运行管理，减少污泥膨胀问题。

但现有的生物膜反应器也存在着不足：填料及其表面的生物膜组成的水处理构筑物易堵塞；在进行好氧菌处理时仍需要向反应器内曝气，能耗大；好氧、厌氧菌一般不能并存需分开处理等。

因此，研究一种能有效净化废水且不堵塞、能耗小、成本低的水处理生物膜反应器具有重要的现实意义。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供了一种能有效净化废水且不堵塞、能耗小、成本低的水处理生物膜反应器。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种水处理生物膜反应器，主要由上表层、夹心层和下表层构成，夹心层吸水后膨胀形成水不能直接通透但水中有机物能够扩散通过的凝胶层，上表层和下表层包裹夹心层使其不被流水冲刷损失。

作为优选的技术方案：

如上所述的一种水处理生物膜反应器，所述上表层与下表层的厚度相同，上表层或下表层的厚度为0.1～1mm，所述夹心层的厚度为上表层或下表层厚度的0.1～10倍。

如上所述的一种水处理生物膜反应器，所述上表层与下表层的厚度不相同，上表层或下表层的厚度为0.1～1mm，所述夹心层的厚度为上表层与下表层厚度之和的0.1～10倍。

如上所述的一种水处理生物膜反应器，所述上表层或下表层为梭织物、针织物、无纺布或无机纤维织物，所述无机纤维织物为玻纤布或碳纤布，所述上表层或下表层的材料可以相同，也可以不相同。

如上所述的一种水处理生物膜反应器，所述上表层或下表层的表面孔隙率为0.1～10％，孔隙率过小，不利于水的透过，孔隙率过大，夹层容易泄露。

如上所述的一种水处理生物膜反应器，所述夹心层为吸水材料与多孔介质的混合物，所述吸水材料饱和吸水后的体积膨胀率≥1000％，以保证充满上表层与下表层之间的空间，防止水直接通过，所述夹心层中吸水材料的含量为80～99wt％，多孔介质的含量为1～20wt％，吸水材料吸水膨胀后充满上表层与下表层之间的空间，防止水直接通透，同时保证水中的营养化学物质可以扩散通过，多孔介质则起到吸附营养化学物质使其富集，供细菌吸收分解的作用。

如上所述的一种水处理生物膜反应器，所述吸水材料为高吸水性树脂、生物胶或两者的混合物，高吸水性树脂和生物胶都能大量吸收水分，但高吸水性树脂一般在后续使用中不会损失，而生物胶则会生物降解，生物胶的主要作用是为细菌的生长提供养分，所述高吸水性树脂的吸水率≥5000％，所述吸水材料为混合物时，高吸水性树脂与生物胶的质量比为0.5～9.5:9.5～0.5，本发明可以通过调节生物胶的含量调节挂膜速度。

如上所述的一种水处理生物膜反应器，所述高吸水性树脂为聚丙烯酸盐或聚丙烯酰胺。

如上所述的一种水处理生物膜反应器，所述生物胶为琼脂、黄原胶或海藻酸钠。

如上所述的一种水处理生物膜反应器，所述多孔介质的孔隙率≥50％，所述多孔介质为硅藻土、活性炭或纳米二氧化硅。

有益效果：

(1)本发明一种水处理生物膜反应器能够有效去除废水中的有机物，净化废水，具有良好的环保价值；

(2)本发明的一种水处理生物膜反应器，待处理水从反应器表面流过而非透过，污水处理过程中不存在水流堵塞的问题，污水处理效率高；

(3)本发明的一种水处理生物膜反应器可以同时对水进行进行厌氧、好氧处理，不用曝气，能耗小、成本低，具有非常好的产业化推广优势。

附图说明

图1为水处理生物膜反应器示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

实施例1

一种水处理生物膜反应器，如图1所示，主要由上表层、夹心层和下表层构成，上表层与下表层的厚度相同，都为0.5mm，夹心层的厚度为上表层厚度的0.1倍，上表层和下表层皆为涤纶梭织物，上表层和下表层的表面孔隙率皆为0.1％，夹心层为吸水材料与多孔介质的混合物，夹心层中吸水材料的含量为99wt％，多孔介质的含量为1wt％，吸水材料为高吸水性树脂，高吸水性树脂的吸水率为5000％，高吸水性树脂为聚丙烯酸钠，聚丙烯酸钠的分子量为10万，多孔介质的孔隙率为90％，多孔介质为硅藻土。

实施例2

一种水处理生物膜反应器，如图1所示，主要由上表层、夹心层和下表层构成，上表层与下表层的厚度相同，都为0.1mm，夹心层的厚度为下表层厚度的10倍，上表层和下表层皆为棉针织物，上表层和下表层的表面孔隙率皆为10％，夹心层为吸水材料与多孔介质的混合物，夹心层中吸水材料的含量为80wt％，多孔介质的含量为20wt％，吸水材料为高吸水性树脂，高吸水性树脂的吸水率为10000％，高吸水性树脂为聚丙烯酰胺，聚丙烯酰胺的分子量为100万，多孔介质的孔隙率为50％，多孔介质为活性炭。

实施例3

一种水处理生物膜反应器，如图1所示，主要由上表层、夹心层和下表层构成，上表层与下表层的厚度相同，都为0.3mm，夹心层的厚度为下表层厚度的5倍，上表层和下表层皆为PP无纺布，上表层和下表层的表面孔隙率皆为5％，夹心层为吸水材料与多孔介质的混合物，夹心层中吸水材料的含量为82wt％，多孔介质的含量为18wt％，吸水材料为高吸水性树脂，高吸水性树脂的吸水率为7000％，高吸水性树脂为聚丙烯酸钠，聚丙烯酸钠的分子量为15万，多孔介质的孔隙率为65％，多孔介质为纳米二氧化硅。

实施例4

一种水处理生物膜反应器，如图1所示，主要由上表层、夹心层和下表层构成，上表层与下表层的厚度相同，都为1mm，夹心层的厚度为下表层厚度的1.5倍，上表层和下表层皆为玻纤布，上表层和下表层的表面孔隙率皆为1.2％，夹心层为吸水材料与多孔介质的混合物，夹心层中吸水材料的含量为84wt％，多孔介质的含量为16wt％，吸水材料为高吸水性树脂，高吸水性树脂的吸水率为5100％，高吸水性树脂为聚丙烯酸钾，聚丙烯酸钾的分子量为12万，多孔介质的孔隙率为80％，多孔介质为硅藻土。

实施例5

一种水处理生物膜反应器，如图1所示，主要由上表层、夹心层和下表层构成，上表层与下表层的厚度相同，都为0.8mm，夹心层的厚度为上表层厚度的2倍，上表层和下表层皆为碳纤布，上表层和下表层的表面孔隙率皆为2.1％，夹心层为吸水材料与多孔介质的混合物，吸水材料饱和吸水后的体积膨胀率为1000％，夹心层中吸水材料的含量为86wt％，多孔介质的含量为14wt％，吸水材料为琼脂，琼脂的分子量为1万，多孔介质的孔隙率为82％，多孔介质为硅藻土。

实施例6

一种水处理生物膜反应器，如图1所示，主要由上表层、夹心层和下表层构成，上表层与下表层的厚度不相同，上表层的厚度为0.3mm，下表层的厚度为0.5mm，夹心层的厚度为上表层与下表层厚度之和的0.1倍，上表层为涤棉梭织物，下表层为棉针织物，上表层的表面孔隙率为2.5％，下表层的表面孔隙率为3％，夹心层为吸水材料与多孔介质的混合物，吸水材料饱和吸水后的体积膨胀率为2000％，夹心层中吸水材料的含量为88wt％，多孔介质的含量为12wt％，吸水材料为海藻酸钠，海藻酸钠的分子量为20万，多孔介质的孔隙率为55％，多孔介质为活性炭。

实施例7

一种水处理生物膜反应器，如图1所示，主要由上表层、夹心层和下表层构成，上表层与下表层的厚度不相同，上表层的厚度为0.2mm，下表层的厚度为0.4mm，所述夹心层的厚度为上表层与下表层厚度之和的10倍，上表层为棉梭织物，下表层为PP无纺布，上表层的表面孔隙率为3.5％，下表层的表面孔隙率为4％，夹心层为吸水材料与多孔介质的混合物，吸水材料饱和吸水后的体积膨胀率为2500％，夹心层中吸水材料的含量为90wt％，多孔介质的含量为10wt％，吸水材料为聚丙烯酸钾与琼脂的混合物，聚丙烯酸钾与琼脂的质量比为0.5:9.5，聚丙烯酸钾的分子量为12万，琼脂的分子量为1.5万，多孔介质的孔隙率为56％，多孔介质为活性炭。

实施例8

一种水处理生物膜反应器，如图1所示，主要由上表层、夹心层和下表层构成，上表层与下表层的厚度不同，上表层的厚度为0.5mm，下表层的厚度为1mm，夹心层的厚度为下表层厚度的6倍，上表层为涤纶梭织物，下表层为玻纤布，上表层的表面孔隙率为5.5％，下表层的表面孔隙率为5％，夹心层为吸水材料与多孔介质的混合物，吸水材料饱和吸水后的体积膨胀率为3000％，夹心层中吸水材料的含量为92wt％，多孔介质的含量为8wt％，吸水材料为聚丙烯酰胺与黄原胶的混合物，聚丙烯酰胺与黄原胶的质量比为5:5，聚丙烯酰胺的分子量为102万，黄原胶的分子量为500万，多孔介质的孔隙率为58％，多孔介质为活性炭。

实施例9

一种水处理生物膜反应器，如图1所示，主要由上表层、夹心层和下表层构成，上表层与下表层的厚度相同，都为0.5mm，夹心层的厚度为下表层厚度的7倍，上表层为尼龙针织物，下表层为无纺布，上表层的表面孔隙率为6％，下表层的表面孔隙率为7％，夹心层为吸水材料与多孔介质的混合物，吸水材料饱和吸水后的体积膨胀率为3500％，夹心层中吸水材料的含量为94wt％，多孔介质的含量为6wt％，吸水材料为聚丙烯酸钠与海藻酸钠的混合物，聚丙烯酸钠与海藻酸钠的质量比为9.5:0.5，聚丙烯酸钠的分子量为13万，海藻酸钠的分子量为21万，多孔介质的孔隙率为62％，多孔介质为纳米二氧化硅。

实施例10

一种水处理生物膜反应器，如图1所示，主要由上表层、夹心层和下表层构成，上表层与下表层的厚度相同，都为0.8mm，夹心层的厚度为下表层厚度的8倍，上表层为涤棉针织物，下表层为玻纤布，上表层的表面孔隙率为6％，下表层的表面孔隙率为8.5％，夹心层为吸水材料与多孔介质的混合物，吸水材料饱和吸水后的体积膨胀率为4000％，夹心层中吸水材料的含量为95wt％，多孔介质的含量为5wt％，吸水材料为聚丙烯酸钠与黄原胶的混合物，聚丙烯酸钠与黄原胶的质量比为4.5:5.5，聚丙烯酸钠的分子量为11万，黄原胶的分子量为510万，多孔介质的孔隙率为65％，多孔介质为纳米二氧化硅。

实施例11

一种水处理生物膜反应器，如图1所示，主要由上表层、夹心层和下表层构成，上表层与下表层的厚度相同，都为0.9mm，夹心层的厚度为下表层厚度的8.5倍，上表层为腈纶针织物，下表层为碳纤布，上表层的表面孔隙率为9％，下表层的表面孔隙率为8％，夹心层为吸水材料与多孔介质的混合物，吸水材料饱和吸水后的体积膨胀率为4200％，夹心层中吸水材料的含量为96wt％，多孔介质的含量为4wt％，吸水材料为聚丙烯酰胺与琼脂的混合物，聚丙烯酰胺与琼脂的质量比为3.5:6.5，聚丙烯酰胺的分子量为103万，琼脂的分子量为1.5万，多孔介质的孔隙率为70％，多孔介质为纳米二氧化硅。

实施例12

一种水处理生物膜反应器，如图1所示，主要由上表层、夹心层和下表层构成，上表层与下表层的厚度相同，都为0.8mm，夹心层的厚度为下表层厚度的4.6倍，上表层为PP无纺布，下表层为玻纤布，上表层的表面孔隙率为9％，下表层的表面孔隙率为5％，夹心层为吸水材料与多孔介质的混合物，吸水材料饱和吸水后的体积膨胀率为4800％，夹心层中吸水材料的含量为98wt％，多孔介质的含量为2wt％，吸水材料为聚丙烯酸钾与黄原胶的混合物，聚丙烯酸钾与黄原胶的质量比为2:8，聚丙烯酸钾的分子量为16万，黄原胶的分子量为520万，多孔介质的孔隙率为68％，多孔介质为纳米二氧化硅。

实施例13

一种水处理生物膜反应器，如图1所示，主要由上表层、夹心层和下表层构成，上表层与下表层的厚度不同，上表层的厚度为0.6mm，下表层的厚度为1mm，夹心层的厚度为下表层厚度的4.6倍，上表层为涤纶纺粘无纺布，下表层为碳纤布，上表层的表面孔隙率为5.5％，下表层的表面孔隙率为6.5％，夹心层为吸水材料与多孔介质的混合物，吸水材料饱和吸水后的体积膨胀率为5500％，夹心层中吸水材料的含量为83wt％，多孔介质的含量为17wt％，吸水材料为聚丙烯酰胺与黄原胶的混合物，聚丙烯酰胺与黄原胶的质量比为2:8，聚丙烯酰胺的分子量为110万，黄原胶的分子量为500万，多孔介质的孔隙率为69％，多孔介质为纳米二氧化硅。

实施例14

一种水处理生物膜反应器，如图1所示，主要由上表层、夹心层和下表层构成，上表层与下表层的厚度相同，都为1mm，夹心层的厚度为下表层厚度的5倍，上表层为玻纤布，下表层为碳纤布，上表层的表面孔隙率为5.4％，下表层的表面孔隙率为5.6％，夹心层为吸水材料与多孔介质的混合物，吸水材料饱和吸水后的体积膨胀率为4900％，夹心层中吸水材料的含量为85wt％，多孔介质的含量为15wt％，吸水材料为聚丙烯酰胺与黄原胶的混合物，聚丙烯酰胺与黄原胶的质量比为6.6:3.4，聚丙烯酰胺的分子量为105万，黄原胶的分子量为510万，多孔介质的孔隙率为56％，多孔介质为活性炭。

Claims (10)

1.一种水处理生物膜反应器，其特征是：主要由上表层、夹心层和下表层构成，夹心层吸水后膨胀形成水不能直接通透但水中有机物能够扩散通过的凝胶层，上表层和下表层包裹夹心层使其不被流水冲刷损失。

2.根据权利要求1所述的一种水处理生物膜反应器，其特征在于，所述上表层与下表层的厚度相同，所述夹心层的厚度为上表层或下表层厚度的0.1～10倍。

3.根据权利要求1所述的一种水处理生物膜反应器，其特征在于，所述上表层与下表层的厚度不相同，所述夹心层的厚度为上表层与下表层厚度之和的0.1～10倍。

4.根据权利要求1所述的一种水处理生物膜反应器，其特征在于，所述上表层或下表层为梭织物、针织物、无纺布或无机纤维织物，所述无机纤维织物为玻纤布或碳纤布。

5.根据权利要求1所述的一种水处理生物膜反应器，其特征在于，所述上表层或下表层的表面孔隙率为0.1～10％。

6.根据权利要求1所述的一种水处理生物膜反应器，其特征在于，所述夹心层为吸水材料与多孔介质的混合物，所述吸水材料饱和吸水后的体积膨胀率≥1000％，所述夹心层中吸水材料的含量为80～99wt％，多孔介质的含量为1～20wt％。

7.根据权利要求6所述的一种水处理生物膜反应器，其特征在于，所述吸水材料为高吸水性树脂、生物胶或两者的混合物，所述高吸水性树脂的吸水率≥5000％，所述吸水材料为混合物时，高吸水性树脂与生物胶的质量比为0.5～9.5:9.5～0.5。

8.根据权利要求7所述的一种水处理生物膜反应器，其特征在于，所述高吸水性树脂为聚丙烯酸盐或聚丙烯酰胺。

9.根据权利要求7所述的一种水处理生物膜反应器，其特征在于，所述生物胶为琼脂、黄原胶或海藻酸钠。

10.根据权利要求6所述的一种水处理生物膜反应器，其特征在于，所述多孔介质的孔隙率≥50％，所述多孔介质为硅藻土、活性炭或纳米二氧化硅。