CN108840449A - 基于膜生物反应器的污水处理设备及污水处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于膜生物反应器的污水处理设备及污水处理方法，该处理设备包括：膜生物反应池，膜生物反应池内设置有分离膜组件，膜生物反应池的底部设置有曝气头，曝气头与压缩空气管连通，膜生物反应池外壁两侧设置有永磁体；进水管，进水管的输出端与膜生物反应池的进水口连通；出水管，出水管的输入端与分离膜组件的出水口连通，在出水管上设置有抽吸泵；排泥管，排泥管与膜生物反应池的底部连通。通过本发明的设备处理的出水能达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918—2002)一级排放标准A标准，并且剩余污泥产量低、***能够连续稳定地运行，分离膜组件化学药剂清洗频率低，降低运行成本。

Description

基于膜生物反应器的污水处理设备及污水处理方法
技术领域
本发明属于污水处理技术领域，更具体地，涉及一种基于膜生物反应器的污水处理设备及污水处理方法。
背景技术
用于污水处理的膜生物反应器工艺(MBR)，是指通过膜过滤实现活性污泥与产水的分离的新型生化法污水处理技术。与传统生物处理相比，该技术能使处理水水质好且稳定、剩余污泥产生量少，占地少等优点，具有良好的发展前景。MBR工艺虽有传统工艺所无法比拟的优点，但是膜污染依然是影响该技术经济性和运行稳定性的一个关键因素。膜污染是指与膜接触的料液中的微粒、胶体粒子或溶质大分子与膜存在物理、化学、生化作用或机械作用，引起膜面或膜孔内吸附、沉积以及微生物在膜水界面的积累，造成膜孔径变小或堵塞，使膜产生透过流量与分离特性大幅度降低的现象。为此必须通过化学清洗才能恢复膜的性能。化学清洗的目的是去除膜本身和膜表面上的污染层，化学清洗步骤会影响膜工艺的运行费用，因为膜在清洗过程中无法运行，这就需要安装更多的膜组件为***弥补***清洗期间消耗的处理能力，同时清洗过程中化学药剂的使用(如次氯酸钠)，会形成有机卤索化合物(AOX)，造成环境污染。因此，发明一种能高效去除污染物质，并且尽量少用化学清洗或无需化学清洗控制，使***能够连续稳定地运行，保证出水水质和产水量的新的MBR工艺成了水处理技术人员研究的热点问题。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的缺陷，提供一种基于膜生物反应器的污水处理设备及污水处理方法，通过该污水处理设备不仅能高效降解水中有机污染物质，同时还具有脱氮功能，使得出水能达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918—2002)一级排放标准A标准，并且剩余污泥产量低、***能够连续稳定地运行，分离膜组件化学药剂清洗频率低，大大降低运行成本。
为了实现上述目的，本发明的一方面提供一种基于膜生物反应器的污水处理设备，该处理设备包括：
膜生物反应池，所述膜生物反应池内设置有分离膜组件，所述膜生物反应池的底部设置有曝气头，所述曝气头与压缩空气管连通，所述膜生物反应池外壁两侧设置有永磁体；
进水管，所述进水管的输出端与所述膜生物反应池的进水口连通；
出水管，所述出水管的输入端与所述分离膜组件的出水口连通，在所述出水管上设置有抽吸泵；
排泥管，所述排泥管与所述膜生物反应池的底部连通。
本发明的另一方面提供一种利用上述基于膜生物反应器的污水处理设备的污水处理方法，该方法包括：
原水在所述膜生物反应池内的活性污泥微生物、磁性颗粒物质、溶解氧以及外加磁场的共同作用下，进行污水处理；
处理后的水通过所述分离膜组件进行固液分离，得到处理水。
本发明的技术方案具有如下优点：
(1)本发明在膜生物反应池中投加磁性颗粒物质产生的弱磁场会使微生物体内的水解酶、氧化还原酶等的活性增强，提高酶促反应的速度，促进微生物细胞生长和新陈代谢；其次，磁场可以提高微生物细胞膜的通透性，使水中氧分子、有机物等易于进入微生物体内，促进有机污染物质的降解去除。
(2)磁性颗粒物质对膜生物反应池中菌胶团有较强的吸附作用，使微生物絮体逐渐形成较大的紧密的团粒结构，在微生物絮体外表面溶解氧浓度高，硝化细菌在此进行硝化反应；由于氧传递阻力的存在和氧的逐步消耗，在微生物絮体内部则主要表现为缺氧环境，反硝化细菌在缺氧环境下进行反硝化脱氮反应。因此本发明能使MBR膜生物反应池中有机物降解、硝化及反硝化脱氮反应同步进行，减少了构筑物和管路***，简化了工艺流程。
(3)磁性颗粒物质具有较大的比表面积，且具有一定的表面自由能，能够很好地将反应池中的微生物絮体吸附到磁性颗粒物质自身的周围，形成一个以磁性颗粒物为中心的较大的微生物絮体，由于微生物絮体粒径变大，絮体在膜生物反应器中水力冲击作用下越不稳定，也就越不容易聚集在MBR分离膜表面形成膜污染，而且絮体粒径越大，所存在空隙越大，可以减小MBR分离膜过滤时的阻力，降低分离膜清洗频率。
(4)由于在膜生物反应池侧边设置有外加永磁体，在永磁体形成的稳定的磁场场能作用下，可引起污染物质核外电子激发转移及价键和结构的改变，而使部分难以被微生物降解的污染物直接分解转化，有效提高污水污染物的去除率。
(5)外加稳定的磁场能降低膜生物反应池混合液中胶体污染物质的Zeta电位，从而使胶体失去稳定性，并增加了微生物絮体和胶体之间的吸引力，从而使两者能够更容易的结合成为粒径更大的絮体，即增大了微生物絮体的平均粒径，大颗粒絮体凝聚在一起降低了污泥表面电负性，也因此提高了污泥的过滤性能，有效的减缓了膜污染。同时膜生物反应池内磁性颗粒物质在外加磁场的作用力下有向膜生物反应池两侧运动的趋势，此时磁性颗粒物质逐渐被磁场吸引从而远离膜表面，即磁性颗粒物质带动吸附的这些污染物质远离膜表面，从而减轻了膜污染。
(6)由于氧为顺磁性物质，反应池内混合液中磁性颗粒物质产生的弱磁场能促进氧在微生物絮体附近停留聚集溶解，提高氧在混合液中的溶解度。同时，在外加恒定磁场的作用下，膜生物反应池中水分子的团簇结构遭到破坏，使得较大缔合水分子团变小，甚至产生以单一分子形式存在的水分子，结果导致水的有效间隙度增大，从而也提高了水中氧的溶解度。本发明和普通MBR膜生物反应池相比，在维持反应池内同样浓度的溶解氧条件下，本发明需要的曝气量就会相应减少，节省了能耗。
本发明的其它特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
通过结合附图对本发明示例性实施方式进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本发明示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。
图1示出了根据本发明的一个实施例的基于膜生物反应器的污水处理设备的示意图。
附图标记说明：
1、进水管，2、膜生物反应池，3、分离膜组件，4、压缩空气管，5、曝气头，6、永磁体，7、出水管，8、抽吸泵，9、排泥管。
具体实施方式
下面将更详细地描述本发明的优选实施方式。虽然以下描述了本发明的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。
本发明的一方面提供一种基于膜生物反应器的污水处理设备，该处理设备包括：
膜生物反应池，所述膜生物反应池内设置有分离膜组件，所述膜生物反应池的底部设置有曝气头，所述曝气头与压缩空气管连通，所述膜生物反应池外壁两侧设置有永磁体；
进水管，所述进水管的输出端与所述膜生物反应池的进水口连通；
出水管，所述出水管的输入端与所述分离膜组件的出水口连通，在所述出水管上设置有抽吸泵；
排泥管，所述排泥管与所述膜生物反应池的底部连通。
根据本发明，优选地，所述膜生物反应池内含有磁性颗粒物质。
本发明中，磁性颗粒物质可以为任何适用本发明的磁性颗粒物质，优选为Fe3O4。
本发明中的膜生物反应池内含有活性污泥微生物；本发明使污水中的污染物质在活性污泥微生物降解、磁性颗粒物的吸附、磁场能等的共同作用下，实现了污水中污染物高效去除。
根据本发明，优选地，所述抽吸泵与时间继电器连接。
通过时间继电器控制抽吸泵，使得抽吸泵能够实现间歇运行方式，采用间歇抽吸操作模式旨在通过定期的停止分离膜过滤，使沉积在分离膜表面上的污泥在水力作用下从分离膜表面脱落出来，使分离膜的过滤性能得以恢复。
作为优选方案，所述曝气头为多个。
本发明的另一方面提供一种利用上述基于膜生物反应器的污水处理设备的污水处理方法，该方法包括：
原水在所述膜生物反应池内的活性污泥微生物、磁性颗粒物质、溶解氧以及外加磁场的共同作用下，进行污水处理；
处理后的水通过所述分离膜组件进行固液分离，得到处理水。
本发明中，在膜生物反应池中投加磁性颗粒物质，并在膜生物反应器两侧设置一定强度的外加磁场，采用低强度连续曝气方式对生活污水进行处理。本发明使污水中的污染物质在活性污泥微生物降解、磁性颗粒物的吸附、磁场能等的共同作用下，实现了污水中污染物高效去除。
本发明中，原水(即经过格栅、沉砂池、初沉池等构筑物进行预处理后的生活污水)通过进水管进入膜生物反应池，在膜生物反应池内投加有磁性颗粒物质并进行曝气，在磁性颗粒物质的弱磁场的催化作用下，活性污泥微生物体内的水解酶、氧化还原酶等的活性增强，提高酶促反应的速度，促进微生物细胞生长和新陈代谢，污泥的活性得到提高，在好氧条件下氧化分解有机污染物的能力也相应提高。
此外在膜生物反应池的两侧加设有永磁体形成外加磁场，在外加磁场作用下，磁场刺激了脱氢酶的活性，使微生物代谢进一步加快。
根据本发明，优选地，处理后的水在抽吸泵的间歇式抽吸作用下通过分离膜组件进行固液分离，得到处理水。
本发明中，抽吸泵采用间歇运行方式，采用间歇抽吸操作模式旨在通过定期的停止膜过滤，使沉积在分离膜表面上的污泥在水力作用下从分离膜表面脱落出来，使分离膜的过滤性能得以恢复。
作为优选方案，抽吸泵的间歇运行方式为开10-15min，停2-4min。
根据本发明，优选地，所述膜生物反应池中的气水比为25-40:1。
根据本发明，优选地，所述膜生物反应池中的水力停留时间为3-8h。
根据本发明，优选地，所述膜生物反应池中的污泥负荷为0.4-0.6kgCOD/kgMLSS·d。
根据本发明，优选地，所述膜生物反应池中的磁性颗粒物质的浓度为400-1200mg/L。
在本发明中，膜生物反应池内的磁性颗粒物质的投加方式是直接投加，在每次通过排泥管排放膜生物反应池的混合液时，根据所排放的体积，补加磁性颗粒物质，补加量仍然为400-1200mg/L。
根据本发明，优选地，所述外加磁场的强度为30-120mT。
以下通过实施例进一步说明本发明：
实施例
如图1所示，本实施例提供一种基于膜生物反应器的污水处理设备，该处理设备包括：膜生物反应池2，所述膜生物反应池2内设置有分离膜组件3，所述膜生物反应池2的底部设置有曝气头5，所述曝气头5与压缩空气管4连通，所述膜生物反应池2外壁两侧设置有永磁体6；进水管1，所述进水管1的输出端与所述膜生物反应池2的进水口连通；出水管7，所述出水管7的输入端与所述分离膜组件3的出水口连通，在所述出水管7上设置有抽吸泵8；排泥管9，所述排泥管9与所述膜生物反应池2的底部连通；其中，所述膜生物反应池2内含有磁性颗粒物质；所述抽吸泵8与时间继电器(未示出)连接。
具体的污水处理方法为：原水通过进水管1进入膜生物反应池2，在膜生物反应池2内的活性污泥微生物、磁性颗粒物质、溶解氧以及外加磁场的共同作用下，进行污水处理；处理后的水在抽吸泵8的间歇式抽吸作用下通过分离膜组件3进行固液分离，得到处理水；其中，所述膜生物反应池2中的水力停留时间为4.5h，污泥负荷为0.53kgCOD/kgMLSS·d，气水比为35:1，所投加的磁性颗粒物质为Fe3O4，投加量为800mg/L，外加永磁体6产生的磁场强度为80mT，抽吸泵8间断运行，开10min，停2min。
利用本实施的设备处理前的原水CODcr为280mg/L，NH3-N浓度为28mg/L，总氮TN为45mg/L；处理后，处理水CODcr降为23mg/L，NH3-N浓度为0.5mg/L，总氮TN降为6mg/L；处理后的出水达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918—2002)一级排放标准A标准。同时本实施在运行过程中，膜过滤压差及膜通量一直维持在正常范围内，无需停止过滤过程进行化学清洗，也无剩余污泥产生。
以上已经描述了本发明的实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的实施例。在不偏离所说明的实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。

Claims (10)

1.一种基于膜生物反应器的污水处理设备，其特征在于，该处理设备包括：
膜生物反应池，所述膜生物反应池内设置有分离膜组件，所述膜生物反应池的底部设置有曝气头，所述曝气头与压缩空气管连通，所述膜生物反应池外壁两侧设置有永磁体；
进水管，所述进水管的输出端与所述膜生物反应池的进水口连通；
出水管，所述出水管的输入端与所述分离膜组件的出水口连通，在所述出水管上设置有抽吸泵；
排泥管，所述排泥管与所述膜生物反应池的底部连通。
2.根据权利要求1所述的污水处理设备，其中，所述膜生物反应池内含有磁性颗粒物质。
3.根据权利要求1所述的污水处理设备，其中，所述抽吸泵与时间继电器连接。
4.利用权利要求1-3中任意一项所述的基于膜生物反应器的污水处理设备的污水处理方法，其特征在于，该方法包括：
原水在所述膜生物反应池内的活性污泥微生物、磁性颗粒物质、溶解氧以及外加磁场的共同作用下，进行污水处理；
处理后的水通过所述分离膜组件进行固液分离，得到处理水。
5.根据权利要求4所述的污水处理方法，其中，处理后的水在抽吸泵的间歇式抽吸作用下通过分离膜组件进行固液分离，得到处理水。
6.根据权利要求4所述的污水处理方法，其中，所述膜生物反应池中的气水比为25-40:1。
7.根据权利要求4所述的污水处理方法，其中，所述膜生物反应池中的水力停留时间为3-8h。
8.根据权利要求4所述的污水处理方法，其中，所述膜生物反应池中的污泥负荷为0.4-0.6kgCOD/kgMLSS·d。
9.根据权利要求4所述的污水处理方法，其中，所述膜生物反应池中的磁性颗粒物质的浓度为400-1200mg/L。
10.根据权利要求4所述的污水处理方法，其中，所述外加磁场的强度为30-120mT。
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