CN115465945A - 一种过滤介质串联式膜生物反应器及其冲洗方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种过滤介质串联式膜生物反应器及其冲洗方法,该膜生物反应器由曝气池、上向流超轻滤料滤池构成,曝气池内接入原水管、曝气管以及设有滤布组件,滤布组件的过滤水出口对接连接管进水端,连接管出水端接入滤池,且连接管上对接第二水冲管和第二气冲管;滤池内横断面上设有滤板,滤板下设为超轻滤料构成的滤层,滤池底部对接冲洗废水排放管,且滤池底部通入第一气冲管,清水管上对接第一水冲管。该膜生物反应器通过管路上的阀门配合即可完成对滤布组件、超轻滤料的清洗。本发明不仅有效保留传统MBR的优点,而且还具有滤速、出水的浊度和SS浓度可控的优点,运行成本非常低,冲洗方式简单、效果好,管理维护非常简便。

Description

一种过滤介质串联式膜生物反应器及其冲洗方法
技术领域
本发明属于污水处理技术领域,尤其涉及一种过滤介质串联式膜生物反应器及其冲洗方法。
背景技术
膜生物反应器(MBR)具有出水水质好、占地面积小、污泥产量低等优点,但是,现有MBR普遍存在膜污染的问题。一般来说,膜污染主要是指MBR在废水处理的运行过程中,料液中的胶体粒子、污泥絮体、有机/无机溶质等大分子与膜发生了复杂的机械作用或物理化学作用,从而使其在膜表面或膜孔内发生吸附和沉积,最终导致膜通量下降的现象。从造成膜污染的成因进行分析,一般认为主要是由以下几个污染机制引起的,这些机制单独或综合作用于MBR的膜过滤过程,在过滤过程的不同阶段起着主导作用:膜表面和膜孔内部产生的胶体和溶剂物质的吸附、膜表面污泥絮体的沉积、膜表面滤饼层的形成、主要由于剪切力作用所形成的污染物解离、污染物成分在空间和时间上发生的变化等。根据造成膜污染的不同影响因素,可以采取不同的膜污染控制措施,主要包括进水预处理、改变污泥混合液性质、优化操作条件、膜改性、反冲和膜清洗等。这些措施能够在一定程度上减缓膜污染,但也使得操作程序变得格外复杂,运行成本很高。
以处理垃圾中转站渗滤液为例,由于垃圾渗滤液有机物浓度极高且垃圾中转站内部空间有限,一般在污水处理工艺的末端采用占地面积小的淹没式MBR,膜组件大多为微滤膜(膜孔径约为0.10~0.45um),膜材料的价格较高且使用寿命较短(一般不超过1年),且运行过程中微滤膜表面易结水垢(主要成分为CaCO3),设备的管理维护难度较大,运行成本很高。为了大幅度降低运行成本,降低操作管理难度,保证垃圾中转站渗滤液处理设备的长期稳定运行,急需对现有MBR工艺进行改良。
发明内容
本发明的目的在于提供一种过滤介质串联式膜生物反应器及其冲洗方法以取代传统的MBR,旨在解决现有MBR中膜污染控制措施效果差、操作复杂、运行成本很高等问题。
本发明是这样实现的,一种过滤介质串联式膜生物反应器,该膜生物反应器包括曝气池、上向流超轻滤料滤池,其中,曝气池顶部通过原水管注水、底部通过供气管通入空气,供气管出气端对接曝气头,曝气池的水通过连接管通入滤池底部,所述滤池顶部对接清水管,
所述曝气池内设有滤布组件,滤布组件的过滤水出口对接所述连接管进水端,所述连接管上对接第二水冲管和第二气冲管;所述滤池内横断面上设有滤板,滤板下设为超轻滤料构成的滤层,滤池底部对接冲洗废水排放管,且滤池底部通入第一气冲管,所述清水管上对接第一水冲管;
各管路上均设有可控制其管路独立通断的阀门。
优选地,所述滤布组件包括用于定位在曝气池内的支架,支架上固定边框,边框上设有配筋;所述边框、配筋构成夹板结构,该夹板结构内设置袋状滤布包,所述滤布包上设有出水口,该出水口对接所述连接管。
优选地,所述滤布包的透气度为20~120L/m2·s。
优选地,所述连接管、第一气冲管位于滤池内的管体上均布穿孔。
优选地,所述连接管上设有真空表、污水泵。
优选地,所述滤布组件设置在曝气头正上方。
本发明进一步公开了上述膜生物反应器的冲洗方法,所述冲洗包括滤布组件冲洗以及滤层冲洗;其中,
所述滤布组件冲洗过程为:
(11)通过第二水冲管往滤布组件内注满水,自内而外冲洗滤布;不停止水冲,通过第二气冲管往滤布组件内迅速通入空气,使得滤布组件内的水压骤升,使高速水流自内而外冲洗滤布;
(12)停止气冲,待滤布组件内注满水后再进行气冲,重复步骤(11)2~3次;
所述滤层冲洗包括以下步骤:
(21)通过第一气冲管通入空气对滤池进行气冲,气泡自下而上经过滤层;
(22)停止所述气冲,通过冲洗废水排放管排出滤池中的废水,或排出适量废水以使超轻滤料在失去浮力的作用而下落并变得松散;
(23)停止所述排放,通过第一水冲管由滤池顶部注入清水以对滤层进行冲洗;
(4)停止所述冲洗,通过冲洗废水排放管排出滤池中的冲洗水。
本发明通过将相比于现有技术的缺点和不足,本发明具有以下有益效果:
(1)本发明不仅有效保留传统MBR的优点,例如水力停留时间和污泥停留时间相分离、较高的MLSS、出水水质好、占地面积小、剩余污泥少等,而且还具有滤速、出水的浊度和SS浓度可控的优点,出水浊度可控制在20NTU以下、SS小于150mg/L;
(2)与传统的MBR相比,本发明膜生物反应器的运行成本非常低,有效解决了因膜污染导致的过滤阻力快速增大的问题和因硬度引起的膜表面结水垢硬壳的问题,管理维护非常简便;
(3)与传统的MBR相比,本发明膜生物反应器的冲洗方式简单,冲洗效果好、操作简单。
附图说明
图1是本发明膜生物反应器的结构示意图;
图2是本发明膜生物反应器中滤布组件的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
如图1~2所示,其中,图1是本发明膜生物反应器的结构示意图;图2是本发明膜生物反应器中滤布组件的结构示意图。
本发明实施例公开了一种过滤介质串联式膜生物反应器,该膜生物反应器包括曝气池2、上向流超轻滤料滤池8,其中,曝气池2顶部通过原水管1注水、底部通过供气管3通入空气,供气管3出气端对接曝气头4,曝气池2的水通过连接管通入滤池8底部,所述滤池8顶部对接清水管11,所述曝气池2内设有滤布组件5,滤布组件5的过滤水出口对接所述连接管进水端,所述连接管上对接第二水冲管15和第二气冲管16;所述滤池8内横断面上设有滤板10,滤板10下设为超轻滤料构成的滤层9,滤池8底部对接冲洗废水排放管14,且滤池8底部通入第一气冲管13,所述清水管11上对接第一水冲管12;各管路上均设有可控制其管路独立通断的阀门。
在本发明实施例中,上述各管路上均设有可控制其管路独立通断的阀门,各管路根据使用方法均有相应的用处,通过阀门的开合来完成相应的操作。具体的,所述原水管1、供气管3、冲洗废水排放管14、清水管11、连接管、第一气冲管13、第二气冲管16、第一水冲管12以及第二水冲管15上均设有可控制其管路独立通断的阀门。
在本发明实施例中,在曝气池2内存在足够的重力水头(h≥2.5m)时,连接管可以在不需要额外动力的情况下满足导水的要求,为应对重力水头不足或者更为可控的操作要求,具体的,所述连接管上设有真空表6、污水泵7。
在本发明实施例中,具体的,滤布组件5的包括用于定位在曝气池2内的支架51,支架51上固定边框52,边框52上设有配筋54;所述边框52、配筋54构成夹板结构,该夹板结构内设置袋状滤布包53以对滤布包53定位,所述滤布包53上设有出水口,该出水口对接所述连接管。根据实际应用需要,所述滤布包53的透气度为20~120L/m2·s。在本发明实施例中,该板框式滤布组件5为双面结构,淹没于曝气池2中;混合液在压差作用下自外而内穿过滤布,粒径较大的悬浮物(活性污泥)被滤布截留,粒径较小的悬浮物随水流穿过滤布进入组件内部,最终由连接管流出;在滤布的内外两侧均安装一定数量的配筋,配筋在过滤和冲洗的时候对滤布起支撑作用。
在本发明在对污水的处理过程中,待处理的污水自原水管1流入曝气池2,空气通过供气管3和曝气头4进入曝气池2,为池中的活性污泥提供新陈代谢所必需的溶解氧;滤布组件5主要起固/液分离作用,较清洁的水在污水泵7的抽吸作用下穿过滤布并经管道流出曝气池2,活性污泥被滤布截留在曝气池2中,通过真空表6可观测并计算滤布阻力的变化情况;污水泵7将滤布组件5的出水通过管道输送至超轻滤料滤池8的底部(进入滤池后的管道为穿孔管),然后自下而上流经滤层9和滤板10,最终自清水管11流出。此外,优选地,本发明滤布组件5设置在曝气头4正上方,曝气头4释放出的气泡在上升过程中也对滤布表面沉积的污泥起到剪切作用,防止沉积污泥过厚。
在本发明实施例中,粗孔滤布材料(例如无纺布、工业滤布等)构成的滤布组件5与上向流超轻滤料(例如聚苯乙烯滤料)构成的滤层9串联,取代传统的微滤膜(或超滤膜)组件。其中,滤布材料的透气度为20~120L/m2·s,滤布组件5淹没于曝气池2中作为一级过滤介质,主要起固液分离作用,能够截留90%以上的悬浮物(主要为活性污泥),因此可以保留传统MBR的优点,例如水力停留时间和污泥停留时间相分离、较高的MLSS、出水水质好、占地面积小、剩余污泥少等;上向流超轻滤料滤池8置于曝气池2外部作为二级过滤介质,主要起进一步的精滤作用,出水浊度可控制在20NTU以下,SS小于150mg/L。上向流超轻滤料滤池8出水的浊度和SS浓度高低取决于滤布材料的透气度、通量以及超轻滤料的粒径、滤层9厚度、滤速等工艺参数。若要求最终出水的浊度和SS浓度较低,则应选择透气度较小的滤布材料、较小的通量,上向流超轻滤料滤池8的滤层9厚度应较大,滤速应较小;反之,则应选择透气度较大的滤布材料、较大的通量,上向流超轻滤料滤池8的滤层9厚度可适当减小,滤速可适当提高。
本发明进一步公开了上述膜生物反应器的冲洗方法,包括滤布组件5冲洗以及滤层9冲洗;其中,所述滤布组件5冲洗过程为:
(11)通过第二水冲管15往滤布组件内注满水,自内而外冲洗滤布;不停止水冲,通过第二气冲管16往滤布组件内迅速通入空气,使得滤布组件内的水压骤升,使高速水流自内而外冲洗滤布;
(12)停止气冲,待滤布组件内注满水后再进行气冲,重复步骤(12)2~3次;冲洗废水留置于曝气池中;
所述滤层9冲洗包括以下步骤:
(21)通过第一气冲管13通入空气对滤池8进行气冲,气泡自下而上经过滤层9,滤料在上升气泡的作用下旋转、相互摩擦,将滤料表面吸附的污染物剥落下来;
(22)停止所述气冲,通过冲洗废水排放管14排出滤池8中的废水,或排出适量废水以使超轻滤料在失去浮力的作用而下落并变得松散;
(23)停止所述排放,通过第一水冲管12由滤池8顶部注入清水以对滤层9进行冲洗;
(24)停止所述冲洗,通过冲洗废水排放管14排出滤池8中的冲洗水。
将本发明进行试验检验,其中,曝气池2有效容积为1.0m3,MLSS为6000~12000mg/L,采用涤纶材质的工业滤布(透气度为25L/m2·s)作为一级过滤介质,淹没于曝气池2中,采用污水泵7抽吸出水,滤布通量为100~200L/m2·h,滤布组件5的出水浊度为47.1~138.5NTU,SS为337~883mg/L;上向流超轻滤料滤池8采用聚苯乙烯滤料,粒径为1.0~2.0mm,K80<1.2,滤层9厚度700mm,利用滤布出水中的压力水头自下而上过滤,滤速为1.5~6.0m/h,小试结果表明,本发明膜生物反应器(MBR)处理生活污水后,最终出水浊度为10.0~18.0NTU,SS小于150mg/L,该项指标已达到《污水排入城镇下水道水质标准(GB/T31962-2015)》的要求,可取代传统MBR用于垃圾中转站渗滤液的处理。此外,传统MBR所使用的中空纤维微滤膜组件的价格一般为80~120元/m2,通量为5~10L/m2·h,使用寿命约为1年;本发明所采用的工业滤布的价格约为10元/m2,通量为100~200L/m2·h,使用寿命2~3年;聚苯乙烯超轻滤料的价格约为300~400元/m3,使用寿命约为10年。因此,本发明MBR的运行成本非常低(不超过传统MBR的1/5),且有效解决了因硬度引起的膜表面结水垢硬壳的问题,操作管理也非常简便。
此外,试验中还发现,随过滤时间的延长,滤布组件出水中的悬浮物含量逐渐降低。当过滤时间超过6h时,滤布组件5出水浊度可小于10NTU,SS小于80mg/L,此时的上向流超轻滤料滤池8可连续运行3~6d,出水浊度介于0.2~1.3NTU,SS浓度介于5~10mg/L。这两项指标分别达到了《城市污水再生利用城市杂用水水质(GB18920-2002)》、《城市污水再生利用景观环境用水水质(GB/T 18921-2002)》、《城市污水再生利用工业用水水质(GB/T19923-2005)》、《城镇污水处理厂污染物排放标准(GB18918-2002)》一级A的要求。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种过滤介质串联式膜生物反应器,该膜生物反应器包括曝气池、上向流超轻滤料滤池,其中,曝气池顶部通过原水管注水、底部通过供气管通入空气,供气管出气端对接曝气头,曝气池的水通过连接管通入滤池底部,所述滤池顶部对接清水管,其特征在于,
所述曝气池内设有滤布组件,滤布组件的过滤水出口对接所述连接管进水端,所述连接管上对接第二水冲管和第二气冲管;所述滤池内横断面上设有滤板,滤板下设为超轻滤料构成的滤层,滤池底部对接冲洗废水排放管,且滤池底部通入第一气冲管,所述清水管上对接第一水冲管;
各管路上均设有可控制其管路独立通断的阀门。
2.如权利要求1所述的膜生物反应器,其特征在于,所述滤布组件包括用于定位在曝气池内的支架,支架上固定边框,边框上设有配筋;所述边框、配筋构成夹板结构,该夹板结构内设置袋状滤布包,所述滤布包上设有出水口,该出水口对接所述连接管。
3.如权利要求2所述的膜生物反应器,其特征在于,所述滤布包的透气度为20~120L/m2·s。
4.如权利要求1所述的膜生物反应器,其特征在于,所述连接管、第一气冲管位于滤池内的管体上均布穿孔。
5.如权利要求1所述的膜生物反应器,其特征在于,所述连接管上设有真空表、污水泵。
6.如权利要求1所述的膜生物反应器,其特征在于,所述滤布组件设置在曝气头正上方。
7.权利要求1~6任一项所述膜生物反应器的冲洗方法,其特征在于,所述冲洗包括滤布组件冲洗以及滤层冲洗;其中,
所述滤布组件冲洗过程为:
(11)通过第二水冲管往滤布组件内注满水,自内而外冲洗滤布;不停止水冲,通过第二气冲管往滤布组件内迅速通入空气,使得滤布组件内的水压骤升,使高速水流自内而外冲洗滤布;
(12)停止气冲,待滤布组件内注满水后再进行气冲,重复步骤(12)2~3次;
所述滤层冲洗包括以下步骤:
(21)通过第一气冲管通入空气对滤池进行气冲,气泡自下而上经过滤层;
(22)停止所述气冲,通过冲洗废水排放管排出滤池中的废水,或排出适量废水以使超轻滤料在失去浮力的作用而下落并变得松散;
(23)停止所述排放,通过第一水冲管由滤池顶部注入清水以对滤层进行冲洗;
(4)停止所述冲洗,通过冲洗废水排放管排出滤池中的冲洗水。
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