CN1539759A - 新型的膜生物反应器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种膜生物反应器，特别是涉及一种推流式接触氧化生物反应器。最早出现的是分置式反应器，由于微生物含量高导致动力消耗过高以及膜污染非常严重。浸没式反应器，没有很好解决膜组件污染问题。本发明采用的反应器是新型的推流式接触氧化生物反应器，中间部位是弹性填料，微生物大部分附着在骨架弹性填料上，底部为曝气装置，利用鼓风机提供的氧气并通过曝气装置完成微生物降解和NH₃－N的硝化以及脱氮，膜组件完成泥水分离以及对大分子的截留，浓缩水进入推流式接触氧化反应器的前段，完成污泥的回流。处理水可以回收使用。膜组件设反洗装置定期进行清洗。本方法具有节能、高效、水质好、成本低以及膜组件的污染减轻。

Description

新型的膜生物反应器

技术领域

本发明涉及一种膜生物反应器，特别是涉及一种推流式接触氧化的生物反应器。

背景技术

随着人口增长和工业化步伐的加快，城市污水量急剧增多。在新水源枯竭的同时，开始尝试利用再生水。膜生物反应器(Membrane Bio-Reactor，MBR)是将生物处理工艺与膜分离技术相结合而成的一种高效污水处理工艺，它的出水水质优于传统处理工艺，可以作为宝贵的水资源来使用(如绿化、洗车、景观以及洒地等)。膜生物反应器主要是由生物反应器和膜组件两部分组成。生物反应器是污染物降解的主要场所，传统的生物反应器是全混式活性污泥生物处理反应器；膜组件主要是对固液分离并对一些大分子化合物起到截留的作用，一般选用微滤或超滤膜。根据膜组件在膜生物反应器中所处位置的不同，大致可将MBR分为分置式膜生物反应器和浸没式膜生物反应器或一体化膜生物反应器。

最早出现的是分置式MBR，生物反应器内的泥水混合物在工艺泵的增压作用下进入膜组件，其中，混合物中的水透过膜成为处理出水，其余物质随浓缩液回流到生物反应器内。这种反应器最大的缺点是由于微生物含量高导致动力消耗过高以及膜污染非常严重。为了减轻动力消耗，提出了浸没式膜生物反应器，将膜组件置于生物反应器中，通过工艺泵的负压抽吸作用得到膜过滤出水，能耗较分置式低，但是仍没有很好解决膜组件污染问题以及由于活性污泥生物反应器本身的局限所带来的问题。

传统的膜生物反应器存在的主要问题：

1.能耗高

分置式膜生物反应器(附图1)在处理污水时，原水1首先进入活性污泥生物反应器2，在此利用风机4提供的氧气以及通过曝气装置7完成有机物的降解。随后污水和大量的微生物通过泵5进入膜组件6完成泥水分离，完成泥水分离以及对大分子截留后的出水11可以作为再生水回用，浓缩水12进入活性污泥反应器2，完成污泥的回流。膜组件6设反洗***13定期进行清洗。

分置式膜生物反应器运行时细小的固体颗粒沉积在膜组件表面，造成膜组件的堵塞，也就是膜污染。为了减缓膜污染，利用泵将混合液以较高的流速(3～6m·s^-1)压入膜组件，在膜表面形成错流冲刷，减轻膜组件的污染。为了达到这么高的流速，泵的能源消耗巨大。分置式MBR的典型能耗为6kwh/m³～8kwh/m³，也就说在能耗上的成本在3.6~4.8元/m³(电费按0.6元/kwh)，过高的能耗增加了再生水处理成本，制约了本工艺的推广应用。

一体化膜生物反应器(附图2)在处理原水时，原水1首先进入活性污泥生物反应器2，微生物利用风机4提供的氧气以及通过曝气装置7完成有机物的降解。利用完全浸没在活性污泥反应器2中的膜组件6并通过泵5提供的负压完成泥水分离，完成泥水分离以及对大分子截留，截留后的出水11可以作为再生水回收使用。膜组件6设反洗***13定期进行清洗。一体化膜生物反应器的能耗虽然较分置式膜生物反应器低，但由于膜组件浸泡在活性污泥反应器中，反应器内存在大量的微生物(普通活性污泥法微生物含量大约在2000~3000mg/l，MBR的活性污泥最高能达到10000mg/l)，这些微生物很容易粘附在膜组件上，造成膜组件的堵塞、透水率的降低。另外，与微生物浓度成正比的生物细胞的胞外聚合物EPS(ExtracelluarPolrmers)在污泥混合液中的累积可引起混合液粘度的增加以及浓差极化造成膜过滤阻力的增加。所以为了降低微生物的粘附作用以及浓差极化，一体化膜生物反应器的曝气***要比传统活性污泥法高的多。一般传统活性污泥法的曝气量为水量的3~5倍，而一体化膜生物反应器的曝气量为水量的40倍左右，这势必增加能耗，提高再生水处理成本。

2.无法承受比较高的有机负荷

现有的膜生物反应器的生物反应器都采用活性污泥反应器，由于该工艺本身的局限，导致现有的膜生物反应器无法承受较高的有机负荷。这是因为，有机负荷的提高，导致丝状菌的大量繁殖，虽然没有污泥膨胀问题，但由于丝状菌EPS要比杆状菌高的多，引起浓差极化现象巨增，导致膜组件通量下降，加剧膜污染；此外，有机负荷的增加，导致微生物的大量繁殖，同样能加重微生物在膜组件表面的沉积以及浓差极化现象，加重膜污染问题。

3.无法真正实现剩余污泥的稳定化

虽然膜生物反应器理论上可以实现污泥的零排放，但由于以下原因，不得不重新考虑剩余污泥的稳定化：首先污泥长时间的积累，导致污泥活性的降低；其次，污泥的好氧曝气降解，需要消耗大量的动力；最后，污泥的积累，导致微生物浓度的升高，又会引起膜组件污染程度的增加。所以膜生物反应器的剩余污泥要定期排放，不能实现污泥的稳定化，还要进行污泥的稳定化处理。

4.无法有效的防治膜污染问题

无论是分体式的还是浸没式的传统膜生物反应器，由于采用活性污泥法，从而导致膜组件不得不与大量的微生物接触，这些微生物不仅能够堵塞膜组件的孔径，而且会粘附在组件上，造成组件的严重污染，所以，不得不频繁清洗，造成运行成本的提高。

发明内容

为了降低能耗、减轻对膜组件的污染程度以及提高生物反应器的有机负荷，本发明提出以下新型膜生物反应器，它包括生物反应器、导流***、中间水池、膜***四部分；生物反应器是推流式接触氧化生物反应器，它的泥水混合物通过出水口进入导流***，导流***的泥水混合物翻过挡墙进入中间水池，中间水池的泥水通过管道进入膜***的泵。膜生物反应器的生物处理部分采用接触氧化法代替传统的活性污泥法，填料采用弹性填料。生物反应器与膜反应器分离，采用内压管式膜组件。接触氧化反应器采用推流式反应器，生物反应器出水通过导流***进入膜组件，膜组件的回流水到生物反应器前端，完成污泥的回流。由于微生物大部分都固定生长在填料上，这样就可以大大降低膜组件的污染程度。生物反应器采用推流式接触氧化工艺，不但可以承受高浓度负荷，获得良好的出水水质，而且还具有脱氮功能。发明如图3所示。

本发明的有益效果：

1.减轻膜组件污染程度，能耗降低

膜组件与生物反应器分开，并且微生物大部分都附着在填料上，膜组件只与少量的微生物直接接触，首先大大减轻了微生物在膜表面的沉积，有助于减轻对膜组件的堵塞，从而可以延长膜组件的清洗周期以及减轻膜组件清洗的动力消耗：另外，由于悬浮生长的微生物量的降低，导致生物细胞的胞外聚合物EPS量的减少，这样可以降低拈度，减轻浓差极化问题，减少泵的动力消耗以及减轻膜组件的污染程度，从而延长膜组件的清洗周期。另外，由于微生物含量低，混合液可以以较低的流速通过膜组件，而保证膜组件的出水通量，达到降低能耗的目的。另外曝气量控制在水量的5~15倍左右：减少风机的耗电量。

2.能够承受高的有机负荷

由于接触氧化法本身能够承受较高的有机负荷，所以膜生物反应器的生物处理单元，接触氧化法要比活性污泥法的有机负荷高。活性污泥膜生物反应器的有机负荷一般在0.5kgCOD/d.m³，接触氧化法的有机负荷一般在1~2kgCOD/d.m³，所以对于高浓度的污水，新型膜生物反应器更加有利，这样也降低了占地面积。

3.具有更好的硝化和脱氮功能

接触氧化法膜生物反应器的生物反应部分，不但膜组件的截留保证世代时间长的硝化菌存活，而且由于微生物附着在骨架上，也可以保证硝化菌能够保留下来，从而为氨氮的硝化提供良好的条件；另外由于氧气的传质作用，微生物群落从外到里，依次经历了好氧区、微氧区以及缺氧区，所以这种环境的存在，为氨氮的反硝化(缺氧区)提供了条件。所以，新型膜生物反应器不仅能够完成氨氮的硝化，而且能够反硝化脱氮，其脱氮能力要远远高于传统的膜生物反应器。

4.兼有生物膜和活性污泥法二者优点

从生物反应器内出来的少量污泥，沉积在膜反应器内，利用气提泵使之返回到生物反应器内，保证了生物反应器内足够的污泥量。另外，生物反应器的微生物不但有附着在骨架上的生物膜，也有悬浮在水中的活性污泥，即克服了污泥的膨胀现象，又保证了良好的传质能力。也就说，本生物反应器兼有生物膜法和活性污泥法二者的优点。

5.真正实现污泥稳定化

由于微生物附着在骨架上，由于氧气和有机物的传质能力限制，在内层的微生物由于得不到氧气和食物，所以就在厌氧的环境下进行自我分解，把微生物本身降解为无机质，完成稳定化。

6.减少占地面积以及投资

传统的膜生物反应器为了降低膜组件的污染程度，都采用较低的通量，从而造成膜组件占地面积大。效率低以及高昂的投资费用。而本发明所提供的膜生物反应器能够很好的克服膜污染问题，可以大大提高膜组件的通量，从而达到减少占地面积以及降低投资的效果。简言之，利用接触氧化法代替活性污泥法，可以承受更高的有机负荷，实现NH₃-N的硝化和脱氮一体化，保证更加优良的出水水质；采用本发明的生物反应器不但能够减轻动力消耗，减轻膜组件的污染程度，实现污泥的稳定化处理，而且能够减少占地面积和降低投资。

附图说明

图1.传统分置式膜生物反应器示意图

图2.传统浸没式膜生物反应器示意图

图3.新型的膜生物反应器示意图

图中1.原水2.活性污泥生物反应器3.中间水池4.鼓风机5.泵6.膜组件7.曝气装置8.推流式接触氧化生物反应器9.弹性填料10.导流***11.处理水12.浓缩水  13.反洗装置14.管道15.挡墙16.出水口

具体实施方式

图3是本发明一新型的膜生物反应器示意图。

这种新型的膜生物反应器，包括推流式接触氧化生物反应器8、导流***10、中间水池3、膜***四部分：推流式接触氧化生物反应器的泥水混合物通过出水口16进入导流***10，导流***10的泥水混合物翻过挡墙16进入中间水池3，中间水池3的泥水通过管道14进入膜***的泵5。

推流式接触氧化生物反应器8中间部位是弹性填料9，底部为曝气装置7，风机4从外部把空气引入反应器内并通过反应器底部的曝气装置7提供给附着在中间的填料9和在反应器内少量悬浮的微生物所需要的氧气。利用鼓风机4提供并通过曝气装置7完成传质后的氧气降解污水中的有机物和完成氨氮的硝化以及反硝化脱氮，经过生物处理后的污水与少量的微生物首先进入中间水池14然后通过泵5进入膜***。导流***10由出水口16和挡墙15构成，挡墙是中间水池3的一面。

中间水池3处于推流式接触氧化生物反应器和膜***之间，接受并储存从导流***出来的泥水。

膜***包括膜组件、泵和反洗装置13，它通过管道从中间水池接收泥水混合物，进入膜***的泥水混合物经过泵的加压后进入膜组件，在膜组件中完成泥水的分离，其中浓缩水12通过管道返回到推流式接触氧化反应器的前端，膜组件的处理水排放并回收使用，反洗装置定期冲洗膜组件，保证膜组件正常运行。

新型的膜生物反应器的处理工艺流程包括下列步骤：

①原水1进入推流式接触氧化生物反应器8

②原水经过附着大量微生物和悬浮的少量微生物的弹性填料9

③微生物利用风机4从外部引入反应器的空气并通过反应器底部的曝气装置7提供的氧气去除原水中的有机物和氨氮

④推流式接触氧化生物反应器的泥水混合物通过导流***的出水口16和挡墙15进入中间水池，在导流***中沉淀部分微生物

⑤中间水池3中含少量微生物的水通过泵5的加压并通过管道14进入膜组件6

⑥含少量微生物的泥水在膜组件6中完成泥水分离

⑦含泥的浓缩水12通过管道返回到推流式接触氧化生物反应器的前端，处理水11从膜组件6排出

⑧膜组件由反洗装置13定期清洗，保证膜组件正常运行

原水1进入膜生物反应器的生物处理单元—推流式接触氧化生物反应器8，微生物大部分附着在骨架弹性填料9上，利用鼓风机4提供并通过曝气装置7完成传质后的氧气降解污水中的有机物和完成氨氮的硝化以及反硝化脱氮，经过生物处理后的污水与少量的微生物通过导流***出水口16首先进入中间水池3，然后通过泵5进入膜组件6，完成泥水分离以及对大分子截留，截留后的处理水11可以作为再生水回收使用，浓缩水12进入推流式接触氧化反应器8的前端，完成污泥的回流。膜组件6由反洗装置13定期进行清洗。

Claims (9)

1.一种新型的膜生物反应器，它包括生物反应器，其特征在于：它还包括导流***(10)、中间水池(3)、膜***三部分：生物反应器是推流式接触氧化生物反应器(8)，它的泥水混合物通过出水口(16)进入导流***，导流***的泥水混合物翻过挡墙(15)进入中间水池(3)，中间水池的泥水通过管道(14)进入膜***的泵(5)。

2.根据权利要求1所述的新型的膜生物反应器，其特征在于：推流式接触氧化生物反应器中间部位是弹性填料(9)，底部为曝气装置(7)，风机(4)从外部把空气引入反应器内并通过反应器底部的曝气装置提供给附着在中间的填料和在反应器内少量悬浮的微生物所需要的氧气。

3.根据权利要求1所述的新型的膜生物反应器，其特征在于：导流***由出水口(16)和挡墙(15)构成，挡墙是中间水池的一面。

4.根据权利要求1所述的新型的膜生物反应器，其特征在于：中间水池是处于接触氧化生物反应器和膜***之间，接受并储存从导流***出来的泥水。

5.根据权利要求1所述的新型的膜生物反应器，其特征在于：膜***包括膜组件、泵和反洗装置(13)，它通过管道从中间水池接收泥水混合物，进入膜***的泥水混合物经过泵的加压后进入膜组件(6)，在膜组件中完成泥水的分离，其中浓缩水(12)通过管道返回接触氧化反应器的前端，膜组件的处理水(11)排放和回收使用，反洗装置定期冲洗膜组件，保证膜组件正常运行。

6.根据权利要求2所述的新型的膜生物反应器，其特征在于：填料采用半弹性填料。

7.根据权利要求2所述的新型的膜生物反应器，其特征在于：曝气装置采用内循环式曝气方法。

8.根据权利要求5所述的新型的膜生物仅应器，其特征在于：膜组件采用外压式膜组件。

9.根据权利要求1所述的新型的膜生物反应器的处理工艺流程，其特征在于：它包括下列步骤：

①原水(1)进入推流式接触氧化生物反应器

②原水经过附着大量微生物和悬浮的少量微生物的弹性填料

③微生物利用风机从外部引入反应器的空气并通过反应器底部的曝气装置提供的氧气去除原水中的有机物和氨氮

④推流式接触氧化生物反应器的泥水混合物通过导流***的出水口和挡墙进入中间水池，在导流***中沉淀部分微生物

⑤中间水池中含少量微生物的水通过泵的加压并通过管道进入膜组件

⑥含少量微生物的水在膜组件中完成泥水分离

⑦含泥的浓缩水(12)通过管道返回到推流式接触氧化生物反应器的前端，处理水从膜组件排出

⑧膜组件由反洗装置定期清洗，保证膜组件正常运行。

Images