CN215756648U - 一种高温好氧膜曝气生物反应器及污水处理*** - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种高温好氧膜曝气生物反应器及污水处理***，反应器包括主体单元和在线监测单元，反应器主体单元包括池体、膜曝气***和排泥装置，膜曝气***包括鼓风机、气压调节阀和曝气膜组件，在线监测单元包括温度探头、控制***和加热装置，温度探头和加热装置均与位于所述池体外部的控制***连接。本实用新型利用膜曝气形式对体系进行无泡曝气，使氧气以分子态形式在生物膜中扩散，在高温条件下富集的好氧嗜热菌群利用氧气实现有机物的高效、节能的降解和去除，无需设置泥水分离膜，大幅降低工艺成本。污水处理***尤其适用于排放时温度较高的工业废水的处理，可大大节省废水冷却的时间和成本。

Description

一种高温好氧膜曝气生物反应器及污水处理***

技术领域

本实用新型涉及污水处理领域，具体地，涉及一种高温好氧膜曝气生物反应器及污水处理***。

背景技术

现阶段，针对如印染废水、制药废水等工业废水和垃圾渗滤液等高COD含量、排放温度较高的污水，在处理工艺流程中一般会优先设置一厌氧水解酸化池或设置厌氧消化单元，以降低后续好氧生物处理单元的有机负荷，保证好氧段的稳定运行，提升COD去除效果。然而，厌氧工艺具有水力停留时间长，占地面积大等缺点，且出水COD浓度高，一般需要再经过好氧处理或深度处理才能达到排放要求。而传统好氧段处理则存在曝气量大、能耗高，剩余污泥产量高，污泥处理处置压力大等缺陷。

因此，有必要提出一种新型的高温好氧膜曝气生物反应器及污水处理***，以解决上述问题。

实用新型内容

在实用新型内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本实用新型的实用新型内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。

针对现有技术的不足，本实用新型提出了一种高温好氧膜曝气生物反应器，包括：反应器主体单元和在线监测单元，其中，所述反应器主体单元包括池体、膜曝气***和排泥装置，膜曝气***包括位于池体外部依次连接的鼓风机、气压调节阀和曝气膜组件，所述鼓风机和气压调节阀通过管道连接所述曝气膜组件的顶部，所述曝气膜组件位于所述池体的内部，所述排泥装置位于池体的底部；所述在线监测单元包括温度探头、控制***和加热装置，所述温度探头位于所述池体的内部，所述加热装置位于所述池体的***，所述温度探头和所述加热装置均与位于所述池体的外部的所述控制***连接。

一种高温好氧膜曝气生物反应器，包括：反应器主体单元、调节池和在线监测单元，其中，所述反应器主体单元包括池体、膜曝气***和排泥装置，膜曝气***包括位于池体外部依次连接的鼓风机、气压调节阀和曝气膜组件，所述鼓风机和气压调节阀通过管道连接所述曝气膜组件的顶部，所述曝气膜组件位于所述池体的内部，所述排泥装置位于池体的底部；所述调节池位于所述反应器主体单元的前部，与所述反应器主体单元连接；所述在线监测单元包括两个温度探头、控制***和加热装置，一个温度探头位于所述反应器主体单元的池体的内部，一个温度探头位于所述调节池的内部，所述加热装置位于所述调节池的内部，所述两个温度探头和所述加热装置均与位于所述池体的外部的所述控制***连接。

可选地，上述高温好氧膜曝气生物反应器还包括保温装置，所述保温装置位于所述池体的***。

可选地，上述高温好氧膜曝气生物反应器还包括可拆卸挡板，所述可拆卸挡板位于所述反应器主体单元的池体的内部。

可选地，所述曝气膜组件包括膜架、进气端管路、出气端管路和无孔中空纤维膜。

可选地，上述高温好氧膜曝气生物反应器还包括抖动装置，所述抖动装置位于所述曝气膜组件上部的所述膜架上，所述膜架装有滑轨，外部连接机械装置。

可选地，所述膜曝气***采用空气曝气或纯氧曝气。

可选地，所述在线监测***还包括DO探头，所述DO探头位于所述反应器主体单元的池体的内部并与鼓风机控制器相连。

可选地，所述曝气膜组件采用帘式膜、管式膜、平板膜或缠绕型膜中的一种。

一种污水处理***，包括上述的高温好氧膜曝气生物反应器、脱氮单元和深度处理单元。

本实用新型提供的一种高温好氧膜曝气生物反应器及污水处理***，利用膜曝气形式对体系进行无泡曝气，使氧气以分子态形式在生物膜中扩散，在高温条件下富集的好氧嗜热菌群利用氧气实现有机物的高效、节能的降解和去除。同时，微生物可较好的附着于曝气膜丝上，大幅减少甚至基本没有悬浮的污泥絮体，无需设置泥水分离膜，大幅降低工艺成本。污水处理***尤其适用于造纸废水、屠宰废水、制药废水等排放时温度较高的工业废水的处理，可大大节省废水冷却的时间和成本。

附图说明

本实用新型的下列附图在此作为本实用新型的一部分用于理解本实用新型。附图中示出了本实用新型的实施例及其描述，用来解释本实用新型的装置及原理。在附图中，

图1为本实用新型的一个实施例的高温好氧膜曝气生物反应器的结构示意图；

图2为本实用新型的一个实施例的高温好氧膜曝气生物反应器的结构示意图；

图3为根据本实用新型的一个实施例的高温好氧膜曝气生物反应器的缠绕型曝气膜的结构示意图；

图4为根据本实用新型的一个实施例的高温好氧膜曝气生物反应器的平板式曝气膜的结构示意图；

图5为根据本实用新型的一个实施例的高温好氧膜曝气生物反应器的管式曝气膜的结构示意图；

其中：1—曝气膜组件；

2—挡板；

3—保温装置；

4—抖动装置；

5—温度探头/DO探头；

5’—温度探头

6—控制***；

7、7’—加热装置；

8—鼓风机；

9—气压调节阀；

10—排泥装置；

11、11’、11”—曝气膜；

12、12’、12”—支撑材料。

具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本实用新型更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本实用新型可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本实用新型发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

为了彻底理解本实用新型，将在下列的描述中提出详细的步骤，以便阐释本实用新型提出的高温好氧膜曝气生物反应器。显然，本实用新型的施行并不限定于本领域的技术人员所熟习的特殊细节。本实用新型的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本实用新型还可以具有其他实施方式。

应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但不排除存在或附加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组合。

现阶段，高有机物含量的工业废水处理过程中单独的好氧活性污泥法很难实现出水达标排放的要求，针对高COD含量的工业废水的处理工艺中一般会优先设置一厌氧水解酸化池或设置厌氧消化单元，以降低后续好氧生物处理单元的有机负荷，保证好氧段的稳定运行及COD去除效果。其中厌氧段处理需要较长的水力停留时间，因此有构筑物占地面积大的缺点，且出水COD浓度偏高，一般需要再经过好氧处理或深度处理才能达到排放要求。而传统好氧段处理则存在曝气量大、能耗高，剩余污泥产量高，污泥处理处置压力大等缺陷。

本实用新型，高温好氧生物反应器，将体系温度控制在45℃以上，可以用于富集好氧嗜热菌，该菌种生长速率高，代谢作用强，加之反应器温度升高对污染物有一定的水解作用，可以大幅提升体系的有机负荷，增加体系有机污染物去除效果，此外，高温条件下污泥产率低，该体系可减少剩余污泥产量，减轻污泥处理处置负担，可以很好的解决现有工艺的缺陷和不足。但是，由于反应器温度升高、氧气的溶解度降低，会造成氧气的利用率降低现象，另外，由于高温下污泥絮体不易形成且细胞易于释放更多的胞外聚合物(EPS)，恶化的污泥沉降性，即泥水分离问题，成为高温好氧处理的另一大难题。故而，现阶段在污水处理方法中高温好氧生物处理并无应用，而在一些实验室规模的科学研究中，有学者将此反应器与膜生物反应器(MBR)连用以保证泥水分离效果，但泥水分离膜的膜污染及清洗问题成为其工程应用的最大阻碍。

针对此问题，本实用新型公开一种高温好氧膜生物反应器，利用膜曝气形式对体系进行无泡曝气，使氧气以分子态形式在生物膜中扩散，在高温条件下富集的好氧嗜热菌群利用氧气实现有机物的高效、节能的降解和去除。同时，微生物可较好的附着于曝气膜丝上，大幅减少甚至基本没有悬浮的污泥絮体，无需设置泥水分离膜，大幅降低工艺成本。该反应器尤其适用于造纸废水、屠宰废水、制药废水等排放时温度较高的工业废水的处理。

下面结合附图对本实用新型做进一步的说明。

如图1所示，在一个实施例中，一种高温好氧膜曝气生物反应器，包括：反应器主体单元和在线监测单元，其中，所述反应器主体单元包括池体、膜曝气***和排泥装置，膜曝气***包括位于池体外部依次连接的鼓风机8、气压调节阀9和曝气膜组件1，所述鼓风机和气压调节阀通过管道连接所述曝气膜组件顶部，所述曝气膜组件位于所述池体内部，所述排泥装置10位于池体的底部；所述在线监测单元包括温度探头5、控制***6和加热装置7’，所述温度探头位于所述池体内部，所述加热装置位于所述池体的***，所述温度探头和所述加热装置均与位于所述池体外部的所述控制***连接。在一个实施例中，在加热装置的***还具有保温装置。

如图2所示，在一个实施例中，一种高温好氧膜曝气生物反应器，包括：反应器主体单元、调节池和在线监测单元，其中，所述反应器主体单元包括池体、膜曝气***和排泥装置，膜曝气***包括位于池体外部依次连接的鼓风机、气压调节阀和曝气膜组件，所述鼓风机和气压调节阀通过管道连接所述曝气膜组件顶部，所述曝气膜组件位于所述池体内部，所述排泥装置位于池体的底部；所述调节池位于所述反应器主体单元前部，与所述反应器主体单元连接；所述在线监测单元包括两个温度探头、控制***和加热装置，一个温度探头5位于所述反应器主体单元的池体内部，一个温度探头5’位于所述调节池内部，所述加热装置7位于所述调节池内部，所述两个温度探头和所述加热装置均与位于所述池体外部的所述控制***连接。

在一个实施例中，一种高温好氧生物反应器，由反应器主体、空气泵、气体减压阀、气体流量计、曝气膜、调节池、进水泵、排泥泵和出水装置等部分组成。针对部分温度较高的工业废水，可前设调节池进行温度调节后进入反应器，膜曝气生物膜反应器膜组件上附着大量好氧嗜热菌，形成生物膜。含高浓度COD的污水进入反应器内，在高温条件下，进行初步的水解，后污染物受浓度梯度和吸附作用的影响向生物膜表面迁移和扩散，在生物膜中从外层至内层形成浓度梯度，通过曝气膜组件进行曝气，氧气以分子形态从生物膜内层向外层扩散，在此过程中有机物被好氧嗜热菌充分利用，实现有机物的降解和去除。

在一个实施例中，反应器主体前设调节池，由调节池池体、温控***组成。上述温控***由温度探头、云端控制***、池体加热***组成。上述温度在线监测探头位于调节池池体内，其反馈机制与云端控制***相连，上述云端控制***与池体加热装置相连。上述加热装置可采用如反应器示意图中的电加热方式，在较大规模应用中也可以利用蒸汽加热方式。运行过程中，控制反应池内水温45-50℃，当温度传感器监测池内水温低于45℃控制***发出加热信号启动加热装置进行水体预加热，当温度传感器监测池内水温高于50℃控制***发出停止加热信号关停加热装置。对于排放时温度较高(55-70℃)的工业废水，可通过此调节池的温度反馈设置不同停留时间，以稍微降低反应器进水温度。

所述调节池的高COD含量的污水随后进入高温好氧膜曝气生物反应器主体，该主体由池体、膜曝气***、膜架抖动装置4、可拆卸挡板2、在线监测***、保温装置3和出水口组成。所述膜曝气***可采用空气曝气或纯氧曝气的形式，由鼓风机、气体流量计、气体减压阀及膜组件组成。所述膜组件设置在反应器主体内部，由膜架、进气端管路、出气端管路、无孔中空纤维膜组成。其中上述气体流量计及气体减压阀进气端与鼓风机通过气管相连，上述膜组件进气端管路与气体流量计及气体减压阀出气端相连，实现空气对曝气膜组件的输入，空气经上述无孔中空纤维膜膜丝曝气后，多余气体经膜组件出气端管路排出体系外。上述膜组件由膜架承托。其中，膜架装有滑轨，外部连接机械装置，可形成抖动装置，用于进行膜组件抖动，冲刷掉外层生物膜，起到人工干预生物膜厚度的作用。上述可拆卸挡板设置在反应器主体内部，亦可以根据池体大小和停留时间增设隔板数量，使污染物与曝气膜进行充分的接触。上述在线监测***包括DO在线监测和温度在线监测，其探头设于反应器池体内部，上述温度探头与前端调节池温度调节***相连，可通过控制前序单元温度实现本单元温度控制，上述DO探头5与鼓风机控制器相连，若体系DO浓度降低至1mg/L以下，可通过反馈机制调节曝气量使其增大。所述池体下设锥斗状泥斗，可以将运行过程中从上述无孔中空纤维膜上脱落的老龄污泥从反应器内排出。上述反应器外设置保温材料。上述反应器出水为溢流出水。

在一个实施例中，针对部分有必要采用此工艺的常温排放的高有机浓度废水，也可采用下述反应器形式，污水直接进入反应器，反应器主体设有升温装置、保温装置和外部温控***，保证***温度。

图1形式反应器相较于图2为主体装置设置温控装置。上述温控装置由温度探头、外部温控***和加热装置组成。图1中加热装置为电阻丝，实际应用中也可采用蒸汽加热等方式。上述温控***设置温度为45～50℃，当池内温度探头探测温度低于45℃，加热装置开始工作，当池内温度探头探测温度高于50℃，加热装置停止工作。

上述两反应器的曝气***可采用常规的空气曝气的形式，也可以采用纯氧曝气的形式进一步提升氧气利用率。

上述反应器设计的基本参数为：COD浓度≤20000mg/L，MLVSS浓度≤8000mg/L，pH范围6～9，DO浓度0.8～1.2mg/L，容积负荷≤10kgCOD/m³d。

上述流程及图1、2示意图中的膜组件为帘式膜类型，除此曝气膜形式以外，也可以采用其他膜形式进行曝气，如图5所示的管式膜、如图4所示的平板膜、如图3所示的缠绕型膜组件等，如图3-5的曝气膜11、11’、11”和支撑材料12、12’、12”，应用于高温好氧反应器中的不同形式及材质(如橡胶膜、金属膜或其他材质膜组件)的曝气膜均用于为此反应器提供氧气，上述形式均在此实用新型专利的保护中。

上述反应器出水或达标排放或进入后续的脱氮除磷工艺等深度处理单元，形成完整处理工艺，具体形式可包括：(1)“高温好氧膜曝气生物反应器单元+A/O脱氮单元+深度处理(膜处理/高级氧化处理)”(2)“高温好氧膜曝气生物反应器单元+A/A/O脱氮除磷单元+深度处理”(3)“高温好氧膜曝气生物反应器单元+短程硝化+厌氧氨氧化脱氮单元+深度处理”等。

下面结合一个具体的实例分析上述反应器的处理效果，处理场景为造纸废水，其中进水COD为6000mg/L，BOD为4000mg/L，SS浓度＜1500mg/L，温度约为50℃：

进水经预处理(纤维回收及气浮)，降低SS浓度至50mg/L以下。高温好氧膜生物反应器启动初期，反应器内接种部分市政好氧污泥，保持1kgCOD/m³d的容积负荷启动反应器，后通过25℃、30℃、35℃、40℃、42℃、44℃、46℃的温度梯度对反应器进行逐步升温，筛选好氧嗜热菌，至该反应器主体曝气膜丝上附着了筛选和驯化完成的好氧嗜热菌。在反应器于46℃下稳定后，逐步调整进水量提升反应负荷，直至反应器容积负荷约6kgCOD/m³d，提升反应器抗冲击能力。在实际运行中通过罐体保温维持反应温度为45℃左右，停留时间为1d，***可去除进水中绝大多数的BOD，并通过高温和生物反应器将部分难降解有机污染物分解转化为可生物降解有机污染物。反应器出水COD浓度约为300mg/L。后续连接深度处理单元进行难降解有机污染物的进一步去除，可采用造纸废水处理领域常用的芬顿法，出水COD≤20mg/L，满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级A标准的排放要求。

本实用新型针对高有机物含量工业废水提出一种高温好氧膜生物反应器，尤其适用于出水温度较高的工业废水，利用膜曝气生物反应器(MABR)对体系进行无泡曝气，使氧气以分子态形式在生物膜中扩散，在高温条件下富集的好氧嗜热菌利用氧气实现有机物的降解和去除。通过利用膜组建进行曝气的方式与高温好氧技术结合，利用无泡曝气解决高温好氧反应器氧气利用率低的问题。其中曝气可采用空气曝气，也可以利用纯氧曝气进一步提升反应器的氧气利用率。

利用膜组件进行曝气的方式与高温好氧技术结合，其中包括与高温好氧反应器相结合的不同形式的膜***，如平板膜、帘式膜、管式膜等。

高温好氧膜生物反应器，包括膜曝气与高温好氧工艺相结合的各种反应器形式，如全混反应器、推流式反应器、SBR反应器等。

利用高温好氧膜曝气生物反应器进行有机物质的脱除过程，其中包括含高温好氧膜曝气生物反应器的相关工艺流程，如后续增设脱氮单元、除磷单元、深度处理单元等工艺流程。

采用膜曝气方式使体系富集的嗜热菌以生物膜的形式生长富集与无孔纤维膜上，无需设置泥水分离膜***。

基于以上描述，本实用新型提出的高温好氧膜曝气生物反应器至少具有以下优点：

1、本实用新型是针对高有机物含量、高排放温度的工业废水提出的一种高温好氧膜生物反应器，尤其适用于石油、化工等出水温度较高的工业废水，可大大节省废水冷却的时间和成本。

2、该反应其通过调节池及反应器主体实现废水中有机质的高效、相对彻底的去除，去除率一般高于90％，同时随温度的升高，微生物净产率降低，污泥产量降低30-40％。

3、本申请提出的高温好氧膜曝气反应器同时具备污水中COD去除单元的厌氧生物处理单元及好氧生物处理单元的优势。利用膜曝气形式为高温好氧反应器提供无泡曝气，使氧气以分子态形式存在于体系中，解决常规曝气方式在高温下(＞45℃)造成的氧气溶解度小、利用率低的问题，提升氧气利用率至80％以上，大幅节省能耗，相比于常规好氧工艺COD去除更高效稳定，曝气量小，相比于常规厌氧工艺占地面积小，停留时间短，出水水质好。

4、富集好氧嗜热菌群。在高温且氧气充足的条件下，大量嗜热好氧菌生长富集，该菌种污泥产量小，且高温条件下微生物会释放更多的胞外聚合物(EPS)更易于生长和附着于曝气膜丝上，形成生物膜，减少悬浮絮体。反应过程中生成的CO₂气体和反应器内的水力条件有利于老龄生物膜的脱落，下设泥斗，可定期排走脱落的污泥。

5、该高温体系有利于菌种的筛选和富集，只有少量好氧菌群可进行生长繁殖，功能菌占比大、活性高，***稳定性较高。脱氮菌群无法生长，故也可用以分离除碳和脱氮过程。

除非另有定义，本文中所使用的技术和科学术语与本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中使用的术语只是为了描述具体的实施目的，不是旨在限制本实用新型。本文中出现的诸如“设置”等术语既可以表示一个部件直接附接至另一个部件，也可以表示一个部件通过中间件附接至另一个部件。本文中在一个实施例中描述的特征可以单独地或与其它特征结合地应用于另一个实施例，除非该特征在该另一个实施例中不适用或是另有说明。

本实用新型已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，而非意在将本实用新型限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本实用新型并不局限于上述实施例，根据本实用新型的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本实用新型所要求保护的范围以内。本实用新型的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。

Claims (10)

1.一种高温好氧膜曝气生物反应器，其特征在于，包括：反应器主体单元和在线监测单元，其中，

所述反应器主体单元包括池体、膜曝气***和排泥装置，膜曝气***包括位于池体外部依次连接的鼓风机、气压调节阀和曝气膜组件，所述鼓风机和气压调节阀通过管道连接所述曝气膜组件的顶部，所述曝气膜组件位于所述池体的内部，所述排泥装置位于池体的底部；

所述在线监测单元包括温度探头、控制***和加热装置，所述温度探头位于所述池体的内部，所述加热装置位于所述池体的***，所述温度探头和所述加热装置均与位于所述池体的外部的所述控制***连接。

2.一种高温好氧膜曝气生物反应器，其特征在于，包括：反应器主体单元、调节池和在线监测单元，其中，

所述反应器主体单元包括池体、膜曝气***和排泥装置，膜曝气***包括位于池体外部依次连接的鼓风机、气压调节阀和曝气膜组件，所述鼓风机和气压调节阀通过管道连接所述曝气膜组件的顶部，所述曝气膜组件位于所述池体的内部，所述排泥装置位于池体的底部；

所述调节池位于所述反应器主体单元的前部，与所述反应器主体单元连接；

所述在线监测单元包括两个温度探头、控制***和加热装置，一个温度探头位于所述反应器主体单元的池体的内部，一个温度探头位于所述调节池的内部，所述加热装置位于所述调节池的内部，所述两个温度探头和所述加热装置均与位于所述池体的外部的所述控制***连接。

3.根据权利要求1或2所述的高温好氧膜曝气生物反应器，其特征在于，还包括保温装置，所述保温装置位于所述池体的***。

4.根据权利要求1或2所述的高温好氧膜曝气生物反应器，其特征在于，还包括可拆卸挡板，所述可拆卸挡板位于所述反应器主体单元的池体的内部。

5.根据权利要求1或2所述的高温好氧膜曝气生物反应器，其特征在于，所述曝气膜组件包括膜架、进气端管路、出气端管路和无孔中空纤维膜。

6.根据权利要求5所述的高温好氧膜曝气生物反应器，其特征在于，还包括抖动装置，所述抖动装置位于所述曝气膜组件上部的所述膜架上，所述膜架装有滑轨，外部连接机械装置。

7.根据权利要求1或2所述的高温好氧膜曝气生物反应器，其特征在于，所述膜曝气***采用空气曝气或纯氧曝气。

8.根据权利要求1或2所述的高温好氧膜曝气生物反应器，其特征在于，所述在线监测***还包括DO探头，所述DO探头位于所述反应器主体单元的池体的内部并与鼓风机控制器相连。

9.根据权利要求1或2所述的高温好氧膜曝气生物反应器，其特征在于，所述曝气膜组件采用帘式膜、管式膜、平板膜或缠绕型膜中的一种。

10.一种污水处理***，其特征在于，包括根据权利要求1-9之一所述的高温好氧膜曝气生物反应器、脱氮单元和深度处理单元。

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