新型膜-生物膜反應器系統及其應用的製作方法
2023-05-08 03:31:26 4
專利名稱：：新型膜-生物膜反應器系統及其應用的製作方法
技術領域：
：本發明屬於水汙染控制
技術領域：
，具體涉及一種新型膜-生物膜反應器系統及其應用，該系統可直接應用到水汙染淨化及汙水處理工程，如城市生活汙水的處理，垃圾滲濾液廢水處理、高濃度有機廢水處理等場合。
背景技術：
：膜生物反應器(MBR)的發展歷史不長，迄今為止才不過30多年，而MBR的商業應用也只有20年的歷史，但MBR技術的發展速度卻很快。美國的Sm他等人首次Q969年)報導了利用超濾膜取代活性汙泥法工藝中二沉池的方法。不久(1970)，Hard等在一個10L的生物反應器裡放置超濾膜，採用終端過濾實現生物分離的方式來處理合成廢水，在他們的研究中，活性汙泥濃度達到了23-30g/L，遠高於常規活性汙泥的汙泥濃度；COD去除率達到了98%。但由於當時膜技術發展還處於起步階段，可供選擇的膜材料種類少，膜的使用壽命短，限制了該工藝的長期穩定運行。到了20世紀70年代，在Dorr-Oliver公司和日本的Sanki-Engineering有限責任公司籤訂協議後，膜技術進入了日本市場。70年代後期，日本研究者因地制宜，對膜分離技術在廢水處理中的應用進行了大力開發和研究，使膜生物反應器開始走向了實際應用。特別是80年代初期，由於新型膜材料的出現和膜市場的迅速發展，加上80年代中後期各種型式膜生物反應器的出現，使得系統的穩定性得到很大提高，運行能耗降低，膜生物反應器工藝在廢水處理中的應用受到越來越廣泛的重視。到了上世紀90年代，膜生物反應器已經成功應用於中水道汙水處理、糞便汙水處理、垃圾滲濾液廢水處理、高濃度有機廢水處理等；包括日本和加拿大等國在內的不少公司已經相繼開發出有實用價值的膜生物反應器系統，並在實際工程中開始陸續得到應用。我國的膜生物反應器研究始於上lii紀90年代初期。上海華東化工學院研究了用膜生物反應器處理人工合成汙水和製藥廢水的可行性。從1995年清華大學用膜生物反應器處理生活汙水取得成功，到2001年2月國家計委下達關於組織實施膜技術及其產業化專項的公告，標誌著我國政府開始正式重視膜分離技術在水處理中的應用。H前，脫氮除磷的總體效果的提升和膜汙染的解決成為MBR遠期推廣亟待解決的問題。隨著我國環境治理力度的加大，汙水排放水質要求越來越嚴格，研究和開發出一種能夠同時獲得較為理想的脫氮除磷效果的MBR技術，對於汙水處理行業和中水回用將具有重要的實際意義。
發明內容為解決目前MBR工藝脫氮除磷總體效果，特別是除磷效果不好的技術瓶頸，本發明的目的首先是提供一種新型膜-生物膜反應器系統。本發明目的還在於提供上述系統的應用，它可應用於城市生活汙水處理、中水道汙水處理、糞便汙水處理、垃圾滲濾液廢水處理和高濃度有機廢水處理等多種汙水處理場合。本發明的目的通過以下的技術方案來實現本發明將汙水處理生物膜最新技術(懸浮生物載體)與膜分離技術相結合，提供了一種新型膜-生物膜反應器系統，該系統包括由厭氧區、缺氧區和好氧區三個區組成反應池，所述好氧區填加了用於附著好氧微生物(掛膜)的懸浮填料並在好氧區末端設置膜分離組件。為更好的實現本發明，本發明提供以下優選的技術方案所述懸浮填料為專門研發的生物填料。所述好氧區的懸浮填料投加率優選為30%40%。所述懸浮填料可以為絲狀、球狀和/或齒輪狀，或者其它有利於生物膜附著及生長的形狀，單個填料的體積不宜過大，其直徑優選為10-20cm。所述模組件優選採用內置方式，豎直置於好氧區的末端。可採用國內外常用的各種膜，如屮空纖維膜(HF)、平板式膜(MF、UF型)等。所述厭氧區DO=0mg/L，所述缺氧區優選DO<0.2mg/L，所述好氧區優選DO0.51.2mg/L之間；所述缺氧區和好氧區設置曝氣裝置，可通過設置在缺氧區的ORP探頭和設置在好氧區的DO探頭來監測上述區域的DO值，並由此實現對所述曝氣裝置啟停的自動控制。所述厭氧區優選佔所述反應池總有效體積的1/6-1/3;所述缺氧區優選佔所述反應池總有效體積的1/6-1/3;所述缺氧區與厭氧區之間，好氧區與缺氧區之間均設置回流泵。該系統除去核心部分反應池外，還包括蓄水池和調節池，蓄水池經提升泵與調節池連接，調節池經進水泵與反應池的厭氧區連接；所述膜分離組件經出水泵與出水水箱連接；為降低系統的能耗，本發明的系統引入自動控制系統，例如可在所述調節池和厭氧區中分別設有液位控制器，實現對所述提升泵和進水泵開閉的自動控制。而在所述膜分離組件處設有液位控制器和膜壓力傳感器，實現對出水泵的自動調節。系統結構優選由不鏽鋼或鋼混結構製成。上述的新型膜-生物膜反應器系統應用丁城市生活汙水處理、中水道汙水處理、糞便汙水處理、垃圾滲濾液廢水處理、高濃度有機廢水處理等多種汙水處理場合，為解決目前MBR工藝脫氮除磷總體效果，特別是除磷效果不好的技術瓶頸，為MBR工藝遠期的發展推廣提供一種新的探索實踐。本發明的MBR技術與現有技術相比具有如下有益效果①將汙水處理生物膜最新技術(懸浮生物載體)與膜分離技術相結合，提高丫系統運行負荷，COD的負荷率比傳統好氧反應器提高了3-5倍，出水水質優，特別是可大大減輕膜汙染，延長膜的使用壽命；②系統有機汙染物去除率高，同時脫氮除磷總體效果好，解決了目前該技術的一些技術瓶頸；③反應器結構獨特，與傳統好氧反應器相比，佔地面積降低到原來的1/3;④過程通過系統中的液位和膜的壓力傳感器自動控制，實現了PLC自動控制，降低了系統的運行能耗，操作簡單方便。圖1是本發明新型膜-生物膜反應器系統的結構示意圖。具體實施例方式下面結合實施例及附圖，對本發明作進一步地詳細說明，但本發明的實施應用方式不限於此。實施例廣州市某居民小區生活汙水，水質基本情況如表1:6表1汙水水質基本情況tableseeoriginaldocumentpage7建立如圖1所示的新型膜-生物膜反應器系統，該系統運行的流程及原理如下目標汙水進入蓄水池l後，經由提升泵2打到調節池3裡，進水泵4啟動後將汙水從調節池3送入到厭氧區5，進來的汙水在厭氧區5和從缺氧區6經回流泵7回流的混合液混合，進行厭氧釋磷活動。提升泵2由調節池的高低兩個液位控制(通過液位控制器8實現)，當水位低於低液位時，提升泵2開啟；當水位達到高水位時則停止送水。調節池3水位和厭氧區5的水位則控制進水泵4的啟停(通過液位控制器9和10實現)，當調節池3水位低於低液位或者厭氧區5水位高於高液位時，進水泵4自動停啟；而調節池3水位高於低液位或者厭氧區5水位低於高液位時，進水泵4自動開啟。汙水在厭氧區5停留一段時間後流入缺氧區6與從好氧區11經回流泵12回流的硝化汙泥混合進行脫氮活動。在厭氧區5和缺氧區6分別設有攪拌器13和14，對進來的原水和回流液進行攪拌，使其充分混合，又可以防止汙泥沉澱。混合液從缺氧區6進入到好氧區ll，好氧區分為兩個室，一個是膜組件室；膜組件之外的部分視為另一個室，其主要的功用是進行曝氣硝化的同時吸磷；缺氧區6和好氧區11中分別設有曝氣裝置15和16，曝氣裝置15通過氣閥17與供養設備18相連接，曝氣裝置16通過氣閥19與供養設備18相連接。缺氧區6的充氧情況依靠布置在這裡的ORP(氧化還原電位)探頭20檢測，同時利用ORP值控供養設備18的啟停，ORP值高於設定高值時供養設備18停開；低於設定低值時開啟。好氧區11的充氧情況由安裝在這一區域的DO(溶解氧)探頭21檢測，同時控制該區氣閥19的啟停。當DO值達到高設定值時氣閥19停開，DO值低於低設定值時氣閥19開啟。依靠抽吸泵22的吸力將好氧區11的水通過膜分離組件23抽送到外面的出水箱24中，汙泥被膜截留。出水泵22由膜區的水位和出水壓力控制(通過液位控制器25和壓力傳感器26)，當膜區水位低於設定液位或者壓力值大於設定壓力值時，出水泵22停開；當膜區水位高於設定液位或者壓力值小於設定壓力值時，出水泵22開啟。在每格反應器裡混合液基本屬於完全混合反應，而在整個系統裡，又屬於推流式反應(根據有關研究，的串聯完全混合式反應器整體效果接近推流式反應器)。利用上述新型膜-生物膜反應器系統對汙水進行處理，系統反應池設計有效水深1.3m，有效體積為3.6m3，其中厭氧區0.6m3，缺氧區0.6m3，其餘為好氧區。好氧區填料釆用彈性浮填料採用直徑為10-20cm的彈性塑料球和齒輪狀的懸浮填料，以最大限度的減少曝氣時氣體對填料表面附著生長的生物膜的剪切衝擊，增加填料上的生物量；投加率30%40%，內回流比r〉150%，硝化液回流比可根據出水水質要求採用200%300%。系統運行時厭氧區DO=0mg/L，缺氧區DO<0.2mg/L，好氧區DO=0.51.2mg/L之間。在好氧區的末端豎直設置膜分離組件，採用的膜為中空纖維膜組件，它是由中空纖維微濾膜、集水管、樹脂槽及封端樹脂澆鑄而成的膜分離單元，膜區長x寬-1010x450，中空纖維外徑為l.Omm，內徑為0.6mm，單片膜面積為12.5m2，產水量3mVd片。系統具體工藝參數如下膜通量採用10L/(m2.h)，水力停留時間(HRT)採用8h，和汙泥停留時間(SRT)採用42d，出水泵採用間歇運行方式，8min抽吸，2min停止，氣泵用連續曝氣方式，衝刷氣水比採用13:1。微濾膜一般用清水衝洗方式。在上述工藝條件下，系統於2004年8月初開始運行，連續運行8個月，取得了良好的效果，系統對CODcr、BOD5、NH3-N、TN、TP都有很好的去除效果，平均去除率分別為卯％、98%、95%、77%、84.9%，出水CODcr、BOD5、NH3-N、TN、TP濃度平均值分別可達23mg/L、2.6mg/L、4.5mg/L、13.65mg/L、0.78mg/L以下。經過消毒後水質可以達到《城市汙水再生利用城市雜用水水質》(GB/T18920-2002)和《城市汙水再生利用景觀環境用水水質》(GB/T18921-2002)標準。上述實施例為本發明較佳的實施方式，但本發明的實施方式並不受上述實施例的限制，其他的任何未背離本發明的精神實質與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應為等效的置換方式，都包含在本發明的保護範圍之內。權利要求1、一種新型膜-生物膜反應器系統，其特徵在於該系統包括由厭氧區、缺氧區和好氧區三個區組成的反應池，所述好氧區填加了用於附著好氧微生物的懸浮填料，並在好氧區末端設置膜分離組件。2、根據權利要求1所述的新型膜-生物膜反應器系統，其特徵在於所述懸浮填料表面接種了好氧微生物，便於縮短掛膜期。3、根據權利要求1所述的新型膜-生物膜反應器系統，其特徵在於所述好氧區的懸浮填料投加率為30%~40%。4、根據權利要求1所述的新型膜-生物膜反應器系統，其特徵在於所述懸浮填料為絲狀、球狀和/或齒輪狀，其直徑為10-20cm。5、根據權利要求1所述的新型膜-生物膜反應器系統，其特徵在於所述模組件採用內置方式，豎直置於好氧區的末端。6、根據權利要求1所述的新型膜-生物膜反應器系統，其特徵在於所述厭氧區DO0mg/L，所述缺氧區DO<0.2mg/L，所述好氧區DO=0.5~1.2mg/L之間；所述缺氧區和好氧區設置曝氣裝置，通過設置在缺氧區的ORP探頭和設置在好氧區的DO探頭實現對所述曝氣裝置啟停的自動控制。7、根據權利要求1所述的新型膜-生物膜反應器系統，其特徵在於所述厭氧區佔所述反應池總有效體積的1/6-1/3;所述缺氧區佔所述反應池總有效體積的1/6-1/3;所述缺氧區與厭氧區之間，好氧區與缺氧區之間均設置回流泵。8、根據權利要求1所述的新型膜-生物膜反應器系統，其特徵在於還包括蓄水池和調節池，蓄水池經提升泵與調節池連接，調節池經進水泵與反應池的厭氧區連接；所述調節池和厭氧區中分別設有液位控制器，實現對所述提升泵和進水泵開閉的自動控制。9、根據權利要求1所述的新型膜-生物膜反應器系統，其特徵在於所述膜分離組件經出水泵與出水水箱連接；所述膜分離組件處設有液位控制器和膜壓力傳感器，實現對出水泵的自動調節。10、如權利要求1-9任一項中所述的新型膜-生物膜反應器系統在汙水處理中的應用。全文摘要本發明將汙水處理生物膜最新技術--懸浮生物載體技術與膜分離技術相結合，提供了一種新型膜-生物膜反應器系統，該系統包括由厭氧區、缺氧區和好氧區三個區組成反應池，所述好氧區填加了用於附著好氧微生物的懸浮填料並在好氧區末端設置膜分離組件。與傳統好氧反應器相比，佔地面積小；系統有機汙染物去除率高，同時脫氮除磷總體效果好；並可大大減輕膜汙染，延長膜壽命。該系統可應用於城市生活汙水處理、中水道汙水處理、糞便汙水處理、垃圾滲濾液廢水處理或高濃度有機廢水處理等多種汙水處理場合。文檔編號C02F9/14GK101475287SQ200910036438公開日2009年7月8日申請日期2009年1月6日優先權日2009年1月6日發明者歐陽雄文,雋羅,諶建宇,駱其金,黃榮新申請人:環境保護部華南環境科學研究所