一種內循環三相生物流化床式mbr膜生物反應器的製造方法
2023-12-05 01:18:16
一種內循環三相生物流化床式mbr膜生物反應器的製造方法
【專利摘要】本發明公開了一種內循環三相生物流化床式MBR膜生物反應器，所述反應器包括內循環流化區以及MBR膜生物反應區，所述內循環流化區的底部與進水管連通；所述內循環流化區包括內筒和套裝在內筒外的外筒，所述內筒與外筒之間具有作為降流區的間隙，該內筒具有作為升流區的通道，所述內筒內或其底部設有驅動水沿著升流區上升的鼓風系統，所述內筒內或其底部裝有填料；所述MBR膜生物反應區內安裝有MBR膜組件，MBR膜組件底部設有曝氣管路；所述MBR膜組件的出水口與產水管連通。本發明將內循環三相生物流化床與MBR相結合，空間布置合理，可進一步降低能耗，除了可以處理生活汙水之外，還可以對印染、油脂、食品、皮革等一些工業廢水進行處理。
【專利說明】一種內循環三相生物流化床式MBR膜生物反應器
【技術領域】
[0001] 本發明涉及汙水處理【技術領域】，尤其涉及內循環三相生物流化床式MBR膜生物反 應器。
【背景技術】
[0002] 內循環三相生物流化床是近年在傳統生物流化床的基礎上發展起來的一項革新 技術，目前應用漸趨廣泛，在國內已有多套生產裝置在運行。內循環三相生物流化床通過在 床層內區別升流區和降流區，利用兩個區域之間的密度差，推動流體帶動載體的循環流動， 最終在頂部沉澱區進行載體與出水的分離，是一種改進的生物流化床。其優點是混合傳質 條件好，不易發生載體分層現象；對流體分布器的要求相對較低，易於作到流體均勻分布； 此外，還具有結構相對簡單、耐衝擊能力強、產泥量少等特點。
[0003] 儘管生物流化床具有上述的諸多優點，但是其普及程度遠不及活性汙泥法、生物 接觸氧化法以及生物濾池。主要原因是由於流態化本身的特點，使生物流化床反應器的設 計和運轉管理對技術的要求較高。直到今天，人們對流化現象內部規律的了解仍然較為粗 淺，大量工程的設計主要依靠經驗判斷。
[0004] 在投資和運行費用方面，生物流化床的投資及佔地面積分別僅相當於傳統活性汙 泥曝氣池的70%和50%，但運行費用卻相對較高，主要緣於流化的動力消耗。為節省能耗，有 人傾向於使用低密度的載體，但低密度載體使過程控制更加困難，載體極易流失，而且降低 了傳質性能。
[0005] MBR膜生物反應器是將活性汙泥法和膜分離技術相結合，以膜分離技術取代傳統 常規活性汙泥法中二沉池的汙水處理新方法。得益於膜的高截留率，使生物反應器內維持 較高的汙泥濃度，使出水的有機汙染物含量降到最低，能有效地去除氨氮，對難降解的工業 廢水也非常有效。此外，還具有能獲得高質量處理水質、佔地面積小、易於安裝，運行操作方 便等許多優點。
[0006] 目前由於MBR膜生物反應器存在著易汙染、能耗高等缺陷，大大限制了其應用空 間。針對MBR應用的主要研究方向也是集中在控制膜汙染和降低能耗兩方面，其中，控制膜 汙染的一種方法是向MBR反應池中投加填料來降低混合液懸浮物濃度，改善汙泥活性，從 而減緩膜汙染的速率。目前使用較多的填料有粉末活性炭（PAC)、沸石、泡沫填料、多孔柔性 懸浮填料、聚醯胺彈性填料等。研究和工程應用表明，向MBR反應池中投加填料能夠加強對 膜表面的衝刷，減少膜表面顆粒物黏附程度，從而延長清洗周期，增加膜通量。
【發明內容】
[0007] 利用內循環三相生物流化床與MBR膜生物反應器各自的特點，本發明將兩者進行 有效的結合，旨在提供一種內循環三相生物流化床式MBR膜生物反應器，該反應器空間布 置合理，可進一步降低能耗，除了可以處理生活汙水之外，還可以對印染、油脂、食品、皮革 等一些工業廢水進行處理。
[0008] 為了實現上述目的，本發明所採用的技術方案是： 一種內循環三相生物流化床式MBR膜生物反應器，其結構特點是，包括位於底部的內 循環流化區以及位於頂部的與所述內循環流化區連通的MBR膜生物反應區，所述內循環流 化區的底部與進水管連通；所述內循環流化區包括內筒和套裝在內筒外的外筒，所述內筒 與外筒之間具有作為降流區的間隙，該內筒具有作為升流區的通道，所述內筒內或其底部 設有驅動水沿著升流區上升的鼓風系統，所述內筒內或其底部裝有填料；所述MBR膜生物 反應區內安裝有MBR膜組件，MBR膜組件底部設有曝氣管路；所述MBR膜組件的出水口與產 水管連通。
[0009] 本發明的一個主要特點就是利用MBR膜組件取代沉澱池，沉澱池是利用重力作用 使密度大於水的活性汙泥沉下來，而MBR膜組件是直接將活性汙泥以及填料等固體物質利 用膜截留下來，出水利用泵抽吸。
[0010] 以下為本發明的進一步改進的技術方案： 進一步地，所述鼓風系統為安裝在內筒底部的旋流剪切曝氣器。
[0011] 優選地，所述內筒和外筒均為圓筒，且同軸心布置。
[0012] 為了方便控制產水，所述MBR膜生物反應池的上部設有D0在線檢測儀和液位傳感 器。
[0013] 為了方便控制水壓和流量，所述產水管上裝有流量傳感器、壓力傳感器、控制閥以 及產水泵；所述產水管通過反洗管與反洗水泵相連，該反洗管上設有流量傳感器、壓力傳感 器和控制閥。
[0014] 為了方便將截留的填料或活性汙泥導流至內循環流化區，所述降流區與MBR膜生 物反應區之間設有環狀汙泥鬥，該汙泥鬥的出口位於降流區內。該汙泥鬥的進口位於MBR 膜生物反應區內；所述環狀汙泥鬥的中心位於內筒與MBR膜組件之間，且汙泥鬥的內環壁 面與內筒之間形成降流區和升流區的連通通道，由此，填料在進水與氣流的推動作用下成 流化狀態，為微生物生長和繁殖提供了較大的表面積。填料隨進水與壓縮空氣由內筒升流 區向上流動，到達內筒升流區頂部後，含有小氣泡的水與載體混合液則流入外筒降流區。部 分載體會同水流進入膜生物反應區，被MBR膜截留後，最終由汙泥鬥返回內循環流化區；通 過MBR產水泵的抽吸作用，形成產水。
[0015] 優選地，所述旋流剪切曝氣器通過內循環流化區底部曝氣支管與鼓風機相連。
[0016] 所述曝氣管路通過MBR膜組件曝氣支管與鼓風機相連，該MBR膜組件曝氣支管出 口與MBR膜組件曝氣系統相連。
[0017] 優選地，所述填料為活性炭或立體空心填料，這樣設置帶來的效果有兩個：一個是 作為內循環三相生物流化床填料的效果，另一個是作為MBR膜池填料的效果，由此，內循環 三相生物流化床內的填料在內循環流化區為微生物生長和繁殖提供了較大的表面積，廢水 有機物在填料生物膜的作用下進行生物降解，在膜生物反應區生物膜脫落，通過填料與膜 表面的衝刷作用，可以有效減緩膜汙染，延長反洗周期和膜壽命。
[0018] 本發明裡面的填料除了在流化床部分發揮作用外，還在MBR膜部分發揮作用，強 化了填料的作用。
[0019] 本發明膜生物反應器中的填料與流化床的填料是同一批填料，只是在水流和氣流 的推動下，部分填料從流化床進入膜生物反應器中。
[0020] 進一步地，所述MBR膜組件為簾式中空纖維膜組件，由於其裝填密度較大，因此可 使得單位池容所能容納的膜面積更大，從而增加了產水量。
[0021] 與現有技術相比，本發明將內循環三相生物流化床與MBR膜生物反應器進行有效 的結合，具有如下有益效果： (1) 將內循環三相生物流化床頂部的沉澱區改為MBR膜生物反應區，在佔地面積不變 的情況下，出水質進一步提高，並且能保證穩定運行； (2) 內循環三相生物流化床內的填料在內循環流化區為微生物生長和繁殖提供了較大 的表面積，廢水有機物在填料生物膜的作用下進行生物降解，在膜生物反應區生物膜脫落， 通過填料與膜表面的衝刷作用，可以有效減緩膜汙染，延長反洗周期和膜壽命； (3) 本發明將流化床和MBR本身的特點有機結合後在一起，在內循環流化區與膜生物 反應區都可以維持較高的活性汙泥濃度，提供了處理高濃度有機廢水的可能； (4) 由於本發明的MBR膜池不需要像普通沉澱池一樣考慮池體過低會使載體和活性汙 泥流失，只需要滿足MBR膜池的要求即可；同時，底部內循環區由於上面的MBR膜池的作用， 降低一定的內循環區高度仍然可以使出水達標；由此降低了設備的整體高度，僅為常規內 循環三相生物流化床高度的75% ; (5) 減緩了 MBR膜汙染，反洗周期可延長1. 5倍以上； (6) 由於內循環流化區的曝氣和填料作用，MBR膜生物反應區的曝氣量和曝氣時間可以 減小，曝氣量較常規MBR膜生物反應區少20%以上，從而降低了設備能耗。
[0022] (7)將內循環三相生物流化床頂部的沉澱區改為MBR膜生物反應區，較常規沉澱 區結構較為簡單，填料通過MBR膜截留可以實現零流失。
[0023] (8)由於將MBR膜反應器放置在內循環三相生物流化床內，因此，不需要再考慮 MBR膜生物反應池用地，可節省佔地2(Γ30%。
[0024] 總之，本發明將內循環三相生物流化床與MBR相結合，空間布置合理，可進一步降 低能耗，減小佔地，除了可以處理生活汙水之外，還可以對印染、油脂、食品、皮革等一些工 業廢水進行處理。
[0025]
【專利附圖】
【附圖說明】
[0026] 圖1是本發明一個實施例的結構原理圖。
[0027] 在圖中： 1-進水管；2-內筒；3-升流區；4-降流區；5-外筒；6-汙泥鬥；7-膜生物反應區；8-MBR膜組件；9-產水管；10-產水泵；11-反洗水泵；12-反洗管；13-鼓風機；14-內循環流化 區底部曝氣支管；15-MBR膜組件曝氣支管；16-膜組件底曝氣管路；17-旋流剪切曝氣器； 18-排泥管；19-D0在線檢測儀；20-液位傳感器。
【具體實施方式】
[0028] 以下結合附圖和具體應用實例做進一步描述 一種內循環三相生物流化床式MBR膜生物反應器，即將內循環三相生物流化床頂部的 沉澱池內放入MBR膜組件組成MBR膜生物反應池。如圖1所示，所述內循環三相生物流化 床式MBR膜生物反應器包括底部的內循環流化區以及頂部的MBR膜生物反應區。內循環流 化區由內筒和外筒兩個同心圓柱體組成，內筒為升流區，外筒為降流區；底部安裝旋流剪切 曝氣器，內部填充活性炭或立體空心填料，所述降流區4與MBR膜生物反應區7之間設有環 狀汙泥鬥6,該汙泥鬥6的出口位於降流區4內，該汙泥鬥6的進口位於MBR膜生物反應區 7內；所述環狀汙泥鬥6的中心位於內筒2與MBR膜組件8之間，且汙泥鬥6的內環壁面與 內筒2之間形成降流區4和升流區3的連通通道，由此，在進水與氣流的推動作用下成流化 狀態，為微生物生長和繁殖提供了較大的表面積，廢水有機物在填料生物膜的作用下進行 生物降解。填料隨進水與壓縮空氣由內筒升流區向上流動，到達內筒升流區頂部後，含有小 氣泡的水與載體混合液則流入外筒降流區。部分填料會同水流進入膜生物反應區，在膜生 物反應區，通過曝氣使，填料上的生物膜脫落，填料與膜表面進行碰撞、衝刷，可以起到減緩 膜汙染的作用。通過MBR產水泵的抽吸作用，形成產水，被截留的填料及活性汙泥落入汙泥 鬥，可以返回內循環流化區或者排出系統。
[0029] 為了方便控制產水，所述MBR膜生物反應池的上部設有D0在線檢測儀和液位傳感 器。
[0030] 為了方便控制水壓和流量，保證產水保持恆定流量運行，並且自動判斷是否需要 進行反洗，所述產水管上設有流量傳感器、壓力傳感器、控制閥以及產水泵；所述產水管通 過反洗管與反洗水泵相連，該反洗管上設有流量傳感器、壓力傳感器和控制閥；所述進水管 上裝有流量傳感器。由此，通過變頻器調節進水管的流量，使進水管流量與產水管流量傳感 器的流量保持一致，以保證MBR膜組件上方水位恆定。
[0031] 為了保證填料在內循環三相生物流化床式MBR膜生物反應器中呈流化狀態，所述 的內循環流化區底部曝氣支管出口與內循環流化區底部旋流剪切曝氣器相連；所述的MBR 膜組件曝氣支管出口與MBR膜組件曝氣系統相連；所述的曝氣支管進氣口與鼓風機相連。 MBR膜組件曝氣支管為間歇運行，除保證填料的流化狀態之外，主要用於衝刷MBR膜表面黏 附的活性汙泥與填料共同作用，減緩膜汙染程度。
[0032] 所述填料為活性炭或立體空心填料；所述MBR膜組件為簾式中空纖維膜組件。
[0033] 處理水量：某生活汙水3000m3/d。
[0034] 進水水質：COD :50(T600mg/L，BOD :20(T300mg/L，NH3-N :40?50mg/L，SS : 20(T300mg/L。
[0035] 設計參數及運行條件：內循環流化區高度4m，MBR膜生物反應區高度2m，直徑3m， 鋼結構，鋼板厚度l〇mm，數量3臺；MBR膜組件採用簾式中空纖維膜組件，型號FP - A IV，抽 停比8min/2min ;內循環流化區曝氣裝置採用旋流剪切曝氣器，運行方式為連續曝氣；MBR 膜組件曝氣裝置為穿孔管，運行方式為間歇曝氣。
[0036] 出水水質：C0D 彡 50mg/L，B0D 彡 10mg/L，NH3-N 彡 10mg/L，SS 彡 5mg/L。
[0037] 電耗：噸水的電耗最大值為0. 77kw. h/m3,常規生化法+MBR噸水電耗約為lkw. h/ m3,節約電耗約23%。
[0038] 佔地面積：相對常規生化法+MBR工藝佔地面積可減少約25%。
[0039] 對於出水水質，工程上的一般原則是只要滿足排放或者回用標準即可，因此，本發 明的主要貢獻是在達到相同出水水質的前提下，降低能耗，減少佔地。
[0040] 自動控制說明：設備運行過程包括進水、過濾、過濾停止、反洗、待機。運行過程中， 除排空、排泥及MBR膜組件系統外浸漬清洗需要人工幹預外，其他可自動運行，也可手動操 作運行，操作界面採用觸控螢幕。
[0041] 內循環流化區曝氣裝置為連續曝氣，MBR膜過濾採用脈衝式間歇曝氣，間歇出水的 方式，抽停比8min/2min，產水管路安裝流量傳感器和自動控制閥門，實現定流量過濾。反洗 周期可以做到15?20min反洗一次，每次3(T60s。
[0042] 保證產水管壓力<50kpa，否則，產水泵自動關閉，人工決定是否進行在線藥劑反 洗。
[0043] 鼓風機為變頻控制，配合MBR膜反應區間歇曝氣的運行周期進行頻率調整，但鼓 風機總曝氣量不能為0。風機停止時會導致MBR產水泵的關閉。
[0044] 上述實施例闡明的內容應當理解為這些實施例僅用於更清楚地說明本發明，而不 用於限制本發明的範圍，在閱讀了本發明之後，本領域技術人員對本發明的各種等價形式 的修改均落於本申請所附權利要求所限定的範圍。
【權利要求】
1. 一種內循環三相生物流化床式MBR膜生物反應器，其特徵在於，包括位於底部的內 循環流化區以及位於頂部的與所述內循環流化區連通的MBR膜生物反應區（7)，所述內循 環流化區的底部與進水管（1)連通；所述內循環流化區包括內筒（2)和套裝在內筒（2)外的 外筒（5)，所述內筒（2)與外筒（5)之間具有作為降流區（4)的間隙，該內筒（2)具有作為升 流區（3)的通道，所述內筒（2)內或其底部設有驅動水沿著升流區（3)上升的鼓風系統，所 述內筒（2 )內或其底部裝有填料；所述MBR膜生物反應區（7 )內安裝有MBR膜組件（8 )，MBR 膜組件（8)底部設有曝氣管路（16);所述MBR膜組件（8)的出水口與產水管（9)連通。
2. 根據權利要求1所述的內循環三相生物流化床式MBR膜生物反應器，其特徵在於， 所述鼓風系統為安裝在內筒（2)底部的旋流剪切曝氣器（17)。
3. 根據權利要求1所述的內循環三相生物流化床式MBR膜生物反應器，其特徵在於， 所述內筒（2)和外筒（5)均為圓筒，且同軸心布置。
4. 根據權利要求1所述的內循環三相生物流化床式MBR膜生物反應器，其特徵在於， 所述MBR膜生物反應池的上部設有DO在線檢測儀（19)和液位傳感器（20)。
5. 根據權利要求1所述的內循環三相生物流化床式MBR膜生物反應器，其特徵在於， 所述產水管（9)上裝有流量傳感器、壓力傳感器、控制閥以及產水泵（10);所述產水管（9) 通過反洗管（12)與反洗水泵（11)相連，該反洗管（12)上設有流量傳感器、壓力傳感器和控 制閥。
6. 根據權利要求1所述的內循環三相生物流化床式MBR膜生物反應器，其特徵在於， 所述降流區（4)與MBR膜生物反應區（7)之間設有環狀汙泥鬥（6)，該汙泥鬥（6)的出口位 於降流區（4)內，該汙泥鬥（6)的進口位於MBR膜生物反應區（7)內；所述環狀汙泥鬥（6) 的中心位於內筒（2 )與MBR膜組件（8 )之間，且汙泥鬥（6 )的內環壁面與內筒（2 )之間形成 降流區（4)和升流區（3)的連通通道。
7. 根據權利要求2所述的內循環三相生物流化床式MBR膜生物反應器，其特徵在於， 所述旋流剪切曝氣器（17)通過內循環流化區底部曝氣支管（14)與鼓風機（13)相連。
8. 根據權利要求1所述的內循環三相生物流化床式MBR膜生物反應器，其特徵在於， 間歇運行的所述曝氣管路（16)通過MBR膜組件曝氣支管（15)與鼓風機（13)相連，該MBR 膜組件曝氣支管（15)出口與MBR膜組件曝氣系統（16)相連。
9. 根據權利要求2所述的內循環三相生物流化床式MBR膜生物反應器，其特徵在於， 所述填料為活性炭或立體空心填料。
10. 根據權利要求廣9之一所述的內循環三相生物流化床式MBR膜生物反應器，其特 徵在於，所述MBR膜組件（8 )為簾式中空纖維膜組件。
【文檔編號】C02F3/08GK104045148SQ201410324806
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2014年7月9日 優先權日:2014年7月9日
【發明者】徐巍, 陳湘斌, 李勇, 禹芝文, 黎慧娟 申請人:中國電建集團中南勘測設計研究院有限公司, 湖南中南水務環保科技有限公司