專利名稱：新型膜生物反應(yīng)器及其在工業(yè)廢水中的處理工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種工業(yè)廢水處理設(shè)備及處理方法，尤指一種新型膜生物反應(yīng)器及其 在工業(yè)廢水中的處理工藝。
背景技術(shù)：
膜生物反應(yīng)器(MBR)是膜分離技術(shù)與生物反應(yīng)器相結(jié)合的一種新技術(shù)。膜分離 技術(shù)就是利用某種特殊的半透膜對(duì)液體中的不同成分進(jìn)行選擇性分離、濃縮或提純的技術(shù) 方法，是物化處理方法的一種。生物反應(yīng)器是利用活性污泥中的微生物對(duì)廢水中的有機(jī)污 染物進(jìn)行降解以達(dá)到處理污水的技術(shù)方法。因此，膜生物反應(yīng)器是生化處理法和物化處理 方法的一種典型結(jié)合。20世紀(jì)60年代美國(guó)學(xué)者最先將活性污泥工藝與膜分離技術(shù)結(jié)合并 應(yīng)用于廢水中有機(jī)污染物的去除，隨后膜生物反應(yīng)器以其能夠有效地延長(zhǎng)污泥固體停留時(shí) 間，增加污泥濃度的特點(diǎn)引起了水處理領(lǐng)域?qū)W者的廣泛關(guān)注。生物反應(yīng)器與膜組件有各自特殊的功能①在生物反應(yīng)器中可降解有機(jī)污染物被 微生物分解；②膜組件過濾廢水時(shí)把微生物截留在廢水中，膜對(duì)懸浮顆粒構(gòu)成一道物理屏 障，使得活性污泥可被生物反應(yīng)器循環(huán)利用而且出水無懸浮顆粒、細(xì)菌和病毒。膜組件分兩種配置類型內(nèi)置式和外置式。外置式的過濾是在壓力作用下，膜組件 對(duì)混合液進(jìn)行過濾；而內(nèi)置式膜組件則浸沒在曝氣池中，通過抽吸作用對(duì)廢水進(jìn)行過濾。外 置式膜生物反應(yīng)器的膜通量一般在50-120L/(h · m2)，跨膜壓差在l-4bar之間。內(nèi)置式膜 生物反應(yīng)器的滲透通量在10-50L/(h · m2)，跨膜壓力大約是0. 5bar。由于不需要循環(huán)泵， 曝氣生成一個(gè)切向流動(dòng)的液體膜，運(yùn)行條件較為簡(jiǎn)單，跨膜阻力值和切向速度較低，內(nèi)置式 膜生物反應(yīng)器能耗相對(duì)較低。膜生物反應(yīng)器比傳統(tǒng)活性污泥處理系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)在于①傳統(tǒng)二沉池被膜組件取 代。膜組件結(jié)構(gòu)緊湊，而且穩(wěn)定的出水水質(zhì)與變化的污泥沉降速度無關(guān)。②膜生物反應(yīng)器 可承載的微生物量比傳統(tǒng)的處理系統(tǒng)高。Jefferson等人利用20g/L的生物量處理廢水； Yamamoto等人利用30g/L處理。而傳統(tǒng)工藝?yán)玫纳锪繚舛壬儆?g/L以避免生物絮體 的集中沉降。除了可以避免生物絮體集中沉降，MBR生物降解更徹底，處理效率更高。不過， Lubbecke等人指出，增加生物濃度會(huì)導(dǎo)致氧傳質(zhì)速率的減小，而這有取決于所處理廢水與 反應(yīng)器的類型。膜生物反應(yīng)器其它方面的優(yōu)勢(shì)在于1、由于高濃度的生物量可以停留在反應(yīng)器中，曝氣池容量也可以相應(yīng)減小。2、污泥的處置有一定難度，而污泥產(chǎn)量減少2-3倍，從而降低了運(yùn)行成本的。3、膜生物反應(yīng)器在工業(yè)廢水處理中廣泛應(yīng)用，因?yàn)閺U水可以直接在現(xiàn)場(chǎng)處理，使 水再利用，減少用水量，從而降低制造成本。與傳統(tǒng)活性污泥法不同，膜生物反應(yīng)器利用膜分離，把所有生物完全截留在生物 反應(yīng)器內(nèi)，從而控制和延長(zhǎng)了污泥停留時(shí)間，使污泥停留時(shí)間不受水力停留時(shí)間影響，高的 污泥停留時(shí)間增加了污泥濃縮和有機(jī)負(fù)荷，因此提高了污染物的降解率。傳統(tǒng)膜生物反應(yīng)器(板式膜)的結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示，其在水槽1之內(nèi)設(shè)置有
3膜組件2，該膜組件2包括板框21及設(shè)置在板框21上的若干過濾膜板22，過濾膜板22上 設(shè)有兩片膜片，兩片膜片之間形成透析液通道。在水槽1的下方設(shè)有與水槽相通的進(jìn)水管 3，上方設(shè)有與過濾膜板22內(nèi)部透析液通道相通的透析出水管4。在水槽1的底部還設(shè)置有 曝氣管5，該曝氣管5上設(shè)有若干曝氣孔，且該曝氣管5與一氣泵(圖中未示出)相連。所 述水槽1的下方還設(shè)置有一排泥管6。所述膜生物反應(yīng)器的運(yùn)行過程為在水槽1內(nèi)放入活性污泥，然后向水槽1內(nèi)連續(xù) 進(jìn)水并連續(xù)抽水，同時(shí)打開氣泵進(jìn)行曝氣。在運(yùn)行過程中，活性污泥中的微生物可對(duì)廢水內(nèi) 的有機(jī)污染物進(jìn)行降解，降解后的廢水再透過過濾膜板22上的膜片進(jìn)行過濾分離，所得透 析液從出水管4排出。曝氣的作用是使活性污泥更均勻的充滿于水槽內(nèi)，而不是沉淀于水 槽底部，使微生物充分與污水接觸，得到更好的處理效果。傳統(tǒng)膜生物反應(yīng)器的運(yùn)行方式若為連續(xù)式運(yùn)行，膜片污染較為嚴(yán)重，膜通量下降 很快，要經(jīng)常更換過濾膜板。為此，傳統(tǒng)膜生物反應(yīng)器運(yùn)行方式大都為間歇抽吸式或間歇曝 氣式等，在間歇過程中，可以在一定程度上減輕膜污染，但是膜通量的下降還是較為明顯且 無恢復(fù)。而且，傳統(tǒng)膜生物反應(yīng)器在脫氮除磷中，沒有很好的應(yīng)用效果，尤其在印染廢水等 高濃度難降解廢水處理中，對(duì)總氮的去除更是難以達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于提供一種新型膜生物反應(yīng)器及其在工業(yè)廢水中 的處理工藝，該處理工藝以及新型的膜生物反應(yīng)器可以緩解膜污染，使膜通量在一定程度 下得到恢復(fù)，以延長(zhǎng)膜組件的使用壽命。本發(fā)明所要解決的另一技術(shù)問題在于提供一種膜生物反應(yīng)器在工業(yè)廢水中的處 理工藝，該處理工藝可以提高處理印染廠廢水、工廠精整廢水等高濃度難降解廢水的處理 效率，提高總氮去除率，使出水水質(zhì)達(dá)到循環(huán)冷卻水標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)污水資源化。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)解決方案是一種膜生物反應(yīng)器在工業(yè)廢水中的處理工藝，包括下述兩個(gè)階段一、連續(xù)進(jìn)出水及曝氣階段向膜生物反應(yīng)器內(nèi)連續(xù)進(jìn)水并連續(xù)抽水，同時(shí)進(jìn)行曝氣，運(yùn)行一段時(shí)間后進(jìn)入下 一階段；二、空曝階段關(guān)閉進(jìn)出水，繼續(xù)曝氣，曝氣所形成細(xì)小氣流對(duì)膜生物反應(yīng)器內(nèi)膜組件的膜片進(jìn) 行沖刷，此階段運(yùn)行一段時(shí)間后重復(fù)第一階段。一種膜生物反應(yīng)器在工業(yè)廢水中的處理工藝，包括下述三個(gè)階段一、連續(xù)進(jìn)出水及曝氣階段向膜生物反應(yīng)器內(nèi)連續(xù)進(jìn)水并連續(xù)抽水，同時(shí)進(jìn)行曝氣，運(yùn)行一段時(shí)間后進(jìn)入下 一階段；二、缺氧階段關(guān)閉進(jìn)出水與曝氣，使活性污泥處于缺氧狀態(tài)，運(yùn)行一段時(shí)間后重復(fù)第一階段。三、空曝階段
打開曝氣，令曝氣所形成的氣流沖刷膜生物反應(yīng)器內(nèi)膜組件的膜片，運(yùn)行一段時(shí) 間后重復(fù)第一階段。所述的空曝階段由膜生物反應(yīng)器原有的曝氣管進(jìn)行空曝曝氣。所述三個(gè)階段的最佳運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)為連續(xù)進(jìn)出水及曝氣階段120-180分鐘，缺氧階 段60-120分鐘，空曝階段10-30分鐘。一種新型膜生物反應(yīng)器，在水槽之內(nèi)設(shè)置有膜組件，膜組件包括膜片及膜片內(nèi)形 成的透析液通道；在水槽的下方設(shè)有與水槽相通的進(jìn)水管，上方設(shè)有與透析液通道相通的 透析出水管；水槽的底部還設(shè)置有曝氣管，該曝氣管上設(shè)有若干曝氣孔；所述的水槽內(nèi)增 加有布?xì)夤?，該布?xì)夤苌祥_有若干布?xì)饪?，該布?xì)饪孜挥谀て南路交蛘邆?cè)邊。所述的空曝階段由所述的布?xì)夤苓M(jìn)行空曝曝氣。采用上述方案后，本發(fā)明所述處理工藝與傳統(tǒng)MBR處理工藝相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)1.本發(fā)明所述的工藝增加了空曝過程，一方面形成間歇式進(jìn)出水，使得膜通量 能在較長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)保持穩(wěn)定；另一方面空曝形成的氣流可沖刷膜片，使部分污染物脫離 膜片，對(duì)膜通量的恢復(fù)有明顯作用，整個(gè)過程膜通量下降率為10.9%，平均通量為9. 58L/ (h · m2)；2. MBR設(shè)備中在膜片下方加入了一根布?xì)夤埽饔檬羌尤肟掌剡^程，使得膜片在細(xì) 小氣泡的沖刷下，污染得到緩解，通量得到恢復(fù)。3.本發(fā)明所述工藝還可加入缺氧過程，使得活性污泥中的微生物有適當(dāng)?shù)臈l 件與時(shí)間進(jìn)行硝化與反硝化，可以提高總氮去除率，傳統(tǒng)無缺氧過程工藝TN去除率僅為 63. 1%,而本工藝TN去除率可達(dá)到80. 2%，因此采用本該處理工藝可以提高處理印染廠廢 水、工廠精整廢水等高濃度難降解廢水的處理效率，使出水水質(zhì)達(dá)到循環(huán)冷卻水標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn) 污水資源化。4.以印染廢水為例，由于MBR在廢水脫色方面效果不佳，經(jīng)MBR處理后的出水可再 經(jīng)過微電解，色度基本可以完全去除，且經(jīng)過組合處理之后，COD去除率可達(dá)96%以上，TN 去除率可達(dá)90%以上。


圖1是傳統(tǒng)膜生物反應(yīng)器(板式膜)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明處理工藝第一實(shí)施例流程圖；圖3是本發(fā)明所述膜生物反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本發(fā)明處理工藝第二實(shí)施例流程圖；圖5是本發(fā)明采用第二實(shí)施例所述方法取樣測(cè)得各時(shí)間點(diǎn)的COD去除率；圖6是本發(fā)明采用第二實(shí)施例所述方法取樣測(cè)得各時(shí)間點(diǎn)的TN去除率；圖7是傳統(tǒng)膜生物反應(yīng)器運(yùn)行方式取樣測(cè)得各時(shí)間點(diǎn)的TN去除率；圖8是本發(fā)明采用第二實(shí)施例所述方法取樣測(cè)得各時(shí)間點(diǎn)的膜通量變化；圖9是傳統(tǒng)膜生物反應(yīng)器運(yùn)行方式取樣測(cè)得各時(shí)間點(diǎn)的膜通量變化。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳述。
本發(fā)明所揭示的是一種膜生物反應(yīng)器在工業(yè)廢水中的處理工藝，如圖2所示，為 本發(fā)明第一較佳實(shí)施例的流程。所述的處理工藝可以采用傳統(tǒng)的膜生物反應(yīng)器，傳統(tǒng)膜生 物反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)可參見如圖1所示并參見背景技術(shù)，其處理工藝包括下述兩個(gè)階段一、連續(xù)進(jìn)出水及曝氣階段向膜生物反應(yīng)器內(nèi)連續(xù)進(jìn)水并連續(xù)抽水，同時(shí)令曝氣管進(jìn)行曝氣。此階段對(duì)廢水 進(jìn)行生化處理，同時(shí)進(jìn)行物理分離，所得透析液從出水管4排出。該階段運(yùn)行一段時(shí)間后進(jìn) 入下一階段。二、空曝階段關(guān)閉進(jìn)出水，繼續(xù)曝氣，在此空曝階段中，曝氣所形成細(xì)小氣流可以對(duì)過濾膜板22 的膜片進(jìn)行沖刷下，使部分污染物脫離膜片，令膜污染得到緩解，膜通量得到一定程度的恢 復(fù)。此階段運(yùn)行一段時(shí)間后重復(fù)第一階段。此空曝階段可以由膜生物反應(yīng)器的曝氣管5完成，即打開曝氣氣泵，令曝氣管5的 曝氣孔形成的氣流沖刷膜片，以達(dá)到緩解污染的效果。然而，由于曝氣管的主要作用是為 了攪起活性污泥，因此其上開設(shè)的曝氣孔孔徑較大，使用曝氣管進(jìn)行空曝沖刷膜片，效果不 好，為此，本發(fā)明可以采用下述改進(jìn)型的膜生物反應(yīng)器。如圖3所示，為本發(fā)明改進(jìn)型的膜生物反應(yīng)器，所述的膜生物反應(yīng)器與傳統(tǒng)MBR相 比，增加有布?xì)夤?，該布?xì)夤?上開有若干細(xì)小的布?xì)饪?，該布?xì)饪椎奈恢每梢栽O(shè)置在過 濾膜板22的下方，也可以設(shè)置在過濾模板22的側(cè)邊。另外該布?xì)夤?與一氣泵相連，所述 的氣泵可以與連接曝氣管5的氣泵為同一個(gè)氣泵，也可以為單獨(dú)的氣泵，如果布?xì)夤?與曝 氣管5共用一個(gè)氣泵，那么兩管路之間需要設(shè)置三通管并設(shè)置閥門以便切換。所述膜生物 反應(yīng)器的其它結(jié)構(gòu)與標(biāo)號(hào)均與圖1所示傳統(tǒng)膜生物反應(yīng)器相同。所述的膜生物反應(yīng)器增加布?xì)夤?之后，可以獨(dú)立于曝氣管5進(jìn)行空曝，也就是 說，在空曝階段，關(guān)閉進(jìn)出水同時(shí)關(guān)閉曝氣管，而打開布?xì)夤?令布?xì)夤苓M(jìn)行空曝。由于布 氣管7是獨(dú)立于曝氣管5的管道，其上可以設(shè)置較小的布?xì)饪?，可以增加沖刷力量，而且布 氣管7可以設(shè)置于膜片的下方或側(cè)邊，更靠近膜片，沖刷效果更好，可以增加膜通量的恢復(fù)率。如圖4所示，為本發(fā)明所述方法第二較佳實(shí)施例的流程圖。本實(shí)施例所述的處理 方法采用的膜生物反應(yīng)器是如圖3所示改進(jìn)型的結(jié)構(gòu)。本實(shí)施例所述處理方法包括下述三個(gè)階段一、連續(xù)進(jìn)出水及曝氣階段向膜生物反應(yīng)器內(nèi)連續(xù)進(jìn)水并連續(xù)抽水，同時(shí)打開曝氣氣泵令曝氣管進(jìn)行曝氣。 此階段對(duì)廢水進(jìn)行生化處理，同時(shí)進(jìn)行物理分離，所得透析液從出水管4排出。該階段運(yùn)行 一段時(shí)間后進(jìn)入下一階段。二、缺氧階段關(guān)閉進(jìn)出水與曝氣氣泵，使水槽1內(nèi)的活性污泥處于缺氧狀態(tài)，這樣可以在一定 程度上增加水力停留時(shí)間，增強(qiáng)微生物的硝化與反硝化作用最終可以提高設(shè)備的脫氮效 率。此階段運(yùn)行一段時(shí)間后繼續(xù)下一階段。三、空曝階段打開布?xì)鈿獗?，使布?xì)夤?的布?xì)饪仔纬杉?xì)小氣流。加入此空曝階段后，所述過濾
6膜板22的膜片可以在布?xì)饪仔纬傻募?xì)小氣泡的沖刷下，使部分污染物脫離膜片，令膜污染 得到緩解，膜通量得到一定程度的恢復(fù)。同時(shí)，由于所述膜生物反應(yīng)器恢復(fù)供氣，將恢復(fù)微 生物的好氧狀態(tài)，為下一階段做好準(zhǔn)備。所述空曝階段運(yùn)行一段時(shí)間后重復(fù)第一階段。上述三個(gè)階段的運(yùn)行時(shí)間可以根據(jù)實(shí)際需要任意設(shè)置，以下實(shí)例中將給出最佳時(shí) 間設(shè)置。本發(fā)明實(shí)施例均是以板式膜膜組件的膜生物反應(yīng)器為例，而本發(fā)明所述工藝也可 以應(yīng)用于中空纖維膜膜組件的膜生物反應(yīng)器中。以下以印染廠廢水為例，采用上述第二實(shí)施例所述設(shè)備和方法的具體運(yùn)行方案如 下表1間歇式運(yùn)行實(shí)驗(yàn)方案
權(quán)利要求
1.一種膜生物反應(yīng)器在工業(yè)廢水中的處理工藝，其特征在于包括下述兩個(gè)階段一、連續(xù)進(jìn)出水及曝氣階段向膜生物反應(yīng)器內(nèi)連續(xù)進(jìn)水并連續(xù)抽水，同時(shí)進(jìn)行曝氣，運(yùn)行一段時(shí)間后進(jìn)入下一階段；二、空曝階段關(guān)閉進(jìn)出水，繼續(xù)曝氣，曝氣所形成細(xì)小氣流對(duì)膜生物反應(yīng)器內(nèi)膜組件的膜片進(jìn)行沖 刷，此階段運(yùn)行一段時(shí)間后重復(fù)第一階段。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述膜生物反應(yīng)器在工業(yè)廢水中的處理工藝，其特征在于所述第 一階段與第二階段之間還增加有二、缺氧階段，關(guān)閉進(jìn)出水與曝氣，使活性污泥處于缺氧狀 態(tài)，運(yùn)行一段時(shí)間后進(jìn)入空曝階段。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述膜生物反應(yīng)器在工業(yè)廢水中的處理工藝，其特征在于所 述的空曝階段由膜生物反應(yīng)器原有的曝氣管進(jìn)行空曝曝氣。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述膜生物反應(yīng)器在工業(yè)廢水中的處理工藝，其特征在于所述三 個(gè)階段的最佳運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)為連續(xù)進(jìn)出水及曝氣階段120-180分鐘，缺氧階段60-120分鐘，空 曝階段10-30分鐘。
5.一種新型膜生物反應(yīng)器，在水槽之內(nèi)設(shè)置有膜組件，膜組件包括膜片及膜片內(nèi)形成 的透析液通道；在水槽的下方設(shè)有與水槽相通的進(jìn)水管，上方設(shè)有與透析液通道相通的透 析出水管；水槽的底部還設(shè)置有曝氣管，該曝氣管上設(shè)有若干曝氣孔；其特征在于所述的 水槽內(nèi)增加有布?xì)夤?，該布?xì)夤苌祥_有若干布?xì)饪?，該布?xì)饪孜挥谀て南路交蛘邆?cè)邊。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種膜生物反應(yīng)器在工業(yè)廢水中的處理工藝，包括下述兩個(gè)階段一、連續(xù)進(jìn)出水及曝氣階段向膜生物反應(yīng)器內(nèi)連續(xù)進(jìn)水并連續(xù)抽水，同時(shí)進(jìn)行曝氣，運(yùn)行一段時(shí)間后進(jìn)入下一階段；二、空曝階段關(guān)閉進(jìn)出水，繼續(xù)曝氣，曝氣所形成細(xì)小氣流對(duì)膜生物反應(yīng)器內(nèi)膜組件的膜片進(jìn)行沖刷，此階段運(yùn)行一段時(shí)間后重復(fù)第一階段。由于增加了空曝過程，空曝形成的氣流可以對(duì)膜片進(jìn)行沖刷，可以緩解膜污染，對(duì)膜通量的恢復(fù)有明顯作用。本發(fā)明還公開了一種新型膜生物反應(yīng)器(MBR)，該新型MBR與傳統(tǒng)MBR相比增加了布?xì)夤?，由布?xì)夤苌系牟細(xì)饪讓?shí)現(xiàn)空曝曝氣。
文檔編號(hào)C02F3/30GK102001796SQ20101057580
公開日2011年4月6日 申請(qǐng)日期2010年12月1日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月1日
發(fā)明者嚴(yán)濱, 侯明, 傅海燕, 張明真, 柴天, 許鵬成, 趙坤 申請(qǐng)人:廈門理工學(xué)院