本實(shí)用新型總體涉及工業(yè)廢水處理領(lǐng)域，具體涉及一種環(huán)狀流氧化膜生物反應(yīng)器及其廢水處理裝置。

背景技術(shù)：

我國氯堿行業(yè)主要集中于西北部缺水地區(qū)，隨著聚氯乙烯(PVC)產(chǎn)量的增加，用水、排水量也急劇上升，若不采取合適的水回用工藝，將加劇水資源短缺形式，增加企業(yè)用水壓力。

懸浮法聚氯乙烯聚合工段產(chǎn)生的廢水主要有聚合釜涂壁沖洗水、回收VCM貯槽排水及冷凝水、壓縮機(jī)密封水、漿料汽提塔頂凝水和PVC聚合樹脂漿料經(jīng)汽提后送離心過濾機(jī)分離產(chǎn)生的過濾母液。該類廢水有機(jī)污染物來源于聚合反應(yīng)中所添加的引發(fā)劑、分散劑和少量的涂壁劑等化學(xué)品，以及少量的原料氯乙烯(VCM)、聚合的異構(gòu)體產(chǎn)物和低聚物。無機(jī)污染物主要來源于聚合反應(yīng)中所添加的無機(jī)物。該類廢水具有排放量大，懸浮物、濁度及膠體含量高，COD不高，但可生化性差的特點(diǎn)。由于聚合過程采用的是純水，因此過濾母液的硬度、氯離子和溶解性固體均較低，經(jīng)過處理后是十分優(yōu)質(zhì)的回用水水源。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種結(jié)構(gòu)緊湊、處理效果好、處理效率高的環(huán)狀流氧化膜生物反應(yīng)器(Annular-flow Membrane Aeration Biologic Reactor，AF-MABR)和廢水處理裝置(系統(tǒng))。

根據(jù)本實(shí)用新型的第一方面，提供一種環(huán)狀流氧化膜生物反應(yīng)器，所述反應(yīng)器分為進(jìn)水廊道，若干條中間環(huán)流廊道和出水廊道，每條廊道內(nèi)設(shè)有無泡供氧膜箱，各廊道之間通過導(dǎo)流折板隔開，無泡供氧膜箱中的供氧膜組件附著有高效微生物。

在一具體實(shí)施例中，環(huán)狀流氧化膜生物反應(yīng)器為長方體，進(jìn)水管設(shè)置在一寬度側(cè)中央，進(jìn)水廊道中設(shè)置有兩個(gè)平行于長度側(cè)的內(nèi)導(dǎo)流折板，若干個(gè)中間環(huán)流廊道中間隔設(shè)置有平行于寬度側(cè)的環(huán)流折板和中間折流板，出水廊道中設(shè)有集水井，集水井對應(yīng)的另一寬度側(cè)設(shè)置有出水堰板。優(yōu)選情況下，內(nèi)導(dǎo)流折板為環(huán)流折板長度的10～15％，環(huán)流折板長度為反應(yīng)器寬度的75～85％，中間折流板總長為反應(yīng)器寬度的70～80％。

具體情況下，所述無泡供氧膜箱由支撐框架、膜組件、進(jìn)氣集氣管、進(jìn)氣支管、出氣支管和出氣集氣管組成，膜組件安裝在支撐框架內(nèi)，支撐框架上端設(shè)置多路進(jìn)氣支管，多路進(jìn)氣支管與進(jìn)氣集氣管連接，其中進(jìn)氣集氣管與供氧管線連接，支撐框架下端設(shè)置多路出氣支管，多路出氣支管與出氣集氣管連接。所述支撐框架為長方體、圓柱體或六棱柱形式的框架，材質(zhì)為鋼筋、角鋼、合金或ABS。供氧管線外接壓縮機(jī)或氧氣源，空氣或氧氣進(jìn)入膜腔，通過膜孔切割作用進(jìn)行無泡供氧，氣體運(yùn)行壓力0.01～0.06Mpa，膜組件由內(nèi)到外附著微生物依次為好氧菌、兼性菌、厭氧菌，去除COD，并實(shí)現(xiàn)同步硝化反硝化，去除NH₃-N以及TN；最終出水進(jìn)入集水井，并最終通過溢流堰板排出；停留時(shí)間：12～30h。

優(yōu)選情況下，所述膜組件的膜絲材料為聚乙烯、聚四氟乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚偏氟乙烯和/或硅橡膠致密膜制成的中空纖維膜，以簾式或螺旋纏繞式制成膜組件，膜絲填充密度：50～200m²/m³；其中，膜絲兩端通過環(huán)氧密封膠密封，并與密封腔體對接；密封腔體一端與膜絲對接，另一端與進(jìn)氣支管或出氣支管連接。

在一優(yōu)選實(shí)施例中，無泡供氧膜箱設(shè)置成可旋轉(zhuǎn)式，該無泡供氧膜箱由支撐框架、膜組件、進(jìn)氣集氣管、出氣集氣管、中空旋轉(zhuǎn)軸以及電機(jī)組成。膜組件圍繞中空旋轉(zhuǎn)軸橫式安裝在支撐框架內(nèi)，膜組件的一端與進(jìn)氣集氣管連接，另一端與出氣集氣管連接。其中，進(jìn)氣集氣管與中空旋轉(zhuǎn)軸連接，中空旋轉(zhuǎn)軸與進(jìn)氣集氣管的連接部分設(shè)有多個(gè)出氣孔，中空旋轉(zhuǎn)軸的頂端設(shè)置有進(jìn)氣軸承座，進(jìn)氣軸承座與外部的供氧管線連接，沿中空旋轉(zhuǎn)軸的中央徑向孔向進(jìn)氣集氣管輸送氧氣。出氣集氣管與廢氣管線連接。

根據(jù)本實(shí)用新型的第二方面，提供一種廢水處理裝置，包括第一調(diào)節(jié)池、預(yù)氧化單元、冷卻塔、沉淀池、第二調(diào)節(jié)池、一級生化池、二級生化池、混凝沉淀池以及深度處理單元；

其中，第一調(diào)節(jié)池與預(yù)氧化單元連接，冷卻塔與沉淀池連接，預(yù)氧化單元和沉淀池分別與第二調(diào)節(jié)池連接，第二調(diào)節(jié)池、一級生化池、二級生化池、混凝沉淀池和深度處理單元依次連接；

其中，一級生化池采用填料生物膜反應(yīng)器，二級生化池采用上述AF-MABR。

在某些實(shí)施例中，預(yù)氧化單元包括臭氧發(fā)生器、微氣泡發(fā)生器以及臭氧尾氣破壞裝置。微氣泡發(fā)生器可以為氣液旋流式微氣泡發(fā)生器、文丘里式微氣泡發(fā)生器、射流式微氣泡發(fā)生器或機(jī)械切割式微氣泡發(fā)生器。

在另一些實(shí)施例中，預(yù)氧化單元包括臭氧發(fā)生器、紫外光發(fā)生器以及臭氧尾氣破壞裝置。

在某些實(shí)施例中，填料生物膜反應(yīng)器中可以使用粒狀填料、蜂窩狀填料、繩狀填料和軟性填料中的一種或多種組合作為填料。優(yōu)選情況下，填料生物膜反應(yīng)器內(nèi)，在進(jìn)水端和出水端各設(shè)置攪拌機(jī)一臺(tái)，對角安裝，運(yùn)行過程中攪拌方向可調(diào)。

在優(yōu)選實(shí)施例中，所述深度處理單元包括砂濾、高級氧化和碳濾，其中高級氧化采用芬頓氧化、類芬頓氧化、臭氧催化氧化、微氣泡臭氧氧化、光催化或電催化氧化。

本實(shí)用新型的AF-MABR和廢水處理裝置與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)勢：

1.AF-MABR膜表面微生物種類繁多，細(xì)菌、原生、后生動(dòng)物交叉分布，通過自然界食物鏈原理實(shí)現(xiàn)污泥減量化，降低資源消耗。環(huán)形折流廊道設(shè)計(jì)，使微生物與污水傳質(zhì)效率更高，具有處理負(fù)荷高，占地面積小，抗沖擊能力強(qiáng)，能耗低的優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)結(jié)合無泡曝氣技術(shù)可實(shí)現(xiàn)同步硝化反硝化的特點(diǎn)，出水不需在設(shè)置硝化液回流，亦不需投加碳源，即可達(dá)到氨氮與總氮高效的去除。

2.微氣泡集成反應(yīng)對于廢水預(yù)處理，極大提高了臭氧利用率以及與污染物的反應(yīng)速率，快速有效的去除廢水中大部分難降解的有機(jī)物，同時(shí)廢水的可生化性得到提高，該技術(shù)與填料生物膜反應(yīng)器、AF-MABR聯(lián)合使用，進(jìn)一步提高廢水處理潛力。最終處理后出水COD穩(wěn)定在30mg/l以下，總氮小于10mg/L。

3.各單元針對性的處理污染物，前處理單元為后處理單元解除生物抑制并提供有利的反應(yīng)環(huán)境，工藝末端通過高級氧化可解決常規(guī)廢水回用處理不達(dá)標(biāo)問題。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型的AF-MABR反應(yīng)器結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本實(shí)用新型中一種無泡供氧膜箱的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本實(shí)用新型中另一種無泡供氧膜箱的結(jié)構(gòu)示意圖；以及

圖4為采用本實(shí)用新型的廢水處理裝置處理懸浮法聚氯乙烯聚合工段廢水的工藝路線圖。

具體實(shí)施方式：

下面通過實(shí)施例并結(jié)合附圖對本實(shí)用新型做進(jìn)一步詳細(xì)描述。附圖中相同的標(biāo)號代表相同和相似的部件。

參見圖1，AF-MABR反應(yīng)器為長方體，規(guī)格為長22m×寬20m×深5.5m，沿長度方向分為一個(gè)進(jìn)水廊道11、兩個(gè)中間環(huán)流廊道12、13和一個(gè)出水廊道14，各條廊道的長度相同。每條廊道內(nèi)設(shè)有對稱的兩個(gè)無泡供氧膜箱3，每個(gè)無泡供氧膜箱3通過管路分別與進(jìn)氧管線6和廢氣管線9連接。進(jìn)水管1設(shè)置在反應(yīng)器一寬度側(cè)中央，進(jìn)水廊道11中設(shè)置有兩個(gè)平行于反應(yīng)器長度側(cè)的內(nèi)導(dǎo)流折板2，兩個(gè)中間環(huán)流廊道12、13中依次設(shè)置有平行于寬度側(cè)的第一環(huán)流折板4、中間折流板5和第二環(huán)流折板10，內(nèi)導(dǎo)流折板2與第一環(huán)流折板4垂直連接。第一環(huán)流折板4和第二環(huán)流折板10的兩端為水流口，中間折流板5的中央為水流口。其中，內(nèi)導(dǎo)流折板2的長度為1.7m，第一環(huán)流折板4和第二環(huán)流折板10的長度為16m，中間折流板5的長度為15m。出水廊道14中央設(shè)有集水井7，與集水井7對應(yīng)的反應(yīng)器另一寬度側(cè)設(shè)置有出水堰板8。

圖2示出了一種靜止式無泡供氧膜箱3，該無泡供氧膜箱3由支撐框架31、膜組件32、進(jìn)氣集氣管33、進(jìn)氣支管34、出氣支管35和出氣集氣管36組成。膜組件32豎式安裝在支撐框架31內(nèi)，支撐框架31上端設(shè)置多路進(jìn)氣支管34，多路進(jìn)氣支管34與進(jìn)氣集氣管33連接，其中進(jìn)氣集氣管33與供氧管線6連接。支撐框架31下端設(shè)置多路出氣支管35，多路出氣支管35與出氣集氣管36連接。其中進(jìn)氣集氣管33與供氧管線6連接，出氣集氣管36與廢氣管線9連接。供氧管線6外接壓縮機(jī)或氧氣源，空氣或氧氣進(jìn)入膜腔，通過膜孔切割作用進(jìn)行無泡供氧，運(yùn)行壓力0.01～0.06Mpa。

在本實(shí)用新型的其它實(shí)施例中，還可采用圖3示出的一種可替代圖2的旋轉(zhuǎn)式無泡供氧膜箱3，該無泡供氧膜箱3由支撐框架31、膜組件32、進(jìn)氣集氣管33、出氣集氣管36、中空旋轉(zhuǎn)軸37以及電機(jī)38組成。膜組件32圍繞中空旋轉(zhuǎn)軸37橫式安裝在支撐框架31內(nèi)，膜組件32的一端與進(jìn)氣集氣管33連接，另一端與出氣集氣管36連接。其中，進(jìn)氣集氣管33與中空旋轉(zhuǎn)軸37連接，中空旋轉(zhuǎn)軸37與進(jìn)氣集氣管33連接部分設(shè)有多個(gè)出氣孔，中空旋轉(zhuǎn)軸37的頂端設(shè)置有進(jìn)氣軸承座40，進(jìn)氣軸承座40與外部的供氧管線6連接，沿中空旋轉(zhuǎn)軸37的中央徑向孔向進(jìn)氣集氣管33輸送氧氣。出氣集氣管36與廢氣管線9連接。電機(jī)38通過皮帶39帶動(dòng)中空旋轉(zhuǎn)軸37轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)整個(gè)膜組件32在AF-MABR反應(yīng)器中轉(zhuǎn)動(dòng)，使得水流與膜組件32的充分接觸。膜組件32的膜絲材質(zhì)以及制作工藝可以與圖2示出的實(shí)施例相同。通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，采用圖3中示出的旋轉(zhuǎn)式無泡供氧膜箱替代圖2示出的靜止式無泡供氧膜箱，反應(yīng)效率能夠提高20％以上。

參見圖4，采用本實(shí)用新型的廢水處理裝置來處理懸浮法聚氯乙烯聚合工段廢水，主要包括以下步驟：

(1)PVC漿料汽提廢水首先進(jìn)入第一調(diào)節(jié)池進(jìn)行水質(zhì)、水量均質(zhì)調(diào)節(jié)；

(2)經(jīng)過水質(zhì)調(diào)節(jié)的PVC漿料汽提廢水進(jìn)入預(yù)氧化段；

(3)PVC離心母液廢水首先進(jìn)入冷卻塔，降溫至25℃到40℃；

(4)經(jīng)冷卻塔冷卻的離心母液廢水進(jìn)入沉淀池，經(jīng)過沉淀回收PVC顆粒；

(5)經(jīng)過預(yù)氧化的PVC漿料汽提廢水和經(jīng)過冷卻、沉淀的離心母液進(jìn)入第二調(diào)節(jié)池；

(6)廢水在第二調(diào)節(jié)池進(jìn)行水質(zhì)、水量均質(zhì)調(diào)節(jié)，第二調(diào)節(jié)池的出水進(jìn)入一級生化池，一級生化采用填料生物膜反應(yīng)器；

(7)一級生化池出水進(jìn)入二級生化池，二級生化池采用環(huán)狀流氧化膜生物反應(yīng)器(Annular-flow Membrane Aeration Biologic Reactor，AF-MABR)；

(8)二級生化池出水進(jìn)入混凝沉淀池，進(jìn)行混凝沉淀；

(9)混凝沉淀池出水進(jìn)入深度處理段，深度處理后的出水可進(jìn)行回用。

具體情況下，所述步驟(1)中，廢水停留時(shí)間優(yōu)選為6～8h。

具體情況下，所述步驟(2)中，預(yù)氧化段(單元)可以采用微氣泡臭氧氧化工藝或紫外/臭氧氧化工藝。通過預(yù)氧化段的處理，大分子有機(jī)物及生物毒性物質(zhì)發(fā)生降解，B/C比提升。在一優(yōu)選實(shí)施例中，采用微氣泡臭氧氧化工藝，所產(chǎn)生的臭氧氣泡直徑為5～50μm，停留時(shí)間為20～40min，氣水比為0.06～0.2，臭氧在水中濃度為10～30mg/L。由于臭氧微氣泡具有更大的比表面積，較長的停留時(shí)間，因此相比常規(guī)技術(shù)，臭氧利用率高，剩余臭氧量少，可實(shí)現(xiàn)污染物高效去除，并消減剩余臭氧量。在此工藝段，可實(shí)現(xiàn)難降解大分子有機(jī)物的初步降解，易于后續(xù)生化工藝的進(jìn)行。

具體情況下，所述步驟(6)中，一級生化池水力停留時(shí)間為8-24h，水溫為10～25℃，溶解氧為0～0.5mg/L。

具體情況下，所述步驟(8)中，混凝沉淀池中需加入混凝劑和助凝劑，混凝劑為無機(jī)鹽混凝劑(例如硫酸鋁、三氯化鐵、硫酸亞鐵、硫酸鋁鉀、鋁酸鈉、硫酸鐵等)或高分子混凝劑(例如聚合氯化鋁或聚合硫酸鐵)，投加量20～60mg/L，助凝劑為聚丙烯酰胺，投加量0.6～1.5mg/L。

實(shí)施例：

PVC漿料汽提廢水以20m³/h的流量首先進(jìn)入第一調(diào)節(jié)池對水質(zhì)水量均衡調(diào)節(jié)，停留時(shí)間8h，之后進(jìn)入到微氣泡預(yù)氧化單元，停留時(shí)間為30～40min，臭氧投加濃度：20～40mg/L。剩余O₃在臭氧尾氣破壞裝置中的高效催化劑的作用下催化生成O₂。

經(jīng)過預(yù)氧化的漿料汽提廢水和冷卻、初步沉淀的離心母液廢水(160m³/h)進(jìn)入第二調(diào)節(jié)池，后進(jìn)入一級生化池。一級生化池為填料生物膜反應(yīng)器，反應(yīng)池中裝填有填料，微生物附著在填料上，進(jìn)行生物截留，提高了反應(yīng)效率。

再參見圖1，一級生化出水首先隨進(jìn)水管1進(jìn)入至AF-MABR反應(yīng)器，水流隨后在反應(yīng)器內(nèi)整體呈環(huán)流態(tài)流動(dòng)。依次經(jīng)過進(jìn)水廊道11、中間廊道12、13以及出水廊道14，并與各無泡供氧膜箱3中的膜組件32充分接觸。膜組件32的膜絲表面由內(nèi)到外附著微生物依次為好氧菌、兼性菌、厭氧菌，去除COD，并實(shí)現(xiàn)同步硝化反硝化，去除NH₃-N以及TN。最終出水進(jìn)入集水井7，并最終通過溢流堰板8排出；停留時(shí)間：12～30h。

AF-MABR生化反應(yīng)結(jié)束后，進(jìn)入混凝單元，混凝劑選擇為高分子聚合氯化鋁，投加濃度為40mg/L，助凝劑選擇聚丙烯酰胺，投加濃度為1mg/L，底部污泥脫水后外運(yùn)處理，上層清液經(jīng)過砂濾后進(jìn)入高級氧化單元處理。

高級氧化作為深度處理工藝，本次選擇為臭氧非均相催化氧化，催化劑活性組分為Fe-Cu-Mn氧化物以質(zhì)量比m(Fe):m(Cu):m(Mn)＝(1.8～2):(1.5～3):2比例組成，以氧化鋁、硅膠、活性炭、硅藻土等為載體制成的復(fù)合催化劑，停留時(shí)間10～40min，臭氧投加濃度：20～60mg/L。高級氧化出水經(jīng)過碳濾，最終出水達(dá)到國家綜合污水排放一級標(biāo)準(zhǔn)，各階段處理后污染物指標(biāo)見表1。

表1：各階段污染物去除指標(biāo)

本實(shí)用新型有機(jī)的將微氣泡預(yù)氧化-填料生物膜反應(yīng)器-AFMABR-深度處理組合起來，各單元污染物處理效率高，針對性強(qiáng)，前處理單元為后接單元提供良好的反應(yīng)環(huán)境，污染物去除效率高，抗沖擊能力強(qiáng)，工藝作為一個(gè)有機(jī)整體可以高效穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放運(yùn)行

以上實(shí)施方式對本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)說明，但所述內(nèi)容僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例，不能被認(rèn)為限定本實(shí)用新型的實(shí)施范圍。凡依本實(shí)用新型申請范圍所作的均等變化與改進(jìn)均應(yīng)仍歸屬于本實(shí)用新型的專利涵蓋范圍之內(nèi)。