CN101973677A - 一种序批式一体化膜生物反应器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种序批式一体化膜生物反应器，其包括：反应池(2)、鼓风机(4)、穿孔曝气管(7)和膜组件(8)，其中，所述膜组件(8)设置在所述反应池(2)内，且没入所述反应池(2)的液面下，用于实现泥水分离；所述穿孔曝气管(7)设置在所述膜组件(8)下方，与所述鼓风机(4)相连通，用于向反应池(2)内曝气。本发明可以在同一个反应器内实现了好氧、缺氧和厌氧环境的交替，在单一处理单元中完成有机物、氮和磷的同时去除，出水水质好。该发明同时能有效减缓膜污染，稳定膜通量，同等条件下膜污染速率仅为常规系统的1/5到1/20。整个装置结构简单，投资费用低，自动化程度高，运行维护方便，运行费用低。

Description

一种序批式一体化膜生物反应器

技术领域

本发明属于污水处理、回用技术领域，具体来说，涉及一种序批式一体化膜生物反应器。

背景技术

序批式活性污泥法(Sequencing Batch Reactor)，简称SBR工艺，其典型的特点是在同一个反应池内，在时间上按照进水、反应、沉淀、排水以及闲置几个阶段交替循环运行。SBR工艺通过改变操作条件在时间上实现厌氧、缺氧和好氧环境。厌氧时段实现磷的充分释放，缺氧时段实现反硝化功能，好氧时段实现去除有机物、硝化以及吸收磷的功能，从而达到去除有机物和脱氮除磷的目的。

SBR工艺只需要一个反应池就能完成全部处理工序，可以省去二沉池和污泥回流设备，与其他活性污泥法相比，处理构筑物大大简化，基建和运行费用低，维护管理方便。但是，SBR工艺也存在一定的缺点，主要表现为：

(1)循环周期运行，对自控要求较高；

(2)变水位运行，电耗较大；

(3)无法实现连续进出水，设备的闲置率较高；

(4)由于SBR工艺仍是靠重力沉淀实现泥水分离，出水悬浮物较高，并且大肠杆菌等卫生学指标较差，如要回用，仍需要后处理单元，必然增加投资。

膜生物反应器(Membrane Bioreactor，简称MBR)技术融合了传统生物处理的生物降解功能和膜分离的高效分离功能，是近年来发展起来的一种污水处理新技术，它以膜分离替代二沉池，显著提高了系统固液分离的能力和反应器内的污泥浓度，从而使系统出水水质和容积负荷都得到大幅度的提高。相对于传统的污水处理工艺，MBR具有污染物去除效率高、出水水质好、操作管理方便和占地面积少等显著优势，已经在污水回用方面得到了广泛的应用。但是，MBR仍有一些不足：

(1)膜通量较低，投资费用较高；

(2)膜污染较快，通量衰减严重，需要进行频繁的清洗和维护，给操作管理带来不便，同时增加运行成本。

(3)脱氮除磷效果不够理想。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述两种工艺的不足，以两者结合的方式，提供一种序批式一体化膜生物反应器，通过在时间上调整操作条件，该序批式一体化膜生物反应器能够在单一处理单元(即反应池)中完成有机物、氮和磷的同时去除，出水水质良好，同时膜污染速率得到显著降低，全自动运行，操作管理简单，运行费用低。

本发明的目的是采用如下技术方案来实现的：

一种序批式一体化膜生物反应器，其包括：反应池、鼓风机、穿孔曝气管和膜组件，其中，所述膜组件设置在所述反应池内，且没入所述反应池的液面下，用于实现固液分离；所述穿孔曝气管设置在所述膜组件下方，与所述鼓风机相连通，用于向反应池内曝气，供微生物生长和延缓膜污染。

上述序批式一体化膜生物反应器还包括与所述反应池连通的进水系统，例如进水泵、进水管道等；以及与所述膜组件出水口连通的排水系统，例如出水自吸泵、出水管道等。本发明的进水系统用于将需要处理的原水注入反应池中，本发明的出水系统是将经处理后的水排出。

上述序批式一体化膜生物反应器还包括搅拌器，所述搅拌器设置在所述反应池内侧，用于实现缺氧和厌氧阶段泥水充分混合。本发明设置搅拌器可以在曝气和出水停止时启动，在同一个反应器中形成好氧、缺氧和厌氧环境，实现同时去除有机物和脱氮除磷的目的。并且可以根据进水水质的变化，调整各工段运行时间，操作灵活。

上述序批式一体化膜生物反应器还包括排泥孔，所述排泥孔设置在所述反应池内的下方，用于定期排泥。本发明设置排泥管，可以定期排泥，维持系统的稳态运行，同时使磷以剩余污泥的形式去除。

上述序批式一体化膜生物反应器还包括在线清洗系统，所述在线清洗系统设置在所述反应池内，用于定期对所述膜组件进行在线维护和清洗。本发明设置在线清洗系统，可以定期对膜组件进行在线维护和清洗，延缓膜污染，延长膜组件的运行周期。

上述序批式一体化膜生物反应器还包括用于控制所述的鼓风机、进水泵、出水自吸泵或搅拌器等设备启停的PLC自动控制装置。通过PLC自动控制装置控制鼓风机、排水系统及搅拌器的启停，使得同一个反应器在时间上形成好氧、缺氧和厌氧环境，从而达到在单一的单元中同时去除有机物、氮和磷的效果，同时能有效减缓膜污染，稳定膜通量。

上述序批式一体化膜生物反应器中，所述反应池的外壁可以是钢混、碳钢或不锈钢结构的。可根据需要选择，当为碳钢或不锈钢结构时，设备移动方便。

在本发明的一个具体实施方案中，所述序批式一体化膜生物反应器包括：综合设备间、反应池、进水泵、鼓风机、出水泵、搅拌器、穿孔曝气管、膜组件和排泥孔，其中，所述进水泵、鼓风机、出水泵设置在所述综合设备间内；所述搅拌器、穿孔曝气管、膜组件和排泥孔设置在所述反应池内；所述进水泵与所述反应池连通；所述膜组件没入所述反应池的液面下，用于实现固液分离，其出水口与所述出水泵相连通；所述穿孔曝气管在所述膜组件下方，与所述鼓风机相连通，用于向反应池内曝气；所述搅拌器设置在所述反应池内侧，用于实现缺氧和厌氧阶段泥水充分混合；所述排泥孔设置在所述反应池内的下方，用于定期排泥。

优选地，上述序批式一体化膜生物反应器还包括在线清洗系统，所述在线清洗系统设置在所述反应池内，用于定期对所述膜组件进行在线维护和清洗。本发明配备在线清洗系统，定期对膜组件进行在线维护和清洗，延缓膜污染，延长膜生物反应器的运行周期。

优选地，上述序批式一体化膜生物反应器还包括用于控制所述鼓风机、出水泵或搅拌器等设备启停的PLC自动控制装置。通过PLC自动控制装置控制鼓风机、出水泵及搅拌器的启停，使得同一个反应器在时间上形成好氧、缺氧和厌氧环境，从而达到在单一的单元中同时去除有机物、氮和磷的效果，同时能有效减缓膜污染，稳定膜通量。

优选地，上述序批式一体化膜生物反应器中，所述综合设备间和所述反应池的外壁和中间隔墙为钢混、碳钢或不锈钢结构的。可根据需要选择，当为碳钢和不锈钢结构时，设备移动方便。

上述序批式一体化膜生物反应器由综合设备间和反应池组成，不再需要增加其他设备，该膜生物反应器可实现以下三种序批式污水处理工艺：

(1)在不需要脱氮除磷情况下，通过控制系统中各设备的启停，整个工艺仅包括进水段、好氧反应段、出水段和闲置段，实现对有机物的去除，工艺流程大大简化，同时由于序批式出水，曝气冲刷效果优于连续系统，膜污染速率也可以大大降低；

(2)在不需要除磷情况下，通过控制系统中各设备的启停，整个工艺包括进水段、缺氧反应段、好氧反应段、出水段和闲置段，实现对有机物的去除和脱氮目的；缺氧段时，曝气和出水停止，由于浓度梯度的存在，膜面污染物会向主体液扩散，同时搅拌器的对膜丝的扰动作用也会使膜面污染物向主体液扩散，膜污染速率得到显著降低；

(3)在需要同时去除有机物和氮磷的情况下，通过控制系统中各设备的启停，整个工艺仅包括进水段、缺氧反应段、厌氧反应段、好氧反应段、出水段和闲置段，去除有机物的同时实现脱氮除磷的目的。缺氧和厌氧段时，曝气和出水停止，由于浓度梯度的存在，膜面污染物会向主体液扩散，同时搅拌器的对膜丝的扰动作用也会使膜面污染物向主体液扩散，膜污染速率得到显著降低。

与现有的污水处理工艺相比，本发明的序批式一体化膜生物反应器至少具有如下优点：

(1)在同一个反应器中不同时间段内形成好氧、缺氧和厌氧环境，实现去除有机物和脱氮除磷的目的，显著减少占地面积，大幅度降低投资成本。

(2)脱氮除磷效果好，出水水质优良，可以作为中水广泛应用于城市生活杂用水领域。该序批式一体化膜生物反应器结合了SBR工艺和膜生物反应器的优点，脱氮效果良好。由于膜组件的高效截留作用，使得常规工艺中容易流失的世代周期长的硝化细菌等完全截留在反应器内，硝化阶段能够把氨氮较为完全地转化为亚硝酸盐和硝酸盐氮，同时进水段能够提供充足的碳源，将亚硝酸盐和硝酸盐氮转化为氮气，反硝化过程较为充分，完成总氮的去除。缺氧段后期，硝酸盐氮浓度很低，系统进入厌氧释放磷阶段，由于碳源较为充分，不会和反硝化菌由于竞争碳源而影响磷的充分释放，好氧段除磷菌过量吸收磷，以聚磷酸盐的形式储存在体内，以剩余污泥的形式排放，从而实现生物除磷。

(3)膜污染速率低，膜通量稳定。由于序批式出水，曝气冲刷效果优于连续系统，膜污染速率也可以大大降低。同时缺氧和厌氧段时，曝气和出水停止，由于浓度梯度的存在，膜面污染物会向主体液扩散，同时搅拌器的对膜丝的扰动作用也会使膜面污染物向主体液扩散，膜污染速率得到显著降低。同等条件下，膜污染速率是常规膜生物反应器的1/5到1/20。

(4)工艺简单，自动化程度高，运行维护方便。

附图说明

图1为本发明的一个具体实施方案的结构示意图，图中标号的含义为：1.综合设备间，2.反应池，3.进水泵，4.鼓风机，5.出水泵，6.搅拌器，7.穿孔曝气管，8.膜组件，9.排泥孔。

具体实施方式

下面结合具体实施例进一步阐述本发明。

实施例1

如图1所示，本发明的序批式一体化膜生物反应器包括：综合设备间1、反应池2、进水泵3、鼓风机4、出水泵5、搅拌器6、穿孔曝气管7、膜组件8、排泥孔9以及配套的管道、在线清洗系统和PLC自动控制装置，其中，所述进水泵3、鼓风机4、出水泵5设置在所述综合设备间1内；所述搅拌器6、穿孔曝气管7、膜组件8和排泥孔9设置在所述反应池2内；所述进水泵3与所述反应池2连通；所述膜组件8没入所述反应池2的液面下，用于实现固液分离，其出水口与所述出水泵5相连通；所述穿孔曝气管7在所述膜组件8下方，与所述鼓风机4相连通，用于向反应池2内曝气；所述搅拌器6设置在所述反应池2内侧，用于实现缺氧和厌氧阶段泥水充分混合；所述排泥孔9设置在所述反应池2内的下方，用于定期排泥；所述在线清洗系统设置在所述反应池2内，用于定期对所述膜组件8进行在线维护和清洗；所述PLC自动控制装置用于控制所述鼓风机4、出水泵5和搅拌器6等设备的启停。

通过控制系统中各设备的启停，整个工艺包括进水段、缺氧反应段、厌氧反应段、好氧反应段、出水段和闲置段，同时实现去除有机物和脱氮除磷的目的。进水段，进水泵3开启，大流量进水，短时间内完成进水；之后搅拌器6开启，进入缺氧反应段，泥水充分接触，原水中的有机物作为碳源，将上个周期中的亚硝酸盐和硝酸盐转化为氮气，实现总氮的去除；缺氧段快结束时，反应器中的硝酸盐浓度很低，系统进入厌氧释放磷阶段，除磷菌分解体内的聚磷酸盐产生ATP，并利用ATP将水中的有机物转化为聚β羟基丁酸等有机物的形式储存到细胞内，同时将分解的聚磷酸盐以磷酸的形式排放到体外，为好氧阶段吸收磷做好准备；厌氧段结束后，搅拌器6关闭，鼓风机4开启，开始好氧反应过程，完成有机物的分解、硝化过程以及过量吸收磷；待好氧反应过程完成，出水泵5开启，从膜组件8中抽吸出水；排水结束，系统进入闲置期，或者进入进水期，开始新的循环周期。定期从排泥孔9出排泥，控制适当的污泥龄，并将磷以剩余污泥的形式去除。

用上述反应器处理某小区生活废水，日产生污水360m³，在进水COD、BOD、NH₃～N、TN、TP和pH值分别为180～350mg/L、80～150mg/L、20～50mg/L、25～70mg/L、3.0～10.5mg/L和6.5～8.5时，经过上述工艺处理后出水COD、BOD、NH₃～N、TN、TP和pH值分别为10～35mg/L、1～10mg/L、0～2mg/L、3～15mg/L和6.0～9.0，出水能够满足《城市杂用水水质标准》(GB/T18920～2002)中冲洗厕所及绿化用水的要求。同时运行近一年内，仅进行过一次离线清洗。

实施例2

如图1所示，本发明的序批式一体化膜生物反应器包括：综合设备间1、反应池2、进水泵3、鼓风机4、出水泵5、搅拌器6、穿孔曝气管7、膜组件8、排泥孔9以及配套的管道、在线清洗系统和PLC自动控制装置，其中，所述进水泵3、鼓风机4、出水泵5设置在所述综合设备间1内；所述搅拌器6、穿孔曝气管7、膜组件8和排泥孔9设置在所述反应池2内；所述进水泵3与所述反应池2连通；所述膜组件8没入所述反应池2的液面下，实现固液分离，其出水口与所述出水泵5相连通；所述穿孔曝气管7在所述膜组件8下方，与所述鼓风机4相连通，用于向反应池2内曝气；所述搅拌器6设置在所述反应池2内一侧，用于实现缺氧和厌氧阶段泥水充分混合；所述排泥孔9设置在所述反应池2内的下方，用于定期排泥；所述在线清洗系统设置在所述反应池2内，用于定期对所述膜组件8进行在线维护和清洗；所述PLC自动控制装置用于控制所述鼓风机4、出水泵5和搅拌器6等设备的启停。

通过控制系统中各设备的启停，整个工艺包括进水段、缺氧反应段、好氧反应段、出水段和闲置段，实现对有机物的去除和脱氮目的。进水段，进水泵3开启，大流量进水，短时间内完成进水；之后搅拌器6开启，进入缺氧反应段，泥水充分接触，原水中的有机物作为碳源，将上个周期中的亚硝酸盐和硝酸盐转化为氮气，实现总氮的去除；缺氧段结束时，搅拌器6关闭，鼓风机4开启，开始好氧反应过程，完成有机物的分解和硝化过程；待好氧反应过程完成，出水泵5开启，从膜组件8中抽吸出水；排水结束，系统进入闲置期，或者进入进水期，开始新的循环周期。定期从排泥孔9出排泥，控制适当的污泥龄，保证世代时间较长的硝化细菌等的生长。

用上述反应器处理某厂区办公楼废水，日产生污水40m³，在进水COD、BOD、NH₃～N、TN和pH值分别为120～300mg/L、50～170mg/L、10～40mg/L、15～65mg/L和6.5～8.0时，经过上述工艺处理后出水COD、BOD、NH₃～N、TN和pH值分别为5～25mg/L、1～5mg/L、0～2mg/L、5～15mg/L和6.0～9.0。同时运行近一年内，仅进行过一次离线清洗。

实施例3

如图1所示，本发明的序批式一体化膜生物反应器包括：综合设备间1、反应池2、进水泵3、鼓风机4、出水泵5、穿孔曝气管7、膜组件8、排泥孔9以及配套的管道、在线清洗系统和PLC自动控制装置，其中，所述进水泵3、鼓风机4、出水泵5设置在所述综合设备间1内；所述穿孔曝气管7、膜组件8和排泥孔9设置在所述反应池2内；所述进水泵3与所述反应池2连通；所述膜组件8没入所述反应池2的液面下，实现固液分离，其出水口与所述出水泵5相连通；所述穿孔曝气管7在所述膜组件8下方，与所述鼓风机4相连通，用于向反应池2内曝气；所述排泥孔9设置在所述反应池2内的下方，用于定期排泥；所述在线清洗系统设置在所述反应池2内，用于定期对所述膜组件8进行在线维护和清洗；所述PLC自动控制装置用于控制所述鼓风机4、出水泵5等设备的启停。

通过控制系统中各设备的启停，整个工艺仅包括进水段、好氧反应段、出水段和闲置段，去除有机物和氨氮。进水段，进水泵3开启，大流量进水，短时间内完成进水；之后进入好氧反应段，鼓风机4开启，开始好氧反应过程；待好氧反应过程完成，出水泵5开启，从膜组件8中抽吸出水；排水结束，系统进入闲置期，或者进入进水期，开始新的循环周期。定期从排泥孔9出排泥，控制适当的污泥龄，保证反应器内适宜的污泥浓度。

用上述反应器处理某学校楼宇冲厕废水，日产生污水30m³，在进水COD、BOD、NH₃～N和pH值分别为200～500mg/L、90～20mg/L、10～50mg/L和6.5～8.0时，经过上述工艺处理后出水COD、BOD、NH₃～N和pH值分别为5～30mg/L、2～10mg/L、0～3mg/L和6.0～9.0。同时运行近半年内，未进行过离线清洗。

Claims (10)

1.一种序批式一体化膜生物反应器，主要包括：反应池(2)、鼓风机(4)、穿孔曝气管(7)和膜组件(8)，其中，所述膜组件(8)设置在所述反应池(2)内，且没入所述反应池(2)的液面下，用于实现泥水分离；所述穿孔曝气管(7)设置在所述膜组件(8)下方，与所述鼓风机(4)相连通，用于向反应池(2)内曝气。

2.根据权利要求1所述的序批式一体化膜生物反应器，其特征在于，还包括与所述反应池(2)连通的进水系统，例如进水泵(3)、进水管道；以及与所述膜组件(8)出水口连通的排水系统，例如出水泵(5)、出水管道。

3.根据权利要求1或2所述的序批式一体化膜生物反应器，其特征在于，还包括搅拌器(6)，所述搅拌器(6)设置在所述反应池(2)内侧，用于实现缺氧和厌氧阶段泥水充分混合。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的序批式一体化膜生物反应器，其特征在于，还包括排泥孔(9)，所述排泥孔(9)设置在所述反应池(2)内的下方，用于定期排泥。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的序批式一体化膜生物反应器，其特征在于，还包括在线清洗系统，所述在线清洗系统设置在所述反应池(2)内，用于定期对所述膜组件(8)进行在线维护和清洗。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的序批式一体化膜生物反应器，其特征在于，还包括用于控制所述鼓风机(4)、排水系统或搅拌器(6)的启停的PLC自动控制装置。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的序批式一体化膜生物反应器，其特征在于，所述序批式一体化膜生物反应器包括：综合设备间(1)、反应池(2)、进水泵(3)、鼓风机(4)、出水泵(5)、搅拌器(6)、穿孔曝气管(7)、膜组件(8)和排泥孔(9)，其中，所述进水泵(3)、鼓风机(4)、出水泵(5)设置在所述综合设备间(1)内；所述搅拌器(6)、穿孔曝气管(7)、膜组件(8)和排泥孔(9)设置在所述反应池(2)内；所述进水泵(3)与所述反应池(2)连通；所述膜组件(8)没入所述反应池(2)的液面下，用于实现泥水分离；其出水口与所述出水泵(5)相连通；所述穿孔曝气管(7)在所述膜组件(8)下方，与所述鼓风机(4)相连通，用于向反应池(2)内曝气；所述搅拌器(6)设置在所述反应池(2)内侧，用于实现缺氧和厌氧阶段泥水充分混合；所述排泥孔(9)设置在所述反应池(2)内的下方，用于定期排泥。

8.根据权利要求7所述的序批式一体化膜生物反应器，其特征在于，还包括在线清洗系统，所述在线清洗系统设置在所述反应池(2)内，用于定期对所述膜组件(8)进行在线维护和清洗。

9.根据权利要求7或8所述的序批式一体化膜生物反应器，其特征在于，还包括用于控制所述鼓风机(4)、出水泵或搅拌器(6)的启停的PLC自动控制装置。

10.根据权利要求7至9中任一项所述的序批式一体化膜生物反应器，其特征在于，所述综合设备间(1)和所述反应池(2)的外壁和中间隔墙为钢混、碳钢或不锈钢结构的。

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