專利名稱：一種適用于印染廢水處理的無紡布動態(tài)膜生物反應(yīng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種適用于印染廢水處理的無紡布動態(tài)膜生物反應(yīng)器。
背景技術(shù)：
近年來,膜生物反應(yīng)器(Membrane Bioreactor,簡稱MBR)在國內(nèi)已進入了實用化階段。MBR系統(tǒng)的處理對象從生活污水?dāng)U展到高濃度有機廢水和難降解工業(yè)廢水。紡織印染行業(yè)是我國傳統(tǒng)的支柱產(chǎn)業(yè)，是我國民族工業(yè)中歷史最悠久的產(chǎn)業(yè)之一，在我國的國民經(jīng)濟中扮演著非常重要的角色，同時紡織印染行業(yè)也是工業(yè)廢水排放大戶。印染廢水有機污染物含量高、色度深、堿性大、成分復(fù)雜，廢水的處理難度大。MBR膜分離技術(shù)和生物反應(yīng)器的生物降解作用于一體，對印染廢水的處理有較強的針對性。盡管MBR工藝有突出優(yōu)點，但目前MBR工藝的推廣卻不甚理想。除了目前的污水排放標(biāo)準(zhǔn)不夠嚴格，以及對中水回用的意義認識不夠等因素外，主要原因還在于MBR工藝尚有一些不足之處(I)傳統(tǒng)的膜生物反應(yīng)器利用超濾膜或微濾膜截留污泥，其過濾材料即起到了主要的截留作用，但是由于膜孔徑較小導(dǎo)致出水量較小，難以滿足大規(guī)模應(yīng)用的要求；(2)投資運行費用比較高。一方面，膜的造價較高，國產(chǎn)膜組件80 120元/m2，而進口膜價格更高，因此使得MBR工藝的一次性投資以及日后膜更新的費用較高；另一方面，通過增加曝氣量提高錯流流速減緩污泥層附著，但是也增加動力消耗，使運行費用增加；(3)運行過程容易出現(xiàn)膜的污染，使膜通量下降，膜壽命減少，給操作管理帶來不便。動態(tài)膜-生物反應(yīng)器，是在傳統(tǒng)的膜-生物反應(yīng)器的基礎(chǔ)上提出來的，過濾所用的介質(zhì)不是傳統(tǒng)的微濾或超濾膜，而是孔徑相對較大的粗網(wǎng)材料。粗網(wǎng)材料只是作為過濾支撐體，真正起過濾作用的是過濾一段時間后在膜表面形成的污染層——動態(tài)膜。動態(tài)膜即動態(tài)形成的膜，是在多孔材料過濾含有無機水合氧化物或高分子物質(zhì)的液體過程中，由進水中的物質(zhì)及其污泥混合液在多孔材料表面形成的一層膜。動態(tài)膜-生物反應(yīng)器是選擇廉價的粗網(wǎng)材料來替代膜材料加工過濾組件并建立反應(yīng)器。國內(nèi)外的研究者針對動態(tài)膜生物反應(yīng)器處理生活污水的運行特性、膜材料的篩選和動態(tài)膜的特性等開展了一系列的研究。通過對國內(nèi)外現(xiàn)有動態(tài)膜生物反應(yīng)器的研究和應(yīng)用成果的系統(tǒng)的分析，該反應(yīng)器現(xiàn)存的問題如下(I)現(xiàn)有動態(tài)膜生物反應(yīng)器的膜污染控制方式均采用底部曝氣反沖洗或機械(化學(xué))清洗，前者反沖洗效率較低且能耗高，而后者反沖洗過于徹底、對微網(wǎng)基材破壞較大并且不易于在線操作；(2)現(xiàn)有動態(tài)膜生物反應(yīng)器多采用側(cè)向曝氣的形式，流態(tài)均勻性差、容易出現(xiàn)反應(yīng)器內(nèi)的死區(qū)，并且容易導(dǎo)致放置膜組件一端錯流速度較小、膜堵塞情況頻繁發(fā)生；(3)生物動態(tài)膜除了具有良好的對污泥的截留能力，還具有對污染物質(zhì)的生物降解能力，但目前國內(nèi)外對生物動態(tài)膜在反應(yīng)器中的地位和作用尚缺乏統(tǒng)一認識；
(4)目前動態(tài)膜生物反應(yīng)器的研究多集中在生活污水處理領(lǐng)域，用于處理工業(yè)廢水的研究和應(yīng)用相對較少。無紡布動態(tài)膜生物反應(yīng)器中的膜組件采用價格低廉的新型熔噴無紡布膜材料，減少了投資費用，膜污染易于清洗；依靠重力出水減少了傳統(tǒng)靠抽吸泵出水的動力能耗，減少了運行成本；擋流板形成的內(nèi)循環(huán)流態(tài)，提高了膜面錯流速度，促進反應(yīng)器流態(tài)的均勻性，使反應(yīng)器死區(qū)率低；反應(yīng)器底部的沉淀池使污泥在生物反應(yīng)區(qū)進行沉淀，降低了污泥濃度，從而降低了膜污染。雖然無紡布動態(tài)膜生物反應(yīng)器克服了一些傳統(tǒng)MBR的缺點，但是它也存在著一些問題在不進行膜污染控制的情況下動態(tài)膜高效穩(wěn)定運行的時間還不太長；影響動態(tài)膜生物反應(yīng)器處理效果的因素較多，操作要求較高；缺乏成熟的工業(yè)化產(chǎn)品。開發(fā)啟動快，穩(wěn)定運行時間長的無紡布動態(tài)膜生物反應(yīng)器具有良好的環(huán)境和經(jīng)濟效益
發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、處理效果好的適用于印染廢水處理的無紡布動態(tài)膜生物反應(yīng)器。為了達到上述目的，本發(fā)明提供了一種適用于印染廢水處理的無紡布動態(tài)膜生物反應(yīng)器，其特征在于，包括反應(yīng)器主體，反應(yīng)器主體內(nèi)由兩個擋流折流板分成三個區(qū)域，中間區(qū)域連接進水系統(tǒng)，兩側(cè)區(qū)域內(nèi)皆設(shè)有無紡布膜組件，無紡布膜組件的上端連接出水系統(tǒng)，無紡布膜組件的底端兩側(cè)設(shè)有曝氣管，曝氣管連接曝氣系統(tǒng)，反應(yīng)器主體的底端連接沉淀池，沉淀池連接排泥系統(tǒng)。優(yōu)選地，所述的無紡布膜組件包括正方體形的膜組件框架以及固定在膜組件框架兩側(cè)的無紡布。優(yōu)選地，所述的沉淀池位于反應(yīng)器主體中間區(qū)域的下方。采用上述適用于印染廢水處理的無紡布動態(tài)膜生物反應(yīng)器處理印染廢水的方法是首先對反應(yīng)器中的活性污泥進行馴化，馴化完成后，進入運行環(huán)節(jié)。印染廢水經(jīng)過厭氧處理后，通過泵提升進入無紡布動態(tài)膜生物反應(yīng)器，排入反應(yīng)器的中間區(qū)域，在曝氣的作用下，水流紊動從底部進入兩側(cè)膜組件所在區(qū)域，而兩側(cè)混合液會溢流進入中間區(qū)域，廢水在反應(yīng)器內(nèi)形成了由底部到兩側(cè)，兩側(cè)溢流到中間區(qū)域的內(nèi)循環(huán)，保證了流態(tài)的均勻性和反應(yīng)的充分性，由于無紡布的截留作用，反應(yīng)器內(nèi)保持較高的污泥濃度，形成較多的厭氧微環(huán)境，可以去除大量有機物，物質(zhì)得到高效降解。在反應(yīng)器運行初期，應(yīng)調(diào)節(jié)曝氣量，因為曝氣量太大，不利于動態(tài)膜的形成，當(dāng)動態(tài)膜在無紡布表面形成以后，廢水經(jīng)由無紡布動態(tài)膜過濾后靠重力出水，當(dāng)出水濁度低于10NTU時，便認為動態(tài)膜已經(jīng)形成，此時可以稍微調(diào)高曝氣量，可以提高錯流過濾的膜面流速，從而減少膜污染。當(dāng)無紡布膜污染嚴重，便需要對膜組件進行清洗，清洗后裝入膜生物反應(yīng)器內(nèi)，便可進行下一周期的運行。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果I、采用無紡布膜組件，I)處理效果好，能夠?qū)崿F(xiàn)污泥停留時間和水力停留時間的分離，使反應(yīng)器內(nèi)污泥濃度大大提高，同時存在內(nèi)循環(huán)使泥水充分接觸，由于動態(tài)膜的高效截留，反應(yīng)器內(nèi)微生物濃度高，種類多樣，泥齡長，對有機物的去除率高，且耐沖擊負荷，出水水質(zhì)穩(wěn)定，動態(tài)膜生物反應(yīng)器對COD平均去除率為80 % -85 %，對色度的去除率為81% -86% ；2)基建費用低無紡布材料的價格遠遠低于昂貴的膜材料，膜通量較傳統(tǒng)的微濾或超濾膜也要大，所需膜面積也小；3)運行費用低無紡布的過濾阻力小，使反應(yīng)器在較小的水位差下就可以出水，能耗低；4)動態(tài)膜膜污染容易去除當(dāng)動態(tài)膜生長過厚時，可通過水力沖洗、機械清洗或化學(xué)清洗等簡單手段加以去除，減少膜堵塞。無紡布動態(tài)膜在提高過濾精度的同時防止了污染物向膜材料表面和內(nèi)部的擴散，減輕了對無紡布的污染程度，無紡布動態(tài)膜還易于從膜材料表面分離，清洗時所吸附的污染物質(zhì)及微生物代謝產(chǎn)物一同被洗脫，使得膜通量得到有效的恢復(fù)。5)無紡布動態(tài)膜的截留能力可以取代傳統(tǒng)MBR中的微濾、超濾膜，對顆粒性物質(zhì)有較強的去除作用，甚至可以截留病毒、小分子有機物。無紡布動態(tài)膜，除具有類似微濾、超濾膜的物理截留和吸附作用外，還具有生物降解的功能。2、無紡布動態(tài)膜生物反應(yīng)器被擋流板隔成三個區(qū)域，左右兩側(cè)都為無紡布膜組件，廢水從中間區(qū)域進入，溢流入兩側(cè)的膜組件區(qū)域，兩側(cè)底部的泥水混合液會進入中間區(qū)域，在整個反應(yīng)器內(nèi)形成內(nèi)循環(huán)流態(tài)，保證反應(yīng)器內(nèi)流態(tài)的均勻性；通過曝氣一方面使活性污泥混合液維持一定的循環(huán)流速，確保無紡布表面能夠形成一定厚度的動態(tài)膜；另一方面供給微生物分解污水中有機物所需的溶解氧。
3、采用雙側(cè)下方曝氣方式，提高了膜組件兩側(cè)的錯流速度，減少了膜污染；4、中間區(qū)域的底部設(shè)有沉淀池，使反應(yīng)過程中部分污泥沉降，對活性較差的微生物具有一定選擇淘汰作用。沉淀池和靠近沉淀池的反應(yīng)器底部處于缺氧、厭氧狀態(tài)，保證了系統(tǒng)內(nèi)微生物環(huán)境的多樣性，同時這種結(jié)構(gòu)使部分活性下降的微生物沉淀下來，通過排泥系統(tǒng)排出，保證了反應(yīng)器內(nèi)微生物處于高活性狀態(tài)。5、膜組件為正方體結(jié)構(gòu)，將無紡布固定在兩側(cè)，形成了由兩側(cè)無紡布膜進水，再由正方體空腔上方排出的膜組件結(jié)構(gòu)。廢水和污泥混合液在無紡布表面形成動態(tài)膜以后，廢水經(jīng)膜過濾后進入正方體空腔，經(jīng)過處理的水在重力作用下由排水系統(tǒng)自流排出。省去了傳統(tǒng)的出水抽吸泵及復(fù)雜的反沖洗設(shè)備，在生物反應(yīng)器內(nèi)混合液液位水頭的作用下可連續(xù)出水，膜通量較高，在同等處理能力下，較常規(guī)一體式膜生物反應(yīng)器可節(jié)省膜組件的一次性投資及運行折舊費用，裝置結(jié)構(gòu)緊湊，投資少，操作簡便。6、本發(fā)明的適用于印染廢水處理的無紡布動態(tài)膜生物反應(yīng)器對經(jīng)厭氧處理的印染廢水有較明顯的處理效果。生物反應(yīng)器內(nèi)可保持較高的污泥濃度，對印染廢水的處理有很好的針對性，能有效地去除廢水中的難降解有機污染物、色度和濁度，出水水質(zhì)優(yōu)于常規(guī)生物處理技術(shù)。


圖I為適用于印染廢水處理的無紡布動態(tài)膜生物反應(yīng)器結(jié)構(gòu)示意圖。圖中進水系統(tǒng)I，反應(yīng)器主體2，無紡布膜組件3，擋流折流板4，曝氣系統(tǒng)5，沉淀池6，排泥系統(tǒng)7，出水系統(tǒng)8。
具體實施例方式下面結(jié)合實施例來具體說明本發(fā)明。實施例如圖I所示，為適用于印染廢水處理的無紡布動態(tài)膜生物反應(yīng)器結(jié)構(gòu)示意圖，所述的適用于印染廢水處理的無紡布動態(tài)膜生物反應(yīng)器包括反應(yīng)器主體2，反應(yīng)器主體2內(nèi)由兩個擋流折流板4分成三個區(qū)域，中間區(qū)域連接進水系統(tǒng)1，兩側(cè)區(qū)域內(nèi)皆設(shè)有無紡布膜組件3，無紡布膜組件3的上端連接出水系統(tǒng)8，無紡布膜組件3的底端兩側(cè)設(shè)有曝氣管，四個曝氣管連接主曝氣管，主曝氣管連接曝氣機，主曝氣管和曝氣機構(gòu)成曝氣系統(tǒng)5，反應(yīng)器主體2的底端連接沉淀池6，沉淀池6位于反應(yīng)器主體2中間區(qū)域的下方。沉淀池6連接排泥系統(tǒng)7，根據(jù)實際污泥狀況確定是否排泥。曝氣管連接有流量計，可以調(diào)節(jié)曝氣量。
所述的無紡布膜組件3為正方體結(jié)構(gòu)，正方體形的膜組件框架使用聚乙烯制成，兩側(cè)邊緣用螺絲固定的方法將無紡布固定，形成了由兩側(cè)無紡布膜進水，再由正方體空腔上方排出的膜組件結(jié)構(gòu)。廢水和污泥混合液在無紡布表面形成動態(tài)膜以后，廢水經(jīng)膜過濾后進入正方體空腔，經(jīng)過處理的水在重力作用下由排水系統(tǒng)自流排出。采用上述適用于印染廢水處理的無紡布動態(tài)膜生物反應(yīng)器處理印染廢水的方法是印染廢水經(jīng)過厭氧處理以后，通過抽吸泵進入無紡布動態(tài)膜生物反應(yīng)器本體2，先進入中間區(qū)域，在曝氣的作用下，水流紊動從底部進入兩側(cè)無紡布膜組件3所在區(qū)域，無紡布膜組件3底部兩側(cè)有曝氣管5曝氣，使反應(yīng)器中已經(jīng)馴化完成的活性污泥與印染廢水充分混合，在活性污泥中微生物的降解作用下，可以去除部分有機物?；旌弦涸谕ㄟ^無紡布膜組件3的多孔介質(zhì)過濾時，由于濃差極化作用，在無紡布膜組件3表面形成了具有效攔截作用的動態(tài)生物膜。為了使動態(tài)生物膜快速形成并穩(wěn)定，動態(tài)膜形成初期應(yīng)控制曝氣量，以免因曝氣形成的錯流沖刷掉剛剛形成的動態(tài)膜，促進動態(tài)膜的形成。無紡布內(nèi)部的立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)及大量的空隙為微生物的生長提供了良好的棲息點，使得無紡布本身具有物理和生物雙重攔截作用。無紡布過濾介質(zhì)孔徑變小而截留能力增強，截留性能超越了載體無紡布，從而彌補了布孔徑大的不足。當(dāng)出水濁度有明顯下降，并低于10NTU時，可認為動態(tài)膜已初步形成，應(yīng)稍微調(diào)高曝氣量，形成穩(wěn)定的錯流過濾，減少膜污染。動態(tài)生物膜一方面有生物降解作用，另一方面可以取代傳統(tǒng)MBR中的微濾、超濾膜，對顆粒性物質(zhì)有較強的去除作用，甚至可以截留病毒、小分子有機物。反應(yīng)器污泥一部分會進入沉淀池6，使污泥濃度不至于太高，降低了膜污染，根據(jù)實際情況確定是否由排泥系統(tǒng)7排泥，淘汰一部分污泥，使反應(yīng)器內(nèi)污泥保持較高的活性。運行穩(wěn)定后，定期在出水系統(tǒng)8處取樣監(jiān)測出水通量和出水水質(zhì)，當(dāng)膜污染嚴重時，即通量減少到很低時，應(yīng)對膜組件進行清洗，可分為物理清洗和化學(xué)清洗。物理清洗主要通過水力沖刷和機械擦洗，化學(xué)清洗是指用酸溶液和堿溶液浸泡，浸泡時間可根據(jù)具體膜污染情況而定，一般是用酸堿各浸泡I小時。清洗完成后可重新裝入裝置中運行。當(dāng)無紡布膜組件3清洗后清水通量很低，此時膜孔堵塞嚴重，需要更換無紡布膜。應(yīng)用例使用實施例中適用于印染廢水處理的無紡布動態(tài)膜生物反應(yīng)器處理經(jīng)ABR處理的堿減量印染廢水，反應(yīng)器啟動階段的接種活性污泥采自污水處理廠，無紡布膜組件3采用過濾精度為4-6um的聚丙烯無紡布。動態(tài)膜生物反應(yīng)器進水COD為190-260mg/L，pH為6. 5-7. 5，色度為16-30倍。運行過程排泥周期為45天，反應(yīng)器有沉淀池，污泥在生物反應(yīng)區(qū)進行沉淀降低了污泥濃度，從而降低了膜污染。反應(yīng)器運行70min后，動態(tài)膜便形成，曝氣量越大，動態(tài)膜形成時間越長，反應(yīng)器穩(wěn)定運行的亞臨界條件是保持水頭差低于18cm。出水COD低于100mg/L，色度低于10倍，達到紡織印染行業(yè)一級排放標(biāo)準(zhǔn)。
穩(wěn)定運行時無紡布的過濾阻力主要是濾餅層阻力，膜污染易于控制，用水力和機械清洗后，分別用O. lmol/L的HCl溶液和lwt% NaOH溶液浸泡lh，便可使無紡布膜通量恢 復(fù)至未污染時的85% -95%。
權(quán)利要求
1.一種適用于印染廢水處理的無紡布動態(tài)膜生物反應(yīng)器，其特征在于，包括反應(yīng)器主體(2)，反應(yīng)器主體(2)內(nèi)由兩個擋流折流板(4)分成三個區(qū)域，中間區(qū)域連接進水系統(tǒng)(1)，兩側(cè)區(qū)域內(nèi)皆設(shè)有無紡布膜組件(3)，無紡布膜組件(3)的上端連接出水系統(tǒng)(8)，無紡布膜組件(3)的底端兩側(cè)設(shè)有曝氣管，曝氣管連接曝氣系統(tǒng)，反應(yīng)器主體(2)的底端連接沉淀池￠)，沉淀池(6)連接排泥系統(tǒng)(7)。
2.如權(quán)利要求I所述的適用于印染廢水處理的無紡布動態(tài)膜生物反應(yīng)器，其特征在于，所述的無紡布膜組件(3)包括正方體形的膜組件框架以及固定在膜組件框架兩側(cè)的無紡布。
3.如權(quán)利要求I所述的適用于印染廢水處理的無紡布動態(tài)膜生物反應(yīng)器，其特征在于，所述的沉淀池(6)位于反應(yīng)器主體(2)中間區(qū)域的下方。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種適用于印染廢水處理的無紡布動態(tài)膜生物反應(yīng)器，其特征在于，包括反應(yīng)器主體，反應(yīng)器主體內(nèi)由兩個擋流折流板分成三個區(qū)域，中間區(qū)域連接進水系統(tǒng)，兩側(cè)區(qū)域內(nèi)皆設(shè)有無紡布膜組件，無紡布膜組件的上端連接出水系統(tǒng)，無紡布膜組件的底端兩側(cè)設(shè)有曝氣管，曝氣管連接曝氣系統(tǒng)，反應(yīng)器主體的底端連接沉淀池，沉淀池連接排泥系統(tǒng)。本發(fā)明的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、運行費用低、處理效果好、適用于印染廢水處理。
文檔編號C02F3/12GK102627350SQ201210091600
公開日2012年8月8日 申請日期2012年3月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月30日
發(fā)明者葉萌, 徐飛, 李方, 楊林明, 楊波, 王歌, 田晴, 譚娟, 鐘啟俊, 魏爽, 黃禮超 申請人:東華大學(xué)