一种使用好氧颗粒污泥的自生动态膜生物反应器

摘要

本发明提供了一种使用好氧颗粒污泥的自生动态膜生物反应器，其特征在于：包括反应器，反应器顶部通过计量泵与进水箱连接，两块折流板平行设于反应器内，两块折流板之间下部设有多孔托板；曝气管一端设于两块折流板之间，曝气管另一端与风机连接；两块折流板外侧设有膜组件，膜组件与出水管连接；反应器底部设有污泥沉淀池，反应器上部设有溢流管。本发明提供的装置克服了现有技术的不足，结合了自生动态膜生物反应器和好氧颗粒污泥技术，具有易操作、能承受高有机负荷、处理效果好且稳定的特点，并极大地减少了自生动态膜的污染状况。

说明书

技术领域

本发明涉及一种使用好氧颗粒污泥的自生动态膜生物反应器，属于污水处理 技术领域。

背景技术

目前，好氧颗粒污泥(Aerobic Granular Sludge，AGS)是微生物在特定的环 境条件下通过自凝聚作用形成的颗粒状活性污泥，其中包含的微生物均为常见的 物种，它们由于生理上的相互依赖作用而构成了一种稳定密实的结构。众所周知， 在污水处理中好氧生物处理工艺远比厌氧生物处理工艺应用普遍，但对好氧颗粒 污泥的研究却明显滞后于厌氧颗粒污泥。厌氧颗粒污泥的优良性引发了研究者对 在好氧条件下培养颗粒污泥的兴趣，人们对好氧颗粒污泥的研究是建立在厌氧颗 粒污泥的基础之上。

在1991年Mishima和Nakamure在好氧上流式污泥床(AUSB，Aerobic  Upflow Sludge Blanket)中首次发现具有良好沉淀性能、粒径在2～8mm之间的 好氧颗粒污泥，就引起了全世界的广泛关注。

好氧颗粒污泥相比于传统的絮状污泥和厌氧颗粒污泥具有如下特点：

(1)好氧颗粒污泥具有良好的沉降性能，出水不需要设置沉淀池，大大减 少了处理设施的工程投资和造价。

(2)好氧颗粒污泥颗粒机械强度高，不易因水流剪切力和内部产气等原因 破碎而造成污泥流失。

(3)好氧颗粒污泥的结构密实，单位体积污泥所含的生物量大，不仅可以 保护到对环境较为敏感的细菌(如硝化菌)，使其被有毒物质的影响减弱，还可 以耐受较强的冲击负荷，从而可以提高系统处理效率和稳定性；

(4)好氧颗粒污泥启动周期比厌氧颗粒污泥短，同时可以在常温下培养；

(5)好氧颗粒污泥在处理低浓度有机废水(如城市生活污水)时相比厌氧 颗粒污泥有较大优势，而且在处理高浓度有机废水时去除率较高不需要后续处 理：

(6)好氧颗粒污泥具有较强的脱氮除磷能力。在好氧颗粒污泥内由于传质 的关系同时存在多种氧环境，为不同性质的微生物提供了各自适宜的生存环境。 因此可以单独或同时实现脱氮除磷。

膜生物反应器(Membrane Bio-Reactor，MBR)为膜分离技术与生物处理技 术有机结合的新型态污水处理系统。它以膜组件取代传统生物处理技术末端的二 沉池，在生物反应器中保持较高的污泥浓度，提高生物处理的有机负荷，从而减 少污水处理设施的占地面积。其主要利用沉浸于好氧生物池之内的膜分离设备截 留活性污泥与大分子有机物。膜生物反应器因其有效的截留作用，可保留世代周 期较长的微生物，可实现对污水深度净化。

膜生物反应器由膜组件和生物反应器两部分组成，根据这两部分的结合方式 划分，可分为外置式和浸没式两大类。外置式膜生物反应器指生物反应器的混合 液经泵增压后进入膜组件，在压力的作用下混合液中的液体透过膜，成为系统处 理水；固体和大分子物质等则被膜截留，随浓缩液回流到生物反应器内。浸没式 膜生物反应器指将膜组件置于反应器内，通过真空泵或其它类型泵抽吸，得到过 滤液。

膜生物反应器与传统生物处理技术相比，有以下主要特点：处理效率高、出 水水质好、设备紧凑、占地面积小、易实现自动控制、运行管理简单。要使得 MBR真正推广应用，最重要的是要克服膜污染，增加膜通量，延长膜寿命。

动态膜生物反应器是传统的MBR技术与膜技术相结合的新工艺，是在MBR 的基础上提出来的，根据动态膜的形成原理的不同，将动态膜生物反应器分为“自 生动态膜生物反应器”和“预涂动态膜生物反应器”。预涂动态膜通常先用多孔 支撑体过滤含有成膜物质的溶液，待动态膜在其表面形成后，再用它来过滤被处 理溶液。自生动态膜则是在过滤被处理溶液时由溶液中的物质在多孔支撑体表面 形成。自生动态膜的成膜物质是活性污泥，而预涂动态膜的成膜物质是MnO₂、 活性炭粉末等物质。动态膜的膜基材通常为工业滤布、尼龙筛绢、无纺布、不锈 钢丝网、陶瓷、烧结玻璃、烧结金属等。

动态膜生物反应器是选择廉价的微网材料来替代微滤或超滤膜膜材料加工 成过滤组件并建立生物反应器，与传统的MBR相比，动态膜生物反应器除了具 有传统MBR的主要优点以外，还具有以下几个方面的优势：

(1)基建和维护费用低：微网材料的价格远远低于昂贵的超滤、微滤膜材 料；

(2)膜通量大：动态膜采用较大孔径的微网材料，基膜阻力小。

(3)运行费用低：微网材料的过滤阻力小，不需要在泵的作用下抽水，依 靠反应器较小的水位差下就可以自流出水，能耗低；

(4)膜污染较容易清除：动态膜较容易从膜材料表面分离，清洗时连同所 吸附的污染物质及微生物代谢产物一同被洗脱，使得膜通量得到有效的恢复。

尽管如此，动态膜生物反应器还是存在诟病，即膜污染。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种易操作、能承受高有机负荷、处理效果 好且稳定，并极大地减少了自生动态膜的污染的使用好氧颗粒污泥的自生动态膜 生物反应器。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是提供一种使用好氧颗粒污泥的 自生动态膜生物反应器，其特征在于：包括反应器，反应器顶部通过计量泵与进 水箱连接，两块折流板平行设于反应器内，两块折流板之间下部设有多孔托板； 曝气管一端设于两块折流板之间，曝气管另一端与风机连接；两块折流板外侧设 有膜组件，膜组件与出水管连接；反应器底部设有污泥沉淀池，反应器上部设有 溢流管。

优选地，所述反应器与计量泵连接的管路上设有阀门。

优选地，所述曝气管另一端与所述风机连接的管路上设有气体流量计。

优选地，所述膜组件与出水管连接的管路上设有液位控制器。

优选地，所述污泥沉淀池底部连接排泥管。

优选地，所述膜组件为自生动态膜。

本发明提供的使用好氧颗粒污泥的自生动态膜生物反应器，将整个反应器分 成三个隔室，反应器中的三个隔室中，中间的隔室为好氧状态，微生物在其中实 现对大部分污染物的降解，两侧的隔室中只有少量的悬浮微生物，因此也大大减 轻了对膜的污染，同时通过内循环可以实现对膜表面的冲刷作用，亦可以减轻膜 的污染。而且由于两侧隔室中并不曝气，为较低的溶解氧状态，反应器中低溶解 氧和高溶解氧的交替状态，有利于污染物的去除；同时在好氧、厌氧交替改变的 环境下，微生物的表观产率系数减少，从而可以达到降低污泥产量的目的。

本发明提供的装置克服了现有技术的不足，结合了自生动态膜生物反应器和 好氧颗粒污泥技术，具有易操作、能承受高有机负荷、处理效果好且稳定的特点， 并极大地减少了自生动态膜的污染状况。

附图说明

图1为本发明提供的使用好氧颗粒污泥的自生动态膜生物反应器示意图；

图2为图1中A-A剖面图；

图3为图1中B-B剖面图。

具体实施方式

为使本发明更明显易懂，兹以一优选实施例，并配合附图作详细说明如下。

图1为本发明提供的使用好氧颗粒污泥的自生动态膜生物反应器示意图，所 述的使用好氧颗粒污泥的自生动态膜生物反应器包括反应器，结合图2和图3， 反应器顶部通过计量泵2与进水箱1连接，反应器与计量泵2连接的管路上还装 有阀门3。两块折流板8平行设于反应器内，将整个反应器分成三个隔室。两块 折流板8之间下部设有多孔托板9。曝气管5一端设于两块折流板8之间，另一 端与风机7连接。曝气管5另一端与风机7连接的管路上还装有气体流量计6。 两块折流板8外侧设有膜组件10，膜组件10通过液位控制器4与出水管12连 接。反应器底部设有污泥沉淀池11，污泥沉淀池11底部连接排泥管13。反应器 上部设有溢流管14。

本发明提供的使用好氧颗粒污泥的自生动态膜生物反应器，整个装置为一体 式反应器，包括进水系统、出水系统、控制系统、曝气系统和膜组件。废水进入 本反应器后，先经过好氧颗粒污泥的生物处理，实现对废水中大部分污染物的降 解，最后通过自生动态膜截留出水中的悬浮物和胶体等物质。

反应器中设置两块折流板，将整个反应器分成三个隔室，在中间隔室设置曝 气系统，氧气由风机提供，通过中间隔室的曝气作用即提供了溶解氧，也提供了 在整个反应器内形成内循环的动力。可以通过系统内溶解氧浓度与风机电机变频 器或者管路阀门开度的联动实现对风机供气量的自动控制，为中间隔室提供了溶 解氧。通过液位控制装置控制自生动态膜生物反应器内的液位不高于折流板，利 用曝气系统形成的提升力实现整个反应器内部的循环。

两边的隔室中放入膜组件，不设置曝气系统，通过内循环实现对膜表面的冲 刷作用以减轻膜污染。中间隔室底部设置多孔承托板，用于承托好氧颗粒污泥， 好氧颗粒污泥通过空气的冲涮、筛选作用实现其稳定性。好氧颗粒污泥仅存在于 中间隔室，好氧颗粒污泥可以使整个反应器保持较高的污泥浓度。反应器底部设 置污泥沉淀池，筛选出来的惰性污泥通过内循环的作用进入污泥沉淀池，通过定 期排泥可以保持整个系统的活性。

反应器中的三个隔室中，中间的隔室为好氧状态，微生物在其中实现对大部 分污染物的降解，两侧的隔室中只有少量的悬浮微生物，因此也大大减轻了对膜 的污染，同时通过内循环可以实现对膜表面的冲刷作用，亦可以减轻膜的污染。 而且由于两侧隔室中并不曝气，为较低的溶解氧状态，反应器中低溶解氧和高溶 解氧的交替状态，有利于污染物的去除：同时在好氧、厌氧交替改变的环境下， 微生物的表观产率系数减少，从而可以达到降低污泥产量的目的。反应器中的膜 组件为自生动态膜，膜组件为可拆卸的，膜基材为无纺布但不仅限于无纺布；自 生动态膜组件出水采用重力自流出水(但不仅限于重力流出水)，可以降低能源 消耗，节省动力。反应器内的多孔托板孔小而密集，既能保证水的通过，又能保 证好氧颗粒污泥不落入沉淀池。

本装置运行时，进水由计量泵提升进入反应器，膜组件采用重力自流出水， 并通过反应器液位高度的变化控制对膜的清洗频次。

下面以某印染厂使用实例验证本发明提供的使用好氧颗粒污泥的自生动态 膜生物反应器的使用效果。

某印染厂产生的碱减量印染废水经厌氧折板流反应器(ABR)处理后，出水 中仍含有大量的胶状物质和悬浮物，化学需氧量仍然较高，，具体水质如表，1。

表1碱减量印染废水经过厌氧ABR处理后的水质指标

经前置厌氧折板流反应器(ABR)处理后的碱减量印染废水由计量泵2从进 水箱1中提升至反应器的中间隔室中。调节计量泵2的进水流量，将水力停留时 间保持在24h左右；通过气体流量计6调节曝气系统强度，保持反应器中的溶解 氧在2.0～2.5mg／L；好氧颗粒污泥置于多孔托板9上，保持反应器内污泥浓度约 5000mg／L并通过液位控制器4将整个反应器内的液位控制在折流板8以下。在 曝气管5、风机7和折流板8的共同作用下，整个反应器内形成内部循环流动， 碱减量印染废水在内循环的作用下交替实现好氧一厌氧一好氧，好氧颗粒污泥中的 微生物以及各类悬浮的微生物利用碱减量印染废水中的污染物质(主要是TA) 作为自身新陈代谢的营养物质，从而达到对污水的净化处理作用。

，在运行过程中，部分细小的好氧颗粒污泥及悬浮微生物逐渐在膜组件10上 吸附沉积，形成动态膜。碱减量印染废水经过微生物处理后通过浸没在反应器内 的自生动态膜组件10出水，将大部分胶体物质和悬浮物截留在反应器内，过滤 后的水自出水管12通过重力自流而出。

当反应中的液位无法通过液位控制器4控制时(即反应器中的液位已经高于 折流板8)，即认为自生动态膜已经严重污染，反应器的一个运行周期结束。受 污染的膜组件10将从反应器中取出，通过物理、化学等方式进行清洗后再利用。 好氧颗粒污泥经空气冲刷、筛选分离的惰性污泥经内循环的作用进入污泥沉淀池 11，并在好氧颗粒污泥自生动态膜生物反应器的一个运行周期结束后通过排泥管 13排出。

经前置厌氧折板流反应器(ABR)处理后的碱减量印染废水经好氧颗粒污泥 自生动态膜生物反应器处理后的水质如表2：

表2好氧颗粒污泥自生动态膜生物反应器出水水质指标

本发明采用好氧颗粒污泥与自生动态膜生物反应器联合工艺来处理废水，一 方面可以减轻传统膜生物反应器的诟病一膜污染，另一方面既能使好氧颗粒污泥 在反应器内保持稳定的形态，又能通过整个反应器的内循环使得好氧颗粒污泥对 污水有良好的处理效果。

好氧颗粒污泥的自生动态膜生物反应器，与传统的自生动态膜生物反应器相 比，利用了好氧颗粒污泥沉降性好、抗冲击能力强、集不同性质的微生物于一体 等特点，与自生动态膜生物反应器联用，具有易操作、能承受高有机负荷、处理 效果好且稳定等特点，并极大的减少了自生动态膜的污染状况。

本发明抗冲击负荷能力强、处理效果稳定良好，可用于处理生活污水、高含 盐废水以及高浓度有机废水等，特别是在印染废水的处理中具有良好的优势；同 时其操作简单，运行周期长，运行成本低，可以降低企业运行成本，实现企业的 可持续发展，有良好的应用前景。