申请日2017.05.22
公开(公告)日2017.08.04
IPC分类号C02F3/12; B01D61/14; B01D61/18; C02F101/16; C02F101/20; C02F101/30; C02F101/38
摘要
一种重力驱动式超滤生物膜反应器装置及用其处理低温低氨氮废水的方法。本发明涉及一种超滤生物膜反应器装置及用其处理低温低氨氮废水的方法。本发明为了解决目前水处理过程中膜污染严重、填料耗损膜寿命以及能耗和成本较高的问题。装置：包括原液槽、储水池、反应池、收集池、搅拌桨、膜组件、曝气头、气泵、气体流量计、液体流量计、溢流口、排污口、排气口、第一水泵、第二水泵、多个阀门、多个进水口和电子天平。方法：一、将原水用第一水泵抽入储水池，开启搅拌桨;二、将储水池中混匀的出水用第二水泵抽入反应池，由反应池的顶部流入，开启气泵通过曝气头进行曝气，通过改变收集池进水高度控制反应池内压力，完成重力驱动式水处理方法。
权利要求书
1.一种重力驱动式超滤生物膜反应器装置，其特征在于一种重力驱动式超滤生物膜反应器装置包括原液槽(1)、储水池(2)、反应池(3)、收集池(4)、搅拌桨(5)、膜组件(6)、曝气头(7)、气泵(8)、气体流量计(9)、液体流量计(10)、溢流口(11)、排污口(12)、排气口(13)、第一水泵(14)、第二水泵(15)、多个阀门(16)、多个进水口(41)和电子天平(17);
所述原液槽(1)的出水口与第一水泵(14)的入水口通过管道连接，第一水泵(14)的出水口与储水池(2)的入水口通过管道连接;
所述储水池(2)中设置有搅拌桨(5);
所述储水池(2)的出水口与第二水泵(15)的入水口通过管道连接，所述储水池(2)的出水口与第二水泵(15)的入水口之间的管道上设置有阀门(16)，所述第二水泵(15)的出水口与反应池(3)的入水口通过管道连接，所述第二水泵(15)的出水口与反应池(3)的入水口之间的管道上设置有阀门(16);
所述反应池(3)的上部设置有溢流口(11)，溢流口(11)通过管道与储水池(2)连通，溢流口(11)的高度高于储水池(2)内水平面高度;
所述反应池(3)内部设置有膜组件(6)和曝气头(7)，所述曝气头(7)设置于反应池(3)底部，所述膜组件(6)设置于反应池(3)下部且位于曝气头(7)之上;
所述气泵(8)的出气端与曝气头(7)的进气端通过管道连接，气泵(8)和曝气头(7)之间的管道上设置有阀门(16)和气体流量计(9);
所述排污口(12)通过管道与反应池(3)的底部连通，所述排污口(12)和反应池(3)之间的管道上设置有阀门(16);
所述排气口(13)通过管道与膜组件(6)连通，所述排气口(13)和膜组件(6)之间的管道上设置有阀门(16);
所述膜组件(6)的出水口与收集池(4)的进水口(41)通过管道连接，膜组件(6)的出水口和收集池(4)的进水口(41)之间的管道上设置有阀门(16)和液体流量计(10);
所述收集池(4)的筒壁上沿轴线方向设置有多个进水口(41);
所述收集池(4)下方设置有电子天平(17)。
2.根据权利要求1所述的一种重力驱动式超滤生物膜反应器装置，其特征在于所述反应池(3)的入水口设置于反应池(3)的顶部或底部。
3.根据权利要求1所述的一种重力驱动式超滤生物膜反应器装置，其特征在于所述搅拌桨(5)为顶进式搅拌桨。
4.根据权利要求1所述的一种重力驱动式超滤生物膜反应器装置，其特征在于所述膜组件(6)的结构为平板膜、中空纤维膜、管式膜或卷式膜。
5.根据权利要求1所述的一种重力驱动式超滤生物膜反应器装置，其特征在于所述膜组件(6)由超滤渗透膜构成。
6.根据权利要求1所述的一种重力驱动式超滤生物膜反应器装置，其特征在于所述超滤渗透膜为由醋酸纤维素、聚酞胺、聚乙烯醇、聚呱嗦、聚矾、聚醚矾、聚偏氟乙烯、聚丙烯睛和聚醚醚酮中的一种或其中几种混合构成的多孔性膜。
7.根据权利要求1所述的一种重力驱动式超滤生物膜反应器装置，其特征在于所述曝气头(7)距反应池(3)底部80mm～120mm。
8.根据权利要求1所述的一种重力驱动式超滤生物膜反应器装置，其特征在于所述气泵(8)的出气端和曝气头(7)的进气端之间的管道为胶管。
9.根据权利要求1所述的一种重力驱动式超滤生物膜反应器装置，其特征在于所述溢流口(11)距膜组件(6)顶部300mm～400mm。
10.一种利用重力驱动式的超滤生物膜反应器装置处理低温低氨氮废水的方法，其特征在于该方法按以下步骤进行：
一、将氨氮污染的原水用第一水泵(14)以2500L/h～5000L/h的流量从原液槽(1)抽入储水池(2)，开启搅拌桨(5)，设置搅拌桨(5)的转速为100r/s～200r/s;
二、将储水池(2)中混匀的一级出水用第二水泵(15)以500L/h～1000L/h的流量从储水池(2)抽入反应池(3)，由反应池(3)的顶部或底部流入反应池(3)，开启气泵(8)，通过曝气头(7)进行曝气，曝气量为1m3/h～2m3/h，反应池(3)内的一级出水经膜组件(6)渗透进入收集池(4)，通过依次开启收集池(4)筒壁上不同高度的进水口(41)控制反应池(3)内压力由10mbar到40mbar梯度变化，所述膜组件(6)的水通量为5L/m2·h～40L/m2·h，同时反应池(3)内的一级出水经溢流口(11)流回储水池(2)形成循环，完成重力驱动式水处理方法。
说明书
一种重力驱动式的超滤生物膜反应器装置及用其处理低温低氨氮废水的方法
技术领域
本发明涉及一种超滤生物膜反应器装置及用其处理低温低氨氮废水的方法。
背景技术
近年来，随着各种药物、肥料及生活污水等的大量排放，地表水受污染程度日益严重，氨氮、有机污染物质等已经成为水源中重要的污染物,因此,去除水中的氨氮、有机污染物等,已经成为许多地方供水的地方性难题。传统的工艺对氨氮、有机物等的去除率较低,出水难以满足国家对饮用水水质的相关标准的要求。
尤其低温低氨氮浓度水的处理是水处理领域的热点难点问题，低浓度氨氮水很难处理，常常采用投加液氯法等化学方法和生物活性炭滤池生物法，但其处理效率不但有限，而且由于液氯会和氨氮产生化学反应，生成氯胺等对人体有害的物质，而生物活性炭方法由于采用生物特性容易受到温度影响，不仅如此，活性炭对生物富集后导致出水的生物指标超标，威胁饮用水安全。
与此同时，城市地价剧增，水厂的成本风险日益加剧，无论是旧厂改造升级还是新水厂建设都面临土地问题。因此，必须采用一种新型的技术改变目前所面对的困境。
目前，生物滤池技术是近年来常用的饮用水处理技术，主要用于去除水中有机污染物和氮氨，是目前被认为去除氮氨和有机污染物经济有效的方法。但由于地表水水源营养物质相对贫瘠，原水中有机基质、氮氨等污染物的浓度较低，水体中生物量较少，导致对氨氮、耗氧量等代表的污染物去除效率低。因此在地表水处理中一般采用膜生物反应器法，以各种惰性介质作为载体，吸附和负载微生物在溶解氧充分的条件下，发生好氧氧化反应，生物膜上的氨氧化细菌将氨氮转化成硝酸盐，生物膜上的一些异养微生物氧化分解水中的有机物，使水中的有机污染物及微污染物得以去除。
膜生物反应器法去除水中的氨氮、有机物效果较好，但是，对于营养贫瘠的低温低浊水效果还是有限的。不但如此，滤料多采用无烟煤、活性炭、石英砂滤料或几种填料复合使用，但添加滤料不但加大了工艺的经济成本，更由于滤料的存在很大程度上减小了滤膜的寿命，对成本需求及供水安全造成不利影响。但是，在传统的膜反应器应用中，由于膜污染造成膜通量持续下降，工作用压力升高，产水量难以维持，系统能耗增加，为了维持产水量，需要不断对膜进行清洗维护，人力、物力投资巨大，这也直接导致膜使用寿命降低。
发明内容
本发明为了解决目前水处理过程中膜污染严重、填料耗损膜寿命以及能耗和成本较高的问题，提供了一种重力驱动式的超滤生物膜反应器装置及用其处理低温低氨氮废水的方法。
本发明的一种重力驱动式超滤生物膜反应器装置包括原液槽、储水池、反应池、收集池、搅拌桨、膜组件、曝气头、气泵、气体流量计、液体流量计、溢流口、排污口、排气口、第一水泵、第二水泵、多个阀门、多个进水口和电子天平;
所述原液槽的出水口与第一水泵的入水口通过管道连接，第一水泵的出水口与储水池的入水口通过管道连接;
所述储水池中设置有搅拌桨;
所述储水池的出水口与第二水泵的入水口通过管道连接，所述储水池的出水口与第二水泵的入水口之间的管道上设置有阀门，所述第二水泵的出水口与反应池的入水口通过管道连接，所述第二水泵的出水口与反应池的入水口之间的管道上设置有阀门;
所述反应池的上部设置有溢流口，溢流口通过管道与储水池连通，溢流口的高度高于储水池内水平面高度;
所述反应池内部设置有膜组件和曝气头，所述曝气头设置于反应池底部，所述膜组件设置于反应池下部且位于曝气头之上;
所述气泵的出气端与曝气头的进气端通过管道连接，气泵和曝气头之间的管道上设置有阀门和气体流量计;
所述排污口通过管道与反应池的底部连通，所述排污口和反应池之间的管道上设置有阀门;
所述排气口通过管道与膜组件连通，所述排气口和膜组件之间的管道上设置有阀门;
所述膜组件出水口与收集池的进水口通过管道连接，膜组件出水口和收集池的进水口之间的管道上设置有阀门和液体流量计;
所述收集池的筒壁上沿轴线方向设置有多个进水口;
所述收集池下方设置有电子天平。
本发明的一种利用重力驱动式的超滤生物膜反应器装置处理低温低氨氮废水的方法按以下步骤进行：
一、将氨氮污染的原水用第一水泵以2500L/h～5000L/h的流量从原液槽抽入储水池，开启搅拌桨，设置搅拌桨的转速为100r/s～200r/s;
二、将储水池中混匀的一级出水用第二水泵以500L/h～1000L/h的流量从储水池抽入反应池，由反应池的顶部或底部流入反应池，开启气泵，通过曝气头进行曝气，曝气量为1.5m3/h～2m3/h，反应池内的一级出水经膜组件渗透进入收集池，通过依次开启收集池筒壁上不同高度的进水口控制反应池内压力由10mbar到40mbar梯度变化，所述膜组件的水通量为5L/m2·h～40L/m2·h，同时反应池内的一级出水经溢流口流回储水池形成循环，完成重力驱动式水处理方法。
本发明所述运行条件采用上向流进水以及下向流进水不同的方式及速度，并且调控反应池中曝气量，通过调节水流流向及充氧浓度调节反应器及膜组件生物群落的演替及丰富度;
本发明所述氨氮污染的原水为受污染的水源地表水，一般是指地表的湖水、水库水、河流水，及水厂的反冲洗水，其中受污染的水源水中污染物为天然腐殖质、蛋白质类、多聚糖类、内分泌干扰物、新型微污染、重金属或盐分中的一种或其中几种的混合物，水体均以实际水体为准。
本发明所述膜组件的水通量为单位时间内经单位面积超滤渗透膜透过而在低渗透压侧得到的纯水产出量。
本发明原水流入膜组件高渗透压侧，出水从组件膜组件低渗透压侧流出，渗透压力为重力产生，压力大小由溢流口与膜组件之间的水压决定，原水在渗透膜一侧形成错流，通过渗透作用完成水处理。
本发明方法中出水通量通过计算机的自动采集软件自动记录并进行控制。
本发明的有益效果是：
本发明将重力压驱动过程、生物降解过程优势互补而循环利用，实现水体污染物低压去除、膜低污染、无冲洗、废液直接循环饮用，其系统水质品质优于其他压力式膜处理技术、水处理技术。重力驱动超滤膜生物反应器作为废液循环利用单元，将膜技术与生物与技术一体化共同产出饮用水，不但通过简单的工艺手段调节了反应器中不同细菌群落的结构，达到不多的水质目的，更发挥了膜技术的优点，达到国家《生活饮用水卫生标准》。具有除菌、有机物、金属离子效率高、膜污染低、运行周期长、操作自动化、成本低廉等优点。
本发明中重力压超滤膜技术能够高效浓缩地表水，实现地表水直接的一体化循环利用。重力压超滤膜以膜进水口与出水口两侧液面的高差为驱动力，实现水从高水头压向低水头压的自发流动，因其无压或低压运行工况，重力压式驱动超滤膜生物反应器技术能够很好地减轻膜污染，另一方面，由于水利停留时间的延长以及几乎绝对静止的环境，给生物的生存演替提供了巨大空间，反应器中古菌和细菌随着操作条件的变化，发生巨大变化，其中，奇古菌、泉古菌、广古菌的比例变化十分明显，放线菌、变形菌、蓝藻细菌、拟杆菌、厚壁菌、浮霉菌为系统内主要的细菌群体，由于古菌与细菌的比例的变换，同步实现受污水源水一站式的处理。对水源水和海水中天然腐殖质、蛋白质类、多聚糖类、内分泌干扰物、新型微污染物、重金属、盐分等污染物的去除率达90%到以上。
本发明实现了整体模块化，膜使用寿命周期长，降低了耗材损耗，节约了实验成本,且实现了新型一体化的运行方式。