申请日2016.05.18
公开(公告)日2016.10.12
IPC分类号C02F9/14; C02F101/16; C02F101/30
摘要
本发明提供的移动床生物膜反应器‑正渗透‑反渗透复合式废水处理装置，该废水处理装置主要包括调节池、移动床生物膜反应器、曝气泵、曝气管、反渗透膜组件、正渗透膜组件、调节沉淀池、驱动液池、污泥回流泵和控制阀。本发明还提供了使用上述废水处理装置处理含氮有机废水处理方法。由于本发明所述废水处理装置将移动床生物膜反应器与正渗透膜组件和反渗透膜组件有机耦合为一体，能够有效降低膜污染速率、提高废水处理效率，使用本发明所述方法处理废水，能够强化废水处理效果和降低废水处理成本。
权利要求书
1.移动床生物膜反应器-正渗透-反渗透复合式废水处理装置，包括调节池(1)、装有悬浮填料(6)的移动床生物膜反应器(2)、设置在移动床生物膜反应器底部的曝气管(5)、通过管件与曝气管连接的曝气泵(4)、反渗透膜组件(10)，其特征在于还包括正渗透膜组件(7)、调节沉淀池(8)、驱动液池(9)、污泥回流泵(11)和控制阀，
所述移动床生物膜反应器(2)上设有进水口、出水口和回流污泥进口，所述调节沉淀池(8)上设有进水口、出水口、污泥出口和浓水进口，所述正渗透膜组件(7)上设有进水口、浓水出口、驱动液进口和出水口，所述反渗透膜组件(10)上设有进水口、已处理废水排放口和浓缩液出口，所述驱动液池(9)上设有驱动液出口、进水口和浓缩液进口，驱动液池(9)中设置有电导率探头(13)和搅拌器(14);
移动床生物膜反应器(2)的进水口通过管件和第一水泵(3-1)与调节池连接，移动床生物膜反应器(2)的出水口通过管件和第二水泵(3-2)与调节沉淀池(8)的进水口连接，调节沉淀池(8)的出水口通过管件和第三水泵(3-3)与正渗透膜组件(7)的进水口连接，调节沉淀池(8)的污泥出口通过管件和污泥回流泵(11)与移动床生物膜反应器的回流污泥进口连接，正渗透膜组件(7)的出水口通过管件、第五水泵(3-5)及第一控制阀(12-1)、第二控制阀(12-2)分别与驱动液池(9)的进水口和反渗透膜组件(10)的进水口连接，正渗透膜组件(7)的浓水出口通过管件和第四水泵(3-4)与调节沉淀池(8)的浓水进口连接，反渗透膜组件(10)的浓缩液出口通过管件和第七水泵(3-7)与驱动液池(9)的浓缩液进口连接，驱动液池(9)的驱动液出口通过管件和第六水泵(3-6)与正渗透膜组件(7)的驱动液进口连接。
2.根据权利要求1所述移动床生物膜反应器-正渗透-反渗透复合式废水处理装置，其特征在于所述移动床生物膜反应器(2)中设有第一温度控制元件(15-1)和第一液位计(16-1)，所述驱动液池(9)中设有第二温度控制元件(15-2)，所述调节沉淀池(8)中设有第二液位计(16-2)。
3.根据权利要求1或2所述移动床生物膜反应器-正渗透-反渗透复合式废水处理装置，其特征在于还包括计算机控制系统(17)，所述第一水泵(3-1)、第二水泵(3-2)、第三水泵(3-3)、第四水泵(3-4)、第五水泵(3-5)、第六水泵(3-6)、第七水泵(3-7)、污泥回流泵(11)、电导率探头(13)、第一控制阀(12-1)和第二控制阀(12-2)均通过控制线路与计算机控制系统相连，或者所述第一水泵(3-1)、第二水泵(3-2)、第三水泵(3-3)、第四水泵(3-4)、第五水泵(3-5)、第六水泵(3-6)、第七水泵(3-7)、污泥回流泵(11)、电导率探头(13)、第一控制阀(12-1)和第二控制阀(12-2)、第一温度控制元件(15-1)、第二温度控制元件(15-2)、第一液位计(16-1)和第二液位计(16-2)均通过控制线路与计算机控制系统相连。
4.根据权利要求1或2所述移动床生物膜反应器-正渗透-反渗透复合式废水处理装置，其特征在于所述移动床生物膜反应器(2)的出水口处设有防止悬浮填料流失的滤网。
5.根据权利要求1或2所述移动床生物膜反应器-正渗透-反渗透复合式废水处理装置，其特征在于连接曝气管(5)与曝气泵(4)的管件上设有气体流量计(18)。
6.根据权利要求1或2所述移动床生物膜反应器-正渗透-反渗透复合式废水处理装置，其特征在于所述移动床生物膜反应器中悬浮填料(6)的量为移动床生物膜反应器有效容积的40%～60%。
7.一种含氮有机废水处理方法，其特征在于使用权利要求1至6中任一权利要求所述废水处理装置，步骤如下：
①在搅拌下将废水通入调节池(1)中以均和调节池中的水质;
②对移动床生物膜反应器(2)中的悬浮填料(6)进行生物膜培养，生物膜培养结束后，将调节池(1)中的废水输入移动床生物膜反应器中进行处理，所述移动床生物膜反应器(2)采用连续进水、连续排水、连续曝气的方式运行;
③在废水处理装置进行废水处理的启动阶段，向驱动液池(9)中加入水溶性盐或者水溶性小分子糖类的水溶液作为驱动液;将经过移动床生物膜反应器(2)处理的废水连续输入调节沉淀池(8)中，将调节沉淀池中的上清液和驱动液池中的驱动液输入正渗透膜组件中进行正渗透处理，将正渗透处理产生的部分被稀释的驱动液输入反渗透膜组件中进行反渗透处理，将反渗透处理产生的透过液作为处理后的废水排放，将反渗透处理产生的浓缩液和正渗透处理产生的另一部分被稀释的驱动液输入驱动液池中以使驱动液池中驱动液的电导率维持在稳定状态，将正渗透处理产生的浓水输入调节沉淀池中，将调节沉淀池中的污泥输入移动床生物膜反应器中;该步骤中，控制驱动液池中的搅拌器处于搅拌状态。
8.根据权利要求7所述含氮有机废水处理方法，其特征在于所述生物膜的培养方法如下：向移动床生物膜反应器中加入废水和活性污泥，所述废水的COD浓度700～1300mg/L、氨氮浓度为90～150mg/L，所述废水的加入量为移动床生物膜反应器有效容积的50～70%，活性污泥的加入量为每升废水2～3g，然后以间歇曝气的方式运行至废水的COD浓度降至250～500mg/L、氨氮浓度降至10～30mg/L时排出废水;重复上述向移动床生物膜反应器中加入废水、间歇曝气和排出废水的操作直到悬浮填料被生物膜覆盖时结束培养。
9.根据权利要求7或8所述含氮有机废水处理方法，其特征在于控制移动床生物膜反应器(2)中废水的温度为20～30℃，控制驱动液池(9)中驱动液的温度为20～30℃。
10.根据权利要求7或8所述含氮有机废水处理方法，其特征在于步骤②中控制废水在移动床生物膜反应器(2)中的水力停留时间为12～20h，控制曝气操作的曝气量使移动床生物膜反应器(2)中的溶解氧浓度为1～3mg/L。
说明书
移动床生物膜反应器-正渗透-反渗透复合式废水处理装置及含氮有机废水处理方法
技术领域
本发明属于废水处理领域，特别涉及移动床生物膜反应器-正渗透-反渗透复合式废水处理装置及含氮有机废水处理方法。
背景技术
移动床生物膜反应器(Moving Bed Biofilm Reactor，MBBR)，也称悬浮填料生物反应器，应用于以生物膜法为主体工艺的废水生物处理工艺中。MBBR工艺兼具生物流化床和生物接触氧化法两种工艺的优点，具有良好的脱氮除磷效果，近年来受到了越来越多的关注，目前已有将工艺已应用于工业废水和生活污水的处理中的报道。
MBBR工艺的出水中含有较多的悬浮污泥，需要配合沉淀池将悬浮污泥沉淀后才能出水，但MBBR工艺出水中含有的悬浮污泥的沉降性能差，即使经过沉淀池的沉淀，出水水质也难以达标，而且使用MBBR工艺配合沉淀池的处理方式也不利于废水处理效率的提高。为了解决上述工艺因悬浮污泥的沉降性能差而引起出水水质不达标的问题，现有技术采用的是将MBBR工艺与压力驱动式的膜过滤组件结合的膜过滤MBBR工艺，即采用含MBBR和反渗透膜组件的废水处理装置将经过MBBR工艺处理的废水直接通过反渗透膜组件的处理后出水，或者采用含MBBR和其他压力驱动式的膜过滤组件的废水处理装置将MBBR工艺处理的废水通过其他压力驱动式的膜过滤组件的过滤后出水。但是，由于MBBR工艺的出水中含有大量的丝状菌以及大量会堵塞膜孔的微小颗粒物，在压力驱动下，废水中的丝状菌和微小颗粒物会快速地在反渗透膜或者过滤膜上形成致密而厚的滤饼，严重影响废水的处理效率，并且，在工艺运行过程中，需要频繁地停工对膜进行清洗或更换，不但影响工艺的连续运行，进一步降低废水的处理效率，而且会增加运行和维护成本。此外，对于压力驱动式的膜过滤组件，在废水处理过程中需要外加设备或者组件提供膜过滤必备的压力，导致这种将MBBR工艺与压力驱动式的膜过滤组件相结合的工艺的能耗过高，增加运行成本。由于上述原因，这种将MBBR工艺与压力驱动式的膜过滤组件相结合的膜过滤MBBR工艺的实际应用受到了极大的限制。
基于上述技术现状，若能对现有的MBBR工艺或者组合式的MBBR工艺进行改进，提供能有效降低降低膜污染的基于MBBR的废水处理装置及废水处理方法，对于强化现有MBBR工艺的废水处理效果，提高废水处理效率和降低废水处理成本等方面都将产生积极的意义。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供移动床生物膜反应器-正渗透-反渗透复合式废水处理装置及含氮有机废水处理方法，以降低膜污染速率、提高废水处理效率、强化废水处理效果和降低废水处理成本。
本发明提供的移动床生物膜反应器-正渗透-反渗透复合式废水处理装置，包括调节池、装有悬浮填料的移动床生物膜反应器、设置在移动床生物膜反应器底部的曝气管、通过管件与曝气管连接的曝气泵、反渗透膜组件、正渗透膜组件、调节沉淀池、驱动液池、污泥回流泵和控制阀，
所述移动床生物膜反应器上设有进水口、出水口和回流污泥进口，所述调节沉淀池上设有进水口、出水口、污泥出口和浓水进口，所述正渗透膜组件上设有进水口、浓水出口、驱动液进口和出水口，所述反渗透膜组件上设有进水口、已处理废水排放口和浓缩液出口，所述驱动液池上设有驱动液出口、进水口和浓缩液进口，驱动液池中设置有电导率探头和搅拌器;
移动床生物膜反应器的进水口通过管件和第一水泵与调节池连接，移动床生物膜反应器的出水口通过管件和第二水泵与调节沉淀池的进水口连接，调节沉淀池的出水口通过管件和第三水泵与正渗透膜组件的进水口连接，调节沉淀池的污泥出口通过管件和污泥回流泵与移动床生物膜反应器的回流污泥进口连接，正渗透膜组件的出水口通过管件、第五水泵及第一控制阀、第二控制阀分别与驱动液池的进水口和反渗透膜组件的进水口连接，正渗透膜组件的浓水出口通过管件和第四水泵与调节沉淀池的浓水进口连接，反渗透膜组件的浓缩液出口通过管件和第七水泵与驱动液池的浓缩液进口连接，驱动液池的驱动液出口通过管件和第六水泵与正渗透膜组件的驱动液进口连接。
上述废水处理装置中，所述移动床生物膜反应器中设有第一温度控制元件和第一液位计，所述驱动液池中设有第二温度控制元件，所述调节沉淀池中设有第二液位计。
上述废水处理装置中还包括计算机控制系统，所述第一水泵、第二水泵、第三水泵、第四水泵、第五水泵、第六水泵、第七水泵、污泥回流泵、电导率探头、第一控制阀和第二控制阀均通过控制线路与计算机控制系统相连，或者所述第一水泵、第二水泵、第三水泵、第四水泵、第五水泵、第六水泵、第七水泵、污泥回流泵、电导率探头、第一控制阀和第二控制阀、第一温度控制元件、第二温度控制元件、第一液位计和第二液位计均通过控制线路与计算机控制系统相连。
上述废水处理装置中，所述移动床生物膜反应器的出水口处设有防止悬浮填料流失的滤网。
上述废水处理装置中，连接曝气管与曝气泵的管件上设有气体流量计。
上述废水处理装置中，所述移动床生物膜反应器中悬浮填料的量为移动床生物膜反应器有效容积的40%～60%;所述悬浮填料的材质通常为聚乙烯、聚丙烯、改性聚乙烯或者改性聚丙烯，悬浮填料的密度为0.96～0.98g/cm3，悬浮填料被生物膜覆盖后密度与废水的密度接近。
本发明还提供了一种含氮有机废水处理方法，该方法使用上述废水处理装置，步骤如下：
①在搅拌下将废水通入调节池中以均和调节池中的水质;
②对移动床生物膜反应器中的悬浮填料进行生物膜培养，生物膜培养结束后，将调节池中的废水输入移动床生物膜反应器中进行处理，所述移动床生物膜反应器采用连续进水、连续排水、连续曝气的方式运行;
③在废水处理装置进行废水处理的启动阶段，向驱动液池中加入水溶性盐或者水溶性小分子糖类的水溶液作为驱动液;将经过移动床生物膜反应器处理的废水连续输入调节沉淀池中，将调节沉淀池中的上清液(作为正渗透处理的原料液)和驱动液池中的驱动液输入正渗透膜组件中进行正渗透处理，将正渗透处理产生的部分被稀释的驱动液输入反渗透膜组件中进行反渗透处理，将反渗透处理产生的透过液作为处理后的废水排放，将反渗透处理产生的浓缩液和正渗透处理产生的另一部分被稀释的驱动液输入驱动液池中以使驱动液池中驱动液的电导率维持在稳定状态，将正渗透处理产生的浓水输入调节沉淀池中，将调节沉淀池中的污泥输入移动床生物膜反应器中;该步骤中，控制驱动液池中的搅拌器处于搅拌状态。
上述方法中，所述生物膜的培养方法如下：向移动床生物膜反应器中加入废水和活性污泥，所述废水的COD浓度700～1300mg/L、氨氮浓度为90～150mg/L，所述废水的加入量为移动床生物膜反应器有效容积的50～70%，活性污泥的加入量为每升废水2～3g，然后以间歇曝气的方式运行至废水的COD浓度降至250～500mg/L、氨氮浓度降至10～30mg/L时排出废水;重复上述向移动床生物膜反应器中加入废水、间歇曝气和排出废水的操作直到悬浮填料被生物膜覆盖时结束培养。
上述方法中，控制移动床生物膜反应器中废水的温度为20～30℃，控制驱动液池中驱动液的温度为20～30℃。
上述方法中的步骤②中，控制废水在移动床生物膜反应器中的水力停留时间为12～20h，控制曝气操作的曝气量使移动床生物膜反应器中的溶解氧浓度为1～3mg/L。
上述方法的步骤②中，在废水处理装置进行废水处理的启动阶段，向驱动液池中加入水溶性盐或者水溶性小分子糖类的水溶液的浓度通常为1～2mol/L，常用的水溶性盐为NaCl、MgCl2、Al2SO4、NH4HCO3，常用的小分子糖类为葡萄糖或者果糖;通过控制输入驱动液池中被稀释的驱动液的量来控制驱动液池中驱动液的电导率维持在稳定状态，电导率维持在稳定状态是指：控制驱动液池中驱动液的电导率波动范围为启动阶段向驱动液池中加入水溶性盐或者水溶性小分子糖类的水溶液的电导率的±5%以内。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1.本发明提供的移动床生物膜反应器-正渗透-反渗透复合式废水处理装置是一种新型结构的基于移动床生物膜反应器的废水处理装置，由于该装置将移动床生物膜反应器与正渗透膜组件和反渗透膜组件有机结合，由于正渗透膜组件工作时，在膜两侧渗透压的驱动下，水能自发地从膜的一侧迁移到膜的另一侧，由于无需外加压力进行驱动，因而膜污染程度和速率都比现有的外加压力驱动的膜过滤组件明显更低，而且还具有降低能耗的优势，本发明通过将正渗透和反渗透膜组件进行耦合，不但有效改善了膜污染的问题，而且将反渗透膜组件处理产生的浓缩液返回用于保持驱动液的浓度，实现了浓缩液的再利用。
2.本发明所述废水处理装置中，由于MBBR反应器处理废水本身具有耐冲击负荷和高效的特点，加之正渗透膜组件对有机物、氮、磷等营养物质和重金属等具有较高的截留率，能对MBBR反应器的出水进行进一步的净化，有效减少废水中的微小颗粒物，因此将二者结合不但能强化废水处理效果，而且将正渗透膜组件的出水作为反渗透膜组件的进水，还能有效避免反渗透膜组件的膜污染问题，从而有利于提高废水处理效率和降低运行成本。
3.根据实际处理需求，本发明所述废水处理装置既能实现手动控制，又能能实现自动控制，控制方式方便灵活，使用方便，易于推广应用。
4.本发明还提供了一种处理废水的新方法，该方法使用本发明所述废水处理装置，将MBBR工艺、正渗透工艺和反渗透工艺有机地耦合在一起，不但能有效解决现有外加压力驱动式膜过滤MBBR工艺的膜污染速率过快和膜污染程度严重的问题，而且能近一步强化废水处理效果，实现废水的达标排放，此外，本发明所述方法还具有运行成本低的优势。
5.实验表明，采用本发明所述方法对化学需氧量为800～1100mg/L、氨氮浓度为65～95mg/L的废水进行处理，出水的化学需氧量可降至12～20mg/L、氨氮浓度可降至0.5～1.5mg/L(见实施例3、4)，对含氮有机废水处理效果良好。
6.本发明所述方法的操作简单，可控性好，有利于推广应用。