申请日2010.12.01
公开(公告)日2011.04.06
IPC分类号C02F3/30; C02F9/14
摘要
本发明公开了一种膜生物反应器在工业废水中的处理工艺，包括下述两个阶段：一、连续进出水及曝气阶段：向膜生物反应器内连续进水并连续抽水，同时进行曝气，运行一段时间后进入下一阶段;二、空曝阶段：关闭进出水，继续曝气，曝气所形成细小气流对膜生物反应器内膜组件的膜片进行冲刷，此阶段运行一段时间后重复第一阶段。由于增加了空曝过程，空曝形成的气流可以对膜片进行冲刷，可以缓解膜污染，对膜通量的恢复有明显作用。本发明还公开了一种新型膜生物反应器(MBR)，该新型MBR与传统MBR相比增加了布气管，由布气管上的布气孔实现空曝曝气。
权利要求书
1.一种膜生物反应器在工业废水中的处理工艺，其特征在于包括下述两个阶段：
一、连续进出水及曝气阶段：
向膜生物反应器内连续进水并连续抽水，同时进行曝气，运行一段时间后进入下一阶段;
二、空曝阶段：
关闭进出水，继续曝气，曝气所形成细小气流对膜生物反应器内膜组件的膜片进行冲刷，此阶段运行一段时间后重复第一阶段。
2.根据权利要求1所述膜生物反应器在工业废水中的处理工艺，其特征在于：所述第一阶段与第二阶段之间还增加有二、缺氧阶段，关闭进出水与曝气，使活性污泥处于缺氧状态，运行一段时间后进入空曝阶段。
3.根据权利要求1或2所述膜生物反应器在工业废水中的处理工艺，其特征在于：所述的空曝阶段由膜生物反应器原有的曝气管进行空曝曝气。
4.根据权利要求2所述膜生物反应器在工业废水中的处理工艺，其特征在于：所述三个阶段的最佳运行时长为：连续进出水及曝气阶段120-180分钟，缺氧阶段60-120分钟，空曝阶段10-30分钟。
5.一种新型膜生物反应器，在水槽之内设置有膜组件，膜组件包括膜片及膜片内形成的透析液通道;在水槽的下方设有与水槽相通的进水管，上方设有与透析液通道相通的透析出水管;水槽的底部还设置有曝气管，该曝气管上设有若干曝气孔;其特征在于：所述的水槽内增加有布气管，该布气管上开有若干布气孔，该布气孔位于膜片的下方或者侧边。
说明书
新型膜生物反应器及其在工业废水中的处理工艺
技术领域
本发明涉及一种工业废水处理设备及处理方法，尤指一种新型膜生物反应器及其在工业废水中的处理工艺。
背景技术
膜生物反应器(MBR)是膜分离技术与生物反应器相结合的一种新技术。膜分离技术就是利用某种特殊的半透膜对液体中的不同成分进行选择性分离、浓缩或提纯的技术方法，是物化处理方法的一种。生物反应器是利用活性污泥中的微生物对废水中的有机污染物进行降解以达到处理污水的技术方法。因此，膜生物反应器是生化处理法和物化处理方法的一种典型结合。20世纪60年代美国学者最先将活性污泥工艺与膜分离技术结合并应用于废水中有机污染物的去除，随后膜生物反应器以其能够有效地延长污泥固体停留时间，增加污泥浓度的特点引起了水处理领域学者的广泛关注。
生物反应器与膜组件有各自特殊的功能：①在生物反应器中可降解有机污染物被微生物分解;②膜组件过滤废水时把微生物截留在废水中，膜对悬浮颗粒构成一道物理屏障，使得活性污泥可被生物反应器循环利用而且出水无悬浮颗粒、细菌和病毒。
膜组件分两种配置类型：内置式和外置式。外置式的过滤是在压力作用下，膜组件对混合液进行过滤;而内置式膜组件则浸没在曝气池中，通过抽吸作用对废水进行过滤。外置式膜生物反应器的膜通量一般在50-120L/(h·m2)，跨膜压差在1-4bar之间。内置式膜生物反应器的渗透通量在10-50L/(h·m2)，跨膜压力大约是0.5bar。由于不需要循环泵，曝气生成一个切向流动的液体膜，运行条件较为简单，跨膜阻力值和切向速度较低，内置式膜生物反应器能耗相对较低。
膜生物反应器比传统活性污泥处理系统的优势在于：①传统二沉池被膜组件取代。膜组件结构紧凑，而且稳定的出水水质与变化的污泥沉降速度无关。②膜生物反应器可承载的微生物量比传统的处理系统高。Jefferson等人利用20g/L的生物量处理废水;Yamamoto等人利用30g/L处理。而传统工艺利用的生物量浓度少于5g/L以避免生物絮体的集中沉降。除了可以避免生物絮体集中沉降，MBR生物降解更彻底，处理效率更高。不过，Lubbecke等人指出，增加生物浓度会导致氧传质速率的减小，而这有取决于所处理废水与反应器的类型。膜生物反应器其它方面的优势在于：
1、由于高浓度的生物量可以停留在反应器中，曝气池容量也可以相应减小。
2、污泥的处置有一定难度，而污泥产量减少2-3倍，从而降低了运行成本的。
3、膜生物反应器在工业废水处理中广泛应用，因为废水可以直接在现场处理，使水再利用，减少用水量，从而降低制造成本。
与传统活性污泥法不同，膜生物反应器利用膜分离，把所有生物完全截留在生物反应器内，从而控制和延长了污泥停留时间，使污泥停留时间不受水力停留时间影响，高的污泥停留时间增加了污泥浓缩和有机负荷，因此提高了污染物的降解率。
传统膜生物反应器(板式膜)的结构示意图如图1所示，其在水槽1之内设置有膜组件2，该膜组件2包括板框21及设置在板框21上的若干过滤膜板22，过滤膜板22上设有两片膜片，两片膜片之间形成透析液通道。在水槽1的下方设有与水槽相通的进水管3，上方设有与过滤膜板22内部透析液通道相通的透析出水管4。在水槽1的底部还设置有曝气管5，该曝气管5上设有若干曝气孔，且该曝气管5与一气泵(图中未示出)相连。所述水槽1的下方还设置有一排泥管6。
所述膜生物反应器的运行过程为：在水槽1内放入活性污泥，然后向水槽1内连续进水并连续抽水，同时打开气泵进行曝气。在运行过程中，活性污泥中的微生物可对废水内的有机污染物进行降解，降解后的废水再透过过滤膜板22上的膜片进行过滤分离，所得透析液从出水管4排出。曝气的作用是使活性污泥更均匀的充满于水槽内，而不是沉淀于水槽底部，使微生物充分与污水接触，得到更好的处理效果。
传统膜生物反应器的运行方式若为连续式运行，膜片污染较为严重，膜通量下降很快，要经常更换过滤膜板。为此，传统膜生物反应器运行方式大都为间歇抽吸式或间歇曝气式等，在间歇过程中，可以在一定程度上减轻膜污染，但是膜通量的下降还是较为明显且无恢复。
而且，传统膜生物反应器在脱氮除磷中，没有很好的应用效果，尤其在印染废水等高浓度难降解废水处理中，对总氮的去除更是难以达到排放标准。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种新型膜生物反应器及其在工业废水中的处理工艺，该处理工艺以及新型的膜生物反应器可以缓解膜污染，使膜通量在一定程度下得到恢复，以延长膜组件的使用寿命。
本发明所要解决的另一技术问题在于提供一种膜生物反应器在工业废水中的处理工艺，该处理工艺可以提高处理印染厂废水、工厂精整废水等高浓度难降解废水的处理效率，提高总氮去除率，使出水水质达到循环冷却水标准，实现污水资源化。
为解决上述技术问题，本发明的技术解决方案是：
一种膜生物反应器在工业废水中的处理工艺，包括下述两个阶段：
一、连续进出水及曝气阶段：
向膜生物反应器内连续进水并连续抽水，同时进行曝气，运行一段时间后进入下一阶段;
二、空曝阶段：
关闭进出水，继续曝气，曝气所形成细小气流对膜生物反应器内膜组件的膜片进行冲刷，此阶段运行一段时间后重复第一阶段。
一种膜生物反应器在工业废水中的处理工艺，包括下述三个阶段：
一、连续进出水及曝气阶段：
向膜生物反应器内连续进水并连续抽水，同时进行曝气，运行一段时间后进入下一阶段;
二、缺氧阶段：
关闭进出水与曝气，使活性污泥处于缺氧状态，运行一段时间后重复第一阶段。
三、空曝阶段：
打开曝气，令曝气所形成的气流冲刷膜生物反应器内膜组件的膜片，运行一段时间后重复第一阶段。
所述的空曝阶段由膜生物反应器原有的曝气管进行空曝曝气。
所述三个阶段的最佳运行时长为：连续进出水及曝气阶段120-180分钟，缺氧阶段60-120分钟，空曝阶段10-30分钟。
一种新型膜生物反应器，在水槽之内设置有膜组件，膜组件包括膜片及膜片内形成的透析液通道;在水槽的下方设有与水槽相通的进水管，上方设有与透析液通道相通的透析出水管;水槽的底部还设置有曝气管，该曝气管上设有若干曝气孔;所述的水槽内增加有布气管，该布气管上开有若干布气孔，该布气孔位于膜片的下方或者侧边。
所述的空曝阶段由所述的布气管进行空曝曝气。
采用上述方案后，本发明所述处理工艺与传统MBR处理工艺相比，具有以下优点：
1.本发明所述的工艺增加了空曝过程，一方面形成间歇式进出水，使得膜通量能在较长一段时间内保持稳定;另一方面空曝形成的气流可冲刷膜片，使部分污染物脱离膜片，对膜通量的恢复有明显作用，整个过程膜通量下降率为10.9%，平均通量为9.58L/(h·m2);
2.MBR设备中在膜片下方加入了一根布气管，作用是加入空曝过程，使得膜片在细小气泡的冲刷下，污染得到缓解，通量得到恢复。
3.本发明所述工艺还可加入缺氧过程，使得活性污泥中的微生物有适当的条件与时间进行硝化与反硝化，可以提高总氮去除率，传统无缺氧过程工艺TN去除率仅为63.1%，而本工艺TN去除率可达到80.2%，因此采用本该处理工艺可以提高处理印染厂废水、工厂精整废水等高浓度难降解废水的处理效率，使出水水质达到循环冷却水标准，实现污水资源化。
4.以印染废水为例，由于MBR在废水脱色方面效果不佳，经MBR处理后的出水可再经过微电解，色度基本可以完全去除，且经过组合处理之后，COD去除率可达96%以上，TN去除率可达90%以上。