申请日2018.07.06
公开(公告)日2018.11.09
IPC分类号C02F9/14
摘要
一种复合生物膜法与生物反应器的污废水处理方法，污废水依序由复合生物膜法工艺、布生物反应器工艺及微滤膜过滤器工艺进行组合处理后达标出水;同时由在线清洗工艺对复合生物膜法工艺的包括反应填料载体、吸附过滤填料载体及过滤膜芯组件在内的复合生物膜组件、布生物反应器工艺的MBR膜反应组件及微滤膜过滤器工艺的微滤膜芯组件进行清洗等，本发明具有占地小、流程简单、出水水质高、污泥停留时间长、污染泥产率低，能合理高效和稳定地对低中高浓度有机污废水与难降解污废水进行有序连续性、循环周期性、推流渐进性及布置紧凑性的达标处理，MBR膜反应组件的制造成本及其工程造价均偏低、工程运行成本低及性价比高等显著优点。
权利要求书
1.一种复合生物膜法与生物反应器的污废水处理方法，其特征是，污废水依序由复合生物膜法工艺、布生物反应器工艺及微滤膜过滤器工艺进行组合处理后达标出水;同时由在线清洗工艺对复合生物膜法工艺的包括反应填料载体、吸附过滤填料载体及过滤膜芯组件在内的复合生物膜组件、布生物反应器工艺的MBR膜反应组件及微滤膜过滤器工艺的微滤膜芯组件进行清洗，复合生物膜组件与MBR膜反应组件及微滤膜芯组件采用一体式装置，使其具备定期离线清洗的功能。
2.根据权利要求1所述的一种复合生物膜法与生物反应器的污废水处理方法，其特征是，复合生物膜法工艺环节由反应池(5)及设在反应池中的装置和过滤池(10)及其设在过滤池中的装置组合构成，设在反应池(5)中的装置内设有反应填料载体(5.1)、吸附过滤填料载体(5.2)，其中反应填料载体(5.1)包括上膜Ⅰ、中膜Ⅱ、下膜Ⅲ，吸附过滤填料载体(5.2)对称地设置于反应填料载体(5.1)之间或中间的位置;反应池(5)的吸附过滤填料载体(5.2)连通过滤池(10)，过滤池的膜采用孔径>38um组合式工业滤布膜,过滤池的膜由过滤膜芯组件(10.1)组合构成;反应填料载体(5.1)结构为：下膜Ⅲ由带刚性的孔板或格栅联接所组合构成的传质和支撑装置Ⅲ1与Ⅲ3、中间设置悬浮型生物填料载体Ⅲ2所组合构成，中膜Ⅱ由有一定密度还带刚性的孔板或格栅联接所组合构成的传质和支撑装置Ⅱ1与Ⅱ3=Ⅲ1、而Ⅱ3用于支撑和均匀布水气至上层设置悬挂式生物膜组合填料载体Ⅱ2所组合构成，上膜Ⅰ由有一定密度还带刚性的孔板或格栅联接所组合构成的传质和支撑装置Ⅰ1与Ⅰ3=Ⅱ1、中间设置有一定密度的聚乙稀膜或聚丙稀膜的填料载体Ⅰ2所组合构成;吸附过滤填料载体(5.2)结构为：采用由带刚性的孔板或格栅的传质和支撑装置为钢骨架(5.2.2)，并在钢骨架(5.2.2)内腔填充吸附过滤填料(5.2.1)，并形成有一定密度的特制迷宫网状型的无机物或有机物的吸附过滤填料载体(5.2);反应池(5)的吸附过滤填料载体(5.2)连通过滤池(10)的膜孔径>38um的过滤膜芯组件(10.1)，过滤膜芯组件(10.1)由膜孔径>38um的过滤膜芯(10.1.1)与钢支撑架(10.1.2)组合构成，而膜孔径>38um的过滤膜芯(10.1.1)结构为：采用由带刚性的孔板或格栅的传质和支撑装置为钢骨架(10.1.1.2)，并在钢骨架(10.1.1.2)上紧密缠绕工业滤布(10.1.1.1)至少2层所重叠堆积组合构成膜孔径>38um的过滤膜芯(10.1.1)，同时两个过滤膜芯组件(10.1)的正立面结构具备与吸附过滤填料(5.2)的立面前后两端头的配合处有柔韧特性，进而保证了能对配合处进行过盈的密封配合。
3.根据权利要求1所述的一种复合生物膜法与生物反应器的污废水处理方法，其特征是，在布生物反应器工艺环节中，其生物反应池(14)中设置的反应装置包括浸没于该池水中的膜反应组件，其膜孔径为10um-38um，材料采用组合式工业滤布膜，其膜由MBR膜反应组件(14.1)组合构成。
4.根据权利要求1所述的一种复合生物膜法与生物反应器的污废水处理方法，其特征是，在微滤膜过滤器工艺环节中，设在微滤膜过滤池(15)中的装置包括微滤膜芯组件(15.1)，所述生物反应池(14)的MBR膜反应组件(14.1)连通微滤膜过滤池(15)中的微滤膜组件(15.1)，微滤膜过滤池(15)中的膜孔径为0.1um-10um的微滤膜组件(15.1)，材料采用组合式工业滤布膜。
5.根据权利要求1或4所述的一种复合生物膜法与生物反应器的污废水处理方法，其特征是，两个微滤膜组件(15.1)的正立面结构具备与MBR膜反应组件(14.1)中各个MBR膜元件(14.1.1)的立面两端头的配合处有柔韧特性，进而保证了能对配合处进行过盈的密封配合。
6.根据权利要求3所述的一种复合生物膜法与生物反应器的污废水处理方法，其特征是，所述MBR膜反应组件(14.1)由包括浸没于该生物反应池(14)中的多件MBR膜元件(14.1.1)与挂膜板(14.1.2)组合构成，由工业滤布(14.1.1.1)至少2层所重叠堆积与钢筋(14.1.1.2)组合构成膜孔径为10um-38um的MBR膜元件(14.1.1)。
7.根据权利要求4所述的一种复合生物膜法与生物反应器的污废水处理方法，其特征是，所述微滤膜芯组件(15.1)由包括浸没于该过滤池(15)中的微滤膜芯(15.1.1)与钢支撑架(15.1.2)组合构成，采用由带刚性的孔板或格栅的传质和支撑装置为钢骨架(15.1.1.2)，并在钢骨架(15.1.1.2)上紧密缠绕工业滤布(15.1.1.1)至少2层所重叠堆积组合构成膜孔径为0.1um-10um的微滤膜芯(15.1.1)，布生物反应池(14)的MBR膜反应组件(14.1)的各个MBR膜元件(14.1.1)连通微滤膜过滤池(15)的微滤膜芯组件(15.1)。
说明书
一种复合生物膜法与生物反应器的污废水处理方法
技术领域
本发明属于污废水处理方法及装置技术领域。
背景技术
膜-生物反应器工艺即MBR工艺是膜分离技术与生物技术有机结合的一种污废水处理新技术，目前工业化应用的膜生物反应器中的过滤介质大多为中空纤维膜或平板膜，其孔径为0.1um-0.4um，可将生化反应池中的活性污泥和大分子有机物截留住，活性污泥浓度因此大提高，水力停留时间(HRT)和污泥停留时间(SRT)可以分别控制，省去了二沉池，进而由反应器内活性污泥对污废水中有机物进行生物降解及难降解的物质能够在反应池中不断反应降解，降解后的水通过膜装置抽滤出使水质能达标进行回用或排放。因此膜-生物反应器工艺通过膜分离技术大大强化了生物反应器的功能，能在运行一定期取得清彻透明可达标的处理水，进而具有下列优点或缺点：
1.由于膜的截留作用，使反应器内维持高浓度的微生物量，生化效率提高;
2.膜分离可使微生物完全截留在生物反应器内，实现反应器水力停留时间(HRT)和污泥停留时间(SRT)的完全分离，可以同时实现短的HRT和长的SRT(或排污泥周期长)，故具备容积负荷高、抗负荷冲击能力强的功能;
3.在运行过程中，膜易受到污染，膜通量下降速快，这是因为膜孔径为0.4um-0.1um，使颗粒物在膜表面上的沉积，膜表面上的细菌及大分子等均吸附或者进入膜材料中，或者发生膜孔的堵塞。若不及时清洗和维护，则造成产水量降低及出水水质不稳定达标，加速膜材料使用寿命短，进而给操作和维护管理带来不便，造成了运行成本高;
4.目前工业化应用的膜生物反应器中的膜分离材料大多为中空纤维膜或平板膜，其膜孔径为0.1um-0.4um，以平板膜为例其膜元件片的运行通量为10L/㎡﹒h-50L/㎡﹒h,显然因其膜元件片的产水量低，在工程设计及实施污废水处理时，所需的膜面积数量要以膜元件数量片累积成正比的匹配，即膜孔径越小则膜元件数量片要增多累积成所需的膜面积数量，才能满足工程设计及施实所需的产水量(膜通量)，故造成膜分离材料的制造成本及其工程造价均偏高，从而MBR膜反应器的性价比差，阻碍了其广泛应用及使用价值。
发明内容
本发明的目的正是为了克服目前污废水处理工艺方法存在的上述缺陷而提供一种低造价、低运行费用、能合理高效和稳定地对低中高浓度有机污废水与难降解污废水进行达标处理的污废水处理方法。
本发明是通过如下技术方案来实现的。
本发明对污废水依序由复合生物膜法工艺、布生物反应器工艺及微滤膜过滤器工艺进行组合处理后达标出水;同时由在线清洗工艺对复合生物膜法工艺的包括反应填料载体、吸附过滤填料载体及过滤膜芯组件在内的复合生物膜组件、布生物反应器工艺的MBR膜反应组件及微滤膜过滤器工艺的微滤膜芯组件进行清洗，复合生物膜组件与MBR膜反应组件及微滤膜芯组件采用一体式装置，使其具备定期离线清洗的功能。
复合生物膜法工艺环节由反应池及设在反应池中的装置和过滤池及其设在过滤池中的装置组合构成，设在反应池中的装置内设有反应填料载体、吸附过滤填料载体，其中反应填料载体包括上膜Ⅰ、中膜Ⅱ、下膜Ⅲ，吸附过滤填料载体对称地设置于反应填料载体之间或中间的位置;反应池的吸附过滤填料载体连通过滤池，过滤池的膜采用孔径>38um组合式工业滤布膜,过滤池的膜由过滤膜芯组件组合构成;反应填料载体结构为：下膜Ⅲ由带刚性的孔板或格栅联接所组合构成的传质和支撑装置Ⅲ1与Ⅲ3、中间设置悬浮型生物填料载体Ⅲ2所组合构成，中膜Ⅱ由有一定密度还带刚性的孔板或格栅联接所组合构成的传质和支撑装置Ⅱ1与Ⅱ3=Ⅲ1、而Ⅱ3用于支撑和均匀布水气至上层设置悬挂式生物膜组合填料载体Ⅱ2所组合构成，上膜Ⅰ由有一定密度还带刚性的孔板或格栅联接所组合构成的传质和支撑装置Ⅰ1与Ⅰ3=Ⅱ1、中间设置有一定密度的聚乙稀膜或聚丙稀膜的填料载体Ⅰ2所组合构成;吸附过滤填料载体结构为：采用由带刚性的孔板或格栅的传质和支撑装置为钢骨架，并在钢骨架内腔填充吸附过滤填料，并形成有一定密度的特制迷宫网状型的无机物或有机物的吸附过滤填料载体;反应池的吸附过滤填料载体连通过滤池的膜孔径>38um的过滤膜芯组件，过滤膜芯组件由膜孔径>38um的过滤膜芯与钢支撑架组合构成，而膜孔径>38um的过滤膜芯结构为：采用由带刚性的孔板或格栅的传质和支撑装置为钢骨架，并在钢骨架上紧密缠绕工业滤布如涤纶布、尼龙纺织布等至少2层所重叠堆积组合构成膜孔径>38um的过滤膜芯，同时两个过滤膜芯组件的正立面结构具备与吸附过滤填料的立面前后两端头的配合处有柔韧特性，进而保证了能对配合处进行过盈的密封配合。
在布生物反应器工艺环节中，其生物反应池中设置的反应装置包括浸没于该池水中的膜反应组件，其膜孔径为10um-38um，材料采用组合式工业滤布膜，其膜由MBR膜反应组件组合构成。
在微滤膜过滤器工艺环节中，设在微滤膜过滤池中的装置包括微滤膜芯组件，所述生物反应池的MBR膜反应组件连通微滤膜过滤池中的微滤膜组件，微滤膜过滤池中的膜孔径为0.1um-10um的微滤膜组件，材料采用组合式工业滤布膜。
两个微滤膜组件的正立面结构具备与MBR膜反应组件中各个MBR膜元件的立面两端头的配合处有柔韧特性，进而保证了能对配合处进行过盈的密封配合。
所述MBR膜反应组件由包括浸没于该生物反应池中的多件MBR膜元件与挂膜板组合构成，由工业滤布如涤纶布、尼龙纺织布等至少2层所重叠堆积与钢筋组合构成膜孔径为10um-38um的MBR膜元件。
所述微滤膜芯组件由包括浸没于该过滤池中的微滤膜芯与钢支撑架组合构成，采用由带刚性的孔板或格栅的传质和支撑装置为钢骨架，并在钢骨架上紧密缠绕工业滤布如涤纶布、尼龙纺织布等至少2层所重叠堆积组合构成膜孔径为0.1um-10um的微滤膜芯，布生物反应池的MBR膜反应组件的各个MBR膜元件连通微滤膜过滤池的微滤膜芯组件。
本发明将各现有工艺单元及其装置的操作优点组合在一起，并增加一些设施，具有能有序连续性、循环周期性、推流渐进性及布置紧凑性对污废水进行高效可行的水处理，使其具备性价比好并能高效稳定运行处理得到实现。
本发明的复合生物膜法工艺的运行操作由连续进水、连续的好氧生化反应或缺氧生化反应、吸附过滤工序所组成，其处理目的是能有效地降解有机物的浓度及进行脱氮除磷处理，尤其与布(MBR膜)生物反应器工艺组合能实现进行对高氨氮污废水的反硝化与硝化的反应具备有序连续性、循环周期性、推流渐进性及结构布置紧凑性的处理功能，同样也能进行对毒性、挥发性、高色度等高浓度污废水进行处理;还对流入MBR膜生物反应池的污废水的污染物浓度、难生化性等已起到了降解浓度、转化成可生性好及能使MBR膜反应组件的膜污染程度大大容易减轻等功能，进而使MBR膜的氧传输效率提高，供氧动力消耗降低，处理单位污废水的电耗降低。
本发明的布(MBR膜)生物反应器工艺的运行操作由液位控制器经PLC控制系统来指令抽滤水泵启闭，对复合生物膜法工艺的过滤池的过滤膜芯组件进行抽滤进水至布(MBR膜)生物反应器的反应池进行好氧生化反应及膜分离过滤处理，其处理目的是能更有效和有深度地降解有机物的浓度及进行脱氮除磷处理，并通过膜分离了大于38um-10um的污染物(因活性污泥大部分颗粒的粒径都大于40um，故就截留住了活性污泥);由于采用廉价的组合式工业滤布(涤纶布、尼龙纺织布等)所重叠堆积组合构成膜孔径38um-10um的MBR膜元件材料价比一般(膜孔径0.4um-0.1um的中空纤维膜或平板膜)MBR膜元件材料价偏低，同时该MBR膜元件的产水量比一般MBR膜元件的产水量偏高，进而该MBR膜元件数量片数大大减少，同时该组合式工业滤布除了有更好的物理化学性能(耐磨性、高强度、耐腐性、耐酸性等)和价格低廉外，还具有表面光滑、使用寿命长等优点，故该组合式工业滤布也是具备性价比好的特征，就可实现布(MBR膜)生物反应器制造成本及工程造价的降低;还由于布(MBR膜)生物反应器工艺之前设置复合生物膜法工艺，除复合生物膜法工艺具备集好氧或缺氧生化反应、吸附及过滤于一体的工艺，对将进入布(MBR膜)生物反应器工艺的污废水的污染物浓度、难生化性等已起到了降解浓度、转化成可生性好等功能外，尤其是能大大减轻对该MBR膜元件及其组件的污染程度，就可实现该MBR膜的稳定高通量的产出水，进而实现该MBR膜寿命提高，降低了膜清洗和膜更换的运行费用。
本发明的微滤膜过滤器工艺的运行操作由液位控制器经PLC控制系统来指令自吸水泵启闭，依序对布(MBR膜)生物反应器的反应池的膜孔径38um-10um的MBR膜反应组件进行抽滤后，再对微滤膜过滤器的膜孔径10um-0.1um的微滤膜芯组件进行最后出水达标处理，其处理目的是对布(MBR膜)生物反应器工艺的出水污染物再进行更深度的处理及过滤，使最终的出水水质高并达标及回用。
本发明的在线清洗工艺的运行操作当膜堵塞造成出水量下降超过设计值或抽滤水泵和自吸水泵的吸水管负压超过指定范围时，则应对膜进行在线清洗：先由压力表显示超过指定范围的信号传输给PLC(可编程序控制器)主控制系统后，对抽滤水泵和自吸水泵进行自动启停，然后由抽滤水泵和自吸水泵抽滤已达标的清水对复合生物膜法工艺的复合生物膜组件(反应填料载体、吸附过滤填料载体及过滤膜组件)和布(MBR膜)生物反应器工艺的膜反应组件及微滤膜过滤器工艺的微滤膜组件进行清洗，保证了该新组合工艺方法在运行过程始终处于稳定的高通量的达标水量和水质，促使处理的水质和水量更稳定达标出水。
总之本发明的一种复合生物膜法与生物反应器的污废水处理方法能解决MBR膜及微滤膜易受污染、难维护及膜的制造成本高、工艺运行成本过高、工艺及其装置性价比差等问题和困难，使水质和水量更能始终稳定达标出水，操作和维护更方便或更易实现自动化。
本发明的有益效果是：该污废水处理方法可以避免其它膜-生物反应器工艺或复合式生物膜反应器工艺技术的不足，从而解决：(1)、MBR膜及微滤膜易受污染、难维护及膜的制造成本高、工艺运行成本过高、工艺及其装置性价比差等问题和困难;(2)、能提高集成化处理设备或基建单位容积内的生物量即是扩大微生物栖息和繁殖的面积、还相应提高对污废水的充氧能力;(3)、强化传质作用，加速有机物从污废水中向微生物细胞的传递过程即是强化生物膜与污水之间的接触，加快污水与生物膜之间的相对运动;(4)、对污水的污染物处理具备有序连续性、循环周期性、推流渐进性的特征;(5)使水质和水量更能始终稳定达标出水，操作和维护更方便及运行管理简便、更易实现高程度的自动化和智能型的一体化反应器、能实现模块化、易于扩建和改建原有的污水处理厂或站。总之本发明的一种复合生物膜法与生物反应器的污废水处理方法是将各单元的工艺方法及其相关装置的操作优点组合在一起，使其具备性价比好并能高效稳定运行处理得到实现;当然若有较难处理的污废水，则再增加第二级或多级复合生物膜反应池及其装置;还可辅以其他工艺，最终达到出水水质和水量的稳定达标要求。