申请日20200303
公开(公告)日20200717
IPC分类号C02F3/12; C02F101/16; C02F101/30
摘要
本发明公开了一种强化中端传质的MABR装置及处理高盐废水的方法，所述MABR装置包括反应槽和中空纤维膜;所述反应槽内设有至少两块布水板，至少两块所述布水板将反应槽依次分隔成进水区、反应区和出水区;所述反应槽设有进水口、出水口、进气口和出气口;所述中空纤维膜位于反应区内，所述中空纤维膜设有进气端和出气端，所述进气端与进气口连通，所述出气端与出气口连通;所述反应区的中间段设有用于加强传质的搅拌机构。本发明的MABR装置能够减薄中端生物膜附近的层流层的厚度，极大地增加该区域的污染物传质效率，中端生物膜生长较好、活性较高，污染物在生物膜中间段传质较好、降解效率较高。
权利要求书
1.一种强化中端传质的MABR装置，其特征在于，包括反应槽(1)和中空纤维膜(8);所述反应槽(1)内设有至少两块布水板(10)，至少两块所述布水板(10)将反应槽(1)依次分隔成进水区(13)、反应区(14)和出水区(15)，所述反应槽(1)设有进水口(16)、出水口(17)、进气口(6)和出气口(7)，所述进水口(16)与进水区(13)连通，所述出水口(17)与出水区(15)连通;
所述中空纤维膜(8)位于反应区(14)内，所述中空纤维膜(8)设有进气端和出气端，所述进气端与进气口(6)连通，所述出气端与出气口(7)连通;
所述反应区(14)的中间段设有用于加强传质的搅拌机构(9)。
2.根据权利要求1所述的MABR装置，其特征在于，所述搅拌机构(9)包括搅拌轴、设置在搅拌轴上的搅拌扇叶和用于驱动搅拌轴转动的旋转动力部件，所述搅拌轴与反应区内废水流动方向的夹角为80°～90°。
3.根据权利要求1所述的MABR装置，其特征在于，所述中空纤维膜(8)与反应区(14)内废水流动方向的夹角为80°～90°。
4.根据权利要求1所述的MABR装置，其特征在于，所述布水板(10)竖直设置。
5.根据权利要求4所述的MABR装置，其特征在于，所述布水板(10)为圆孔布水板。
6.根据权利要求1所述的MABR装置，其特征在于，所述进水口(16)包括第一进水口(2)和第二进水口(4)，所述出水口(17)包括第一出水口(3)和第二出水口(5)，所述第一出水口(3)通过输水机构与第二进水口(4)连通，所述第二出水口(5)位于出水区(15)下部。
7.根据权利要求1所述的MABR装置，其特征在于，所述反应槽(1)内还设有液位监测部件(11)。
8.一种权利要求1～7任一项所述MABR装置用于处理高盐废水的方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1.将活性污泥和配制污水混合后加入反应槽(1)中，然后进行初次挂膜;
S2.初次挂膜后，排出水和沉降物;再将活性污泥和配制污水混合后加入所述反应槽(1)中，启动搅拌机构(9)，强化中端传质，进行强化传质挂膜;
S3.调节进水的盐度，进行盐度驯化;驯化完成后，通入高盐废水进行处理。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，步骤S2.中活性污泥与配置污水的体积比为1∶3～5。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，步骤S2.中搅拌机构(9)定速搅拌。
说明书
一种强化中端传质的MABR装置及处理高盐废水的方法
技术领域
本发明涉及高盐废水处理技术领域，更具体地，涉及一种强化中端传质的MABR装置及处理高盐废水的方法。
背景技术
高盐废水是指含盐质量分数不小于1%的废水，其主要来源于海水代用所产废水、工业生产过程中排放废水及其它含盐废水。高盐废水来源广泛，且产生量呈逐年递增趋势。此外，高盐废水具有碳氮及盐浓度高、水质成分复杂、有毒有害污染物种类多等特点，若未经有效处理而直接排放至天然水体，不仅破坏河流生态环境，更危害人类身体健康，因此高盐废水的深度处理对环境及人类健康均具有重要作用。
目前，针对高盐废水的处理多依赖于反渗透、离子交换、高级氧化、蒸发、焚烧等物化处理工艺。虽然已有的物化方法能够对高盐废水的污染物去除产生一定的作用，但仍存在着二次污染严重、运行能耗高、过程复杂、达标困难等缺点。
而生物处理因其高效低成本且操作简单、无二次污染等优点，在实际工程中运用广泛。我国目前常用的污水处理技术以活性污泥法及其衍生工艺为主。虽然其具有工艺灵活简单、自动化操作性强，运营费用低等优点，但受技术本身原理限制，当污水中无机盐离子浓度较高时，悬浮态污泥絮体沉降性显著降低，从而恶化固液分离效果，极大限制了其在高盐废水处理领域的应用。
相比之下，基于生物膜法的污水处理工艺具有更高的耐盐性。膜曝气生物膜反应器(MABR)是一种新型的生物膜污水处理技术，其本质是利用微孔疏水膜实现无泡曝气和负载生物膜的双重作用。由于氧气和污染物在生物膜两侧形成异向传质，进而催生了生物膜内部微生物空间分层和功能协同合作现象。这种特有结构使MABR具有氧气利用率高、可同步硝化反硝化、污泥产率低等优点，因此，MABR是高盐废水处理的重要技术选项。
中国专利申请201811179027.6公开了一种利用膜曝气生物膜反应器处理高盐度和难降解有机物废水的方法，其采用的MABR装置存在中端生物膜生长差、活性低，污染物在生物膜中间段传质差、降解效率低的问题。可见，现有的MABR装置严重制约了膜曝气生物膜反应器在高盐废水处理领域的应用发展。
因此，需要开发出中端生物膜生长较好、活性较高，污染物在生物膜中间段传质较好、降解效率较高的MABR装置。
发明内容
本发明为克服上述现有技术所述的中端生物膜生长差、活性低，污染物在生物膜中间段传质差、降解效率低的缺陷，提供一种强化中端传质的MABR装置，提供的MABR装置能够减薄中端生物膜附近的层流层的厚度，极大地增加该区域的污染物传质效率，中端生物膜生长较好、活性较高，污染物在生物膜中间段传质较好、降解效率较高。
本发明的另一目的在于提供一种处理高盐废水的方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种强化中端传质的MABR装置，包括反应槽和中空纤维膜;
所述反应槽内设有至少两块布水板，至少两块所述布水板将反应槽依次分隔成进水区、反应区和出水区;所述反应槽设有进水口、出水口、进气口和出气口，所述进水口与进水区连通，所述出水口与出水区连通;
所述中空纤维膜位于反应区内，所述中空纤维膜设有进气端和出气端，所述进气端与进气口连通，所述出气端与出气口连通;
所述反应区的中间段设有用于加强传质的搅拌机构。
工作原理：高盐废水经进水口进入进水区，在布水板的均流作用下，进水区的废水流入反应区。氧气通过空压机等气源进入进气口，输送至中空纤维膜中，膜表面长有生物膜。当高盐废水因为前端中空纤维膜的阻流作用缓慢流动至中间段中空纤维膜区域时，通过MABR装置中的搅拌机构的搅拌作用和调速功能，减薄中间段中空中空纤维膜表面生物膜附近的层流层的厚度，促进COD、氨氮等污染物从液膜传入生物膜中，极大的增加该区域的污染物传质效率，促进了生物膜对污染物的吸附和吸收，提高了该区域内生物膜厚度和密度，该区域内生物膜生长较好、活性较高，从而实现高盐废水中污染物的高效降解。
优选地，所述搅拌机构包括搅拌轴、设置在搅拌轴上的搅拌扇叶和用于驱动搅拌轴转动的旋转动力部件，所述搅拌轴与反应区内废水流动方向的夹角为80°～90°。
更优选地，所述搅拌轴与反应区内废水流动方向垂直。
优选地，所述旋转动力部件为电动机。此时，所述搅拌机构为电动搅拌机构。
优选地，所述中空纤维膜与反应区内废水流动方向的夹角为80°～90°。
更优选地，所述中空纤维膜与反应区内废水流动方向成近90°角。此时，中空纤维膜为帘式排布。
优选地，所述布水板竖直设置。所述进水区和出水区分别位于反应区两侧。反应槽中的废水沿水平方向依次流经进水区、反应区和出水区。
优选地，所述布水板为圆孔布水板。
优选地，所述进水口包括第一进水口和第二进水口，所述出水口包括第一出水口和第二出水口，所述第一出水口通过输水机构与第二进水口连通，所述第二出水口位于出水区下部。
第一出水口与第二进水口之间形成回流系统，高盐废水在装置中反复循环降解，强化高盐废水在反应区中传质和生物降解过程，提高废水中污染物处理效率。
优选地，所述反应槽内还设有液位监测部件。在处理高盐废水的过程中，通过液位监测部件来实时监测MABR装置的反应槽内的水位，控制液位波动;处理完毕的废水通过第二出水口排出，尾气在出气口释放。
本发明还保护一种处理高盐废水的方法，所述方法包括如下步骤：
S1.将活性污泥和配制污水混合后加入上述MABR装置的反应槽中，然后进行初次挂膜;
S2.初次挂膜后，排出水和沉降物;再将活性污泥和配制污水混合后加入所述反应槽中，启动上述MABR装置的搅拌机构，强化中端传质，进行强化传质挂膜;
S3.调节进水的盐度，进行盐度驯化;驯化完成后，通入高盐废水进行处理。
配制污水中COD和NH4+-N浓度为本领域常规的中等浓度的生活污水的浓度。
优选地，步骤S1.中，活性污泥与配制污水的体积比为1∶1～2。更优选地，步骤S1.中，活性污泥与配制污水的体积比为1∶1.5。
优选地，步骤S1.中初次挂膜的操作为：向中空纤维膜曝气，每隔一次水力停留时间添加配置污水，待活性污泥松散地吸附在中空纤维膜的膜丝表面后，将反应槽1的沉降污泥和水全部放出。
优选地，步骤S2.中活性污泥与配置污水的体积比为1∶3～5。更优选地，步骤S2.中活性污泥与配置污水的体积比为1∶4。
优选地，步骤S2.中搅拌机构定速搅拌。
优选地，步骤S2.中搅拌机构定速搅拌的转速为500～2000r/min。
优选地，步骤S2.中强化传质挂膜过程中，每隔一次水力停留时间添加配置污水，最终中空纤维膜表面生成一层厚度均匀的生物膜。
作为一个实施方式，盐度驯化的具体步骤：搅拌机构定速搅拌，进水改为盐含量为5～10g/L的配制污水，经过8～10天的稳定期，将进水的盐度按5g/L的梯度提升，再经过稳定期，循环上述步骤，经过5～6个稳定期的时间，MABR装置中的生物膜已适应30g/L的高盐度环境。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明的MABR装置在中间段中空纤维膜区域设置有搅拌机构，通过MABR装置中的搅拌机构的搅拌作用和调速功能，减薄中间段中空中空纤维膜表面生物膜附近的层流层的厚度，促进COD、氨氮等污染物从液膜传入生物膜中，极大的增加该区域的污染物传质效率，促进了生物膜对污染物的吸附和吸收，提高了该区域内生物膜厚度和密度，该区域内生物膜生长较好、活性较高，从而实现高盐废水中污染物的高效降解。（发明人何頔;李济斌;孙丽;马金星）