專利名稱：一種以粗孔過濾組件為載體的生物膜反應(yīng)器及其運行方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于污水處理的以粗孔過濾組件為載體的滲透分離型生物膜反應(yīng)器及其運行方法，屬于生物膜反應(yīng)器技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
生物膜反應(yīng)器是在反應(yīng)器中投加填料，使微生物附著在填料上生長繁殖，并在其 上形成膜狀生物污泥-生物膜。進(jìn)入反應(yīng)器中的污水與附著在填料上的生物膜接觸，污水中的污染物被生物膜中的微生物通過新陳代謝作用降解，污水得到凈化，微生物自身得到繁衍增殖。在生物膜反應(yīng)器內(nèi)，污染物的去除效率主要取決于污染物和溶解氧在生物膜內(nèi)的傳質(zhì)過程。傳質(zhì)效率越高，水中的污染物和溶解氧與生物膜內(nèi)微生物的接觸越充分，生物膜內(nèi)實際參與污染物降解的有效微生物量越多，生物膜內(nèi)同一區(qū)域的污染物和溶解氧濃度越高。根據(jù)生化反應(yīng)動力學(xué)理論可知，污染物和溶解氧的濃度越高，好氧微生物代謝分解污染物的反應(yīng)速率越快，污染物的去除效率越高。污染物和溶解氧在生物膜內(nèi)的傳質(zhì)主要通過對流和擴(kuò)散兩種方式實現(xiàn)。對流作用是指依靠流體的流動將污染物和溶解氧由高濃度區(qū)域(生物膜外層)向低濃度區(qū)域(生物膜內(nèi)層)傳輸，其傳質(zhì)效率與流體在生物膜內(nèi)的流速正相關(guān)。在傳統(tǒng)的生物膜反應(yīng)器中，由于不存在滲透通過生物膜出水的流路，接觸生物膜的污水無法以生物膜兩側(cè)外加壓力差為推動力，其對流傳質(zhì)僅能以生物膜內(nèi)外液體的密度差為推動力，流速低，傳質(zhì)效率差。擴(kuò)散作用是指由于污染物和溶解氧在生物膜內(nèi)外層分布不均勻，其濃度從生物膜外層到內(nèi)層逐步降低，污染物和溶解氧在濃度差的作用下進(jìn)行從高濃度區(qū)域向低濃度區(qū)域的傳輸，其傳質(zhì)效率正比于污染物和溶解氧的濃度梯度。在傳統(tǒng)的生物膜反應(yīng)器中，由于污染物和溶解氧在生物膜內(nèi)的濃度梯度較小，擴(kuò)散傳質(zhì)效率較低。生物膜反應(yīng)器的啟動時間主要取決于掛膜周期的長短。掛膜是反應(yīng)器中的活性污泥固著生長于填料上形成生物膜的過程。目前普遍采用的掛膜方式是通過調(diào)節(jié)接種泥源、曝氣和排泥方式等工藝參數(shù)來人工加速強(qiáng)化活性污泥在填料上自然附著生長形成生物膜的過程，以達(dá)到快速啟動的目的。但其微生物的附著生長掛膜速率仍比較低，掛膜時間比較長，一般需要3天左右。此外，在傳統(tǒng)的生物膜反應(yīng)器中，生物膜載體僅具備使活性污泥在其上附著生長的功能，不具備過濾分離功能。由于生物膜內(nèi)微生物的新陳代謝活動，老化的生物膜不斷脫落，導(dǎo)致水中懸浮固體顆粒濃度升高。因此，傳統(tǒng)的生物膜反應(yīng)器必須額外配備固液分離裝置，以分離水中脫落的生物膜，這在一定程度上增加了整體工藝的投資建設(shè)費用。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述傳統(tǒng)生物膜反應(yīng)器的不足，本發(fā)明提供一種傳質(zhì)效率高、掛膜時間短，無需額外固液分離裝置的低耗高效的以粗孔過濾組件為載體的生物膜反應(yīng)器，同時提供一種該生物膜反應(yīng)器的運行方法。本發(fā)明的以粗孔過濾組件為載體的生物膜反應(yīng)器，采用以下技術(shù)方案該生物膜反應(yīng)器，包括主體、進(jìn)水管、生物膜載體和曝氣器，主體中設(shè)有進(jìn)水管，主體內(nèi)分布有生物膜載體，生物膜載體采用粗孔過濾組件，相鄰粗孔過濾組件間隔5-lOcm，粗孔過濾組件由支架和包覆在支架外面的粗孔過濾材料構(gòu)成，粗孔過濾材料的孔徑為10 μ m-200 μ m,粗孔過濾組件的上部設(shè)有出水口，各個粗孔過濾組件上的出水口均與總出水管連接，在主體的底部位于粗孔過濾組件的下方設(shè)有曝氣器。粗孔過濾組件可由單個粗孔過·濾管構(gòu)成，單個粗孔過濾管由圓筒形支架外圍包裹粗孔過濾材料構(gòu)成，各個粗孔過濾管連接在集水管上，各個粗孔過濾管的出水處均與集水管連通，在集水管上設(shè)置出水口。當(dāng)活性污泥掛膜于生物膜載體上后，污水進(jìn)入主體內(nèi)，污水中的污染物和溶解氧在以反應(yīng)器液面與出水管液面水頭差的外加推動力的作用下，以較高的速率從生物膜外層向內(nèi)層傳質(zhì)，與生物膜內(nèi)的微生物充分接觸，污染物通過生化反應(yīng)被降解去除，得到凈化的污水最終透過附著生物膜的生物膜載體自流出水。上述生物膜反應(yīng)器的運行方法，是(I)在掛膜階段，反應(yīng)器內(nèi)污泥濃度設(shè)定為3_5g/L，溶解氧濃度設(shè)定為
3.0-5. Omg/L，主體內(nèi)液面與總出水管液面之間的水頭差設(shè)定為2. 0-4. Ocm,以增加生物膜兩側(cè)的壓力差，縮短掛膜時間，把COD去除率為80%作為生物膜掛膜完成的標(biāo)志，掛膜完成后，將反應(yīng)器內(nèi)的活性污泥混合液排出；(2)在運行階段，溶解氧濃度設(shè)定為3. 0-5. Omg/L，主體內(nèi)液面與總出水管液面之間的水頭差設(shè)定為I. 0-2. 5cm,以延長穩(wěn)定運行周期。本發(fā)明的生物膜反應(yīng)器，由于使用粗孔過濾組件作為生物膜載體，污水可以在液面水頭差的作用下滲透通過附著生物膜的過濾組件自流出水，污染物和溶解氧在生物膜內(nèi)的對流傳質(zhì)效率大幅提高。對流傳質(zhì)效率的提高，使得污染物和溶解氧在生物膜內(nèi)的濃度梯度線延長、濃度梯度增大，擴(kuò)散傳質(zhì)效率也相應(yīng)提高，從而使得生物膜內(nèi)的總傳質(zhì)效率顯著提高，實現(xiàn)污染物的高效降解去除。特別的，由于溶解氧傳質(zhì)效率(利用率)的提高，處理等量污染物所需的曝氣量可相應(yīng)減少，從而降低了生物膜反應(yīng)器的能耗。在掛膜階段，由于粗孔過濾組件的可透過性，混合液中的活性污泥可在水頭差的作用下隨水流快速遷移沉積在生物膜載體表面，極大的縮短了掛膜時間。此外，由于本發(fā)明所使用的生物膜載體自身即具有過濾分離功能，反應(yīng)器無需額外配備固液分離裝置，從而減少了整體工藝的投資建設(shè)費用。


圖I是本發(fā)明生物膜反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明中粗孔過濾組件的第一種結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是本發(fā)明中粗孔過濾組件的第二種結(jié)構(gòu)示意圖。其中1、主體，2、水泵，3、進(jìn)水管，4、液位控制器，5、粗孔過濾組件，6、空氣壓縮機(jī)，
7、轉(zhuǎn)子流量計，8、曝氣器，9、總出水管，10、支架，11、粗孔過濾材料，12、出水口，13、粗孔過
濾管，14、集水管。
具體實施例方式如圖I所示，本發(fā)明的生物膜反應(yīng)器包括主體I、進(jìn)水管3、生物膜載體5和曝氣器
8。主體I內(nèi)設(shè)有進(jìn)水管3，污水通 過水泵2由進(jìn)水管3進(jìn)入主體I內(nèi)，并通過液位控制器4控制主體I內(nèi)的水位，并反饋給水泵2，控制進(jìn)水。主體I內(nèi)分布有若干組生物膜載體，生物膜載體采用粗孔過濾組件5，相鄰粗孔過濾組件間隔5-lOcm。粗孔過濾組件5的上部設(shè)有出水口 12 (參見圖2和圖3)，主體I內(nèi)各個粗孔過濾組件5上的出水口 12均與總出水管9連接。在主體I的底部粗孔過濾組件5的下方設(shè)有曝氣器8，通過空氣壓縮機(jī)6供氣，并由轉(zhuǎn)子流量計7控制供氣量。粗孔過濾組件5的結(jié)構(gòu)可以如圖2所示，為板式結(jié)構(gòu)，由一個矩形支架10和包覆在支架10外面的粗孔過濾材料11構(gòu)成，粗孔過濾材料(如無紡布、工業(yè)濾布、尼龍織品等)的孔徑為10-200 μ m，粗孔過濾組件5的結(jié)構(gòu)也可以如圖3所示，由單個粗孔過濾管13連接在集水管14上構(gòu)成，各個粗孔過濾管13的出水處均與集水管14連通，這樣的一組生物膜載體的出水口12設(shè)置在集水管14上。單個粗孔過濾管13的支架呈圓筒形，圓筒形支架的外圍包裹粗孔過濾材料。當(dāng)活性污泥掛膜于粗孔過濾組件5后，粗孔過濾組件5上形成生物膜，污水通過進(jìn)水管3進(jìn)入主體I內(nèi)，污水中的污染物和溶解氧在以主體內(nèi)液面與總出水管之間的液面水頭差為外加推動力的作用下，以較高的速率從生物膜外層向內(nèi)層傳質(zhì)，與生物膜內(nèi)的微生物充分接觸，污染物通過生化反應(yīng)被降解去除，得到凈化的污水最終透過附著生物膜的粗孔過濾組件5由總出水管9自流出水。在掛膜階段，由于粗孔過濾材料11的可透過性，混合液中的活性污泥可在水頭差的作用下隨水流快速遷移沉積在生物膜載體表面，極大的縮短了掛膜時間。由于粗孔過濾材料11自身即具有過濾分離功能，無需額外配備固液分離裝置。實施例I將生活污水(C0D為270-450mg/L，氨氮為45_60mg/L)進(jìn)入本發(fā)明的生物膜反應(yīng)器的主體I中，生物膜載體5中的粗孔過濾材料11采用無紡布，相鄰生物膜載體5間隔為IOcm0掛膜階段主體內(nèi)液面與總出水管液面之間的水頭差為2. 0cm，混合液內(nèi)活性污泥濃度為3000mg/L,溶解氧濃度為3. 5mg/L。掛膜時間為5. 2小時。運行階段液面的水頭差為
I.Ocm,溶解氧濃度為3. 5mg/L。出水COD濃度為25. 3-32. 7mg/L，氨氮濃度為18. 2-24. 8mg/L0實施例2將生活污水(C0D為270-450mg/L，氨氮為45_60mg/L)進(jìn)入本發(fā)明的生物膜反應(yīng)器中，生物膜載體5中的粗孔過濾材料11采用尼龍織品，相鄰生物膜載體5間隔為9cm。掛膜階段主體內(nèi)液面與總出水管液面之間的水頭差為2. 5cm，混合液內(nèi)活性污泥濃度為4000mg/L，溶解氧濃度為3. Omg/L，掛膜時間為4. 8小時。運行階段液面水頭差為2. Ocm，溶解氧濃度為3. Omg/L。出水COD濃度為23. 2-31. 7mg/L，氨氮濃度為16. 3-23. 8mg/L。實施例3將生活污水(COD為270-450mg/L，氨氮為45_60mg/L)進(jìn)入本發(fā)明的生物膜反應(yīng)器中，生物膜載體5中的粗孔過濾材料11采用無紡布，相鄰生物膜載體5間隔為7cm。掛膜階段主體內(nèi)液面與總出水管液面之間的水頭差為3. Ocm，混合液內(nèi)活性污泥濃度為4500mg/L，溶解氧濃度為5. Omg/L，掛膜時間為4. 3小時。運行階段液面水頭差為I. 5cm，溶解氧濃度為 5. Omg/L。出水 COD 濃度為 21. 5-28. 9mg/L，氨氮濃度為 15. 3-22. 7mg/L。實施例4將生活污水(COD為270-450mg/L，氨氮為45_60mg/L)進(jìn)入本發(fā)明的生物膜反應(yīng)器中，生物膜載體5中的粗孔過濾材料11采用工業(yè)濾布，相鄰生物膜載體5間隔為5cm。掛膜階段主體內(nèi)液面與總出水管液面之間的水頭差為4. Ocm，混合液活性污泥濃度為5000mg/L，溶解氧濃度為4. Omg/L，掛膜時間為4. O小時。運行階段液面水頭差為I. Ocm，溶解氧濃度為 4. Omg/L。出水 COD 濃度為 19. 7-27. 9mg/L，氨氮濃度為 14. 6-21. 8mg/L。·
權(quán)利要求
1.一種以粗孔過濾組件為載體的生物膜反應(yīng)器，包括主體、進(jìn)水管、生物膜載體和曝氣器，主體中設(shè)有進(jìn)水管，主體內(nèi)分布有生物膜載體，其特征是生物膜載體采用粗孔過濾組件，相鄰粗孔過濾組件間隔5-lOcm，粗孔過濾組件由支架和包覆在支架外面的粗孔過濾材料構(gòu)成，粗孔過濾材料的孔徑為10 μ m-200 μ m,粗孔過濾組件的上部設(shè)有出水口，各個粗孔過濾組件上的出水口均與總出水管連接，在主體的底部位于粗孔過濾組件的下方設(shè)有曝氣器。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的以粗孔過濾組件為載體的生物膜反應(yīng)器，其特征是所述粗孔過濾組件由單個粗孔過濾管構(gòu)成，單個粗孔過濾管由圓筒形支架外圍包裹粗孔過濾材料構(gòu)成，各個粗孔過濾管連接在集水管上，各個粗孔過濾管的出水處均與集水管連通，在集水管上設(shè)置出水口。
3.—種權(quán)利要求I所述以粗孔過濾組件為載體的生物膜反應(yīng)器的運行方法，其特征是 (1)在掛膜階段，反應(yīng)器內(nèi)污泥濃度設(shè)定為3-5g/L，溶解氧濃度設(shè)定為3.0-5. Omg/L,主體內(nèi)液面與總出水管液面之間的水頭差設(shè)定為2. 0-4. Ocm,以增加生物膜兩側(cè)的壓力差，縮短掛膜時間，把COD去除率為80%作為生物膜掛膜完成的標(biāo)志，掛膜完成后，將反應(yīng)器內(nèi)的活性污泥混合液排出； (2)在運行階段，溶解氧濃度設(shè)定為3.0-5. Omg/L，主體內(nèi)液面與總出水管液面之間的水頭差設(shè)定為I. 0-2. 5cm,以延長穩(wěn)定運行周期。
全文摘要
本發(fā)明提供一種以粗孔過濾組件為載體的生物膜反應(yīng)器及其運行方法，該反應(yīng)器包括主體、進(jìn)水管、生物膜載體和曝氣器，主體中設(shè)有進(jìn)水管，主體內(nèi)分布有生物膜載體，生物膜載體采用粗孔過濾組件，相鄰粗孔過濾組件間隔5-10cm，粗孔過濾組件由支架和包覆在支架外面的粗孔過濾材料構(gòu)成，各個粗孔過濾組件上的出水口均與總出水管連接，在主體的底部位于粗孔過濾組件的下方設(shè)有曝氣器。上述生物膜反應(yīng)器在掛膜階段液面水頭差設(shè)定2.0-4.0cm，運行階段水頭差設(shè)定1.0-2.5cm。本發(fā)明使用粗孔過濾組件作為生物膜載體，具有過濾分離功能，污染物和溶解氧在生物膜內(nèi)的對流傳質(zhì)效率大幅提高，實現(xiàn)污染物的高效降解去除，降低了生物膜反應(yīng)器的能耗。
文檔編號C02F3/34GK102910728SQ201210424509
公開日2013年2月6日 申請日期2012年10月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月30日
發(fā)明者梁爽, 劉靜, 柳翠, 張建 申請人:山東大學(xué)