一種以粗孔過濾組件為載體的生物膜反應器及其運行方法技術

本發明專利技術提供一種以粗孔過濾組件為載體的生物膜反應器及其運行方法，該反應器包括主體、進水管、生物膜載體和曝氣器，主體中設有進水管，主體內分布有生物膜載體，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有曝氣器。上述生物膜反應器在掛膜階段液面水頭差設定2.0-4.0cm，運行階段水頭差設定1.0-2.5cm。本發明專利技術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的對流傳質效率大幅提高，實現污染物的高效降解去除，降低了生物膜反應器的能耗。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術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器及其運行方法，屬于生物膜反應器

技術介紹
生物膜反應器是在反應器中投加填料，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。進入反應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。在生物膜反應器內，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的傳質過程。傳質效率越高，水中的污染物和溶解氧與生物膜內微生物的接觸越充分，生物膜內實際參與污染物降解的有效微生物量越多，生物膜內同一區域的污染物和溶解氧濃度越高。根據生化反應動力學理論可知，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的傳質主要通過對流和擴散兩種方式實現。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域(生物膜外層)向低濃度區域(生物膜內層)傳輸，其傳質效率與流體在生物膜內的流速正相關。在傳統的生物膜反應器中，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外加壓力差為推動力，其對流傳質僅能以生物膜內外液體的密度差為推動力，流速低，傳質效率差。擴散作用是指由于污染物和溶解氧在生物膜內外層分布不均勻，其濃度從生物膜外層到內層逐步降低，污染物和溶解氧在濃度差的作用下進行從高濃度區域向低濃度區域的傳輸，其傳質效率正比于污染物和溶解氧的濃度梯度。在傳統的生物膜反應器中，由于污染物和溶解氧在生物膜內的濃度梯度較小，擴散傳質效率較低。生物膜反應器的啟動時間主要取決于掛膜周期的長短。掛膜是反應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節接種泥源、曝氣和排泥方式等工藝參數來人工加速強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，在傳統的生物膜反應器中，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。由于生物膜內微生物的新陳代謝活動，老化的生物膜不斷脫落，導致水中懸浮固體顆粒濃度升高。因此，傳統的生物膜反應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費用。
技術實現思路
針對上述傳統生物膜反應器的不足，本專利技術提供一種傳質效率高、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器，同時提供一種該生物膜反應器的運行方法。本專利技術的以粗孔過濾組件為載體的生物膜反應器，采用以下技術方案該生物膜反應器，包括主體、進水管、生物膜載體和曝氣器，主體中設有進水管，主體內分布有生物膜載體，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有曝氣器。粗孔過濾組件可由單個粗孔過·濾管構成，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，在集水管上設置出水口。當活性污泥掛膜于生物膜載體上后，污水進入主體內，污水中的污染物和溶解氧在以反應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層傳質，與生物膜內的微生物充分接觸，污染物通過生化反應被降解去除，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。上述生物膜反應器的運行方法，是(I)在掛膜階段，反應器內污泥濃度設定為3_5g/L，溶解氧濃度設定為3.0-5. Omg/L，主體內液面與總出水管液面之間的水頭差設定為2. 0-4. Ocm,以增加生物膜兩側的壓力差，縮短掛膜時間，把COD去除率為80%作為生物膜掛膜完成的標志，掛膜完成后，將反應器內的活性污泥混合液排出；(2)在運行階段，溶解氧濃度設定為3. 0-5. Omg/L，主體內液面與總出水管液面之間的水頭差設定為I. 0-2. 5cm,以延長穩定運行周期。本專利技術的生物膜反應器，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的對流傳質效率大幅提高。對流傳質效率的提高，使得污染物和溶解氧在生物膜內的濃度梯度線延長、濃度梯度增大，擴散傳質效率也相應提高，從而使得生物膜內的總傳質效率顯著提高，實現污染物的高效降解去除。特別的，由于溶解氧傳質效率(利用率)的提高，處理等量污染物所需的曝氣量可相應減少，從而降低了生物膜反應器的能耗。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，由于本專利技術所使用的生物膜載體自身即具有過濾分離功能，反應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費用。附圖說明圖I是本專利技術生物膜反應器的結構示意圖。圖2是本專利技術中粗孔過濾組件的第一種結構示意圖。圖3是本專利技術中粗孔過濾組件的第二種結構示意圖。其中1、主體，2、水泵，3、進水管，4、液位控制器，5、粗孔過濾組件，6、空氣壓縮機，7、轉子流量計，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，本專利技術的生物膜反應器包括主體I、進水管3、生物膜載體5和曝氣器8。主體I內設有進水管3，污水通 過水泵2由進水管3進入主體I內，并通過液位控制器4控制主體I內的水位，并反饋給水泵2，控制進水。主體I內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的上部設有出水口 12 (參見圖2和圖3)，主體I內各個粗孔過濾組件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的下方設有曝氣器8，通過空氣壓縮機6供氣，并由轉子流量計7控制供氣量。粗孔過濾組件5的結構可以如圖2所示，為板式結構，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構成，粗孔過濾材料(如無紡布、工業濾布、尼龍織品等)的孔徑為10-200 μ m，粗孔過濾組件5的結構也可以如圖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，污水通過進水管3進入主體I內，污水中的污染物和溶解氧在以主體內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層傳質，與生物膜內的微生物充分接觸，污染物通過生化反應被降解去除，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本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種以粗孔過濾組件為載體的生物膜反應器，包括主體、進水管、生物膜載體和曝氣器，主體中設有進水管，主體內分布有生物膜載體，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？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成，粗孔過濾材料的孔徑為10μm？200μm，粗孔過濾組件的上部設有出水口，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有曝氣器。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：梁爽，劉靜，柳翠，張建，
申請(專利權)人：山東大學，
類型：發明
國別省市：