专利名称：投加填料的流化床型膜－生物反应器及水处理方法
技术领域：
本发明涉及一种膜-生物反应器及水处理方法，属于水和废水处理技术领域。
本发明的投加填料的流化床型膜-生物反应器及水处理的方法是通过如下技术方案实现的一种投加填料的流化床型膜-生物反应器，主要包括反应池，放置在反应池内的膜组件、导流装置，空气供给装置，进水管和出水管，其特征在于所述的反应池内投加有颗粒状、粉末状或块状的流动型填料或者固定型填料，该反应池由导流装置分隔为升流区和降流区两个区，所述的膜组件放置在所述的升流区。
本发明在所述升流区的下方设有与空气供给装置相连的曝气管。
本发明的特征还在于在所述的导流装置的内、外侧和反应器内壁上设有多个旋流板；所述的导流装置采用板状或筒状结构；所述的反应器的出水管可与一个抽吸泵相连。本发明的反应器外壳呈长方形或圆柱形。
本发明所述的颗粒状、粉末状或块状的流动型填料或者固定型填料是一种具有粗糙表面、一定表面积的，可供微生物附着生长的填料；或者是一种具有粗糙表面、一定表面积的、可供微生物附着生长以及对溶解性有机污染物有吸附作用的填料。
一种利用所述投加填料的流化床型膜-生物反应器进行水处理的方法，该方法包括如下步骤(A)培养及挂膜培养水处理所需微生物，将选用的所述流动型填料投加到培养后的微生物混合液中，使微生物附着于填料上；(B)将挂膜后的填料投加到膜-生物反应器中；(C)通过设置在膜组件下方的所述空气供给装置提供充分的曝气，在气体密度差和所述导流板的作用下使反应器内的待处理混合液呈流化状态，在反应器内循环流动，使其形成升流区和降流区，并在旋流装置的作用下形成旋流循环；(D)反应器内的水经膜的截留作用形成膜过滤出水。
上在述方法中，步骤(A)中所述的微生物的培养也可在所述反应器内进行，然后将填料直接投加到反应器内，待挂膜完成后，再按步骤(C)进行。
本发明提出的投加填料的流化床型膜-生物反应器及进行水处理的方法，其原理在于膜-生物反应器是将膜分离技术和生物处理单元有机地结合在一起的水处理装置，出水水质良好且稳定，反应器结构紧凑、易于自动化控制。从微生物的生长方式来看，生物膜法较悬浮生长的活性污泥法对污染物质的降解效率高，更能耐受冲击负荷，尤其是在有机污染物浓度较低的情况下。向膜-生物反应器内投加具有粗糙表面、一定表面积的、可为微生物附着生长的填料，在填料表面可以形成稳定的生物膜。因此，投加填料的膜-生物反应器可以实现生物膜降解有机污染物质的功能，将发挥生物膜系统的优势。
膜法应用于水处理中最关键的问题之一是膜污染的控制。在流化床型式的膜-生物反应器中，膜组件下方设置曝气装置，并有导流和旋流装置实现料液的旋流循环，产生的切向紊动可以减缓膜污染，增加膜的清洗周期；大量的微生物在填料上的附着生长减少了生物反应器内悬浮微生物的浓度，从而减轻了悬浮微生物在膜表面的附着和污染。另一方面，在生物膜系统进行有机物的降解时，基质传递效率和传氧效率是影响生物去除效率的重要因素，因此当反应器内固、液、气三相呈流化状态在反应器流动时，可以使基质、氧、生物膜充分混合、接触，传质效率保持较高水平，将有利于生物膜降解作用的充分发挥。
应用本发明的投加填料的流化床型膜-生物反应器对水和废水进行处理时，可以达到以下效果(1)生物反应器内投加的填料上附着生长大量的微生物，可以充分发挥生物膜的降解作用，提高有机物去除效率，特别是适合于有机物浓度较低的情况；(2)微生物在填料上的附着生长，减少了生物反应器内的悬浮污泥量，同时填料还对水中溶解性有机物有一定吸附作用，有利于减少微生物和溶解性有机物在膜表面的附着和吸附；(3)流化床型膜-生物反应器的结构，在导流板和旋流装置的作用下可以在生物反应器内造成良好的旋流循环，有利于促进基质、微生物和氧之间的混合、接触，提高传质效率，促进生物降解作用的发挥；(4)流化床型膜-生物反应器内形成的良好旋流循环对浸没在生物反应器内的膜组件表面有一定的冲刷作用，可以减轻膜污染；(5)流化床反应器采用单边曝气，与满底曝气系统相比在保持相同曝气强度的条件下可以减少曝气量，有利于降低能量消耗。
图1为本发明实施例1的结构示意图；图2为图1的A-A剖视图；图3为本发明实施例2的结构示意图；图4为图3的B-B剖视图。
随着水处理的不断进行，膜阻力不断增加，表现为膜通量不断下降，和/或者膜抽吸压力不断上升。膜阻力增加到一定程度，即所述的膜抽吸压力上升或者膜通量下降到某一设计值时，进行膜污染的清洗。清洗前，先保留已附着稳定生物膜的填料。通过化学清洗恢复膜通量后，膜可以继续使用。
实施例1图1表示实施例一的流化床型的膜-生物反应器装置，此装置由长方体反应器外壳1，空气供给装置2，采用穿孔管布气装置7，出水管3，膜组件4，导流板5，旋流装置6组成，并在反应器的出水管路上设置有抽吸泵11。反应器外壳1为空心长方体结构，其轴线垂直于水平面，其上侧面设有进水管8，空气供给装置2的气体入口9处于膜组件正下方。膜组件可为帘状中空纤维膜组件、束状中空纤维膜组件、平板膜组件或管状膜组件。该装置中间设置的导流板6将装置内部分成左右两个区域，分别为升流区M2和降流区M1。出水管3与膜组件4的收集口相连。该反应器内投加有一定数量的空心圆柱状有机填料10，该填料为流动型填料。
由8流入的原水与填料10充分接触后，分布在反应器内。原水中的有机污染物经反应器内附着态和悬浮态的微生物的降解后，处理水在出水泵11的抽吸作用下，经膜组件4过滤后，从出水管3中流出。空气供给装置2由气体入口9向反应器内提供空气，曝气量为0.4m3/h。在导流板5和旋流装置6的作用下，混合液在反应器强制旋流循环。如图2所示，因曝气管设在M2区，进入反应器内的空气使M2区内的混合液由下至上形成上升流，而在M1区形成由上至下的下降流，即反应器内的混合液如箭头所指在反应器内的两区M1和M2间循环流动。在导流板5的两侧和反应器外壳1的内壁设有数个一定方向的旋流板6，其目的是使在M1和M2两区间循环的混合液产生旋流，以进一步增强料液的混合。
实施例2图3为实施例2的投加填料的流化床型的膜-生物反应器装置。此装置由圆柱形反应器外壳1，空气供给装置2，穿孔管布气装置7，出水管3，膜组件4，导流筒5，旋流板6组成。图中，反应器上侧面设有进水管8，底部中央设有来自空气供给装置的气体入口9，9处于膜组件正下方。膜组件可为束状中空纤维膜组件或管状膜组件。该装置中部设置的导流筒将装置内部分成中心区域Q1和周边区域Q2两个区。出水管3与膜组件4的收集口相连，膜组件的收集口可以设置在膜组件的上部或者下部。该反应器内投加有一定量、一定粒径的活性炭(PAC)作为填料10，活性炭对部分的有机污染物有吸附作用。
由8流入的原水与填料10充分接触后，分布在反应器内。与上例同，原水经反应器内附着态和悬浮态的微生物的降解及活性炭的吸附后，处理水经由膜组件4过滤从出水管3中流出。空气供给装置2由气体入口9向反应器内提供空气，曝气量为0.3m3/h。该空气使反应器外壳1中的混合液强制循环。如图4所示，导流筒5是无底空心圆筒状结构，其直径小于反应器外壳1的直径，轴线与1的中心轴线一致。导流筒5将反应器内部分成中心区域Q1和周边区域Q2。因气体入口9设在反应器底部中央，进入反应器内的空气使Q1区内的混合液由下至上形成上升流，而在Q2区形成由上至下的下降流，即反应器内的混合液如箭头所指在反应器内的两区Q1和Q2间循环流动。
在导流筒5的内侧和外侧以及反应器外壳1的内壁设有数个方向一定的旋流板6，其目的是使在中心区域Q1和周边区域Q2间循环的混合液产生旋流，以进一步增强料液的混合。
权利要求
1.一种投加填料的流化床型膜-生物反应器，主要包括反应池，放置在反应池内的膜组件、导流装置，空气供给装置，进水管和出水管，其特征在于所述的反应池内投加有颗粒状、粉末状或块状的流动型填料或者固定型填料，该反应池由导流装置分隔为升流区和降流区两个区，所述的膜组件放置在所述的升流区。
2.按照权利要求1所述的一种投加填料的流化床型膜-生物反应器，其特征在于在所述升流区的下方设有与空气供给装置相连的曝气管。
3.按照权利要求1或2所述的一种投加填料的流化床型膜-生物反应器，其特征在于所述的导流装置的内、外侧和反应器内壁上设有多个旋流板。
4.按照权利要求3所述的一种投加填料的流化床型膜-生物反应器，其特征在于所述的反应器的出水管路上设置有抽吸泵。
5.按照权利要求1所述的一种投加填料的流化床型膜-生物反应器，其特征在于所述的导流装置采用板状或筒状结构。
6.按照权利要求1所述的一种投加填料的流化床型膜-生物反应器，其特征在于所述的反应器外壳为长方形或圆柱形。
7.按照权利要求1所述的一种投加填料的流化床型膜-生物反应器，其特征在于所述的流动型填料或者固定型填料是一种具有粗糙表面、一定表面积的、可供微生物附着生长的填料。
8.按照权利要求1所述的一种投加填料的流化床型膜-生物反应器，其特征在于其特征在于所述的的流动型填料或者固定型填料是一种具有粗糙表面、一定表面积的、可供微生物附着生长以及对溶解性有机污染物有吸附作用的填料。
9.采用如权利要求1所述的一种投加填料的流化床型膜-生物反应器的水处理方法，该方法包括如下步骤(A)培养及挂膜培养水处理所需微生物，将选用的所述填料投加到培养后的微生物混合液中，使微生物附着于填料上；(B)将挂膜后的填料投加到膜-生物反应器中；(C)通过设置在膜组件下方的所述空气供给装置提供充分的曝气，在气体密度差和所述导流板的作用下使反应器内的待处理混合液呈流化状态，在反应器内循环流动，使其形成升流区和降流区，并在旋流装置的作用下形成旋流循环；(D)反应器内的水经膜的截留作用形成膜过滤出水。
10.按照权利要求9所述的一种投加填料的流化床型膜-生物反应器的水处理的方法，其特征在于步骤(A)中所述的微生物的培养也可在所述反应器内进行，然后将填料直接投加到反应器内，待挂膜完成后，再按步骤(C)进行。
全文摘要
投加填料的流化床型膜－生物反应器及水处理的方法,属于水和废水处理技术领域。本发明是将具有粗糙表面、一定比表面积的流动型或固定型填料投加到反应器内,并提供充分的曝气,在气体密度差、导流板和旋流装置的作用下使反应器内的固、液、气三相达到流化状态,并在反应器内形成旋流循环。通过微生物在填料上的附着生长,可以提高其对有机物去除效率,特别适合于有机物浓度较低的情况;减少了生物反应器内的悬浮微生物量,同时填料还对水中溶解性有机物有一定吸附作用,减少了微生物和溶解性有机物在膜表面的附着和吸附。与传统的膜－生物反应器相比,该发明对膜污染的防止更为有效,系统运行更为稳定和节能。
文档编号C02F3/08GK1374258SQ02104180
公开日2002年10月16日 申请日期2002年3月15日 优先权日2002年3月15日
发明者黄霞, 莫罹, 文湘华 申请人:清华大学