一种降低厌氧膜生物反应器板式陶瓷膜污染的装置与方法与流程

本发明涉及污水处理设备技术领域，尤其涉及一种降低厌氧膜生物反应器板式陶瓷膜污染的装置与方法。

背景技术：

膜生物反应器(membranebioreactor，简称mbr)是一种将膜分离与传统污水生物处理技术相结合的新型污水处理工艺，其最大特点是利用膜组件过滤来取代常规活性污泥法中的二沉池，从而实现泥水分离和污泥浓缩。膜生物反应器按照是否需氧分为好氧和厌氧膜生物反应器，按照膜组件的不同设置位置分为分置式和一体式膜生物反应器。

相比传统好氧工艺，厌氧工艺具有污泥产量少、能耗低、产生能源性气体甲烷等优势，被广泛应用于高浓度有机废水处理。分置式膜生物反应器运行相对稳定，因反应器和膜组件分置于两个处理单元，容易实现膜组件清洗和更换，同时不会破坏厌氧系统的稳定运行。

分置式厌氧膜生物反应器(recirculatedanaerobicmembranebioreactor，简称ranmbr)是将膜分离技术与厌氧生物处理技术相结合的新型高效反应器，兼具厌氧反应的处理优势和膜组件的截留作用，以保证污泥浓度，实现泥水分离，具有污泥浓度高、容积负荷高、有机物去除率高、产污泥量少等特点，目前广泛应用于高浓度工业废水领域。

目前传统厌氧膜生物反应器主要采用的是进口的管式膜组件，膜材料为高分子有机物，膜孔径约200nm。整个反应系统为封闭状态，污水/污泥错流流动，冲刷膜表面，配合水反洗降低跨膜压差。但有机膜由于机械强度差，反洗冲刷过程易造成膜表面机械损伤，影响膜组件使用寿命。

陶瓷膜作为近来新兴的污水处理分离材料，相比有机膜具有机械强度高、刚性强、膜孔径均一、耐腐蚀性强等优点。陶瓷膜对极端处理环境的良好适用性，使其与厌氧工艺相结合，保证了高浓度有机废水处理可行性及运行效果。但在实际运行过程中，膜污染问题仍是限制厌氧陶瓷膜生物反应器应用推广的关键因素。

目前已经工业化应用的厌氧膜生物反应器主要为管式有机膜，清洗方式以切线水力剪切为主，配合在线水反洗、在线药洗等。切线水力剪切的水量是产水量的8～15倍，且过流水中不能含硬质无机物以免对膜表面造成机械损伤。传统的厌氧生物反应器中，依靠三相分离器进行气、液、固三相分离，实际工程中固液分离效果并不理想，存在污泥浓度保持困难、泥水分离不彻底、厌氧系统污泥流失严重的现象，严重影响厌氧处理效率。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种降低厌氧膜生物反应器板式陶瓷膜污染的装置与方法，从而解决现有技术中存在的前述问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种降低厌氧膜生物反应器板式陶瓷膜污染的装置，包括厌氧生物反应器和厌氧膜分离系统，所述厌氧生物反应器与所述厌氧膜分离系统通过出水管相连；

所述厌氧膜分离系统包括进水装置、厌氧膜分离装置、回流装置和出水装置，所述进水装置设置在所述厌氧膜分离装置底部，所述出水装置设置在所述厌氧膜分离装置顶部；所述回流装置一端连接在所述厌氧膜分离装置的顶端，另一端设置在所述厌氧膜分离装置的底端。

优选地，所述厌氧膜分离装置包括复合生物载体、平板陶瓷模组和导流板，所述复合生物载体分散在所述平板陶瓷模组的周围，所述导流板设置在所述厌氧膜分离装置的顶端；

所述复合生物载体为密度在0.95～0.98g/cm3、亲水性有机或无机材质、不规则几何形状的材料。

优选地，所述进水装置包括进水布水器、斜板和截留网，所述进水布水器、所述斜板和所述截留网依次设置在所述膜分离装置的底部。

优选地，所述出水装置包括膜组产水泵和集水管，所述集水管与厌氧膜生物反应器中的平板陶瓷膜组相连，所述膜组产水泵设置在所述集水管上。

优选地，所述出水装置还包括膜组产水调节阀、膜组产水流量计和真空表，所述流量计、所述膜组产水调节阀和所述真空表均设置在所述集水管上，所述真空表设置在所述膜组产水泵前。

优选地，所述出水装置真空表和所述膜组产水调节阀之间还设置有反洗水管，所述反洗水管与清水池相连，所述反洗水管上设置有反洗泵和反洗阀门。

优选地，所述回流装置包括混合液回流泵、回流管和回流布水器，所述混合液回流泵设置在所述回流管上，所述回流布水器连接在所述回流管的一端并设置在厌氧膜分离装置的底部。

优选地，所述回流装置还包括回流调节阀和回流流量计，所述回流调节阀和所述回流流量计依次设置在所述回流管上。

优选地，所述降低厌氧膜生物反应器板式陶瓷膜污染的装置还包括集气管，所述集气管分别连接所厌氧生物反应器顶部气室和所述厌氧膜分离装置的顶部气室。

优选地，所述降低厌氧膜生物反应器板式陶瓷膜污染的装置还包括污泥排出装置，所述污泥回流装置将厌氧膜分离系统产生的污泥回流至所述厌氧生物反应器，所述污泥回流装置包括排泥管和排泥回流泵，所述排泥管设置在进水布水器的下端，所述排泥回流泵设置在所述排泥管和所述厌氧生物反应器之间。

优选地，所述降低厌氧膜生物反应器板式陶瓷膜污染的装置还包括污泥挡板，所述污泥挡板用于对厌氧膜分离装置产生的污泥进行导流。

本发明的另一个目的是提供一种降低厌氧膜生物反应器板式陶瓷膜污染的方法，所述方法使用降低厌氧膜生物反应器板式陶瓷膜污染的装置，具体步骤如下：

s1,确认厌氧生物反应器中具有进行厌氧反应的污泥，将待处理的废水注入所述厌氧生物反应器中进行厌氧反应；

s2,将经过厌氧生物反应器处理后产生的泥水混合液通过反应器出水管进入厌氧膜分离装置进一步反应，通过调节所述厌氧生物反应器的进水调节阀、反应器出水调节阀、膜组产水调节阀及回流调节阀中的至少一个阀门，控制厌氧膜分离装置的进水量和回流量，保证膜通量与模板间流速正常；

s3，调节所述厌氧膜分离装置中的复合生物载体的投加比例，通过真空表显示跨膜压差，控制回流进水的反冲洗频率；

s4,混合液回流泵将上部膜间的混合液经过混合液回流泵的回流作用将混合液通过膜间隙向上快速流动，形成对板式陶瓷膜的水力冲刷；

s5,采用膜组产水泵将厌氧膜组分离装置中产生的水排出装置外到清水池，反洗时反洗泵将清水池中的清水由内至外对膜进行反洗；交替开关膜组产水泵以及反洗泵；所述厌氧膜分离装置中分离出的污泥通过污泥排出装置或污泥挡板回收至所述厌氧生物反应器中。

优选地，步骤s1中所述厌氧生物反应器中的ph值为6.8～7.5，反应温度为35℃-38℃，

优选地，步骤s2中膜通量的取值范围是20～60l/(m²·h)，膜板间的流速为0.2～0.5m/s；所述反洗跨膜压差为15～25kpa。

优选地，步骤s3中的复合生物载体投加比率为10～50％；

优选地，步骤s4中的膜组产水泵抽吸过程运行8～13分钟，混合液回流泵的回流抽吸过程持续2～3min，对膜组分流装置进行反冲洗。

本发明在设计及结构上具有以下特点：

1)本发明所述厌氧膜分离装置内顶部设置多组导流板，与回流布水管配合，可使待处理的污水在膜板间形成快速环流，利用水力剪切增加膜表面液体流动速度；

2)本发明的厌氧膜分离装置中设混合液回流，并设有回流布水管，在混合液流态分布及强化作用下，流体在板间形成快速环流水力剪切，通过带动复合生物载体机械擦洗平板陶瓷膜表面污染物，并配合水反冲洗，阻止或延缓膜分离反应器中膜组件的污堵现象；

3)本发明装置厌氧膜分离装置中填充一种密度在0.95～0.98g/cm³、亲水性有机或无机材质、不规则几何形状的复合生物载体，即可作为陶瓷膜表面的擦洗材料，同时为厌氧膜分离装置内微生物提供附着场所，提高污泥浓度；复合生物载体在一定的投加比率下，随水流在板间快速流动，通过与陶瓷膜表面的错流擦洗清除膜表面的附着物，有效降低膜污染，延长厌氧陶瓷膜的使用寿命。

4)厌氧生物反应器顶部气室和膜分离装置顶部气室通过导气管联通，有利于整个系统内沼气释放收集。

5)本发明装置除具有膜分离功能外，还有生物反应功能，微生物附着在复合生物载体及陶瓷膜表面从而形成生物膜，对水中的污染物进行分解。

6)膜分离装置截留的微生物通过污泥回流的方式返回至厌氧生物反应器中，实现了水力停留时间和污泥停留时间的分离，可以使厌氧生物反应器内的污泥浓度提高5％-10％，系统耐冲击负荷提高10-15％。

本发明公开了一种有效降低厌氧膜生物反应器板式陶瓷膜污染的装置及方法，实现的有益效果包括：

(1)本发明针对有机废水厌氧处理中污泥浓度保持困难、泥水分离不彻底、厌氧系统污泥流失严重的现象，将板式陶瓷膜应用于厌氧反应系统中，并构成一个厌氧膜分离装置，通过水反洗、板间快速环流剪切清洗和复合生物载体的机械摩擦清洗，并结合水反洗方式降低跨膜压差、降低膜污染并维持膜通量、减少膜污染。

(2)本发明装置中厌氧膜分离装置内污泥浓度较高，由厌氧膜分离装置回流入厌氧生物反应器，提高厌氧生物反应器污泥浓度，相对于传统厌氧生物反应器外循环具有更好的处理效果，从而可提高厌氧生物反应器的处理效率，提升出水水质。

(3)厌氧膜分离装置中回流混合液在回流布水管、导流板的流态分布及强化作用下，流体在板间形成快速环流水力剪切，通过带动复合生物载体机械擦洗平板陶瓷膜表面污染物，并配合水反冲洗，阻止或延缓膜分离反应器中膜组件的污堵现象。

(4)本发明将厌氧生物反应器与膜组件分置运行，能够有效降低厌氧生物反应器中污泥在膜表面的吸附和沉积，有效缓解膜污染的同时，提高了厌氧生物反应器的处理效率及出水水质。

(5)本发明装置厌氧膜分离装置中填充一种密度在0.95～0.98g/cm³、亲水性有机或无机材质、不规则几何形状的复合生物载体，即可作为陶瓷膜表面的擦洗材料，另为厌氧膜分离装置内微生物提供附着场所，提高污泥浓度。复合生物载体在一定的投加比率下，随水流在板间快速流动，通过与陶瓷膜表面的错流擦洗清除膜表面的附着物，有效降低膜污染，延长厌氧陶瓷膜的使用寿命。

附图说明

图1是实施例1中的降低厌氧膜生物反应器板式陶瓷膜污染的装置结构图；

图2是实施例2中的降低厌氧膜生物反应器板式陶瓷膜污染的装置结构图；

1-厌氧生物反应器进水泵；2-厌氧生物反应器布水器；3-厌氧生物反应器出水调节阀；4-厌氧生物反应器出水管流量计；5-厌氧膜分离装置进水布水器；6-斜板；7-截留网；8-厌氧膜分离装置；9-平板陶瓷膜组；10-复合生物载体；11-导流板；12-真空表；13-膜组产水泵；14-膜组产水调节阀；15-产水流量计；16-混合液回流泵；17-回流调节阀；18-回流流量计；19-回流布水器；20-排泥管；21-排泥回流泵；22-污泥回流调节阀；23-流量计；24-压力表；25-温度计；26-ph计；27-排气管；28-污泥挡板；29-清水池；30-反冲洗泵；31-反洗调节阀。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

本实施例提供一种降低厌氧膜生物反应器板式陶瓷膜污染的装置，如图1所示，包括分离的厌氧生物反应器和厌氧膜分离系统，所述厌氧生物反应器与所述厌氧膜分离系统通过出水管相连；出水管上设置有厌氧生物反应器出水调节阀和厌氧生物反应器出水流量计；可调节厌氧生物反应器进入厌氧膜分离系统的进水量。

所述厌氧膜分离系统包括进水装置、厌氧膜分离装置、回流装置和出水装置，所述进水装置设置在所述厌氧膜分离装置底部，所述出水装置设置在所述厌氧膜分离装置顶部；所述回流装置一端连接在所述厌氧膜分离装置的顶端，另一端设置在所述厌氧膜分离装置的底端。

所述厌氧膜分离装置外壁设有保温材料，控制厌氧陶瓷膜分离装置的运行温度为35℃-38℃。

所述厌氧膜分离装置包括复合生物载体、平板陶瓷模组和导流板，所述复合生物载体设置在所述平板陶瓷模组的周围，所述导流板设置在所述厌氧膜分离装置的顶端。

本实施例中的生物载体是一种密度在0.95～0.98g/cm³、亲水性有机或无机材质、不规则几何形状的复合生物载体，即可作为陶瓷膜表面的擦洗材料，另为厌氧膜分离装置内微生物提供附着场所，提高污泥浓度，复合生物载体在一定的投加比率下，随水流在板间快速流动，通过与陶瓷膜表面的错流擦洗清除膜表面的附着物，有效降低膜污染，延长厌氧陶瓷膜的使用寿命。

所述进水装置包括进水布水器、斜板和截留网，所述进水布水器、所述斜板和所述截留网依次设置在所述厌氧膜分离装置的底部。

所述出水装置包括膜组产水调节阀、产水流量计、真空表、膜组产水泵和集水管，所述集水管与厌氧膜生物反应器中的平板陶瓷膜组相连，所述膜组产水泵设置在所述集水管上。所述流量计、所述膜组产水调节阀和所述真空表均设置在所述集水管上，所述真空表设置在所述膜组产水泵前。

为了清洗厌氧膜分离装置中的膜组，因此在平板陶瓷膜组上端连接有反洗装置，所述反洗装置包括反洗水管、反洗泵和反洗调节阀，所述反洗水管的一端连接在集水管的真空表和真空表和所述反应器出水调节阀之间，另一端与清水池相连。

所述回流装置包括混合液回流泵、回流调节阀、回流流量计、回流管和回流布水器，所述混合液回流泵设置在所述回流管上，所述回流布水器连接在所述回流管的一端并设置在厌氧膜分离装置的底部，所述回流调节阀和所述回流流量计依次设置在所述回流管上。

本实施例中所述降低厌氧膜生物反应器板式陶瓷膜污染的装置还包括集气管，所述集气管分别连接所厌氧生物反应器顶部气室和所述膜分离装置的顶部气室。

本实施例中所述降低厌氧膜生物反应器板式陶瓷膜污染的装置还包括污泥排出装置，所述污泥回流装置将厌氧膜分离系统产生的污泥回流至所述厌氧生物反应器，所述污泥回流装置包括排泥管和排泥回流泵，所述排泥管设置在进水布水器的下端，所述排泥回流泵设置在所述排泥管和所述厌氧生物反应器之间，由排泥回流泵的抽吸将进水布水器下方的污泥由抽吸泵送至厌氧反应器，形成厌氧污泥的回流。

实施例2

本实施例公开了一种降低厌氧膜生物反应器板式陶瓷膜污染的装置，如图2所示，包括一体式的厌氧生物反应器与所述厌氧膜分离系统。所述厌氧生物反应器与所述厌氧膜分离系统通过出水管相连；所述出水管设置在所述厌氧生物反应器内部，且出水管上不设置调节阀和流量计，不能调节进入厌氧膜分离系统的进水量，只能连续进水。

所述厌氧膜分离系统与实施例1中的结构相同，包括进水装置、厌氧膜分离装置、回流装置和出水装置，所述进水装置设置在所述厌氧膜分离装置底部，所述出水装置设置在所述厌氧膜分离装置顶部；所述回流装置一端连接在所述厌氧膜分离装置的顶端，另一端设置在所述厌氧膜分离装置的底端。

所述厌氧膜分离装置外壁设有保温材料，控制厌氧陶瓷膜分离装置的运行温度为35℃-38℃。

所述厌氧膜分离装置包括复合生物载体、平板陶瓷模组和导流板，所述复合生物载体设置在所述平板陶瓷模组的周围，所述导流板设置在所述厌氧膜分离装置的顶端。

本实施例中的生物载体是一种密度在0.95～0.98g/cm³、亲水性有机或无机材质、不规则几何形状的复合生物载体，即可作为陶瓷膜表面的擦洗材料，另为厌氧膜分离装置内微生物提供附着场所，提高污泥浓度，复合生物载体在一定的投加比率下，随水流在板间快速流动，通过与陶瓷膜表面的错流擦洗清除膜表面的附着物，有效降低膜污染，延长厌氧陶瓷膜的使用寿命。

所述进水装置包括进水布水器、斜板和截留网，所述进水布水器、所述斜板和所述截留网依次设置在所述厌氧生物反应器的底部。

所述出水装置包括反应器出水调节阀、产水流量计、真空表、膜组产水泵和集水管，所述集水管与厌氧膜生物反应器中的平板陶瓷膜组相连，所述膜组产水泵设置在所述集水管上。所述流量计、所述反应器出水调节阀和所述真空表均设置在所述集水管上，所述真空表设置在所述膜组产水泵前。

所述回流装置包括混合液回流泵、回流调节阀、回流流量计、回流管和回流布水器，所述混合液回流泵设置在所述回流管上，所述回流布水器连接在所述回流管的一端并设置在厌氧膜分离装置的底部，所述回流调节阀和所述回流流量计依次设置在所述回流管上。

本实施例中所述降低厌氧膜生物反应器板式陶瓷膜污染的装置还包括集气管，所述集气管分别连接所厌氧生物反应器顶部气室和所述膜分离装置的顶部气室。

与实施例1中的结构不同的是，由于是一体化设备，因此本实施例中提供的装置没有污泥排出装置，污泥排出的原理具体为：

经过厌氧的泥水混合液通过厌氧膜分离装置进水布水器进入斜板的下方进行布水，混合液通过静压穿过斜板自下而上通过斜板沉淀区进入厌氧膜分离装置进行固液分离，分离后的固相污泥自上而下落入斜板底部并通过厌氧生物反应器与厌氧膜分离装置间的缝隙进入厌氧生物反应器中，为防止厌氧生物反应器中上向流动的流体对下落污泥的扰动，在厌氧生物反应器与厌氧膜分离装置间的缝隙下方设置有污泥挡板，通过污泥挡板对下落污泥进行导流，使向下流动的污泥沿厌氧生物反应器的池壁层流状态流动，防止对上向流体的扰动。

实施例3

本实施例提供一种使用实施例1或2中的装置进行污水处理的方法，包括以下步骤：

s1,确认厌氧生物反应器中具有进行厌氧反应的污泥，将待处理的废水注入所述厌氧生物反应器中进行厌氧反应；

s2,将经过厌氧生物反应器处理后产生的泥水混合液通过反应器出水管进入厌氧膜分离装置进一步反应，通过调节所述厌氧生物反应器的进水调节阀、反应器出水调节阀、膜组产水调节阀及回流调节阀中的至少一个阀门，控制厌氧膜分离装置的进水量和回流量，保证膜通量与模板间流速正常；

s3，调节所述厌氧膜分离装置中的复合生物载体的投加比例，通过真空表显示跨膜压差，控制回流进水的反冲洗频率；

s4,混合液回流泵将上部膜间的混合液经过混合液回流泵的回流作用将混合液通过膜间隙向上快速流动，形成对板式陶瓷膜的水力冲刷；

s5,采用膜组产水泵将厌氧膜组分离装置中产生的水排出装置外至清水池，反洗时反洗泵将清水池中的清水由内至外对膜进行反洗。交替开关膜组产水泵以及反洗泵泵，所述厌氧膜分离装置中分离出的污泥通过污泥排出装置回收至所述厌氧生物反应器中。

实施例4

本实施例提供一个针对土豆淀粉废水实施的降低厌氧膜生物反应器板式陶瓷膜污染的方法，向厌氧生物反应器中注入接种污泥进行污泥培养，确认污泥数量足够用于进行厌氧反应，将待处理的土豆淀粉废水注入所述厌氧生物反应器中，该土豆淀粉废水的水质如表1中原水水质指标所示，连续进水，控制厌氧生物反应器温度为35℃-38℃。

表1.厌氧陶瓷膜生物反应器进出水指标

通过调节整个装置的进水调节阀、反应器出水调节阀、膜组产水调节阀及回流调节阀，控制膜组分离器的进水量、膜通量与回流量。调节复合生物载体的投加比率；通过真空表显示跨膜压差控制反冲洗频率。厌氧膜分离装置运行指标如表2。

表2.厌氧陶瓷膜生物反应器运行指标

同时在其它条件保持一致的情况下与常规的厌氧陶瓷膜生物反应器作对照，当出水水质低于出水水质标准时，对反应器装置进行清洗，分别记录化学清洗周期，见表2最后一行数据，常规的厌氧陶瓷膜生物反应器的化学清洗周期为180～210天，但是本发明中的厌氧陶瓷膜生物反应器的清洗周期为230～250天。结果表明，通过控制陶瓷膜板间流速、填充一定量的复合生物载体，在布水装置和导流板的作用下，并配合适当的反冲洗，可以延长膜污染周期，有效缓解膜污染。最终表明，与常规厌氧陶瓷膜生物反应器对比，平均化学清洗周期延长20～30％。

通过采用本发明公开的上述技术方案，得到了如下有益的效果：

(1)本发明针对有机废水厌氧处理中污泥浓度保持困难、泥水分离不彻底、厌氧系统污泥流失严重的现象，将板式陶瓷膜应用于厌氧反应系统中，并构成一个厌氧膜分离装置，通过水反洗、板间快速环流剪切清洗和复合生物载体的机械摩擦清洗，并结合水反洗方式降低跨膜压差、降低膜污染并维持膜通量、减少膜污染。

(2)本发明装置中厌氧膜分离装置内污泥浓度较高，由厌氧膜分离装置回流入厌氧生物反应器，提高厌氧生物反应器污泥浓度，相对于传统厌氧生物反应器外循环具有更好的处理效果，从而可提高厌氧生物反应器的处理效率，提升出水水质。

(3)厌氧膜分离装置中回流混合液在回流布水管、导流板的流态分布及强化作用下，流体在板间形成快速环流水力剪切，通过带动复合生物载体机械擦洗平板陶瓷膜表面污染物，并配合水反冲洗，阻止或延缓膜分离反应器中膜组件的污堵现象。

(4)本发明将厌氧生物反应器与膜组件分置运行，能够有效降低厌氧生物反应器中污泥在膜表面的吸附和沉积，有效缓解膜污染的同时，提高了厌氧生物反应器的处理效率及出水水质。

(5)本发明装置厌氧膜分离装置中填充一种密度在0.95～0.98g/cm³、亲水性有机或无机材质、不规则几何形状的复合生物载体，即可作为陶瓷膜表面的擦洗材料，另为厌氧膜分离装置内微生物提供附着场所，提高污泥浓度。复合生物载体在一定的投加比率下，随水流在板间快速流动，通过与陶瓷膜表面的错流擦洗清除膜表面的附着物，有效降低膜污染，延长厌氧陶瓷膜的使用寿命。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视本发明的保护范围。