[發明專利]用于污水處理的膜生物膜反應器裝置及其方法

有效

• 申請號: 202010038220.9
• 申請日: 2020-01-14
• 公開（公告）號: CN111072137B
• 公開（公告）日: 2023-09-15
• 發明（設計）人: 趙和平;李子言
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: C02F3/10
• 分類號: C02F3/10;C02F3/28
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 傅朝棟;張法高

本發明公開了一種用于污水處理的膜生物膜反應器裝置及其方法，屬于污水處理設備領域。該裝置包括：反應器殼體；內部膜組件，該內部膜組件包括多根中空纖維膜，所述內部膜組件還包括輻條，用于中空纖維膜的固定，所述內部膜組件還具有通氣機構，該通氣機構具有第一通氣管和第二通氣管，每根通氣管具有至少一個通氣口用于氣體的通入或吹出，其中，多根中空纖維膜的第一端口密封于第一通氣管中，第二端口密封于第二通氣管中，且保證通氣管中的氣體能從多根中空纖維膜的端口進入腔內；pH自動調節機構，該調節機構具有pH電極和控制電路以及加藥裝置；以及用于在裝置中曝氣的機構。

技術領域

本發明屬于污水處理設備領域，具體涉及一種用于污水處理的膜生物膜反應器裝置及其方法。

背景技術

隨著我國對污、廢水的管控標準日益提高以及社會對更低的基建、運作成本的水處理方法的需求的升溫，生物膜工藝正在經歷快速的升級和發展。生物膜工藝的優勢在于功能微生物以生物膜的形式留在反應體系中而不隨著出水流出體系，從而能夠維持較高的生物質濃度，進而獲得較高的容積反應速率，在各類污、廢水處理中有著廣泛的運用。

膜生物膜反應器(MBfR)法是基于生物膜工藝的一種新穎的水處理方法。該反應器利用中空纖維膜為生物膜提供生長表面。同時將氣體通入中空纖維膜的腔內，氣體從中空纖維膜的膜壁擴散到腔外，從而直接接觸附著在纖維膜壁上的生物膜，為微生物生長所利用。此處通入的氣體可以是作為電子供體的還原性氣體，包括但不限于氫氣、甲烷、一氧化碳等；也可以是氧化性氣體，例如空氣，氧氣等。通過膜壁擴散的氣體不會形成氣泡，從而保證了極高的氣體利用效率，同時還避免了將水中的揮發性污染物吹脫進入大氣的風險。

膜生物膜反應器相對于傳統的生物膜技術有如下優勢：

(1)與傳統的生物濾池相比，膜生物膜反應器省去了大量的基建費用，同時占地面積小，節約了處理用地。

(2)在利用膜生物反應器投加某些還原性氣體，如氫氣，甲烷等氣體時，可以不必再投加外部有機碳源，如乙酸，乙醇等，就可以實現氧化性污染物的去除。

(3)能夠通過壓力調節閥自由調整通入中空纖維膜膜內的氣體壓力，從而根據需要改變進入反應器的氣體的通量，實現對不同污染負荷污水的針對處理。

(4)膜生物膜反應器的氣體擴散出中空纖維膜的膜壁之后能夠直接進入生物膜，從而能夠較少受到生物膜外的水力條件的影響。

(5)無泡曝氣提供了極高的底物利用效率，由此可以實現資源的節約。

(6)由于氣體底物和溶解性底物分別從生物膜的內側和外側擴散進入，故兩種底物濃度都較高的生物活性部分存在生物膜內部某處，這有助于微生物菌落的分層，實現更豐富的凈化能力。

(7)由于氣體底物從生物膜的內部向外擴散，有助于某些生長周期長的功能微生物優先存在于中空纖維膜-生物膜界面上，并且受到外層生物膜的保護，不易流失。

提高膜生物膜反應器(MBfR)的效率的關鍵在于提高反應器內的中空纖維膜絲的填充密度，但是過高的填充密度又會導致生物污染，影響出水水質及污染物的去除效率。同時，在膜生物膜反應器(MBfR)在工作過程往往伴隨著pH值的變化和生物膜厚度的變化。維持pH值和生物膜厚度在合適的范圍內對反應器的去除效果也是極其重要的。因此，對膜生物膜反應器的設計需要實現對中空纖維膜填充密度及排布的合理控制，以及對反應器內高效降解環境的維持。

但是，目前的膜生物膜反應器大多停留在實驗室階段，處理能力和處理效果均無法達到工程實踐的水平，例如申請號200810202126.1的中國專利申請。該專利受到反應器大小的限制，膜絲根數有限從而無法獲得很高的處理能力。同時膜絲過長，氫氣在傳輸過程中受到沿程阻力影響而擴散不均，從而導致生物膜在中空纖維膜上不均勻生長，污染物去除效果不佳。膜組件與反應器殼體連接，離線清洗或者更換膜組件需要拆卸反應器，工作量較大，影響反應器連續穩定運行。

發明內容