專利名稱:一種浸沒式雙膜生物反應(yīng)器及含鹽污水處理方法
一種浸沒式雙膜生物反應(yīng)器及含鹽污水處理方法技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于廢水處理技術(shù)領(lǐng)域,具體地說(shuō)涉及一種浸沒式雙膜生物反應(yīng)器及含鹽污水處理方法。
背景技術(shù):
膜生物反應(yīng)器(MBR)主要由微濾(MF)膜、超濾(UF)膜或納濾(NF)膜組件和生物反應(yīng)池以一體或分體方式構(gòu)成,一體式MBR也稱為浸沒式MBR,應(yīng)用較廣。廢水進(jìn)入浸沒式MBR后,其中的有機(jī)物被微生物降解(主要為好氧方式),通過水泵抽吸膜組件形成跨膜壓差,使處理出水滲濾排出。MBR已廣泛用于各類城市和工業(yè)廢水處理,其污泥濃度大大高于傳統(tǒng)的活性污泥法,處理效率較高,剩余污泥量較少,占地面積較小,出水水質(zhì)較好且穩(wěn)定,懸浮物含量尤其低,特別適合工業(yè)廢水的適度回用(如用于冷卻循環(huán)水),或用于深度回用處理(如反滲透)的進(jìn)水。
我國(guó)的許多煉油廠處于缺水地區(qū),面臨日益嚴(yán)重的水資源短缺危機(jī),而煉油廠的新鮮水單耗及加工噸原油的廢水排放量與發(fā)達(dá)國(guó)家尚有差距,節(jié)水、減排和廢水回用成為企業(yè)可持續(xù)發(fā)展的必由之路,MBR為煉油廢水的適度或深度處理與回用提供了高效手段。
盡管MBR相對(duì)于傳統(tǒng)生物處理的優(yōu)點(diǎn)顯而易見,但仍有一些不足制約其應(yīng)用,如能耗較傳統(tǒng)生物處理高,跨膜壓差驅(qū)動(dòng)排水使得膜易發(fā)生堵塞,MBR出水殘余溶解性微生物產(chǎn)物(如多糖、胡敏酸類等)和鈣鎂等可能引起后續(xù)深度處理的反滲透(RO)膜堵塞。
針對(duì)MBR 的不足,Cornelissen E R 等(Journal of Membrane Science, 2008,319: 158 - 168)和Achilli A等(Desalination 2009, 239: 10 - 21)提出了正滲透膜生物反應(yīng)器(OMBR),用正滲透(FO)膜組件替代傳統(tǒng)MBR的MF膜、UF膜或NF膜組件,水在滲透壓作用下,由生物反應(yīng)池?cái)U(kuò)散至FO膜內(nèi)部的汲取液(一般為較高濃度的鹽溶液),排水動(dòng)力由濃度差滲透壓替代水泵抽吸。汲取液通過RO或蒸發(fā)濃縮后循環(huán)使用,RO或蒸發(fā)出水為深度凈化水。OMBR排水為化學(xué)驅(qū)動(dòng),能耗降低,F(xiàn)O膜堵塞可大幅度減緩,F(xiàn)O膜出水基本不含溶解性微生物產(chǎn)物,后續(xù)用于濃縮和排水的RO膜基本不易堵塞。
然而,OMBR難以長(zhǎng)周期連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn),F(xiàn)O膜將截留廢水中的鹽,使得生物反應(yīng)池中的鹽不斷地累積,濃度越來(lái)越高,F(xiàn)O膜兩邊的鹽濃度差逐步縮小,滲透動(dòng)力和排水通量逐漸降低,生物反應(yīng)池中累積的高濃度鹽也會(huì)抑制微生物活動(dòng),降低有機(jī)物的處理效率。發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足,本發(fā)明提供了一種浸沒式雙膜生物反應(yīng)器,主要用于各類市政和工業(yè)廢水的深度凈化和回用處理。本發(fā)明還提供了一種含鹽污水的處理方法。
本發(fā)明浸沒式雙膜生物反應(yīng)器,包括生物反應(yīng)池,在生物反應(yīng)池內(nèi)同時(shí)設(shè)置膜過濾模塊(即MBR模塊)和正滲透膜模塊(即OMBR模塊),生物反應(yīng)池底部設(shè)置曝氣系統(tǒng)。
本發(fā)明中,生物反應(yīng)池為正方形、長(zhǎng)方形或圓形等適宜形狀。
本發(fā)明中,MBR模塊的過濾膜組件至少設(shè)置一個(gè)膜單元,OMBR模塊的正滲透膜組件至少設(shè)置一個(gè)膜單元,每個(gè)膜單元由I 3片膜構(gòu)成,膜單元間距80 100 mm,膜架與生物反應(yīng)池壁間距不低于300 mm。曝氣系統(tǒng)安裝于膜組件的底部,分別提供大氣泡和微泡,大氣泡用于污泥混合和防止膜堵塞,微泡主要用于微生物供氧。
本發(fā)明中,OMBR模塊由正滲透膜組件、正滲透汲取液?jiǎn)卧图橙∫悍礉B透濃縮系統(tǒng)構(gòu)成。OMBR模塊的正滲透膜組件為浸沒式,操作在連續(xù)好氧生化處理模式。OMBR模塊的膜組件為平板式、中空纖維式、管式或螺旋式正滲透膜,材料為三醋酸纖維(CTA)或薄層聚酰胺。OMBR運(yùn)行參數(shù)如下:滲濾通量5 20 L/(m2h),汲取液為0.5 1.5 mo I/L的氯化鈉溶液,濃汲取液通過泵輸送流過生物反應(yīng)池的正滲透膜組件,通過正滲透作用汲取生物反應(yīng)池中的凈化水,并被稀釋,稀汲取液返回汲取液貯罐,通過常規(guī)反滲透系統(tǒng)濃縮,濃液返回汲取液貯罐,滲濾水即為凈化出水。
本發(fā)明中,MBR模塊由微濾或超濾膜組件構(gòu)成,膜為平板式、中空纖維式、管式或螺旋式,膜孔徑0.04 0.40 μ m,材料為PVDF、PES、PE或PP。運(yùn)行參數(shù)如下:滲濾通量10 30 L/(m2h),膜壓差0.01 0.35 bar。膜運(yùn)行過程中需定期進(jìn)行物理和化學(xué)清洗,平板膜組件的物理清洗方法為松弛(曝氣條件下停止?jié)B濾出水),頻率為每10 15 min松弛Imin,中空纖維膜的物理清洗方法為反洗(滲濾出水反沖洗),每15 30 min反洗15 30S。膜的化學(xué)清洗采用500 5000 mg/L的次氯酸鈉溶液浸泡12 24 h,清洗頻率為每隔3個(gè)月 I年清洗I次。
本發(fā)明含鹽污水處理方法采用本發(fā)明上述浸沒式雙膜生物反應(yīng)器,浸沒式雙膜生物反應(yīng)器的運(yùn)行方式為OMBR模塊和MBR模塊間歇交替運(yùn)行。OMBR和MBR的運(yùn)行周期和切換時(shí)間由生物反應(yīng)池內(nèi)的鹽濃度控制。當(dāng)生物反應(yīng)池內(nèi)的鹽濃度累積到抑制水處理微生物活性時(shí),停止OMBR模塊,啟動(dòng)MBR模塊處理并排鹽,當(dāng)生物反應(yīng)池內(nèi)的鹽濃度與進(jìn)水接近時(shí),停止MBR模塊,啟動(dòng)OMBR模塊。OMBR運(yùn)行時(shí),可維護(hù)或清洗MBR膜組件。MBR運(yùn)行時(shí),可維護(hù)或清洗OMBR膜組件。OMBR運(yùn)行時(shí)產(chǎn)出達(dá)到反滲透出水水質(zhì)的深度凈化水,可回用于工業(yè)脫鹽水,MBR運(yùn)行時(shí)產(chǎn)出適度凈化水,可達(dá)標(biāo)排放或用于反滲透等深度處理進(jìn)水。含鹽污水可以是各種來(lái)源的含鹽污水,如原油電脫鹽廢水等。
本發(fā)明中,生物反應(yīng)器的操作條件根據(jù)進(jìn)水的水質(zhì)及出水指標(biāo)進(jìn)行具體確定,一般如下:水力停留時(shí)間(HRT) 3 24 h,污泥停留時(shí)間(SRT) 15 60 d,混合液懸浮固體濃度(MLSS) 7500 15000 mg/L,有機(jī)負(fù)荷(OLR) 0.8 4.5 kg COD/( m3d),混合液回流比100% 300%。
本發(fā)明雙膜生物反應(yīng)器結(jié)合了 OMBR和MBR的優(yōu)點(diǎn),活性污泥濃度較高,剩余污泥較少,省去傳統(tǒng)的澄清和砂濾單元處理,占地面積較少,可同時(shí)產(chǎn)出深度凈化水和適度凈化水,實(shí)現(xiàn)了廢水的高效深度處理和回用。OMBR膜過濾為化學(xué)濃差驅(qū)動(dòng),降低了常規(guī)壓差驅(qū)動(dòng)引起的膜堵塞,通過汲取液在OMBR內(nèi)正滲透膜和OMBR外反滲透循環(huán)取水,消除了常規(guī)生化處理出水中微生物產(chǎn)物(如多糖和胡敏酸類物質(zhì)等)和鈣鎂引起的反滲透膜堵塞。OMBR膜不易堵塞,雙膜交替運(yùn)行使膜清洗與維護(hù)更方便,同時(shí)能有效控制鹽在生物反應(yīng)池中的累積。本發(fā)明適用于各類城市及工業(yè)廢水的達(dá)標(biāo)排放和回用處理。
圖1是本發(fā)明雙膜生物反應(yīng)器構(gòu)成示意圖。
其中:1-生物反應(yīng)器池體,2-微濾膜或超濾膜,3-正滲透膜,4-汲取液罐,5-濃鹽水循環(huán)管路,6-反滲透裝置,7-MBR出水,8-曝氣系統(tǒng),9-0MBR凈化出水管路。
具體實(shí)施方式
下面通過實(shí)施例進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的方案和效果。
實(shí)施例1 采用本發(fā)明設(shè)計(jì)了雙膜生物反應(yīng)器小試裝置,OMBR模塊和MBR模塊浸入20 L生物反應(yīng)器中,二者均為錯(cuò)流式。OMBR膜為0.1 mX0.5 m三醋酸纖維正滲透膜(HydrationTechnologies公司提供),汲取液為1.0 mol/L的氯化鈉溶液,循環(huán)流速為3.0 L/min,膜滲透流速為3 7 L/m2/h。MBR膜為0.1 mX0.5 m平板超濾膜(Kubota公司提供,PES材質(zhì),孔徑0.4 ym),膜過濾流速為7 25 L/m2/h。膜組件進(jìn)水側(cè)底部空氣流速為0.1 m/s。生物反應(yīng)器污泥濃度為5000 8000 mg/L,水力停留時(shí)間為6 h,污泥停留時(shí)間為15 d。處理某煉油廠含油污水隔油和浮選出水,在優(yōu)化的工藝條件下,進(jìn)水及處理出水的主要指標(biāo)見表I。
權(quán)利要求
1.一種浸沒式雙膜生物反應(yīng)器,包括生物反應(yīng)池,其特征在于:在生物反應(yīng)池內(nèi)同時(shí)設(shè)置膜過濾模塊和正滲透膜模塊,生物反應(yīng)池底部設(shè)置曝氣系統(tǒng),膜過濾模塊即MBR模塊,正滲透膜模塊即OMBR模塊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的反應(yīng)器,其特征在于:生物反應(yīng)池為正方形、長(zhǎng)方形或圓形。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的反應(yīng)器,其特征在于:MBR模塊的過濾膜組件至少設(shè)置一個(gè)膜單元,OMBR模塊的正滲透膜組件至少設(shè)置一個(gè)膜單元,每個(gè)膜單元由I 3片膜構(gòu)成,膜單兀間距80 100臟。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的反應(yīng)器,其特征在于:0MBR模塊由正滲透膜組件、正滲透汲取液?jiǎn)卧图橙∫悍礉B透濃縮系統(tǒng)構(gòu)成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的反應(yīng)器,其特征在于:0MBR模塊的正滲透膜組件為浸沒式,操作采用連續(xù)好氧生化處理模式。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的反應(yīng)器,其特征在于:0MBR模塊的膜組件為平板式、中空纖維式、管式或螺旋式正滲透膜,材料為三醋酸纖維或薄層聚酰胺。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的反應(yīng)器,其特征在于OMBR運(yùn)行參數(shù)如下:滲濾通量5 20 L/(m2h),汲取液為0.5 1.5 mo I/L的氯化鈉溶液,濃汲取液通過泵輸送流過生物反應(yīng)池的正滲透膜組件,通過正滲透作用汲取生物反應(yīng)池中的凈化水,并被稀釋,稀汲取液返回汲取液貯罐,通過常規(guī)反滲透系統(tǒng)濃縮,濃液返回汲取液貯罐,滲濾水即為凈化出水。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的反應(yīng)器,其特征在于:MBR模塊由微濾或超濾膜組件構(gòu)成,膜為平板式、中空纖維式、管式或螺旋式,膜孔徑0.04 0.40 μ m,材料為PVDF、PES、PE或PP0
9.根據(jù)權(quán)利要求1或8所述的反應(yīng)器,其特征在于MBR模塊運(yùn)行參數(shù)如下:滲濾通量10 30 L/ (m2h),膜壓差 0.01 0.35 bar。
10.一種含鹽 污水處理方法,其特征在于:采用權(quán)利要求1至9任一權(quán)利要求所述浸沒式雙膜生物反應(yīng)器,浸沒式雙膜生物反應(yīng)器的運(yùn)行方式為OMBR模塊和MBR模塊間歇交替運(yùn)行。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種浸沒式雙膜生物反應(yīng)器及含鹽污水處理方法,主要由生物反應(yīng)池、微濾或超濾膜組件、正滲透膜組件、正滲透汲取液?jiǎn)卧图橙∫悍礉B透濃縮系統(tǒng)構(gòu)成。本發(fā)明適用于各類市政和工業(yè)廢水的深度凈化和回用處理,處理出水水質(zhì)與反滲透出水相近。
文檔編號(hào)C02F9/14GK103102038SQ20111035374
公開日2013年5月15日 申請(qǐng)日期2011年11月10日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月10日
發(fā)明者李凌波 申請(qǐng)人:中國(guó)石油化工股份有限公司, 中國(guó)石油化工股份有限公司撫順石油化工研究院