一种移动床生物膜耦合渗透膜生物反应器

摘要

一种移动床生物膜耦合渗透膜生物反应器，包括移动床生物膜反应器、正渗透膜分离装置和反渗透膜分离装置，移动床生物膜反应器包括带有顶部开口的移动床生物膜反应器本体、安装在所述移动床生物膜反应器本体顶部开口处的拆卸式封盖，移动床生物膜反应器本体设有进水口、排泥口和出水口，移动床生物膜反应器本体内腔配有曝气装置，移动床生物膜反应器本体内腔填充生物载体；正渗透膜分离装置包括正渗透膜组件、驱动液蓄水箱和驱动液回收箱；反渗透膜分离装置包括反渗透膜组件和高压泵。本发明的有益效果是：处理过程中几乎不会出现膜污染；营养物质去除效率显著上升；出水水质好，膜通量高；绿色、节约、可持续。

说明书

技术领域

本发明涉及一种移动床生物膜耦合渗透膜生物反应器。

背景技术

正渗透膜生物反应器是将正渗透技术与膜生物反应器相结合形成的一种污水处理系统，集正渗透的截留作用和活性污泥的降解作用于一身。正渗透膜生物反应器是一种低膜污染的膜生物反应器，几乎没有膜污染或者所有的膜污染都是可逆的。其优点有：(1)正渗透膜在低压或无压条件下运行，膜污染几率低，能耗低；(2)稀释的驱动液通过反渗透系统后重复利用，不产生浓缩含盐水且具有较高的纯水回收率；(3)依靠正渗透的截留作用，系统的出水水质好且不易造成膜污染。基于以上优点，正渗透膜生物反应器正广泛应用于工业废水处理等领域。

虽然正渗透膜生物反应器技术相较于传统膜生物反应器已具有巨大的优势，但目前为止仍存在较多难以克服的问题，如反应器内盐分积累、长期运行过程中产生膜污染以及反应器对营养物质去除效率低下等。

发明内容

为了克服传统正渗透膜生物反应器存在反应器内盐分积累、长期运行过程中产生膜污染以及反应器对营养物质去除效率低下的问题，本发明提出了一种采用正渗透膜、反渗透膜与多孔悬浮球填料，多种处理方式相结合，具有出水水质好、运行及管理成本低、膜渗透过程能耗低、绿色可持续等特点的移动床生物膜耦合渗透膜生物反应器。

本发明所述的一种移动床生物膜耦合渗透膜生物反应器，包括移动床生物膜反应器、正渗透膜分离装置和反渗透膜分离装置，其特征在于：所述的移动床生物膜反应器包括带有顶部开口的移动床生物膜反应器本体、安装在所述移动床生物膜反应器本体顶部开口处的拆卸式封盖，所述的移动床生物膜反应器本体设有进水口、排泥口和出水口，所述的移动床生物膜反应器本体内腔配有曝气装置，并且所述的移动床生物膜反应器本体内腔填充生物载体；所述的正渗透膜分离装置包括正渗透膜组件、驱动液蓄水箱和驱动液回收箱，所述的正渗透膜组件的表面包覆正渗透膜，所述的正渗透组件的驱动液进水管与所述的驱动液蓄水箱出水口管路连通，所述的正渗透组件的出水收集管与所述的驱动液回收箱的进水口管路连通；所述的反渗透膜分离装置包括反渗透膜组件和高压泵，所述的反渗透膜组件的表面包覆反渗透膜，所述的高压泵的进水口与所述的驱动液回收箱的出液口管路连通，所述的高压泵的出水口与所述的反渗透膜组件的进液口管路连通，所述的反渗透膜分离组件的出液口与所述的驱动液蓄水箱的进液口管路连通，并且所述的高压泵与所述的反渗透膜组件之间的管路上配有控制管内液体流速的进水阀。

所述的移动床生物膜反应器本体底部减缩形成进水口，并且所述的进水口的侧面设有带有阀门的排泥口，所述的移动床生物膜反应器本体的顶端一侧设有溢流堰，并且所述的溢流堰侧壁设有与外界连通的出水口。

所述的曝气装置包括布气支管、支撑体和导气管，所述的导气管通过支撑体安装在所述的移动床生物膜反应器本体内部，其中所述的导气管一端与外部的气源连通，导气管的另一端与所述的布气支管进气端口连通。

所述的导气管设置在所述的移动床生物膜反应器本体内侧面，所述的布气支管设置在所述的移动床生物膜反应器本体的底部。

所述的正渗透膜组件为圆柱形，其中所述的驱动液进水管设置在正渗透膜组件底部，出水收集管设置在正渗透膜组件顶部。

所述的正渗透膜与反渗透膜均为具有截盐作用的醋酸纤维素膜；所述的正渗透膜的结构型式为平板型。

所述的生物载体为体积为1cm³的多孔悬浮球填料，占移动床生物膜反应器体积的30％～70％。

所述的驱动液为与非离子型表面活性剂相结合的无机盐水溶液；所述的无机盐水溶液为氯化钠水溶液。

该移动床生物膜耦合渗透膜生物反应器可由有机玻璃或混凝土制作，其工作原理与运行过程为：污水经进水泵持续从所述的移动床生物膜反应器底部进水口进入，驱动液也被泵入正渗透膜组件中，由于正渗透膜两侧压力不同，污水通过渗透压渗入膜组件中将驱动液稀释，被稀释的驱动液流入驱动液回收箱中，在高压泵的作用下，通过进水阀进入反渗透膜组件内，反渗透组件分离后纯净的出水回收再利用，浓缩后的驱动液溶质则循环到驱动液蓄水箱中继续使用。污水中其他截留在移动床生物膜反应器中的污染物与反应器内经曝气作用不断运动的多孔悬浮球填料接触，在填料内外表面形成生物膜，利用生物膜内微生物的代谢活动，使污水得到净化，之后从溢流堰的出水口排出。

本发明的有益效果是：1、处理过程中几乎不会出现膜污染。其主要原因为：(1)正渗透膜中的驱动力为膜渗透压，水力压力可忽略不计，另外，研究发现膜表面几乎所有的有机和无机膜污染物均可逆，经过简单处理便可恢复通量；(2)以底层曝气的方式驱动反应器内部的多孔悬浮球填料，使填料与膜表面充分接触，去除膜表面的污染物质，从而避免采用为抑制或破坏污染层而采取的流体扰动措施，有效提高了系统的处理性能；(3)采用的正渗透膜对无机盐具有选择透过性，正渗透膜组件内部的无机盐溶液几乎无法渗入到移动床生物膜反应器中；同时选择的与非离子型表面活性剂相结合的无机盐水溶液能有效降低膜表面的盐分累积，从而降低了膜表面的无机污染。

2、营养物质去除效率显著上升。一方面由于膜污染得到有效控制，在无后顾之忧后，生物反应器内可容纳高浓度的活性污泥，极大缩短了生化反应时间，强化了生化处理的效能；另一方面，在底部曝气作用下，多孔悬浮球填料持续接触污水并在其内外表面形成生物膜，通过生物膜上的微生物作用强化了污水净化。

3、出水水质好，膜通量高。现有的正渗透膜生物反应器面临着大量盐分积累的挑战，本发明与非离子型表面活性剂相结合的无机盐水溶液可有效提升水通量并降低盐分反渗到生物反应器内，过程中无动力污染。正渗透膜组件稀释后的无机盐溶液经反渗透膜分离系统处理之后的水纯度高；污水经移动床生物膜反应器处理后，出水水质优良，可直接排放或回用。

4、绿色、节约、可持续。处理过程能耗低，且节约清洗费用。系统结构形式简单，对所需材质无特殊要求，投资建设成本低；另外，由于无膜污染问题，系统所用膜的寿命长，耗材较少；无浓水排放，系统可持续高效运行，契合当下环保要求。

附图说明

图1是本发明的结构图。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本发明

参照附图：

实施例1本发明所述的一种移动床生物膜耦合渗透膜生物反应器，包括移动床生物膜反应器1、正渗透膜分离装置2和反渗透膜分离装置3，所述的移动床生物膜反应器1包括带有顶部开口的移动床生物膜反应器本体4、安装在所述移动床生物膜反应器本体4顶部开口处的拆卸式封盖5，所述的移动床生物膜反应器本体4设有进水口8、排泥口10和出水口7，所述的移动床生物膜反应器本体4内腔配有曝气装置11，并且所述的移动床生物膜反应器本体4内腔填充生物载体；所述的正渗透膜分离装置2包括正渗透膜组件13、驱动液蓄水箱12和驱动液回收箱14，所述的正渗透膜组件13的表面包覆正渗透膜16，所述的正渗透组件13的驱动液进水管15与所述的驱动液蓄水箱12出水口管路连通，所述的正渗透组件13的出水收集管与所述的驱动液回收箱14的进水口管路连通；所述的反渗透膜分离装置2包括反渗透膜组件20和高压泵18，所述的反渗透膜组件20的表面包覆反渗透膜，所述的高压泵18的进水口与所述的驱动液回收箱14的出液口管路连通，所述的高压泵18的出水口与所述的反渗透膜组件20的进液口管路连通，所述的反渗透膜分离组件20的出液口与所述的驱动液蓄水箱12的进液口管路连通，并且所述的高压泵18与所述的反渗透膜组件20之间的管路上配有控制管内液体流速的进水阀19。

所述的移动床生物膜反应器本体4底部减缩形成进水口8，并且所述的进水口8的侧面设有带有阀门9的排泥口10，所述的移动床生物膜反应器本体4的顶端一侧设有溢流堰6，并且所述的溢流堰6侧壁设有与外界连通的出水口7。

所述的曝气装置11包括布气支管21、支撑体22和导气管23，所述的导气管23通过支撑体22安装在所述的移动床生物膜反应器本体4内部，其中所述的导气管23一端与外部的气源连通，导气管23的另一端与所述的布气支管进气端口连通。

所述的导气管23设置在所述的移动床生物膜反应器本体4内侧面，所述的布气支管21设置在所述的移动床生物膜反应器本体4的底部。

所述的正渗透膜组件13为圆柱形，其中所述的驱动液进水管15设置在正渗透膜组件13底部，出水收集管17设置在正渗透膜组件13顶部。

所述的正渗透膜16与反渗透膜均为具有截盐作用的醋酸纤维素膜；所述的正渗透膜16的结构型式为平板型。

所述的生物载体为体积为1cm³的多孔悬浮球填料，占移动床生物膜反应器体积的30％～70％。

所述的驱动液为与非离子型表面活性剂相结合的无机盐水溶液；所述的无机盐水溶液为氯化钠水溶液。

该移动床生物膜耦合渗透膜生物反应器可由有机玻璃或混凝土制作，其工作原理与运行过程为：污水经进水泵持续从所述的移动床生物膜反应器本体1底部进水口8进入，驱动液也被泵入正渗透膜组件13中，由于正渗透膜16两侧压力不同，污水通过渗透压渗入膜组件中将驱动液稀释，被稀释的驱动液流入驱动液回收箱14中，在高压泵18的作用下，通过进水阀19进入反渗透膜组件20内，反渗透组件20分离后纯净的出水回收再利用，浓缩后的驱动液溶质则循环到驱动液蓄水箱12中继续使用。污水中其他截留在移动床生物膜反应器中的污染物与反应器内经曝气作用不断运动的多孔悬浮球填料接触，在填料内外表面形成生物膜，利用生物膜内微生物的代谢活动，使污水得到净化，之后从溢流堰6的出水口7排出。

本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也包括本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。