[发明专利]连续更新动态膜的微网动态膜生物反应器

说明书

技术领域

本发明涉及一种污、废水处理装置-膜生物反应器，尤其涉及一种将具有强化反硝化效果的生物反应器和以环境矿物、微生物菌胶团与微细滤网(行业统称微网)协同作用达到微滤固液分离效果的膜组件合成制作的连续更新动态膜的微网动态膜生物反应器。

背景技术

膜生物反应器(Membrane Bio Reactor，简称MBR)的研究开发只有近30年的历史，真正的规模应用不到20年。它是将污、废水生物处理技术和膜分离技术相结合的一种新型水处理装置。膜生物反应器工艺所具有的高质量的固液分离效果和高浓度、长泥龄活性污泥对有机物较高的去除效果，使其成为一种出水水质好、占地面积小、剩余污泥量低、易于实现自动化的优化合成水处理工艺。在水处理领域，尤其在污、废水资源化工程方面得到较为广泛的应用。然而，在MBR工艺推广过程中存在着如下缺点与障碍：(1)MBR采用专用的膜孔径在1微米以下微滤或超滤膜组件截留污泥，出水量低，难以满足大规模应用的要求；(2)传统的膜组件造价高，且运行的控制过程相对复杂，使得基建投资较高；(3)膜组件容易出现因浓差极化、污染、老化使其通量下降并产生堵塞，导致使用寿命低；尤其使用中为使过滤水通过膜组件，需要设置高压抽吸水泵和与之相关的控制部件，同时维护需要较高技术条件，因此运行能耗、费用较高，限制了膜组件较大规模的应用和推广。

近年，MBR领域开始出现对动态膜分离技术的研究，其特点是以普通孔状材料通常是指孔径在400目以上如不锈钢丝网、尼龙丝网、化纤丝网、无纺布等微细滤网(行业统称微网)代替传统的微滤或超滤膜制作微网组件，使用时，微网组件置于生物反应器混合液中，在污水处理的循环过程中，随着生化反应及过滤过程的进行，微生物菌胶团沉淀附着在微网上形成周期性生长脱落的生物质层也称为动态膜。该膜的形成改进了作为支撑体的微网介质的过滤性能，动态膜具有活性、柔性和吸附性，其分离质量的高低和通量的大小决定于膜的活性、密度、厚度以及通过压力；在一定的控制条件下，动态膜可达到和上述固体型传统MBR工艺用膜组件相同的微滤分离效果，但其对流体的跨膜压力要求却远远低于传统的MBR膜组件，且膜组件材料易得、价格低廉，可显著降低工程成本，因此易于大规模应用和推广。然而目前该技术仍不成熟，尚处于研发阶段。现有动态膜微网组件一般为平面形，类似于传统平板形MBR膜组件，并延用传统膜组件MBR工艺的错流过滤来控制动态膜厚度和降低膜污染以及延用停机间断反冲洗方式来保证膜通量。错流是利用紊流剪切和冲刷作用来抑制污染物质在膜表面的附集，这对于MBR膜组件降低污染非常有效，但对以利用污染物质进行固液分离的活性和柔性的动态膜来说却会产生不利影响，紊流使质地柔软，与滤网附着力弱，尤其在经历生成、成长、成熟、衰弱、死亡的新陈代谢过程中本身就会出现非周期性脱落的生物质层更易脱离微网，造成悬浮物质无规律泄漏；错流除体现表面剪切冲刷作用外，同时存在对膜面的法向振动作用，这种法向振动使膜层生长不可能均匀，膜面中心部位因振幅过高而难以形成有效凝胶层，因此，错流方式运行的动态膜对较大分子量的溶解性有机物截流效果很差；错流剪切冲刷和法向振动作用也极易使动态膜层出现“漏洞”，使出水浊度无规律波动并难以控制在较高水平，细菌总数超标；尤其在使用过程中因膜层增厚，附着污物过多，通量下降进行反冲洗时需要足够大流量的水或气混水，使反冲洗设备容量大，资源耗费、能耗高，间断使用，设备闲置率高；反冲洗后，因动态膜再生成期间会产生大量未经过滤的干扰水，使出水率难以提高。这些不利影响造成现有动态膜技术处于出水水质不够稳定、膜面积难以放大、出水率较低、尚不能实现大规模应用的技术性瓶颈，限制了动态膜技术的工程性利用。此外，现有膜生物反应器的形式单一，缺氧区设于反应器外部，结构繁复，对总氮总磷去除效果较差。上述诸问题限制了膜生物反应器更为广泛的应用。

如何实现采用低成本的动态膜分离技术既能达到传统MBR膜组件出水水质，又提高通量及出水率，达到优化简化动力和控制系统减少能耗，降低成本的目的，并提高生化效果，尤其是脱氮除磷效果成为业界关注问题。

发明内容

本发明的主要目的在于针对上述问题，提供一种将具有强化反硝化效果的生物反应器与以环境矿物、微生物菌胶团和微网协同作用达到造价低、体积小、出水水质好，通量高、出水率高的微网组件相结合，提供出一种脱氮除磷效果好，并达到微滤固液分离效果，在保证出水通量基础上，优化简化动力和控制系统的连续更新动态膜的微网动态膜生物反应器。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：