[发明专利]一种超滤‑渗透复合式膜生物反应器及其用途

说明书

技术领域

本发明属于污水处理技术领域，涉及一种超滤‐渗透复合式膜生物反应器及其用途，可用于生活污水中COD、总氮和总磷的去除，多种微量有机污染物的降解，以及非饮用水和饮用水的回用。

背景技术

近些年，气候的变化和人口的增长加剧了淡水供应的压力，迫使人们开始寻找替代水源。再生水作为一种替代水源，通过水回用的方式增加了淡水的供应。从公众和环境健康保护的角度来说，应用水回用技术的难点在于有效地结合生物的、化学的和物理的阻隔处理来充分去除致病菌、营养物和微量有机污染物。

污水处理设施一般使用传统的活性污泥法或膜生物处理器来去除有机碳、营养物(例如氮和磷)和致病菌。微量有机污染物(例如药物、甾体激素和工业化学物)可能对人类和环境构成潜在的风险，但是，上述污水处理设施还没有被专门设计来去除它们。传统的活性污泥法对微量有机污染物的去除效率低且波动大，所以，额外的处理技术(例如纳滤、反渗透、活性炭吸附、高级氧化和臭氧处理)需要串联在活性污泥处理的后面来保证微量有机污染物的有效去除。

高选择性膜分离技术(例如纳滤和反渗透)基于物理原理从产品水中去除微量有机污染，而不是将其转化成未知的产物，所以该技术优于其他处理技术。在小试、中试和实尺试验的研究中，纳滤和反渗透作为水回用技术来处理污水三级出水时，对微量有机污染物的截留率高达85％。这些技术通过半透膜来去除微量有机污染物，其效率主要受污染物的物理化学性质(例如分子量、电荷和亲水性)和膜(例如电荷、亲水性和)的影响。

与纳滤和反渗透相似，正渗透膜技术对微量有机污染物的去除具有优异的效果。特别地，Xie等人(Water Research,2012,46,2683‐2692)报导说，由于滞后正扩散现象的存在，使用相同膜材料的条件下，正渗透比反渗透对疏水性微量有机污染物的截留效果更好。滞后正扩散现象由驱动液在膜孔中的反向扩散引起，阻碍了微量有机污染物从进料液到驱动液的转移。反渗透和纳滤的驱动力源于进料液和产品水之间的液压差，而正渗透的驱动力源于低盐度进料液和高盐度驱动液之间的渗透压差。在正渗透过程中，进料液中的水通过正渗透膜扩散进入驱动液中，所以驱动液被稀释且进料液被浓缩。为了回用淡水和保持一定浓度的驱动液，正渗透通常需要耦合一个驱动液恢复技术(例如蒸馏，膜蒸馏或反渗透)。使用正渗透‐膜蒸馏或正渗透‐反渗透复合技术还有一个重要的优点，就是能够去除大部分的溶解性进料成分，包括微量有机污染物。

在一个多重阻隔处理方法中，正渗透的进一步应用就是渗透膜生物反应器。不同于微滤和纳滤膜，正渗透膜在渗透膜生物反应器中从活性污泥里提取水进入浓缩的驱动液里。与传统的膜生物反应器技术相比，渗透膜生物反应器具有较多的优点，例如低膜污染倾向，以及对悬浮性和溶解性污染物具有高截留率。由于正渗透膜的高截留效果和驱动液的反向盐扩散，溶解性物质会在渗透膜生物反应器中积累，这是其一大缺点。它将减小膜生物反应器中的驱动力和生物活性，从而降低系统对水的回用效率和营养物的去除效率。

发明内容

针对上述缺陷，本发明的主要目的在于提供一种去污效果优异且能长时间稳定运行、生物反应器中盐份的积累较少的超滤‐渗透复合式膜生物反应器，可用于生活污水中COD、总氮和总磷的去除，多种微量有机污染物的降解，以及非饮用水和饮用水的回用。

本发明的另一个目的在于提供超滤‐渗透复合式膜生物反应器在污水处理中的应用。

为实现以上的技术目的，本发明将采取以下的技术方案：一种超滤‐渗透复合式膜生物反应器，包括缺氧生物反应器、好氧生物反应器、反渗透系统，其特征在于，所述的好氧生物反应器包括浸没的正渗透膜系统和中空纤维式聚偏二氟乙烯超滤膜组件，缺氧生物反应器、中空纤维式聚偏二氟乙烯超滤膜组件、正渗透膜系统、反渗透系统顺序排列，正渗透膜系统含有若干硬板，正渗透膜挂在硬板上，硬板内部设有驱动液通道。

前述的超滤‐渗透复合式膜生物反应器，正渗透膜系统含有5个硬板，每个硬板两侧均挂有三醋酸纤维素膜，膜的总面积为1.2平方米；正渗透膜的活性层朝向好氧生物反应器中的活性污泥，其多孔支撑层朝向正渗透膜系统的硬板内的驱动液通道；超滤膜组件中膜的总面积为0.44平方米，其标称孔径为0.03微米。