一种减缓膜污染的膜生物反应器装置及污水处理方法
【技术领域】：
[0001] 本发明涉及污水处理领域，具体是一种减缓膜污染的膜生物反应器装置及污水处 理方法。其集合了三相分离、超声波、GHK旋转膜过滤、在线化学清洗等多项技术。
【背景技术】：
[0002] 膜生物反应器（MBR)是一种新型高效的污水处理工艺，得到世界各国的广泛关 注。膜的高效截留作用，使微生物完全截留在反应器内，实现了水力停留时间和污泥龄的分 离，更有效地降解有机物；并通过膜分离装置代替传统工艺中的二沉池，减少占地面积；解 决了传统活性污泥法存在的污泥膨胀、污泥浓度低等因素造成的出水水质不达标及中水回 用率低的问题。新型高效的膜生物反应器已经成为污水处理及回用的重要发展趋势。
[0003] 膜污染会引起膜通量下降，缩短膜的使用寿命，增加膜生物反应器的运行成本，是 限制膜生物反应器大范围应用的瓶颈问题。导致膜污染发生的原因主要有5个：1)膜对溶 液中溶质及胶体的吸附；2)污泥絮体在膜表面的沉积；3)膜表面滤饼层的形成；4)剪切力 导致的污染物的分离扩散；5)长期运行过程中污染物在组成及性质上发生的变化。其中， 膜污染又可以分为可恢复污染和不可恢复污染，可恢复污染可以通过物理方法（曝气、反 洗等）和化学方法（次氯酸钠、氢氧化钠、无机酸等浸泡清洗）去除。
[0004] 三相分离器主要用于气-固-液三相分离设备。常见于污水处理中厌氧生物反应 器。气体上升进入分离器顶部沿导气管排出，污泥颗粒沿斜板自动滑落被截留在下部污泥 区，污水进入上部的澄清区而后出水。
[0005] 超声波清洗是利用超声波在液体中的空化作用、加速度作用及直进流作用对液体 和污物直接、间接的作用，使污物层被分散、乳化、剥离而达到清洗目的。
[0006] 旋转膜过滤是德国GHK环境技术有限公司推出的一项新型膜分离技术。固定在管 轴上的膜过滤板在转动电机带动下，在MBR反应器内旋转，在气泡冲刷、旋转剪切、污水喷 射等多重作用下可有效减缓膜污染，且保证各膜组件受到的清洗强度均匀。但由于其转动 设备长期浸没在水体中，使得工程造价、运营成本幅度提高，日常维护保养不便。本发明借 鉴膜旋转理论，设计出更符合我国污水处理的立式安装旋转膜过滤组件。
【发明内容】
：
[0007] 针对传统膜生物反应器膜表面污染严重、曝气清洗能耗高等问题，本发明提供了 一种减缓膜污染的膜生物反应器装置及污水处理方法。本发明利用三相分离器将膜生物反 应器分成上下两个部分，下部为接触氧化区，上部为膜反应区。三相分离器将气-固-液进 行分离，使下部分接触氧化区保持较高的生物量，并将收集的气体用于膜反应区搅拌和膜 面冲刷，降低曝气能耗；膜反应区配置超声波清洗设备，利用超声波"空化作用"，有效防止 膜表面形成凝胶层，降低膜污染；与此同时，三相分离器把接触氧化区和膜反应区分开，避 免超声波对活性污泥絮体的破坏；旋转膜过滤组件产生的剪切力作用可有效减缓膜污染速 度，同时也可使整个膜组件受到均等清洗强度，减小清洗死角；为避免膜组件化学清洗需要 重复拆装，膜反应区配置在线化学清洗设备；接触反应区具有气水联合反洗功能。膜组件在 旋转剪切、气泡冲刷、污水升流的三维力场作用下，可最大限度减小膜面浓差极化、凝胶层、 滤饼层等因素引起的膜污染，同时配置在线超声波、化学清洗设备，可使膜组件尽快恢复通 量，便于运行管理。
[0008] 本发明的减缓膜污染的膜生物反应器装置，包括：污水提升泵、调节池、膜生物反 应器、穿孔布水器、曝气器、曝气气体流量计、曝气风机、放空/排泥阀、填料、封闭闸阀一、 三相分离器、导气管、封闭闸阀二、超声波振盒、膜组件、超声波发生器、旋转电机、压力表、 抽吸水泵、流产水流量计、产水水箱、化学清洗剂储罐、反洗水泵、反洗水管道一、反洗水管 道二以及多个连接管路和阀门；膜生物反应器为中空容器，于膜生物反应器内，下部设有穿 孔布水器，中部设有三相分离器，上部设有膜组件；穿孔布水器的上方设有曝气器，曝气器 与三相分离器之间作为接触氧化区，接触氧化区内装填有填料，膜组件所在的区域为膜反 应区； 污水提升泵的出水口通过蝶阀和流量计与调节池上端进水口相连通，调节池下端出水 口通过管路与膜生物反应器内的穿孔布水器相连；曝气器通过曝气气体流量计及启闭蝶阀 与曝气风机的出口相连通； 三相分离器顶部设有用以将接触氧化区剩余气量导入上部膜反应区的导气管，将接 触氧化区剩余气用做膜组件的气洗源；超声波振盒设置在膜生物反应器的内壁与膜组件 之间，超声波振盒通过信号线与膜生物反应器外部的超声波发生器信号连接；膜组件采用 GHK旋转膜过滤组件立式安装，GHK旋转膜过滤组件由旋转电机及摆线针轮减速机带动下 顺时针转动，GHK旋转膜过滤组件中心总出水管与转动轴连接，中心总出水管开孔与转动接 头连接，转动接头与出水管连接，出水管通过压力表与抽吸水泵进水口相连接，抽吸水泵出 水口通过流产水流量计与产水水箱进水口连通；化学清洗剂储罐罐体通过隔膜计量泵与反 洗水管道一相连通，反洗水管道一出口设置在膜组件与导气管之间的膜生物反应器中部， 出口处于膜生物反应器内；反洗水管道一进口与反洗水泵出水口相连，反洗水泵进水口与 产水水箱出口相连，反洗水泵的出水口通过反洗水管道二与膜生物反应器内的接触氧化区 相连通； 封闭闸阀一设置在三相分离器与接触氧化区之间，用于分隔三相分离器与接触氧化 区；封闭闸阀二设置在三相分离器与膜反应区之间，用于分隔三相分离器与膜反应区，便于 膜生物反应器上下部分别清洗；膜生物反应器底部设有带放空/排泥阀的物料出口。
[0009] 所述的穿孔布水器采用一管多孔布水方式，沿反应器底部设置总布水管，间隔设 置配水横管，管上等间距开孔，配水管直径50?100cm，配水管中心距底部20?25cm，孔径 15 ?25mm〇 所述的曝气器采用固定平板微孔曝气器，直径200_，平均孔径100?200ym，孔隙率 40?50 %，氧利用率20?25 %，服务面积0? 3?0? 75m2/个。
[0010] 所述的膜生物反应器底部为倒圆锥台型结构，通过放空/排泥阀控制污泥停留时 间5?30d。
[0011] 所述的填料采用尼龙软性纤维填料，纤维素长度120?160mm，素间距离60? 80mm，孔隙率大于70%，理论比表面积1400?2400m2/m3。 所述的超声波振盒处于三相分离器的上方，采用投入振板型，同频对振清洗方式，功率 密度31W/L，清洗频率40KHz，清洗时间5min，清洗时间间隔24h。
[0012] 于反洗水管道一和反洗水管道二上设有阀门。
[0013] 所述的膜组件采用孔径0.Iym聚偏氟乙烯膜（PVDF)，板框式膜通量10?40L/ m2 ?h，每个组件过滤面积2287m2。
[0014] 所述的化学清洗剂储罐由酸罐（HCl)、碱罐（NaOH)、次氯酸钠罐（NaClO)、柠檬酸 罐组成，各罐体容积lm3。
[0015] 本发明的一种减缓膜污染的膜生物反应器装置处理污水的方法，是按照以下步骤 进行的：
[0016] 一 /将待处理的污水经过预处理，由污水提升泵泵入调节池，调节池设置搅拌器 和排泥泵，将待处理的污水进行均质均量，调节池均质后的待处理污水通过重力自流进入 膜生物反应器下部，通过穿孔管布水器均匀布水，生物接触氧化区MLSS6000?IOOOOmg/ L；
[0017] 二/污水在接触氧化区曝气器曝气的作用下，经过接触氧化区填料层，水质的有 机物得到有效去除，有机负荷I. 0?2.OkgBOD/m3 ?(!，水力停留时间4?6h，供气量1:5? 20 ；
[0018] 三/三相分离器将生物接触氧化区的泥/水/气进行分离，