一种膜曝气生物膜反应器及其清洗方法与流程

本发明属于水处理技术领域，具体涉及一种膜曝气生物膜反应器及其清洗方法。

背景技术：

膜曝气生物膜反应器(mabr)是一种新颖的膜-生物处理组合工艺。在mabr中，曝气膜既提供曝气又兼做生物膜生长的载体。气相(曝气膜内腔)中的氧是通过膜/生物膜的界面扩散进入生物膜内，而液相(废水)中的底物是从生物膜/液相界面上进入生物膜。曝气膜的工作原理如图1所示。

膜曝气生物膜反应器具有以下两个显著特点：1、曝气膜的曝气方式为无泡曝气，与有泡曝气相比，可以大幅提高氧气利用效率，大幅降低曝气耗能。2、曝气膜表面附着有生物膜，而由于氧气浓度梯度的存在，生物膜从内之外可以分为好氧层、缺氧层和厌氧层。由于不同类型微生物的存在，可以在单一反应器内实现传统两端式厌氧/好氧反应器的脱氮功能。

除此之外，膜曝气生物膜反应器还具有以下优点：1、污泥产量小，此是生物膜法的普遍优点；2、由于采用无泡曝气，适于处理易挥发性有机物，避免空气污染；3、供氧效率高，适合处理高浓度污水；4、中空式曝气膜比表面积大，反应器中生物量大，可以大幅提高有机负荷。

以cn102531153公开的方案为例(如图2)，传统工艺多将曝气膜浸没于反应器之中，通过气泵提供空气或者氧气，通过进水泵和出水泵控制进水和出水，通过叶轮搅拌、磁力搅拌、空气喷射和水力搅拌等方式实现水的混匀。上述传统工艺存在以下缺点：

1、传统反应器一般不进行标准化设计，而是针对不同环境采用定制的反应器，反应器的内部安装有预先设定量的膜丝。这种定制的反应器应用范围有限，而且，一旦水质发生较大波动时，处理能力不能进行灵活调整，因此长期运行效果难以保证。

2、传统反应器缺乏有效的曝气膜污染控制手段和有效的清洗方式，膜表面污染将导致氧传质效率严重降低，这是限制膜曝气膜生物反应器的主要因素。

3、传统反应器中膜填充密度不足，一方面导致废水中氧气传质效率较低，另一方面生物量低，导致处理负荷降低。

技术实现要素：

为解决上述问题，本发明的目的是提供一种膜曝气生物膜反应器。

本发明的另一目的是提供一种使用上述膜曝气生物膜反应器的水处理系统。

本发明的另一目的是提供上述水处理系统的清洗方法。

本发明的另一目的是提供由上述膜曝气生物膜反应器组合而成的膜曝气生物膜反应装置。

本发明的又一目的是提供一种使用上述膜曝气生物膜反应装置的水处理系统。

为达到上述目的，本发明提供了一种膜曝气生物膜反应器，该反应器包括：膜壳、膜丝、第一端盖、第二端盖、进水口、出水口、进气口和出气口；

膜丝安装于膜壳内，膜壳的两个端部分别由第一端盖和第二端盖进行端封；

第一端盖上设有出气口，第二端盖上设有进气口；

在靠近两个端部的膜壳侧壁上，分别设有出水口和进水口；水通过进水口进入膜壳，并以溢流的方式从出水口排出；

膜丝在膜壳中的装填密度为30％-70％。

在上述膜曝气生物膜反应器中，特别地将膜丝的装填密度设置为30％-70％，并且采用了进气方式以及溢流方式排水，使反应器不仅具有高效的处理能力，而且更重要的是便于清洗。本发明提供的膜曝气生物膜反应器，在满足上述装填密度的条件下，保证了膜丝间生物膜生长空间和组件内实际微生物量之间的平衡，使反应器具有较高地有机负荷；而且，经实际运行验证，在上述膜丝装填密度条件下，膜丝间的空间所形成的水流通道有利于清洗作业，可起到有效控制膜污染的作用。

上述膜曝气生物膜反应器可以设置为流通式膜曝气生物膜反应器。

在上述膜曝气生物膜反应器中，优选地，膜丝在膜壳中的装填密度为30-40％。

在上述膜曝气生物膜反应器中，优选地，所述出水口设于靠近第一端盖的膜壳侧壁上，所述进水口设于靠近第二端盖的膜壳侧壁上。

在上述膜曝气生物膜反应器中，优选地，所述膜壳为竖向设置，所述第一端盖为上端盖，所述第二端盖为下端盖。

在上述膜曝气生物膜反应器中，进气可以采用纯氧气和空气，根据实际废水性质 决定。

在上述膜曝气生物膜反应器中，反应器的运行方式可以采用单级或者多级方式运行；针对每一级可以采用单次运行和循环运行的方式。各运行方式简述如下：

单次运行：进水经过单次处理后即达到要求，全部直接出水；

循环运行：部分出水循环到进水池，相当于延长处理时间；

多级运行：上级组件的出水作为下一级组件的进水，采用多级处理满足处理要求。

在上述膜曝气生物膜反应器中，优选地，所述膜丝由曝气膜和生物膜组成，所述曝气膜使用疏水性强，泡点压力大的透气疏水膜，曝气膜的形态为中空纤维膜。

在上述膜曝气生物膜反应器中，优选地，所述膜曝气膜的材质为聚乙烯、聚丙烯或聚四氟乙烯。

在上述膜曝气生物膜反应器中，优选地，在所述进水口处设有布水器。通过设置布水器，可保证进水分布均匀。

在上述膜曝气生物膜反应器中，优选地，所述反应器设有压力传感器，用于监测跨膜压力的变化。当跨膜压力达到一定范围时，可自动开启反应器的清洗程序。

本发明另提供了一种使用上述膜曝气生物膜反应器的水处理系统，该系统包括：

膜曝气生物膜反应器、进水泵、进气泵和进水池；进气泵与膜曝气生物膜反应器的进气口连通；进水池通过进水泵与膜曝气生物膜反应器的进水口连通；膜曝气生物膜反应器的出水口与出水管道连通，在出水管道上设置有与进水池连通的支路。

本发明另外提供了上述水处理系统的清洗方法，所述清洗方法有以下几种，实际运行时可以采用其中的一种或几种的组合；

(1)液体正冲洗：通过进水口注入水(以较大流量)，以冲刷膜丝表面的微生物，清洗后的液体由出水口排出；

(2)液体反冲洗：通过排水口注入水(以较大流量)，以冲刷膜丝内外部的污染物，清洗后的液体由进水口排出；在液体反冲洗中，利用干净的水由膜丝内侧流到膜丝外侧的过程中，把膜丝孔内积聚的污染物冲洗到膜丝外侧，使膜丝内部外部都可以冲洗到；

(3)气体反冲洗：通过排气口通入气体(以较大流量)，以冲刷膜丝内部的污染物，清洗后的气体由进气口排出；

(4)浸泡清洗：从排气口通入清洗液，浸泡一段时间，通过清洗液中的酸、碱 或者氧化剂去除膜丝内外部的污染物，清洗后的液体由进气口排出；药液浸泡过程中，浸泡液除了能浸泡膜丝内表面的污染物，浸泡液也可以进入慢慢渗透膜丝去除膜丝内部的污染物，但是药液浸泡时间不宜过长，否则所用的药液会杀死有用的微生物。

本发明另提供了由上述膜曝气生物膜反应器组合而成的膜曝气生物膜反应装置，该装置由2个及以上膜曝气生物膜反应器以并联或串联方式组合而成。可根据污水水质和水量自由选择需要使用组件的数量。

本发明另外提供了一种使用上述膜曝气生物膜反应装置的水处理系统，该系统包括：膜曝气生物膜反应装置、进水泵、进气泵和进水池；所述膜曝气生物膜反应装置包括总进水口、总出水口、总进气口、总出气口；进气泵与膜曝气生物膜反应装置的总进气口连通；进水池通过进水泵与膜曝气生物膜反应装置的总进水口连通；膜曝气生物膜反应装置的总出水口与出水管道连通，在出水管道上设置有与进水池连通的支路。

本发明提供的膜曝气生物膜反应器采用模块化设计，占地节省，易于安装调试，运行简单，可实现全自动运行。

附图说明

图1为曝气膜的工作原理示意图；

图2为传统工艺中膜曝气生物膜反应器的工艺图；

图3为实施例1中的水处理系统。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现对本发明的技术方案进行以下详细说明，但不能理解为对本发明的可实施范围的限定。

实施例1

本实施例提供了一种膜曝气生物膜反应器，该反应器包括：膜壳、膜丝、上端盖、下端盖、进水口、出水口、进气口和出气口；

膜壳为竖向设置，膜丝安装于膜壳内；膜壳的上端盖上设有出气口，下端盖上设有进气口；

在膜壳侧壁靠近上端盖处设有出水口，膜壳侧壁靠近下端盖处设有进水口；

在进水口处设有布水器，用以均匀布水；

反应器内设有压力传感器；

膜丝在膜壳中的装填密度为30％。

将上述膜曝气生物膜反应器设置为一种水处理系统(示意图如图3所示)，该系统包括：

膜曝气生物膜反应器、进水泵、进气泵和进水池；

进气泵与膜曝气生物膜反应器的进气口连通；

进水池通过进水泵与膜曝气生物膜反应器的进水口连通；

膜曝气生物膜反应器的出水口与出水管道连通，在出水管道上设置有与进水池连通的支路。

上述水处理系统的清洗方法，有以下四种：

(1)液体正冲洗：通过进水口注入大流量的水，以冲刷膜丝表面的微生物，清洗后的液体由出水口排出；

(2)液体反冲洗：通过排水口注入大流量的水，以冲刷膜丝内外部的污染物，清洗后的液体由进水口排出；

(3)气体反冲洗：通过排气口通入大流量的气体，以冲刷膜丝内部的污染物，清洗后的气体由进气口排出；

(4)浸泡清洗：从排气口通入清洗液，浸泡一段时间，通过清洗液中的酸、碱或者氧化剂去除膜丝内外部的污染物，清洗后的液体由进气口排出。

经测试，本实施例提供的膜曝气生物膜反应器的水处理系统，与膜曝气生物膜工艺相比占地面积可减少50％，运行成本节省30％以上；传统膜曝气生物膜工艺运行1个月左右曝气膜即严重污染，本实施例中的膜曝气生物膜反应器可以长期稳定运行6个月以上；与膜曝气生物膜工艺相比，本实施例中的膜曝气生物膜反应器的有机负荷可以达到2-3倍。