一种难生物降解有机废水处理设备的制作方法

本实用新型属于污水处理技术领域，更具体地，涉及一种难生物降解有机废水处理设备。

背景技术：

随着工农业的发展，产生了大量的有毒难降解有机物，如卤代、含偶氮及硝基芳香化合物等等。这些化合物被广泛应用于人们生产和生活中并经过多种途径进入自然环境，呈现长期残留性和高毒性等特点。其中的某些物质具有致畸或致癌作用，可在食物链中生物聚积，严重威胁到人类的生命安全。现有技术中对难降解有机废水的处理方法主要有三种，即混凝沉淀法、高级氧化法和膜生物反应器(mbr)法。其中，混凝沉淀法是直接向难降解有机废水中投加高效絮凝剂，可以去除一部分有机物和悬浮物，但由于其只能去除部分有机物和悬浮物，出水无法达到排放标准，且其运行费用较高，使其应用范围受限。高级氧化法是利用光催化氧化、超声波空化、湿式氧化或强氧化性物质如臭氧、二氧化氯、双氧水等对水中的有机物进行氧化去除，但由于其投资和运行费用都较高，无法在大工程上应用。

膜生物反应器(mbr)是将膜分离技术和生物反应器结合而成的污水处理工艺，它把膜分离与生物降解结合起来，利用高浓度的活性污泥对有机物进行有效降解，把膜分离与生物降解结合起来，以膜分离装置取代普通生物反应器中的二沉池，从而取得高效的固液分离效果。mbr具有操作简单，无二次污染的优点，因此是上述废水的首选处理技术。但该技术其仍然存在自身的缺陷，运行能耗问题是限制mbr广泛应用的主要瓶颈，其中曝气能耗是决定mbr运行能耗的根本原因，其占整个运行能耗的80％以上。另外，由于膜在运行过程中容易受到污染，即指与膜接触的料液中的微粒、胶体粒子或溶质大分子与膜存在物理、化学、生化作用或机械作用，引起膜面或膜孔内吸附、沉积以及微生物在膜水界面的积累，造成膜孔径变小或堵塞，使膜产生透过流量与分离特性大幅度降低的现象，造成膜通量下降，增加了膜清洗频率和膜的更换频率，直接影响了膜组件的效率和使用寿命，阻碍了其在实际中的广泛应用。因此，发明一种能高效去除污染物质，并且尽量少用化学清洗或无需化学清洗控制，使系统能够连续稳定地运行，保证出水水质和产水量的新的mbr工艺成了水处理技术人员研究的热点问题。

技术实现要素：

本实用新型的目的是克服现有技术的缺陷，提供一种难生物降解有机废水处理设备。通过该处理设备能高效降解水中难生物降解的有机污染物质，出水能达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(gb18918—2002)一级排放标准a标准，并且处理设备能够长时间稳定地运行，膜组件化学药剂清洗频率低，大大降低运行成本。

为了实现上述目的，本实用新型提供了一种难生物降解有机废水处理设备，该难生物降解有机废水处理设备包括：

膜生物反应池，所述膜生物反应池内设置有分隔板，所述分隔板将所述膜生物反应池分隔成升流区和降流区，所述升流区和降流区之间能够进行水流循环流动；所述升流区内设置有膜分离组件，所述膜分离组件下方设置有曝气头，所述曝气头与压缩空气管连通，所述升流区上部设置有混凝剂投加单元；所述降流区设置有电絮凝单元；

进水管，所述进水管与所述膜生物反应池的进水口连通；

出水管，所述出水管与所述膜分离组件的出水口连通，在所述出水管上设置有抽吸泵。

优选地，所述分隔板沿竖直方向的一端低于所述膜生物反应池的液面，以使所述升流区水流能够流向所述降流区，另一端与所述膜生物反应池的内底面形成回流间隙，以使所述降流区水流能够回流到所述升流区。

优选地，所述混凝剂投加单元为alcl3混凝剂投加单元。

优选地，所述电絮凝单元包括阴极板、可溶性阳极板和电源，所述阴极板和可溶性阳极板与所述电源连接；所述阴极板为惰性电极板，所述可溶性阳极板为金属铝电极板。

优选地，所述阴极板和可溶性阳极板的极板间距为2-4cm。

优选地，所述可溶性阳极板与所述电源正极连接，所述阴极板与所述电源负极连接。

优选地，所述曝气头为多个。

优选地，所述抽吸泵与时间继电器连接。

优选地，所述难生物降解有机废水处理设备还包括排泥管，所述排泥管与所述膜生物反应池的底部连通。

优选地，所述膜分离组件所用膜的孔径为0.4-0.8μm。

本实用新型的技术方案具有如下优点：

(1)本实用新型中，在膜生物反应池中升流区投加传统铝盐alcl3混凝剂，alcl3水解后转化为单体和低聚物，这些水解产物在混合液中分布均匀，向活性污泥微生物絮凝体内部渗透能力强，与活性污泥微生物小絮凝体结合。同时水解产物中的铝元素主要通过沉淀分布在小絮凝体中心形成微晶核，微生物小絮凝体以微晶核为中心聚集形成较小的密实颗粒，随着晶核的逐渐形成，越来越多的微生物聚集在晶核上生长，形成具有一定粒径和较高机械强度的微生物絮凝体。较高的机械强度表明alcl3的投加使得活性污泥微生物絮凝体结构更加紧密，其内部的微生物具有良好的稳定性。

(2)本实用新型中，污水在升流区经过alcl3混凝反应后，进入降流区，在降流区电絮凝装置进行絮凝反应，在外加电压的作用下，利用可溶性阳极板即铝极板产生的al³⁺在溶液中水解、聚合生成一系列多核羟基络合离子和氢氧化物，利用这些水解产物的压缩双电层和吸附电中和以及架桥作用，使混合液中的活性污泥微生物絮凝体进一步进行絮凝，形成更大的絮凝体。同时在降流区可使部分污染物在电极上直接或间接发生氧化还原反应而从废水中去除。

(3)由于本实用新型中絮凝体尺寸较大，絮凝体内含丰富的好氧、缺氧、厌氧环境，这为多种适应不同环境的微生物的生存提供了足够的微环境，使得它们有了更加适宜的环境，从而为降解有机污染物提供了便利的条件。同时由于外加电场的存在，能够刺激微生物的生长和代谢，因为在一定的外加电场刺激下，微生物细胞膜扩大，使营养物质更易通过细胞膜，从而促进微生物生长。另外微生物处于特定电场体系中，阳极板上附着一定数量产电菌，其作为催化剂，辅助微生物对有机物进行还原，而阴极板上产生氢气和电子，它们作为持续的有效电子供体，大大加快了生化反应体系中电子的转移速率，也加快了体系中微生物对有机污染物的降解速率。

(4)由于alcl3混凝和电絮凝的协同效应，使膜生物反应池中微生物浓度高，形成的微生物絮凝体结构密实，比重大，尺寸大，使得絮凝体在反应池内免遭气水剪切力的破碎，维持了絮凝体结构的稳定，同时絮凝体结构致密可压缩性低，沉降性能好，体系内尺寸微小而又松散的絮凝体很少，大大减轻了mbr膜面的吸附沉积和膜孔内的阻塞，减缓了膜污染，延长了膜的使用寿命，而且当膜污染后清洗方法简便，膜通量恢复率高。

(5)本实用新型的技术方案中所形成的活性污泥微生物絮凝体比较密实且表面较光滑，存在明显边界，由于密度和尺寸相对于传统活性污泥微生物絮凝体要大得多，在膜生物反应池内曝气的过程中，絮凝体体积和气泡体积相差不大，使得絮凝体和气泡是一种碰撞关系，这种碰撞关系并不会随着膜生物反应池内活性污泥微生物浓度的增大而改变，所以气液接触面积也不会随着微生物浓度的增大而减小，相反的是这种碰撞作用起到了一种搅拌的作用，使得膜生物反应池内气液传质方面有着明显的优势。本实用新型和传统mbr膜生物反应器相比，在维持反应池内同样浓度的溶解氧条件下，本实用新型需要的曝气量就会相应减少，节省了能耗。

本实用新型的其它特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

通过结合附图对本实用新型示例性实施方式进行更详细的描述，本实用新型的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本实用新型示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。

图1示出了根据本实用新型的一个实施例的有机废水处理设备的示意性结构图。

附图标记说明：

1、进水管；2、膜生物反应池；3、分隔板；4、升流区；5、降流区；6、膜分离组件；7、压缩空气管；8、曝气头；9、混凝剂投加单元；10、可溶性阳极板；11、阴极板；12、电源；13、出水管；14、抽吸泵；15、排泥管

具体实施方式

下面将更详细地描述本实用新型的优选实施方式。虽然以下描述了本实用新型的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本实用新型而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本实用新型更加透彻和完整，并且能够将本实用新型的范围完整地传达给本领域的技术人员。

本实用新型提供了一种难生物降解有机废水处理设备，该难生物降解有机废水处理设备包括：

膜生物反应池，所述膜生物反应池内设置有分隔板，所述分隔板将所述膜生物反应池分隔成升流区和降流区，所述升流区和降流区之间能够进行水流循环流动；所述升流区内设置有膜分离组件，所述膜分离组件下方设置有曝气头，所述曝气头与压缩空气管连通，所述升流区上部设置有混凝剂投加单元；所述降流区设置有电絮凝单元；

进水管，所述进水管与所述膜生物反应池的进水口连通；

出水管，所述出水管与所述膜分离组件的出水口连通，在所述出水管上设置有抽吸泵。

本实用新型中，膜生物反应池内含有活性污泥微生物，原水(难生物降解的有机废水)通过进水管进入膜生物反应池中的升流区，在膜生物反应池的升流区内设有膜分离组件，在膜分离组件下方设有曝气头，曝气头安装在压缩空气管上，向膜生物反应池中通入压缩空气供氧，废水中的污染物质在膜生物反应池内的活性污泥微生物的作用下被降解去除。同时在升流区设有混凝剂投加单元向升流区投加混凝剂进行混凝反应，升流区的污水在底部曝气的作用下向上流动，并越过分隔板进入膜生物反应池中的降流区，在降流区设有电絮凝单元进行电絮凝反应。降流区的污水通过分隔板底部的回流间隙回流至升流区，形成循环流动。经过本实用新型的处理设备处理后的水在抽吸泵的抽吸作用下通过mbr分离膜进行固液分离后能达标排放或根据需要回收利用。

在一个示例中，所述分隔板沿竖直方向的一端低于所述膜生物反应池的液面，以使所述升流区水流能够流向所述降流区，另一端与所述膜生物反应池的内底面形成回流间隙，以使所述降流区水流能够回流到所述升流区。

本实用新型中，优选地，分隔板沿竖直方向的一端与膜生物反应池的液面的距离能够保证污水流向降流区的流速v为0.7-1.0m/s；分隔板沿竖直方向的另一端与膜生物反应池的内底面形成的回流间隙大小能够保证污水流经回流间隙的流速v为0.7-1.0m/s。

在一个示例中，所述混凝剂投加单元为铝盐混凝剂投加单元，优选为铝盐混凝剂投加管；进一步优选地，所述铝盐混凝剂投加单元优选为alcl3混凝剂投加单元；所述铝盐混凝剂投加管优选为alcl3混凝剂投加管。

在一个示例中，所述电絮凝单元包括阴极板、可溶性阳极板和电源，所述阴极板和可溶性阳极板与所述电源连接；所述阴极板为惰性电极板，所述可溶性阳极板为金属铝电极板；

在一个示例中，所述阴极板和可溶性阳极板的极板间距为2-4cm。

在一个示例中，所述可溶性阳极板与所述电源正极连接，所述阴极板与所述电源负极连接。

本实用新型中，所述电源优选为直流电源，电源优选设置在膜生物反应池外部。所述惰性电极板可以为碳电极板或铂电极板。

在一个示例中，所述曝气头为多个。

在一个示例中，所述抽吸泵与时间继电器连接。

本实用新型中，所述抽吸泵与时间继电器可以为电连接或通讯连接。抽吸泵采用间歇运行方式，由时间继电器控制，采用间歇抽吸操作模式旨在通过定期的停止膜过滤，使沉积在膜表面上的污泥在水力作用下从膜表面脱落出来，使膜的过滤性能得以恢复。

在一个示例中，所述难生物降解有机废水处理设备还包括排泥管，所述排泥管与所述膜生物反应池的底部连通。

本实用新型中，优选地，所述排泥管上还设置有控制阀；通过排泥管定期将膜生物反应池中的污泥排出。

在一个示例中，所述膜分离组件所用膜的孔径为0.4-0.8μm。

本实用新型还提供了一种有机废水处理方法，采用上述难生物降解有机废水处理设备，该有机废水处理方法包括：

(1)在膜生物反应池内先投加活性污泥微生物，然后在升流区持续投加混凝剂并且持续通入压缩空气，同时开启降流区的电絮凝单元，使原水在膜生物反应池内进行生物降解、混凝处理和电絮凝处理；

(2)处理后的水在抽吸泵的抽吸作用下通过膜分离组件进行固液分离，得到处理水。

本实用新型中，活性污泥微生物为设备运行初始阶段一次性投加，其投加量为0.1-0.3kgcod/kgmlss·d；然后运行过程中持续投加混凝剂，同时开启降流区中的电絮凝单元，原水中的污染物质在膜生物反应池内的活性污泥微生物的作用下被降解去除；同时在升流区设有混凝剂投加单元向升流区投加混凝剂进行混凝反应，升流区的污水在底部曝气的作用下向上流动，并越过分隔板进入膜生物反应池中的降流区，在降流区设有电絮凝单元进行电絮凝反应。降流区的污水通过分隔板底部的回流间隙回流至升流区，形成循环流动。

根据本实用新型，优选地，所述抽吸泵与时间继电器连接，处理后的水在抽吸泵的间歇式抽吸作用下通过所述分离膜组件进行固液分离，得到处理水。

本实用新型中，抽吸泵采用间歇运行方式，由时间继电器控制，采用间歇抽吸操作模式旨在通过定期的停止膜过滤，使沉积在膜表面上的污泥在水力作用下从膜表面脱落出来，使膜的过滤性能得以恢复。

根据本实用新型，优选地，所述持续通入压缩空气的气水比为20-50:1；

所述升流区的水力停留时间为10-18h，所述降流区的水力停留时间为30-50min；

以所述混凝剂的阳离子计，所述混凝剂的投加浓度为10-20mg/l；所述混凝剂为铝盐混凝剂，优选为alcl3；

所述膜生物反应池的污泥负荷为0.1-0.3kgcod/kgmlss·d；

所述电絮凝单元的电流密度为25-100a/m²。

本实用新型中，混凝剂的投加浓度是指相对于进水的投加浓度，即相对于1l的流入原水，混凝剂的投加量为10-20mg。

以下通过实施例进一步说明本实用新型：

实施例

如图1所示，本实施例提供一种难生物降解有机废水处理设备，该难生物降解有机废水处理设备包括：膜生物反应池2，所述膜生物反应池2内设置有分隔板3，所述分隔板3将所述膜生物反应池2分隔成升流区4和降流区5，所述升流区4和降流区5之间能够进行水流循环流动；所述升流区4内设置有膜分离组件6，所述膜分离组件6下方设置有多个曝气头8，所述多个曝气头8与压缩空气管7连通，所述升流区4上部设置有混凝剂投加单元9；所述降流区5设置有电絮凝单元；进水管1，所述进水管1与所述膜生物反应池2的进水口连通；出水管13，所述出水管13与所述膜分离组件6的出水口连通，在所述出水管13上设置有抽吸泵14；排泥管15，所述排泥管15与所述膜生物反应池2的底部连通；其中，所述分隔板3沿竖直方向的一端低于所述膜生物反应池2的液面，以使所述升流区4水流能够流向所述降流区5，另一端与所述膜生物反应池2的内底面形成回流间隙，以使所述降流区5水流能够回流到所述升流区4；所述混凝剂投加单元9为alcl3混凝剂投加管。所述电絮凝单元包括阴极板11、可溶性阳极板10和电源12，所述可溶性阳极板10与所述电源12正极连接，所述阴极板11与所述电源12负极连接；所述阴极板11和可溶性阳极板10的极板间距为3cm；所述可溶性阳极板10为金属铝电极板，阴极板11为碳电极板；所述抽吸泵14与时间继电器(未示出)连接；所述膜分离组件6所用膜的孔径为0.6μm。

利用上述难生物降解有机废水处理设备进行有机废水处理，该有机废水处理方法包括如下步骤：

(1)在膜生物反应池2内先投加活性污泥微生物，然后在升流区4持续投加混凝剂并且持续通入压缩空气，同时开启降流区5的电絮凝单元，使原水在膜生物反应池2内进行生物降解、混凝处理和电絮凝处理；

(2)处理后的水在抽吸泵14的间歇式抽吸作用下通过所述分离膜组件6进行固液分离，得到处理水。

其中，所述持续通入压缩空气的气水比为40:1；所述升流区4的水力停留时间为15h，所述降流区5的水力停留时间为42min；以al³⁺计，所述alcl3的投加浓度为16mg/l；所述膜生物反应池2的污泥负荷为0.16kgcod/kgmlss·d；所述电絮凝单元的电流密度为55a/m²；抽吸泵14间断运行，开15min，停2min。

采用本实施例的上述处理方法处理含酚类化工有机废水；该有机废水含有苯酚、氯酚、氨酚等难生物降解的有机物，codcr含量为600mg/l，bod/cod为0.22，可生化性较差；利用本实施例的上述处理方法处理后，出水codcr浓度在30-40mg/l之间，有机物去除率在93％以上。出水水质达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(gb18918—2002)一级排放标准a标准。

本实施例在两个月运行中膜通量几乎没有衰减，污水处理效果好，膜污染得到了较好的控制。

以上已经描述了本实用新型的实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的实施例。在不偏离所说明的实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。