[发明专利]一体式双级膜生物反应器

说明书

技术领域

本发明属于环境保护的污水处理技术和膜分离技术领域，特别涉及一种一体式膜生物反应器，以及使用该膜生物反应器净化处理污水的方法。

背景技术

膜生物反应器(Membrane Bio-Reactor，MBR)是将膜分离技术与生物处理技术有机结合的新型废水处理系统，以膜组件作为泥水分离单元取代传统生物处理技术中的二次沉淀池，具有占地面积小、出水水质好、运行管理简单等优点。膜生物反应器利用膜分离设备将活性污泥与大分子有机物截留在生物反应器内，实现反应器水力停留时间(HRT)和污泥龄(SRT)的完全分离，在生物反应器中保持高活性污泥浓度，提高生物处理有机负荷，从而减少污水处理设施占地面积，并通过保持低污泥负荷减少剩余污泥量。

活性污泥混合液对膜组件的污染复杂而又严重，废水中的固体颗粒、有机大分子、溶解性物质和微生物菌群及其代谢物形成絮凝体沉积并吸附在膜表面，形成黏附性很强的凝胶层，并不断累积而形成堵塞。膜污染不仅增大过滤阻力、降低了膜通量，从而降低了产水量；进一步地，为了控制膜污染而需要增加的气体和水力冲洗装置，造成设备能耗很大，操作和维护费用高，成为制约膜生物反应器技术商业化应用发展的主要障碍。

Cabassud等的研究表明，传统活性污泥处理工艺与膜生物反应器中污泥的絮凝体的尺寸分布不同，传统活性污泥处理工艺中污泥絮凝体的平均颗粒尺寸约160微米，而膜生物反应器中污泥絮凝体的平均颗粒尺寸约为240微米(Submerged membrane bioreactors：Interactions between membrane filtration and biological activity，Proceedings of Water Environment-Membrane Technology Conference，Seoul，Korea，2004)。进一步地，膜生物反应器中污泥絮凝体的粒径分布，在5～20微米和240微米附件存在双峰现象。Bae等的研究则表明，膜生物反应器中污泥絮凝体的尺寸分布于10～40微米范围内，平均粒径约为25微米(Interpretation of fouling characteristics of ultrafiltration membrane during the filtration of membrane bioreactor mixed liquor，J.Membrane Sci.，2005，Vol.264)。

因此，对现有的膜生物反应器工艺，如果在膜分离之前增加初级过滤系统，将较大粒径的污泥絮凝体和颗粒物阻截下来，使其不能进入膜分离组件，就可以大大减少对膜组件的污染，从而增大产水量、延长膜组件的寿命，降低操作和维护成本。

中国专利“双重过滤的膜过滤器”(201210052668.1)、“水草式双重过滤的膜过滤器”(201210052670.9)提出双重过滤的膜过滤器，多根毛细管膜被一根网布过滤套包裹保护，以解决毛细管膜根部脆弱的问题。这两项专利的主要区别只在于一端是否封闭，在说明书中都指出：网布过滤套的归圆直径大于50mm时其内部膜丝间污染物难以通过反洗清除；当网布过滤套和/或毛细管膜表面污堵时可以通过反洗或化学清洗恢复过滤效率。由此可见，虽然该网布过滤套也起到初级过滤的作用，能过滤纤维物质以避免与毛细管膜接触缠绕；但如将该膜过滤器用于浸没式膜生物反应器，不仅不能将生物污泥被截留在生物反应池内，反而会在进入网布过滤套内后，由于网布过滤套的阻力而无法被反洗清除，从而增大了对膜表面的污染。

中国专利“一种预防分置式MBR平板膜污染的方法”(201210027325.X)提出一种预防分置式MBR平板膜污染的方法，在膜组件箱中增加底部和顶部筛网，筛网之间加入颗粒填料，使其在膜组件中循环搅动。虽然该方案在膜组件外设有筛网，但筛网孔径为2mm，因此并不能阻截污泥絮凝体和颗粒物与膜表面的接触，其目的在于通过颗粒填料的搅动弥补普通曝气对于膜表面剪切力的不足，提高对于膜表面的清洗作用。

发明内容

本发明要解决的问题是克服现有技术中一体式(也称浸没式、淹没式)膜生物反应器的膜组件易污染，从而导致膜反应器产水量降低、清洗过程复杂、膜组件寿命短的问题，提供一种新型的双级膜生物反应器的技术方案，通过初级过滤器将生物反应池和膜分离池分隔，以降低生物污泥对膜组件的污染。

为解决以上技术问题，本发明采取的技术方案是：