卡槽抽拉式厌氧重力流动态膜膜生物反应装置

技术领域

本发明属于污水处理技术领域，具体涉及卡槽抽拉式厌氧重力流动态膜膜生物反应装置。

背景技术

膜生物反应器(MBR)是一种将膜分离与传统污水生物处理技术相结合的新型污水处理工艺，其最大特点是利用膜组件过滤来取代常规活性污泥法中的二沉池，从而实现泥水分离和污泥浓缩。膜生物反应器按照是否需氧分为好氧和厌氧膜生物反应器，按照膜组件的不同设置位置分为分置式和一体式膜生物反应器。

与传统活性污泥工艺相比，MBR中微滤膜或超滤膜的存在保留了反应器中所有的生物量，富集了功能微生物，具有出水质量高、可承受有机负荷高、耐冲击负荷强、污泥产量少和污染物去除能力强等优点，已被广泛应用于工业和城市废水的处理及回用水领域。鉴于现有的MBR工艺大多数采用泵抽吸出水，且膜组件价格高、膜污染造成的通量迅速降低，导致运行成本高，限制了MBR技术的推广。

近年来，动态膜工艺采用价格低廉的大孔径“膜”材料替代MBR工艺中的微滤/超滤膜，通过污泥或其他物料在“膜”表面形成动态膜，从而起到固液分离的作用。厌氧动态膜生物反应器（AnDMBR）是一种将动态膜与厌氧处理相结合并应用于活性污泥法的新兴技术。相比于传统厌氧工艺，厌氧动态膜生物反应器具有独特的优势和特点：能产生能源气体，产生剩余污泥量少，可以做到不排泥，有机物去除率高，无需曝气，能耗更低，逐渐引起膜技术污水处理与资源化领域学者的广泛关注。厌氧动态膜的形成分为两个阶段：第一阶段为厌氧动态膜的形成阶段，在过滤过程中厌氧污泥在膜表面沉积形成污泥层，即厌氧动态膜；第二阶段为厌氧动态膜的稳定成熟阶段，在稳定运行期间可以获得良好的过滤性能，但最终由于污泥在膜上大量沉积吸附，导致动态膜厚度增加、孔径变小、过滤阻力增加，膜孔堵塞而引起膜污染。总体上，厌氧动态膜膜生物反应器污水处理技术还有许多具体的技术问题有待解决，比如：占地面积大，运行费用高；处理效率低；更换滤膜不方便，操作复杂；膜清洗难度高等等。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的就在于提供卡槽抽拉式厌氧重力流动态膜膜生物反应装置，该反应装置能有效去除废水中的有机污染物，降低废水浊度，同时运行成本低，动态膜更换、清洗方便。

本发明的技术方案是这样实现的：

卡槽抽拉式厌氧重力流动态膜膜生物反应装置，包括反应池和竖直设于反应池内的膜组件，反应池上设有进水口和排水口，所述进水口用于引入污水，所述排水口用于排出处理后的水体，所述反应池顶面设有盖板以将反应池密封，反应池池底设有与膜组件对应的卡槽，所述膜组件嵌插卡设在反应池内，从而将反应池分成反应一区和反应二区，所述进水口设置在反应一区对应的反应池底部，所述排水口设置在反应二区对应的反应池侧壁上部，便于污水依靠重力经过膜组件处理后从排水口处排出。

进一步地，所述卡槽并排设有多个，便于在不影响污水处理过程中更换膜组件。

进一步地，所述膜组件为板式结构且有两组，两组膜组件间隔设置，两组膜组件之间的区域形成所述反应一区。

进一步地，膜组件由矩形支撑框、尼龙纱网层和蜂窝状生化棉层构成，尼龙纱网层和蜂窝状生化棉层平铺设置在支撑框框架内并将支撑框两侧隔离，同时蜂窝状生化棉层朝向反应一区。

进一步地，尼龙纱网层和蜂窝状生化棉层与支撑框架连接处设有密封组件，以使尼龙纱网层和蜂窝状生化棉层的四周与支撑框形成密封结构，保证反应一区内的污水依次从蜂窝状生化棉层、尼龙纱网层通过。

进一步地，所述反应一区内设有齿面型悬浮填料；还包括搅拌单元，所述搅拌单元包括电机、搅拌轴和叶片，所述电机放置在盖板上，并在反应一区中心对应的盖板上设有通孔，搅拌轴位于反应一区并穿过盖板与电机输出轴连接，所述叶片设置在搅拌轴下端，便于启动电机带动叶片对反应一区内的污水实施搅拌以对膜组件进行清洗。

进一步地，所述电机与控制单元连接，便于控制单元控制电机间歇性启闭，避免电机超负荷运行导致损坏。

进一步地，盖板上设有排气口，并在排气口处设有集气容器，用于收集反应池内产生的气体。

进一步地，反应池内设有排泥管，排泥管一端位于反应一区内，另一端位于反应池外，用于排出反应池反应一区内的污泥。

进一步地，反应二区设有生物膜填料，所说生物膜填料固定设置在反应二区。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1、本发明通过在反应池池底部设置卡槽，通过抽拉就可以实现膜组件的更换，安装方便；同时设置多个卡槽，当膜组件需要更换时，可在膜组件外侧对应的卡槽上嵌插新的膜组件，然后再将需要更换的膜组件取出清洗，从而能有效避免反应一区内的污泥和未处理的污水进入反应二区，保证污水处理效果。

2、本发明的膜组件采用尼龙纱网和蜂窝状生化棉，以及用于支撑的支撑框制成，有效降低了膜的制作成本；蜂窝状生化棉的结构为三层滤布结构，具有一定厚度和致密的孔道结构，防止造成动态膜的压实，延长使用寿命，同时蜂窝状生化棉3D立体编制工艺可以加强悬浮污泥中微生物的附着，形成更致密的生物膜。尼龙网纱布孔径远远小于生化棉孔径，可防止发生漏泥，另外，尼龙网纱布表面也可以形成生物膜，加强过滤效果。

3、本发明的膜组件可以原位清洗或者异位清洗，清洗方法简单、运行成本低廉。在反应池中加入齿面型悬浮填料并加快搅拌速度，使填料刮擦生物膜实现膜原位清洗的目的；当膜组件需要更替时，通过在旧膜组件外侧的卡槽中嵌插新的膜组件，再将旧膜组件取出进行异位清洗即可。

附图说明

图1-本发明的结构示意图。

图2-600目和1000目膜组件处理污水的浊度变化情况图。

图3-600目和1000目膜组件处理污水的COD变化情况图。

其中：1-反应池；1a-反应一区；1b-反应二区；2-卡槽；3-膜组件；4-电机；5-搅拌轴；6-叶片；7-控制单元；8-盖板；9-排气口；10-进水口；11-排水口。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

参见图1，卡槽抽拉式厌氧重力流动态膜膜生物反应装置，包括反应池1和设于反应池内的膜组件3，反应池1上设有进水口10和排水口11，所述进水口10用于引入污水，所述排水口11用于排出处理后的水体，所述反应池1顶面设有盖板8以将反应池1密封，反应池1池底设有与膜组件3对应的卡槽2，所述膜组件3嵌插卡设在反应池1内，从而将反应池1分成反应一区1a和反应二区1b，所述进水口10设置在反应一区1a对应的反应池1底部，所述排水口11设置在反应二区1b对应的反应池1侧壁上部，便于污水依靠重力经过膜组件3处理后从排水口11处排出。

这里的反应池可以是矩形池，也可以是圆形池，膜组件可以是板式结构，也可以是环形结构，矩形池内可以设置板式结构和环形结构的膜组件，圆形池内也可以设置板式结构和环形结构的膜组件，只需将反应池分成反应一区和反应二区即可。如此，污水进入反应一区后，然后依靠重力作用通过膜组件进入反应二区，从设于反应二区的排水口处排放。当膜组件污染严重时，可以将膜组件抽拉取出后更换新的膜组件，操作方便，同时，也方便对取出后的膜组件进行异位清洗。

具体实施时，所述卡槽2并排设有多个，便于先嵌插新的膜组件再取出旧膜组件，从而不影响污水处理效果。

在更换膜组件时，如直接将膜组件取出，会导致反应一区内的污泥及未处理的污水直接进入反应二区，影响污水处理效果。这里将卡槽设置多个，如此可以在需要替换的膜组件取下之前，在膜组件内侧或者外侧的卡槽上嵌插新的膜组件作为替换，从而不会影响污水处理效果。这里，卡槽个数为两个及以上，当卡槽设置两个时，可以将膜组件交替嵌插入两个卡槽内，从而实现新旧膜组件的更换，操作简单、方便。

同时，如果在反应一区内的卡槽内嵌插新的膜组件作为替换，那么旧膜组件和新膜组件之间的少量污水和污泥则会直接进入反应二区，所以为避免反应一区的污水不经膜组件处理就进入反应二区，在污水处理过程中，并预先将膜组件嵌插入反应一区第一个卡槽，然后在后续更换过程中逐渐在临近反应一区的卡槽上嵌插新的膜组件进行替换，并可将卡槽设置成多个，最好经过预估满足依次运行周期的卡槽的量，当最外侧的卡槽上的膜组件需要更换时即为定期清理污泥时，这样就保证污水处理效果。

当然，具体设置多少个卡槽，根据实际需要以及污水处理效果等进行确定即可。

具体实施时，所述膜组件3为板式结构且有两组，两组膜组件3间隔设置，两组膜组件3之间的区域形成所述反应一区1a。这样，反应池就分成了一个反应一区和两个反应二区，处理后的水体可从两个反应二区对应的排水口处排出。

具体实施时，膜组件3由矩形支撑框、尼龙纱网层和蜂窝状生化棉层构成，尼龙纱网层和蜂窝状生化棉层平铺设置在支撑框框架内并将支撑框两侧隔离，同时蜂窝状生化棉层朝向反应一区。这里，蜂窝状生化棉层能为微生物的附着生长提供载体，并且蜂窝状生化棉的结构为三层滤布结构，具有一定厚度和致密的孔道结构，可以有效缓解膜组件被压实，延长使用寿命，3D立体编制工艺可以加强悬浮污泥中微生物的附着，形成更致密的生物膜。在污水处理过程中，厌氧微生物积聚在蜂窝状生化棉的3D网孔结构中并分泌微生物胞外聚合物（EPS）进而逐渐形成一层生物膜，强化生物降解性能。同时，蜂窝状生化棉还起到膜过滤的作用，在蜂窝状生化棉的外表面形成较厚的生物膜，改善了蜂窝状生化棉的截留性能，使其具有过滤作用。但由于悬浮污泥颗粒直径较小，容易通过蜂窝状生化棉而流失，并增加出水浊度，因此，在蜂窝状生化棉外侧加一层较小孔径的尼龙网纱布。在使用过程中尼龙网表面也生成了一层动态膜，该动态膜通过膜孔本身的截留作用以及膜面和膜孔的吸附作用将水中的溶解性有机物进一步去除，从而加强过滤作用。

具体实施时，尼龙纱网层和蜂窝状生化棉层与支撑框架连接处设有密封组件，以使尼龙纱网层和蜂窝状生化棉层的四周与支撑框形成密封结构，保证反应一区内的污水依次从蜂窝状生化棉层、尼龙纱网层通过。

具体实施时，所述反应一区1a内设有齿面型悬浮填料；还包括搅拌单元，所述搅拌单元包括电机4、搅拌轴5和叶片6，所述电机4放置在盖板8上，并在反应一区1a中心对应的盖板8上设有通孔，搅拌轴5位于反应一区1a并穿过盖板8与电机4输出轴连接，所述叶片6设置在搅拌轴5下端，便于启动电机4带动叶片6转动以对反应一区1a内的污水实施搅拌以对膜组件进行清洗。

齿面型悬浮填料为圆柱状，以聚乙烯塑料为主要材质，外观呈外棘轮状，填料内壁具有十字筋加强结构。齿面型填料在一定的投加比率下，加快搅拌速度，使其在反应池中随水充分流动，通过与蜂窝状生化棉的擦洗清除膜表面的附着物，有效降低膜污染，延长膜使用寿命。同时为厌氧膜分离装置内微生物提供附着场所，提高生物量，强化污染物的降解性能。

同时，考虑到盖板通孔处的密封效果，可在搅拌轴上套设密封垫圈进行密封。

具体实施时，所述电机4与控制单元7连接，便于控制单元7控制电机4间歇性启闭，避免电机4超负荷运行导致损坏。

具体实施时，盖板8上设有排气口9，并在排气口9处设有集气容器，用于收集反应池内产生的气体。反应池内进行厌氧反应会产生甲烷气体，通过集气容器收集后，可实现资源化利用。

具体实施时，反应池1内设有排泥管，排泥管一端位于反应一区内，另一端位于反应池外，用于排出反应池反应一区内的污泥。。

具体实施时，反应二区1b设有生物膜填料，所说生物膜填料固定设置在反应二区1b。

生物膜填料固定设置在反应二区内，当更换膜组件时，生物膜填料不会进入反应一区，同时在反应二区设置生物膜填料可以对进入反应二区内的水体进行深度处理，强化污染物的去除效果。

实施例

反应池的内部长×内部宽×内部高为：20 cm×30 cm×50 cm，有效容积30 L，由有机玻璃制成。反应器内对称放置两个板式膜组件，膜基材采用蜂窝状生化棉和尼龙网纱布制成，膜组件长36 cm，宽16 cm，有效过滤膜总面积为0.1152 m

先后采用600目、1000目的尼龙网纱布和和蜂窝状生化棉制成膜组件进行实验，后面分别简称600目膜组件、1000目膜组件。

进水为模拟生活废水，COD

装置启动时接种厌氧絮状污泥，污泥浓度（TSS）为5.5 g/L。

运行过程中，出水浊度变化情况和出水COD变化情况分别如图2和图3所示，由图2可知，生活废水经处理后出水的浊度随运行时间的延长呈下降趋势，说明反应器中的活性污泥及膜组件对生活废水的浊度具有良好的去除效果，600目膜组件较1000目膜组件处理效果更好；由图3可知，生活废水经处理后出水的COD随运行时间的延长整体呈下降趋势，说明生活废水中的有机污染物质被混合液中活性污泥降解和被动态膜强化去除，在运行一段时间后，1000目膜组件较600目膜组件COD去除效果更好。600目膜组件和1000目膜组件处理污水，其进水、出水以及污泥上清液中多糖、蛋白、COD的测定结果分别如表1和表2所示。

表1.600目处理污水的测定结果

表2.1000目处理污水的测定结果

实验结果表明，生活污水中的大部分污染物质被混合液中活性污泥降解后，剩余污染物质进一步被动态膜强化去除，该强化去除作用包括膜上微生物降解及膜截留作用。

并且在实验过程中发现，采用600目膜组件，膜污染速度为0.026 cm/h；采用1000目膜组件，膜污染速度为0.053 cm/h。因此，600目膜组件与1000目膜组件相比，600目膜组件堵塞较慢，运行周期较长。对比表1和表2可知，由于1000目膜组件孔径较小，活性污泥中的微生物在膜表面形成了更加致密的生物膜，其动态生物膜的截留率略高于600目膜组件，但整体去除效果相差不大。

在搅拌状态下，运行30 min后，采用600目膜组件，膜污染速度为0.978 cm/h；采用1000目膜组件，膜污染速度为1.059 cm/h。而加入齿面型悬浮填料并加快搅拌速度运行30min后，采用600目膜组件，膜污染速度为0.259 cm/h；采用1000目膜组件，膜污染速度为0.191 cm/h。因此，当膜污染严重，可加入齿面型悬浮填料并加快搅拌速度，能达到膜清洗目的。

最后需要说明的是，本发明的上述实施例仅是为说明本发明所作的举例，而并非是对本发明实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化和变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。