一种MBR脱氮一体化装置及其应用[发明专利]

(10)申请公布号 (43)申请公布日 2014.12.24
C N 104229979
A (21)申请号 201410347502.1
(22)申请日 2014.07.21
C02F 3/02(2006.01)
C02F 3/12(2006.01)
(71)申请人三达膜环境技术股份有限公司
地址361000 福建省厦门市集美区天凤路
168-172号厂房四楼第四单元
申请人三达膜科技（厦门）有限公司
(72)发明人朱丽香 姚萌 曾嘉才 洪昱斌
蓝伟光
(74)专利代理机构厦门市首创君合专利事务所
有限公司 35204
代理人
张松亭
(54)发明名称
一种MBR 脱氮一体化装置及其应用
(57)摘要
本发明公开了一种MBR 脱氮一体化装置及其
应用，包括一反应器本体、至少一连接真空泵和压
力表的MBR 平板膜组件、一曝气装置和若干组合
型填料串，该至少一MBR 平板膜组件设于反应器
本体内的中心，该曝气装置设置于反应器本体内
的底部，该若干组合型填料串均匀悬挂分布于反
应器本体内，且填充上述MBR 平板膜组件与反应
器本体之间的间隙。

本发明的MBR 脱氮一体化装
置在运行中能够存在两种活性污泥的状态，一种
附着在填料片上具有外层硝化内层反硝化功能的
活性污泥，另一种是悬浮生长的主要进行同步硝
化反硝化的活性污泥。

(51)Int.Cl.
权利要求书2页 说明书5页 附图2页
(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请权利要求书2页 说明书5页 附图2页(10)申请公布号CN 104229979 A
1.一种MBR脱氮一体化装置，其特征在于：包括一反应器本体、至少一连接真空泵和压力表的MBR平板膜组件、一曝气装置和若干组合型填料串，
该至少一MBR平板膜组件设于反应器本体内的中心，该曝气装置设置于反应器本体内的底部，该若干组合型填料串均匀悬挂分布于反应器本体内，且填充上述MBR平板膜组件与反应器本体之间的间隙；
上述组合型填料串包括一中心绳和从上到下串联在该中心绳上的多个所述填料片；该填料片包括一圆环和若干醛化纤维束，该若干醛化纤维束环形阵列分布于该圆环的环圈上，该圆环的内部设有沿圆环中心环形阵列分布的若干主辐条，每根主辐条上设有至少一对相对该辐条对称的次辐条。

2.如权利要求1所述的一种MBR脱氮一体化装置，其特征在于：所述每根主辐条上设有至少两对相对该辐条对称的次辐条，且位于所述圆环径向外侧的次辐条的长度大于位于圆环径向内侧的次辐条的长度。

3.如权利要求1所述的一种MBR脱氮一体化装置，其特征在于：所述填料片的直径为12～15cm。

4.如权利要求1所述的一种MBR脱氮一体化装置，其特征在于：所述MBR平板膜组件包括一厚度为1～1.5mm的中间流道网格、位于中间流道两侧的亲水无纺布支撑层和位于亲水无纺布支撑层外侧面的膜片，中间流道网格与亲水无纺布支撑层围成透析液流道。

5.如权利要求4所述的一种MBR脱氮一体化装置，其特征在于：所述膜片与亲水无纺布支撑层之间，中间流道网格与亲水无纺布支撑层之间均采用热熔方式进行粘结，构成整体密闭结构的膜袋。

6.如权利要求5所述的一种MBR脱氮一体化装置，其特征在于：所述MBR平板膜组件的厚度为3～5mm，且填充密度为200～300m2/m3。

7.如权利要求1所述的一种MBR脱氮一体化装置，其特征在于：所述组合型填料串在反应器本体内的单位串数为40～80串/m3，比表面积为250～400m2/m3。

8.如权利要求1所述的一种MBR脱氮一体化装置，其特征在于：所述曝气装置包括若干均匀分布于反应器本体内底部的微孔曝气盘，该微孔曝气盘的服务面积为0.25～0.50m2/个，相邻微孔曝气盘的间距为1～1.5m。

9.如权利要求1至8中任一权利要求所述的一种MBR脱氮一体化装置，其特征在于：所述反应器本体的上部设有进水口，其内部设有溶解氧、pH和温度在线监测元件。

10.一种应用权利要求1至9中任一权利要求所述的MBR脱氮一体化装置的处理废水的方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)用盐酸或氢氧化钠调节废水的pH至6.5～8.5；
(2)将调节好pH的废水通入反应器本体中，在15～35℃的温度下进行反应，同时通过曝气装置的启停将反应器本体内的溶解氧浓度控制在0.5～2mg/L；
(3)通过真空泵控制MBR平板膜组件的的出水通量至15～30L/m2h，且每运行7～9min，暂停1～3min，持续循环至操作压力大于40kPa，对MBR平板膜组件进行化学清洗；
(4)化学清洗完毕后，继续运行。

11.如权利要求10所述的方法，其特征在于：所述步骤(3)为：通过真空泵控制MBR平板膜组件的的出水通量至20～30L/m2h，且每运行8min，暂停2min，持续循环至操作压力大
于40kPa，对MBR平板膜组件进行化学清洗。

一种MBR脱氮一体化装置及其应用
技术领域
[0001] 本发明属于废水处理技术领域，具体涉及一种MBR脱氮一体化装置及其应用。

背景技术
[0002] 短程硝化反硝化工艺是目前国内外生物脱氮技术研究应用的热点。

传统的脱氮工艺通常为多级处理系统，其工艺流程长、设备多、投资费用高、占地面积大、运行管理较复杂。

随着近代生物学的发展以及人们对生物技术的掌握，脱氮技术由单纯工艺改革向着以生物学特性促进工艺改革的方向发展，已达到高效低耗，出现了以亚硝酸型硝化反硝化技术和厌氧氨氧化技术为标志的诸多新型生物脱氮技术。

其中，短程硝化-反硝化技术在同一反应器内利用亚硝酸盐氧化菌和氨氧化菌的不同生长速率，达到脱氮效果，具有明显技术优势。

该技术简化了工艺流程，可节省近25％的供氧量和40％的有机碳源，缩短水力停留时间，减小反应器的容积，减少剩余污泥产量，在硝化过程中可以减少产泥24～33％，在反硝化过程中可少产泥50％。

[0003] 膜生物反应器(MBR)是一种新型、高效的污水处理技术，它可以实现污泥停留时间SRT和水力停留时间HRT的分离，有利于富集世代周期长的微生物，且出水水质较好。

将同步硝化反硝化技术与MBR结合，一方面可以缩短同步硝化反硝化反应时间，节约能耗和有机物的消耗，减少污泥产量；另一方面MBR有利于通过环境和温度控制氨氧化菌的富集。

[0004] 在运行中，DO(溶解氧)是MBR实现短程硝化反硝化的重要影响因素。

有研究发现，
-N为250mg/在生物膜反应器中低浓度DO抑制了硝化现象，DO在0.5～1mg/L，当进水NH
3
L时，出水NH
-N低于5mg/L，且硝化产物以亚硝酸为主，亚硝化率高达90％以上，连续运行
3
120d，无明显变化，表明了低DO下生物膜系统获得了良好的短程硝化效果。

[0005] 目前，对同步硝化反硝化MBR反应器的研究主要有两大类：一类是多个反应室串联式的反应器，这类反应器由导流板划分为厌氧区、曝气区和膜过滤区，通过空间上形成好氧厌氧环境达到脱氮目的，这类反应器的体积较大，造价高，系统运行复杂，能耗较高；另一类反应器的膜组件放置在曝气区域内，通过严格控制反应条件达到同步硝化反硝化的环境，这类反应器可以节省大量的空间，降低造价和系统运行较简单。

如发明专利CN102173510A提出了一种具有同步硝化反硝化的污泥无回流装置，将反应池划分为导流区、曝气区和沉淀区，将膜组件放在沉淀区，通过排布底部曝气管形成空间上的好氧缺氧区域达到同步硝化反硝化的目的，该发明虽然节省了污泥回流的动力费用和运行费用，节能降耗，但是其运行条件的控制难度较大，反应器体积较大。

发明专利CN101234815A提出了一种可实现同步硝化反硝化脱氮功能的膜生物反应器，该反应器呈柱状结构，反应器内有膜组件和垂直悬挂的球形弹性填料，通过对反应器内的微环境进行调控实现同步硝化反硝化脱氮功能，该装置的占地面积小，操作相对简单，对有机物和氨氮的去除效果好，但是缺点是所用的膜为中空纤维膜，膜污染的问题限制了该类装置的应用和运行的可持续性。

发明内容
[0006] 本发明的目的在于克服现有技术缺陷，提供一种MBR脱氮一体化装置。

[0007] 本发明的另一目的在于提供一种应用上述MBR脱氮一体化装置的处理废水的方法。

[0008] 本发明的具体技术方案如下：
[0009] 一种MBR脱氮一体化装置，包括一反应器本体、至少一连接真空泵和压力表的MBR 平板膜组件、一曝气装置和若干组合型填料串，
[0010] 该至少一MBR平板膜组件设于反应器本体内的中心，该曝气装置设置于反应器本体内的底部，该若干组合型填料串均匀悬挂分布于反应器本体内，且填充上述MBR平板膜组件与反应器本体之间的间隙；
[0011] 上述组合型填料串包括一中心绳和从上到下串联在该中心绳上的多个所述填料片；该填料片包括一圆环和若干醛化纤维束，该若干醛化纤维束环形阵列分布于该圆环的环圈上，该圆环的内部设有沿圆环中心环形阵列分布的若干主辐条，每根主辐条上设有至少一对相对该辐条对称的次辐条。

[0012] 在本发明的一个优选实施方案中，所述每根主辐条上设有至少两对相对该辐条对称的次辐条，且位于所述圆环径向外侧的次辐条的长度大于位于圆环径向内侧的次辐条的长度。

[0013] 在本发明的一个优选实施方案中，所述填料片的直径为12～15cm。

[0014] 在本发明的一个优选实施方案中，所述MBR平板膜组件包括一厚度为1～1.5mm 的中间流道网格、位于中间流道两侧的亲水无纺布支撑层和位于亲水无纺布支撑层外侧面的膜片，中间流道网格与亲水无纺布支撑层围成透析液流道。

[0015] 进一步优选的，所述膜片与亲水无纺布支撑层之间，中间流道网格与亲水无纺布支撑层之间均采用热熔方式进行粘结，构成整体密闭结构的膜袋。

[0016] 进一步优选的，所述MBR平板膜组件的厚度为3～5mm，且填充密度为200～300m2/m3。

[0017] 在本发明的一个优选实施方案中，所述组合型填料串在反应器本体内的单位串数为40～80串/m3，比表面积为250～400m2/m3。

[0018] 在本发明的一个优选实施方案中，所述曝气装置包括若干均匀分布于反应器本体内底部的微孔曝气盘，该微孔曝气盘的服务面积为0.25～0.50m2/个，相邻微孔曝气盘的间距为1～1.5m。

[0019] 在本发明的一个优选实施方案中，所述反应器本体的上部设有进水口，其内部设有溶解氧、pH和温度在线监测元件。

[0020] 一种应用上述MBR脱氮一体化装置的处理废水的方法，包括如下步骤：[0021] (1)用盐酸或氢氧化钠调节废水的pH至6.5～8.5；
[0022] (2)将调节好pH的废水通入反应器本体中，在15～35℃的温度下进行反应，同时通过曝气装置的启停将反应器本体内的溶解氧浓度控制在0.5～2mg/L；
[0023] (3)通过真空泵控制MBR平板膜组件的的出水通量至15～30L/m2h，且每运行7～9min，暂停1～3min，持续循环至操作压力大于40kPa，对MBR平板膜组件进行化学清洗；[0024] (4)化学清洗完毕后，继续运行。

[0025] 在本发明的一个优选实施方案中，所述步骤(3)为：通过真空泵控制MBR平板膜
组件的的出水通量至20～30L/m2h，且每运行8min，暂停2min，持续循环至操作压力大于40kPa，对MBR平板膜组件进行化学清洗。

[0026] 本发明的有益效果是：
[0027] 1、本发明的MBR脱氮一体化装置包括一反应器本体、至少一连接真空泵和压力表的MBR平板膜组件、一曝气装置和若干组合型填料串，该至少一MBR平板膜组件设于反应器本体内的中心，该曝气装置设置于反应器本体内的底部，该若干组合型填料串均匀悬挂分布于反应器本体内，且填充上述MBR平板膜组件与反应器本体之间的间隙，高氨氮废水经过预处理后由进水管进入本发明的MBR脱氮一体化装置的反应器本体内，通过曝气装置在反应器本体底部进行曝气，组合型填料串上附着的微生物以进水中的有机物为营养物质，随着生物膜的不断生长，溶解氧和有机物的传递受到传质阻力影响，形成了溶解氧的浓度梯度，生物膜表面溶解氧较高，主要富集了好氧菌和硝化菌，内层的生物膜由于氧传递受阻及外层生物的大量消耗导致溶解氧较低，产生缺氧区，所以微生物以反硝化菌为主，此外系统中还有悬浮生长的活性污泥，这些污泥就是实现同步硝化反硝化的硝化菌和反硝化菌群，通过对溶解氧的整体控制达到了高效脱氮的功能；进水通过微生物的降解作用后由反应池中部的MBR平板膜组件实现泥水分离，将微生物截留在反应器本体中，维持反应器内污泥浓度，延长污泥龄，使产生的污泥量较少甚至达到污泥的零排放，而出水的SS可以达到2mg/L以下；
[0028] 2、本发明的MBR脱氮一体化装置的组合型填料串包括一中心绳和从上到下串联在该中心绳上的多个填料片，该填料片包括一圆环和若干醛化纤维束，该若干醛化纤维束环形阵列分布于该圆环的环圈上，该圆环的内部设有沿圆环中心环形阵列分布的若干主辐条，每根辐条上设有至少一对相对该辐条对称的次辐条，这样的结构不堵塞、不团结，比表面积大，挂膜快，生长的生物膜层有一定的厚度，系统内的污泥浓度高，主辐条和次辐条能有效切割气泡，提高溶氧效率，适应多种污水处理；
[0029] 3、本发明的曝气装置包括若干均匀分布于反应器本体内底部的微孔曝气盘，该微孔曝气盘的服务面积为0.25～0.50m2/个，相邻微孔曝气盘的间距为1～1.5m，有利于控制曝气盘的溶氧效果，维持DO在1～2mg/L之间，形成同步硝化反硝化的溶氧环境；[0030] 4、本发明采用的MBR平板膜组件的单片膜片厚度由传统的7mm降低至3～5mm，填充密度较传统平板MBR产品增大40％以上，膜通量在20-30L/m2h，通过运行参数的调整，可以有效提高其抗污染能力；
附图说明
[0031] 图1为本发明的MBR脱氮一体化装置的结构示意图；
[0032] 图2为本发明的MBR脱氮一体化装置的填料片的结构示意图。

[0033] 图3为本发明的MBR脱氮一体化装置的MBR平板膜组件的部分结构剖视图。

具体实施方式
[0034] 以下通过具体实施方式结合附图对本发明的技术方案进行进一步的说明和描述。

[0035] 如图1所示，一种MBR脱氮一体化装置1，包括一反应器本体11、至少一连接真空泵15和压力表16的MBR平板膜组件12、一曝气装置13和若干组合型填料串14，所述反应
器本体11的上部设有进水口，其内部设有溶解氧、pH和温度在线监测元件(包括溶氧在线电极17、在线温度计18和在线pH电极19)，所述至少一MBR平板膜组件12设于反应器本体11内的中心，所述曝气装置13设置于反应器本体11内的底部，所述若干组合型填料串14均匀悬挂分布于反应器本体11内，且填充上述MBR平板膜组件12与反应器本体11之间的间隙。

[0036] 所述组合型填料串14在反应器本体11内的单位串数为40～80串/m3，比表面积为250～400m2/m3，上述组合型填料串14包括一中心绳141和从上到下串联在该中心绳141上的多个直径为12～15cm的填料片142，如图2所示，该填料片142包括一圆环1420和六个醛化纤维束1421，该六个醛化纤维束1421环形阵列分布于该圆环1420的环圈上，该圆环1420的内部设有沿圆环1420中心环形阵列分布的六根主辐条1422，每根主辐条1422上设有两对相对该辐条对称的次辐条1423，且位于所述圆环1420径向外侧的次辐条1423的长度大于位于圆环1420径向内侧的次辐条1423的长度这样的结构不堵塞、不团结，比表面积大，挂膜快，生长的生物膜层有一定的厚度，系统内的污泥浓度高，主辐条1422和次辐条能有效切割气泡，提高溶氧效率，适应多种污水处理。

[0037] 如图3所示，所述MBR平板膜组件12包括一厚度为1～1.5mm的中间流道网格121、位于中间流道两侧的亲水无纺布支撑层122和位于亲水无纺布支撑层122外侧面的膜片123，中间流道网格121与亲水无纺布支撑层122围成透析液流道。

所述膜片123与亲水无纺布支撑层122之间，中间流道网格121与亲水无纺布支撑层122之间均采用热熔方式进行粘结，构成整体密闭结构的膜袋。

该MBR平板膜组件12的单片膜片123厚度由传统的7mm降低至3～5mm，填充密度较传统平板MBR产品增大40％以上，膜通量在20-30L/m2h，通过运行参数的调整，可以有效提高其抗污染能力
[0038] 所述曝气装置13包括若干均匀分布于反应器本体11内底部的微孔曝气盘131，该微孔曝气盘131的服务面积为0.25～0.50m2/个，相邻微孔曝气盘131的间距为1～1.5m，有利于控制曝气盘的溶氧效果，维持DO在1～2mg/L之间，形成同步硝化反硝化的溶氧环境
[0039] 高氨氮废水经过预处理后由进水管进入本发明的MBR脱氮一体化装置1的反应器本体11内，空气通过微孔曝气盘131在反应器本体11底部进行曝气，同时该废水的参数由溶氧在线电极17、在线温度计18和在线pH电极19进行实时监测，组合型填料串14上附着的微生物以进水中的有机物为营养物质，随着生物膜的不断生长，溶解氧和有机物的传递受到传质阻力影响，形成了溶解氧的浓度梯度，该溶解氧的浓度梯度由溶氧在线电极17监测协调控制来维持，生物膜表面溶解氧较高，主要富集了好氧菌和硝化菌，内层的生物膜由于氧传递受阻及外层生物的大量消耗导致溶解氧较低，产生缺氧区富集反硝化菌，此外系统中还有悬浮生长的活性污泥，这些污泥就是实现同步硝化反硝化的硝化菌和反硝化菌群，通过对溶解氧的整体控制达到了高效脱氮的功能；进水通过微生物的降解作用后由反应池中部的MBR平板膜组件12实现泥水分离，将微生物截留在反应器本体11中，维持反应器内污泥浓度，延长污泥龄，使产生的污泥量较少甚至达到污泥的零排放，而出水的SS可以达到2mg/L以下；
[0040] 一种应用上述MBR脱氮一体化装置1处理废水的方法，包括如下步骤：[0041] (1)用盐酸或氢氧化钠调节废水的pH至6.5～8.5；
[0042] (2)将调节好pH的废水通入反应器本体11中，在15～35℃的温度下进行反应，如果温度低于15℃硝化速率降低，则需采取适当的保温措施，同时通过曝气装置13的启停将反应器本体11内的溶解氧浓度控制在0.5～2mg/L，；
[0043] (3)通过真空泵15(可通过自动系统控制)控制MBR平板膜组件12的的出水通量至20～30L/m2h，且每运行8min，暂停2min，持续循环至通量明显下降，操作压力大于40kPa，对MBR平板膜组件12进行化学清洗；
[0044] (4)化学清洗完毕后，继续运行。

[0045] 以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，故不能依此限定本发明实施的范围，即依本发明专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖的范围内。

图1
图2
图3。