一种膜生物膜反应器和废水净化方法技术

本发明专利技术提供了一种膜生物膜反应器和废水净化方法，属于水净化技术领域。本发明专利技术利用膜生物膜反应器的微探针原位在线监测系统，可以探明逆扩散的平衡时间规律，进而确定排气周期，为实施膜生物膜反应器的运行方案提供先决条件。同时本发明专利技术通过电磁继电器自动控制主池上主池排气阀门以及副池上副池排气阀门开闭，定期将逆扩散至中空纤维膜内的非有效气体冲出，能有效降低逆扩散带来的负面影响，保持中空纤维膜内较高的气态底物浓度，提高中空纤维膜的传质效率，实现对污染物的快速、稳定和高效去除。效去除。效去除。

【技术实现步骤摘要】
一种膜生物膜反应器和废水净化方法


[0001]本专利技术涉及水净化
，尤其涉及一种膜生物膜反应器和废水净化方法。

技术介绍

[0002]近几十年来，我国对环境污染问题愈加重视，通过多年的努力，对水污染问题的治理已初见成效，然而，稳定、高效以及低成本的水处理技术的研发与应用仍是实现环境可持续发展的难点问题。近些年诞生的一种将中空纤维膜无泡曝气技术与生物膜相结合的膜生物膜反应器(MBfR)，由于其对污水处理效率高、剩余污泥量少和运行成本低等诸多优点，被认为是一种极具发展潜力的水处理技术。在MBfR中，利用中空纤维膜将气态底物(电子供体型，如：H2和CH4；电子受体型，如：O2)通过中空纤维膜壁上的微孔以无泡形式提供给膜表面的微生物，从而实现对污染物的去除。根据中空纤维膜供给的不同气态底物类型，可实现对不同污染物的去除，电子供体型气态底物可以去除氧化性污染物(如：硝酸盐、硫酸盐、重金属、卤酸盐、卤化有机物等)，电子受体型气态底物可以去除还原性污染物(如：氨氮、有机物等)。
[0003]虽然MBfR技术在水处理领域具有广阔的应用前景，但是目前该技术在大规模工程化应用上，不论中空纤维膜内供给的是何种气体，都面临着一个关键技术难题，即逆扩散对MBfR处理污染物会产生负面影响。目前，在实验研究和工程应用中，中空纤维膜的供气方式主要有两种：封闭式和开放式。在应用较多的封闭式供气模式下，中空纤维膜的一端与气源连接，另一端密封，虽然这种供气模式可以有效降低气体的浪费，达到很高的气体利用率，但是反应器水溶液和生物膜中的其他气体(如氮气、水蒸气等)会由于膜外较高的渗透压作用逆扩散至膜腔内，占用有效气态底物的空间，导致中空纤维膜对气态底物的传质效率下降，从而导致MBfR对污染物的去除性能下降。在开放式供气模式下，中空纤维膜的一端连接气源，另一端开放直接与大气相连，虽然可以将逆扩散至膜腔内的非有效气体不断冲出，但是会大量浪费气体，增加运行成本，同时由于释放了膜腔内的供气压力也会降低气体的传质效果；此外开放式供气模式不适用于以易燃易爆H2和CH4为气态底物的情况。
[0004]因此，如何在减少气态底物浪费的情况下，有效缓解MBfR中逆扩散带来的负面影响，提升气态底物的传质效率，以进一步提高MBfR对污染物的去除效能，是目前需要解决的技术问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种膜生物膜反应器和废水净化方法，采用本专利技术提供的膜生物膜反应器能够提升中空纤维膜对气态底物的传质效率，从而能够提高膜生物膜反应器对污染物的去除效能。
[0006]为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：
[0007]本专利技术提供了一种膜生物膜反应器，包括原水箱、主池、副池、进水泵、回流泵、电磁继电器、供气系统和微探针原位在线监测系统；
[0008]所述主池呈竖直放置，所述副池呈水平放置，所述主池的底部设置有进水口，所述主池的顶部分别设置有出水口以及回流液出口，所述主池的回流液出口依次经副池、回流泵、进水泵与主池的进水口连通形成循环回路，所述原水箱的出水口与回流泵和进水泵之间的管路连通；
[0009]所述主池中设置有竖直放置的中空纤维膜组件，且所述中空纤维膜组件的两端分别固定于所述主池的两端，其中，所述中空纤维膜组件的上端与所述供气系统连接，所述中空纤维膜组件的下端设置有主池排气阀门；
[0010]所述副池中设置有水平放置的中空纤维膜丝，且所述中空纤维膜丝两端分别固定于所述副池的两端，其中，所述中空纤维膜丝靠近主池的一端与所述供气系统连通，所述中空纤维膜丝远离主池的一端设置有副池排气阀门；所述副池的顶部池壁上沿水平方向设置有多个通孔，每个所述通孔均配有封堵塞；
[0011]所述微探针原位在线监测系统包括微探针以及控制系统，所述微探针安装于所述副池的通孔中，所述控制系统对所述微探针的位置进行控制和调节；
[0012]所述电磁继电器与所述主池排气阀门和副池排气阀门连接，所述电磁继电器对所述主池排气阀门和副池排气阀门的开闭时间进行控制和调节。
[0013]优选地，所述中空纤维膜组件与中空纤维膜丝的材质为疏水性聚丙烯材料。
[0014]优选地，所述中空纤维膜组件包括平行设置的第一中空纤维膜组件和第二中空纤维膜组件；
[0015]所述第一中空纤维膜组件的上端与所述供气系统连接，所述第一中空纤维膜组件的下端设置有第一主池排气阀门；
[0016]所述第二中空纤维膜组件的上端与所述供气系统连接，所述第二中空纤维膜组件的下端设置有第二主池排气阀门；
[0017]所述电磁继电器与所述第一主池排气阀门和第二主池排气阀门连接，所述电磁继电器对所述第一主池排气阀门和第二主池排气阀门的开闭时间进行控制和调节。
[0018]优选地，所述主池内的第一中空纤维膜组件和第二中空纤维膜组件中分别包括16根膜丝；所述副池内的中空纤维膜丝为单根中空纤维膜丝。
[0019]优选地，所述第一主池排气阀门、第二主池排气阀门和副池排气阀门分别与所述电磁继电器的第一开关、第二开关和第三开关电连接。
[0020]优选地，所述供气系统为供H2系统、供CH4系统或供O2系统，对应的所述微探针为H2微探针、CH4微探针或O2微探针。
[0021]本专利技术提供了一种采用上述技术方案所述膜生物膜反应器对废水进行净化的方法，包括以下步骤：
[0022]向膜生物膜反应器中接种污泥，通过进水泵将待处理废水通入所述膜生物膜反应器中，之后关闭所述进水泵，开启供气系统和回流泵，对所述膜生物膜反应器进行驯化，使所述膜生物膜反应器内的中空纤维膜组件以及中空纤维膜丝的表面形成生物膜；
[0023]通过微探针原位在线监测系统监测所述副池中生物膜内中空纤维膜丝表面气态底物的浓度变化，确定排气周期；
[0024]按照所述排气周期，通过电磁继电器同步控制主池排气阀门以及副池排气阀门开闭进行周期性排气，实现对废水的净化。
[0025]优选地，所述待处理废水为含硝酸盐废水，所述待处理废水中硝酸盐的浓度为10～100mgN/L。
[0026]优选地，所述生物膜的厚度为500～900μm。
[0027]优选地，所述排气周期为5～50min。
[0028]本专利技术提供了一种膜生物膜反应器，与现有技术相比，本专利技术提供的膜生物膜反应器具有以下有益效果：
[0029](1)利用膜生物膜反应器的微探针原位在线监测系统，可以探明逆扩散的平衡时间规律，进而确定排气周期，为实施膜生物膜反应器的运行方案提供先决条件。
[0030](2)通过电磁继电器自动控制主池上主池排气阀门以及副池上副池排气阀门开闭，定期将逆扩散至中空纤维膜内的非有效气体冲出，能有效降低逆扩散带来的负面影响，保持中空纤维膜内较高的气态底物浓度，提高中空纤维膜的传质效率，实现对污染物的快速、稳定和高效去除。
附图说明
[0031]图1为本专利技术中膜生物膜反应器的结构示意图；图中1
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种膜生物膜反应器，包括原水箱、主池、副池、进水泵、回流泵、电磁继电器、供气系统和微探针原位在线监测系统；所述主池呈竖直放置，所述副池呈水平放置，所述主池的底部设置有进水口，所述主池的顶部分别设置有出水口以及回流液出口，所述主池的回流液出口依次经副池、回流泵、进水泵与主池的进水口连通形成循环回路，所述原水箱的出水口与回流泵和进水泵之间的管路连通；所述主池中设置有竖直放置的中空纤维膜组件，且所述中空纤维膜组件的两端分别固定于所述主池的两端，其中，所述中空纤维膜组件的上端与所述供气系统连接，所述中空纤维膜组件的下端设置有主池排气阀门；所述副池中设置有水平放置的中空纤维膜丝，且所述中空纤维膜丝两端分别固定于所述副池的两端，其中，所述中空纤维膜丝靠近主池的一端与所述供气系统连通，所述中空纤维膜丝远离主池的一端设置有副池排气阀门；所述副池的顶部池壁上沿水平方向设置有多个通孔，每个所述通孔均配有封堵塞；所述微探针原位在线监测系统包括微探针以及控制系统，所述微探针安装于所述副池的通孔中，所述控制系统对所述微探针的位置进行控制和调节；所述电磁继电器与所述主池排气阀门和副池排气阀门连接，所述电磁继电器对所述主池排气阀门和副池排气阀门的开闭时间进行控制和调节。2.根据权利要求1所述的膜生物膜反应器，其特征在于，所述中空纤维膜组件与中空纤维膜丝的材质为疏水性聚丙烯材料。3.根据权利要求1或2所述的膜生物膜反应器，其特征在于，所述中空纤维膜组件包括平行设置的第一中空纤维膜组件和第二中空纤维膜组件；所述第一中空纤维膜组件的上端与所述供气系统连接，所述第一中空纤维膜组件的下端设置有第一主池排气阀门；所述第二中空纤维膜组件的上端与所述供气系统连接，所述第二中空纤维膜组件的下端...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑君健，蒋敏敏，王宇航，张媛媛，马金星，张杰，韦巧艳，张星冉，姜峙成，李海翔，张学洪，夏四清，
申请(专利权)人：桂林电子科技大学，
类型：发明
国别省市：