一種超濾-滲透復合式膜生物反應器及其用圖
【技術領域】
[0001] 本發明屬于污水處理技術領域，涉及一種超濾-滲透復合式膜生物反應器及其用 途，可用于生活污水中C0D、總氮和總磷的去除，多種微量有機污染物的降解，以及非飲用水 和飲用水的回用。
【背景技術】
[0002] 近些年，氣候的變化和人口的增長加劇了淡水供應的壓力，迫使人們開始尋找替 代水源。再生水作為一種替代水源，通過水回用的方式增加了淡水的供應。從公眾和環境 健康保護的角度來說，應用水回用技術的難點在于有效地結合生物的、化學的和物理的阻 隔處理來充分去除致病菌、營養物和微量有機污染物。
[0003] 污水處理設施一般使用傳統的活性污泥法或膜生物處理器來去除有機碳、營養物 (例如氮和磷）和致病菌。微量有機污染物（例如藥物、留體激素和工業化學物）可能對人 類和環境構成潛在的風險，但是，上述污水處理設施還沒有被專門設計來去除它們。傳統的 活性污泥法對微量有機污染物的去除效率低且波動大，所以，額外的處理技術（例如納濾、 反滲透、活性炭吸附、高級氧化和臭氧處理）需要串聯在活性污泥處理的后面來保證微量 有機污染物的有效去除。
[0004] 高選擇性膜分離技術（例如納濾和反滲透）基于物理原理從產品水中去除微量有 機污染，而不是將其轉化成未知的產物，所以該技術優于其他處理技術。在小試、中試和實 尺試驗的研究中，納濾和反滲透作為水回用技術來處理污水三級出水時，對微量有機污染 物的截留率高達85%。這些技術通過半透膜來去除微量有機污染物，其效率主要受污染物 的物理化學性質（例如分子量、電荷和親水性）和膜（例如電荷、親水性和）的影響。
[0005] 與納濾和反滲透相似，正滲透膜技術對微量有機污染物的去除具有優異的效果。 特別地，Xie等人（Water Research, 2012, 46, 2683 - 2692)報導說，由于滯后正擴散現象的 存在，使用相同膜材料的條件下，正滲透比反滲透對疏水性微量有機污染物的截留效果更 好。滯后正擴散現象由驅動液在膜孔中的反向擴散引起，阻礙了微量有機污染物從進料液 到驅動液的轉移。反滲透和納濾的驅動力源于進料液和產品水之間的液壓差，而正滲透的 驅動力源于低鹽度進料液和高鹽度驅動液之間的滲透壓差。在正滲透過程中，進料液中的 水通過正滲透膜擴散進入驅動液中，所以驅動液被稀釋且進料液被濃縮。為了回用淡水和 保持一定濃度的驅動液，正滲透通常需要耦合一個驅動液恢復技術（例如蒸餾，膜蒸餾或 反滲透）。使用正滲透-膜蒸餾或正滲透-反滲透復合技術還有一個重要的優點，就是能 夠去除大部分的溶解性進料成分，包括微量有機污染物。
[0006] 在一個多重阻隔處理方法中，正滲透的進一步應用就是滲透膜生物反應器。不同 于微濾和納濾膜，正滲透膜在滲透膜生物反應器中從活性污泥里提取水進入濃縮的驅動液 里。與傳統的膜生物反應器技術相比，滲透膜生物反應器具有較多的優點，例如低膜污染傾 向，以及對懸浮性和溶解性污染物具有高截留率。由于正滲透膜的高截留效果和驅動液的 反向鹽擴散，溶解性物質會在滲透膜生物反應器中積累，這是其一大缺點。它將減小膜生物 反應器中的驅動力和生物活性，從而降低系統對水的回用效率和營養物的去除效率。
【發明內容】
[0007] 針對上述缺陷，本發明的主要目的在于提供一種去污效果優異且能長時間穩定運 行、生物反應器中鹽份的積累較少的超濾-滲透復合式膜生物反應器，可用于生活污水中 C0D、總氮和總磷的去除，多種微量有機污染物的降解，以及非飲用水和飲用水的回用。
[0008] 本發明的另一個目的在于提供超濾-滲透復合式膜生物反應器在污水處理中的應 用。
[0009] 為實現以上的技術目的，本發明將采取以下的技術方案：一種超濾-滲透復合式 膜生物反應器，包括缺氧生物反應器、好氧生物反應器、反滲透系統，其特征在于，所述的好 氧生物反應器包括浸沒的正滲透膜系統和中空纖維式聚偏二氟乙烯超濾膜組件，缺氧生物 反應器、中空纖維式聚偏二氟乙烯超濾膜組件、正滲透膜系統、反滲透系統順序排列，正滲 透膜系統含有若干硬板，正滲透膜掛在硬板上，硬板內部設有驅動液通道。
[0010] 前述的超濾-滲透復合式膜生物反應器，正滲透膜系統含有5個硬板，每個硬板兩 側均掛有三醋酸纖維素膜，膜的總面積為1. 2平方米；正滲透膜的活性層朝向好氧生物反 應器中的活性污泥，其多孔支撐層朝向正滲透膜系統的硬板內的驅動液通道；超濾膜組件 中膜的總面積為〇. 44平方米，其標稱孔徑為0. 03微米。
[0011] 前述的超濾-滲透復合式膜生物反應器，正滲透膜系統中的驅動液會隨著正滲透 進程而被逐漸稀釋，進而持續傳送至驅動液儲槽，再傳送到反滲透膜系統；高壓栗用來將被 稀釋的驅動液壓入反滲透系統，對反滲透膜施加壓力10 - 10. 5bar，使稀釋的驅動液濃縮后 再次進入正滲透膜系統內，使膜系統內的驅動液始終為26g/L的NaCl水溶液。
[0012] 前述的超濾-滲透復合式膜生物反應器，一個由計算機控制的蠕動栗抽取從缺氧 生物反應器排出的滲透液使其以90mL/min的速度通過超濾膜，持續3min后，進行一個膜 反洗過程，速度為180mL/min，持續30s，如此反復循環；從超濾膜排出的滲透液以90mL/min 的速度通過正滲透膜，從正滲透膜直接排出的滲透液作為非飲用水，稀釋后的驅動液進入 驅動液儲槽，再進入反滲透系統，得到的滲透液作為飲用水，濃縮后的驅動液再回到正滲透 膜系統中。
[0013] 前述的超濾-滲透復合式膜生物反應器，缺氧生物反應器中的污泥通過重力自流 方式進入好氧生物反應器中，而好氧生物反應器中的污泥通過栗回流至缺氧生物反應器 中，其流速為〇. 25L/min ; -個由計算機控制的蠕動栗以10L/d的速度將剩余活性污泥排 出。
[0014] 前述的超濾-滲透復合式膜生物反應器，反滲透系統是全自動的，其含有一個可編 程控制器和一個數據采集與儀器控制軟件；其通過一組三螺旋纏繞薄膜式復合膜來改變液 壓，從而維持一定濃度的驅動液。
[0015] 從上述技術方案可以看出，本發明具有以下有益效果：
[0016] 1、該超濾-滲透復合式膜生物反應器含有正滲透膜組件，對微量有機污染物的截 留效果優異；
[0017] 2、其耦合超濾膜組件，克服正滲透技術的缺點，緩解生物反應器中鹽份的積累；
[0018] 3、其利用多重阻隔方法，可高效地去除生活污水中的C0D、總氮和總磷，且生產非 飲用水和飲用水兩種淡水資源；
[0019] 4、其配有反滲透系統，能夠維持一定濃度的驅動液，可長時間持續運行，且效果穩 定。
【附圖說明】
[0020] 表1為生活污水中微量有機污染物的名稱、分類、檢測限和進水平均濃度表；
[0021] 圖1為超濾-滲透復合式膜生物反應器的工作流程示意圖；
[0022] 圖2a -圖2c為超濾-滲透復合式膜生物反應器對生活污水中C0D、總氮和總磷去 除效果圖：COD去除效果圖（2a)，總氮去除效果圖（2b)和總磷去除效果圖（2c);
[0023] 圖3為超濾-滲透復合式膜生物反應器對生活污水中20種微量有機污染物的去 除效果圖。
【具體實施方式】
[0024] 下面對本發明【具體實施方式】進行詳細說明，但是以下實施例僅是作為例證，并不 對本發明構成任何限制。實施例1為本發明的設計例，實施例2為該超濾-滲透復合式膜 生物反應器對生活污水中C0D、總氮和總磷的去除實施例，實施例3為該超濾-滲透復合式 膜生物反應器對生活污水中20種微量有機污染物的去除實施例。
[0025] 實施例1
[0026] 圖1示意了本發明中超濾-滲透復合式膜生物反應器的工作流程，該復合式膜生 物反應器包括一個缺氧