申请日2011.06.29
公开(公告)日2012.10.17
IPC分类号B01D65/02; B01D63/02; C02F3/20; B01D71/36; C02F3/12; B01D63/08
摘要
一种浸渍型膜组件单元，包括：浸渍型的膜组件(2)，其用于膜分离活性污泥过滤;延长壁(27)，其从膜组件(2)的下端延伸并且包围膜组件(2)下方的空间;以及膜曝气散气装置(8)，其布置在所述空间中的下部或所述空间下方的周围位置处，并具有在平面内布置的多个散气孔，膜组件(2)具有分离膜，所述分离膜之间存在间隙，并且延长壁(27)接收经散气孔输出的气泡，并且将气泡引导到间隙。
权利要求书
1.一种浸渍型膜组件单元，包括：
浸渍型的膜组件，其用于膜分离活性污泥过滤;
延长壁，其从所述膜组件的下端延伸并包围所述膜组件下方的 空间;以及
膜曝气散气装置，其布置在所述空间中的下部或所述空间的下 方周围位置，并具有以矩阵布置的多个散气孔，
所述膜组件具有分离膜，所述分离膜之间存在间隙，所述延长 壁将气泡从所述散气孔引导到所述间隙。
2.根据权利要求1所述的浸渍型膜组件单元，其中，
所述膜曝气散气装置具有覆盖所述膜组件的投影面积的上表 面;并且
所述多个散气孔设置在所述上表面上。
3.根据权利要求1所述的浸渍型膜组件单元，其中，
所述多个散气孔均匀地设置以与所述分离膜的所述间隙相对 应。
4.根据权利要求1所述的浸渍型膜组件单元，其中，
所述膜组件是中空纤维膜组件或平片膜组件。
5.根据权利要求1所述的浸渍型膜组件单元，其中，
所述分离膜由PTFE形成。
6.根据权利要求5所述的浸渍型膜组件单元，其中，
所述膜组件由捆束在一起的PTFE中空纤维膜形成。
7.根据权利要求6所述的浸渍型膜组件单元，其中，
所述膜组件的所述中空纤维膜的平均孔径等于或大于0.01μm、 平均厚度等于或大于10μm、以及抗张强度等于或大于JIS K 7113中 规定的10N/mm2。
8.一种单槽型的膜分离活性污泥处理设备，其在单个槽内提供 生物处理和膜分离处理，所述膜分离活性污泥处理设备在活性污泥 槽中具有：
根据权利要求1所述的浸渍型膜组件单元;以及
生物曝气散气装置，其位于所述浸渍型膜组件单元下方并且独 立于所述膜曝气散气装置设置成向活性污泥供氧。
9.根据权利要求8所述的膜分离活性污泥处理设备，其中，
所述浸渍型膜组件单元的所述膜曝气散气装置向所述分离膜组 件供给用于曝气的粗大气泡以清洗膜，并且所述生物曝气散气装置 供给微细气泡。
10.根据权利要求8所述的膜分离活性污泥处理设备，还包括：
独立地控制所述膜曝气散气装置和所述生物曝气散气装置的控 制装置。
说明书
浸渍型膜组件单元和膜分离活性污泥处理设备
技术领域
本发明涉及一种用于膜分离活性污泥过滤的浸渍型膜组件单 元，以及通过该组件单元提供膜清洗曝气并且还单独提供生物曝气 的膜分离活性污泥处理设备。
背景技术
通常，已经提出采用膜分离活性污泥法的水处理设备，并且一 些这样的设备投入了实践应用，诸如化粪池、农业废水处理、工业 废水处理以及城市污水处理等。该膜分离活性污泥法采用膜以提供 微分离，因此不仅提供品质优良的处理水，而且允许活性污泥具有 高浓度，进而允许活性污泥槽的单位容积有机物分解处理能力增大 并且相应地活性污泥槽尺寸减小，从而允许设置面积更小、建造成 本降低以及类似优点。因此，认为该技术将在未来得到普及。
当使用高浓度活性污泥执行膜分离时，高粘度活性污泥絮状物 附着在膜上并且促进了污染，因此处理能力明显降低。为了防止这 种情况，在膜组件下方提供恒定曝气以使膜振动或者使气泡上升以 提供具有密度差的污泥，从而在膜组件附近产生旋流，以剥离堆积 在膜表面上的活性污泥(下文将该操作称为膜清洗曝气或膜曝气)。 因此，实际上，总是需要并执行使用气泡的物理清洗处理。此外， 对于常规的标准活性污泥处理，同样执行曝气，作为向活性污泥供 给氧气以维持活性污泥的溶解有机物分解处理能力的手段(在下文 中，该操作将被称为生物曝气)。因此，膜分离活性污泥法既需要 膜清洗曝气，又需要生物曝气，并且与常规的标准活性污泥处理相 比，前者还需要膜清洗曝气并因此需要更多能量，因此降低所需要 的能量成为要解决的课题。
正如非专利文献1中记载的，浸渍型膜分离活性污泥法通常被 分类为两种系统。一种是常规的基本型，具有膜组件插入其中的生 物处理槽，即单个槽。此基本型是具有一体槽的类型，因此优点在 于结构紧凑。另一种是具有分开的槽的重视膜组件中的过滤系统、 化学清洗等灵活性的类型，即，普遍使用的一种系统，在该系统中 分开设置生物处理槽和膜分离槽，并且通过这两个槽进行活性污泥 循环。
<引用清单>
非专利文献1：由Kazuo YAMAMOTO编辑的Science& Technology Co.,Ltd.，于2010年2月19日发行的题目为“Water Utilization Technology through Membrane Bioreactor(MBR)”。 然而，上述每个类型均具有要解决的问题。在大多数情况下， 单槽类型采用生物处理曝气装置，从而还执行膜清洗曝气，即，一 个装置起到两种作用，而曝气的气泡可能无法有效地施加到膜组件 上并且所供给的空气量可能无法被有效地使用。因此，需要大量用 于曝气的空气以充分有效地清洗膜组件的膜表面。结果，与标准活 性污泥法相比，前者需要总曝气能量非常多。
带有分离槽的类型具有两个分开制造的槽，此结构阻碍了膜分 离活性污泥法发挥其特征优势，即紧凑性，并且为了在两个槽内循 环还需要泵等，这与降低能量成本相悖。
发明内容
鉴于上述问题而提出了本发明，并且本发明提出用于膜分离的 浸渍型膜组件单元以及采用该浸渍型膜组件单元的新型膜分离活性 污泥处理设备，该浸渍型膜组件单元不仅能够保持膜分离活性污泥 法的紧凑性优点，而且能够实现曝气能量降低。
为了解决上述问题，本发明提供了一种浸渍型膜组件单元，该 浸渍型膜组件单元包括：浸渍型的膜组件，其用于膜分离活性污泥 过滤;延长壁，其从膜组件的下端延伸并且包围膜组件下方的空间; 以及膜曝气散气装置，其布置在该空间中的下部或者该空间的下方 周围位置，并具有在平面上布置的多个散气孔，该膜组件具有分离 膜，在该分离膜之间具有间隙，延长壁接收经散气孔输出的气泡， 并且将气泡引导到间隙。
本发明的膜组件单元允许由散气装置喷出的气泡被均匀地供给 到膜组件的全部区域，并且还能够减少从膜组件下方的空间向外发 散的气泡，从而向膜组件供给充足的气泡。这能够有助于降低空气 供给量，并因此降低用于曝气清洗膜的能量。
此膜组件单元能够具有散气装置，该散气装置的上表面适合于 覆盖膜组件的投影面积，并且设置有多个散气孔。气泡经散气装置 的覆盖膜组件的投影面积的上表面上所设置的散气孔均匀地供给到 膜组件的全部区域。散气孔可具有例如1~8mm、理想而言3~6mm 的直径，以产生适合于清洗膜的粗大气泡。因此，气泡上升速度、 能量大小等可产生有效用于清洗膜的振动、旋流等。
本发明优选实施例能够将多个散气孔均匀地设置成与分离膜之 间的间隙相对应。这使得分离膜被均匀且适当地清洗。分离膜组件 例如在其上端具有分离膜，该分离膜相互间隔开并且因此相邻地布 置并由密封部件相互固定。与之对比，分离膜组件在其下端没有设 置密封部件，并且能够替代地设置有支撑棒等，以便于：例如使分 离膜绕支撑棒折叠，因此被固定并且间隔开;或者例如在分离膜的 下端将分离膜仅部分地固定在支撑棒等上，以形成半自由端并因此 易于摇摆。
当散气孔与分离膜组件的下端之间具有大距离时，即，当延长 壁的长度大时，经散气孔喷出的气泡增加，因此这些气泡在延长壁 内部上升时变成更粗、更大的气泡。这允许分离膜组件的分离膜与 更大的气泡接触并因此有效地摇摆。
此外，当与上端一样将密封材料导入分离膜之间以固定分离膜 时，可以在不具有分离膜的部分上设置通孔等，以用作供给未净化 水、导入气泡等的孔。优选地，设置在下端的分离膜之间的间隙或 密封层的通孔与散气孔相对，使得气泡通过间隙，因此导入气泡并 使气泡在膜组件的膜之间上升。分离膜组件具有被框架从外部包围 的下端，该框架例如经由连接框架连接到将分离膜组件的上端固定 的框架上。
分离膜组件可以是中空纤维膜组件或平片膜组件。分离膜组件 可以具有任何材料的分离膜。然而，理想而言，分离膜由能够在气 泡上升时产生的能量形成振动的柔软材料形成。优选使用有机材料 尤其是聚四氟乙烯(PTFE)形成膜。这种由PTFE形成的分离膜坚 韧，并且当这种分离膜具有连续暴露于扩散空气的表面时，这种分 离膜不会损伤或起折痕，因此能够呈现耐久性。此外，PTFE膜的孔 隙率大于其它材料而适合于采用，因此重量更轻，并且由于PTFE 膜是柔软材料，所以可以振动。
此外，PTFE膜的强度高，并且在耐化学性、化学稳定性以及耐 气候性等方面优异，特别地，当膜表面被废水成分、活性污泥等污 染时，能够使用高浓度碱性液体、氧化剂、酸性液体等对膜表面进 行清洗。
膜组件能够由捆束在一起的PTFE中空纤维膜形成。作为PTFE 中空纤维膜，能够适合地使用由住友电工精细高分子株式会社制造 的产品。
对于具有分离膜组件的膜分离活性污泥处理设备，该分离膜组 件具有絮状物附着在其上的由PTFE中空纤维膜形成的分离膜，该设 备能够应付连续空气扩散而耐久地运转。此外，如果中空纤维膜的 表面上堆积有絮状物、难溶成分和/或类似物，则能够使用高浓度碱 性液体、氧化剂、酸性液体等来对所述表面进行清洗，因此在长时 间维持高透过流速的同时进行水处理。
PTFE中空纤维膜是由延伸PTFE多孔膜形成的单层或多层。多 层中空纤维适合如本文参照和引用的日本专利No.3851864中记载 的多孔、多层中空纤维膜等那样实现，并且具有捆束在一起的中空 纤维的分离膜组件适合如本文参照和引用的日本专利No.3077260 和No.3851864中记载的中空纤维膜组件那样实现。
如上所述的延伸PTFE中空纤维膜在强度、耐久性和耐腐蚀性 方面优异并且在高浊度污水处理中能够发挥显著的效用。此外，由 于延伸PTFE多孔膜是通过挤出和拉伸工艺来制造的，所以高等分子 定向允许以高孔隙率设置微孔。这允许过滤膜提供大量的渗透水， 因此具有高性能，并且还允许过滤膜经受空气扩散，因此在不使分 离膜开裂或破裂的情况下摇摆，从而呈现优异的耐久性。
优选地，由延伸PTFE多孔膜形成的中空纤维膜优选例如具有 平均孔径为0.01μm以上、平均厚度为0.1~10mm、孔隙率为 40%~90%、并且抗张强度如JIS K 7113中规定为10N/mm2以上的过 滤区。
特别地，平均孔径优选为0.01~5.0μm，更理想为0.1~0.45μm。 该平均孔径能够使用由多孔材料株式会社制造的细孔孔隙度计(型 号CFP-1200A)来测量。
平均厚度使用度盘式测量计来测量。孔隙率采用ASTM D792 中记载的方法来测量。
延伸多孔PTFE指的是孔隙率为60%以上、优选80%以上的 PTFE。
本发明另一个实施例提供了单槽型膜分离活性污泥处理设备， 该设备在单个槽内提供生物处理和膜分离处理，在活性污泥槽内具 有：上述浸渍型膜组件单元;以及生物曝气散气装置，其位于膜组 件单元下方并且独立于膜曝气散气装置设置成向活性污泥供氧。
本发明的膜分离活性污泥处理设备允许使用必要和足量的空气 均匀地遍及膜组件的全部区域执行膜清洗曝气并且独立于膜组件在 同一槽内提供生物曝气。因此，该膜分离活性污泥处理设备能够避 免尺寸增大并减少所需的总曝气能量。
在该膜分离活性污泥处理设备中，浸渍型膜组件单元的散气装 置能够向分离膜组件供给用于膜清洗曝气的粗大气泡，并且生物曝 气散气装置能够供给微细气泡。粗大气泡能够产生有效用于清洗膜 的振动和旋流。
生物曝气散气装置可具有直径例如为0.1~1mm的孔，并且气泡 直径例如为约0.2~2mm。为了确保对活性污泥良好的处理能力，需 要适当的溶解氧浓度。氧浓度为1~3mg/l，并且本发明采用上述膜 清洗曝气将氧溶解到活性污泥中。然而，这可能不是满足活性污泥 所需的溶解氧量，因此，辅助提供生物处理曝气装置。这种情况下， 将能够产生微细气泡的生物曝气散气装置设置在膜组件单元下方， 以供给所需的溶解氧而不增加活性污泥槽的设置面积。生物曝气散 气装置能够提供小直径气泡因此更有效地分解，从而实现降低的供 氧量和因此降低的所需曝气能量。将单个生物曝气散气装置设置在 一个或多个中空纤维膜组件下方。
此外，特别地，生物曝气散气装置布置在膜组件单元所存在区 域的下部，以允许上升的生物曝气气泡沿着与膜清洗曝气相同的方 向流动，从而膜清洗曝气和生物处理曝气能够在相同方向上分别提 供旋流，旋流彼此放大，以提供增强的清洗效果。
生物曝气和膜曝气能够经由不同系统的空气供给管连接。例如， 它们分别被铺设成沿着活性污泥槽的侧壁延伸，使它们的相应下端 在水平方向上弯折，并因此分别连接到生物曝气散气装置和膜曝气 散气装置，并且生物曝气散气装置布置成平行于槽的底壁并具有上 表面，该上表面具有用于经其喷出空气的多个微细散气孔，而膜曝 气散气装置能够经由延长壁进行连接，该延长壁与外部包围分离膜 组件的下端的框架连接，并且膜曝气散气装置具有上表面，该上表 面具有用于经其完全朝着分离组件的投影面积喷出空气的多个散气 孔。
对于生物曝气散气装置，微细散气孔可被设置在沿槽的底面延 伸的空气供给管的上表面上，或者产生微细气泡的管状散气装置可 以设置在管的中间部分。
膜分离活性污泥处理设备还能够包括用于独立控制膜曝气散气 装置和生物曝气散气装置的控制装置。
具体而言，生物曝气空气供给管和膜曝气空气供给管能够分别 设置有自动开闭阀，该自动开闭阀由控制装置进行开闭控制，并且 能够经由溶解氧仪或者通过监控显示膜污染程度的横跨膜压差而获 得空气供给流量及何时供给空气(或何时提供空气扩散/曝气)、未 净化水供给流量及何时供给未净化水、液体渗透膜的吸入和透过流 量等，并且能够发出指示这些信息的信号，并且响应该信号，能够 总体上控制生物曝气量和膜曝气量，以防止形成污染以及产生过量/ 不足的溶解氧的情形，以使整个水处理设备有效地运转。应注意， 自动开闭阀是电磁阀，并且优选地，该电磁阀也可以手动操作。
<本发明有益效果>
如上所述，本发明能够维持膜分离活性污泥法的有利的紧凑性， 并且还允许整个系统需要减少的曝气能量。