申请日2001.08.13
公开(公告)日2002.07.17
IPC分类号C02F3/02; C02F3/10
摘要
本发明提供了一种分体式膜生物反应器,包括依次相连的格栅或筛网(2)、调节池(3)、生物反应器(6)、膜滤池(20);其特征在于:膜滤池(20)的底部设置基础或支架(24);使膜滤池(20)与生物反应器(6)的静水位平齐;并且使所述的鼓气管(7)和膜冲洗鼓气管(22)在生物反应器(6)和在膜滤池(20)中的安装深度在水面至2.5米水深范围内的水层中。本发明的膜生物反应器具有运行能耗低的优点。
権利要求書
1.一种分体式膜生物反应器，包括依次相连的调节池(3)、生物 反应器(6)、和膜滤池(20);其中，生物反应器(6)内装有鼓气管(7) 及导流板8，鼓气管(7)用于通过空气泵(9)，空气管(11)通入空气; 生物反应器上还装有循环出水管(16)，用于液体经循环出水管(16)、 循环泵17或循环阀门(18)、循环上水管(19)进入膜滤池(20);膜 滤池(20)还通过循环回流管(23)与生物反应器(6)相通;膜滤池 (20)内装有膜分离单元(21)，其下部装有进行冲洗膜丝(33)的膜 冲洗鼓气管(22)，膜冲洗鼓气管(22)用于通过空气泵(9)、空气管 (15)通入空气;膜组件(21)通过净化水出水管(25)与净水箱(30) 相通;其特征在于：
膜滤池(20)的底部设置基础或支架(24);使膜滤池(20)与生 物反应器(6)的静水位平齐;并且使所述的鼓气管(7)和膜冲洗鼓气 管(22)在生物反应器(6)和在膜滤池(20)中的安装深度在水面至2.5 米水深范围内的水层中。
2.按照权利要求1所述的分体式膜生物反应器，其特征在于，在 调节池(3)上还装有格栅或筛网(2);在空气泵(9)和空气管(11) 之间还装有阀门(12)和空气流量计(10);在空气泵(9)和空气管(15) 之间还装有阀门(13)和空气流量计(14);在净化水出水管(25)与 净水箱(30)之间还装有阀门(27)、净化水流量计(26)、阀门(28) 和净化水泵(29)，使膜组件(21)通过净化水出水管(25)、阀门(27)、 净化水流量计(26)、阀门(28)或者净化水泵(29)与净水箱(30) 相通。
3.如权利要求1所述的分体式膜生物反应器，其特征在于：所述 的膜滤池(20)的高度为0.5～3.5米，膜滤池(20)的池水深度为0.2～3.0 米。
4.如权利要求1所述的分体式膜生物反应器，其特征在于：所述 的膜分离单元(21)由多个膜组件排列组成;膜分离单元(21)安装于 膜滤池(20)内液体的上部自水面至2.5米水深度范围内;膜组件自水 面起向下布设，膜组件上集水管(31)刚好淹没在水面之下，下集水管 (32)浸没入自水面至2.5米水深范围内的水层中。
5.如权利要求1所述的分体式膜生物反应器，其特征在于：所述 的导流板(8)的上边缘与鼓气管(7)平齐，导流板(18)下边缘距底 部0.4-0.8米。
6.如权利要求1所述的分体式膜生物反应器，其特征在于，所述 的膜组件由上集水管(31)、下集水管(32)和膜丝(33)组成;所述 膜丝(33)采用的膜为超滤膜或微滤膜。
说明书
分体式膜生物反应器及水处理方法
技术领域
本发明属于膜生物反应器技术领域，特别涉及分体式膜生物反应器。
背景技术
一种公知的分体式膜生物反应器是错流式膜生物反应器系统，由生 物反应器单元和错流式膜分离器组成，主要存在单位水处理能耗高的技 术问题。为了维持稳定的透水率，错流式膜分离器需要较高的膜面流， 以产生较大的剪切力或湍流流动来限制滤饼层的厚度。较高的膜面流需 要较大的循环水泵提供，泵提供的工作压力通常在100-150kPa，膜分 离器的循环水量与透水量之比高达100-600∶1，循环水流速度一般在 1-7m/s之间，一般大于2m/s。这样高的工作压力和水流速度产生的剪 切力造成错流式膜分离器运行能耗高的问题，处理单位水量处理能耗约 为3.0-5.5kW·h/m3，是传统活性污泥法单位水处理能耗约的10-15 倍。大量能耗转化为热能，膜分离器内水温升高，有时需要冷却设备。 (樊耀波等，环境科学，1995，16(5)：79-81;樊耀波等，环境科学学 报，1997，17(1)：68-74;郑祥等，2000，环境污染治理技术与设备，Vol.1： (5)，12-19)。
另一种公知的膜浸没分体式膜生物反应器由生物反应器单元和浸没 式膜分离器单元组成，膜分离器单元中冲刷膜组件的鼓气压力一般在30 -50kPa，其能耗一般在1-2kWh/m3，仍大大高于普通生化处理方法 (Arnold Zilverentant，Water 21，November/December，1999，29～31;Hadi Husain，Pierre Cote，WQI March/April，1999，19-22)。
发明内容
本发明的目的在于为了克服公知分体式膜生物反应器运行能耗高的 缺点，创造一种膜分离器单元中采用浅水层鼓气进行膜冲洗的，可以有 效降低单位水处理能耗，从而降低单位水处理费用的分体式膜生物反应 器技术。使膜生物反应器成为一种高效、实用、经济的水处理和废水资 源化技术。
本发明的分体式膜生物反应器包括格栅及筛网、调节池、生物反应 器、膜滤池、膜分离单元、净化水水箱等。其特征在于：原水1经格栅 或筛网2进入调节池3;经泵4提升经上水管5进入生物反应器6;生 物反应器内有给活性污泥混合液鼓气充氧和搅拌作用的穿孔管7及导流 板8;导流板8的上边缘与鼓气穿孔管7平齐，导流板8下边缘距底部 0.4-0.8米，导流板8的作用使生物反应器内的活性污泥在生物反应池6 内实现良好回流循环;生物反应器内有液体如活性污泥混液经循环出水 管16，经循环泵17(此时，循环阀门18关闭)，或经循环阀门18(当 通过膜滤池的鼓气形成的水力循环量满足工艺要求时，循环泵17关闭， 从节能角度此方案优先考虑)，经循环上水管19进入膜滤池20，再经膜 滤池20的循环回流管23返回生物反应器6;膜滤池20的高度为0.5～3.5 米，膜滤池20的池水深度0.2～3.0米;膜滤池20的水位在停止鼓气的 条件下同生物反应器6的水位平齐;膜滤池20的水位与生物反应器6 的水位平齐的办法是在膜滤池20的底部设置基础或支架24;膜滤池支 架或基础的高度由生物反应器6水位与膜滤池20中水深度之差确定; 膜滤池20内装有膜分离单元21，膜分离单元由若干个如图2所示的膜 组件排列组成，膜分离单元21安装于膜滤池20内池水或污泥混合液的 上部，膜组件自水面起向下布设，即图2中膜组件上集水管31刚好淹 没在水面之下，下集水管32视膜组件长度浸没入自水面至2.5米水深范 围内的水层中;图2中膜丝33两端粘接在上下集水管31、32之间;膜 单元21的下部装有进行冲洗膜丝33的膜冲洗鼓气管22;鼓气管7和膜 冲洗鼓气管22为穿孔管，其在生物反应器6和在膜滤池20中的安装深 度视膜组件下集水管32浸没深度，安装在自水面至2.5米水深范围内的 水层中;空气由空气泵9经阀门12，经空气流量计10、空气管11、通 入生物反应器6的鼓气管7;鼓气管7除了充氧的作用还有搅动生物池 的活性污泥使其保持悬浮的作用;进行冲洗膜丝33的空气由空气泵9、 经阀门13、空气流量计14、空气管15通入鼓气管22;鼓气管22除了 膜清洗的作用还有给混合液充氧、气力提升混合液，使混合液在生物反 应器6和膜滤池20之间形成循环的作用;净化水通过膜组件上方的水 位与净化水出水管25在净水箱30出水口处的水位差，经膜组件、阀门 27、净化水流量计26自压出流进入净水箱30;当净化水自压出流水流 量不能满足要求时，关闭阀门28，开启净化水泵29，使净化水通过抽 吸进入净化水箱30。
本发明的工作原理是大大降低分体式膜生物反应器中膜分离器单元 上方的水深，即减小鼓气管在冲洗膜组件时所必须克服的静水水头，从 而达到有效减小膜冲洗压力达到减小膜冲洗能耗的目的。可将冲刷膜组 件的鼓气压力降低至在2.5米水深至水面之间的水头范围内。如当膜组 件的长度为0.3米，膜组件自水面向下布设，膜组件的下集水管处在自 水面下0.3米水深处，鼓气穿孔管冲洗膜时所要克服的水头为约0.3米; 又如，膜组件的长度为0.5米，膜组件自水面向下布设，膜组件的下集 水管处在自水面下0.5米水深处，鼓气穿孔管冲洗膜时所要克服的水头 为约0.5米。再如，膜组件的长度为1米，膜组件自水面向下布设，膜 组件的下集水管处在自水面下1米水深处，鼓气穿孔管冲洗膜时所要克 服的水头为约1米。以此类推，膜组件的长度为2米，膜组件自水面向 下布设，膜组件的下集水管处在自水面下2米水深处，鼓气穿孔管冲洗 膜时所要克服的水头为约2米。本技术限定膜组件长度不超过2.5米。
本发明的分体式膜生物反应器的特点是：1、有一个与生物反应器6 分离设置的膜滤池20，膜滤池20内的膜单元在浅水层内通过鼓气进行 膜冲洗。公知的膜浸没分体式膜生物反应器1-2kW·h/m3的运行能耗相 比，由于本发明在浅水层内鼓气对膜进行冲洗，即使在同样鼓气量条件 下进行膜冲洗，因本发明鼓气须克服的压力较小，因而鼓气冲洗膜消耗 的能量小。2、对膜的鼓气冲洗采用大中气泡鼓气装置，因此可有效地 进行膜冲洗，从而近一步有效地降低分体式膜生物反应器单位产水能 耗。3、生物反应器6与膜滤池20的静水位保持一个水平，以利于生物 反应器6与膜滤池20的水力循环，并最大可能减小水循环能耗。3、容 易实现大规模膜生物反应器水处理系统建设，突破已有膜生物反应器技 术水处理应用局限于中小规模的瓶颈。4、可于各种类型的生物反应器 组合，容易实现对现有生物处理系统进行技术改造，并且生物反应单元 不局限于活性污泥法，可以生物膜法。如：氧化沟反应器、接触氧化法 反应器、生物滤池等。5、膜组件易于清洗、更换与维护。
本发明采用膜过滤器在浅水层鼓气冲洗膜的技术方案有效地降低了 冲刷膜组件鼓气的压力，使冲刷膜组件的鼓气压力与膜的工作压力(为 使膜透水施加在膜两侧的水压力差)实现了有效的分离。在不增加总鼓 气能耗的前提下，可提高膜冲洗的鼓气强度，可有效地解决膜浸没分体 式膜生物反应器膜的冲洗强度弱、膜的污染较重、膜透水率较低且难以 稳定的问题。突破了公知的分体式膜生物反应器单位水处理能耗高，水 处理规模多为中小规模，规模不宜过大(如万吨/日或几十万吨/日)的 限制，使实现大规模膜生物反应器水处理系统的建设成为可能。膜组件 置于浅水层的膜过滤器中给膜的维护和清洗带来方便，可减低膜生物反 应器的工程造价。