專利名稱：使用非織物過濾的膜生物反應(yīng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是有關(guān)一種浸入式膜生物反應(yīng)器(submerged membranebioreactor)，尤其有關(guān)一種配置于其中的非織物膜過濾模塊。
背景技術(shù)：
在使用活性污泥法處理廢水時(shí)，使用超濾(ultrafiltration，MF)或微濾(microfiltration，MF)單元取代沉淀槽砂濾槽等的固液分離型膜生物處理技術(shù)構(gòu)想，始于1969年。與傳統(tǒng)的活性污泥法比較，固液分離型膜生物處理技術(shù)有許多技術(shù)上的優(yōu)點(diǎn)，例如污泥停留時(shí)間長(zhǎng)、可處理濃度變化高的廢水、不需沉淀單元(節(jié)省空間)等。截至目前為止，全世界至少有500座以上固液分離型膜生物處理實(shí)廠運(yùn)轉(zhuǎn)中，其使用薄膜材料大多為微多孔性(孔徑大小0.1～10μm范圍)的高分子材料或無(wú)機(jī)陶瓷材料。典型的例子，例如美國(guó)專利5204001，其揭示一種用于金屬加工工廠廢水處理的膜生物反應(yīng)器系統(tǒng)；及WO0037369專利申請(qǐng)案，其揭示一種用于含氮水處理的膜生物反應(yīng)器。
美國(guó)專利5772831揭示了一種用于廢水處理的浸入式板框型過濾膜，包含一板形非織物支撐物及形成于該板形非織物支撐物的一表面上的有機(jī)過濾膜。該有機(jī)過濾膜為超濾膜或精密過濾膜(precisionfiltration film)。
雖然目前有多種型式的薄膜應(yīng)用于固液分離型膜生物處理技術(shù)，但目前這些薄膜的膜材都使用UF和MF膜的膜孔大小范圍，因此該技術(shù)仍有一些使用限制，例如對(duì)進(jìn)流水水質(zhì)要求較高、初設(shè)成本仍比傳統(tǒng)活性污泥技術(shù)高及能量消耗較高等，因此若能針對(duì)其缺點(diǎn)加以改良，將能促使該技術(shù)更能廣為使用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一主要目的在于提供一種使用非織物過濾膜的膜生物反應(yīng)器，其具有比現(xiàn)有固液分離型膜生物反應(yīng)器較低的透膜壓(transmembrane pressure)，積垢(fouling)趨勢(shì)小及省能源等優(yōu)點(diǎn)。
為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的依本發(fā)明內(nèi)容而完成的一種膜生物反應(yīng)器(membrane bioreactor，MBR)，包含一內(nèi)含混合液的槽；一浸入于該混合液的過濾模塊，其具有一穿透?jìng)?cè)而且該混合液僅透過該過濾模塊與該穿透?jìng)?cè)呈流體相通；一負(fù)壓來(lái)源用于使該穿透?jìng)?cè)具有一比混合液小的液壓；其特征在于該過濾模塊包含一多孔性支撐材，其具有一第一表面及相對(duì)于該第一表面的第二表面，該多孔性支撐材具有大小為大于300μm的孔隙；及一覆蓋于該第二表面的非織物膜，該非織物膜具有一介于0.1-2mm之間的厚度及介于0.2-100μm之間的孔隙；其中該非織物膜與該混合液接觸，而該多孔性支撐材的第一表面形成該穿透?jìng)?cè)。
較佳的，該多孔性支撐材的第一表面與第二表面之間的最短距離介于3-10mm之間。
較佳的，本發(fā)明的反應(yīng)器進(jìn)一步包含一附加的非織物膜覆蓋于該非織物膜上，該附加的非織物膜具有0.1-2mm之間的厚度及介于0.2-100μm之間的孔隙。
較佳的，該多孔性支撐材是由非織物或其它多孔性材料所構(gòu)成。
較佳的，該非織物膜是由選自聚丙烯、聚乙烯、聚醯胺、聚酯、聚氟碳、聚丙烯腈、聚胺基甲酸乙酯所組成的族群的高分子材料所制成。
較佳的，其中該非織物膜被施予一親水性單體的活化接枝(activated grafting)的表面處理。
較佳的，該過濾模塊對(duì)水具有介于1011-1012m-1的總過濾阻力。
本發(fā)明的詳細(xì)說明本發(fā)明揭示了一種使用非織物過濾膜的膜生物反應(yīng)器，其可用于處理生活廢水、工業(yè)廢水、畜牧廢水；水中或廢水中脫氮處理；及水回收處理。
本發(fā)明揭示了一種使用非織物過濾膜的膜生物反應(yīng)器，包含一浸入于反應(yīng)器中的微生物混合液的過濾模塊，其由一適當(dāng)厚度及多孔性非織物膜包覆于一多孔性支撐材例如一中空管狀不織布濾心所組成。該非織物膜的厚度及膜孔大小，可依所需操作通量及其它需要決定之。非織物膜與支撐材間的接觸可為樹脂熱融接觸、接觸劑接觸或其它適用的接觸方式，兩者的接觸面積必須提供足夠強(qiáng)度以進(jìn)行逆洗操作。較佳的，該非織物膜與支撐材兩者的接觸部份是在它們的邊緣區(qū)域，較不影響處理水穿過該過濾模塊的通量。為獲得最佳操作通量，外層非織物膜的孔隙大小應(yīng)小于100μm，超過此孔隙大小，過濾效果不佳，積垢現(xiàn)象易產(chǎn)生；非織物膜的厚度則應(yīng)保持在2mm以下，于逆洗操作時(shí)，積垢較易清除。
高分子非織物常用為過濾空氣的纖維濾材，以除去空氣污染固體粒子。此種纖維濾材的孔隙一般可在1μm～50μm，對(duì)于小至0.1μm的空氣微粒都能夠過濾。非織物纖維濾材具有大的纖維孔隙卻可除去微小粒子，顯然地，其過濾機(jī)制不單只是一般微多孔性薄膜的篩(sieve)分離機(jī)制而已。非織物特殊纖維排列結(jié)構(gòu)，使得進(jìn)入孔隙內(nèi)的小粒子，也會(huì)被攔截捕捉而具高過濾效能。非織物濾材也常用做過濾潔凈自來(lái)水的濾心材料。此類濾心材料利用上述原理捕捉水中各種大小粒子而達(dá)到“更清潔”水的目的。于使用一段時(shí)間后，濾材孔隙逐漸被填滿，通量大幅減少時(shí)，此濾材即被棄，此濾材的孔隙大小通常約在50μm～100μm之間。
現(xiàn)有固液分離型膜生物處理技術(shù)中分離固體物的膜材，都使用UF和MF膜孔大小范圍的膜材，而沒有使用上述非織物濾材，推測(cè)原因，可能是直接使用上述濾水非織物濾材，疏水性強(qiáng)且膜孔太大，高濃度生物污泥容易進(jìn)入薄膜孔隙中造成堵塞，而使通過膜的水通量大幅降低而失去效用，造成使用壽命太短，而不適合直接使用于膜生物處理技術(shù)中。因此欲將非織物濾材應(yīng)用為固液分離型膜生物器中分離的膜材，必須使用經(jīng)過適當(dāng)親水性處理與適當(dāng)孔隙大小的非織物膜，配合使用支撐材，即可大幅改善其性能，并比現(xiàn)有微多孔薄膜具有更佳的性質(zhì)。
適合使用于本發(fā)明的親水性非織物膜，是在非織物膜上涂以親水性高分子物涂層，或以接枝聚合法(grafting polymerization)于非織物膜上接枝聚合親水性單體，如丙烯酸及其衍生物或其它可聚合的親水性單體而制備而成。
依照本發(fā)明的一較佳具體實(shí)施例而完成的過濾模塊，被示于圖1，其是由一適當(dāng)厚度及多孔的親水性非織物膜10包覆于中空管狀的支撐材20上而組成。該非織物膜10與被處理水接觸。該支撐材20具有一中心孔30，并且一泵(未示于圖中)被用來(lái)使該中心孔30具有一吸力，于是被處理水透過該非織物膜10及支撐材20，而于該中心孔30獲得一滲透液(permeate)。該支撐材20具有較大的孔隙，以利于處理水的通過，其可為非織物濾材或其它多孔性濾材，其孔隙大小應(yīng)大于300μm。為維持支撐材強(qiáng)度，該支撐材20的厚度應(yīng)在3-10mm范圍內(nèi)。如前所述，非織物過濾機(jī)制與一般MF或UF多孔膜的過濾機(jī)制不同，除了篩阻機(jī)制外，尚包括一般非織物濾材的慣性撞擊(inertial impaction)機(jī)制，直接截獲(direct interception)機(jī)制，布朗擴(kuò)散(Browniandiffusion)機(jī)制，可過濾分離的粒子大小相當(dāng)寬廣。因此本發(fā)明使用孔隙較大的非織物膜作為膜生物反應(yīng)器的過濾模塊，可于較低的操作壓力下操作，并可獲得較大滲透液(permeate)通量，可節(jié)省能量及降低積垢趨勢(shì)。由于外層非織物膜10成本低，因此當(dāng)通量過低時(shí)，可徑行更換新非織物膜的部份，重新恢復(fù)較大濾液通量。
一使用有本發(fā)明的過濾模塊的浸入式膜生物反應(yīng)器系統(tǒng)被示于圖2。進(jìn)流水1從進(jìn)流水槽2，利用進(jìn)流水泵浦3定量打入膜生物反應(yīng)器4內(nèi)。本發(fā)明的過濾模塊5裝置于反應(yīng)器4內(nèi)，膜生物反應(yīng)器4底部可透過曝氣機(jī)6打入空氣7以提供膜生物處理系統(tǒng)所需的氧氣。滲透液(permeate)即出流水9，可透過出流水泵浦8抽出。重要的過程控制裝置還包括進(jìn)流水流量計(jì)13，壓力計(jì)11和出流水流量計(jì)12等。
本發(fā)明將借助以下實(shí)施例被進(jìn)一步了解，該實(shí)施例僅作為說明之用，而非用于限制本發(fā)明范圍。


圖1顯示依照本發(fā)明的一較佳具體實(shí)施例所完成的過濾模塊的示意圖。
圖2顯示一使用有本發(fā)明的過濾模塊的浸入式膜生物反應(yīng)器系統(tǒng)的示意圖。附圖標(biāo)記1.進(jìn)流水 2.進(jìn)流水槽3.進(jìn)流水泵浦4.膜生物反應(yīng)器5.過濾模塊6.曝氣機(jī)7.空氣8.出流水泵浦 9.出流水10.非織物膜 11.壓力計(jì) 12.出流水流量計(jì)13.進(jìn)流水流量計(jì) 20.支撐材 30.中心孔
具體實(shí)施例方式
膜生物反應(yīng)槽操作條件控制為污泥濃度(volatile suspendedsolids，VSS)10,000mg/L、pH6～8、溶解氧(dissolved oxygen，DO)2mg/L以上、體積負(fù)荷為1.0kg COD/m3.d等環(huán)境條件下。進(jìn)流水COD濃度范圍于300mg/L至1,000mg/L間變動(dòng)，處理水COD濃度可降至50mg/L，SS則接近偵測(cè)極限值。試驗(yàn)期間120天。本試驗(yàn)顯示，本發(fā)明與傳統(tǒng)微孔薄膜比較，雖具有較大孔隙大小，但仍可達(dá)到相當(dāng)良好的處理水水質(zhì)。所測(cè)得的總過濾阻力約介于1011到1012m-1，因此僅需提供較低的驅(qū)動(dòng)力(能量消耗)，即可達(dá)到與使用微孔薄膜的膜生物反應(yīng)器相同的滲透通量。
表1

實(shí)施例2本實(shí)施例與實(shí)施例1使用相同的膜生物反應(yīng)器系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。本實(shí)施例是以衛(wèi)生用品制造廢水處理為對(duì)象，廢水含有界面活性劑、防腐劑與香料等成分，屬較難生物分解的廢水。過濾模塊的非織物膜的表面積為0.3m2，平均孔隙大小為39μm。膜生物反應(yīng)槽操作條件控制為污泥濃度(volatile suspended solids，VSS)5,000mg/L、pH6～8、溶解氧(dissolved oxygen，DO)2mg/L以上、體積負(fù)荷為0.5-1.0kg COD/m3.d等環(huán)境條件下。進(jìn)流水COD濃度范圍于400mg/L至1,600mg/L間變動(dòng)，處理水COD濃度可降至70mg/L至200mg/L之間，SS則接近偵測(cè)極限值。結(jié)果顯示本發(fā)明的過濾模塊與傳統(tǒng)微孔薄膜比較，雖具有較大孔隙大小，但仍可達(dá)到相當(dāng)良好的處理水水質(zhì)。于20天操作期間，過濾模塊的比通量介于0.025-0.04(m3/m2-d-kPa)，并無(wú)明顯的積垢問題。
權(quán)利要求
1.一種膜生物反應(yīng)器，包含一內(nèi)含混合液的槽；一浸入于該混合液的過濾模塊，其具有一穿透?jìng)?cè)而且該混合液僅透過該過濾模塊與該穿透?jìng)?cè)呈流體相通；一負(fù)壓來(lái)源用于使該穿透?jìng)?cè)具有一比混合液小的液壓；其特征是該過濾模塊包含一多孔性支撐材，其具有一第一表面及相對(duì)于該第一表面的第二表面，該多孔性支撐材具有大小為大于300μm的孔隙；及一覆蓋于該第二表面的非織物膜，該非織物膜具有一介于0.1-2mm之間的厚度及介于0.2-100μm之間的孔隙；其中該非織物膜與該混合液接觸，而該多孔性支撐材的第一表面形成該穿透?jìng)?cè)。
2.如權(quán)利要求1所述的反應(yīng)器，其中該多孔性支撐材的第一表面與第二表面之間的最短距離介于3-10mm之間。
3.如權(quán)利要求1所述的反應(yīng)器，其進(jìn)一步包含一附加的非織物膜覆蓋于該非織物膜上，該附加的非織物膜具有0.1-2mm之間的厚度及介于0.2-100μm之間的孔隙。
4.如權(quán)利要求1所述的反應(yīng)器，其中該多孔性支撐材是由非織物或其它多孔性材料所構(gòu)成。
5.如權(quán)利要求1所述的反應(yīng)器，其中該非織物膜是由選自聚丙烯、聚乙烯、聚醯胺、聚酯、聚氟碳、聚丙烯腈或聚胺基甲酸乙酯所組成的族群的高分子材料所制成。
6.如權(quán)利要求5所述的反應(yīng)器，其中該非織物膜被施予一親水性單體的活化接枝的表面處理。
7.如權(quán)利要求1所述的反應(yīng)器，其中該過濾模塊對(duì)水具有介于1011-1012m-1的總過濾阻力。
全文摘要
本發(fā)明是有關(guān)一種浸入式膜生物反應(yīng)器(submerged membrane bioreactor)，尤其有關(guān)一種配置于其中的非織物膜過濾模塊。該反應(yīng)器包含一內(nèi)含微生物混合液的槽；及一浸入于該混合液的過濾模塊，其具有一穿透?jìng)?cè)而且該混合液僅透過該過濾模塊與該穿透?jìng)?cè)呈流體相通。該過濾模塊包含一多孔性支撐材，其具有一形成該穿透?jìng)?cè)的第一表面及相對(duì)于該第一表面的第二表面；及一覆蓋于該第二表面的非織物膜，該非織物膜具有一介于0.1－2mm之間的厚度及介于0.2－100μm之間的孔隙。
文檔編號(hào)C02F3/30GK1426973SQ0114442
公開日2003年7月2日 申請(qǐng)日期2001年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2001年12月17日
發(fā)明者張王冠, 張敏超, 洪仁陽(yáng), 邵信 申請(qǐng)人:財(cái)團(tuán)法人工業(yè)技術(shù)研究院