專利名稱：使用膜離生物反應(yīng)器的廢水/水處理的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是有關(guān)一種使用浸入式膜離生物反應(yīng)器的廢水/水處理的方法，尤其有關(guān)一種在浸入式膜離生物反應(yīng)器進(jìn)一步置入生物擔(dān)體的廢水/水處理的方法。
背景技術(shù)：
在使用活性污泥法處理廢水時(shí)，使用超過濾膜(ultrafiltration，MF)或微過濾(microfiltration，MF)單元取代沉淀槽、砂濾槽等固液分離型膜離生物處理技術(shù)構(gòu)想，始于1969年。與傳統(tǒng)的活性污泥法比較，固液分離型膜離生物處理技術(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離生物處理廠在運(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離生物反應(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離生物反應(yīng)器。
維持高污泥濃度一直是膜離生物反應(yīng)器的特點(diǎn)之一，其不但可以增加微生物的多樣性，以分解特殊污染物，而且具有高體積效益及低污泥產(chǎn)率的優(yōu)點(diǎn)。但從先前相關(guān)研究中發(fā)現(xiàn)，污泥濃度高低與過濾模塊的生物積垢(fouling)生成潛能成正比例關(guān)系。另外，膜離生物反應(yīng)器必須借助如空氣、水或其它化學(xué)藥品的逆洗，來降低過濾模塊的積垢現(xiàn)象，以維持設(shè)定的通量。但逆洗通常必須先停止膜離生物反應(yīng)器的正常操作才能進(jìn)行，故會(huì)影響膜離生物反應(yīng)器的處理水量，同時(shí)也會(huì)增加整個(gè)廢水處理系統(tǒng)的復(fù)雜性及增加設(shè)置成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出一種使用膜離生物反應(yīng)器的廢水/水處理的方法。
為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提出一種在一浸入式膜離生物反應(yīng)器進(jìn)行的廢水/水處理的方法，該反應(yīng)器包含一內(nèi)含微生物混合液的槽；在該混合液的多個(gè)多孔性擔(dān)體；及一浸入在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，該方法包含將一進(jìn)流水導(dǎo)入該槽中的混合液；將一負(fù)壓來源施用于該穿透?jìng)?cè)，使得該槽中的液體透過該過濾模塊從該穿透?jìng)?cè)流出該槽，其中該進(jìn)流水中的污染物的一部份在滯留在該槽的期間中被微生物所分解，于是從該槽流出的出流水相對(duì)于進(jìn)流水具有較低含量的污染物；及借助對(duì)該混合液曝氣的方式使該多個(gè)多孔性擔(dān)體與該過濾模塊接觸。
較佳的，該多個(gè)多孔性擔(dān)體為具有一比表面積介于100m2/m3至2000m2/m3的可壓縮高分子發(fā)泡體。更佳的，該可壓縮的高分子發(fā)泡體具有一介于10kg/m3至60kg/m3的密度，及一介于30％至100％的孔隙。
較佳的，該多個(gè)多孔性擔(dān)體的每一個(gè)為8～125cm3的立方體或球體，且該多孔性擔(dān)體的總體積為該反應(yīng)槽的容量的1～80％。
較佳的，該曝氣是以一介于0.01m3/m2.min(20℃)至0.5m3/m2.min(20℃)的流速進(jìn)行。
較佳的，該過濾模塊在該負(fù)壓來源的施用下具有一介于0.01m3/m2.天至0.5m3/m2.天通量。
本發(fā)明的方法具有下列的優(yōu)點(diǎn)·反應(yīng)槽中懸浮狀微生物的濃度被降低，但仍可維持整個(gè)反應(yīng)槽的微生物濃度。
·逆洗操作被消除或者逆洗操作的頻率被降低。
·降低生物積垢，以維持設(shè)定操作通量/及降低透膜壓(transmembranepressure)。


圖1顯示一使用本發(fā)明的過濾模塊的浸入式膜離生物反應(yīng)器系統(tǒng)的示意圖。
圖2為過膜壓力對(duì)時(shí)間的作圖，其中圓點(diǎn)為對(duì)照組，菱形代表反應(yīng)槽內(nèi)有100個(gè)多孔擔(dān)體，方形代表反應(yīng)槽內(nèi)有200個(gè)多孔擔(dān)體，及三角形代表反應(yīng)槽內(nèi)有300個(gè)多孔擔(dān)體。
圖3為累計(jì)產(chǎn)水量對(duì)時(shí)間的作圖，其中X點(diǎn)為對(duì)照組，菱形代表反應(yīng)槽內(nèi)有100個(gè)多孔擔(dān)體，方形代表反應(yīng)槽內(nèi)有200個(gè)多孔擔(dān)體，及三角形代表反應(yīng)槽內(nèi)有300個(gè)多孔擔(dān)體。
主要組件的圖號(hào)說明1.進(jìn)流水2.進(jìn)流水槽 3.進(jìn)流水泵浦4.膜離生物反應(yīng)槽5.過濾模塊 6.鼓風(fēng)機(jī)7.空氣 8.出流水泵浦9.出流水10.多孔性擔(dān)體 11.壓力計(jì) 12.出流水流量計(jì)13.進(jìn)流水流量計(jì) 20.曝氣設(shè)備發(fā)明的詳細(xì)說明在膜離生物反應(yīng)槽中，降低生物積垢可以有效延長(zhǎng)膜管使用壽命、避免通量降低、減少能量損耗(透膜壓力低)及減少逆洗次數(shù)及頻率，對(duì)于膜離生物反應(yīng)器應(yīng)用及技術(shù)推廣影響巨大。本發(fā)明是在膜離生物反應(yīng)槽中添加多孔性擔(dān)體，以降低膜離生物反應(yīng)器生物積垢現(xiàn)象發(fā)生。此擔(dān)體在反應(yīng)槽中扮演兩種角色，第一，此種多孔性擔(dān)體可以提供為反應(yīng)槽中微生物的生長(zhǎng)基石，如此則可以降低反應(yīng)槽中懸浮生長(zhǎng)微生物的比例。因?yàn)榉磻?yīng)槽中懸浮狀微生物濃度越高生物積垢趨勢(shì)越明顯，多孔性擔(dān)體可以提供微生物棲息場(chǎng)所，故可以有效降低懸浮狀微生物濃度，但不影響整個(gè)膜離生物反應(yīng)槽中微生物總濃度。第二，在反應(yīng)槽曝氣狀態(tài)下，借助氣提作用下，多孔性擔(dān)體會(huì)與膜管表層輕微接觸，可隨時(shí)除去附著于膜管外層微生物，以避免發(fā)生生物積垢，將可以有效維持通量而無需額外逆洗操作，使廢水處理系統(tǒng)操作更簡(jiǎn)便。
適用于本發(fā)明方法的一種浸入式膜離生物反應(yīng)器系統(tǒng)被示于圖1。進(jìn)流水1從進(jìn)流水槽2，利用進(jìn)流水泵浦3定量打入膜離生物反應(yīng)槽4內(nèi)。本發(fā)明的過濾模塊5裝置在反應(yīng)槽4內(nèi)，透過鼓風(fēng)機(jī)6打入空氣或氧氣7至反應(yīng)槽4底部的曝氣設(shè)備20以提供膜離生物處理系統(tǒng)所需的氧氣。氣體7也可為用于無氧微生物系統(tǒng)的氮?dú)饣蚨趸?，或者為用于厭氣微生物系統(tǒng)的氮?dú)?、甲烷或沼氣。濾液(permeate)即出流水9，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，真空壓力計(jì)11和出流水流量計(jì)12等。本發(fā)明在反應(yīng)槽4中添加多孔性擔(dān)體10以降低過濾模塊5的生物積垢現(xiàn)象，以維持其設(shè)定通量。多孔性擔(dān)體10的表面上并附著生長(zhǎng)有微生物。反應(yīng)槽4底部的曝氣設(shè)備20通過鼓風(fēng)機(jī)6提供氣體而產(chǎn)生氣泡，氣泡提供多孔性擔(dān)體10在反應(yīng)槽4流動(dòng)的動(dòng)力，可隨時(shí)與過濾模塊5外表面接觸，以清除附著于其上的表層微生物，以避免生物積垢現(xiàn)象的發(fā)生。
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。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1本實(shí)施例使用類似圖1的浸入式膜離生物反應(yīng)器系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。本實(shí)施例是以檸檬酸鈉為主要成份的人工調(diào)配廢水為處理對(duì)象，并另外添加尿素、磷酸及氯化鐵等微量成份，提供微生物足夠的養(yǎng)分，人工調(diào)配廢水的成份如表1。
本實(shí)施例的研究實(shí)驗(yàn)共有四組反應(yīng)槽，每個(gè)槽體材質(zhì)為壓克力制(直徑9cm*長(zhǎng)度80cm)的圓柱槽，有效水深53cm，有效體積為3公升。以槽體底部安裝的曝氣設(shè)備進(jìn)行曝氣(流量＝1.5L空氣/分)而控制槽體內(nèi)混合液呈好氧狀態(tài)。
薄膜模塊采用臺(tái)灣工研院化工所自行開發(fā)的膜離濾材，材料編號(hào)為UCL-39-AA，屬于開放型孔洞的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)物，平均孔洞直徑大小為39μm、外側(cè)過濾層屬親水性材質(zhì)的無紡布薄膜。該網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)物為中空管狀，具有一直徑為20mm的中心孔及一厚度6mm的管壁。該管壁做為該外側(cè)過濾層的支撐，該中心孔做為出流水水流信道。
反應(yīng)槽中添加多孔性擔(dān)體為可壓縮的聚胺基甲酸酯(PU)發(fā)泡擔(dān)體，擔(dān)體尺寸規(guī)格為1cm*1cm*1cm，故每顆擔(dān)體體積為1cm3，其基本性質(zhì)如表2中所示。
膜離生物反應(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1.0kg COD/m3.d等環(huán)境條件下。四個(gè)膜離生物反應(yīng)槽分別添加不同數(shù)目(0，100，200及300)的PU發(fā)泡擔(dān)體進(jìn)行對(duì)過膜壓力影響的評(píng)估實(shí)驗(yàn)。膜離生物反應(yīng)槽經(jīng)微生物植種、馴養(yǎng)后即進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，主要以記錄過膜壓力(TMP)為主，以通量(或累計(jì)產(chǎn)水量)為輔，實(shí)驗(yàn)條件如表3所示。
表1 人工調(diào)配廢水的組成

表2 PU擔(dān)體基本性質(zhì)

表3 實(shí)驗(yàn)條件

添加多孔性擔(dān)體對(duì)于反應(yīng)槽的出流水COD濃度變化并無顯著影響，主要是因該四個(gè)反應(yīng)槽均采用相同過濾模塊，故可以確保出流水水質(zhì)。但對(duì)于廢水處理的TMP變化即相當(dāng)明顯，如圖2中所示，對(duì)照組的TMP增加最快，約為100顆組的12倍。同時(shí)，其累計(jì)產(chǎn)水量如圖3所示，隨TMP增加而減少，對(duì)照組與100顆組比較約減少30％產(chǎn)水量。實(shí)驗(yàn)是提供相同泵浦動(dòng)能(即初始相同流量)開始操作，經(jīng)過一段時(shí)間后，未添加PU擔(dān)體者，由于生物積垢現(xiàn)象發(fā)生，故TMP會(huì)上升且產(chǎn)水量(累計(jì)水量)則會(huì)下降)
權(quán)利要求
1.一種在一浸入式膜離生物反應(yīng)器進(jìn)行的廢水/水處理的方法，該反應(yīng)器包含一內(nèi)含微生物混合液的槽；在該混合液的多個(gè)多孔性擔(dān)體；及一浸入在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，該方法包含將一進(jìn)流水導(dǎo)入該槽中的混合液；將一負(fù)壓來源施用于該穿透?jìng)?cè)，使得該槽中的液體透過該過濾模塊從該穿透?jìng)?cè)流出該槽，其中該進(jìn)流水中的污染物的一部份在滯留在該槽的期間中被微生物所分解，于是從該槽流出的出流水相對(duì)于進(jìn)流水具有較低含量的污染物；及借助對(duì)該混合液曝氣的方式使該多個(gè)多孔性擔(dān)體與該過濾模塊接觸。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該多個(gè)多孔性擔(dān)體為具有一比表面積介于100m2/m3至2000m2/m3的可壓縮高分子發(fā)泡體。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中該可壓縮的高分子發(fā)泡體具有一介于10kg/m3至60kg/m3的密度，及一介于30％至100％的孔隙。
4.如權(quán)利要求2所述的方法，其中該多個(gè)多孔性擔(dān)體的每一個(gè)為8～125cm3的立方體或球體，且該多孔性擔(dān)體的總體積為該反應(yīng)槽的容量的1～80％。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其中該曝氣是以一介于0.01m3/m2.min(20℃)至0.5m3/m2.min(20℃)的流速進(jìn)行。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該過濾模塊在該負(fù)壓來源的施用下具有一介于0.01m3/m2.天至0.5m3/m2.天通量。
全文摘要
本發(fā)明公開了在一種浸入式膜離生物反應(yīng)器(submerged membrane bioreactor)進(jìn)行的廢水/水處理的方法，該反應(yīng)器包含一內(nèi)含微生物混合液的槽；在該混合液的多個(gè)多孔性擔(dān)體；及一浸入在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。該方法包括將一進(jìn)流水導(dǎo)入該槽中的混合液；將一負(fù)壓來源施用于該穿透?jìng)?cè)，使得該槽中的液體透過該過濾模塊從該穿透?jìng)?cè)流出該槽；及借助對(duì)該混合液曝氣的方式使該多個(gè)多孔性擔(dān)體與該過濾模塊接觸，于是降低該過濾模塊上的積垢。
文檔編號(hào)C02F3/10GK1493531SQ02146630
公開日2004年5月5日 申請(qǐng)日期2002年10月28日 優(yōu)先權(quán)日2002年10月28日
發(fā)明者洪仁陽, 張王冠, 邵信, 張敏超 申請(qǐng)人:財(cái)團(tuán)法人工業(yè)技術(shù)研究院