專利名稱：一種正滲透膜生物反應(yīng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種膜分離技術(shù)，具體為一種正滲透膜生物反應(yīng)器。
背景技術(shù)：
城市污水、生活廢水和工業(yè)廢水的處理回用既可解決污染問(wèn)題，又可使污水得到 有效利用，緩解水資源短缺的緊張狀況，是個(gè)一舉兩得的措施，具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì) 效益和環(huán)境效益。膜生物反應(yīng)器(MembraneBioreactor，簡(jiǎn)稱MBR)是將高效膜分離技術(shù)和 生物反應(yīng)器的生物降解作用集于一體的水處理技術(shù)，它使用膜組件替代傳統(tǒng)活性污泥法中 的沉淀池來(lái)實(shí)現(xiàn)泥水分離，具有固液分離率高，完全截留微生物，出水水質(zhì)較好，處理效率 高，占地空間小，運(yùn)行管理簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，展現(xiàn)出良好的發(fā)展前景和市場(chǎng)潛力。
M服技術(shù)雖然具有常規(guī)污水生化處理無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)，但也存在較難克服的問(wèn)題。
首先，現(xiàn)有的MBR中通常采用微濾膜或超濾膜，對(duì)難生化降解的污染物去除率不 高，出水中殘留的微量污染物等可能對(duì)回用水的安全性帶來(lái)一定影響，因此對(duì)MBR出水進(jìn) 行深度處理，進(jìn)一步提高水質(zhì)安全十分必要。目前，常用的M服后續(xù)(深度)處理技術(shù)主要 有膜分離技術(shù)、高級(jí)氧化技術(shù)、混凝技術(shù)和生物技術(shù)。 其次，使用活性污泥是MBR的優(yōu)點(diǎn)，也成為MBR的致命弱點(diǎn)；MBR是污染問(wèn)題最嚴(yán) 重的膜過(guò)程，甚至嚴(yán)重污染產(chǎn)水后處理的R0膜。從能耗的角度考慮，除了 MBR的動(dòng)力運(yùn)行 成本，膜污染是造成MBR能耗高的最主要原因。膜污染造成透水通量衰減較快，離線清洗頻 繁，膜壽命縮減，投資及運(yùn)行成本增加。在MBR實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，往往采用加入藥劑、降低污 泥濃度、穩(wěn)定進(jìn)水流速、增大曝氣等方式來(lái)降低膜污染，但實(shí)際效果并不明顯。現(xiàn)有MBR的 這些缺陷和問(wèn)題限制了 MBR的應(yīng)用，阻礙了 MBR技術(shù)的推廣。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明擬解決的技術(shù)問(wèn)題是，提供一種新型膜生物反應(yīng)器 (MBR)，該MBR采用正滲透膜，具有產(chǎn)水水質(zhì)好，投資和運(yùn)行成本小，膜過(guò)程能耗極低，無(wú)濃 水排放和環(huán)境友好等特點(diǎn)。該MBR技術(shù)特別適用于城市污水、生活污水和工業(yè)廢水的凈化、 軟化。 本發(fā)明解決所述技術(shù)問(wèn)題的技術(shù)方案是，設(shè)計(jì)一種正滲透膜生物反應(yīng)器，包括生 物反應(yīng)器系統(tǒng)、正滲透膜分離系統(tǒng)和鹽水濃縮系統(tǒng)，所述的生物反應(yīng)器系統(tǒng)包括生物反應(yīng) 器，在生物反應(yīng)器內(nèi)的底部裝有曝氣管，曝氣管外接曝氣系統(tǒng)，生物反應(yīng)器的底部還外接排 泥閥門(mén)；所述的正滲透膜分離系統(tǒng)包括驅(qū)動(dòng)液儲(chǔ)罐以及依次管接的進(jìn)水泵，進(jìn)水閥門(mén)、MBR 進(jìn)水流量計(jì)、正滲透膜組件和驅(qū)動(dòng)液回收罐，所述正滲透膜組件由進(jìn)水收集管、正滲透膜和 產(chǎn)水收集管澆注而成，MBR進(jìn)水流量計(jì)與進(jìn)水收集管管接，產(chǎn)水收集管與驅(qū)動(dòng)液回收罐管 接；所述的鹽水濃縮系統(tǒng)包括與驅(qū)動(dòng)液回收罐管接的濃縮泵，濃縮泵依次管接濃縮液進(jìn)水 閥門(mén)、濃縮液進(jìn)水流量計(jì)和濃縮膜組件，濃縮膜組件一路管接淡水儲(chǔ)罐，另一路管接回所述 的驅(qū)動(dòng)液儲(chǔ)罐；所述的正滲透膜為具有截鹽作用的半透膜；所述的驅(qū)動(dòng)液是指高化學(xué)勢(shì)的無(wú)機(jī)鹽水溶液，包括高濃度的無(wú)機(jī)鹽水溶液或者無(wú)機(jī)鹽和其他水溶性有機(jī)物的混合溶液。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明正滲透MBR具有以下特點(diǎn) (1)膜過(guò)程中的膜污染極低(或可忽略)。其原因在于①由于正滲透的傳質(zhì)推動(dòng) 力為膜兩側(cè)所存在的化學(xué)勢(shì)差，而不是傳統(tǒng)的壓力驅(qū)動(dòng)，因此不會(huì)存在由于壓力推動(dòng)而產(chǎn) 生的污染物聚集；②不需要采用為抑制或破壞污染層而采取的流體擾動(dòng)(如膜面曝氣)，避 免了高膜面流速產(chǎn)生的不可逆污染；③現(xiàn)有MBR所用的微孔超濾膜/微孔膜復(fù)合膜的功能 層致密且荷電，而正滲透膜為納濾/反滲透復(fù)合膜，可有效克服易被有機(jī)物污染和孔堵塞， 同時(shí)納濾/反滲透復(fù)合膜對(duì)無(wú)機(jī)鹽具有選擇透過(guò)性，也可降低由于膜面無(wú)機(jī)物積累產(chǎn)生的 無(wú)機(jī)污染，同時(shí)也可除去部分無(wú)機(jī)鹽。 (2)提高生化反應(yīng)效率。由于膜污染問(wèn)題的有效解決，一些生化反應(yīng)進(jìn)行的必要條 件可放寬，如污水的濃度、活性污泥的濃度等，特別是可大幅度提高活性污泥的濃度，將會(huì) 縮短生化反應(yīng)時(shí)間、加強(qiáng)生化反應(yīng)效果，從而提高生化反應(yīng)效率。 (3)投資成本小，運(yùn)行成本低。正滲透MBR膜過(guò)程由于只需克服較低的流動(dòng)阻力， 因此組件的形式簡(jiǎn)單，對(duì)材質(zhì)無(wú)高要求，投資成本?。挥捎谀し蛛x過(guò)程不需要?jiǎng)恿︱?qū)動(dòng)，因 此膜過(guò)程能耗極低；同時(shí)沒(méi)有污染問(wèn)題的困擾，膜的使用壽命延長(zhǎng)，且使用藥劑、曝氣和清 洗等費(fèi)用也可降低，運(yùn)行成本低。 (4)產(chǎn)水水質(zhì)好、透過(guò)通量高。由于傳統(tǒng)MBR以超濾或微濾膜為核心單元，產(chǎn) 水中還含有鹽、小分子有機(jī)物等，不僅不適合回用，而且還會(huì)帶來(lái)后處理工藝的污染問(wèn)題Jae-Hoon Choi等采用納濾膜作為生物反應(yīng)器的核心進(jìn)行了廢水處理的研究，但其水通 量極低，操作壓力高，污染問(wèn)題嚴(yán)重，沒(méi)有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值(參見(jiàn)一種浸沒(méi)式納濾膜生物反應(yīng) 器(NF MBR)在廢水處理中的新的應(yīng)用 Jae-Hoon Choi， Seok Dockko， Kensuke Fukushi， KazuoYamamoto, Desalination, 2007， 146 (1-3) :413-420)。本發(fā)明正滲透MBR是以正滲 透膜為核心的過(guò)濾單元，在滲透壓的作用下進(jìn)行水溶液的過(guò)濾，過(guò)程無(wú)動(dòng)力污染，水通量極 高，產(chǎn)水水質(zhì)優(yōu)良。 (5)環(huán)境友好。正滲透M服的膜過(guò)程中無(wú)濃水排放，因而是環(huán)境友好的膜過(guò)程，符 合產(chǎn)業(yè)發(fā)展的綠色要求。


圖1為本發(fā)明所述正滲透MBR的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合實(shí)施例及其附圖進(jìn)一步敘述本發(fā)明 本發(fā)明設(shè)計(jì)的正滲透膜生物反應(yīng)器(膜生物反應(yīng)器，參見(jiàn)圖l)，包括生物反應(yīng)器 系統(tǒng)、正滲透膜分離系統(tǒng)和鹽水濃縮系統(tǒng)，所述的生物反應(yīng)器系統(tǒng)包括生物反應(yīng)器5，在 生物反應(yīng)器5內(nèi)的底部裝有曝氣管6，曝氣管6外接曝氣系統(tǒng)(圖1中未畫(huà)出，參見(jiàn)圖1中 的箭頭)，生物反應(yīng)器5的底部還外接排泥閥門(mén)7 ;所述的正滲透膜分離系統(tǒng)包括驅(qū)動(dòng)液儲(chǔ) 罐1以及依次管接的進(jìn)水泵2，進(jìn)水閥門(mén)3、 MBR進(jìn)水流量計(jì)4、正滲透膜組件8和驅(qū)動(dòng)液回 收罐ll，所述正滲透膜組件8由進(jìn)水收集管9、正滲透膜10和產(chǎn)水收集管11澆注而成，MBR 進(jìn)水流量計(jì)4與進(jìn)水收集管9管接，產(chǎn)水收集管11與驅(qū)動(dòng)液回收罐12管接；所述的鹽水濃縮系統(tǒng)包括與所述驅(qū)動(dòng)液回收罐12管接的濃縮泵13，濃縮泵13依次管接濃縮液進(jìn)水閥門(mén) 14、濃縮液進(jìn)水流量計(jì)15和濃縮膜組件16，濃縮膜組件16 —路管接淡水儲(chǔ)罐17，另一路管 接回所述的驅(qū)動(dòng)液儲(chǔ)罐l。 采用新的正滲透膜分離系統(tǒng)替換現(xiàn)有浸沒(méi)式生物反應(yīng)器技術(shù)中采用的超微濾系
統(tǒng)，將傳統(tǒng)的壓力驅(qū)動(dòng)改為化學(xué)勢(shì)差驅(qū)動(dòng)，是本發(fā)明的核心技術(shù)。因此本發(fā)明的反應(yīng)器稱為
正滲透(膜)生物反應(yīng)器(Forward Osmosis MembraneBioreactor， F0 MBR)。 本發(fā)明所述正滲透膜組件8中的正滲透膜10為具有截鹽作用的半透膜，包括醋酸
纖維素膜、聚苯并咪唑膜或聚酰胺復(fù)合膜等；所用膜的形式是平板膜、巻式膜、管式膜和中
空纖維膜中的一種。 本發(fā)明所述的驅(qū)動(dòng)液是指高化學(xué)勢(shì)的無(wú)機(jī)鹽水溶液，特征是具有較高的化學(xué)勢(shì)， 例如高濃度的無(wú)機(jī)鹽水溶液，如20-60g/L的氯化鎂水溶液或氯化鈉水溶液等；也可以是無(wú) 機(jī)鹽和其他水溶性有機(jī)物的混合溶液，如20-60g/L氯化鈉中加入l-60g/L的蔗糖組成的混 合溶液等。 本發(fā)明所述的濃縮系統(tǒng)為常規(guī)的反滲透系統(tǒng)、納濾系統(tǒng)或蒸餾系統(tǒng)。本發(fā)明進(jìn)入生物反應(yīng)器的污水的水質(zhì)參數(shù)是COD為40g/L-100g/L、 BOD為0. 3g/
L-50g/L， NH4_N為0. 2g/L_l. Og/L， SS為0. 2g/L—10g/L。 本發(fā)明正滲透MBR系統(tǒng)的溫度控制在12-30°C， pH控制在6. 5-8. 0。 本發(fā)明F0 MBR的工作原理和過(guò)程是所述的生物反應(yīng)器5內(nèi)裝入活性污泥和污
水，污水在生物反應(yīng)器5中發(fā)生生化降解和物理沉降；所述的驅(qū)動(dòng)液在進(jìn)水泵2的作用下，
低速、無(wú)壓流入正滲透膜組件8 ;正滲透膜組件8浸泡在生物反應(yīng)器5的污水中，正滲透膜
10的外表面與污水直接接觸，其內(nèi)表面與驅(qū)動(dòng)液直接接觸；由于污水的化學(xué)勢(shì)極低，而驅(qū)
動(dòng)液的化學(xué)勢(shì)極高，因而會(huì)在正滲透膜10的兩側(cè)形成高化學(xué)勢(shì)差；污水中的水在高化學(xué)勢(shì)
差的推動(dòng)下穿過(guò)致密的正滲透膜IO進(jìn)入驅(qū)動(dòng)液中，驅(qū)動(dòng)液被稀釋；而污水中的其他污染成
分、活性污泥等則被正滲透膜10截留在膜生物反應(yīng)器5中；被稀釋的驅(qū)動(dòng)液流入進(jìn)驅(qū)動(dòng)液
回收罐12中，在濃縮泵13的作用下，被稀釋的驅(qū)動(dòng)液經(jīng)濃縮液閥門(mén)14和濃縮液進(jìn)水流量
計(jì)15打入濃縮膜組件16中，并在其中被濃縮；濃縮膜組件16的產(chǎn)水進(jìn)入淡水儲(chǔ)罐17中回
收，產(chǎn)水回收后再利用；濃縮膜組件16的濃水返則回到驅(qū)動(dòng)液儲(chǔ)罐1中，作為驅(qū)動(dòng)液繼續(xù)或
重復(fù)使用。 試驗(yàn)表明，本發(fā)明F0 MBR系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，出水水質(zhì)的COD在0-10mg/L之間變化， BOD在0-lmg/L之間，NH4-N未檢出，SS未檢出，出水水質(zhì)優(yōu)良，符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《城市污水再 生利用城市雜用水水質(zhì)(GB/T 18920-2002)》要求。
本發(fā)明未述及之處適用于現(xiàn)有技術(shù)。 下面給出本發(fā)明的具體實(shí)施例，具體實(shí)施例僅用于詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明，不構(gòu)成對(duì)本
發(fā)明權(quán)利要求的限制。 實(shí)施例1 將活性污泥放入本發(fā)明正滲透膜生物反應(yīng)器5中馴化，將含有COD為40g/L、B0D5 為0. 3g/L、NH4-N為0. 2g/L、SS為0. 2g/L的污水放入膜生物反應(yīng)器5中；連接正滲透系統(tǒng)， 采用中空纖維醋酸纖維素膜10組件作為正滲透膜組件8，浸泡在膜生物反應(yīng)器5里的污水 中，將20g/L的氯化鈉溶液作為驅(qū)動(dòng)液，注入驅(qū)動(dòng)液儲(chǔ)罐l中；連接鹽水濃縮系統(tǒng)，所用的濃縮系統(tǒng)為常規(guī)的反滲透系統(tǒng)；正滲透控制系統(tǒng)在溫度12°C， pH為6. 5下運(yùn)行。正滲透MBR 系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，處理效果良好，出水水質(zhì)的COD為0， BOD為0， NH4-N未檢出，SS未檢出，出 水水質(zhì)優(yōu)良，符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《城市污水再生利用城市雜用水水質(zhì)(GB/T 18920-2002)》要求。
實(shí)施例2 將活性污泥放入膜生物反應(yīng)器5中馴化，將含有COD為70g/L、 B0D5為10g/L、 NH4-N為0. 5g/L、 SS為5g/L的污水放入膜生物反應(yīng)器5中；連接正滲透系統(tǒng)，采用巻式聚 酰胺復(fù)合膜10組件作為正滲透膜組件8，浸泡在膜生物反應(yīng)器5里的污水中，將40g/L的 氯化鎂溶液作為驅(qū)動(dòng)液，注入驅(qū)動(dòng)液儲(chǔ)罐1中；連接鹽水濃縮系統(tǒng)，所用的濃縮系統(tǒng)為常規(guī) 的納濾系統(tǒng)；正滲透控制系統(tǒng)在溫度20°C， pH為7. 0下運(yùn)行。正滲透MBR系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定， 處理效果良好，出水水質(zhì)的COD在0 5mg/L之間變化，BOD在0 lmg/L之間變化，NH4_N 未檢出，SS未檢出，出水水質(zhì)優(yōu)良，符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《城市污水再生利用城市雜用水水質(zhì)(GB/ T 18920-2002)》要求。
實(shí)施例3 將活性污泥放入膜生物反應(yīng)器5中馴化，將含有COD為100g/L、 B0D5為50g/L、 NH4-N為1. Og/L、SS為10g/L的污水放入膜生物反應(yīng)器5中；連接正滲透系統(tǒng)，采用中空纖 維聚苯并咪唑膜10組件作為正滲透膜組件8浸泡在膜生物反應(yīng)器5里的污水中，將60g/L 的氯化鈉與lg/L蔗糖的混合溶液作為驅(qū)動(dòng)液，注入驅(qū)動(dòng)液儲(chǔ)罐l中；連接鹽水濃縮系統(tǒng)，所 用的濃縮系統(tǒng)為常規(guī)的納濾系統(tǒng)；正滲透控制系統(tǒng)在溫度20°C， pH為8. 0下運(yùn)行。正滲透 MBR系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，處理效果良好，出水水質(zhì)的COD在0 3mg/L之間變化，BOD在0 lmg/ L之間，NH廠N未檢出，SS未檢出，出水水質(zhì)優(yōu)良，符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《城市污水再生利用城市雜 用水水質(zhì)(GB/T 18920-2002)》要求。
實(shí)施例4 將活性污泥放入膜生物反應(yīng)器5中馴化，將含有COD為100g/L、 B0D5為50g/L、 NH4-N為1. Og/L、SS為10g/L的污水放入膜生物反應(yīng)器5中；連接正滲透系統(tǒng)，采用管式醋 酸纖維素膜10組件作為正滲透膜組件8浸泡在膜生物反應(yīng)器5里的污水中，將10g/L的氯 化鈉和60g/L蔗糖的混合溶液作為驅(qū)動(dòng)液，注入驅(qū)動(dòng)液儲(chǔ)罐1中；連接鹽水濃縮系統(tǒng)，所用 的濃縮系統(tǒng)為常規(guī)的納濾系統(tǒng)；正滲透控制系統(tǒng)工作溫度為20°C， pH為8. 0。正滲透MBR 系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，處理效果良好，出水水質(zhì)的COD在0 8mg/L之間變化，BOD在0 lmg/L之 間，NH4-N未檢出，SS未檢出，出水水質(zhì)優(yōu)良，符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《城市污水再生利用城市雜用水 水質(zhì)(GB/T 18920-2002)》要求。
權(quán)利要求
一種正滲透膜生物反應(yīng)器，包括生物反應(yīng)器系統(tǒng)、正滲透膜分離系統(tǒng)和鹽水濃縮系統(tǒng)，所述的生物反應(yīng)器系統(tǒng)包括生物反應(yīng)器，在生物反應(yīng)器內(nèi)的底部裝有曝氣管，曝氣管外接曝氣系統(tǒng)，生物反應(yīng)器的底部還外接排泥閥門(mén)；所述的正滲透膜分離系統(tǒng)包括驅(qū)動(dòng)液儲(chǔ)罐以及依次管接的進(jìn)水泵，進(jìn)水閥門(mén)、MBR進(jìn)水流量計(jì)、正滲透膜組件和驅(qū)動(dòng)液回收罐，所述正滲透膜組件由進(jìn)水收集管、正滲透膜和產(chǎn)水收集管澆注而成，MBR進(jìn)水流量計(jì)與進(jìn)水收集管管接，產(chǎn)水收集管與驅(qū)動(dòng)液回收罐管接；所述的鹽水濃縮系統(tǒng)包括與驅(qū)動(dòng)液回收罐管接的濃縮泵，濃縮泵依次管接濃縮液進(jìn)水閥門(mén)、濃縮液進(jìn)水流量計(jì)和濃縮膜組件，濃縮膜組件一路管接淡水儲(chǔ)罐，另一路管接回所述的驅(qū)動(dòng)液儲(chǔ)罐；所述的正滲透膜為具有截鹽作用的半透膜；所述的驅(qū)動(dòng)液是指高化學(xué)勢(shì)的無(wú)機(jī)鹽水溶液，包括高濃度的無(wú)機(jī)鹽水溶液或者無(wú)機(jī)鹽和其他水溶性有機(jī)物的混合溶液。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的正滲透膜生物反應(yīng)器，其特征在于所述的正滲透膜為醋酸纖維素膜、聚苯并咪唑膜或聚酰胺復(fù)合膜；所用膜的形式是平板膜、巻式膜、管式膜和中空纖維膜中的一種。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的正滲透膜生物反應(yīng)器，其特征在于所述高濃度的無(wú)機(jī)鹽水溶液為20-60g/L的氯化鎂水溶液或氯化鈉水溶液；所述的驅(qū)動(dòng)液是20-60g/L氯化鈉中加入l-60g/L蔗糖組成的混合溶液。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的正滲透膜生物反應(yīng)器，其特征在于所述的正滲透膜分離系統(tǒng)的溫度控制在12-30°C， pH控制在6. 5-8. 0。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)一種正滲透膜生物反應(yīng)器，包括生物反應(yīng)器系統(tǒng)、正滲透膜分離系統(tǒng)和鹽水濃縮系統(tǒng)；正滲透膜分離系統(tǒng)包括驅(qū)動(dòng)液儲(chǔ)罐以及依次管接的進(jìn)水泵，進(jìn)水閥門(mén)、MBR進(jìn)水流量計(jì)、正滲透膜組件和驅(qū)動(dòng)液回收罐，正滲透膜組件由進(jìn)水收集管、正滲透膜和產(chǎn)水收集管澆注而成，MBR進(jìn)水流量計(jì)與進(jìn)水收集管管接，產(chǎn)水收集管與驅(qū)動(dòng)液回收罐管接；鹽水濃縮系統(tǒng)包括與驅(qū)動(dòng)液回收罐管接的濃縮泵，濃縮泵依次管接濃縮液進(jìn)水閥門(mén)、濃縮液進(jìn)水流量計(jì)和濃縮膜組件，濃縮膜組件一路管接淡水儲(chǔ)罐，另一路管接回所述的驅(qū)動(dòng)液儲(chǔ)罐；正滲透膜為具有截鹽作用的半透膜；驅(qū)動(dòng)液是指高化學(xué)勢(shì)的無(wú)機(jī)鹽水溶液，包括高濃度的無(wú)機(jī)鹽水溶液或者無(wú)機(jī)鹽和其他水溶性有機(jī)物的混合溶液。
文檔編號(hào)C02F9/14GK101786768SQ20101012039
公開(kāi)日2010年7月28日 申請(qǐng)日期2010年3月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月9日
發(fā)明者杜啟云, 王薇 申請(qǐng)人:天津膜天膜工程技術(shù)有限公司