本發(fā)明涉及一種用于處理廢水的膜過濾系統(tǒng)。特別是，本發(fā)明涉及一種膜過濾系統(tǒng)，在浸漬型膜過濾(Submerged membrane filtration)中代替通常使用的膜空氣精煉(membrane scouring)而采用浸漬型膜的反復(fù)式前進(jìn)后退運(yùn)動(dòng)(以下稱為“往復(fù)運(yùn)動(dòng)(reciprocating motion)”或者“往復(fù)(reciprocation)”),從而提高過濾及去除營養(yǎng)物的效能。

背景技術(shù)：

膜過濾系統(tǒng)的許多實(shí)施例是使用膜過濾工藝從廢水中去除污染物。為了提高從膜過濾中的污染物去除，可以單獨(dú)或連續(xù)使用許多變形的膜處理工藝。公知的膜過濾系統(tǒng)作為用于使固-液完全分離的物理障礙而使用微濾(MF:microfiltration)或超濾(UF:ultrafiltration)膜。典型地將膜設(shè)置在過濾槽內(nèi)。膜空氣精煉在浸漬型膜過濾操作中重要并且對(duì)于防止急速的膜污染也極其重要。根據(jù)這些公知的技術(shù)，膜過濾系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)二次及三次廢水處理。

公知的膜過濾系統(tǒng)的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于直接導(dǎo)入到三級(jí)溶出水(tertiary quality effluent)的家庭及工業(yè)廢水的處理。對(duì)于膜過濾技術(shù)的關(guān)注度增加的另一原因在于與常規(guī)的處理工藝相比，相關(guān)設(shè)備占據(jù)的空間大小較小，換句話說，是因?yàn)檎嫉?footprint)小。例如，使用常規(guī)的膜過濾系統(tǒng)，則處理設(shè)備在不增加其整體占地的情況下，潛在性地可以為其容量的二倍。膜過濾技術(shù)不僅不限定為適用于家庭廢水而且也適用于處理用于再利用的工業(yè)廢水。

膜過濾系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例記載于戴格爾(Daigger)獲得授權(quán)的美國專利第4,867,883號(hào)。所述文獻(xiàn)記載了用于從城市廢水中去除有機(jī)物、磷及氮營養(yǎng)物的高速的生物學(xué)廢水處理工藝。另一實(shí)施例記載于尼克(Nick)和其同事們獲得授權(quán)的美國專利第8,287,733號(hào)。其記載了使用第一及第二無氧槽和第一及第二好氧槽的系統(tǒng)。此外，記載了用于包圍多個(gè)膜槽的膜管(chamber)的使用。

公知的膜過濾系統(tǒng)的一個(gè)共同的缺點(diǎn)在于膜污染(membrane fouling)。其發(fā)生在可溶性且粒子化的物質(zhì)沉積于膜表面的情況下。所述發(fā)生污染的情況，則存在通過膜的透過液的明顯減少或跨膜壓差(transmembrane pressure)的增加。無論在兩者中的某種情況，其結(jié)果都是系統(tǒng)在性能上急劇下降。如果考慮膜過濾系統(tǒng)整體上對(duì)于高混合液懸浮固體物(MLSS:mixed liquor suspended solids)進(jìn)行操作，則膜污染在膜過濾系統(tǒng)更是問題。

對(duì)膜污染的一個(gè)解決方法為空氣精煉(air scouring)。激烈的空氣精煉急速并且可以無永久性污染及尤其是無濾餅層沉積(cake layer buildup)，并且能夠進(jìn)行穩(wěn)定地恒通量操作(flux operation)。如果假定膜過濾裝置操作較高的MLSS濃度，則頻繁地保持洗滌及洗滌槽外的污染及在透過性的觀點(diǎn)上保持膜的性能也很重要。由于空氣精煉為能量集約式，因此并非最佳方法。由于對(duì)膜增加空氣精煉，從而膜過濾系統(tǒng)中能量消耗特別高。

此外，由于是激烈地吹入空氣的方式，在無氧(anoxic)或厭氧(anaerobic)等的氧氣-貧乏條件或低速攪拌的條件下不適于和恰當(dāng)?shù)墓に噯卧Y(jié)合并由此對(duì)于進(jìn)行多種適用有許多限制。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

所屬技術(shù)領(lǐng)域中由于存在對(duì)于去除膜污染或減少膜污染并且不依賴于空氣精煉的改善的膜過濾系統(tǒng)的需求，因此本發(fā)明的目的在于滿足所屬技術(shù)領(lǐng)域中上述及其他需求。

根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的一個(gè)實(shí)施例可以提供一種膜往復(fù)系統(tǒng)，其包括：浸沒式膜(submerged membrane)70；以及機(jī)械式往復(fù)裝置80，其使浸沒的膜70進(jìn)行往復(fù)(reciprocating)并生成慣性力，通過其往復(fù)減少被浸沒的膜70上的污染(fouling)。

此外，所述機(jī)械式往復(fù)裝置80可以使所述浸沒的膜70進(jìn)行前后(back and forth)往復(fù)并從所述浸沒的膜70表面去除污染物質(zhì)(foulants)。

并且，所述機(jī)械式往復(fù)裝置80包括：轉(zhuǎn)子(rotor)100，其經(jīng)過軸110并與滑行架90相互連接；以及滑行架90，其與所述浸沒的膜70相互連接，并且所述機(jī)械式往復(fù)裝置80可以設(shè)置為所述滑行架90使所述浸沒的膜70進(jìn)行往復(fù)。

并且，所述機(jī)械式往復(fù)裝置80可以包括低速馬達(dá)(low RPM motor)103，所述低速馬達(dá)103經(jīng)過帶102，從而連接至滾筒(pulley)101來使所述轉(zhuǎn)子100旋轉(zhuǎn)并憑借其通過所述軸110而使旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為所述滑行架90的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。

此外，在所述滑行架90可以包括：緩沖器(dampener)94，其為了減少由于往復(fù)運(yùn)動(dòng)引起的沖擊負(fù)荷而設(shè)置在所述滑行架90和軸110之間；以及線性軸承(linear bearings)和軸臺(tái)(pillow block)91支撐物，其設(shè)置為所述滑行架90可以沿著滑行軌92移動(dòng)。

另外，本發(fā)明根據(jù)優(yōu)選的另一實(shí)施例可以提供一種往復(fù)的膜生物反應(yīng)器系統(tǒng)，其包括：生物學(xué)處理裝置線(biological treatment train)50，其將應(yīng)被處理的流入水10收容并生成被處理的廢水；膜槽60，其包圍浸沒的膜70，并且使得來自所述生物學(xué)處理裝置線50的被處理的廢水通過所述浸沒的膜70得到過濾并生成流出水40；以及機(jī)械式往復(fù)裝置80，其減少所述浸沒的膜70上的污染(fouling)并且為了在所述膜槽60內(nèi)提供氧氣枯竭條件而使所述浸沒的膜70進(jìn)行往復(fù)。

此時(shí)，所述機(jī)械式往復(fù)裝置80包括：轉(zhuǎn)子(rotor)100，其經(jīng)過軸110并相互連接至滑行架90；以及滑行架90，其與所述浸沒的膜70相互連接，并且所述機(jī)械式往復(fù)裝置80可以設(shè)置為所述滑行架90使所述浸沒的膜70進(jìn)行往復(fù)。

此外，所述機(jī)械式往復(fù)裝置80可以包括低速馬達(dá)(low RPM motor)103，所述低速馬達(dá)103經(jīng)過帶102并連接至滾筒(pulley)101，并使所述轉(zhuǎn)子100旋轉(zhuǎn)，且根據(jù)其使通過所述軸110進(jìn)行的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為所述滑行架90的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。

并且所述生物學(xué)處理裝置線50可以包括：厭氧處理槽(anaerobic treatment tank)51，其在不存在溶解氧的條件下，用于以生物學(xué)處理流入水；無氧處理槽(anoxic treatment tank)52，其在氧氣-貧乏條件下，用于將來自于所述厭氧處理槽50的被處理的廢水進(jìn)行反硝化；以及好氧處理槽(aerobic treatment tank)53，其在存在溶解氧的條件下用于將來自于所述無氧處理槽52的被處理的廢水進(jìn)行生物學(xué)處理。

此時(shí)，還可以包括：活性污泥返回線31，其用于將活性污泥從所述膜槽60傳送至所述無氧處理槽52；以及內(nèi)部再循環(huán)線32，其從所述無氧處理槽52至所述厭氧處理槽51。

并且，還可以包括：活性污泥返回線33，其用于將活性污泥從所述膜槽60傳送至所述厭氧處理槽51；以及內(nèi)部再循環(huán)線34，其從所述好氧處理槽53至所述無氧處理槽52。

此外，所述生物學(xué)處理裝置線50可以包括：無氧處理槽52，其用于在氧氣-貧乏條件下對(duì)流入水10進(jìn)行反硝化；厭氧處理槽51，其用于在不存在溶解氧的條件下對(duì)來自于所述無氧處理槽52的被處理的廢水進(jìn)行生物學(xué)處理；以及好氧處理槽53，其用于在存在溶解氧的條件下對(duì)來自于所述厭氧處理槽51的被處理的廢水進(jìn)行生物學(xué)處理。

此時(shí)，還可以包括活性污泥返回線31，所述活性污泥返回線31用于將活性污泥從所述膜槽60傳送至所述無氧處理槽52。

并且，所述生物學(xué)處理裝置線50可以包括：無氧處理槽52，其用于在氧氣-貧乏條件下對(duì)流入水10進(jìn)行反硝化；以及好氧處理槽53，其用于在存在溶解氧的條件下對(duì)來自于所述無氧處理槽52的被處理的廢水進(jìn)行生物學(xué)處理。

此時(shí)，還可以包括活性污泥返回線31，活性污泥返回線31將活性污泥從所述膜槽60傳遞至所述無氧處理槽52。

另外，本發(fā)明根據(jù)另一優(yōu)選實(shí)施例可以提供一種往復(fù)的浸漬型膜過濾系統(tǒng)，其包括：膜槽，其內(nèi)部設(shè)置有浸漬的膜(submerged membrane)并且使得朝內(nèi)部流入的作為處理對(duì)象的廢水通過所述膜進(jìn)行過濾而生成并排出處理水；以及機(jī)械式往復(fù)裝置，其將所述膜朝前后(back and forth)進(jìn)行往復(fù)(reciprocating)而賦予慣性力并在氧氣-貧乏條件下去除形成在所述膜表面的污染物質(zhì)(foulants)，并且所述膜為微濾(MF)膜或者超濾(UF)膜。

此時(shí)，所述膜的左右方向往復(fù)振動(dòng)頻率(frequency)可以為2Hz以下且振幅(amplitude)可以為10mm以上，并且優(yōu)選為左右方向往復(fù)振動(dòng)頻率(frequency)為1Hz以下，且振幅(amplitude)可以為30mm以上，更優(yōu)選為所述膜的左右方向往復(fù)振動(dòng)頻率(frequency)可以為0.5Hz以下且振幅(amplitude)可以為40mm以上。

此外，所述膜的左右方向往復(fù)振動(dòng)頻率(frequency)以0.2～0.5Hz在低速攪拌條件下，使得所述膜進(jìn)行往復(fù)，在所述膜槽上流側(cè)設(shè)置凝聚劑投入部，并且可以設(shè)置為在單一的所述膜槽內(nèi)，由于投入的凝聚劑而同時(shí)發(fā)生凝聚(flocculation)和過濾(filtration)。

還可以包括硒還原槽，其設(shè)置在所述膜槽上流側(cè)，并且將中間處理水供給至所述膜槽，所述中間處理水通過將包含硒(selenium)氧化物的廢水在無氧(anoxic)或者厭氧(anaerobic)條件下進(jìn)行生物學(xué)還原處理而生成。

此時(shí)，還可以包括：凝聚劑投入部，其使得在所述硒還原槽生成的所述中間處理水供給至所述膜槽之前，將凝聚劑投入至所述中間處理水；以及再循環(huán)管道，其對(duì)從所述膜槽排出的部分處理水進(jìn)行分離回收，并再投入至所述硒還原槽。

還可以包括厭氧性消化槽，所述厭氧性消化槽設(shè)置在所述膜槽上流側(cè)，并且將浮游在污泥上部的上清液(supernatant)供給至所述膜槽，并且所述污泥為對(duì)流入的包含有機(jī)化合物的廢水在厭氧性條件下進(jìn)行生物學(xué)厭氧性消化(anaerobic digestion)處理而生成。

此時(shí)，還可以包括再循環(huán)管道，所述再循環(huán)管道對(duì)從所述膜槽排出的部分處理水進(jìn)行分離回收，并再投入至所述厭氧性消化槽。

此外，還包括高速消化槽，所述高速消化槽設(shè)置在所述厭氧性消化槽的上流側(cè)，通過攪拌機(jī)(mixer)對(duì)流入的包含有機(jī)化合物的廢水進(jìn)行機(jī)械式攪拌，并且將通過污泥加熱器(sludge heater)進(jìn)行加熱而最終生成的中間污泥供給至所述厭氧性消化槽，并且可以設(shè)置為與所述厭氧性消化槽一起組成雙級(jí)厭氧性消化槽(two-stage anaerobic digester)。

此時(shí)，還可以包括再循環(huán)管道，所述再循環(huán)管道進(jìn)行分離回收，以便使得從所述膜槽排出的部分處理水與從所述高速消化槽排出的所述中間污泥混合并投入至所述厭氧性消化槽。

本發(fā)明提供一種膜往復(fù)系統(tǒng)，其包括：浸沒的膜(submerged membrane)；以及機(jī)械式往復(fù)裝置，其使浸沒的膜往復(fù)(reciprocating)并生成慣性力，并且憑借其而通過往復(fù)來減少浸沒的膜上的污染(fouling)；并且膜往復(fù)系統(tǒng)可以有效防止膜污染(membrane fouling)，防止通過膜的透過液的減少或者防止跨膜壓差(transmembrane pressure)的增加，由此具有阻止膜分離系統(tǒng)功能下降的效果。

本發(fā)明可以減少由于現(xiàn)有的空氣精煉(air scouring)而引起的能量消耗，并且具有在無氧(anoxic)或厭氧性(anaerobic)等的氧氣-貧乏條件或低速攪拌條件下與恰當(dāng)?shù)墓に噯卧Y(jié)合并進(jìn)行操作的優(yōu)點(diǎn)。

附圖說明

圖1是表示本發(fā)明的膜過濾系統(tǒng)的概略的一般工藝簡(jiǎn)圖(diagram)。

圖2是根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選的一個(gè)實(shí)施例，適用本發(fā)明的膜過濾系統(tǒng)的單級(jí)(single stage)軟水化(softening)工藝簡(jiǎn)圖。

圖3是根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選的一個(gè)實(shí)施例，適用本發(fā)明的膜過濾系統(tǒng)的雙級(jí)(two stage)軟水化(softening)工藝簡(jiǎn)圖。

圖4是根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的一個(gè)實(shí)施例，適用本發(fā)明的膜過濾系統(tǒng)的去除煙氣脫硫(FGD)廢水內(nèi)的硒(selenium)的工藝簡(jiǎn)圖。

圖5是根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選的一個(gè)實(shí)施例，適用本發(fā)明的膜過濾系統(tǒng)的單級(jí)(single stage)厭氧性消化槽(anaerobic digester)的工藝簡(jiǎn)圖。

圖6是根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選的一個(gè)實(shí)施例，適用本發(fā)明的膜過濾系統(tǒng)的雙級(jí)(two stage)厭氧性消化槽(anaerobic digester)的工藝簡(jiǎn)圖。

圖7是根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的一個(gè)實(shí)施例，適用本發(fā)明的膜過濾系統(tǒng)的MBR(Membrane bioreactor，膜生物反應(yīng)器)系統(tǒng)的工藝簡(jiǎn)圖。

圖8是根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選的一個(gè)實(shí)施例的機(jī)械式往復(fù)裝置的概略地具體例。

圖9是根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選的一個(gè)實(shí)施例的機(jī)械式往復(fù)裝置的另一個(gè)具體例的詳細(xì)圖。

圖10至圖18是表示本發(fā)明的許多方案的MBR工藝的工藝簡(jiǎn)圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明涉及一種浸漬型膜過濾系統(tǒng)，其包括用于將膜籠(cage)(或者膜盒(cassette))朝前后進(jìn)行往復(fù)的機(jī)械式往復(fù)裝置。機(jī)械式往復(fù)裝置去除空氣精煉的使用。膜籠/膜盒的反復(fù)式往復(fù)生成對(duì)膜纖維進(jìn)行作用的慣性力，并且其從所述膜表面去除污染物。系統(tǒng)包括膜籠/膜盒，所述膜籠/膜盒包括在好氧槽或者另外的膜槽內(nèi)形成為浸漬型的膜組件。膜籠/膜盒可以進(jìn)行機(jī)械式往復(fù)，其使所述的膜過濾系統(tǒng)比使用空氣精煉的膜過濾系統(tǒng)產(chǎn)生更高的通量(flux)及更少污染成為可能。并且可以采用用于生成往復(fù)運(yùn)動(dòng)的許多機(jī)械式裝置。本發(fā)明的許多詳細(xì)及其相關(guān)的方法將在下述中進(jìn)行更詳細(xì)說明。

圖1描述了本發(fā)明的膜過濾系統(tǒng)的基本構(gòu)成。系統(tǒng)包括：膜槽，其在內(nèi)部設(shè)置有浸漬的膜(submerged membrane)，并且使得朝內(nèi)部流入的作為被處理對(duì)象的廢水通過所述膜得到過濾，從而生成并排出處理水；以及機(jī)械式往復(fù)裝置，其使所述膜朝前后(back and forth)進(jìn)行往復(fù)(reciprocating)而賦予慣性力，并在氧氣-貧乏條件下去除形成在所述膜表面的污染物質(zhì)(foulants)。此時(shí)，所述膜可以是用作物理障礙的微濾(MF)或者超濾(UF)膜，所述微濾(MF)或者超濾(UF)膜用于完全將固-液分離。

如上所述，現(xiàn)有的浸漬式UF/MF系統(tǒng)中的通過空氣精煉的膜清洗方式不僅電力消耗大而且用于空氣精煉其本身的設(shè)備所需裝置費(fèi)用也相當(dāng)高，由此對(duì)于可以獲得高能量效率的同時(shí)還可以維持氧氣-貧乏條件的膜清洗方式的要求越來越高。

為了解決上述問題，本發(fā)明代替空氣注入方式選擇了慢慢地?fù)u晃膜組件并對(duì)膜組件傳遞低速往復(fù)運(yùn)動(dòng)，從而采取了由于膜組件的左右運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的慣性力(inertia force)將污染物質(zhì)去除并清洗膜的方式。

本發(fā)明通過低振動(dòng)頻率(low frequency)和相對(duì)高的振幅(relatively high amplitude)引導(dǎo)膜進(jìn)行左右方向往復(fù)運(yùn)動(dòng)，由此以便對(duì)膜施加最佳的慣性力，此為本發(fā)明的區(qū)別特征。通過其代替現(xiàn)有的具有高費(fèi)用、高能量、高氧氣、高速攪拌條件的空氣精煉方式，從而可以通過低費(fèi)用和高能量效率對(duì)膜進(jìn)行清洗，并且可以維持氧氣-貧乏條件，以便可以與各種無氧或者厭氧性生物學(xué)反應(yīng)工藝有效地結(jié)合，由于在低速攪拌條件下操作，因此可以在單一的槽內(nèi)同時(shí)進(jìn)行作為水處理工藝的基本也是核心的凝聚/混合和沉淀/過濾，從而可以明顯削減CAPEX。

圖2及圖3示出了適用本發(fā)明的膜過濾系統(tǒng)的單級(jí)/雙級(jí)軟水化工藝的簡(jiǎn)圖。軟化工藝(softening)為從含有許多金屬離子的硬水(Hard Water)內(nèi)去除鈣、鎂、其他金屬離子的工藝。硬水內(nèi)包含的金屬重碳酸鹽、氯化物及硫酸鹽等促進(jìn)管道內(nèi)生成水垢(limescale)從而存在堵塞或腐蝕管道的危險(xiǎn)。為了去除硬水內(nèi)金屬離子而在所述急速混合槽內(nèi)投入凝聚劑并與硬水混合?；旌系挠菜灰扑椭聊鄄鄄⑶矣菜畠?nèi)金屬離子與凝聚劑進(jìn)行反應(yīng)而形成絮狀物(floc)。包含絮狀物的硬水被移送至膜槽，移送至膜槽的硬水通過連接在往復(fù)裝置的膜進(jìn)行過濾并生產(chǎn)處理水，并且硬水內(nèi)包含的絮狀物沉淀至膜槽下部。由此在膜槽內(nèi)沉淀和過濾同時(shí)在一個(gè)槽內(nèi)實(shí)現(xiàn)且無需設(shè)置另外的沉淀槽，從而可以減少裝置設(shè)置面積及費(fèi)用。

本發(fā)明的膜過濾系統(tǒng)由于選擇使膜以低振動(dòng)頻率和高振幅朝左右方向進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)的膜清洗方式，因此可以維持低速攪拌條件。進(jìn)而，投入凝聚劑而實(shí)現(xiàn)凝聚和混合的同時(shí)由于使得在槽內(nèi)下部穩(wěn)定地維持與上流形成界限的塊狀(block)渾濁層，即污泥懸浮層(sludge blanket)，換句話說，根據(jù)高度而產(chǎn)生污泥的濃度梯度，因此在單一的膜過濾系統(tǒng)槽內(nèi)可以同時(shí)發(fā)生凝聚/混合和沉淀/過濾。

另外，對(duì)于施加于膜的往復(fù)運(yùn)動(dòng)的振動(dòng)頻率和振幅考慮適用的工藝種類或作為處理對(duì)象的原水的狀態(tài)、將需要去除的對(duì)象的種類或量等多種變數(shù)，從而通過低振動(dòng)頻率和相對(duì)高的振幅來對(duì)膜賦予充分的慣性力并可以實(shí)現(xiàn)有效地膜清洗。例如，適用于MBR系統(tǒng)的情況，優(yōu)選為0.5Hz左右的振動(dòng)頻率，顆粒(particle)低的UF系統(tǒng)的情況，也可以低至0.2Hz進(jìn)行操作。參考常規(guī)的許多水處理工藝時(shí)，可以將2Hz左右水平的振動(dòng)頻率和10mm左右水平的振幅分別估計(jì)為上限值和下限值，如上所述，本發(fā)明的主要特征在于通過低振動(dòng)頻率和相對(duì)高的振幅而產(chǎn)生慣性力，因此下限值的估計(jì)沒有太大意義。

具體地講，膜往復(fù)運(yùn)動(dòng)的振動(dòng)頻率的情況，如上所述，下限值沒有太大意義且可以在2Hz以下進(jìn)行操作，優(yōu)選地，可以1Hz以下進(jìn)行操作，更優(yōu)選為可以在0.5Hz以下進(jìn)行操作，最為優(yōu)選為在0.3～0.5Hz范圍內(nèi)進(jìn)行操作最好。因?yàn)?Hz以上具有產(chǎn)生能量消耗量和結(jié)構(gòu)上穩(wěn)定性問題的余地。膜往復(fù)運(yùn)動(dòng)的振幅的情況，可以以10mm以上進(jìn)行操作，優(yōu)選為30mm以上，更優(yōu)選為可以以40mm以上進(jìn)行操作。振幅的情況也如上所述，雖然上限值沒有太大意義但是一定要限定，則在考慮能量經(jīng)濟(jì)性和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性時(shí)，將為100mm左右水平。

往復(fù)運(yùn)動(dòng)的振動(dòng)頻率和振幅之間雖然不存在絕對(duì)的相關(guān)關(guān)系，但是存在一定程度的從屬關(guān)系，從而振動(dòng)頻率越小則振幅越大。但是，可以隨著適用領(lǐng)域、膜污染(fouling)傾向性等而變化。

圖4中示出了根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選的一個(gè)實(shí)施例，對(duì)于在適用了膜過濾系統(tǒng)形態(tài)的濕式煙氣脫硫(Flue gas desulfurization,FGD)工藝中產(chǎn)生的廢水內(nèi)去除硒工藝的簡(jiǎn)圖。除了煙氣脫硫廢水之外在各種煤(coal)產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域產(chǎn)生的廢水中也包含硒化合物，因此具有去除其的必要性。尤其，為了去除硒氧化物，應(yīng)將其還原為硒(elemental selenium)并進(jìn)行過濾去除。為此，使用如MBBR,FBR,PBR一樣的利用無氧(anoxic)或者厭氧性(anaerobic)微生物的生物反應(yīng)器，即硒還原槽。此時(shí)，在包含還原的硒的中間處理水中投入凝聚劑并導(dǎo)入至本發(fā)明的膜過濾系統(tǒng)，則可以有效地過濾去除硒，即使在膜表面產(chǎn)生污染也可以通過往復(fù)運(yùn)動(dòng)而對(duì)膜產(chǎn)生慣性力來去除，并且由于不是空氣精煉方式，能夠維持氧氣-貧乏條件，因此排放水可以直接通過再循環(huán)管道再投入至硒還原槽，由此可以明顯提供整體工藝的處理效率。

圖5和圖6中示出了根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選的一個(gè)實(shí)施例，適用了膜過濾系統(tǒng)的形態(tài)的單級(jí)(single stage)/雙級(jí)(two stage)厭氧性消化槽(anaerobic digester)的工藝簡(jiǎn)圖。如上所述，因?yàn)楸景l(fā)明的膜過濾系統(tǒng)可以維持氧氣-貧乏條件并進(jìn)行操作，因此非常適宜與用于分解去除有機(jī)化合物的厭氧性消化槽結(jié)合。具體地講，在膜槽上流側(cè)可以設(shè)置厭氧性消化槽，所述厭氧性消化槽將包含有機(jī)化合物的廢水在厭氧性條件下進(jìn)行生物學(xué)厭氧性消化處理并將生成的污泥以及浮游在污泥上部的上清液(supernatant)供給至膜槽側(cè)。如圖5所示，原水流入至厭氧性消化槽，則通過生物學(xué)作用而消化處理的污泥沉淀至活性消化層(active digestion)下部，并且上清液和浮渣(scum)朝上部浮游并產(chǎn)生氣體，分別去除氣體和浮渣并最終將上清液移送至后端。此時(shí)，對(duì)存在于活性消化層的微生物進(jìn)行加熱并可以促進(jìn)代謝。所述的方式被稱為單級(jí)(single stage)方式或者標(biāo)準(zhǔn)速度(standard rate)方式。

此外，如圖6所示，雙級(jí)的厭氧性消化槽可以串聯(lián)連接并進(jìn)行操作。雙級(jí)厭氧性消化槽在前端通過攪拌機(jī)對(duì)包含有機(jī)化合物的廢水進(jìn)行機(jī)械式攪拌而提升有機(jī)化合物和微生物之間的接觸的同時(shí)，通過污泥加熱器進(jìn)行加熱并設(shè)置促進(jìn)微生物的代謝速度，進(jìn)而提高消化速度的高速消化槽，將從高速消化槽排出的中間污泥投入至上述的厭氧性消化槽。所述的方式被稱為雙級(jí)(two stage)方式或者高速(high rate)方式，單級(jí)或者雙級(jí)方式都能夠?qū)哪げ叟懦龅牟糠峙欧潘M(jìn)行再循環(huán)(recycle)。

另外，以下，與本發(fā)明的膜過濾系統(tǒng)的具體的機(jī)械裝置一起對(duì)于適用本發(fā)明的膜過濾系統(tǒng)的MBR系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)說明。

本發(fā)明涉及一種膜生物反應(yīng)器(“MBR”)系統(tǒng)，其包括用于使膜籠(或者膜盒)朝前后進(jìn)行往復(fù)的機(jī)械裝置。機(jī)械裝置去除空氣精煉的使用。膜籠/盒的反復(fù)式往復(fù)生成對(duì)膜纖維產(chǎn)生作用的慣性力，其從膜表面去除污染物。系統(tǒng)包括膜籠/盒，所述膜籠/盒包括在好氧槽或者另外的膜槽內(nèi)浸沒的膜組件。膜籠/盒通過往復(fù)裝置可以進(jìn)行機(jī)械式往復(fù)，其使得上述的MBR系統(tǒng)比使用空氣精煉的MBR系統(tǒng)以更高流量及更低污染進(jìn)行操作成為可能。用于生成往復(fù)運(yùn)動(dòng)可以采用許多機(jī)械式裝置。本發(fā)明的許多詳細(xì)及其相關(guān)的方法將在下述進(jìn)行更詳細(xì)說明。

圖7描述了上述的往復(fù)MBR系統(tǒng)的基本構(gòu)成。系統(tǒng)包括生物學(xué)處理裝置線50，所述生物學(xué)處理裝置線50用于收容將被處理的流入水10。許多厭氧、無氧及好氧的生物學(xué)處理工藝可以在處理裝置線50內(nèi)施行。進(jìn)而，從處理裝置線50的混合液體20朝膜槽60內(nèi)通過。膜槽60中包括浸漬的膜70(或者一系列的膜70)。例如，膜(多個(gè)膜)70可以為用于完全的固-液分離的用作物理障礙的微濾(MF)或者超濾(UF)膜。膜籠/盒70機(jī)械式相互連接至往復(fù)裝置80。根據(jù)本發(fā)明，往復(fù)裝置80用于使膜70進(jìn)行往復(fù)。就一個(gè)非-限制性的具體例而言，往復(fù)裝置80使用用于將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為往復(fù)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械裝置。通過膜槽60內(nèi)的膜70的過濾來生成流出水40。膜70在過濾期間可以持續(xù)地進(jìn)行往復(fù)。不同的是，為了防止膜70污染，可以根據(jù)需要而選擇性地進(jìn)行往復(fù)?；钚晕勰?0(即，返回活性污泥或者“RAS”)的一部分返回至生物學(xué)處理裝置線50，以便維持裝置線50內(nèi)的污泥濃度。

圖8描述了往復(fù)裝置80的概略具體例。膜盒70可以連接至滑行架90。馬達(dá)-驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)子100經(jīng)過軸110并連接至滑行架90。根據(jù)其描述的裝置80將轉(zhuǎn)子100的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為滑行架90的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。往復(fù)的頻率可以根據(jù)轉(zhuǎn)子100旋轉(zhuǎn)的速度而被左右。

所述的裝置的方案的具體例表示在圖9，并且包括經(jīng)由帶(belt)102連接至滾筒(pulley)101的低速馬達(dá)103，從而通過軸110將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為滑行架90的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。由于往復(fù)運(yùn)動(dòng)而引起的沖擊負(fù)荷可以根據(jù)滑行架90和軸110之間的緩沖器94而減少?；屑?0根據(jù)伴隨線性軸承和軸臺(tái)91支撐物的滑行軌92而可以變化(圖9)。存在許多其他形態(tài)的可以提供規(guī)定的往復(fù)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械設(shè)備?？紤]本發(fā)明而對(duì)于所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有常規(guī)知識(shí)的人員可以認(rèn)知其他恰當(dāng)?shù)臋C(jī)械裝置。

本工藝發(fā)明的許多方案的具體例與圖10至圖18相聯(lián)系并進(jìn)行說明。有關(guān)圖10，系統(tǒng)由一系列的生物學(xué)處理槽組成。其中，包括厭氧處理槽51、無氧處理槽52、好氧處理槽53及膜槽60。膜70浸漬在膜槽60內(nèi)并且通過往復(fù)裝置80可以進(jìn)行往復(fù)。

厭氧處理槽51收容將被處理的流入水10。其后，厭氧處理槽51在不存在溶解氧的條件下對(duì)流入水進(jìn)行生物學(xué)處理并排放磷，磷用于后續(xù)的好氧條件下的過度吸收(luxury uptake)。無氧槽52中廢水在氧氣-枯竭條件下進(jìn)行反硝化。雖然可以存在化學(xué)結(jié)合的氧氣，但是從無氧槽52排出溶解氧。在存在溶解氧的條件下，在好氧處理槽53內(nèi)產(chǎn)生氮化及過度磷吸收(luxury phosphorous uptake)。由于膜槽60中的過濾而生成流出水40。

存在對(duì)于活性污泥的兩個(gè)循環(huán)線。一個(gè)線31為從膜槽60朝無氧槽52傳送返回活性污泥(或者“RAS”)。另外，內(nèi)部再循環(huán)線32為從無氧槽52朝厭氧槽51傳送部分活性污泥，以便維持混合液懸浮固體物(或者“MLSS”)。

就本發(fā)明而言，RAS承擔(dān)常規(guī)的活性污泥或者M(jìn)BR工藝的兩種作用。就先行技術(shù)系統(tǒng)而言，來自于膜槽的活性污泥的返回類包括溶解氧(“DO”)。由此，就先行技術(shù)系統(tǒng)而言，來自于膜槽的活性污泥由于高含量的溶解氧而無法朝無氧槽52或者厭氧槽51返回，溶解氧對(duì)于反硝化或者排出磷具有影響。

但是有關(guān)本發(fā)明，代替激烈的曝氣(air bubbling)而使用物理上的膜往復(fù)，因此RAS中的DO與常規(guī)的MBR相比為最少。由此，本發(fā)明中為了返回污泥及硝酸鹽二者而僅僅要求一個(gè)污泥返回線。

圖11中描述的系統(tǒng)包括無氧處理槽52及好氧處理槽53，其與公知的改良型活性污泥處理系統(tǒng)(MLE:Modified Ludzack and Ettinger)工藝類似。如上所述，RAS 31在本發(fā)明中為了返回硝酸鹽及污泥而直接從膜槽60朝無氧槽52行進(jìn)。

圖12表示由圖10中描述的相同的反應(yīng)器組成的其他具體例。但是，返回活性污泥33朝厭氧處理槽51行進(jìn)，并且在好氧槽53及無氧槽52之間實(shí)現(xiàn)內(nèi)部再循環(huán)34。

圖13描述了與圖12中記載的工藝類似的具體例。但是，在此不存在內(nèi)部再循環(huán)并且RAS朝無氧槽行進(jìn)，在此產(chǎn)生反硝化。

圖14、圖15、圖16及圖17分別為圖10、圖11、圖12及圖13中描述的系統(tǒng)的變形。其差異在于膜槽的存在。圖10至圖13的系統(tǒng)具有另外的膜槽60，但是圖14至圖17的系統(tǒng)不具有另外的膜槽60。換句話說，圖14至圖17的槽53作為膜槽且作為生物反應(yīng)器而執(zhí)行功能。

圖18表示本發(fā)明中開發(fā)的工藝的增加的實(shí)施例，其由最簡(jiǎn)單的反應(yīng)器構(gòu)成實(shí)現(xiàn)。往復(fù)的膜浸沒在單一的生物反應(yīng)器內(nèi)，在此，生物學(xué)去除和膜分離兩種全部發(fā)生。反應(yīng)器可以為在循環(huán)順序中實(shí)現(xiàn)好氧及無氧條件的曝氣的槽、池塘(pond)或者一系列的排氣反應(yīng)器(batch reactor:SBR)。

本詳細(xì)的說明與包含在所附的專利請(qǐng)求范圍的一樣，包含上述的詳細(xì)說明中包含的內(nèi)容。雖然本發(fā)明記載了具有特定程度特殊性的優(yōu)選的形態(tài)，但是優(yōu)選的形態(tài)的本詳細(xì)說明僅僅以實(shí)施例的方法組成，并且應(yīng)理解為在不超出本發(fā)明的精神及觀點(diǎn)的前提下，可以對(duì)構(gòu)成的詳細(xì)及部件的組合及排列進(jìn)行多種變化。

標(biāo)號(hào)說明

10:流入水 20:混合液體流動(dòng)

21:從厭氧槽朝無氧槽的流動(dòng) 22:從無氧槽朝厭氧槽的流動(dòng)

23:從好氧槽朝膜槽的流動(dòng) 24:從無氧槽朝厭氧槽的流動(dòng)

25:從厭氧槽朝好氧槽的流動(dòng) 30:返回活性污泥

31:返回活性污泥(從膜槽至無氧槽)

32:內(nèi)部再循環(huán)(從無氧槽至厭氧槽)

33:返回活性污泥(從膜槽至厭氧槽)

34:內(nèi)部再循環(huán)(從好氧槽至無氧槽)

40:流出水 50:生物學(xué)處理裝置線

51:厭氧槽 52:無氧槽

53:好氧槽 60:膜槽

70:膜，膜盒 80:往復(fù)裝置

90:滑行架 91:伴隨軸臺(tái)的線性軸承

92:滑行軌 93:膜盒連接點(diǎn)

94:緩沖器 100:轉(zhuǎn)子

101:滾筒 102:帶

103:低速馬達(dá) 110:軸

產(chǎn)業(yè)上利用可能性

本發(fā)明用于滿足對(duì)于在所屬技術(shù)領(lǐng)域中去除獲減少膜污染，并不依賴于空氣精煉的改良的膜過濾系統(tǒng)的要求，一種膜往復(fù)系統(tǒng)其包括：浸沒的膜(submerged membrane)；以及機(jī)械式往復(fù)裝置，其使浸沒的膜進(jìn)行往復(fù)(reciprocating)并生成慣性力，根據(jù)其而往復(fù)使浸沒的膜上的污染(fouling)減少，并且膜往復(fù)系統(tǒng)可以有效防止膜污染(membrane fouling)，可以防止通過膜的透過液的減少或者防止跨膜壓差(transmembrane pressure)的增加，由此具有阻止膜分離系統(tǒng)性能降低的效果，可以減少由于現(xiàn)有的空氣精煉(air scouring)的能量消耗，并且具有可以在無氧(anoxic)或厭氧性(anaerobic)等的氧氣-貧乏條件或低速攪拌條件下與恰當(dāng)?shù)墓に噯卧Y(jié)合并進(jìn)行操作的優(yōu)點(diǎn)，因此具有產(chǎn)業(yè)上可能性。