專利名稱：氣提循環(huán)式膜生物反應(yīng)裝置及污水處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于環(huán)境保護(hù)水處理技術(shù)和膜分離技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種利用氣 提作用實(shí)現(xiàn)膜表面液體快速流動(dòng)的污膜過(guò)濾方法。該種膜過(guò)濾方法適用于膜生
物反應(yīng)器(MBR)、膜加強(qiáng)生物反應(yīng)器(MEBR)和膜過(guò)濾。
背景技術(shù)：
已知技術(shù)中中空纖維膜或毛細(xì)管膜或管式膜通常組成壓力式或浸沒(méi)式瀑氣 式膜過(guò)濾器。其中浸沒(méi)式瀑氣式膜過(guò)濾器通常被用于過(guò)濾雜質(zhì)較高的液體。浸 沒(méi)式瀑氣式膜過(guò)濾器一般通過(guò)向膜周圍的液體中由下向上瀑氣來(lái)減低液體中固 體雜質(zhì)在膜表面的沉積和對(duì)膜表面的污染。浸沒(méi)式瀑氣式膜過(guò)濾器的典型例子 是污水處理技術(shù)中的膜生物反應(yīng)器(MBR)。另外中國(guó)專利(申請(qǐng)?zhí)?200610002387X)揭示了將生物膜反應(yīng)器和膜過(guò)濾相結(jié)合的膜加強(qiáng)生物反應(yīng)器 (MEBR)。
已知技術(shù)中用于膜生物反應(yīng)器的常見(jiàn)膜過(guò)濾方式是浸沒(méi)式和內(nèi)壓錯(cuò)流式。
已知技術(shù)中浸沒(méi)式膜過(guò)濾器就是將膜浸沒(méi)在被過(guò)濾液體中，然后通過(guò)抽提 泵在中空纖維或毛細(xì)管內(nèi)部形成負(fù)壓，從而使被過(guò)濾液體透過(guò)中空纖維或毛細(xì) 管壁實(shí)現(xiàn)過(guò)濾過(guò)程。為了避免污染物在浸沒(méi)式膜過(guò)濾器膜表面的沉積，通常需 要在膜過(guò)濾器的底端附近設(shè)置爆氣裝置，以便利用氣體在膜表面帶來(lái)的氣體和 液體的流動(dòng)減低膜表面污染物的濃度。氣體強(qiáng)烈的擾動(dòng)經(jīng)常帶來(lái)斷絲問(wèn)題。同 時(shí)由于膜絲內(nèi)部負(fù)壓的作用，膜外表面附著的污泥顆粒趨于干化，而干化污泥 又將吸附其它污泥顆粒，產(chǎn)生膜表面污泥化現(xiàn)象。在分置浸沒(méi)式膜生物反應(yīng)器 中通常利用循環(huán)泵將膜過(guò)濾池液體循環(huán)至生物反應(yīng)池以降低膜池內(nèi)污染物的濃 度，這一循環(huán)能耗加上大量爆氣的能耗大大增加了運(yùn)行費(fèi)用。對(duì)浸沒(méi)式膜過(guò)濾 器的膜進(jìn)行徹底清洗時(shí)通常需要將膜過(guò)濾器從過(guò)濾池中提吊出來(lái)，然后再浸沒(méi) 到清洗液中清洗，這一過(guò)程顯然是困難和繁瑣的?？傊?，浸沒(méi)式膜過(guò)濾器雖然 具有較高的抗污染能力，但是斷絲、耗能高、表面污泥化和清洗難等技術(shù)弱點(diǎn)
3大大限制了這一技術(shù)的發(fā)展。
已知技術(shù)中用于膜生物反應(yīng)器的內(nèi)壓錯(cuò)流式膜過(guò)濾器需要在膜表面形成較 高的液體流速以避免污染物對(duì)膜表面的污染。為了滿足膜表面液體流速的要求， 過(guò)濾器內(nèi)部液體流量是一般是水處理量的十幾倍甚至幾十倍，因此耗能高使得 內(nèi)壓錯(cuò)流膜生物反應(yīng)器技術(shù)的應(yīng)用和推廣受到限制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決現(xiàn)有技術(shù)中浸沒(méi)式膜過(guò)濾器存在的斷絲、耗能高、表面污泥 化和清洗難等技術(shù)問(wèn)題和內(nèi)壓錯(cuò)流膜生物反應(yīng)器耗能高的技術(shù)問(wèn)題，揭示一種 利用氣提實(shí)現(xiàn)膜表面錯(cuò)流的膜生物反應(yīng)裝置和污水處理方法。
本發(fā)明氣提循環(huán)式膜生物反應(yīng)裝置由瀑氣式膜過(guò)濾裝置，生物反應(yīng)器和氣 泵組成。所述瀑氣式膜過(guò)濾裝置由至少一個(gè)瀑氣式膜過(guò)濾器組成，瀑氣式膜過(guò) 濾裝置底部設(shè)有至少一個(gè)給水管，上部設(shè)有至少一個(gè)濃水管，底部還設(shè)有至少 一個(gè)進(jìn)氣管，設(shè)有至少一個(gè)產(chǎn)水管；訴述給水管和濃水管分別與生物反應(yīng)器相 連接；所述瀑氣式膜過(guò)濾器包括多根中空纖維膜或毛細(xì)管膜或管式膜、瀑氣式 膜過(guò)濾器外殼和安置在瀑氣式膜過(guò)濾器內(nèi)部的爆氣裝置。所述生物反應(yīng)器是已 知技術(shù)生物反應(yīng)器中的任何一種及幾種的組合；氣泵通過(guò)管路與瀑氣式膜過(guò)濾 器內(nèi)部安裝的瀑氣裝置相連接。
本發(fā)明氣提循環(huán)式膜生物反應(yīng)污水處理方法包括利用生物反應(yīng)器對(duì)污染物 進(jìn)行降解，生物降解后的生物反應(yīng)液由以上提及的給水管進(jìn)入瀑氣式膜過(guò)濾器; 通過(guò)氣泵向安裝在瀑氣式膜過(guò)濾器中的爆氣裝置提供空氣；生物反應(yīng)液在氣提 作用下，在瀑氣式膜過(guò)濾器內(nèi)部向上流，經(jīng)濃水管回到生物反應(yīng)器內(nèi)，實(shí)現(xiàn)生 物反應(yīng)液在膜反應(yīng)器內(nèi)和生物反應(yīng)器之間的循環(huán)；在生物反應(yīng)器液體壓力作用 下或在產(chǎn)水泵負(fù)壓作用下或在生物反應(yīng)器液體壓力和產(chǎn)水泵負(fù)壓作用共同作用 下，生物反應(yīng)液透過(guò)過(guò)濾膜得到凈化。被過(guò)濾膜截留的活性生物體又隨濃水回 流到生物反應(yīng)池，進(jìn)一步參與生物降解反應(yīng)，因而實(shí)現(xiàn)膜過(guò)濾對(duì)生物反應(yīng)器的 加強(qiáng)作用。被過(guò)濾膜截留的其它懸浮物在生物反應(yīng)器及其關(guān)聯(lián)裝置中被沉淀排 出。本發(fā)明氣提循環(huán)式膜生物反應(yīng)裝置提及的瀑氣式膜過(guò)濾器是包括了瀑氣裝 置的內(nèi)壓式或外壓式的各種膜過(guò)濾器。
本發(fā)明提及生物反應(yīng)器是厭氧、缺氧或耗氧生物反應(yīng)器以及這些生物反應(yīng) 器和沉淀池間的組合。當(dāng)生物反應(yīng)器的上液位無(wú)法滿足本發(fā)明上液位要求時(shí)， 可以在生物反應(yīng)器和瀑氣式膜過(guò)濾裝置之間使用緩沖水箱，將生物反應(yīng)液通過(guò) 供水泵供入緩沖水箱以保證提供膜過(guò)濾需要的水位。為了簡(jiǎn)化起見(jiàn)以下將各種 生物反應(yīng)器的池體或緩沖水箱均稱為生化液池。
本發(fā)明氣提循環(huán)式膜生物反應(yīng)污水處理方法的瀑氣量與產(chǎn)水量的比值為
5-50倍。在這一瀑氣范圍內(nèi)氣提形成的濃水循環(huán)量應(yīng)為產(chǎn)水量的10-200倍，處 理液體的污染程度越高，需要的瀑氣量越高。過(guò)低的瀑氣量將影響膜表面的自 清洗效果，過(guò)高的瀑氣量使得污水處理的能耗過(guò)高。
本發(fā)明氣提循環(huán)式膜生物反應(yīng)裝置提及的瀑氣式膜過(guò)濾裝置給水管和濃水 循環(huán)管的直徑應(yīng)滿足濃水循環(huán)量的要求，這一循環(huán)量一般是產(chǎn)水流量的10-200 倍。
一般地說(shuō)，膜過(guò)濾裝置需要0.01-0.03MPa的工作凈壓力。本發(fā)明通過(guò)把生 化液池的液位控制在比瀑氣式膜過(guò)濾器裝置產(chǎn)水口高1-3米的相對(duì)高度，利用 這一水頭滿足瀑氣式膜過(guò)濾裝置對(duì)過(guò)濾推動(dòng)力的要求。
當(dāng)生化液池的液位比瀑氣式膜過(guò)濾器裝置產(chǎn)水口低0. 25米以上時(shí)，氣提動(dòng) 力不足以實(shí)現(xiàn)生物反應(yīng)液的大流量循環(huán)。
當(dāng)生化液池的液位與瀑氣式膜過(guò)濾器裝置產(chǎn)水口相對(duì)高度為-O. 25至l米時(shí) 可以設(shè)置產(chǎn)水泵，產(chǎn)水泵可以向瀑氣式膜過(guò)濾器的產(chǎn)水側(cè)提供負(fù)壓或?yàn)槟み^(guò)濾 產(chǎn)水提供正壓，以便將產(chǎn)水供出。
當(dāng)生化液池液位高于瀑氣式膜過(guò)濾裝置產(chǎn)水口 3. 0-10. 0米時(shí)，過(guò)高的液壓 可能使瀑氣式膜過(guò)濾裝置的通量過(guò)高，可以通過(guò)瀑氣式膜過(guò)濾裝置產(chǎn)水管道上 安裝的調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)這一通量。當(dāng)生化液池液位高于瀑氣式膜過(guò)濾器頂端10. 0米 以上時(shí)，用于提升原水的動(dòng)力消耗明顯增高，同時(shí)生物反應(yīng)器的建設(shè)成本也將 明顯增高。本氣提循環(huán)式膜生物反應(yīng)裝置的突出特征在于瀑氣式膜過(guò)濾裝置濃水循環(huán)
動(dòng)力是氣提動(dòng)力而不是已知技術(shù)中的濃水循環(huán)泵；本氣提循環(huán)式膜生物反應(yīng)裝 置的突出特征還在于膜過(guò)濾推動(dòng)力是生化液池的水位，而不是傳統(tǒng)技術(shù)中的負(fù) 壓抽提泵或給水正壓泵。
本發(fā)明的突出特征在于通過(guò)生化液池的液位提供膜過(guò)濾需要的必要壓力， 通過(guò)瀑氣式膜過(guò)濾器內(nèi)部的氣提作用實(shí)現(xiàn)濃水循環(huán)和膜表面的連續(xù)自清洗。
本發(fā)明氣提循環(huán)式膜生物反應(yīng)裝置和污水處理方法的優(yōu)點(diǎn)在于由于將膜
絲限定在瀑氣式膜過(guò)濾器之內(nèi)，有效地避免了浸沒(méi)式膜生物反應(yīng)器中的斷絲問(wèn)
題；又由于膜在正壓環(huán)境下工作，有效地避免了膜表面由于膜絲內(nèi)部負(fù)壓產(chǎn)生 的膜表面污泥化的問(wèn)題；又由于將沖洗膜的氣體限制在了膜外殼內(nèi)，同時(shí)取消 了生物反應(yīng)液循環(huán)泵，因而產(chǎn)生了可觀的節(jié)能效果；又由于瀑氣式膜過(guò)濾器包 括外殼，可以對(duì)過(guò)濾器實(shí)現(xiàn)有壓循環(huán)清洗，使得膜的清洗變得簡(jiǎn)單。


圖1是本發(fā)明第一種提循環(huán)式膜生物反應(yīng)裝置剖面示意圖。 圖2是本發(fā)明第二種提循環(huán)式膜生物反應(yīng)裝置剖面示意圖。
具體實(shí)施例方式
圖1所示的本發(fā)明第一種氣提循環(huán)式膜生物反應(yīng)裝置由內(nèi)壓式瀑氣式膜過(guò)濾 裝置IOO、氣泵400、生化液池500、反洗設(shè)施和相關(guān)管路組成。為了避免大顆 粒懸浮物進(jìn)入瀑氣式膜過(guò)濾器，在入水管道上還可以安裝隔珊類過(guò)濾器160。瀑 氣式膜過(guò)濾裝置由一個(gè)瀑氣式膜過(guò)濾器或多個(gè)瀑氣式膜過(guò)濾器組合組成。為簡(jiǎn) 化起見(jiàn)，圖1以一個(gè)瀑氣式膜過(guò)濾器說(shuō)明。適用于本發(fā)明第一種氣提循環(huán)式膜 生物反應(yīng)裝置的瀑氣式膜過(guò)濾器可以是包括瀑氣裝置的任何一種內(nèi)壓瀑氣式膜 過(guò)濾器。圖1揭示的內(nèi)壓式瀑氣式膜過(guò)濾器為一種特例，該瀑氣式膜過(guò)濾器包 括多根中空纖維膜或毛細(xì)管膜或管式膜110，上下兩個(gè)汲液腔120和160， 一外 殼150，和一個(gè)爆氣裝置210。瀑氣式膜過(guò)濾裝置通過(guò)入水管路161，濃水回流 管路121和濃水自動(dòng)閥122與給生化液池相連，過(guò)濾產(chǎn)水通過(guò)產(chǎn)水調(diào)節(jié)閥171 和產(chǎn)水管路172進(jìn)入產(chǎn)生生化液池。氣泵410通過(guò)氣體管路162和自動(dòng)閥門163與瀑氣裝置210相連。反洗裝置包括反洗泵610，反洗自動(dòng)閥門620和產(chǎn)水水箱 630組成，產(chǎn)水箱上設(shè)有溢流口 640。
圖1中的生化液池可以是厭氧、缺氧、耗氧生物反應(yīng)器的池體，也可以是 生化液緩沖水池，厭氧、缺氧、耗氧生物反應(yīng)器和緩沖水池的構(gòu)造是已知技術(shù)， 為簡(jiǎn)化起見(jiàn)在此略去。
參見(jiàn)圖1，本發(fā)明第一種提循環(huán)式膜生物反應(yīng)污水處理方法是通過(guò)水位控制 使生化液池水位520保持在比瀑氣式膜過(guò)濾器出水口 172高2-3米處；將自動(dòng) 閥門122和620開(kāi)放，啟動(dòng)氣泵410向瀑氣式膜過(guò)濾裝置內(nèi)瀑氣；被過(guò)濾液體 由進(jìn)液口 161進(jìn)入，在壓力作用下液體透過(guò)膜過(guò)濾進(jìn)入產(chǎn)水管路172排出，產(chǎn) 水量通過(guò)產(chǎn)水調(diào)節(jié)閥171調(diào)節(jié)；濃液在氣提作用下與爆入的氣體一起由濃水管 道口 121流出回流到生化液池。瀑入氣體產(chǎn)生的氣泡310對(duì)膜表面產(chǎn)生沖刷作 用，此外，在氣提作用下產(chǎn)生的大量濃水循環(huán)水流也可以對(duì)膜表面產(chǎn)生有效的 沖刷。氣體和濃液在向上流動(dòng)中在膜表面幾乎沒(méi)有死角，因此保證沖洗的完全 有效。反洗時(shí)將濃水自動(dòng)閥122、反洗自動(dòng)閥620和氣路自動(dòng)閥門163關(guān)閉，停 止瀑氣泵410，啟動(dòng)反洗泵610;反洗水以與過(guò)濾過(guò)程相反的方向透過(guò)膜表面， 由入水管路161流入生化液池500。
圖2所示的本發(fā)明第二種氣提循環(huán)式膜生物反應(yīng)裝置，與本發(fā)明第一種氣 提循環(huán)式膜生物反應(yīng)裝置基本相同，相同部分用相同標(biāo)號(hào)表示，且不再重復(fù)描 述。
圖2所示的本發(fā)明第二種氣提循環(huán)式膜生物反應(yīng)裝置與本發(fā)明第一種氣提 循環(huán)式膜生物反應(yīng)裝置不同之處在于本發(fā)明第二種氣提循環(huán)式膜生物反應(yīng)裝置 的瀑氣式膜過(guò)濾器可以是包括瀑氣裝置的任何一種外壓式瀑氣式膜過(guò)濾器。中 國(guó)專利(申請(qǐng)?zhí)?00720165836.0)揭示的瀑氣外壓式瀑氣式膜過(guò)濾器可以作為 一種特例。
圖2所示本發(fā)明第二種提循環(huán)式膜生物反應(yīng)污水處理方法除使用了外壓式 瀑氣式膜過(guò)濾器以外其它內(nèi)容與本發(fā)明第一種提循環(huán)式膜生物反應(yīng)污水處理相 同。相同部分用相同標(biāo)號(hào)表示，且不再重復(fù)描述。實(shí)施例1:如圖1所示。生化液池500是用于處理生活污水的耗氧生化反應(yīng)
器生化液池，水位相對(duì)高度3-3. 5米，生化液污泥濃度2060-2670mg/L。瀑氣式 膜過(guò)濾裝置100包括一根膜面積為35平方米的瀑氣內(nèi)壓式膜過(guò)濾器和必要的管 路。膜過(guò)濾產(chǎn)水量每小時(shí)800L，運(yùn)行瀑氣量為每小時(shí)15立方米，反洗周期為l 小時(shí)，反洗流量為每小時(shí)8立方米。反洗時(shí)間為60秒。系統(tǒng)長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。
實(shí)施例2:如圖2所示。生化液池市一個(gè)工業(yè)污水耗氧生化池，水位相對(duì)高 度為2. 0-2. 3米，污泥濃度約8082-10100mg/L。瀑氣式膜過(guò)濾裝置100包括一 根膜面積為40平方米的瀑氣外壓式膜過(guò)濾器和必要的管路。膜過(guò)濾產(chǎn)水量每小 時(shí)550L，運(yùn)行瀑氣量為每小時(shí)25立方米，反洗周期為l小時(shí)，反洗流量為每小 時(shí)10立方米。反洗時(shí)間為120秒。系統(tǒng)長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。
權(quán)利要求
1、一種氣提循環(huán)式膜生物反應(yīng)裝置，其特征在于包括瀑氣式膜過(guò)濾裝置，生物反應(yīng)器和氣泵，所述瀑氣式膜過(guò)濾裝置由至少一個(gè)瀑氣式膜過(guò)濾器組成，瀑氣式膜過(guò)濾裝置底部設(shè)有至少一個(gè)給水管，上部設(shè)有至少一個(gè)濃水管，底部還設(shè)有至少一個(gè)進(jìn)氣管，設(shè)有至少一個(gè)產(chǎn)水管；訴述給水管和濃水管分別與生物反應(yīng)器相連接；所述瀑氣式膜過(guò)濾器包括多根中空纖維膜或毛細(xì)管膜或管式膜、膜過(guò)濾器外殼和安置在瀑氣式膜過(guò)濾器內(nèi)部的爆氣裝置，所述氣泵通過(guò)管路與瀑氣式膜過(guò)濾器內(nèi)部安裝的瀑氣裝置相連接。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述氣提循環(huán)式膜生物反應(yīng)裝置，其特征還在于包括膜 反洗裝置，所述膜反洗裝置包括反洗泵，反洗水箱和必要的閥門及自動(dòng)控制。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述氣提循環(huán)式膜生物反應(yīng)裝置，其特征還在于包括產(chǎn) 水泵。
4、 一種氣提循環(huán)式膜生物反應(yīng)污水處理方法，該方法使用了包括瀑氣式膜 過(guò)濾裝置，生物反應(yīng)器和氣泵的氣提循環(huán)式膜生物反應(yīng)裝置，其特征在于利用生 物反應(yīng)器對(duì)污染物進(jìn)行降解，通過(guò)氣泵向安裝在瀑氣式膜過(guò)濾器中的爆氣裝置 提供空氣；生物反應(yīng)液在氣提作用下，在瀑氣式膜過(guò)濾器內(nèi)部向上流，經(jīng)濃水 管回到生物反應(yīng)器內(nèi)，實(shí)現(xiàn)生物反應(yīng)液在膜反應(yīng)器內(nèi)和生物反應(yīng)器之間的循環(huán)； 其特征還在于通過(guò)生化液池的液位提供膜過(guò)濾需要的必要壓力，。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述氣提循環(huán)式膜生物反應(yīng)污水處理方法，其特征還在 于將生物反應(yīng)液池上液位被控制在膜過(guò)濾裝置產(chǎn)水口以上1-10米處。
6、 根據(jù)權(quán)利要求4所述氣提循環(huán)式膜生物反應(yīng)污水處理方法，其特征還在 于生物反應(yīng)池上液位與膜過(guò)濾裝置產(chǎn)水口相對(duì)高度為-O. 25-1米時(shí)，使用產(chǎn)水抽 提泵以提供膜過(guò)濾的輔助推動(dòng)力。
7、 根據(jù)權(quán)利要求4所述氣提循環(huán)式膜生物反應(yīng)污水處理方法，其特征還在 于氣泵單位時(shí)間供氣體積是膜過(guò)濾器產(chǎn)水體積的5-50倍。
8、 根據(jù)權(quán)利要求4所述氣提循環(huán)式膜生物反應(yīng)污水處理方法，其特征還在 于包括定期對(duì)膜過(guò)濾裝置進(jìn)行反洗。
全文摘要
一種氣提循環(huán)式膜生物反應(yīng)裝置及污水處理方法，屬于環(huán)境保護(hù)水處理技術(shù)和膜分離技術(shù)領(lǐng)域。該裝置和方法特別適用于膜生物反應(yīng)器(MBR)、膜加強(qiáng)生物反應(yīng)器(MEBR)和膜過(guò)濾。該裝置和方法的突出特征在于通過(guò)生化液池的液位提供膜過(guò)濾需要的必要壓力，通過(guò)瀑氣式膜過(guò)濾器內(nèi)部的氣提作用實(shí)現(xiàn)濃水循環(huán)和膜表面的連續(xù)自清洗。該裝置和方法的優(yōu)點(diǎn)在于由于將膜絲限定在瀑氣式膜過(guò)濾器之內(nèi)，有效地避免了浸沒(méi)式膜生物反應(yīng)器中的斷絲問(wèn)題；又由于膜在正壓環(huán)境下工作，有效地避免了膜表面由于膜絲內(nèi)部負(fù)壓產(chǎn)生的膜表面污泥化的問(wèn)題；又由于將沖洗膜的氣體限制在了膜外殼內(nèi)，同時(shí)取消了生物反應(yīng)液循環(huán)泵，因而產(chǎn)生了可觀的節(jié)能效果；又由于瀑氣式膜過(guò)濾器包括外殼，可以對(duì)過(guò)濾器實(shí)現(xiàn)有壓反洗、循環(huán)化學(xué)清洗，使得膜的清洗變得簡(jiǎn)單。
文檔編號(hào)C02F3/12GK101450831SQ20071019513
公開(kāi)日2009年6月10日 申請(qǐng)日期2007年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月30日
發(fā)明者孟廣禎 申請(qǐng)人:孟廣禎