CN101374591B - 利用膜蒸馏生物反应器处理受污染的流入物 - Google Patents

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Abstract

提供一种膜蒸馏生物反应器(100)，用于处理诸如废水的受污染流入物。可以如下处理受污染的流入物：通过使用生物反应器中的生物试剂生物降解流入物中的污染物以产生较少污染物的流入物，然后通过膜蒸馏使较少污染物的流入物蒸馏穿过与生物反应器流体连通的蒸馏膜(108)以产生流出物。流入物可以是废水。流出物可以是净化水。在一个实施方案中，膜可以位于生物反应器容器(102)的反应室内，并可以浸入混合液中。在适用于废水处理的不同实施方案中，膜可以位于生物反应器之外。生物反应器可以是好氧或厌氧的。

Description

利用膜蒸馏生物反应器处理受污染的流入物
相关申请的交叉引用
本申请要求2005年6月24日提交的美国临时申请No.60/693,421的优先权，其内容通过引用并入本文。
技术领域
本发明涉及流入物的处理，并具体涉及利用生物反应器和蒸馏膜处理受污染的流入物。
背景技术
常规的膜生物反应器(MBR)已经用于处理诸如废水的流入物以获得更干净的水，该废水含有水和污染物例如生物可降解有机物和细菌。
在使用MBR的典型常规废水处理工艺中，废水被送入生物反应器。生物反应器含有诸如活性淤泥的生物质(biomass)，该生物质生物降解废水中的某些生物可降解的污染物。活性淤泥含有细菌絮凝物。废水和生物质在生物反应器中形成混合液。混合液可包括悬浮物例如混合的液体-固体悬浮液。滤膜组件被用于纯化混合液，其可以浸在混合液中或置于生物反应器的外部。滤膜组件中的膜具有接触混合液或“进料”的进料侧和允许从其收集渗透物的反面渗透侧。该膜具有允许液体穿过但将阻止生物质材料如细菌絮凝物穿过的孔。当在进料侧和渗透侧之间建立压差(例如通过在进料侧增压或在渗透侧抽吸)时，迫使水和其它流体物料(包括溶解在水中的残余有机物)穿过孔进入渗透侧的内部通道。但是，阻止生物质材料如细菌絮凝物穿过并使其停留在进料侧。然后收集渗透物以用于其它用途或排出。用于废水处理的常规MBR中的膜包括微滤(MF)膜(孔径为约0.1～0.2微米)和超滤(UF)膜(孔径为约0.01～0.1微米)。
但是，常规MBR和使用MBR的废水处理工艺有某些缺点。例如，虽然MF和UF膜能除去渗透物中的细菌絮凝物，但是这些膜只提供对含有还未降解的进料有机物和代谢副产物的残余有机物的有限截留，因为残余有机物溶解在水中并能穿过膜。尽管可以在生物反应器和膜的下游提供额外的设备来分离未降解的有机物和将它们循环回到生物反应器中，但是这导致成本、能耗和设备体积增加。
已经尝试用孔径更小的纳滤(NF)膜代替MF或UF膜来提高残余有机物的截留。但是，NF也存在一些缺点。一个问题在于，与具有MF或UF膜的系统相比，具有浸入式NF膜的系统产生低的渗透物通量(每单位膜面积的渗透物产生速率)。虽然具有外部NF膜的系统可产生较高的渗透物通量，但是它的运行需要更多的能量和更高的成本。
此外，期望能够监测膜的破损，但不使用在废水处理用的常规MBR系统中经常需要的昂贵且复杂的技术和设备。
还期望为处理系统提供小的“足印”(系统占用的地面空间)。
此外，需要改进的处理受污染流入物的系统和方法。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供一种处理受污染的流入物的方法。该方法包括提供限定反应室的生物反应器容器；提供位于反应室内并与出口管流体连通的蒸馏膜；将诸如活性淤泥的生物试剂和受污染的流入物置于反应室内以利用生物试剂来生物降解受污染的流入物中的污染物，由此产生较少污染物的流入物(即具有较低的污染物浓度)；通过膜蒸馏将较少污染物的流入物蒸馏穿过蒸馏膜以产生流出物；和通过出口管将流出物排出反应室。
根据本发明的另一方面，提供一种用于处理受污染的流入物的系统。该系统包括限定反应室的生物反应器容器，其用于利用生物试剂来生物降解反应室中受污染的流入物以产生较少污染物的流入物；位于反应室内的蒸馏膜，其用于通过膜蒸馏将较少污染物的流入物蒸馏穿过蒸馏膜以产生流出物；和与蒸馏膜流体连通的出口管，其用于将流出物排出反应室。
根据本发明的另一方面，提供一种处理废水的方法。该方法包括提供限定反应室的生物反应器容器；提供与反应室流体连通的蒸馏膜；利用反应室中的生物质生物降解废水中的污染物以产生低污染物废水；和通过膜蒸馏将低污染物废水蒸馏穿过蒸馏膜以产生净化水。
根据本发明的另一方面，提供一种用于处理废水的系统，其包括限定反应室的生物反应器容器，其用于利用反应室中的生物质生物降解废水中的污染物以产生低污染物废水；和与生物反应器容器流体连通的蒸馏膜，其用于通过膜蒸馏将低污染物废水蒸馏穿过蒸馏膜以产生净化水。
在结合附图阅读下列特定实施方案的说明后，本发明的其它方面和特征对于本领域的技术人员将会是显而易见的。
附图说明
图中仅以举例的方式示出本发明的实施方案。
图1～3是相应的示例性膜蒸馏生物反应器(MDBR)的示意截面图；
图4～6是相应的示例性MDBR系统的示意图；
图7和8分别是用于图6中的膜组件的两种可能通道布置的示意截面图；
图9包括图8中的管式膜组件的示意侧视图和截面图；
图10是具有外部膜组件的示例性MDBR系统的示意图；
图11是图10的膜组件的示意截面图；
图12是具有外部膜组件的另一MDBR系统的示意图；和
图13～16分别是在相应的示例性MDBE系统测试期间测量的渗透物通量的数据图。
具体实施方式
概括而言，可利用混合型膜蒸馏生物反应器(MDBR)来处理受污染的流入物。该系统包括用于生物降解该流入物的一种或多种污染物以产生较少污染物的流入物的生物反应器，和具有与生物反应器流体连通的蒸馏膜(DM)的膜蒸馏(MD)单元，其用于通过膜蒸馏将较少污染物的流入物蒸馏穿过蒸馏膜以产生流出物。较少污染物的流入物中的污染物浓度比受污染的流入物中的要低。流入物可包含废水，流出物可包含处理水。在一个实施方案中，膜位于生物反应器容器内。在一个适于废水处理的不同实施方案中，膜不需要在生物反应器容器中，而可以位于生物反应器容器之外。在流入物处理工艺中，将流入物进料到生物反应器中，生物反应器含有用于生物降解流入物中污染物的生物试剂。流入物的一种或多种污染物在生物反应器中生物降解，产生较少污染物的流入物。然后，使较少污染物的流入物膜蒸馏穿过蒸馏膜，产生污染可进一步降低的流出物。
如所能理解的，蒸馏膜具有进料侧和渗透侧，并在进料侧和渗透侧之间限定渗透路径，用于允许期望的挥发性物质以气相从中渗透穿过，但基本阻止任何液相或固相物质通过。在膜蒸馏中，将进料引入膜的进料侧。该进料包括挥发性物质，当进料侧的蒸气压高于渗透侧的蒸气压时，该挥发性物质以气相从进料侧向渗透侧渗透穿过蒸馏膜。通过冷凝成冷却液体流或冷凝到冷却表面上来收集渗透蒸气。本发明的实施方案中使用的MD工艺可以是任意合适的MD技术，包括常规MD技术如直接接触MD、气扫式MD、气隙MD、真空MD、等温(或渗透)MD等或其任意组合。本领域的技术人员可以容易地实施这些MD技术。
 例如，在直接接触MD中，渗透蒸气冷凝成接触蒸馏膜渗透侧的冷却溶液并由此收集。冷却溶液可以是冷凝渗透物的溶液，并可以循环。
在真空MD中，可以利用诸如真空泵(未图示)在渗透侧维持真空。可通过真空泵收集渗透蒸气。然后从真空泵排出的渗透蒸气可以在冷凝器(未图示)中冷凝。
在气隙MD中，可以在膜的渗透侧表面和冷却收集表面之间提供气隙。渗透蒸气可以穿过气隙并冷凝在冷却收集表面上。
在气扫式MD中，吹扫气可流过膜的渗透侧以从膜上带走渗透气。
在等温(或渗透)膜蒸馏中，利用具有低蒸气压的高渗透压渗透流实现蒸气压差。为回收水产品，有必要对该物流进行进一步的处理。
如所能理解的，在每种这些MD技术中，在渗透侧形成较低的渗透蒸气压。如所能理解的，增加跨膜的蒸气压差可以增加渗透物通量(每单位膜面积的渗透物流量)。为增加蒸气压差，可以提高进料侧的温度。
在本发明的实施方案中，蒸馏膜的进料侧可与较少污染物的流入物直接接触。该膜可位于生物反应器内或外，如下文将描述的。蒸馏膜可以是微孔疏水膜。它可以是管式膜、平板膜或中空纤维膜。该膜可以整合在膜组件中。膜组件可以包括管式膜或双面平板膜或中空纤维膜。该膜组件可以是浸入式组件或侧流组件。
待处理的流入物可以包括任何流体、溶液、混合液体-固体悬浮液或其它任何流体物质。例如，流入物可以是预处理的或未预处理的废水或污水。
如所能理解的，MDBR系统可在许多应用中具有优点。例如，当用于废水回收系统时，可将混合液中的残余有机物从流出物中有效除去。事实上，混合液中的所有固体或液体污染物可以被有效除去并与渗透物分离，只要污染物在进料侧温度下具有与水蒸气压相比足够低的蒸气压。这允许混合液中的有机溶质有足够的时间在生物反应器内分解。只有在这些溶质分解后，分解的物质才可以变得可透过蒸馏膜。因此，生物可降解的有机物在生物反应器中的停留或截留时间可以非常(甚至无限)长，以保证充分生物降解。此外，即使是具有浸入式膜组件的MDBR系统在相似的操作条件下可以产生与常规MF或UF MBR系统相当的渗透物通量，并且远高于常规NF MBR系统的渗透物通量。
图1示出本发明实施方案的示例性MDBR100。MDBR100包括生物反应器容器102，其限定用于容纳混合液106的反应室104。具有进料侧110和渗透侧112的蒸馏膜108相对于室104布置，使得进料侧110接触混合液106。膜108与反应室104流体连通，并可以位于反应室104内或外。膜108限定从进料侧110到渗透侧112的渗透路径114。膜108可以是多孔的，并且其平均孔径可以选择为使得允许混合液106中诸如水的进料蒸气从进料侧110渗透穿过膜108到达渗透侧112，但是基本防止或阻止混合液106中的任何液相或固相物质穿过从进料侧110到达渗透侧112。
生物反应器容器102可用合适的材料以任意合适的方式构建，并可以根据具体的应用具有常规结构。例如，可根据所进行的生物降解反应是好氧或厌氧的，而选择或构建生物反应器。用于好氧生物降解污染物的生物反应器称为好氧生物反应器，而用于厌氧生物降解污染物的生物反应器称为厌氧生物反应器。如所能理解的，好氧或厌氧生物反应器都可根据具体应用而用于本发明实施方案中。生物反应器可以是加热悬浮固体好氧生物反应器。生物反应器可以是适合用于废水处理或回收的生物反应器。生物反应器容器102可以是任意合适的用于容纳流体的槽或容器。槽或容器的材料可基于槽或容器中所容纳的流入物和生物质的类型来选择。当期望加热生物反应器中的混合液时，生物反应器容器102可由适合于高温应用的材料制成。生物反应器容器102可以是耐热生物反应器并且生物质可以是耐热的。如本领域的技术人员所能理解的，例如，可以培养和驯化用于生物反应器的生物质而使其耐热。如本领域的技术人员所能理解的，用于建造生物反应器容器102和该系统操作所需要的任何管道(未图示)的材料可能需要抵抗生物附着、微生物消化和弱酸或碱的腐蚀。
膜108可以是如图所示的平板膜，或可以具有另一种合适的类型或形状，这将在下文进一步说明。膜108可以是膜组件或单元的形式。可以包括多于两张或层的膜。根据应用，膜组件还可以具有各种结构、形状和尺寸。膜组件可以具有任意合适的类型，例如双面平板、平板盒式、螺旋缠绕、管式、中空纤维等。
膜108可由任意合适的材料制成。膜108的壁可以是微孔性的。膜可以具有疏水性。例如，膜108的表面，包括其内孔表面可以是疏水的。例如，渗透侧112上的表面和附近的孔表面可以是疏水的，而进料侧表面可以是疏水或亲水的。当膜材料疏水时，可以对进料侧表面进行化学或物理改性或处理以使它疏水，如本领域的技术人员所能理解的。膜可由聚合物材料制得。用于形成蒸馏膜的合适材料包括微孔、疏水和聚合物材料，例如聚丙烯(PP)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚四氟乙烯(PTFE)等。
膜材料和孔结构选择为使诸如水蒸气或其它挥发性组分蒸气的气体可以渗透穿过膜壁，但是阻止液体和固体物质穿过孔。如果孔的内表面疏水使孔表面在操作期间保持干燥，则其可以是有利的。如所能理解的，完全阻止液体或固体物质进入孔会是不可能的或不必要的。孔的一些润湿或液体或固体物料的通过是可以容许的，但是使这种润湿和通过最小化或减少可以是有利的。例如，在一些实施方案中，平均孔径可以在0.050到5微米的范围内，并且壁厚可以在0.05mm到1.5mm的范围内。膜的孔隙率可以在50～90％的范围内。
膜材料可以根据应用而具有其它任选或必要的特性或性能，如本领域的技术人员所能理解的。例如，当材料抗流入物组分中的化学或生物腐蚀时可以是有利的。
MDBR100还可以包括其正确操作所需要的其它部件，为简洁和清楚的原因没有显示这些部件。本领域的技术人员可以容易地理解和提供这些必要或任选的部件。在下面其它示例性实施方案的内容中描述了这些部件中的一些。
在操作中，将一种或多种生物降解剂置于室104内。例如，生物降解剂可包括生物质，例如活性淤泥或厌氧生物质。
将诸如废水的流入物引入室104中。例如，该流入物可包括有机废水，例如整染废水、生活废水、农业废水等。该流入物包含一种或多种污染物，例如有机污染物、细菌等，其可以被生物降解剂生物降解。该流入物还含有挥发性进料，例如水。流入物可含有某些将从水中除去和分离的固体或流体组分。例如，废水可包括一种或多种包含固体污染物的污染物，该污染物需要除去以使处理水可以再使用。该流入物可含有悬浮固体颗粒或胶体分散体。
生物降解剂可包括生物质，并且能够根据应用对污染物进行好氧或厌氧生物降解。
流入物和生物降解剂在室104中混合形成混合液106。混合液106可含有混合液体-固体悬浮物。混合液106可含有诸如水的溶剂，并可含有各种溶质、悬浮颗粒、胶体分散体等。混合液106还可含有其它处理材料，例如粉末活性碳(PAC)、树脂粉末等或其组合。如所能理解的，诸如PAC和树脂粉末的微米或纳米尺寸的吸附粉末材料可以吸附有机物质并可提供细菌附着的位置。通常，处理材料悬浮在混合液中，尽管室104中一些悬浮材料在处理或操作期间会沉降。其它可以置于室104中的材料包括多孔材料，例如陶瓷、聚合物(包括聚乙烯)等。可将用于调整混合液pH值的缓冲剂加入室104中。可加入室104中的材料还可包括用于常规MBR应用的任意合适材料。
蒸馏膜的进料含有待收集的挥发成分，例如水。进料可含有适合通过膜蒸馏产生期望渗透物的任何感兴趣流体。进料还可以包括一种以上的挥发组分。
为易于说明和演示的目的，下文假定流入物是废水，而感兴趣的挥发组分是水。但是，应该理解还可以收集其它类型的挥发组分，如本领域的技术人员所能理解的。还假定混合液106含有活性淤泥。
活性淤泥可以例如包含用于消化废水中的污染物的微生物。该淤泥可包含生物活性微生物固体，并可含有细菌和真菌的微生物絮凝物的混合物。该淤泥可以任意合适的方式获得。例如，它可以通过高温驯化从室温废水处理过程中采集的活性淤泥获得。或者，该淤泥可通过培养纯耐热细菌获得。又一备选方案是培养和驯化纯耐热细菌和得自室温废水处理过程的淤泥的混合物。
可将流入物连续送入生物反应器容器102中。
随着时间的流逝，生物反应器容器102中的生物质将流入物中的一些污染物生物降解，由此在生物反应器容器102中产生低污染物的流入物。污染物可通过任意合适的生物反应来生物降解，例如涉及代谢、生物氧化和还原、代谢-化能营养、化能有机营养、化能无机营养、电子和能量传递和投入等的生物反应。这些反应可以在10到90℃的温度下进行。混合液的温度还可保持在40到90℃的范围。如所能理解的，在蒸馏膜进料侧的更高温度可以产生更高的渗透物通量，因此在一些应用中可以是有利的。
在此期间，建立跨蒸馏膜108的足够的蒸气压差，使水蒸气渗透穿过膜108。但是，基本阻止将液相或固相中的任何物质运送穿过膜108。甚至液相中的水也基本被膜108阻止。因此，渗透穿过膜108的渗透物116具有减少的污染物。
冷凝渗透物116并收集为流出物，其方式取决于任何具体实施方案中所用的MD技术。随后可将流出物导向期望的目标。例如，可使运载流体或冷却馏出物(未图示)流过渗透侧112以将渗透物116带离膜108。
为增加渗透物通量，可增加进料侧110和渗透侧112之间的温差。例如，为处理废水，温差可以在5到70℃的范围内。可以加热混合液106。可以冷却膜108的渗透侧112。在渗透侧112上可提供冷却收集表面(未图示)用于冷凝和收集渗透物。该收集表面可由收集板(未图示)的表面或运载流体(未图示)提供。为正确操作膜蒸馏工艺和获得期望的渗透物通量，温差应该足够大，但是可根据应用和流入物/流出物的类型而变化。进料侧110处的混合液106可具有10到90℃或30到80℃的温度。渗透侧112的温度可以在5到30℃的范围内。可以提供自动温度控制系统或机构(未图示)以控制生物反应器和膜的不同区域的温度。
加热厌氧生物反应器可以有利地用于某些应用。例如，在厌氧生物反应器中，由于生物降解过程可产生甲烷，然后可使甲烷燃烧产生热量以方便地加热生物反应器，由此控制混合液106中的温度。
可以周期性地或连续地将诸如废弃淤泥的废弃物从室104中除去。室104中的混合液106可通入气体如空气。例如可通过置于室104底部气体注入器或另一通气装置(未图示)将空气或另一种气体供应给混合液106。通气可满足一个或多个目的，例如给微生物供氧、控制结垢或其它目的。
图2显示另一个示例性MDBR 100’，即MDBR 100的变型。使用双面平板膜组件117代替简单的平板膜。该膜组件限定内通道118。膜组件117具有平行布置的两个平板膜108A和108B。每个膜的进料侧110面朝外，而渗透侧112面向内通道118。膜组件117浸入生物反应器容器102的混合液106中。
MDBR 100’可以如MDBR 100一样类似地操作。但是，在MDBR 100’中比在MDBR 100中有更大的膜表面暴露于混合液106，使得可以获得更大的渗透物流量。从通道118收集渗透物116。渗透物的收集将在下文中进一步说明。通道118可形成闭合流体回路的一部分以方便地收集渗透物116，如将在下文中进一步说明的。
图3示出MDBR 100’的一种可能变型。MDBR 100”具有管式膜组件119来代替膜组件117。管式膜组件119限定内通道118’并具有管式膜，该管式膜具有接触混合液106的进料侧110’和渗透侧112’，可通过内通道118’从渗透侧112’收集渗透物116。膜组件119中的膜只允许挥发性物质通过渗透路径114’从进料侧110’渗透到渗透侧112’。
图4是示例性MDBR系统120的示意图。MDBR系统120包括在室104中含有混合液106的生物反应器容器102。膜组件122浸入混合液106中。
膜组件122与组件117类似。内通道118伸长并沿水平定向的中央纵轴124延伸。因此，该膜是水平定向。
设置流体回路126用于从膜组件122的内通道118冷凝和收集渗透物。流体回路126包括连接至内通道118的各自末端以在其间提供流体流动路径的流体管128和130，以及流体储槽132。管128限定用于将蒸馏流出物从室104中经其抽出并引导流体从通道118流向流体储槽132的出口导管。管130引导流体从储槽132返回通道118。连接到储槽132的流体管134将流出物从储槽132导向期望的目的地(未图示)。可以提供流体泵136以驱动流体在流体回路126中流动。可以提供冷却单元138以冷却在流体回路126中流动的流体。例如，冷却单元可以连接至管130用于冷却流经其中的流体。
可使用任意合适的材料以任意合适的方式构建各种管和其它部件。用于管和其它部件的材料可根据应用来选择，如上所述。
如所能理解的，可以提供一个或多个流体控制部件用于控制MDBR系统中的流体流动。例如，可提供流量表或流量计和控制阀用于控制系统的操作。
在操作中，将诸如废水的污染流入物引入室104。可以在室104中初始处理流入物，如上所述。
初始在储槽132中提供运载流体例如水，并将其泵送穿过管128和130以保持通道118中的流体流动。可以通过泵136来驱动流体流动，使得流体可以从储槽132抽出、流经管130、通道118、管128，然后返回储槽132。由此，流体路径形成回路。储槽132初始可容纳清洁水或处理水。流体回路126中的运载流体通过冷却单元138来冷却。
如上所述，可以加热混合液106。因此，在混合液106和内通道118中的运载流体之间存在温差。该温差可以如上文关于MDBR100的操作所讨论的。因此，渗透物在内通道118中冷凝形成蒸馏净化水，如上文关于MDBR 100’的操作所讨论的。
运载流体将通道118中的蒸馏水从膜组件122运走，经过管128送入储槽132。
储槽132中的净化水可以作为流出物经管134抽出并输送到期望目标，例如用于进一步处理或再使用。
可以连续或间歇地如等间隔地从储槽132中抽取流出物。任选地，可根据储槽132中累积的流体量来抽取流出物。在一个实施方案中，可在储槽132中的流体达到最大液位时开始抽取流体，而在流体位于或低于最小液位时停止抽取。
可以改变室104和通道108中的温度来控制蒸馏过程和渗透物通量。例如，可以间隔地降低温差以允许某些处理过程在经过膜组件122收集水之前在生物反应器容器102中持续更长的时间。
为增加渗透物通量，可以采取一个或多个下列步骤。可以增加混合液106中的温度。可以例如用搅拌机来搅拌混合液106，以促进其中的湍流和涡流。可以使用空气或气泡或空气喷射在膜表面引起剪切应力，或促进混合液106的湍流。可以通过促进微生物对在生物介质载体的附着来降低混合液106的粘度。可以使用超声波来引发膜表面和混合液106分子的振动，以防止膜表面结垢并促进膜表面上的水蒸发。还可以采取其它合适的步骤。
MDBR系统120的各种变型或改进是可能的。例如，图5示意性示出MDBR系统120的变型。仅部分显示的MDBR系统140具有与MDBR系统120类似的部件，包括容纳混合液106的生物反应器容器102和用于使运载流体循环穿过膜组件142中的内通道的流体回路(未全部示出)。膜组件142是双面平板膜组件，与膜组件117类似。但是，膜组件142是垂直定向的而不是水平定向的，即膜的内通道的纵轴是垂直定向的。此外，提供挡板144，其能够支承组件142中的平板膜并可有助于气泡流，由此导致提高的膜表面附近的流体动力学特性。气体注入器如空气扩散器146位于生物反应器的室102底部，用于在混合液106中产生气泡148。短箭头指示操作期间气泡的流动方向。提供浸入式加热器150以加热混合液106。
如所能理解的，可以不必使纵轴与垂直或水平方向严格对准。因此，应该理解，文中所用的短语“垂直定向”或“水平定向”的意思是大致沿垂直或水平方向定向。
图6示意性示出另一个变型，MDBR系统160，其具有浸入生物反应器容器102的混合液106中并水平定向的管式(或中空纤维)膜组件162。提供传感器164和166以监测循环流路中不同点的温度。每个传感器可以是温度计。
膜组件162可以包括并行排列的膜管(或中空纤维)。内通道的截面可以布置为任意合适的图案。例如，如图7和8所示，通道168布置成菱形-方形图案(图7)或八边形图案(图8)，其中箭头指示气泡流动方向。
其中央具有更多空间用于配置管式膜的八边形布局可以是有利的。例如，八边形布局可以与混合液中的整个内部流体循环更相容，可产生更多由来自空气扩散器的鼓泡流动产生的湍流，可以更适合于额外的空气喷射，并可以方便地用于泵送流体流。可以在具有八边形图案的膜组件162内部进行直接的空气喷射，如图9中的箭头所指，其中上面显示组件正视图，下面显示组件的截面图。
当将加热器例如加热盘管浸入混合液时，由于微生物絮凝物可能积累在加热盘管上并被“煮熟”，因此可能在加热盘管的外表面出现结垢。为减少或防止结垢，可以不时地清洁盘管，例如在短时间间隔内清洁盘管。此外，为防止絮凝物的积累，可以将气泡引导到浸没的盘管表面，并且还可以搅拌盘管表面附近的液体。
如上讨论的，MDBR系统中的膜组件还可以位于生物反应器之外。例子在图10和11中示出。MDBR系统170包括具有加热器150的生物反应器容器102和与生物反应器容器102流体连通的外部蒸馏膜组件172。
膜组件172是侧流组件。膜组件172可以具有如图11中所示的横截面。如图所示，膜组件172具有与图3中所示的膜类似的管式膜119。但是，在图示的实施方案中，沿渗透路径114的渗透方向是反转的-进料侧110”面向内而渗透侧112”面向外。流过中央内通道118’的是进料而不是冷凝的渗透物。在外部收集通道118”中收集渗透物116。在不同的实施方案中，沿路径114的渗透方向可以如图3中所示，在此情况下，将进料送入外通道而从中央通道收集渗透物。
提供用于使混合液从生物反应器容器102流到和穿过膜组件172并流回生物反应器容器102的流体回路，其包括用于驱动流体流动的流体泵174、输出管176和返回管178。如上述其它系统，还提供用于收集冷凝的渗透物的流体回路，其包括管128和130、储槽132和流体泵136。
在操作中，混合液106在生物反应器容器102中加热并生物降解。可以对生物反应器容器102通气。然后将生物反应器中产生的进料从生物反应器容器102经管176泵入膜组件172，并穿过膜组件172的中央通道118’。跨膜建立渗透蒸气压差，使水蒸气从中央通道118’穿过路径114向外通道118”渗透。以类似于上述过程的方式通过冷渗透物溶液来冷凝和收集渗透物。穿过膜组件172的进料经过返回管178循环回到生物反应器容器102。
如所能理解的，进料可以含有可以在生物反应器容器102中重复使用的生物质材料，如常规MBR工艺中的通常做法一样。因此，至少部分生物质从生物反应器容器102循环至并穿过膜组件172并回到生物反应器容器102。本领域的技术人员可以理解，生物质的循环可以是有利的。
系统170的变型示于图12。MDBR系统180与系统170相似，只是在生物反应器容器102和膜组件172之间设置有沉降槽182，并且移除加热器150，但是将加热器184仅设置在膜组件172上游以加热进入膜组件172的进料流。沉降槽182的结构和功能与常规废水处理厂中所用的类似。特别地，从生物反应器容器102中取出的混合液可含有大量悬浮固体。在将混合悬浮液在沉降槽182中存放一段时间后，某些悬浮物如淤泥絮凝物可以沉降到槽底部，然后可以将其循环回到生物反应器容器102中。从沉降槽182中提取并泵送穿过膜组件172的进料含有减少的悬浮物，并可以排放或循环回到沉降槽182。
如所能理解的，与系统180相比，系统170可以是有利的，因为需要较少的设备和较少的物理空间。此外，系统170可需要较少的能耗。为此，可以理解，具有浸入式膜组件的MDBR系统可以甚至更紧凑以及需要甚至更少的能量来操作。此外，这种系统可具有较低的设备和维护成本。
此外，如所能理解的，在具有浸入DM的MDBR过程中，可以在单一处理步骤中产生高质量的渗透物。可以在不使用先进复杂技术和昂贵仪器的情况下进行MDBR工艺。例如，不必使用复杂和昂贵的仪器和技术来监测膜完整性如纤维断裂。由于渗透物收集通道中的液压可以高于进料侧上的液压，因此当膜或其纤维损坏时，液态水会从渗透侧返回进料侧。回流会立即导致渗透物通量的急剧下降，这可以容易地检测到。或者，如果在正常操作条件下进料和渗透物的压力相似，则可以通过测量电导率来检测损坏或润湿的膜。如所能理解的，可以连续监测电导率。
如所能理解的，如果在正常操作条件下渗透物的压力超过进料的压力，则即使当膜破裂时，回流也会防止对容纳在渗透物贮库如储槽132中的渗透物的污染。
此外，由于蒸馏膜阻止了进料中大部分的溶解残余有机物，因此所得到的渗透物或流出物可具有较少的有机污染物。比较起来，在常规MF/UF MBR过程中，渗透物可含有诸如残余有机物的大量流体污染物，尤其是当膜损坏时。
使用MDBR系统，可以从渗透物中分离所有或几乎所有的盐、非挥发性有机化合物和微生物。MDBR工艺中渗透物的纯度和质量可以高于常规MBR工艺中获得的。MDBR系统中的渗透物质量基本与生物反应器中的混合液的生物活性无关。渗透物中的总有机碳含量(TOC)也可以降低，例如低于低于0.8ppm，与之相比常规MBR工艺中的TOC为3～10ppm。渗透物的质量可以与结合反渗透(RO)的常规MBR工艺所获得的一样好。
MDBR工艺可产生较少污染的流出物，其通量相当于常规MF或UF MBR工艺中获得的渗透物通量。
MDBR系统还可以具有快速的启动时间。
在MDBR系统中，有机物保留时间(ORT)与水压保持时间(HRT)无关，并可以非常长，因为它只取决于涉及有机物的反应。比较而言，在常规MBR中，有机物可能随渗透物流体损失，并且ORT与HRT相同。
此外，与结合RO的常规MBR系统相比，MDBR系统，尤其是具有浸入式膜组件的MDBR系统可具有较小的“足印”，因此需要较少的占地或物理空间。
由于MDBR系统中所用的管和槽可以在诸如约一个大气压的低压下操作，因此它们可以在比结合RO的常规MBR系统所需要的更低的成本下生产。
可使用各种能源来操作MDBR系统，该能源可包括废热、太阳能、地热能等。MDBR工艺不需要大量的电能，因为它是热过程，并可以利用潜热的低品位热来操作。
与一些常规的废水处理系统相比，MDBR系统的维护成本较低。
MDBR工艺可用于诸如发电厂或焚化装置附近或产生废水和废热的任何工业中的废水处理。MDBR还可以应用于废热丰富且空间有限的石油钻机、大船、空间站的废水处理。
如所能理解的，在高温下运行生物反应器可以是有利的，不仅增加渗透物通量，而且加速耐热细菌的驯化，如果生物反应器初始在室温下运行，则该驯化可能是耗费时间的。
在一些应用中，混合液可含有由生物反应器中的生物降解过程产生的挥发性副产物。该副产物可包括氨、乙酸、甲酸、甲醇、乙醇和酯或醚的小挥发性有机物。在这种情况下，还可以进一步处理渗透物以除去这类挥发性副产物。例如，可以提供鼓泡塔单元以从流出物中除去一些或所有不期望的挥发性组分。
当流入物含有无机盐时，可在膜的进料侧出现盐积累。在这种情况下，可以从生物反应器中除去有限量的淤泥废料以减少盐累积，以及用于其它目的，包括常规MBR系统中除去淤泥废料所实现的目的。
为进一步说明，下面说明一些具体实施例和试验结果。
实施例I
第一实施例MDBR系统是用于废水处理的系统，其具有与图4中示出的系统120类似的布局。在该实施例系统中，所用的膜组件是双面平板膜组件，其中膜由PVDF制成。膜的平均孔径是约0.22微米。将膜浸入容纳在生物反应器中的混合液中，并将其定向使得膜板之间的内通道水平延伸。在测试期间，将生物反应器的混合液加热到约35℃。膜的渗透侧具有约26℃的温度。
混合液中的生物混合液悬浮固体(MLSS)的浓度是3g/l。化学需氧量(COD)是81ppm。如上所述类似地操作该系统。渗透物的COD低于3ppm。
对渗透物通量监测11天。在头6天期间，通过通气产生的气泡不冲刷膜表面。6天后，从底部对混合液通气以冲刷膜表面。
观察到的渗透物通量示于图13中。可见，在11天时间期间，渗透物通量没有显著减少。实际上，当用气泡冲刷膜表面时，渗透物通量增加了约30％。在气泡冲刷期间，平均渗透物通量为0.71±0.09kg/m2h。
实施例II
在该实施例中，检测不同类型膜组件的渗透物通量。所用的生物反应器具有48升的室体积。使用恒温循环器来控制温度并在混合液中提供内部循环。在不同的试验中，都使用平板和管式膜组件。所试验的膜和膜组件的具体细节分别列于表I和II中。
所用的流入废水由人工组成。所用的流入废水的化学组成列于表III中。用于不同试验的流入废水的不同特性列于表IV中。测量结果示于表V和VI及图14～16中。
表I试验中使用的膜
Figure 2006800272724A00800011
表II试验中所用的膜组件
表III废水组成
Figure 2006800272724A00800013
表IV废水特性
Figure 2006800272724A00800021
表V膜表面上的结垢
试验I：
在试验I中，MDBR系统的设置类似于图6中所示的系统。所用的膜组件是膜组件II。它浸没在混合液中并水平取向。管式膜之间的平均间隙是约3mm。
使用冷冻机和冷却盘管数字式控制渗透侧的温度。在膜组件的入口和出口处利用数字温度计来监测渗透物的温度。
使用数字蠕动泵将渗透物流量控制在1000ml/min，其对应的雷诺数为347。MLSS浓度在1.4～1.6g/L的范围内。固体保留时间是无限的(没有淤泥损耗)。对混合液通气，总通气量为每MLSS单位体积12.5L/min或0.26L/min。从空气扩散器中将10L/min的空气送入混合液中用于生物活性。将另外的2.5L/min空气流直接注入浸入式加热器下方以防止由于微生物絮状物在加热盘管上积累形成微生物絮状物饼引起的损坏。
混合液温度为约46℃。渗透物的温度交替设置为25℃或15℃，在每个温度处保持约3天的连续持续时间。所测量的渗透物通量取决于渗透物的温度，如图14中所示。在每个温度下渗透物通量基本恒定，但是当降低或升高温度时，由于水蒸气分压压差的变化，渗透物通量显著变化。15℃下的平均渗透物通量(约2.6L/m2h)比25℃下(约2L/m2h)高约20％。在16.8天的操作期间，渗透物通量相当稳定。看起来，在该水平的渗透物通量和生物反应器温度下系统中没有出现结垢。发现渗透物中的TOC低于0.7ppm，而渗透物的COD低于0.5ppm。
约16.8天后，从生物反应器中移走膜组件。检查膜组件上的任何结垢/饼层的沉积。据观察，在管式膜表面没有沉积饼/污垢层，但是一些小的MLSS絮凝物沉积在膜管封装基座的侧面。这表明：i)在浸入式MDBR组件中，封装基座附近区域的流体动力学最差且传热和传质效率低下，和ii)在更高的MLSS浓度下，可以预计更多的MLSS絮凝物将沉积在这些位置。
试验II：
在试验II中，MDBR系统的设置与图5中显示的类似。所用的膜组件属于具有不同膜材料的类型I。混合液的温度为约56℃。使用数字温度计监测膜组件入口和出口处的渗透物温度，其平均温度保持恒定25℃。使用数字蠕动泵将渗透物流量控制在700ml/min，其对应雷诺数为248。MLSS浓度在1.4～1.6g/L的范围内。SRT是无限的。与试验I中一样进行通气。
发现渗透物中的TOC低于0.4ppm，而渗透物的COD几乎为零。
测量不同膜材料(PVDF或PTFE)的渗透物通量，并显示在图15中。所用的PTFE膜具有约70微米的厚度和约0.45微米的孔径。所用的PVDF膜具有约125微米的厚度和约0.22微米的孔径。如图所示，对于PVDF和PTFE类型膜材料的通量都降低。PVDF平板膜的渗透物通量在7天内从12.7L/m2h降至1.9L/m2h。进一步的通量减少是可能的。PTFE平板膜的渗透物通量在10天内从20.1L/m2h降至3.6L/m2h。该通量看来似乎稳定在后一值上。PVDF的通量衰减看起来更甚于PTFE。在PVDF和PTFE平板膜的膜表面上都发现饼/污垢层。分析饼/污垢层中的蛋白质、多糖和胞外聚合物质(EPS)浓度。结果示于表V中。尽管PTFE平板膜提供更高和更稳定的膜通量，但是PTFE平板膜上的总蛋白和EPS沉积远高于PVDF平板膜的总蛋白和EPS沉积。PTFE平板膜上的多糖沉淀浓度低于PVDF膜上的浓度。结果表明，多糖可能对MDBR工艺中膜表面的结垢起重要作用。可以预期，由于渗透物通量的变化，在试验II条件(混合液温度为56℃)下的结垢可能比试验I条件(混合液温度为46℃)下多。当使用管式膜时，更多通气或改善流体动力学条件或两者的组合可以有效地用于控制渗透物的通量。
试验III：
使用与图6中所示类似的设置进行试验III。所用的膜组件是膜组件III，并浸没在混合液中。混合液的温度为约56℃。试验条件在表IV中列出。SRT是137天。渗透侧的渗透物温度控制在约25℃。
如图9所示，对膜组件进行空气喷射。如图9中箭头所指示，将两股气流注入膜管束中央的封装基座附近。每股气流具有2.5L/min的空气流量。这两股空气喷射流用于促进膜管束中的湍流流态和增加渗透物通量。用数字温度计监测膜组件入口和出口处渗透物的温度。使用数字蠕动泵将渗透物流量控制在1000ml/min，其对应雷诺数为347。总通气量为17.5L/min或每MLSS体积0.36L/min。通过四个空气扩散器送入10L/min的通气，用于促进生物活性和混合液中的混合。将两股气流(每股2.5L/min)注入膜束内部，如上所讨论的。将另外的2.5L/min空气流直接注入浸入式加热器下方以防止由于加热盘管上微生物凝聚物积累形成的微生物饼引起的损坏。
监测渗透物通量，结果显示在图16中。在15天的试验期间，渗透物通量几乎是恒定的。渗透物通量在5.01～5.46L/m2h的小范围内变化，其平均值为5.17L/m2h。
提高的渗透物通量稳定性可能是由改善的流体动力学条件和膜通道的八边形布局所导致的。
渗透物是高质量的，其TOC值低于0.2ppm，而COD值几乎为零。
试验结果显示，加热的生物反应器中的淤泥产物相对较少，但是生物反应器中的TOC是恒定的。可见耐热细菌的内源呼吸相对低。
结果显示，浸入式MDBR可提供可接受的渗透物流量以及高的渗透物质量。从浸入式MDBR获得的约5.16L/m2h的渗透物通量是报道的浸入式纳滤(NF)-MBR的123倍，而渗透物TOC低于0.3ppm。
本领域的技术人员可以从本说明书和附图中理解本文中所述但上文未明确提及的实施方案的其它特征、利益和优点。
上文引用的各参考文件的内容在此通过引用并入本文。
当然，上文描述的实施方案旨在举例说明，而决不是限制。所述实施方案容易在形式、部件配置、细节和操作顺序方面进行多种修改。本发明试图将所有这些变型包含在其如权利要求所限定的范围内。

Claims (45)

1.一种处理受污染的流入物的方法，其包括：
提供限定反应室的生物反应器容器；
提供位于所述反应室内并与出口管流体连通的蒸馏膜；
将生物试剂和所述受污染的流入物置于所述反应室内以利用所述生物试剂来生物降解所述受污染的流入物中的污染物，由此产生较少污染物的流入物；
通过膜蒸馏将所述较少污染物的流入物蒸馏穿过所述蒸馏膜以产生流出物；和
通过所述出口管将所述流出物排出所述反应室，
其中所述生物试剂包括生物质。
2.权利要求1的方法，其中所述受污染的流入物包括废水，而所述流出物包括水。
3.权利要求1或2的方法，其中所述生物质是活化的。
4.权利要求1或2的方法，其中所述膜蒸馏包括直接接触膜蒸馏、气隙膜蒸馏、气扫式膜蒸馏、真空膜蒸馏和等温膜蒸馏中的至少一种。
5.权利要求1或2的方法，其包括加热所述较少污染物的流入物。
6.权利要求1或2的方法，其包括用气体给所述反应室通气。
7.权利要求1或2的方法，其中所述蒸馏膜具有与所述较少污染物的流入物接触的进料侧和从其收集所述流出物的渗透侧。
8.权利要求7的方法，其中所述蒸馏膜浸没在所述较少污染物的流入物中。
9.权利要求7的方法，其中所述进料侧处于第一温度，所述渗透侧处于第二温度，且所述第一温度比所述第二温度高5～70℃。
10.权利要求9的方法，其中所述第一温度在10～90℃的范围内，所述第二温度在5～30℃的范围内。
11.权利要求1的方法，其中所述蒸馏膜是多孔的，具有0.05～5微米范围内的平均孔径。
12.权利要求1或11的方法，其中所述蒸馏膜具有0.05～1.5mm范围内的膜厚。
13.权利要求1或2的方法，其中所述蒸馏膜具有疏水性。
14.一种用于处理受污染的流入物的系统，其包括：
限定反应室的生物反应器容器，其用于使用生物试剂来生物降解所述反应室中的所述受污染的流入物，以产生较少污染物的流入物；
位于所述反应室内的蒸馏膜，其用于通过膜蒸馏将所述较少污染物的流入物蒸馏穿过所述蒸馏膜以产生流出物；和
与所述蒸馏膜流体连通的出口管，其用于将所述流出物排出所述反应室，
其中所述生物试剂包括生物质。
15.权利要求14的系统，其中所述蒸馏膜具有疏水表面。
16.权利要求14或15的系统，其中所述蒸馏膜包括平板膜、管式膜和中空纤维膜中的至少一种。
17.权利要求14或15的系统，其中所述蒸馏膜包括选自聚丙烯、聚偏氟乙烯和聚四氟乙烯的材料。
18.权利要求14或15的系统，其中所述膜蒸馏包括直接接触膜蒸馏、气隙膜蒸馏、气扫式膜蒸馏、真空膜蒸馏和等温膜蒸馏中的至少一种。
19.权利要求14或15的系统，其包括连接至所述生物反应器容器的气体注入器，用于使用气体给所述反应室通气。
20.权利要求19的系统，其中所述气体包括空气。
21.权利要求14或15的系统，其包括用于加热所述较少污染物的流入物的加热器。
22.权利要求14或15的系统，其包括用于使运载流体流动以将所述流出物带离所述蒸馏膜的流体回路。
23.权利要求22的系统，其包括用于冷却所述运载流体的冷却装置。
24.权利要求22或23的系统，其中所述流体回路包括用于循环所述运载流体的流体回路。
25.权利要求14的系统，其中所述蒸馏膜是多孔的，并具有0.05到5微米的平均孔径。
26.权利要求14或25的系统，其中所述蒸馏膜具有0.05到1.5mm的厚度。
27.权利要求14或15的系统，其包括选自双面平板膜组件、平板盒式膜组件、管式膜组件、中空纤维组件和螺旋缠绕膜组件的膜组件，所述膜组件包含所述蒸馏膜。
28.权利要求27的系统，其中所述膜组件限定用于容纳渗透穿过所述蒸馏膜的所述流出物的内部流体通道，所述膜组件放置为浸入所述较少污染物的流入物。
29.权利要求14或15的系统，其包括支承所述蒸馏膜的挡板。
30.一种处理废水的方法，其包括：
提供限定反应室的生物反应器容器；
提供在所述反应室内的蒸馏膜；
用所述反应室中的生物质生物降解所述废水中的污染物以产生低污染物的废水；和
通过膜蒸馏将所述低污染物的废水蒸馏穿过所述蒸馏膜以产生净化水。
31.权利要求30的方法，其中所述生物质是活化的。
32.权利要求31的方法，其中所述生物质包括活性淤泥。
33.权利要求30的方法，其中所述生物降解包括好氧或厌氧生物降解所述污染物。
34.权利要求31的方法，其中所述生物降解包括好氧或厌氧生物降解所述污染物。
35.权利要求30-34中任一项的方法，包括加热所述低污染废水。
36.权利要求35的方法，其中所述生物质包括耐热细菌。
37.一种用于处理废水的系统，其包括：
限定反应室的生物反应器容器，其用于在所述反应室中利用生物质生物降解所述废水中的污染物以产生低污染物的废水；和
在所述生物反应器容器内的蒸馏膜，其用于通过膜蒸馏将所述低污染物的废水蒸馏穿过所述蒸馏膜以产生净化水。
38.权利要求37的系统，其中所述生物质是活化的。
39.权利要求38的系统，其中所述活性生物质包括活性淤泥。
40.权利要求37的系统，其中所述生物质能够好氧生物降解所述污染物。
41.权利要求37的系统，其中所述生物质能够厌氧生物降解所述污染物。
42.权利要求37的系统，其包括用于加热所述生物反应器的加热器。
43.权利要求42的系统，其中所述生物质包括耐热细菌。
44.权利要求37～43中任一项的系统，其中所述蒸馏膜位于所述反应室之外并且位于所述生物反应器容器内。
45.权利要求44的系统，其中使所述生物质的至少一部分循环，从所述反应室至所述蒸馏膜和然后返回所述反应室。
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AT (1) ATE527047T1 (zh)
WO (1) WO2006137808A1 (zh)

Families Citing this family (40)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
NL1031926C2 (nl) * 2006-05-31 2007-12-03 X Flow Bv Inrichting met een bioreactor en membraanfiltratiemodule voor het behandelen van een inkomend fluïdum.
US20100096317A1 (en) * 2007-07-03 2010-04-22 Sumitomo Electric Fine Polymer, Inc. Flat sheet membrane element for filtration and flat sheet membrane filtration module
WO2009021552A1 (en) * 2007-08-13 2009-02-19 Eco Flanders Improved separation/purification method / installation for aqueous liquid dispersions of organic material, and use of such method / installation in an integrated treatment of manure and/or organic disgestates
US9145316B2 (en) 2008-07-15 2015-09-29 Universiti Putra Malaysia Process for treating wastewater
ITMI20081312A1 (it) * 2008-07-18 2010-01-19 Techint Spa Processo di distillazione a membrana di una soluzione liquida e relativo apparato
US20100025219A1 (en) * 2008-07-29 2010-02-04 Milton Roy Company System and method for membrane distillation with low reynolds numbers
BE1018011A3 (nl) * 2009-02-12 2010-03-02 Eneco En Internat B V Verbeterde scheiding/zuivering methode/installatie voor waterige vloeibare suspensies van organisch materiaal en het gebruik van een dergelijke methode/intallatie in een geintegreerde behandeling van mest en/of organische digestaten.
JP4920712B2 (ja) * 2009-03-31 2012-04-18 株式会社日立プラントテクノロジー 浸漬型膜分離装置における膜エレメント
FR2943926B1 (fr) * 2009-04-02 2011-05-06 Ederna Procede et dispositif d'evaporation osmotique
CN102101738A (zh) * 2009-12-21 2011-06-22 东丽纤维研究所（中国）有限公司 平板膜生物反应器和反渗透的综合膜集成系统的废水处理工艺
CN102125806A (zh) * 2010-01-20 2011-07-20 中国科学院生态环境研究中心 一种将螺旋式膜组件应用于真空膜蒸馏的方法
CN102417210B (zh) * 2010-09-28 2013-11-06 中国石油化工股份有限公司 一种浸没式真空膜蒸馏装置及其污水处理方法
TWI555708B (zh) * 2011-01-17 2016-11-01 財團法人工業技術研究院 同時去除有機及無機性污染物之廢水處理系統以及廢水處理方法
CN102951766A (zh) * 2011-08-31 2013-03-06 天津滨海鼎昇环保科技工程有限公司 Mbr、uf、ro系统联合处理化工废水工艺
CN102951764A (zh) * 2011-08-31 2013-03-06 天津滨海鼎昇环保科技工程有限公司 双膜法处理高含盐高浓度化工废水的工艺
WO2013037088A1 (en) * 2011-09-16 2013-03-21 General Electric Company A method for improving performance of a membrane used in membrane distillation
US20130319924A1 (en) * 2012-06-05 2013-12-05 General Electric Company ASYMMETRIC ePTFE MEMBRANE
AT513378B1 (de) * 2012-11-13 2014-04-15 Tech Universität Wien Selektive Abtrennung von Wasser bei gleichzeitiger Biomasse- und Medienkomponentenretention
CN104903257B (zh) * 2012-12-07 2018-12-14 通用电气公司 活性炭在膜生物反应器中的使用
GB2509721A (en) * 2013-01-09 2014-07-16 Univ Swansea Membrane distillation process
ES2407460B1 (es) * 2013-02-15 2014-04-28 Sergio SENDRA PÉREZ Sistema con reactores de paso óptico diferenciado para el cultivo masivo de microorganismos fotosintéticos
CN104058536A (zh) * 2013-03-22 2014-09-24 宝山钢铁股份有限公司 一种不锈钢冷轧酸性废水浓缩液零排放方法
CN103183430A (zh) * 2013-04-03 2013-07-03 江苏夏航环境工程有限公司 利用直接接触式脱气膜技术处理氨氮废水的装置
CN103183429A (zh) * 2013-04-03 2013-07-03 江苏夏航环境工程有限公司 利用直接接触式脱气膜技术处理氨氮废水的工艺
CN103183393A (zh) * 2013-04-03 2013-07-03 江苏夏航环境工程有限公司 利用真空脱气膜技术处理氨氮废水的工艺
CN103463899B (zh) * 2013-10-03 2015-07-15 南京侨兴环保设备有限公司 一种室内湿式除尘净化装置
KR101667931B1 (ko) * 2014-02-14 2016-10-21 한국과학기술연구원 막증류 결합형 유동상 혐기하폐수처리 장치 및 방법
CN104689720B (zh) * 2015-03-11 2016-08-17 胡强 平面复合膜堆
MX2017012623A (es) * 2015-03-31 2017-12-20 Aquatech Int Llc Proceso de biorreactor de membrana mejorado para el tratamiento de agua residual.
US20160310900A1 (en) * 2015-04-24 2016-10-27 King Abdullah University Of Science And Technology Submerged membrane distillation for desalination of water
US10239770B2 (en) * 2016-04-29 2019-03-26 Kookmin University Industry Academy Cooperation Foundation Multi-stage submerged membrane distillation water treatment apparatus
KR101870350B1 (ko) * 2017-03-23 2018-06-22 국민대학교산학협력단 다단 침지식 막증류 수처리 장치 및 이를 이용한 유가자원 회수방법
KR101812632B1 (ko) * 2016-06-22 2017-12-27 국민대학교산학협력단 다단 침지식 막증류 수처리 장치 및 그의 수처리 방법
KR102642284B1 (ko) 2017-03-20 2024-02-28 란자테크, 인크. 생성물 회수 및 세포 재순환을 위한 방법 및 시스템
US11014840B2 (en) * 2017-07-31 2021-05-25 Ecolab Usa Inc. Process condensate water treatment
EP3814285A1 (en) * 2018-06-27 2021-05-05 BL Technologies, Inc. Wastewater treatment with suspended growth and membrane aerated biofilm
CN112969795A (zh) 2019-02-08 2021-06-15 朗泽科技有限公司 用于回收沸点接近的产物的方法
EP4058410A4 (en) * 2019-11-13 2023-12-13 U.S. Peroxide LLC METHOD AND SYSTEMS FOR TREATING LIQUID USING A BIOCHEMICAL PROCESS UNDER VACUUM
CN112624502B (zh) * 2020-12-15 2021-11-05 长春工程学院 一种超声波辅助回收城市污水中碳、氮、磷资源的系统及方法
CN114367198B (zh) * 2022-01-28 2024-04-12 山西大学 一种碟管式真空多效膜蒸馏组件及系统

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4875980A (en) * 1986-09-02 1989-10-24 Mitsubishi Rayon Engineering Co., Ltd. Method for separating and concentrating an organic component from an aqueous solution containing same
CN1153483A (zh) * 1994-07-18 1997-07-02 昆士兰大学 分离液-液混合物的方法及装置

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4460473A (en) 1981-01-05 1984-07-17 Atlantic Richfield Company Membrane distillation method
DE4116426C2 (de) * 1991-05-18 1996-02-08 Fraunhofer Ges Forschung Verfahren zur selektiven Abtrennung von Bestandteilen aus der hydrophoben Phase von revers-micellaren Systemen oder von W/O-Mikroemulsionen
US5558774A (en) 1991-10-09 1996-09-24 Zenon Environmental Inc. Aerated hot membrane bioreactor process for treating recalcitrant compounds
US6616843B1 (en) 1998-12-18 2003-09-09 Omnium De Traitement Et De Valorisation Submerged membrane bioreactor for treatment of nitrogen containing water
US6805806B2 (en) 2001-06-12 2004-10-19 Hydrotreat, Inc. Method and apparatus for treatment of wastewater employing membrane bioreactors
US6755975B2 (en) * 2002-06-12 2004-06-29 Membrane Technology And Research, Inc. Separation process using pervaporation and dephlegmation
TW593167B (en) 2002-10-25 2004-06-21 Ind Tech Res Inst Method for treating wastewater/water with membrane bioreactor
US7311833B2 (en) 2004-03-03 2007-12-25 Kazuo Yamamoto Zero excess sludge membrane bioreactor
US7118674B2 (en) 2004-10-14 2006-10-10 Itt Manufacturing Enterprises, Inc. Energy-efficient biological treatment with membrane filtration

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4875980A (en) * 1986-09-02 1989-10-24 Mitsubishi Rayon Engineering Co., Ltd. Method for separating and concentrating an organic component from an aqueous solution containing same
CN1153483A (zh) * 1994-07-18 1997-07-02 昆士兰大学 分离液-液混合物的方法及装置

Also Published As

Publication number Publication date
WO2006137808A1 (en) 2006-12-28
EP1909948A4 (en) 2009-08-05
US8318017B2 (en) 2012-11-27
EP1909948B1 (en) 2011-10-05
CN101374591A (zh) 2009-02-25
ATE527047T1 (de) 2011-10-15
US20100072130A1 (en) 2010-03-25
EP1909948A1 (en) 2008-04-16

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