CN101450831A - 气提循环式膜生物反应装置及污水处理方法 - Google Patents

气提循环式膜生物反应装置及污水处理方法 Download PDF

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Abstract

一种气提循环式膜生物反应装置及污水处理方法，属于环境保护水处理技术和膜分离技术领域。该装置和方法特别适用于膜生物反应器(MBR)、膜加强生物反应器(MEBR)和膜过滤。该装置和方法的突出特征在于通过生化液池的液位提供膜过滤需要的必要压力，通过瀑气式膜过滤器内部的气提作用实现浓水循环和膜表面的连续自清洗。该装置和方法的优点在于：由于将膜丝限定在瀑气式膜过滤器之内，有效地避免了浸没式膜生物反应器中的断丝问题；又由于膜在正压环境下工作，有效地避免了膜表面由于膜丝内部负压产生的膜表面污泥化的问题；又由于将冲洗膜的气体限制在了膜外壳内，同时取消了生物反应液循环泵，因而产生了可观的节能效果；又由于瀑气式膜过滤器包括外壳，可以对过滤器实现有压反洗、循环化学清洗，使得膜的清洗变得简单。

Description

气提循环式膜生物反应装置及污水处理方法
技术领域
本发明属于环境保护水处理技术和膜分离技术领域，特别涉及一种利用气提作用实现膜表面液体快速流动的污膜过滤方法。该种膜过滤方法适用于膜生物反应器(MBR)、膜加强生物反应器(MEBR)和膜过滤。
背景技术
已知技术中中空纤维膜或毛细管膜或管式膜通常组成压力式或浸没式瀑气式膜过滤器。其中浸没式瀑气式膜过滤器通常被用于过滤杂质较高的液体。浸没式瀑气式膜过滤器一般通过向膜周围的液体中由下向上瀑气来减低液体中固体杂质在膜表面的沉积和对膜表面的污染。浸没式瀑气式膜过滤器的典型例子是污水处理技术中的膜生物反应器(MBR)。另外中国专利(申请号200610002387X)揭示了将生物膜反应器和膜过滤相结合的膜加强生物反应器(MEBR)。
已知技术中用于膜生物反应器的常见膜过滤方式是浸没式和内压错流式。
已知技术中浸没式膜过滤器就是将膜浸没在被过滤液体中，然后通过抽提泵在中空纤维或毛细管内部形成负压，从而使被过滤液体透过中空纤维或毛细管壁实现过滤过程。为了避免污染物在浸没式膜过滤器膜表面的沉积，通常需要在膜过滤器的底端附近设置爆气装置，以便利用气体在膜表面带来的气体和液体的流动减低膜表面污染物的浓度。气体强烈的扰动经常带来断丝问题。同时由于膜丝内部负压的作用，膜外表面附着的污泥颗粒趋于干化，而干化污泥又将吸附其它污泥颗粒，产生膜表面污泥化现象。在分置浸没式膜生物反应器中通常利用循环泵将膜过滤池液体循环至生物反应池以降低膜池内污染物的浓度，这一循环能耗加上大量爆气的能耗大大增加了运行费用。对浸没式膜过滤器的膜进行彻底清洗时通常需要将膜过滤器从过滤池中提吊出来，然后再浸没到清洗液中清洗，这一过程显然是困难和繁琐的。总之，浸没式膜过滤器虽然具有较高的抗污染能力，但是断丝、耗能高、表面污泥化和清洗难等技术弱点大大限制了这一技术的发展。
已知技术中用于膜生物反应器的内压错流式膜过滤器需要在膜表面形成较高的液体流速以避免污染物对膜表面的污染。为了满足膜表面液体流速的要求，过滤器内部液体流量是一般是水处理量的十几倍甚至几十倍，因此耗能高使得内压错流膜生物反应器技术的应用和推广受到限制。
发明内容
本发明要解决现有技术中浸没式膜过滤器存在的断丝、耗能高、表面污泥化和清洗难等技术问题和内压错流膜生物反应器耗能高的技术问题，揭示一种利用气提实现膜表面错流的膜生物反应装置和污水处理方法。
本发明气提循环式膜生物反应装置由瀑气式膜过滤装置，生物反应器和气泵组成。所述瀑气式膜过滤装置由至少一个瀑气式膜过滤器组成，瀑气式膜过滤装置底部设有至少一个给水管，上部设有至少一个浓水管，底部还设有至少一个进气管，设有至少一个产水管；诉述给水管和浓水管分别与生物反应器相连接；所述瀑气式膜过滤器包括多根中空纤维膜或毛细管膜或管式膜、瀑气式膜过滤器外壳和安置在瀑气式膜过滤器内部的爆气装置。所述生物反应器是已知技术生物反应器中的任何一种及几种的组合；气泵通过管路与瀑气式膜过滤器内部安装的瀑气装置相连接。
本发明气提循环式膜生物反应污水处理方法包括利用生物反应器对污染物进行降解，生物降解后的生物反应液由以上提及的给水管进入瀑气式膜过滤器；通过气泵向安装在瀑气式膜过滤器中的爆气装置提供空气；生物反应液在气提作用下，在瀑气式膜过滤器内部向上流，经浓水管回到生物反应器内，实现生物反应液在膜反应器内和生物反应器之间的循环；在生物反应器液体压力作用下或在产水泵负压作用下或在生物反应器液体压力和产水泵负压作用共同作用下，生物反应液透过过滤膜得到净化。被过滤膜截留的活性生物体又随浓水回流到生物反应池，进一步参与生物降解反应，因而实现膜过滤对生物反应器的加强作用。被过滤膜截留的其它悬浮物在生物反应器及其关联装置中被沉淀排出。
本发明气提循环式膜生物反应装置提及的瀑气式膜过滤器是包括了瀑气装置的内压式或外压式的各种膜过滤器。
本发明提及生物反应器是厌氧、缺氧或耗氧生物反应器以及这些生物反应器和沉淀池间的组合。当生物反应器的上液位无法满足本发明上液位要求时，可以在生物反应器和瀑气式膜过滤装置之间使用缓冲水箱，将生物反应液通过供水泵供入缓冲水箱以保证提供膜过滤需要的水位。为了简化起见以下将各种生物反应器的池体或缓冲水箱均称为生化液池。
本发明气提循环式膜生物反应污水处理方法的瀑气量与产水量的比值为5-50倍。在这一瀑气范围内气提形成的浓水循环量应为产水量的10-200倍，处理液体的污染程度越高，需要的瀑气量越高。过低的瀑气量将影响膜表面的自清洗效果，过高的瀑气量使得污水处理的能耗过高。
本发明气提循环式膜生物反应装置提及的瀑气式膜过滤装置给水管和浓水循环管的直径应满足浓水循环量的要求，这一循环量一般是产水流量的10-200倍。
一般地说，膜过滤装置需要0.01-0.03MPa的工作净压力。本发明通过把生化液池的液位控制在比瀑气式膜过滤器装置产水口高1-3米的相对高度，利用这一水头满足瀑气式膜过滤装置对过滤推动力的要求。
当生化液池的液位比瀑气式膜过滤器装置产水口低0.25米以上时，气提动力不足以实现生物反应液的大流量循环。
当生化液池的液位与瀑气式膜过滤器装置产水口相对高度为-0.25至1米时可以设置产水泵，产水泵可以向瀑气式膜过滤器的产水侧提供负压或为膜过滤产水提供正压，以便将产水供出。
当生化液池液位高于瀑气式膜过滤装置产水口3.0-10.0米时，过高的液压可能使瀑气式膜过滤装置的通量过高，可以通过瀑气式膜过滤装置产水管道上安装的调节阀调节这一通量。当生化液池液位高于瀑气式膜过滤器顶端10.0米以上时，用于提升原水的动力消耗明显增高，同时生物反应器的建设成本也将明显增高。
本气提循环式膜生物反应装置的突出特征在于瀑气式膜过滤装置浓水循环动力是气提动力而不是已知技术中的浓水循环泵；本气提循环式膜生物反应装置的突出特征还在于膜过滤推动力是生化液池的水位，而不是传统技术中的负压抽提泵或给水正压泵。
本发明的突出特征在于通过生化液池的液位提供膜过滤需要的必要压力，通过瀑气式膜过滤器内部的气提作用实现浓水循环和膜表面的连续自清洗。
本发明气提循环式膜生物反应装置和污水处理方法的优点在于：由于将膜丝限定在瀑气式膜过滤器之内，有效地避免了浸没式膜生物反应器中的断丝问题；又由于膜在正压环境下工作，有效地避免了膜表面由于膜丝内部负压产生的膜表面污泥化的问题；又由于将冲洗膜的气体限制在了膜外壳内，同时取消了生物反应液循环泵，因而产生了可观的节能效果；又由于瀑气式膜过滤器包括外壳，可以对过滤器实现有压循环清洗，使得膜的清洗变得简单。
附图说明
图1是本发明第一种提循环式膜生物反应装置剖面示意图。
图2是本发明第二种提循环式膜生物反应装置剖面示意图。
具体实施方式
图1所示的本发明第一种气提循环式膜生物反应装置由内压式瀑气式膜过滤装置100、气泵400、生化液池500、反洗设施和相关管路组成。为了避免大颗粒悬浮物进入瀑气式膜过滤器，在入水管道上还可以安装隔珊类过滤器160。瀑气式膜过滤装置由一个瀑气式膜过滤器或多个瀑气式膜过滤器组合组成。为简化起见，图1以一个瀑气式膜过滤器说明。适用于本发明第一种气提循环式膜生物反应装置的瀑气式膜过滤器可以是包括瀑气装置的任何一种内压瀑气式膜过滤器。图1揭示的内压式瀑气式膜过滤器为一种特例，该瀑气式膜过滤器包括多根中空纤维膜或毛细管膜或管式膜110，上下两个汲液腔120和160，一外壳150，和一个爆气装置210。瀑气式膜过滤装置通过入水管路161，浓水回流管路121和浓水自动阀122与给生化液池相连，过滤产水通过产水调节阀171和产水管路172进入产生生化液池。气泵410通过气体管路162和自动阀门163与瀑气装置210相连。反洗装置包括反洗泵610，反洗自动阀门620和产水水箱630组成，产水箱上设有溢流口640。
图1中的生化液池可以是厌氧、缺氧、耗氧生物反应器的池体，也可以是生化液缓冲水池，厌氧、缺氧、耗氧生物反应器和缓冲水池的构造是已知技术，为简化起见在此略去。
参见图1，本发明第一种提循环式膜生物反应污水处理方法是通过水位控制使生化液池水位520保持在比瀑气式膜过滤器出水口172高2-3米处；将自动阀门122和620开放，启动气泵410向瀑气式膜过滤装置内瀑气；被过滤液体由进液口161进入，在压力作用下液体透过膜过滤进入产水管路172排出，产水量通过产水调节阀171调节；浓液在气提作用下与爆入的气体一起由浓水管道口121流出回流到生化液池。瀑入气体产生的气泡310对膜表面产生冲刷作用，此外，在气提作用下产生的大量浓水循环水流也可以对膜表面产生有效的冲刷。气体和浓液在向上流动中在膜表面几乎没有死角，因此保证冲洗的完全有效。反洗时将浓水自动阀122、反洗自动阀620和气路自动阀门163关闭，停止瀑气泵410，启动反洗泵610；反洗水以与过滤过程相反的方向透过膜表面，由入水管路161流入生化液池500。
图2所示的本发明第二种气提循环式膜生物反应装置，与本发明第一种气提循环式膜生物反应装置基本相同，相同部分用相同标号表示，且不再重复描述。
图2所示的本发明第二种气提循环式膜生物反应装置与本发明第一种气提循环式膜生物反应装置不同之处在于本发明第二种气提循环式膜生物反应装置的瀑气式膜过滤器可以是包括瀑气装置的任何一种外压式瀑气式膜过滤器。中国专利(申请号200720165836.0)揭示的瀑气外压式瀑气式膜过滤器可以作为一种特例。
图2所示本发明第二种提循环式膜生物反应污水处理方法除使用了外压式瀑气式膜过滤器以外其它内容与本发明第一种提循环式膜生物反应污水处理相同。相同部分用相同标号表示，且不再重复描述。
实施例1：如图1所示。生化液池500是用于处理生活污水的耗氧生化反应器生化液池，水位相对高度3-3.5米，生化液污泥浓度2060-2670mg/L。瀑气式膜过滤装置100包括一根膜面积为35平方米的瀑气内压式膜过滤器和必要的管路。膜过滤产水量每小时800L，运行瀑气量为每小时15立方米，反洗周期为1小时，反洗流量为每小时8立方米。反洗时间为60秒。系统长期稳定运行。
实施例2：如图2所示。生化液池市一个工业污水耗氧生化池，水位相对高度为2.0-2.3米，污泥浓度约8082-10100mg/L。瀑气式膜过滤装置100包括一根膜面积为40平方米的瀑气外压式膜过滤器和必要的管路。膜过滤产水量每小时550L，运行瀑气量为每小时25立方米，反洗周期为1小时，反洗流量为每小时10立方米。反洗时间为120秒。系统长期稳定运行。

Claims (8)

1、一种气提循环式膜生物反应装置，其特征在于包括瀑气式膜过滤装置，生物反应器和气泵，所述瀑气式膜过滤装置由至少一个瀑气式膜过滤器组成，瀑气式膜过滤装置底部设有至少一个给水管，上部设有至少一个浓水管，底部还设有至少一个进气管，设有至少一个产水管；诉述给水管和浓水管分别与生物反应器相连接；所述瀑气式膜过滤器包括多根中空纤维膜或毛细管膜或管式膜、膜过滤器外壳和安置在瀑气式膜过滤器内部的爆气装置，所述气泵通过管路与瀑气式膜过滤器内部安装的瀑气装置相连接。
2、根据权利要求1所述气提循环式膜生物反应装置，其特征还在于包括膜反洗装置，所述膜反洗装置包括反洗泵，反洗水箱和必要的阀门及自动控制。
3、根据权利要求1所述气提循环式膜生物反应装置，其特征还在于包括产水泵。
4、一种气提循环式膜生物反应污水处理方法，该方法使用了包括瀑气式膜过滤装置，生物反应器和气泵的气提循环式膜生物反应装置，其特征在于利用生物反应器对污染物进行降解，通过气泵向安装在瀑气式膜过滤器中的爆气装置提供空气；生物反应液在气提作用下，在瀑气式膜过滤器内部向上流，经浓水管回到生物反应器内，实现生物反应液在膜反应器内和生物反应器之间的循环；其特征还在于通过生化液池的液位提供膜过滤需要的必要压力，。
5、根据权利要求4所述气提循环式膜生物反应污水处理方法，其特征还在于将生物反应液池上液位被控制在膜过滤装置产水口以上1-10米处。
6、根据权利要求4所述气提循环式膜生物反应污水处理方法，其特征还在于生物反应池上液位与膜过滤装置产水口相对高度为-0.25-1米时，使用产水抽提泵以提供膜过滤的辅助推动力。
7、根据权利要求4所述气提循环式膜生物反应污水处理方法，其特征还在于气泵单位时间供气体积是膜过滤器产水体积的5-50倍。
8、根据权利要求4所述气提循环式膜生物反应污水处理方法，其特征还在于包括定期对膜过滤装置进行反洗。
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