CN1648071A - 分置式膜生物反应器 - Google Patents

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Abstract

本发明属于膜生物反应器技术领域，特别涉及一种分置式膜生物反应器。为了克服公知分体式膜生物反应器能耗高和长循环管带来的建设安装难度较大、造价较高和长循环管易积泥等问题，创造一种由分隔板将生物反应池和膜滤池隔开，只用单根短循环管实现无泵水力循环的分置式膜生物反应器。膜分离单元采用浅水层鼓气进行膜冲洗，有效降低单位水处理能耗；单根短循环管实现无泵水力循环更加安全可靠。该分置式膜生物反应器的技术改进，使膜生物反应器技术更加高效、经济，在水处理和废水资源化中有更大应用前景。

Description

分置式膜生物反应器
技术领域    本发明属于膜生物反应器技术领域，特别涉及分置式膜生物反应器。
背景技术    一种公知的分体式膜生物反应器是错流式膜生物反应器系统，由生物反应器单元和错流式膜分离器组成，优点是膜单元膜的清洗和维护方便，存在主要问题是单位水处理能耗高的技术问题。能耗高的原因是生物单元和膜单元之间的循环水泵所至，处理单位水量处理能耗约为3.0-5.5kW·h/m3，是传统活性污泥法单位水处理能耗约的10-15倍。(樊耀波等，环境科学，1995，16(5)：79-81；樊耀波等，环境科学学报，1997，17(1)：68-74；郑祥等，2000，环境污染治理技术与设备，Vol.1：(5)，12-19)。
另一种公知的膜浸没式分体式膜生物反应器由生物反应器单元和浸没式膜分离器单元组成，膜分离器单元中冲刷膜组件的鼓气压力一般在30-50kPa，其能耗一般在1-2kWh/m3，仍大大高于普通生化处理方法(Arnold Zilverentant，Water 21，November/December，1999，29～31；Hadi Husain，Pierre Cote，WQIMarch/April，1999，19-22)。
为解决能耗高的问题，同时又保留膜维护方便的优点，一种采用浅层曝气浸没式膜单元，可以实现无泵循环的分体式膜生物反应器被提出(樊耀波。分体式膜生物反应器及水处理方法，发明专利申请号：01120691.8，公开号：CN1358675A)，但该种工艺由于膜单元和生物单元的分离，需要较长的循环管，虽然该循环管在一定的场合，如生物单元与膜单元必须分别安装时是必须的，但在非必须条件下，循环管长不仅在工程建设难度和造价上仍较高，还容易导致污泥循环不畅和在循环管中出现污泥沉积的问题。
发明内容    本发明的目的在于为了克服公知分体式膜生物反应器长循环管带来的建设、安装难度较高、造价较高和循环管易积泥的问题，创造一种由分隔板将生物单元和膜单元隔开，只用单根短循环管实现无泵水力循环的，分置式膜生物反应器。膜分离单元采用浅水层鼓气进行膜冲洗，有效降低单位水处理能耗。
该分置式膜生物反应器的技术改进，将使膜生物反应器技术更加高效、经济，在水处理和废水资源化中有更大应用前景。
本发明的分置式膜生物反应器包括生物反应池(2)、膜滤池(3)、膜分离单元(16)、鼓气单元(27)、出水单元(28)，参见图1。其特征在于：生物反应池(2)和膜滤池(3)在一个较大容积的膜生物反应池(26)内由一堵隔板(22)分隔而成；隔板(22)顶部淹没在生物反应池(2)或膜滤池(3)池水液面至25cm深度处；使反应池(2)和膜滤池(3)池水越过隔板(22)顶部连通；一根外部连接的循环管(14)使生物反应池(2)膜滤池(3)在池底部连通；生物反应池(2)至膜滤池(3)的下部水循环，通过循环管(14)进行；循环管(14)上装有循环阀门(15)；生物反应池(2)至膜滤池(3)水循环可通过循环阀门(15)控制；在膜滤池鼓气管(9)鼓气的作用下，膜滤池(3)的水流，跃过隔板(22)顶部回流至生物反应器(2)，然后经循环管(14)、又回流入膜滤池(3)，形成生物反应器(2)和膜滤池(3)之间的水力循环。；膜滤池(3)的静水位在停止鼓气的条件下同生物反应器(2)的静水位平齐；膜滤池(3)的底部与生物反应器底部平齐；膜滤池(3)内装有膜分离单元(16)，由若干个如图2所示的膜组件排列组成；膜分离单元(16)安装于膜滤池(3)内池水或污泥混合液的上部，如图2所示的膜组件自水面起向下布设，即膜组件的上集水管(23)管底刚好淹没在水面之下0至25cm水层中，膜组件的下集水管(24)管底视膜组件长度浸没入自水面至3.5米水深范围内的水层中；膜滤池鼓气管(9)部设在膜组件的下集水管(24)管底以下水层内。膜滤池鼓气管(9)为穿孔管。生物池鼓气管(13)可为穿孔管和微孔曝气元件，安装深度为生物池(2)液面下至生物池(2)池底水深范围内，通常与膜滤池鼓气管(9)安装深度相等。
本发明的工作原理是在大大降低分体式膜生物反应器中膜分离器单元上方的水深，减小鼓气冲洗膜组件时的多余水头，从而达到有效减小膜冲洗能耗的同时又大大减小了循环管的长度，提高了循环的效率、循环安全性，减低了材料的消耗，降低了工程建设费用。本技术限定图2所示的膜组件长度为1-3米。
本发明的分体式膜生物反应器的特点是：1、鼓气冲洗膜的能耗小；2、生物反应池(2)的静水位与膜滤池(3)的静水位保持一个水平，循环管(14)短利于生物反应池(2)与膜滤池(3)的水力循环，最大可能减小水循环能耗和建设费用；4、容易实现大规模膜生物反应器水处理系统和成套设备的建设；5、应用范围广，可与各种类型的生物反应器组合，不局限于活性污泥法，可以为生物膜法，如：氧化沟反应器、接触氧化法反应器、生物滤池等；6、容易实现对已有污水生物处理系统进行技术改造7、关闭阀门(15)便可以实现对膜滤池(3)中膜分离单元(16)的维护，如对图2所示的膜组件的在线清洗和更换，而不影响生物反应池(2)的运行状态。
附图说明    图1所示为本发明所述分置式膜生物反应器水处理技术工艺流程图。其中：1原水、2生物反应池、3膜滤池、4净水箱、5空气泵、6膜空气阀门、7膜空气流量计、8、膜滤池空气管、9膜滤池鼓气管、10生物空气阀门、11生物空气流量计、12生物池空气管、13生物池鼓气管、14循环管、15循环阀门、16膜分离单元、17出水管、18净化水泵、19净化水阀门、20净化水流量计、21净化水管、22隔板；26膜生物反应池，包括的各部分编号为：2、3、14、15、16；27鼓气单元，包括的各部分编号为：5、6、7、8、9、10、11、12、13；28出水单元包括的各部分编号为：4、17、18、19、20、21。
图2为本发明所述分体式膜生物反应器水处理技术所用膜组件的示意图。其中，23上集水管、24下集水管、25膜丝。
具体实施方式    经预处理过的污水(1)进入生物反应器(2)，生物反应器(2)内有活性污泥混合液，在生物池鼓气管(13)对活性污泥混合液鼓气，使其混合均匀和部分充氧后，进入经循环管(14)进入膜滤池(3)；本膜生物反应器所要鼓入的空气主要由膜滤池鼓气管(9)鼓入膜滤池(3)；膜滤池鼓气管(9)鼓气除了起到对膜清洗的作用外主要有给混合液充氧、气力提升混合液，使混合液在生物反应池(2)和膜滤池(3)之间形成循环的作用；空气由空气泵(5)经生物空气阀门(10)、生物空气流量计(11)、生物池空气管(12)通入生物反应器(2)的生物池鼓气管(13)；进行冲洗膜丝(25)的空气由空气泵(5)经膜空气阀门(6)、膜空气流量计(7)、膜滤池空气管(8)接入膜滤池(3)膜滤池鼓气管(9)。净化水通过图2所示的膜组件上方的水位与净化水管(21)在净水箱(4)出水口处的水位差和净化水泵(18)的抽吸作用，自膜分离单元(16)，经出水管(17)、净化水阀门(19)、净化水流量计(20)、净化水管(21)进入净水箱(4)。
实施例：一个规模为24m3/d居住区污水回用工程分别采用公知的浸没分体式膜生物反应器技术和本发明的分体式膜生物反应器技术初步的运行能耗分析和比较。
公知的浸没分体式膜生物反应器：生物反应器水深3m，膜组件长度为1m，即膜组件的上集水管(23)上沿至膜组件的下集水管(24)下沿的距离为1m。气水比为40∶1，即总鼓气量为40m3/h，处理水量1m3/h，鼓气压力约为30kPa，鼓气效率为0.44，冲刷膜组件能耗为0.70kW·h/m3，上水、净化出水等能耗0.3kW·h/m3，处理单位水量的能耗为1.0kW·h/m3。循环管存在积泥问题，设备造价7万元。
采用本发明的分体式膜生物反应器技术方案，即在膜滤池中采用浅水层中鼓气进行膜冲洗的分体式膜生物反应器技术。生物反应器水深3米，处理水量1m3/h，膜组件长度为1m，即膜组件的上集水管(23)上沿至膜组件的下集水管(24)下沿的距离为1m，膜分离单元鼓气水深1.2米。气水比为40∶1，即总鼓气量为40m3/h，鼓气压力为10kPa。鼓气机效率为0.44，冲刷膜组件能耗为0.25kW·h/m3，上水、净化出水能耗0.30kW·h/m3，处理单位水量的能耗为0.55kW·h/m3。减小能耗45％；由于减短循环管，生物反应池和膜滤池只是分隔制造而成，减少材料、制造和安装费0.8万元，设备造价6.2万元，减小工程费用11％以上；同时解决了循环管的积泥问题。
比较得出：本发明的分置式膜生物反应器技术方案，在生物反应池和膜滤池之间采用隔板法分隔，实现膜的分池安装；采用单根短循环管实现在膜滤池和生物反应池的水力循环；采用减小鼓气多余水压进行膜冲洗的方法减小鼓气能耗。单位污水处理能耗不仅比公知的浸没分体式膜生物反应器低40％-45％，是错流分体式膜生物反应器3.0-5.5kW·h/m3的1/7-1/13，还可减小工程费用11％以上；解决了积泥问题。更加提高了该技术在水处理中应用的经济实用性。

Claims (5)

1.一种分置式膜生物反应器，包括生物反应池(2)、膜滤池(3)、膜分离单元(16)、鼓气单元(27)、出水单元(28)；其特征在于，生物反应池(2)和膜滤池(3)在一个膜生物反应池(26)内由一隔板(22)分隔而成；隔板(22)顶部淹没在池水液面至25cm深度处，使反应池(2)和膜滤池(3)池水越过隔板(22)顶部连通；一根外部连接的循环管(14)使生物反应池(2)膜滤池(3)在池底部连通；循环管(14)上装有循环阀门(15)；膜滤池(3)中装有膜滤池鼓气管(9)和膜分离单元(16)；在膜滤池鼓气管(9)鼓气的作用下，膜滤池(3)水流跃过隔板(22)顶部回流至生物反应器(2)，再经循环管(14)返回膜滤池(3)，形成生物反应器(2)和膜滤池(3)之间的水力循环；生物反应池(2)中装有生物池鼓气管(13)对池水具有搅拌作用。
2.如权利要求1所述的分置式膜生物反应器，其特征在于所述的膜分离单元(16)由膜组件(23、24、25)排列组成；膜分离单元(16)安装于膜滤池(3)内池水的上部；膜组件上集水管(23)管底淹没在水面之下0至25cm水层中，膜组件下集水管(24)管底视膜丝(25)长度浸没入自水面至3.5米水深度范围内的水层中。
3.如权利要求1所述的分置式膜生物反应器，其特征在于所述的膜滤池鼓气管(9)为穿孔管，置于膜组件下集水管(24)管底以下水层内。
4.如权利要求1所述的分置式膜生物反应器，其特征在于所述的生物池鼓气管(13)为穿孔管和微孔曝气元件，安装在生物池(2)液面至池底水深范围内，通常与膜滤池鼓气管(9)安装深度等深。
5.如权利要求1所述的分置式膜生物反应器，其特征在于，所述的膜组件由上集水管(23)、下集水管(24)和膜丝(25)组成；所述膜丝(25)采用的为超滤膜或微滤膜。
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