CN1727289A - 膜生物反应器 - Google Patents

Abstract

一种膜生物反应器，包含至少一预过滤层、至少一生物膜单元，及至少一扰流装置，该预过滤层具有多数可供污水通过的第一过滤孔，该生物膜单元是与该预过滤层呈间隔设置，该生物膜单元是可供微生物附着生长，并具有多数可供污水通过且孔隙较该等第一滤孔小的第二过滤孔，及一出水口，该扰流装置是夹设于该预过滤层与该生物膜单元中间，而可扰动介于该预过滤层与该生物膜单元中间的污水。本发明的膜生物反应器具有流通量高、膜清洗方便，且可延长薄膜操作周期并降低成本的优点。

Description

膜生物反应器

【技术领域】

本发明是涉及一种污水处理装置，特别是涉及一种膜生物反应器。

【背景技术】

“膜生物反应器”(Membrane Bioreactor，下称MBR)，是一种结合生物处理和薄膜分离技术的污水处理装置，在处理的技术上是在原本布满微生物(污泥)反应槽内，另外增加生物膜组(可分为外挂式及内置式，以下有进一步的说明)，使进流水除了与反应槽内的微生物接触并进行分解反应外，并使混合液在足够的压力差驱动下通过生物膜组的薄膜，而产生过滤作用的处理水，污泥则被完全截留在反应槽内，换句话说，MBR是以薄膜代替一般生物程序的二级沉淀池，并以薄膜分离过程取代活性污泥法的重力沉降过程，所以可得到水质良好的出流水。

由于MBR处理系统具有可处理高浓渡污泥变化、固液分离效果佳、可减少处理槽体积及污泥产量...等优点，所以自80年代以来，已有多家业者开发出不同类型的商业化产品，其中以加拿大的ZENON公司及日商KUBOTA公司有较多的应用，ZENON公司所采用薄膜为中空纤维薄膜(hollow fiber membrane)，其单位体积内具有较大的截污表面积，而KUBOTA公司则采用平板式薄膜(flat sheet membrane)，其相关专利可见诸于美国第5,401,400、5,482,652、5,098,566号等专利案。

虽然MBR具有上列的诸多优点，但不管采用中空纤维薄膜或平板式薄膜的设计皆非完善，其仍有下列问题产生：

一、薄膜易堵塞：由于须面对不同污泥所形成的大量微生物与胶羽，使得薄膜容易堵塞。

二、成本偏高：也因为薄膜容易堵塞，使得处理水的流通量偏低，因此只能借由增加生物膜组数量，以提高薄膜表面积来因应，相对使得膜的设置成本偏高。

三、清洗不易：对于某些膜组(如中空纤微薄膜)，不易清洗，且清洗薄膜也会造成停机的损耗。

此外，MBR依其薄膜单元的安装位置主要可区分为“外挂式”(又称支流式)及“内置式”(又称浸入式)两大类。如图1所示，即为一种外挂式的膜生物反应器1，其具有一安装于一反应槽101外的薄膜单元102，该外挂式膜生物反应器1是将反应槽101内的污水在高速流速下，利用泵将污水抽送至该薄膜单元102内，以进行循环过滤。再如图2所示，即为一种内置式膜生物反应器2，其具有一安装于一反应槽201内的薄膜单元202，该内置式膜生物反应器2是利用从该薄膜单元202内侧吸取污水，而以负压方式使污水从外而内穿过该薄膜单元202，而进行污水的过滤。

实务而言，该外挂式膜生物反应器1因采槽外另加的设计回路，所以较占空间，且由于其采用正压横流(cross-flow，即悬浮液流动方向与薄膜表面平行)方式操作，因此会比较耗能，虽然该外挂式膜生物反应器1的维修较为方便，但由于为了得到较高流通量而使得膜容易积垢，需经常进行清洗，操作成本较高。相反地，由于该内置式膜生物反应器2是将薄膜直接浸没于曝气槽内，除了较不占空间，且因薄膜表面积较大、较不耗能，但其流通量较低，且需将该薄膜单元202移进、移出进行清洗，在实际使用时也相当不便。显然，外挂式及内置式MBR各有其优缺点所在，然而一般的研究及改善案仍只限于提高其流通量，致使操作费用无法降低，此为MBR仍推广不易的主因，其实际改善重点应着重于，如何于高流通量(flux)下维持薄膜表面不易被污堵(fouling)，以延长薄膜操作周期，此已成为目前MBR技术极待突破、解决的课题。

【发明内容】

本发明的目的在于涉及一种流通量高、膜清洗方便，且可延长薄膜操作周期并降低成本的膜生物反应器。

本发明的一种膜生物反应器，其特征在于：包含一处理槽、至少一预过滤层、至少一可供微生物附着生长的生物膜单元，及至少一扰流装置，

该处理槽，具有一容置污水的容置空间；

该预过滤层，装设于该容置空间内，具有多数可供污水通过的第一过滤孔；

该生物膜单元，是与该预过滤层呈间隔设置，该生物膜单元具有多数可供污水通过的第二过滤孔，及一出水口；及

该扰流装置，是夹设于该预过滤层与该生物膜单元中间，而可扰动介于该预过滤层与该生物膜单元中间的污水。

所述的膜生物反应器，其特征在于：

该处理槽更具有一底壁及数个形成于该底壁上的打气孔，而该扰流装置具有数个互呈平行间隔设置的垂直立板及多数间隔交错地设置于任两相邻的垂直立板的相对面上的扰流片，该扰流片是位于该打气孔上方，从该等打气孔产生的气泡可冲击该等扰流片而扰动介于该预过滤层与该生物膜单元中间的污水。

所述的膜生物反应器，其特征在于：

该处理槽更具有一底壁及至少一形成于该底壁上的抽水孔，该生物膜单元更具有一供微生物附着生长的薄膜及一装设于该薄膜内而支撑该薄膜的网状支撑层，该第二过滤孔与该出水口是形成于该薄膜上，且该出水口是与该抽水孔连接。

所述的膜生物反应器，其特征在于：

该预过滤层是由海绵、无纺布、聚乙烯、聚丙烯聚合树脂其中至少一种材料所制成的多孔性滤网，并且，该预过滤层的第一过滤孔的内径是大于该生物膜单元的第二过滤孔的内径。

所述的膜生物反应器，其特征在于：

更包含有一加压浮除装置，该加压浮除装置是装设于该处理槽的一侧，可对该容置空间内的污水施打气泡，使污水中较大的悬浮微粒，可借着气泡的浮力而浮升在污水的液面，以利于刮除。

本发明的一种膜生物反应器，包含至少一预过滤层，及至少一生物膜单元，其特征在于：

该预过滤层，具有多数可供污水通过的第一过滤孔；及

该生物膜装置，具有一壳体、二装设于该壳体内而供微生物附着生长的生物膜单元，及一夹设于该二生物膜单元中间而可扰动介于该等生物膜单元中间的污水的扰流装置，该二生物膜单元分别具有多数可供污水通过的第二过滤孔，及一出水口，当经该预过滤层过滤的污水输送到该壳体内时，再经该二生物膜单元过滤，而从该生物膜单元的出水口排出该壳体。

所述的膜生物反应器，其特征在于：

更包含一处理槽，该处理槽具有一供污水容置的容置空间，该预过滤层是装设于该容置空间内。

所述的膜生物反应器，其特征在于：

该壳体具有至少一供污水进入并位于该扰流装置下方的入口，及二分别与该二生物膜单元的出水口连接的出口。

所述的膜生物反应器，其特征在于：

该扰流装置具有数互呈平行间隔设置的垂直立板，及多数间隔交错地设置于任两相邻的垂直立板的相对面上的扰流片，该扰流装置的扰流片是位于该入口上方。

所述的膜生物反应器，其特征在于：

该二生物膜单元更分别具有一供微生物附着生长的薄膜及一装设于该薄膜内而支撑该薄膜的网状支撑层，该二生物膜单元的第二过滤孔与出水口是分别形成于该薄膜上。

【附图说明】

下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明：

图1是一组合局部剖视图，说明一种以往外挂式的膜生物反应器；

图2是一组合局部剖视图，说明一种以往内置式的膜生物反应器；

图3是一组合剖视图，说明本发明的膜生物反应器的第一较佳实施例；

图4是一立体图，说明该第一较佳实施例的一扰流装置；

图5是一组合剖视图，说明本发明的膜生物反应器的第二较佳实施例；

图6是一局部放大剖视图，说明一生物膜装置；及

图7是一组合剖视图，说明本发明的膜生物反应器的第三较佳实施例。

【具体实施方式】

如图3、图4所示，本发明膜生物反应器的第一较佳实施例，包含一处理槽10、一预过滤层20、一生物膜单元30、一扰流装置40及一加压浮除装置70。

该处理槽10具有一可供污水容置的容置空间11，及一底壁12。该容置空间11具有一可供污水进行浮除处理(下有详细说明)的第一区111，及一与该第一区111连通的第二区112。该预过滤层20、该生物膜单元30与该扰流装置40于本实施例中，是装设于该第二区112内，而属于一内置式的MBR系统。该底壁12具有数个位于该扰流装置40下方的打气孔121(图3的剖视图只能见一打气孔121)，及一位于该生物膜单元30下方的抽水孔122。

该预过滤层20是可拆卸地装设在该处理槽10内，而具有多数可供污水通过的第一过滤孔21(为微细滤孔，图式并未特别明显示出)。在本实施例中，该预过滤层20是采用孔隙尺寸较大(孔隙大小约为50～200μm)的海绵、无纺布、聚乙烯、聚丙烯聚合树脂等其中一种，或任一种以上组合所制成的多孔性滤网。

该生物膜单元30是与该预过滤层20呈间隔设置，具有一可供微生物附着生长且孔隙大小约为0.01～0.4μm的薄膜31(本实施例为PVDF制成，俗称UF膜)、一装设于该薄膜31内而可支撑该薄膜31的网状支撑层32、多数形成于该薄膜31上而可供污水通过的第二过滤孔33(为微细滤孔，图式并未特别明显示出)，及一与该薄膜31内部连通并延伸至该抽水孔122内的出水口34。在本实施例中，该预过滤层20的第一过滤孔21的内径是大于该生物膜单元30的第二过滤孔33的内径。

该扰流装置40是夹设于该预过滤层20与该生物膜单元30中间，具有数互呈平行间隔设置的垂直立板41、多数呈间隔交错地设置于任两相邻的垂直立板41的相对面上的水平扰流片42，及数对应该等打气孔121的通孔43。当该预过滤层20、该生物膜单元30与该扰流装置40装设于该容置空间11的第二区112内时，该扰流装置40的水平扰流片42是位于该等打气孔121上方。

该加压浮除装置70，是装设于该处理槽10一侧，且对应于该容置空间11的第一区111，可对该第一区111内的污水施打气泡，使污水中较大的悬浮微粒，可借着气泡的浮力而浮升在污水的液面，以利于刮除。

如图3所示，当污水经该第一区111的加压浮除装置70的浮除处理，以及该第二区112内的该预过滤层20初步过滤后，已可筛除污水中大部份较大颗粒的SS(悬浮微粒)，接着，当污水穿透该预过滤层20进而流动至该预过滤层20与该生物膜单元30中间，此时，从该等打气孔121打出的气泡可冲击该等水平扰流片42而扰动介于该预过滤层20与该生物膜单元30中间的污水，如此，扰动的污水即会同时扰动该预过滤层20与该生物膜单元30的薄膜31，除了可以降低污水中的悬浮物附着于该薄膜31的外表面上，也可形成一反向冲击该预过滤层20的逆向回流，使悬浮物也不易积附于其上，而，污水再经该薄膜31进一步过滤后，并穿透至该薄膜31内，而成为过滤作用的处理水，最后从该出水口34被吸出外部蓄积利用。

经由以上的说明，再将本发明的优点归纳如下：

一、本发明是利用该预过滤层20先初步过滤掉污水中大部份的SS(悬浮微粒)，然后再使污水流经该生物膜单元30，因此，本发明可有效减少悬浮物附着于该生物膜单元30的薄膜31上，以降低该薄膜31的污堵，如此，与以往技艺相较，本发明能在高流通量的情形下，仍可大幅降低该生物膜单元30的薄膜31的清洗频率，而延长该薄膜31的操作周期。

二、此外，本发明的预过滤层20是以海绵或无纺布等低成本的材质制成，因此，当该预过滤层20不堪使用时，使用人员即可直接将该预过滤层20抽换更新，而不需再费时费力地清洗污堵的预过滤层20。

三、其次，本发明的扰流装置40可对介于该预过滤层20与该生物膜单元30中间的污水形成扰动作用，而进一步扰动该预过滤层20与该生物膜单元30的薄膜31，以避免污水中的悬浮物附着于该预过滤层20与该薄膜31上，因此，本发明更可进一步延长该预过滤层20与该薄膜31的使用时间，并进一步降低该薄膜31的清洗频率。

四、板框式的UF薄膜材质采用PVDF高分子材料制造，具有不粘结污泥、耐化学性，及可拆解清洗的优点。

如图5、图6所示，为本发明的膜生物反应器的第二较佳实施例，该第二较佳实施例是类似于该第一较佳实施例，其差异处在于：

该第二较佳实施例包含一前处理槽60及一生物膜装置50。

该前处理槽60是装设于该处理槽10之前，并与该处理槽10连通。

该处理槽10具有一可供污水容置的容置空间11，该预过滤层20是装设于该容置空间11内，而将该容置空间11分隔为一可供污水进行初步浮除处理的第一区111，及一第二区112。

该预过滤层20同样具有多数可供污水通过的第一过滤孔21中。

该生物膜装置50，是配设在该处理槽10外(即本实施例是属于外挂式MBR系统)，该生物膜装置50具有一壳体51、二装设于该壳体51内而可供微生物附着生长的生物膜单元52，及一夹设于该等生物膜单元52中间而可扰动介于该等生物膜单元52中间的污水的扰流装置53。

该壳体51具有数可供污水进入并位于该扰流装置53下方的入口511，及二分别位于该等生物膜单元52上方的出口512。

该等生物膜单元52均具有一可供微生物附着生长的薄膜521、一装设于该薄膜521内而可支撑该薄膜521的网状支撑层522、多数形成于该薄膜521上而可供污水通过的第二过滤孔523(为微细滤孔，图式并未特别明显示出)，及一与该薄膜521内部连通并延伸至该出口512内的出水口524。在本实施例中，该预过滤层20的第一过滤孔21的内径是大于该生物膜单元52的第二过滤孔523的内径。

该扰流装置53的结构是相同于该扰流装置40，而具有数互呈平行间隔设置的垂直立板(图未示)、多数间隔交错地设置于任两相邻的垂直立板的相对面上的水平扰流片531，及数对应该等入口511的通孔532(图5的剖视图只能见一通孔532)。当该等生物膜单元52与该扰流装置53装设于该壳体51内时，该扰流装置53的水平扰流片531是位于该等入口511上方。

如图5所示，当污水经该预过滤层20初步过滤后，污水可穿透该预过滤层20而流动至该容置空间11的第二区112内，然后，污水即可从该第二区112经该等入口511而被抽送至该生物膜装置50的壳体51内，此时，从该等入口511往上喷出的水流可冲击该等水平扰流片531而扰动介于该等生物膜单元52中间的污水，如此，污水即会同时扰动该等生物膜单元52的薄膜521，而减少污水中的悬浮物附着于该等薄膜521上，而，当污水再经该等薄膜521进一步过滤后，即可穿透至该等薄膜521内而从该等出水口524被抽出。此外，本实施例也可进行逆洗的清洁薄膜作业，即，使水流反向从该等出水口524灌入该等生物膜单元52内，如此，当清洁水由内而外泵送到该等薄膜521内后，积附在薄膜521表面上的SS即可被反向冲除出，进而经该等入口511而反向流动至该第二区112内(或另以管路排出外界)，以达到逆洗该预过滤层20的作用。

如图7所示，为本发明的膜生物反应器的第三较佳实施例，该第三较佳实施例是类似于该第一较佳实施例，其差异处在于：该第三较佳实施例是包含数依序叠接于该预过滤层20后方的生物膜单元30及扰流装置40，且，该等扰流装置40的扰流片44的横截面是呈V字形。如此，该第三较佳实施例也可达到与上述第一较佳实施例相同的目的与功效。

归纳上述，本发明的膜生物反应器，不但预过滤层20的成本低廉而可利于抽换更新，并可延长生物膜单元30、52的使用时间而可有效降低生物膜单元30、52的清洗频率，而可便于实际使用，所以确实能达到发明的目的。

Claims (10)

1.一种膜生物反应器，其特征在于：包含一处理槽、至少一预过滤层、至少一可供微生物附着生长的生物膜单元，及至少一扰流装置，

该处理槽，具有一容置污水的容置空间；

该预过滤层，装设于该容置空间内，具有多数可供污水通过的第一过滤孔；

该生物膜单元，是与该预过滤层呈间隔设置，该生物膜单元具有多数可供污水通过的第二过滤孔，及一出水口；及

该扰流装置，是夹设于该预过滤层与该生物膜单元中间。

2.如权利要求1所述的膜生物反应器，其特征在于：

该处理槽更具有一底壁及数个形成于该底壁上的打气孔，而该扰流装置具有数个互呈平行间隔设置的垂直立板及多数间隔交错地设置于任两相邻的垂直立板的相对面上的扰流片，该扰流片是位于该打气孔上方。

3.如权利要求1所述的膜生物反应器，其特征在于：

该处理槽更具有一底壁及至少一形成于该底壁上的抽水孔，该生物膜单元更具有一供微生物附着生长的薄膜及一装设于该薄膜内而支撑该薄膜的网状支撑层，该第二过滤孔与该出水口是形成于该薄膜上，且该出水口是与该抽水孔连接。

4.如权利要求1所述的膜生物反应器，其特征在于：

该预过滤层是由海绵、无纺布、聚乙烯、聚丙烯聚合树脂其中至少一种材料所制成的多孔性滤网，并且，该预过滤层的第一过滤孔的内径是大于该生物膜单元的第二过滤孔的内径。

5.如权利要求1所述的膜生物反应器，其特征在于：

更包含有一对该容置空间内的污水施打气泡的加压浮除装置，该加压浮除装置是装设于该处理槽的一侧。

6.一种膜生物反应器，包含至少一预过滤层，及至少一生物膜单元，其特征在于：

该预过滤层，具有多数可供污水通过的第一过滤孔；及

该生物膜装置，具有一壳体、二装设于该壳体内而供微生物附着生长的生物膜单元，及一夹设于该二生物膜单元中间而可扰动介于该等生物膜单元中间的污水的扰流装置，该二生物膜单元分别具有多数可供污水通过的第二过滤孔，及一出水口，当经该预过滤层过滤的污水输送到该壳体内时，再经该二生物膜单元过滤，而从该生物膜单元的出水口排出该壳体。

7.如权利要求6所述的膜生物反应器，其特征在于：

更包含一处理槽，该处理槽具有一供污水容置的容置空间，该预过滤层是装设于该容置空间内。

8.如权利要求6所述的膜生物反应器，其特征在于：

该壳体具有至少一供污水进入并位于该扰流装置下方的入口，及二分别与该二生物膜单元的出水口连接的出口。

9.如权利要求6所述的膜生物反应器，其特征在于：

该扰流装置具有数互呈平行间隔设置的垂直立板，及多数间隔交错地设置于任两相邻的垂直立板的相对面上的扰流片，该扰流装置的扰流片是位于该入口上方。

10.如权利要求6所述的膜生物反应器，其特征在于：

该二生物膜单元更分别具有一供微生物附着生长的薄膜及一装设于该薄膜内而支撑该薄膜的网状支撑层，该二生物膜单元的第二过滤孔与出水口是分别形成于该薄膜上。

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