专利名称：陶瓷膜管生物反应分离系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种陶瓷膜管生物反应分离系统，用于各种需要进行生物化学反应并进而对反应物进行分离的各种领域，如通过生化反应降解有机物的污水净化处理领域、通过发酵或生化反应生产、浓缩、富集、提纯生物制剂及生物药品等领域。
膜与生物耦合反应是近年来正在开发的一种高新技术，它可广泛应用于各种需要微生物、细胞蛋白质等生命体或大分子物质参与的物理和化学过程，例如各种水体系和地表水的净化处理；工农业生产中产生的污水的降解处理和达标排放；饮用水的净化处理和预处理；生物化学反应生产、浓缩、富集、提纯生物制剂及生物药品等领域。在环境保护、生物工程、化学工程各领域中具有重要经济价值和社会效益。目前见于报导的膜与生物耦合反应系统尚存在不足之处是膜组件多采用有机高分子膜，机械强度低，通量小，处理量小，易受微生物及酸碱体系的腐蚀，化学稳性差，使用寿命短；系统采用正压操作，物料需经泵增压后送达膜面进行分离，致使膜污染严重，膜孔堵塞导致过滤通量减小，不能长期稳定操作，加之泵对流体产生的剧烈搅动容易恶化反应条件，导致生命体失活或死亡，影响反应效果；直接向反应器内曝气，能耗大，还容易破坏生化反应体系的稳定性。
本发明的目的是提供一种陶瓷膜管生物反应分离系统，它能克服现有同类系统的缺点，使系统更适合于生化反应及分离的需要，可以提高膜通量，防止膜污染，确保系统的稳定操作，使之适合于工业化应用。
本发明陶瓷膜管生物反应分离系统含有生化反应器和膜分离器，以管路连成循环回路，系统设有曝气装置，反应器内可设置有机或无机填料、塔板、筛板。所说的膜分离器是由膜管和壳体组成，膜管与壳体之间设有隔层空间，膜管为内壁载有一层烧结多孔膜的陶瓷管，该陶瓷管可以是多通道或单通道，多孔膜的平均孔径为5纳米～10微米，可根据需要选择材质为氧化铝或氧化锆、氧化钛、氧化硅的多孔膜，膜管为循环管路的组成部分，膜分离器的滤液出口管连有负压抽吸装置，使系统处于负压状态，管内液体径向透过管壁并输出收集或排放。本发明的曝气装置可以是与膜分离器相连的压力气源，通过该压力气源向膜管径向反冲曝气，提供生化反应所需的空气或其它气体，同时冲脱膜表面的污染物。上述反冲过程间歇进行，反冲时，负压抽吸装置停止工作，二者通过阀门切换，反冲曝气的时间间隔及反冲过程的持续时间根据生化反应的需氧量而定。本发明中，循环介质在膜管内由下向上流动，曝气装置可以是设在膜管下端的导气管，导气管的喷头向膜管内曝入生化反应所需的空气或其它气体，曝入的气体分散成小气泡在膜管内上升并溶入介质中参与生化反应。后一方案中，膜分离器也可与一个反冲压力源相连，此时该压力源仅为了对膜管适时反冲，消除膜污染，可以是压力气体，也可以是压力液体。
本发明系统采用的无机膜，膜通量大，机械强度高，适应大处理量的工业化应用，膜的化学稳定性好，在生化反应的酸碱介质中不会被腐蚀；本发明采用真空抽吸的负压操作代替现有系统的正压操作，循环回路中无需设泵，节省能耗，并确保系统的反应在较温和及稳定的条件下进行，利于菌胶团的生长繁殖；本发明采用对膜管适时加压反冲曝气，曝入气体压力高，溶入量大，且传质效率高，速度快。同时又能使附着在膜管内壁的污染物脱落，确保滤孔畅通；此外，本发明在膜管下端设置曝气管，气泡在膜管内气升的过程中伴有气拌效应，能防止介质中的污染物在膜表面沉积，大大改善膜污染现象，连续上升的气泡在回路中形成介质密度差，该密度差使介质达到连续稳定地循环流动的结果。可见，本发明设计的膜管生化反应分离系统提高了生化反应系统的稳定性，解决了膜污染问题，膜强度高，通量大，能耗低，适于工业化推广。
下面结合
本发明系统的二个流程实施例及膜管分离器结构。
图1是设置反冲曝气系统的本发明陶瓷膜管生物反应分离系统的流程图。
图2是设置气升曝气系统的本发明陶瓷膜管生物反应分离系统的流程图。
图3是膜管分离器的结构示意图，图4是膜管横截面结构实施例示意图。
图1实施例中，生化反应器1与膜管分离器2连成循环回路，反应器内的介质通过阀F1、F4、流量计L1、膜管分离器2，经阀F2回反应器并不断循环流动，图中D1是进料阀，LS是液位控制器。膜管分离器的输出管与真空泵6相连，当介质流经膜管时，在负压抽吸作用下，介质中的液体径向透过膜管，实现固液分离。分离出的液体经阀D2输出，入集液罐3收集。图中标号4是真空缓冲罐。图1流程中，分离器2可通过阀D3由空压机7-1(也可采用气体钢瓶8-1)输入压力气体，向膜管反冲曝气，反冲气体进入循环回路后即可参与生化反应。同时反冲脱附在滤膜上的污染物，避免膜孔堵塞。反冲管路中还设有气压缓冲罐10。
图2实施例中增设气升式曝气管9，该曝气管9通过空压机7-2(或气体钢瓶8-2)向分离器2的膜管内曝气，向系统提供生化反应所需的气体，气体自下向上通过喷头分散成微泡的形式曝入膜管内，它可对膜管内介质形成气拌，防止固体物沉积在膜面，减轻对滤膜的污染。曝气管路上还设有气压缓冲罐5和流量计L2。图2中的阀D3连接反冲装置。本例由于膜管内的微泡气升作用使膜污染减小，因此可减少反冲操作，甚至无需反冲。
膜管分离器2的结构见图3，膜管2-1与壳体2-2之间是隔层空间2-3，膜管2-1的上下两端分别以接头2-4和2-5与循环管路相连接，壳体设有液体输出接管2-7和反冲气输入接管2-6；膜管2-1可以是单通道管或多通道陶瓷管。图3中，膜分离器的下端管路10内伸入一个气升管11，气升管的喷头11-1向膜管内曝气，12是气泵。图4表示多通道膜的横截面结构，如图4所示，膜管2-1含有多个通道2-1-1，各通道的内壁载有一层烧结多孔膜2-1-2，它的材质是氧化铝或氧化锆、氧化钛、氧化硅，(见A部)。反应质介在通道内轴向流动，其中的液体径向透过多孔膜2-1-2及支撑层2-1-3，二者呈错流流动。
下面提供本发明的应用实施例。
实施例生活污水的降解净化处理处理前污水COD为450毫克/升，氨氮含量20毫克/升，黑色，浊度2000NTU，有明显恶臭味。
反应器内加入20升污水至一定的液面，系统工作时，按85毫升/小时向反应器连续进水，每1000毫升污水中加入5克菌胶团，并滴加生物酸或生物碱，调节pH值，使其保持中性，反应温度保持室温20℃左右。分离器采用内壁载有一层烧结多孔膜的膜管组件，多孔膜的材质是氧化锆。开启真空泵，抽吸负压在0.1Mpa以下。采用图1系统时，每20分钟启动一次空压泵进行反冲曝气，每次持续15秒，反冲压力0.5MPa，反冲时，将真空泵关闭；若采用图2系统，导气管的气泵连续供气，气泵压力0.02MPa，气升循环连续进行，气升流量为3升/分钟。
本实施例处理后的出水COD为2-50毫克/升，氨氮量降至0.02-0.1毫克/升，无色透明，浊度小于4NTU，无异味。
权利要求
1．陶瓷膜管生物反应分离系统，含有生化反应器和膜分离器，以管路连成循环回路，系统设有曝气装置，其特征是所说的膜分离器是由膜管和壳体组成，膜管与壳体之间设有隔层空间，膜管为载有烧结多孔膜的陶瓷管，膜管为循环管路的组成部分，膜分离器的滤液出口与负压抽吸装置相连，呈负压操作。
2．根据权利要求1所述的陶瓷膜管生物反应分离系统，其特征是所说的曝气装置是与膜分离器相连的压力气源，通过该压力气源向膜管径向反冲曝气。
3．根据权利要求1所述的陶瓷膜管生物反应分离系统，其特征是所说的循环回路的介质在膜管内由下向上流动，所说的曝气装置是设置在膜管下端的向上曝气的导气管，导气管的喷头向膜管内曝入生化反应所需的气体。
4．根据权利要求3所述的陶瓷膜管生物反应分离系统，膜分离器连有用于反冲的压力源。
5．根据权利要求1或2或3或4所述的陶瓷膜管生物反应分离系统，其特征是陶瓷膜管可以是多通道或单通道。
6．根据权利要求5所述的陶瓷膜管生物反应分离系统，其特征是多孔膜的平均孔径为5纳米～10微米，多孔膜的材质可以是氧化铝或氧化锆、氧化钛、氧化硅。
全文摘要
本发明涉及一种陶瓷膜管生物反应分离系统,含有连成循环回路的生化反应器和膜管分离器,膜管为内壁载有一层烧结多孔膜的陶瓷管,膜管为循环管路的组成部分,膜分离器通过真空泵呈负压操作,膜分离器还与压力气源相连,通过该压力气源向膜管径向反冲曝气,或设置气升式曝气管,曝入气体以气泡形式在膜管内上升并溶入介质中。本系统负压操作,无需设泵,反应温和,反冲曝气及气升式曝气可有效解决膜污染的问题。适于工业化推广。
文档编号C02F3/20GK1310138SQ01108189
公开日2001年8月29日 申请日期2001年4月9日 优先权日2001年4月9日
发明者徐南平, 徐农, 邢卫红 申请人:南京化工大学