专利名称：无泡供氧膜生物反应器的制作方法
技术领域：
本发明属于膜生物反应器领域，特别涉及一种无泡供氧膜生物反应器装置。
背景技术：
膜生物反应器中的活性污泥浓度较高，可达到几个至几十个g/L，活性污泥中的好氧微生物对氧需要量大。传统的鼓泡式供氧系统，以气泡形式在搅拌中向液相扩散供氧，由于气泡较大，在液相中停留时间短，其中大部分氧随气泡逸出水面，降低了传氧效率。为了提高传氧效率，人们开发了中空纤维无泡式供氧曝气系统，并把它应用在膜生物反应器中，即无泡供氧膜生物反应器。
在先的无泡供氧膜生物反应器，生物反应器为开放式，对于要求纯菌条件或存在有挥发性有害气体的水处理是不适合的。(柴晓利，赵由才.膜生物反应器处理生活污水无泡供氧的研究。上海环境科学，2001，Vol.20，No.10482-483)在供氧膜组件的设计上主要有固定式、漂浮式两种型式。固定式无泡供氧膜组件，将中空纤维的两端都固定在膜组件内，不能自由移动，此种膜组件虽然制造比较方便，但是膜容易堵塞，堵塞后清洗也比较麻烦。漂浮式无泡供氧膜组件，将中空纤维的一端固定在膜组件内，封死的另一端不作固定，纤维在水中自由漂动，纤维—纤维之间相互作用，使膜具有自净功能，减清了膜的污染。(Voss M A.Long-term performance of parallel flow，bubbleless，hollow fibermembrane aerators.Water Environ.Res.，1999，7123-30)。在先的漂浮式无泡供氧膜组件制作复杂，工艺要求及成本高不适于大规模生产。
本发明的目的在于提供一种适用于纯菌条件或特殊状态下的无泡供氧膜生物反应器。
本发明无泡供氧膜生物反应器(参见图1)，包括生物反应器单元(1)、膜单元、氧气瓶(4)、循环泵(8)、蠕动泵(5)、气体流量计(3)、液体流量计(7)、净水箱(6)、阀门(11)。膜单元包括供氧膜组件(2)、水分离膜组件(10)、排气膜组件(12)。生物反应器单元为密闭的圆柱型筒。在生物反应器内用于回流液进水口处安装了一个可任意调整扭转角度的弯管(18)。
膜组件设计为可拆卸式，便于膜的更换和清洗。膜组件由带膜丝的有机玻璃小管(13)、底座(14)与组件外壳(15或16)组成，三者之间由螺纹连接。带有膜丝的有机玻璃小管(13)通过螺纹安装在底座(14)上，底座再通过螺纹装在膜组件外壳(15或16)的安装口上，形成完整的膜组件。供氧、排气膜采用疏水性中空纤维微孔膜，水分离膜采用亲水性中空纤维微孔膜。供氧、水分离膜组件圆柱形外壳顶部有循环出水口(19)，外壳侧面有一个垂直于外壳的循环入水管(21)。供氧、水分离膜组件的循环入水口(20)、出水口(19)分别与循环管路相连。供氧膜组件的底座有一进气口(22)，与气体流量计(3)，氧气或空气瓶连接。水分离膜组件的底座有一净化水出口(22)，与出水蠕动泵(5)、液体流量计(7)、净水箱(6)相连。有机玻璃小管(13)在安装入供氧、水分离膜组件后，小管的顶部与循环入水管(21)外壁上顶平齐。排气膜组件的顶部有废气进口(23)，与生物反应器(1)相连。底部有废气排出口(24)。与供氧膜组件、水分离膜组件不同，排气膜组件的侧面没有循环入水口(20)。排气膜组件放置在生物反应器外。
本发明的无泡供氧膜生物反应器的工作原理如下系统运转，生物反应器内的活性污泥在循环泵的作用下，进入水分离膜组件，被水分离膜截留的回流污泥流入供氧膜组件，吸收了由膜壁或膜壁上的微孔扩散而来的氧气后，循环回到生物反应器继续生物化学反应。净水在蠕动泵的作用下，透过水分离膜，流入净水箱内。调节反应器内的进水弯管至一定角度，液体倾斜喷射在管壁，在反应器外循环泵力的作用下，液体沿着管壁迅速旋转，反应器内的气体被挤到反应器的中央，从反应器顶部由排气膜组件排出反应器外。液体、气体运动位置，运动方向不同，从而气、液达到有效分离。
本发明的无泡供氧膜反应器由于生物反应器是在密闭条件下工作，可以满足纯菌培养或特殊条件下的水处理需要。液体在生物反应器中旋转产生的离心力使液体得到搅拌，高度分散，而且使液体与反应器内产生的废气分离。
供氧、排气、水分离膜组件的制作简单，利于大规模生产，降低成本。运行一段时间后，将带膜丝的有机玻璃小管取出，可以对膜丝进行清洗和更换。供氧、水分离膜组件内有机玻璃小管的顶部与循环入水管外壁上顶平齐，液体进入膜组件，在水力的作用下，膜丝在与水流平行方向上四散漂动，减少污泥在膜丝表面的沉积，减轻膜污染。排气膜不直接放置在反应器中，防止了混合液对气体膜的污染，保证气体膜排出废气的高效率。
图1.本发明无泡供氧膜生物反应器的工艺流程图；图2.本发明无泡供氧膜生物反应器的供氧、水分离膜组件的侧视图；图3.本发明无泡供氧膜生物反应器的排气膜组件的侧视图；图4.本发明无泡供氧膜生物反应器的供氧、水分离膜组件的俯视5.本发明无泡供氧膜生物反应器的供氧、水分离、排气膜组件的有机玻璃小管、底座侧视图；图6.本发明无泡供氧膜生物反应器的供氧、水分离膜组件外壳侧视图；图7.本发明无泡供氧膜生物反应器的排气膜组件外壳侧视图；图8.本发明无泡供氧膜生物反应器的生物反应器的侧视图。
附图标记1.生物反应器 2.供氧膜组件 3.气体流量计 4.氧气瓶 5.蠕动泵 6.净水箱 7.液体流量计 8.循环泵 9.压力表 10.水分离膜组件 11.阀门 12.排气膜组件 13.有机玻璃小管 14.底座 15.供氧、水分离膜组件外壳 16.排气膜组件外壳 17.膜丝 18.弯管 19.循环出水口 20.循环入水口 21.循环入水管 22.氧气进气口(或净化水出口) 23.废气进口 24.废气排出口具体实施例将生物反应器单元、供氧膜组件、排气膜组件、水分离膜组件、循环泵、蠕动泵、气体流量计、液体流量计、阀门、氧气瓶、压力表、净水箱按图1安装好装置。装置运转后，生物反应器中的活性污泥在循环泵的作用下，从水分离膜组件侧面的循环入水口进入膜组件，被水分离膜截留的回流污泥，从水分离膜组件的顶部循环出水口流出，由供氧膜组件的侧面循环入水口，流入供氧膜组件，吸收氧气后，从供氧膜组件顶部的循环出水口出来，重新回到反应器中继续生物化学反应。净水在蠕动泵的作用下，透过水分离膜，流入净水箱内。将反应器内用于回流污泥进入的进水弯管调整到一定角度，在循环泵的作用下，液体沿着管壁迅速旋转流下，反应器内所产生的废气被挤到管的中央，从反应器顶部由反应器外的排气膜组件排出反应器外。
供氧、水分离膜组件由带有外螺纹的有机玻璃小管、底座和膜组件外壳组成。排气膜组件由带有外螺纹的有机玻璃小管、底座和膜组件外壳组成。将长短一致的一束膜丝一端封死，没有封死的一端用环氧树脂封装在有机玻璃小管中，再将带有膜丝的有机玻璃小管旋入有内螺纹的有机玻璃底座，底座再通过螺纹装在膜组件外壳的安装口上就形成完整的供氧、排气、水分离膜组件。运行一段时间后，可将带有膜丝的有机玻璃小管取出，清洗或更换膜丝，膜的维护十分方便。
系统运行过程中，定期测定生物反应器中溶解氧浓度，溶解氧浓度稳定在2-3mg/L。对出水水质进行测定，水质澄清，出水COD＜50mg/L。
权利要求
1.一种无泡供氧膜生物反应器，包括生物反应器单元、膜单元、氧气瓶、循环泵、蠕动泵、气体流量计、液体流量计、净水箱、阀门。膜单元包括供氧膜组件、水分离膜组件、排气膜组件。其特征在于生物反应器单元是密闭的圆柱型筒。反应器内用于回流液进水口处安装有一个可任意调整扭转角度的弯管。
2.根据权利要求1所述的供氧、排气、水分离膜组件，其特征在于膜组件由带膜丝的有机玻璃小管、底座与圆柱形外壳组成，三者之间由螺纹连接。带膜丝的有机玻璃小管通过螺纹安装在底座上，底座再通过螺纹装在膜组件外壳的安装口上，成为完整的膜组件。
3.根据权利要求1所述的供氧膜组件、水分离膜组件，其特征在于膜组件圆柱形外壳顶部有循环出水口，外壳侧面有一个垂直于外壳的循环入水管，有机玻璃小管在安装入膜组件后，小管的顶部与循环入水管的外壁上顶平齐。
4.根据权利要求1所述的供氧膜组件，其特征在于膜丝采用疏水性中空纤维微孔膜。膜组件底座有一进气口，与气体流量计、氧气或空气瓶连接。顶部的循环出水口、侧面的循环入水口与循环管路连接。
5.根据权利要求1所述的水分离膜组件，其特征在于膜丝采用亲水性中空纤维微孔膜。膜组件底座有一净化水出口，与出水蠕动泵、液体流量计、净水箱相连。顶部的循环出水口、侧面的循环入水口与循环管路相连。
6.根据权利要求1所述的排气膜组件，其特征在于膜丝采用疏水性中空纤维微孔膜。膜组件顶部有废气进口，与生物反应器相连。组件底部有废气排出口。排气膜组件放置在生物反应器外。
全文摘要
本发明属于膜生物反应器领域，特别涉及一种密闭式的无泡供氧膜生物反应器，包括生物反应器单元、膜单元(供氧膜组件、排气膜组件、水分离膜组件)、氧气瓶、循环泵、蠕动泵、气体流量计、液体流量计、净水箱、阀门。生物反应器为圆柱形，在反应器内用于回流液进水口安装有一个可任意调整扭转角度的弯管。排气膜组件放置在生物反应器外。供氧、排气、水分离膜组件中膜丝部分与组件外壳容易拆卸。
文档编号C02F3/10GK1511792SQ0215944
公开日2004年7月14日 申请日期2002年12月31日 优先权日2002年12月31日
发明者樊耀波, 柯林楠, 徐慧芳, 郭双生, 艾为党 申请人:中国科学院生态环境研究中心