专利名称：用于饮用水生产的膜生物反应器及方法
技术领域：
本发明涉及一种饮用水生产装置及方法，属于水处理领域。
背景技术：
社会经济持续发展的同时给环境带来了一定程度的污染，越来越多的饮用水水源 呈现出微污染甚至重污染的特点。膜生物反应器(MBR)是集活性污泥法与膜分离技术于一 体的水处理新技术。与传统的常规处理工艺(混凝一沉淀一过滤一消毒)及生物预处理工艺 相比，膜生物反应器具有高效的生物降解率，且污泥产量低，能够利用膜分离技术实现活性 污泥与水的完全分离，保证出水水质。但影响膜生物反应器大规模商业化应用的障碍在于 膜运行过程中产生的膜污染所带来的跨膜压力的上升(或通量的下降)，从而降低了膜的使 用效率，增加了运行成本。膜污染是由于部分小分子颗粒物或胶体或有机物沉积(或吸附)在膜表面(或膜孔 内部)、大分子物或活性污泥絮体沉积在膜表面等所带来的减小膜有效使用面积或增大膜 过滤阻力的影响。一体式膜生物反应器占地面积小，但其反应器内成分复杂，对膜污染影 响很难达到有效地控制；传统的分置式膜生物反应器依靠污泥回流设备维持活性污泥的浓 度，但膜分离装置中成分依然复杂，且运行成本较高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是为了解决膜生物反应器中的膜运行过程中产生的 膜污染降低膜的使用效率和增加运行成本的问题，提供了一种用于处理饮用水的膜生物反 应器及方法。本发明解决上述技术问题采取的技术方案是装置方案本装置包括原水提升 泵、臭氧发生装置、臭氧接触反应池、压力传感器、抽吸泵、鼓风机、净水箱和反应池，所述原 水提升泵通过管路与臭氧接触反应池连通，所述臭氧接触反应池与臭氧发生装置连通，所 述装置还包括斜管沉淀装置、一级导流板、二级导流板、生物降解室、第一曝气器、第二曝气 器、超滤膜组件、超滤膜分离室、第一阀和第二阀、总路、第一支路、第二支路和总阀，所述反 应池内分隔为生物降解室和超滤膜分离室，所述臭氧接触反应池与生物降解室连通，所述 生物降解室内由下至上依次设有第一曝气器、二级导流板、一级导流板和斜管沉淀装置，所 述二级导流板的一端装在生物降解室的内壁上，所述一级导流板的一端装在生物降解室的 另一侧内壁上，所述斜管沉淀装置的两侧各装在生物降解室的内壁上，所述超滤膜分离室 内装有第二曝气器和超滤膜组件，所述超滤膜组件的上部通过装有压力传感器的管路与抽 吸泵连通，所述抽吸泵与净水箱连通，所述鼓风机与总路的一端连通，所述总路的另一端分 别与第一支路的一端和第二支路的一端连通，所述第一支路的另一端与第一曝气器连通， 所述第二支路的另一端与第二曝气器连通，所述总路上设有总阀，所述第一支路上设有第 一阀，所述第二支路上设有第二阀。方法方案所述方法由以下步骤完成步骤一原水经原水提升泵进入臭氧接触反应池，通过臭氧发生装置保持臭氧投加浓度为0. 5-5mg/L,接触时间为10min-30min ；步骤二 经过步骤一处理后的出水直接进入到生物降解室的底部，再经生物降解室的上 部溢出，所述生物降解室内保持活性炭浓度为0. 5-4g/L，生物降解室中通过第一曝气器 进行曝气使溶解氧的浓度达2-6mg/L，第一曝气器的曝气量为IO-SOm3Ai^h,停留时间 为20min-120min ；步骤三经过步骤二处理后的出水进入到超滤膜分离室，超滤膜分离室 内的第二曝气器的曝气量为20-60m3/m2 · h，超滤膜分离室内的超滤膜组件的通量为IOL/ h · m3-60L/h · m2，反洗周期为20min_240min，水力停留时间为lmin_30min ；步骤四抽吸泵 将经过步骤三处理后的出水从超滤膜组件抽出后进入到净水箱。本发明具有以下有益效果1.本发明装置中将反应池内分隔为生物降解室和超 滤膜分离室，生物降解室内设置的一级导流板和二级导流板减小了活性污泥在曝气条件下 向上的冲击力，使得斜管沉淀装置处于相对稳定状态，提高了斜管沉淀装置对活性污泥的 有效沉降，降低了超滤膜分离室中的活性污泥浓度，减缓了高浓度活性污泥中的复杂成分 对超滤膜组件中的膜带来的污染，延长了超滤膜组件中的膜的使用寿命；2.第一曝气器和 第二曝气器可独立工作，第一曝气器只需提供生物降解时所需溶解氧，第二曝气器间歇工 作，只需在超滤膜组件中的膜清洗时提供足够剪切力，达到对超滤膜组件中的膜有效清洗， 提高了生物降解室内的活性污泥浓度，降低了曝气量，减小了能耗；超滤膜分离室内的活性 污泥浓度很低，有效地降低了超滤膜组件中的膜污染，延长了超滤膜组件中的膜使用寿命； 3.本发明方法中当带有活性污泥的原水在斜管沉淀装置上升时，活性污泥在斜管表面沉 积，在重力的作用下，实现了以活性炭为核心形成的活性污泥的沉淀，通过二级导流板、一 级导流板和斜管沉淀装置将生物降解室(生化反应区)和超滤膜分离室(膜分离区)分开，与 现有的膜生物反应器相比大大降低了膜分离区中的活性污泥浓度，减缓了高浓度活性污泥 对膜带来的污染，延长了超滤膜组件中的膜的使用寿命；4.超滤膜组件中的膜在低浓度活 性污泥中，可在较高通量下运行，提高了超滤膜组件中的的利用率，可降低膜的单位成本投 入。
图1是本发明所述装置的结构示意图。
具体实施例方式本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式
，还包括各具体实施方式
间的 任意组合。
具体实施方式
一结合图1说明本实施方式，本实施方式中包括原水提升泵1、臭 氧发生装置2、臭氧接触反应池3、压力传感器12、抽吸泵13、鼓风机14、净水箱15和反应 池16，所述原水提升泵1通过管路与臭氧接触反应池3连通，所述臭氧接触反应池3与臭氧 发生装置2连通，所述装置还包括斜管沉淀装置4、一级导流板5、二级导流板6、生物降解 室7、第一曝气器8、第二曝气器9、超滤膜组件10、超滤膜分离室11、第一阀17、第二阀18、 总路19-1、第一支路19-2、第二支路19-3和总阀20，所述反应池16内分隔为生物降解室7 和超滤膜分离室11，所述臭氧接触反应池3与生物降解室7连通，所述生物降解室7内由下 至上依次设有第一曝气器8、二级导流板6、一级导流板5和斜管沉淀装置4，所述二级导流板6的一端装在生物降解室7的内壁上，所述一级导流板5的一端装在生物降解室7的另 一侧内壁上，所述斜管沉淀装置4的两侧各装在生物降解室7的内壁上，所述超滤膜分离室 11内装有第二曝气器9和超滤膜组件10，所述超滤膜组件10的上部通过装有压力传感器 12的管路与抽吸泵13连通，所述抽吸泵13与净水箱15连通，所述鼓风机14与总路19_1 的一端连通，所述总路19-1的另一端分别与第一支路19-2的一端和第二支路19-3的一端 连通，所述第一支路19-2的另一端与第一曝气器8连通，所述第二支路19-2的另一端与第 二曝气器9连通，所述总路19-1上设有总阀20，所述第一支路19-2上设有第一阀17，所述 第二支路19-3上设有第二阀18。
具体实施方式
二 结合图1说明本实施方式，本实施方式的所述一级导流板5所在平面与竖直线的夹角为30° -60°，此结构更好地防止活性污泥在曝气条件下向上的冲击 力。其它组成与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
三结合图1说明本实施方式，本实施方式的所述二级导流板6所在 平面与竖直线的夹角为30° -60°，此结构能够更好地减小活性污泥在曝气条件下向上的 冲击力。其它组成与具体实施方式
一或二相同。
具体实施方式
四结合图1说明本实施方式，本实施方式中用于饮用水生产的方 法由以下步骤完成步骤一原水经原水提升泵1进入臭氧接触反应池3，通过臭氧发生装 置2保持臭氧投加浓度为0. 5-5mg/L，接触时间为10min-30min ；步骤二 经过步骤一处理 后的出水直接进入到生物降解室7的底部，再经生物降解室7的上部溢出，所述生物降解室 7内保持活性炭浓度为0. 5-4g/L，生物降解室7中通过第一曝气器8进行曝气使溶解氧的 浓度达2-6mg/L，第一曝气器8的曝气量为10-80m3/m2 *h，停留时间为20min-120min ；步骤 三经过步骤二处理后的出水进入到超滤膜分离室11，超滤膜分离室11内的第二曝气器9 的曝气量为20-60m3/m2 · h，超滤膜分离室11内的超滤膜组件10的通量为10L/h · m3-60L/ h · m2，反洗周期为20min-240min，水力停留时间为lmin-30min ；步骤四抽吸泵13将经过 步骤三处理后的出水从超滤膜组件10抽出后进入到净水箱15。本实施方式中设有压力传感器12，此结构根据压力传感器12来记录超滤膜组件 10的膜的跨膜压差，从而反应膜污染状况；
本实施方式中的第一曝气器8和第二曝气器9分别通过第一阀17和第二阀18的控制 独立工作，为不同目的提供不同的曝气量；
本实施方式中的抽吸泵13为蠕动泵或转子泵，正向工作时将超滤膜组件10中的出水 抽吸出来，反向工作时从净水箱15内抽水，对超滤膜组件10中的膜进行反洗，达到缓解膜 污染的目的。某水库原水pH值为6. 7 7. 8、温度为12 18°C、浊度为4 16NTU、化学需 氧量(CODtfa)为3-5mg/L、含氨氮的浓度为0. 3_2. 5mg/L,经本实施方式处理后的出水浊 度<0. 2NTU，化学需氧量<3mg/L，含氨氮的浓度为<0. 5mg/L，符合《国家饮用水卫生标准》 (GB5749-2006)。
具体实施方式
五本实施方式与具体实施方式
四不同的是步骤一中臭氧投加浓度 为4.5mg/L。其它与具体实施方式
四相同。
具体实施方式
六本实施方式与具体实施方式
四不同的是步骤一中水力停留时间 25min，原水与臭氧充分接触。其它与具体实施方式
四相同。
具体实施方式
七本实施方式与具体实施方式
四或五不同的是步骤二中所述生物降解室7内保持活性炭浓度为2. 5g/L，更好地吸附固体浑浊物。其它与具体实施方式
四或 五相同。
具体实施方式
八本实施方式与具体实施方式
四不同的是步骤二中第一曝气器8 的曝气量为20-70m3/m2 · h，生物降解效果较好。其它与具体实施方式
四相同。
具体实施方式
九本实施方式与具体实施方式
四不同的是步骤二中第一曝气器8 的曝气量为30m3/m2 · h，生物降解效果较好。其它与具体实施方式
四相同。
具体实施方式
十本实施方式与具体实施方式
四不同的是步骤三中第二曝气器9 的曝气量为30-60m3/m2 · h，对超滤膜组件10中的膜清洗效果较好。其它与具体实施方式
四相同。
具体实施方式
十一本实施方式与具体实施方式
四不同的是步骤三中第二曝气器 9的曝气量为60m3/m2 · h，对超滤膜组件10中的膜清洗效果较好。其它与具体实施方式
四 相同。
具体实施方式
十二 本实施方式与具体实施方式
四不同的是步骤三中超滤膜组件 10的通量为20L/h · m2-40L/h · m2，超滤膜压力增长缓慢。其它与具体实施方式
四相同。
具体实施方式
十三本实施方式与具体实施方式
十二不同的是步骤三中超滤膜组 件10的通量为30L/h · m2，超滤膜压力增长缓慢。其它与具体实施方式
十二相同。
具体实施方式
十四本实施方式与具体实施方式
四不同的是步骤三中超滤膜组件 10的反洗周期为40min-200min，对超滤膜组件10中的膜清洗效果较好。其它与具体实施 方式四相同。
具体实施方式
十五本实施方式与具体实施方式
十四不同的是步骤三中超滤膜组 件10的反洗周期为180min，对超滤膜组件10中的膜清洗效果好。其它与具体实施方式
十四 相同。工作原理原水通过原水提升泵1进入臭氧接触反应池3，与臭氧充分接触反应， 臭氧可以有效提高原水中可生物降解性有机物的浓度，提高后续生化反应效率；经臭氧氧 化的水通过重力作用由生物降解室7底部进入后，与以活性炭为核心形成的活性污泥充分 接触，在第一曝气器8提供溶解氧的条件下，原水中有机物、氨氮等污染物得到有效降解， 经过二级导流板6、一级导流板5和斜管沉淀装置4向上溢出，一级导流板5、二级导流板6 防止了活性污泥在曝气条件下向上的冲击力，使得斜管沉淀装置4处于相对稳定状态，提 高了斜管沉淀装置4对活性污泥的有效沉降；经泥水分离后，生化反应出水通过溢流作用 进入超滤膜分离室11 (膜分离区)，通过抽吸泵13抽出水进入到净水箱15，得到以膜为保 障的安全饮用水。
权利要求
一种用于饮用水生产的的膜生物反应器，本装置包括原水提升泵(1)、臭氧发生装置(2)、臭氧接触反应池(3)、压力传感器(12)、抽吸泵(13)、鼓风机(14)、净水箱(15)和反应池(16)，所述原水提升泵(1)通过管路与臭氧接触反应池(3)连通，所述臭氧接触反应池(3)与臭氧发生装置(2)连通，其特征在于所述装置还包括斜管沉淀装置(4)、一级导流板(5)、二级导流板(6)、生物降解室(7)、第一曝气器(8)、第二曝气器(9)、超滤膜组件(10)、超滤膜分离室(11)、第一阀(17)、第二阀(18)、总路(19-1)、第一支路(19-2)、第二支路(19-3)和总阀(20)，所述反应池(16)内分隔为生物降解室(7)和超滤膜分离室(11)，所述臭氧接触反应池(3)与生物降解室(7)连通，所述生物降解室(7)内由下至上依次设有第一曝气器(8)、二级导流板(6)、一级导流板(5)和斜管沉淀装置(4)，所述二级导流板(6)的一端装在生物降解室(7)的一侧内壁上，所述一级导流板(5)的一端装在生物降解室(7)的另一侧内壁上，所述斜管沉淀装置(4)的两侧各装在生物降解室(7)的内壁上，所述超滤膜分离室(11)内装有第二曝气器(9)和超滤膜组件(10)，所述超滤膜组件(10)的上部通过装有压力传感器(12)的管路与抽吸泵(13)连通，所述抽吸泵(13)与净水箱(15)连通，所述鼓风机(14)与总路(19-1)的一端连通，所述总路(19-1)的另一端分别与第一支路(19-2)的一端和第二支路(19-3)的一端连通，所述第一支路(19-2)的另一端与第一曝气器(8)连通，所述第二支路(19-2)的另一端与第二曝气器(9)连通，所述总路(19-1)上设有总阀(20)，所述第一支路(19-2)上设有第一阀(17)，所述第二支路(19-3)上设有第二阀(18)。
2.根据权利要求1所述用于饮用水生产的膜生物反应器，其特征在于所述一级导流板 (5)所在平面与竖直线的夹角为30° -60°。
3.根据权利要求1或2所述用于饮用水生产的膜生物反应器，其特征在于所述二级导 流板(6)所在平面与竖直线的夹角为30° -60°。
4.使用权利要求1所述膜生物反应器饮用水生产的方法，其特征在于所述方法由以 下步骤完成步骤一原水经原水提升泵(1)进入臭氧接触反应池(3)，通过臭氧发生装 置(2)保持臭氧投加浓度为0. 5-5mg/L，接触时间为10min-30min ；步骤二 经过步骤一处 理后的出水直接进入到生物降解室(7)的底部，再经生物降解室(7)的上部溢出，所述生 物降解室(7)内保持活性炭浓度为0. 5-4g/L，生物降解室(7)中通过第一曝气器(8)进 行曝气使溶解氧的浓度达2-6mg/L，第一曝气器(8)的曝气量为10-80m3/m2 · h，停留时间 为20min-120min ；步骤三经过步骤二处理后的出水进入到超滤膜分离室(11 )，超滤膜分 离室(11)内的第二曝气器(9)的曝气量为ΖΟ^Οπι3/!!!2·!!，超滤膜分离室(11)内的超滤 膜组件(10)的通量为10L/h · m2-60L/h · m2，反洗周期为20min-240min，水力停留时间为 lmin-30min ；步骤四抽吸泵(13)将经过步骤三处理后的出水从超滤膜组件(10)抽出后进 入到净水箱(15)。
5.根据权利要求4所述用于饮用水生产的方法，其特征在于步骤二中第一曝气器(8) 的曝气量为30m3/m2 · h。
6.根据权利要求4所述用于饮用水生产的方法，其特征在于步骤三中第二曝气器(9) 的曝气量为60m3/m2 · h。
7.根据权利要求4所述用于饮用水生产的方法，其特征在于步骤三中超滤膜组件(10) 的通量为 20L/h · m2-40L/h · m2。
8.根据权利要求7所述用于饮用水生产的方法，其特征在于步骤三中超滤膜组件(10)的通量为30L/h · m2。
9.根据权利要求4所述用于饮用水生产的方法，其特征在于步骤三中超滤膜组件(10) 的反洗周期为40min-200min。
10.根据权利要求9所述用于饮用水生产的方法，其特征在于步骤三中超滤膜组件 (10)的反洗周期为180min。
全文摘要
一种用于饮用水生产的膜生物反应器及方法，它涉及一种饮用水生产装置及方法。针对膜生物反应器中的膜运行过程中产生的膜污染降低膜的使用效率和增加运行成本的问题。装置方案臭氧接触反应池与生物降解室连通，生物降解室内设有第一曝气器、二级导流板、一级导流板和斜管沉淀装置，超滤膜组件与抽吸泵连通，抽吸泵与净水箱连通；方法方案步骤一原水进入臭氧接触反应池；步骤二经过步骤一处理后的出水直接进入到生物降解室的底部，再经生物降解室的上部溢出；步骤三经过步骤二处理后的出水进入到超滤膜分离室；步骤四抽吸泵将经过步骤三处理后的出水从超滤膜组件抽入到净水箱。本发明装置及方法用于饮用水的处理。
文档编号C02F9/14GK101811805SQ20101016020
公开日2010年8月25日 申请日期2010年4月30日 优先权日2010年4月30日
发明者南军, 李圭白, 梁恒, 田家宇, 瞿芳术, 韩梅, 高伟 申请人:哈尔滨工业大学