专利名称：用于污水处理的动态过滤膜生物反应器及其过滤方法
技术领域：
本发明涉及用于污水处理的动态过滤膜反应器及其过滤方法。
背景技术：
膜生物反应器是将膜分离技术和生物反应过程有机结合，以膜技术的高效分离作 用取代传统活性污泥法中的二沉池，实现传统工艺所无法比拟的泥水分离和污泥浓缩效 果，消除了污泥膨胀的影响。它还大幅度提高了曝气池中活性污泥的浓度，省却了污泥回流 系统，减少了剩余污泥量，并通过膜对废水中SS、有机物、病原菌和病毒的高效截留作用，大 大提高了处理出水水质。采用微滤或超滤的膜生物反应器存在一些局限，如膜组件的成本 过高、运行费用的消耗太高、在膜的分离过程中由于悬浮物不断被截留在膜表面，造成膜污 染，出水通量的衰减非常大等等。在膜过滤过程中，溶液中的胶体和悬浮物颗粒在过滤压力下被截留在膜表面形成 滤饼层，造成膜通量下降的现象，通常被称为膜污染。而这滤饼层增强了膜的截留能力，使 孔径较大的膜可以截留细菌病毒甚至小分子有机物，就好像在原有的膜上又形成了一层 膜，由于这层膜是在过滤中形成的，而且其组成和厚度是随着膜生物反应器的工艺参数条 件的变化而变化，所以把这层膜称为自生动态膜。中国专利CN200510135563. 2公开了一种动态微滤膜组件及水处理工艺方法，它 的目的是提供一种增加膜的装填密度，降低制造成本和运行成本，延长膜使用寿命的动态 微滤膜组件及水处理工艺。其技术构成所述动态膜组件包括滤室和过滤网，滤室壁开有微 孔，侧面装有反冲进水管和过滤出水管，顶部装排空气管，过滤网折成凹凸曲面固定于滤室 的前后壁上，滤室下端与反冲洗布气系统相连，反冲洗布气系统包括配气管和曝气头，配气 管连接进气管，滤室上下两端连接有凹凸面承托件，承托件上放置过滤网，凹凸面压固件固 定在过滤网上，承托件外侧和压固件内侧为与过滤网相应的曲面。所述动态微滤膜组件水 处理工艺方法，包括挂膜，过滤出水，动态膜的清洗。中国专利CN01144189. 5公开了一种应用动态膜对生物反应器混合液进行过滤的 方法及装置，它的目的是提供一种合理控制运行条件以使动态膜过滤阻力很小，同时可以 达到较好的固液分离效果，出水中的悬浮固体浓度接近于零的应用动态膜对生物反应器混 合液进行过滤的方法及装置。其技术构成以普通多孔材料为基材加工成过滤组件，将其 放入具有连续的进水、生物反应和出水的生物反应器中并使之淹没，使反应器液面高于其 出水口，形成水位差。在具有膜面错流的情况下，随着过滤的进行，微生物代谢产物以及细 菌本身等会在基材表面通过吸附、粘附、沉积等形成生物质层，可以达到较好的固液分离效果o上述两个专利作为现有动态膜过滤的代表性技术，其不足之处在于专利 CN200510135563. 2公开的动态微滤膜组件构成较为复杂，过滤动力不明确，清洗方式采用 气水反冲，需要定期拿出清洗，在结构和应用方式上都较为复杂，工业放大能力差，难以作为成型产品进行应用。专利CN01144189. 5公开的动态膜过滤方法和装置膜组件较为粗糙， 组件中心缺乏对膜面的支撑能力，不能在较高压力下进行动态膜过滤，动态膜污染的清洗 方式比较简单，难以对比较严重的膜污染进行清洗。
发明内容
本发明的目的是提供一种成本低廉、适于大规模生产、安装维护简便、稳定可靠的 用于污水处理的动态过滤膜生物反应器装置。本发明的另一目的是提供一种为城市污水的 处理提供一种操作简便的、低能耗的、可自动控制的用于污水处理的动态过滤膜生物反应 器装置的过滤方法。本发明的技术解决方案是所述用于污水处理的动态过滤膜装置，包括生物反应 器的生物反应槽，其特殊之处在于所述生物反应槽的两侧装有曝气器，生物反应槽的中间 装有膜框架、该膜框架凹槽内插接且以防水胶密封接口的动态过滤膜组件。所述膜框架由一长方体、该长方体自上而下凹设的封闭形凹槽、该封闭形凹槽底 部凹设的过水内槽、与该封闭形凹槽垂直的一端端壁外接一与过水内槽连通的出水管组 成。所述动态过滤膜组件由自外到内依次为动态过滤膜基材、尼龙滤网、弯折成波浪 形的支撑件组成；动态过滤膜基材、尼龙滤网、支撑件之间经防水胶分别粘合。所述尼龙滤网孔径为10目 50目。所述动态过滤膜基材由聚酯或涤纶材料制成，其孔径为100目 400目，厚度为 50 u m ~ 200 u m。所述动态过滤膜支撑板由方形且弯折成波浪形的PVC板材构成，PVC板材厚0. 4 0. 8cm，波浪形PVC板材截面的波峰与波谷之间距离差为1 3cm，相邻两个波峰之间距离为 1 4cm，波浪形PVC板材长为50 150cm，宽为15 80cm。所述动态过滤膜生物反应器的曝气系统与所引用权1的述语一致为穿孔管式曝 气器，曝气管长度与生物反应器长度一致，曝气管空气流速为2 lOm/s，孔眼直径为3 5_，孔眼间距10 15_，孔眼向下。所述生物反应槽为长方体型，长宽比为1 2 1 4，宽深比为1 2 2 1 ；生物反应 槽两侧各于四分之一处安装用于引导曝气形成环流的导流槽，导流槽厚1 3cm，导流槽上 沿低于液面10 50cm，导流槽下沿高于反应器底部20 50cm。本发明的另一技术解决方案是所述动态过滤膜装置的过滤方法，其特殊之处在 于
⑴将膜过滤装置浸没入具有活性污泥的生物反应器中，并将生物反应器的出水口与动 态过滤膜的出水管互通连接；生物反应器的出水口比内部液面低20cm 50cm，通过液面压 差自流出水；
⑵位于生物反应器底部动态过滤膜两侧的曝气器进行曝气，给生物反应器中的活性污 泥的生长增殖供氧，同时由于曝气器的激流作用在反应器中形成环流，在动态过滤膜表面 形成错流；
⑶在液面压差的推动下，生物反应器中的混合液有选择性的透过动态过滤膜，透过液 通过膜支撑件的波浪形流道，进入膜框架的凹槽内，经与外部连通的出水管得到膜出水；
4⑷当动态过滤膜污染情况达到通量小于10L/m2h水平或动态过滤膜连续运行48 72 小时后，启动水力反冲，使用反冲流速10L/m2min 20L/m2 min,反冲水压0. 2MPa 0. 4MPa， 反冲时间20s lmin ；
(5)当膜污染清除后，重复上述步骤⑵和步骤⑶。所述步骤⑵中，动态过滤膜生物反应器单位面积曝气强度为2. 5m3/m2h 5. 5m3/m2h。与现有技术相比，本发明的优点是
1、本发明中的过滤动态膜组件作为一种处理废水的膜过滤装置，优化了膜支撑件结构 和膜框架结构设计，使透过液具有更好的流态，膜组件可以具有更大的膜通量、可以廉价高 效的对废水进行处理，达标排放。2、本发明中用于污水处理的动态过滤膜的过滤方法，利用水头差自流出水的出水 方式，减少了抽吸泵，可节省大量运行能耗费用；自流出水压头选择为20cm 50cm，在工程 施工中较易实现；反冲采用一定压力的水力反冲，反冲耗水少，时间短，效果良好；动态过 滤膜生物反应器供氧采用底部两侧曝气方式，水流通过导流板在反应器中形成环流，对动 态过滤膜面进行一定程度的冲刷，减轻了膜污染；动态过滤膜出水通量大。
3、本发明中用于污水处理的动态过滤膜组件及过滤方法具有容易工业放大的优点。4、过滤膜支撑件呈长方形或正方形，为波浪形起伏的PVC板，外部用尼龙滤网包 裹，位于膜组件中心，起到支撑动态过滤膜膜面和利于过滤后液体引流的作用。5、膜框架呈长条形，中心开有一条凹槽，利用凹槽与膜支撑件和膜面的一侧契合， 起到将动态过滤膜组件与外部固定和将过滤液弓I出的作用。6、动态过滤膜基材采用来源广泛的工业滤布，通过粘接方式包裹在支撑件外，作 为自生生物动态膜生长的载体，同时也起到过滤生物反应器混合液中较大颗粒的作用。
图1是本发明动态过滤膜装置及其过滤方法的工作原理示意图。图2是本发明膜框架的结构示意图。图3是图2中A-A向的剖视图。图4是本发明动态过滤膜组件的支撑件的结构示意图。主要零部件符号说明
膜框架1长方体11膜框架凹槽12过水内槽121出水管13 动态过滤膜组件2支撑件21生物反应槽3软管31曝气器4 曝气管41阀门5流量计6曝气气泵7侧面标尺8。
具体实施例方式本发明下面将结合附图作进一步详述
请参阅图1所示，在本实施例中，所述用于污水处理的动态过滤膜装置，包括生物反 应器的生物反应槽3、所述生物反应槽3的两侧装有穿孔管式曝气器4，曝气管41长度与生 物反应器长度一致，曝气管41空气流速为2 lOm/s，孔眼直径为3 5mm，孔眼间距10 15mm，孔眼向下，曝气器4经曝气管41与生物反应器外部经管路依次连通的阀门5、流量计 6、曝气气泵7连接；生物反应槽3的底部经管路与生物反应器外部的软管31连通，软管31
5的出水端设有侧面标尺8。所述生物反应槽3为长方体型，长宽比为1:2 1:4，宽深比为1:2 2:1 ；生物反 应槽3两侧各于四分之一处安装用于引导曝气形成环流的导流槽，导流槽厚1 3cm，导流 槽上沿低于液面10 50cm，导流槽下沿高于反应器底部20 50cm。请参阅图2、图3、图4所示，生物反应槽3的中间装有膜框架1，该膜框架凹槽12 内插接且以防水胶密封接口的动态过滤膜组件2。所述膜框架1由一长方体11、该长方体11自上而下凹设的封闭形凹槽12、该封闭 形凹槽12底部凹设的过水内槽121、与该封闭形凹槽12垂直的一端端壁外接一与过水内槽 121连通的出水管13组成。膜框架1利用凹槽12与膜支撑件21和膜面的一侧契合，起到 将动态过滤膜组件2与外部固定和将过滤液引出的作用；动态过滤膜材料采用来源广泛的 工业滤布，通过粘接方式包裹在支撑件21外，作为自生生物动态膜生长的载体，同时也起 到过滤生物反应器混合液中较大颗粒的作用。封闭形凹槽12用以与膜片(图中未示)契 合，凹槽12长0. 5m,凹槽宽2cm，凹槽12内有过水内槽121，宽0. 6cm,凹槽深3cm。膜框架 1 长 0. 6m,宽 2cm,高 4cm。所述动态过滤膜组件2由自外到内依次为动态过滤膜基材(图中未示)、尼龙滤 网(图中未示)、弯折成波浪形的支撑件21组成；动态过滤膜基材(图中未示)、尼龙滤网 (图中未示)、弯折成波浪形的支撑件21之间经防水胶分别粘合。所述尼龙滤网孔径为10目 50目。所述动态过滤膜基材由聚酯或涤纶材料制成， 其孔径为100目 400目，厚度为50 i! m 200 i! m与权3重复。所述动态过滤膜支撑件21由方形且弯折成波浪形的PVC板材构成，PVC板材厚 0.4 0.8cm，PVC板材的外部用尼龙滤网(图中未示)包裹，位于动态过滤膜组件中心，起 到支撑动态过滤膜膜面(图中未示)和利于过滤后液体引流的作用；波浪形PVC板材截面 的波峰与波谷之间距离差为1 3cm，相邻两个波峰之间距离为1 4cm，波浪形PVC板材 长为50 150cm，宽为15 80cm。所述动态过滤膜装置的过滤方法，包括
⑴将膜过滤装置浸没入具有活性污泥的生物反应器中，并将生物反应器的出水口与动 态过滤膜的出水管互通连接；生物反应器的出水口比内部液面低20cm 50cm，通过液面压 差自流出水；
⑵位于生物反应器底部动态过滤膜两侧的曝气器进行曝气，给生物反应器中的活性污 泥的生长增殖供氧，同时由于曝气器的激流作用在反应器中形成环流，在动态过滤膜表面 形成错流；动态过滤膜生物反应器单位面积曝气强度为2. 5m3/m2h 5. 5m3/m2h ；
⑶在液面压差的推动下，生物反应器中的混合液有选择性的透过动态过滤膜，透过液 通过膜支撑件的波浪形流道，进入膜框架的凹槽内，经与外部连通的出水管得到膜出水；
⑷当动态过滤膜污染情况达到通量小于10L/m2h水平或动态过滤膜连续运行48 72 小时后，启动水力反冲，使用反冲流速10L/m2min 20L/m2min，反冲水压0. 2MPa 0. 4MPa， 反冲时间20s lmin ；
(5)当膜污染清除后，重复上述步骤⑵和步骤⑶。以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明权利要求范围所做的均等变化与 修饰，皆应属本发明权利要求的涵盖范围。
权利要求
一种用于污水处理的动态过滤膜生物反应器, 包括生物反应器的生物反应槽，其特征在于所述生物反应槽的两侧装有曝气器，生物反应槽的中间装有膜框架、该膜框架凹槽内插接且以防水胶密封接口的动态过滤膜组件。
2.根据权利要求1所述用于污水处理的动态过滤膜生物反应器，其特征在于所述膜 框架由一长方体、该长方体自上而下凹设的封闭形凹槽、该封闭形凹槽底部凹设的过水内 槽、与该封闭形凹槽垂直的一端端壁外接一与过水内槽连通的出水管组成。
3.根据权利要求1所述用于污水处理的动态过滤膜生物反应器，其特征在于所述动 态过滤膜组件由自外到内依次为动态过滤膜基材、尼龙滤网、弯折成波浪形的支撑件组成； 动态过滤膜基材、尼龙滤网、支撑件之间经防水胶分别粘合。
4.根据权利要求3所述用于污水处理的动态过滤膜生物反应器，其特征在于所述尼 龙滤网孔径为10目 50目。
5.根据权利要求3所述用于污水处理的动态过滤膜生物反应器，其特征在于所述动 态过滤膜基材由聚酯或涤纶材料制成，其孔径为100目 400目，厚度为50i!m 200i!m。
6.根据权利要求3所述用于污水处理的动态过滤膜生物反应器，其特征在于所述动 态过滤膜支撑板由方形且弯折成波浪形的PVC板材构成，PVC板材厚0. 4 0. 8cm,波浪形 PVC板材截面的波峰与波谷之间距离差为1 3cm，相邻两个波峰之间距离为1 4cm，波浪 形PVC板材长为50 150cm，宽为15 80cm。
7.根据权利要求1所述用于污水处理的动态过滤膜生物反应器，其特征在于所述动 态过滤膜生物反应器的曝气器为穿孔管式曝气器，曝气管长度与生物反应器长度一致，曝 气管空气流速为2 lOm/s，孔眼直径为3 5mm，孔眼间距10 15mm，孔眼向下。
8.根据权利要求1所述用于污水处理的动态过滤膜生物反应器，其特征在于所述生 物反应槽为长方体型，长宽比为1 2 1 4，宽深比为1 2 2 1 ；生物反应槽两侧各于四分 之一处安装用于引导曝气形成环流的导流槽，导流槽厚1 3cm，导流槽上沿低于液面10 50cm,导流槽下沿高于反应器底部20 50cm。
9.一种用于污水处理的动态过滤膜生物反应器的过滤方法，其特征在于⑴将动态过滤膜组件浸没入具有活性污泥的生物反应器中，并将生物反应器的出水口 与动态过滤膜的出水管互通连接；动态过滤膜生物反应器的出水口比内部液面低20cm 50cm，通过液面压差自流出水；⑵位于生物反应器底部动态过滤膜两侧的曝气器进行曝气，给生物反应器中的活性污 泥的生长增殖供氧，同时由于曝气器的激流作用在反应器中形成环流，在动态过滤膜表面 形成错流；动态过滤膜生物反应器单位面积曝气强度为2. 5m3/m2 h 5. 5m3/m2h ；⑶在液面压差的推动下，生物反应器中的混合液有选择性的透过动态过滤膜，透过液 通过膜支撑件的波浪形流道，进入膜框架的凹槽内经与外部连通的出水管，得到膜出水；⑷当动态过滤膜出水通量小于10L/m2 h或动态过滤膜连续出水48 72小时后，启 动水力反冲，使用反冲流速10L/m2min 20L/m2min，反冲水压0. 2MPa 0. 4MPa，反冲时间 20s lmin ；(5)当膜污染清除后，重复上述步骤⑵和步骤⑶。
全文摘要
本发明涉及一种用于市政污水处理的动态过滤膜装置及其过滤方法。该动态过滤膜装置由膜框架、插接在该膜框架凹槽内并以防水胶密封接口的动态过滤膜组件组成。该过滤方法，包括⑴将膜过滤装置浸没入具有活性污泥的生物反应器中，并将生物反应器的出水口与动态过滤膜的出水管互通连接；⑵位于生物反应器底部动态过滤膜两侧的穿孔管曝气器进行曝气，给生物反应器中的活性污泥的生长增殖供氧并形成环流，在动态过滤膜表面形成错流；⑶在液面压差的推动下，生物反应器中的混合液有选择性的透过动态过滤膜而进入膜框架的长凹槽内经与外部连通的出水管得到膜出水；⑷当动态过滤膜污染情况严重时，启动水力反冲；⑸当膜污染清除后，重复步骤⑵和步骤⑶。
文档编号C02F3/12GK101857304SQ20101021849
公开日2010年10月13日 申请日期2010年7月6日 优先权日2010年7月6日
发明者刘淑杰, 李旭宁, 甘文钊, 赵晶晶, 陈福明 申请人:深圳清华大学研究院