专利名称：穿流式膜生物反应器的水处理工艺及其设备的制作方法
技术领域：
本发明属于膜生物反应器及水处理技术领域，特别涉及穿流式膜生物反应器的水处理工艺及其设备。
一种公知的膜生物反应器水处理工艺，是错流式膜生物反应器水处理工艺，它包括生物反应器和错流式膜分离器。废水中可被生物降解的物质在生物反应器内降解。生物反应器内废水经循环泵进入错流式膜分离器，循环液液流方向与膜分离器内的膜丝方向平行，膜丝内外面的压差将循环液从膜丝内侧压到膜丝外侧，错流式膜分离器截留循环液中悬浮物及其较大分子污染物，废水得到了净化。
使用错流式膜组件的膜生物反应器，由于相对独立的生物反应器与膜单元通过泵与管线连接构成，各种生物反应器与适当膜单元均可构成一种分离式膜生物反应器，为了防止循环液中的悬浮物污染膜丝，维持稳定的透水率，正如樊耀波等在《环境科学学报》1997，17(1)68-74上所指出的，错流式膜生物反应器需要高的循环流速和大的循环水流量，才能保证较高的透水率，因此不仅需要大功率的水泵设备，还造成了较高的单位产水能耗，限制了膜生物反应器在废水处理方面的应用。
本发明的目的在于提供一种穿流式膜生物反应器的水处理工艺及其设备，以一种低能耗的膜生物反应器水处理技术，拓宽膜生物反应器在废水处理方面的应用领域。
本发明的设备包括调节池、生物反应器、预滤器、膜分离器等，其特征在于，在格栅槽1的一边有一进水口2，里面有一格栅3，在格栅槽1的另一边有一出水口4，其所接管道进入调节池5；调节池5的一出水管接一水泵6，水泵6的出水管进入生物反应器7，在生物反应器7里面有一曝气头8，其通过曝气管9与生物反应器7外面的气泵10相接，气泵10还通过曝气管9与穿流式膜分离器11里面的曝气头8相接，在生物反应器7里面还有一预滤器12，其通过管道与生物反应器7外面的循环水泵13相接，循环水泵13的出水口所接的管道进入穿流式膜分离器11；穿流式膜分离器11的一边有一透过液出水口14，其连接一净水泵15，穿流式膜分离器11的一边还有一循环水出水口16，其所接的管道进入生物反应器7。
所述的穿流式膜分离器11的筒状壳体两端，分别安装有中间带有孔洞的法兰17，一带有嘴19的封盖20，通过法兰与穿流式膜分离器11一端的法兰17连接，其间有密封胶垫18；一带有水嘴21和气嘴22的封盖20，通过法兰与穿流式膜分离器11另一端的法兰17连接，其间有密封胶垫18；在穿流式膜分离器11的里面，有由膜块23组成的膜组件集成单元24，在穿流式膜分离器11的壁上有水嘴21。
所述的膜块23的框架对应侧壁上开有通孔25，在通孔25里填充有膜丝26。
所述的膜组件集成单元24里的膜块23，根据膜丝26的方向，逐块采用纵横交错的堆集方式，或膜块据膜丝26均按同方向堆集。
所述的穿流式膜分离器11筒状壳体为圆筒形；所述的封盖20为半圆形；所述的膜块23为正方形；所述的膜丝26为中空纤维超滤膜或微滤膜。
本发明穿流式膜生物反应器的水处理工艺，首先废水经带有格栅的格栅槽，截留下废水中尺寸较大的悬浮物，然后废水进入对废水的水量和水质进行调节的调节池，调节池中的废水泵入生物反应器，同时通过曝气头给生物反应器内充空气，生物反应器内的悬浮液经过预滤器预过滤后，以低的水流量泵入穿流式膜分离器内，同时通过曝气头给穿流式膜分离器充空气，强化湍流，使带有悬浮物及其它污染物的水，经穿流式膜分离器内膜丝的表面回流到生物反应器内，继续进行生化反应，净水则由膜丝孔内经净水泵负压抽吸，通过穿流式膜分离器壁上的水嘴流出。
本发明用穿流式膜分离器取代错流式膜分离器，按照本发明，穿流式膜分离器的膜丝不与循环水流方向平行，而是与循环水流方向垂直；这种膜丝的粘结方法使膜组件不需要较高的进液速度，和增加湍流强度的较大水泵，本身就可以产生湍流效果；同时采用鼓泡的方法强化湍流，防止循环液中的悬浮物和胶体污染物污染膜丝，维持稳定的透水率，降低能耗。
穿流式膜生物反应器的工作原理是由于采用穿流式膜分离器，其里面的膜块为纵横交错的排列方式，所以循环液流经膜丝时容易产生水流紊动；由曝气头充空气所产生的气泡，在上升的过程中不断被膜丝切割成小气泡，增强了水流的紊动；膜丝在上升混合液的作用下摆动和振动，相互之间摩擦将吸附在膜丝表面的污染物冲刷掉，防止膜丝被污染。净水泵在膜丝表面形成压差，对循环液负压抽吸，经膜丝过滤后产出净化水。
本发明的膜组件制作简单、易大规模生产；穿流式膜分离器装置容易安装且维修方便。穿流式膜生物反应器能耗可降低到目前错流式膜生物反应器的1/3-1/5。穿流式膜生物反应器可用于酒精发酵废水处理系统、淀粉厂废水处理系统、油脂和蛋白质厂废水处理系统、石油化工废水的处理系统、毛纺厂废水的处理系统、小规模城市污水处理系统。
下面结合附图及实施例对本发明的技术方案作进一步的描述。
图1.本发明的穿流式膜生物反应器的水处理工艺流程图；图2.本发明的穿流式膜分离器的纵剖示意图。
1.格栅槽2.进水口3.格栅4.出水口 5.调节池6.水泵 7.生物反应器8.曝气头 9.曝气管 10.气泵11.穿流式膜分离器 12.预滤器 13.循环水泵 14.出水口15.净水泵 16.出水口 17.法兰 18.密封胶垫 19.嘴20.封盖 21.水嘴 22.气嘴 23.膜块24.膜组件集成单元 25.通孔 26.膜丝实施例1.
请参照图1及图2，包括调节池、生物反应器、预滤器、穿流式膜组件以及水泵、循环水泵、气泵和相应管道。对毛纺厂的废水进行处理，COD为100-450mg/L。首先格栅对流经格栅槽的废水进行初步过滤，截留废水中尺寸较大的悬浮物，然后废水进入调节池，调节池对废水的水量和水质进行调节，减小废水的水量和水质波动幅度。将调节池中的废水泵入生物反应器内，同时气泵通过与曝气管连接的曝气头给生物反应器内充空气，废水中的可被生物降解的物质，在生物反应器内通过复杂的生化反应被活性污泥吸附、降解。生物反应器内的悬浮液经过预滤器预过滤后，由循环水泵以低的循环流速和低的循环水流量，从穿流式膜分离器半圆形封盖上的水嘴泵入内直径为24厘米、高为10厘米的圆筒形有机玻璃穿流式膜分离器内，其上下开口分别由带有孔的法兰和橡胶垫通过螺栓密封，同时气泵通过与曝气管连接的曝气头，经穿流式膜分离器半圆形封盖上的气嘴给穿流式膜分离器内充空气，强化湍流，防止循环液中的悬浮物和胶体污染物污染膜丝，维持稳定的透水率，降低能耗，使带有悬浮物及其它污染物的水，经穿流式膜分离器内膜组件单元的膜丝表面，让膜丝进一步截留循环液中的悬浮物及大分子污染物，使循环液浓缩后，通过穿流式膜分离器半圆形封盖上的嘴回流到生物反应器内，继续进行生化反应。其膜组件集成单元是由5个正方形小膜块组成，每个小膜块框架边长为17厘米，高为1.8厘米，其一对应侧壁为有机玻璃档板，另一侧壁上开有宽为1厘米，长为15厘米的通孔，中空纤维超滤膜(膜丝)填充在通孔内，通过胶黏剂使膜丝横向粘结在有机玻璃框架上，使之粘结成一体，构成一个膜块，5个膜块组成一个膜组件集成单元。膜组件集成单元中的5个膜块，纵横交错放置在带有法兰盘的圆柱型有机玻璃外壳内，它们之间用橡胶垫分开，通过法兰压实、密封膜组件集成单元。净水则由膜丝孔内经净水泵负压抽吸，通过穿流式膜分离器壁上的水嘴流出，其出水COD小于50mg/L，去除率大于80％，能耗可降低到目前使用错流式膜分离器的1/3。
请参照图1及图2，采用同实施例1相同的设备及方法，对生活废水进行处理，其废水BOD为20-70mg/L，净水则由膜丝孔内经净水泵负压抽吸，通过穿流式膜分离器壁上的水嘴流出，其出水BOD小于1mg/L，去除率大于95％，能耗可降低到目前使用错流式膜分离器的1/5。
权利要求
1.一种穿流式膜生物反应器的水处理工艺，其特征在于首先废水经带有格栅的格栅槽，截留下废水中尺寸较大的悬浮物及其较大分子污染物，然后废水进入对废水的水量和水质进行调节的调节池，调节池中的废水泵入生物反应器，同时通过曝气头给生物反应器内充空气，生物反应器内的悬浮液经过预滤器预过滤后，以低的水流量泵入穿流式膜分离器内，同时通过曝气头给穿流式膜分离器充空气，强化湍流，使带有悬浮物及其它污染物的水，经穿流式膜分离器内膜丝的表面回流到生物反应器内，继续进行生化反应，净水则由膜丝孔内经净水泵负压抽吸，通过穿流式膜分离器壁上的水嘴流出。
2.一种如权利要求1所述的穿流式膜生物反应器的设备，包括调节池、生物反应器、预滤器、膜分离器等，其特征在于，在格栅槽(1)的一边有一进水口(2)，里面有一格栅(3)，在格栅槽(1)的另一边有一出水口(4)，其所接管道进入调节池(5)；调节池(5)的一出水管接一水泵(6)，水泵(6)的出水管进入生物反应器(7)，在生物反应器(7)里面有一曝气头(8)，其通过曝气管(9)与生物反应器(7)外面的气泵(10)相接，气泵(10)还通过曝气管(9)与穿流式膜分离器(11)里面的曝气头(8)相接，在生物反应器(7)里面还有一预滤器(12)，其通过管道与生物反应器(7)外面的循环水泵(13)相接，循环水泵(13)的出水口所接的管道进入穿流式膜分离器(11)；穿流式膜分离器(11)的一边有一过滤液出水口(14)，其连接一净水泵(15)，穿流式膜分离器(11)的一边还有一循环水出水口(16)，其所接的管道进入生物反应器(7)。
3.如权利要求2所述的穿流式膜生物反应器的设备，其特征在于所述的穿流式膜分离器(11)的筒状壳体两端，分别安装有中间带有孔洞的法兰(17)；一带有嘴(19)的封盖(20)，通过法兰与穿流式膜分离器(11)一端的法兰(17)连接，其间有密封胶垫(18)；一带有水嘴(21)和气嘴(22)的封盖(20)，通过法兰与穿流式膜分离器(11)另一端的法兰(17)连接，其间有密封胶垫(18)；在穿流式膜分离器(11)的里面，有由膜块(23)组成的膜组件集成单元(24)，在穿流式膜分离器(11)的壁上有水嘴(21)。
4.如权利要求2所述的穿流式膜生物反应器的设备，其特征在于所述的膜块(23)的框架对应侧壁上开有通孔(25)，在通孔(25)里填充有膜丝(26)。
5.如权利要求2所述的穿流式膜生物反应器的设备，其特征在于所述的膜组件集成单元(24)里的膜块(23)，根据膜丝(26)的方向，逐块采用纵横交错的堆集方式，或膜块据膜丝(26)均按同方向堆集。
6.如权利要求2所述的穿流式膜生物反应器的设备，其特征在于所述的穿流式膜分离器(11)筒状壳体为圆筒形。
7.如权利要求2所述的穿流式膜生物反应器的设备，其特征在于所述的封盖(20)为半圆形。
8.如权利要求3或4所述的穿流式膜生物反应器的设备，其特征在于所述的膜块(23)为正方形。
9.如权利要求4或5所述的穿流式膜生物反应器的设备，其特征在于所述的膜丝(26)为中空纤维超滤膜或微滤膜。
全文摘要
本发明属于膜生物反应器及水处理技术领域,特别涉及穿流式膜生物反应器水处理工艺及其设备。悬浮液经预滤器预过滤后,经穿流式膜分离器内膜丝的表面回流到生物反应器内,继续进行生化反应;净水则由膜丝孔内经净水泵负压抽吸,通过穿流式膜分离器壁上的水嘴流出。圆筒形的穿流式膜分离器封盖为半圆形,里面由带有膜丝的膜块组成的膜组件集成单元,根据膜丝方向,膜块采用纵横交错的堆集方式。维持稳定的透水率,降低单位产水能耗。
文档编号B01D21/02GK1285320SQ9911151
公开日2001年2月28日 申请日期1999年8月18日 优先权日1999年8月18日
发明者樊耀波, 王菊思, 姜兆春, 朱小龙 申请人:中国科学院生态环境研究中心