专利名称：慢速膜过滤反应器的制作方法
技术领域：
本发明属于给水处理技术，具体涉及到采用慢速膜过滤反应器技术对饮用水进行高度处理的装置。
背景技术：
现代给水处理技术，是源于18世纪英国形成的慢速砂滤池。为提高其处理速度，20世纪初在美国开发了快速砂滤技术。随着人工合成有机物的发展，大量污染排放到水体，造成水源水普遍污染。针对这种污染，人们不得不附加如活性碳吸附、臭氧氧化、纳滤等单元操作，构成饮用水高度处理系统。给水处理技术逐渐走上复杂化、高能耗的发展道路。为提高水处理速度而需投入大量的电力和化学药剂，复杂的处理系统需庞大的占地面积及复杂的运行操作管理，因而迫切需要开发低能耗，运行管理方便的饮用水高度处理技术。以快速滤池为基础，附加臭氧氧化和活性炭吸附的饮用水处理系统，已经在发达国家得到了较为广泛的应用。但上述高度处理系统很难解决对氯消毒具有抗性的病原性微生物的问题。给水处理的重点已经从对悬浮物质、细菌的去除转移到对水中微量有机物，特别是溶解性有机物(DOM)的去除。以混凝、沉淀、过滤、加氯消毒为主体的常规给水处理工艺是以去除水源水中的悬浮物和胶体物质为主要目的，一般条件下对有机物的去除效果差，同时工艺流程长，处理效果易受水量水质变化以及操作条件的影响，采用氯消毒还会产生有害的有机氯化物。因此，针对微污染水源水的特点，发展新的饮用水处理工艺十分必要。将膜分离技术应用于给水处理，由于能够有效地截留杂质、细菌和病原菌，其出水水质优质稳定、安全性高、生物稳定性好，同时可以降低消毒加氯量。此外，膜分离效率高、工艺流程短、易控制，使用灵活，且可以与其它工艺组合使用。因此，膜分离被认为是当今获得优质安全饮用水的重要技术之一。但膜处理技术仅仅是分离技术，不能使水中的污染物质发生质的变化，本发明利用具有高度固液分离性能的微孔膜和高度反应性能的生物膜处理技术相结合，使污染物质发生质的变化的同时，利用膜的固液分离能力，使出水达到饮用水水质标准。
发明内容
本发明的目的是提供一种工艺流程短、运行管理方便的慢速膜过滤反应器饮用水处理设备。
本发明通过以下技术方案予以实现慢速膜过滤反应器，主要由原水箱1、进水泵2、填充板3、微滤膜组件4、微孔曝气器5、液位计6、压力传感器7、A/D、D/A、I/O转换系统8、出水泵9、PC机10等组成。由原水箱1、进水泵2、填充板3、微滤膜组件4组成慢速膜过滤系统。原水由原水箱1经进水泵2提升至微滤膜组件4(附图1黑框中)，微滤膜组件4由中空微滤膜丝构成，膜丝孔径为0.1～0.2μm，对于不同的原水水质，调节两块填充板3-1、3-2的间距改变微滤膜组件4膜丝的填充密度，膜丝充填密度可调范围为53～75％，此设计提高了该设备控制的灵活性，为获得理想的出水水质提供了保证。由微孔曝气器5为膜丝表面的微生物供氧，当含有基质的原水通过微滤膜组件4的膜丝时，膜丝表面的微生物吸收其中的营养物质，在表面繁殖，正常运行一段时间后，微滤膜组件4表面就形成了具有大量微生物的生物膜。生物膜不断吸收养料，微生物也通过代谢活动不断增殖，生物膜厚度逐渐增加。成熟的生物膜表面与原水接触，较容易地吸取养料和溶解氧，形成由好氧和兼氧微生物组成的好氧层；而生物膜内，由于缺氧形成厌氧和兼性微生物组成的厌氧层。由微孔曝气器5、液位计6、压力传感器7、A/D、D/A、I/O转换系统8、PC机10组成PLC可编程序控制系统，该系统的应用使慢速膜过滤工艺由间歇式处理的实验室阶段转变为连续性处理工艺的实用阶段，极大提高原水的处理能力，降低运行成本。通过压力传感器7输出的压力信号(TMP)，经A/D、D/A、I/O转换系统8转换后，控制微孔曝气器5的曝气量。随着生物膜厚度的增加，压力传感器7输出的压力信号值增加，相应微孔曝气器5提供的曝气量增加，使生物膜与膜丝表面的结合松动，在水流的剪切冲刷作用下，老化的生物膜脱落，脱落后的空白表面又逐渐形成新的生物膜。依此变化，反复进行，使得生物膜始终处于活性强的“年轻”阶段，以确保其处理效率的稳定性。因而此自控设计可有效的控制生物膜的厚度及结构，实现系统内硝化一反硝化过程。另外，应用PLC的网络通讯接口，可实现对该设备的远程管理。
本发明的有益效果在于首先膜丝填充密度可调节，提高了该设备控制的灵活性，针对不同的原水水质，通过调节膜丝填充密度，可获得理想的出水水质。第二，应用实时压力传感技术，经PLC转换后控制系统内曝气强度，使得生物膜始终处于活性强的“年轻”阶段，膜丝表面生物膜的厚度及结构得到有效控制，确保本发明设备处理效率的稳定性，在实际应用中，显示了理想的处理效果。
附图1为本发明的工艺原理结构示意图。其中1-原水箱；2-进水泵；3-填充板；4-微滤膜组件；5-微孔曝气器；6-液位计；7-压力传感器；8-A/D、D/A、I/O转换系统；9-出水泵；10-PC机。
附图2为本发明装置对原水主要污染物去除效率图。
附图3为压力信号(TMP)对曝气量控制效果图。
实施具体方式以下结合附图并通过实施例对本发明做进一步的说明。本发明反应器外壳采用防化学腐蚀的材质制成，根据不同的膜组件的尺寸，调整膜丝填充密度，以保证处理效果稳定。对本实施例的膜组件而言(材质为PVDF，有效过滤面积1.0m2)其控制条件为填充板3-1与3-2间距调为3cm，填充板长、宽分别为40cm和20cm，其材质为聚苯乙烯，微滤膜组件4膜丝的填充密度为70％。微孔曝气器5的曝气量范围为3～10L/min，压力传感器7传输数据为每分钟1次，应用PLC的网络通讯接口，可实现对本发明的远程管理。通过处理效果(结果如附图2)可见本发明装置对原水的处理效果显著，对原水TOC的去除率超过95％，NH3-N的平均去除效率在90％以上；UV254的去除率在60％以上。通过出水与自来水水质对比(结果如下表)可见，本发明装置出水在UV254、三氯甲烷、浊度等主要指标上好于自来水水质，因而可用饮用水处理。由横跨膜阻力(TMP)对曝气量控制结果(结果如附图3)可见，随着膜阻力的变化，曝气强度随之变化，有效的控制了膜丝表面生物膜的厚度及结构，保证了生物膜活性，确保本发明设备处理效率的稳定性。
处理水与自来水水质对比指标V进水 出水自来水TOC(mg/L)15.35±1.271.8±0.5 1.67±0.19NH3-N(mg/L) 3.07±0.97 0.15±0.10.09±0.06UV254(cm-1) 0.1±0.02 0.04±0.008 0.04±0.01CHCl3(g/L) 223.3±30.455.6±10.2 75.8±32.1浊度(NTU)4.7±1.2 0.07±0.020.4±0.08
权利要求
1.慢速膜过滤反应器，由原水箱(1)、进水泵(2)、填充板(3)、微滤膜组件(4)、微孔曝气器(5)、液位计(6)、压力传感器(7)、A/D、D/A、I/O转换系统(8)、出水泵(9)、PC机(10)组成，其特征是由原水箱(1)、进水泵(2)、填充板(3)、微滤膜组件(4)组成慢速膜过滤系统，调节两块填充板(3-1)、(3-2)的间距改变微滤膜组件(4)膜丝的填充密度，由微孔曝气器(5)、液位计(6)、压力传感器(7)、A/D、D/A、I/O转换系统(8)、PC机(10)构成PLC自控系统，由压力传感器(7)传出压力信号经A/D、D/A、I/O转换系统(8)生成的信号来调整微孔曝气器(5)的曝气量。
2.按照权利要求1所述的慢速膜过滤反应器，其特征是所述两块填充板(3-1)和(3-2)的间距可调，微滤膜组件(4)膜丝填充密度可调范围为53～75％。
全文摘要
本发明将微孔膜分离技术和生物膜处理技术相结合，构成慢速膜过滤反应器。主要由慢速膜过滤系统与自控系统实现原水污染物质的去除，对于不同的原水水质，可调节填充板来改变膜丝的填充密度，提高了该设备控制的灵活性，为获得理想的出水水质提供了保证。PLC系统的应用使慢速膜过滤工艺由间歇式处理的实验室阶段转变为连续性处理工艺的实用阶段，极大提高原水的处理能力，降低运行成本。本发明装置对微污染水的处理效果显著，对原水TOC的去除率超过95％，NH
文档编号C02F3/30GK1724392SQ20051001365
公开日2006年1月25日 申请日期2005年6月3日 优先权日2005年6月3日
发明者赵新华, 孙宝盛, 许艳红, 张海丰, 齐庚申 申请人:天津大学