专利名称：一种正渗透膜生物反应器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种膜分离技术，具体为一种正渗透膜生物反应器。
背景技术：
城市污水、生活废水和工业废水的处理回用既可解决污染问题，又可使污水得到 有效利用，缓解水资源短缺的紧张状况，是个一举两得的措施，具有明显的经济效益、社会 效益和环境效益。膜生物反应器(MembraneBioreactor，简称MBR)是将高效膜分离技术和 生物反应器的生物降解作用集于一体的水处理技术，它使用膜组件替代传统活性污泥法中 的沉淀池来实现泥水分离，具有固液分离率高，完全截留微生物，出水水质较好，处理效率 高，占地空间小，运行管理简单等特点，展现出良好的发展前景和市场潜力。
M服技术虽然具有常规污水生化处理无法比拟的优势，但也存在较难克服的问题。
首先，现有的MBR中通常采用微滤膜或超滤膜，对难生化降解的污染物去除率不 高，出水中残留的微量污染物等可能对回用水的安全性带来一定影响，因此对MBR出水进 行深度处理，进一步提高水质安全十分必要。目前，常用的M服后续(深度)处理技术主要 有膜分离技术、高级氧化技术、混凝技术和生物技术。 其次，使用活性污泥是MBR的优点，也成为MBR的致命弱点；MBR是污染问题最严 重的膜过程，甚至严重污染产水后处理的R0膜。从能耗的角度考虑，除了 MBR的动力运行 成本，膜污染是造成MBR能耗高的最主要原因。膜污染造成透水通量衰减较快，离线清洗频 繁，膜寿命縮减，投资及运行成本增加。在MBR实际运行过程中，往往采用加入药剂、降低污 泥浓度、稳定进水流速、增大曝气等方式来降低膜污染，但实际效果并不明显。现有MBR的 这些缺陷和问题限制了 MBR的应用，阻碍了 MBR技术的推广。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是，提供一种新型膜生物反应器 (MBR)，该MBR采用正渗透膜，具有产水水质好，投资和运行成本小，膜过程能耗极低，无浓 水排放和环境友好等特点。该MBR技术特别适用于城市污水、生活污水和工业废水的净化、 软化。 本发明解决所述技术问题的技术方案是，设计一种正渗透膜生物反应器，包括生 物反应器系统、正渗透膜分离系统和盐水浓縮系统，所述的生物反应器系统包括生物反应 器，在生物反应器内的底部装有曝气管，曝气管外接曝气系统，生物反应器的底部还外接排 泥阀门；所述的正渗透膜分离系统包括驱动液储罐以及依次管接的进水泵，进水阀门、MBR 进水流量计、正渗透膜组件和驱动液回收罐，所述正渗透膜组件由进水收集管、正渗透膜和 产水收集管浇注而成，MBR进水流量计与进水收集管管接，产水收集管与驱动液回收罐管 接；所述的盐水浓縮系统包括与驱动液回收罐管接的浓縮泵，浓縮泵依次管接浓縮液进水 阀门、浓縮液进水流量计和浓縮膜组件，浓縮膜组件一路管接淡水储罐，另一路管接回所述 的驱动液储罐；所述的正渗透膜为具有截盐作用的半透膜；所述的驱动液是指高化学势的无机盐水溶液，包括高浓度的无机盐水溶液或者无机盐和其他水溶性有机物的混合溶液。
与现有技术相比，本发明正渗透MBR具有以下特点 (1)膜过程中的膜污染极低(或可忽略)。其原因在于①由于正渗透的传质推动 力为膜两侧所存在的化学势差，而不是传统的压力驱动，因此不会存在由于压力推动而产 生的污染物聚集；②不需要采用为抑制或破坏污染层而采取的流体扰动(如膜面曝气)，避 免了高膜面流速产生的不可逆污染；③现有MBR所用的微孔超滤膜/微孔膜复合膜的功能 层致密且荷电，而正渗透膜为纳滤/反渗透复合膜，可有效克服易被有机物污染和孔堵塞， 同时纳滤/反渗透复合膜对无机盐具有选择透过性，也可降低由于膜面无机物积累产生的 无机污染，同时也可除去部分无机盐。 (2)提高生化反应效率。由于膜污染问题的有效解决，一些生化反应进行的必要条 件可放宽，如污水的浓度、活性污泥的浓度等，特别是可大幅度提高活性污泥的浓度，将会 縮短生化反应时间、加强生化反应效果，从而提高生化反应效率。 (3)投资成本小，运行成本低。正渗透MBR膜过程由于只需克服较低的流动阻力， 因此组件的形式简单，对材质无高要求，投资成本小；由于膜分离过程不需要动力驱动，因 此膜过程能耗极低；同时没有污染问题的困扰，膜的使用寿命延长，且使用药剂、曝气和清 洗等费用也可降低，运行成本低。 (4)产水水质好、透过通量高。由于传统MBR以超滤或微滤膜为核心单元，产 水中还含有盐、小分子有机物等，不仅不适合回用，而且还会带来后处理工艺的污染问题Jae-Hoon Choi等采用纳滤膜作为生物反应器的核心进行了废水处理的研究，但其水通 量极低，操作压力高，污染问题严重，没有实际应用价值(参见一种浸没式纳滤膜生物反应 器(NF MBR)在废水处理中的新的应用 Jae-Hoon Choi， Seok Dockko， Kensuke Fukushi， KazuoYamamoto, Desalination, 2007， 146 (1-3) :413-420)。本发明正渗透MBR是以正渗 透膜为核心的过滤单元，在渗透压的作用下进行水溶液的过滤，过程无动力污染，水通量极 高，产水水质优良。 (5)环境友好。正渗透M服的膜过程中无浓水排放，因而是环境友好的膜过程，符 合产业发展的绿色要求。
图1为本发明所述正渗透MBR的结构示意图。
具体实施例方式
下面结合实施例及其附图进一步叙述本发明 本发明设计的正渗透膜生物反应器(膜生物反应器，参见图l)，包括生物反应器 系统、正渗透膜分离系统和盐水浓縮系统，所述的生物反应器系统包括生物反应器5，在 生物反应器5内的底部装有曝气管6，曝气管6外接曝气系统(图1中未画出，参见图1中 的箭头)，生物反应器5的底部还外接排泥阀门7 ;所述的正渗透膜分离系统包括驱动液储 罐1以及依次管接的进水泵2，进水阀门3、 MBR进水流量计4、正渗透膜组件8和驱动液回 收罐ll，所述正渗透膜组件8由进水收集管9、正渗透膜10和产水收集管11浇注而成，MBR 进水流量计4与进水收集管9管接，产水收集管11与驱动液回收罐12管接；所述的盐水浓縮系统包括与所述驱动液回收罐12管接的浓縮泵13，浓縮泵13依次管接浓縮液进水阀门 14、浓縮液进水流量计15和浓縮膜组件16，浓縮膜组件16 —路管接淡水储罐17，另一路管 接回所述的驱动液储罐l。 采用新的正渗透膜分离系统替换现有浸没式生物反应器技术中采用的超微滤系
统，将传统的压力驱动改为化学势差驱动，是本发明的核心技术。因此本发明的反应器称为
正渗透(膜)生物反应器(Forward Osmosis MembraneBioreactor， F0 MBR)。 本发明所述正渗透膜组件8中的正渗透膜10为具有截盐作用的半透膜，包括醋酸
纤维素膜、聚苯并咪唑膜或聚酰胺复合膜等；所用膜的形式是平板膜、巻式膜、管式膜和中
空纤维膜中的一种。 本发明所述的驱动液是指高化学势的无机盐水溶液，特征是具有较高的化学势， 例如高浓度的无机盐水溶液，如20-60g/L的氯化镁水溶液或氯化钠水溶液等；也可以是无 机盐和其他水溶性有机物的混合溶液，如20-60g/L氯化钠中加入l-60g/L的蔗糖组成的混 合溶液等。 本发明所述的浓縮系统为常规的反渗透系统、纳滤系统或蒸馏系统。本发明进入生物反应器的污水的水质参数是COD为40g/L-100g/L、 BOD为0. 3g/
L-50g/L， NH4_N为0. 2g/L_l. Og/L， SS为0. 2g/L—10g/L。 本发明正渗透MBR系统的温度控制在12-30°C， pH控制在6. 5-8. 0。 本发明F0 MBR的工作原理和过程是所述的生物反应器5内装入活性污泥和污
水，污水在生物反应器5中发生生化降解和物理沉降；所述的驱动液在进水泵2的作用下，
低速、无压流入正渗透膜组件8 ;正渗透膜组件8浸泡在生物反应器5的污水中，正渗透膜
10的外表面与污水直接接触，其内表面与驱动液直接接触；由于污水的化学势极低，而驱
动液的化学势极高，因而会在正渗透膜10的两侧形成高化学势差；污水中的水在高化学势
差的推动下穿过致密的正渗透膜IO进入驱动液中，驱动液被稀释；而污水中的其他污染成
分、活性污泥等则被正渗透膜10截留在膜生物反应器5中；被稀释的驱动液流入进驱动液
回收罐12中，在浓縮泵13的作用下，被稀释的驱动液经浓縮液阀门14和浓縮液进水流量
计15打入浓縮膜组件16中，并在其中被浓縮；浓縮膜组件16的产水进入淡水储罐17中回
收，产水回收后再利用；浓縮膜组件16的浓水返则回到驱动液储罐1中，作为驱动液继续或
重复使用。 试验表明，本发明F0 MBR系统运行稳定，出水水质的COD在0-10mg/L之间变化， BOD在0-lmg/L之间，NH4-N未检出，SS未检出，出水水质优良，符合国家标准《城市污水再 生利用城市杂用水水质(GB/T 18920-2002)》要求。
本发明未述及之处适用于现有技术。 下面给出本发明的具体实施例，具体实施例仅用于详细说明本发明，不构成对本
发明权利要求的限制。 实施例1 将活性污泥放入本发明正渗透膜生物反应器5中驯化，将含有COD为40g/L、B0D5 为0. 3g/L、NH4-N为0. 2g/L、SS为0. 2g/L的污水放入膜生物反应器5中；连接正渗透系统， 采用中空纤维醋酸纤维素膜10组件作为正渗透膜组件8，浸泡在膜生物反应器5里的污水 中，将20g/L的氯化钠溶液作为驱动液，注入驱动液储罐l中；连接盐水浓縮系统，所用的浓縮系统为常规的反渗透系统；正渗透控制系统在温度12°C， pH为6. 5下运行。正渗透MBR 系统运行稳定，处理效果良好，出水水质的COD为0， BOD为0， NH4-N未检出，SS未检出，出 水水质优良，符合国家标准《城市污水再生利用城市杂用水水质(GB/T 18920-2002)》要求。
实施例2 将活性污泥放入膜生物反应器5中驯化，将含有COD为70g/L、 B0D5为10g/L、 NH4-N为0. 5g/L、 SS为5g/L的污水放入膜生物反应器5中；连接正渗透系统，采用巻式聚 酰胺复合膜10组件作为正渗透膜组件8，浸泡在膜生物反应器5里的污水中，将40g/L的 氯化镁溶液作为驱动液，注入驱动液储罐1中；连接盐水浓縮系统，所用的浓縮系统为常规 的纳滤系统；正渗透控制系统在温度20°C， pH为7. 0下运行。正渗透MBR系统运行稳定， 处理效果良好，出水水质的COD在0 5mg/L之间变化，BOD在0 lmg/L之间变化，NH4_N 未检出，SS未检出，出水水质优良，符合国家标准《城市污水再生利用城市杂用水水质(GB/ T 18920-2002)》要求。
实施例3 将活性污泥放入膜生物反应器5中驯化，将含有COD为100g/L、 B0D5为50g/L、 NH4-N为1. Og/L、SS为10g/L的污水放入膜生物反应器5中；连接正渗透系统，采用中空纤 维聚苯并咪唑膜10组件作为正渗透膜组件8浸泡在膜生物反应器5里的污水中，将60g/L 的氯化钠与lg/L蔗糖的混合溶液作为驱动液，注入驱动液储罐l中；连接盐水浓縮系统，所 用的浓縮系统为常规的纳滤系统；正渗透控制系统在温度20°C， pH为8. 0下运行。正渗透 MBR系统运行稳定，处理效果良好，出水水质的COD在0 3mg/L之间变化，BOD在0 lmg/ L之间，NH厂N未检出，SS未检出，出水水质优良，符合国家标准《城市污水再生利用城市杂 用水水质(GB/T 18920-2002)》要求。
实施例4 将活性污泥放入膜生物反应器5中驯化，将含有COD为100g/L、 B0D5为50g/L、 NH4-N为1. Og/L、SS为10g/L的污水放入膜生物反应器5中；连接正渗透系统，采用管式醋 酸纤维素膜10组件作为正渗透膜组件8浸泡在膜生物反应器5里的污水中，将10g/L的氯 化钠和60g/L蔗糖的混合溶液作为驱动液，注入驱动液储罐1中；连接盐水浓縮系统，所用 的浓縮系统为常规的纳滤系统；正渗透控制系统工作温度为20°C， pH为8. 0。正渗透MBR 系统运行稳定，处理效果良好，出水水质的COD在0 8mg/L之间变化，BOD在0 lmg/L之 间，NH4-N未检出，SS未检出，出水水质优良，符合国家标准《城市污水再生利用城市杂用水 水质(GB/T 18920-2002)》要求。
权利要求
一种正渗透膜生物反应器，包括生物反应器系统、正渗透膜分离系统和盐水浓缩系统，所述的生物反应器系统包括生物反应器，在生物反应器内的底部装有曝气管，曝气管外接曝气系统，生物反应器的底部还外接排泥阀门；所述的正渗透膜分离系统包括驱动液储罐以及依次管接的进水泵，进水阀门、MBR进水流量计、正渗透膜组件和驱动液回收罐，所述正渗透膜组件由进水收集管、正渗透膜和产水收集管浇注而成，MBR进水流量计与进水收集管管接，产水收集管与驱动液回收罐管接；所述的盐水浓缩系统包括与驱动液回收罐管接的浓缩泵，浓缩泵依次管接浓缩液进水阀门、浓缩液进水流量计和浓缩膜组件，浓缩膜组件一路管接淡水储罐，另一路管接回所述的驱动液储罐；所述的正渗透膜为具有截盐作用的半透膜；所述的驱动液是指高化学势的无机盐水溶液，包括高浓度的无机盐水溶液或者无机盐和其他水溶性有机物的混合溶液。
2. 根据权利要求1所述的正渗透膜生物反应器，其特征在于所述的正渗透膜为醋酸纤维素膜、聚苯并咪唑膜或聚酰胺复合膜；所用膜的形式是平板膜、巻式膜、管式膜和中空纤维膜中的一种。
3. 根据权利要求1所述的正渗透膜生物反应器，其特征在于所述高浓度的无机盐水溶液为20-60g/L的氯化镁水溶液或氯化钠水溶液；所述的驱动液是20-60g/L氯化钠中加入l-60g/L蔗糖组成的混合溶液。
4. 根据权利要求1、2或3所述的正渗透膜生物反应器，其特征在于所述的正渗透膜分离系统的温度控制在12-30°C， pH控制在6. 5-8. 0。
全文摘要
本发明公开一种正渗透膜生物反应器，包括生物反应器系统、正渗透膜分离系统和盐水浓缩系统；正渗透膜分离系统包括驱动液储罐以及依次管接的进水泵，进水阀门、MBR进水流量计、正渗透膜组件和驱动液回收罐，正渗透膜组件由进水收集管、正渗透膜和产水收集管浇注而成，MBR进水流量计与进水收集管管接，产水收集管与驱动液回收罐管接；盐水浓缩系统包括与驱动液回收罐管接的浓缩泵，浓缩泵依次管接浓缩液进水阀门、浓缩液进水流量计和浓缩膜组件，浓缩膜组件一路管接淡水储罐，另一路管接回所述的驱动液储罐；正渗透膜为具有截盐作用的半透膜；驱动液是指高化学势的无机盐水溶液，包括高浓度的无机盐水溶液或者无机盐和其他水溶性有机物的混合溶液。
文档编号C02F9/14GK101786768SQ20101012039
公开日2010年7月28日 申请日期2010年3月9日 优先权日2010年3月9日
发明者杜启云, 王薇 申请人:天津膜天膜工程技术有限公司