专利名称：萃取膜生物反应器及其污水处理方法
技术领域：
本发明涉及一种污水净化处理领域，特别涉及一种采用膜萃取和生物反应相结合的萃取膜生物反应器及其污水处理方法。
背景技术：
随着现代社会的工业化和城市化的加速，环境污染问题日益严重。由于水污染是环境污染问题中最为突出的问题之一，所以对污水的处理尤其受到重视。污水处理技术经过了一百多年的发展，但仍然不能充分满足工程和市场的需求。当前污水处理技术的开发正朝着高效、快速、低成本方向努力。膜生物反应器作为一种高效、快速的生物处理技术，已经在污水处理工程中得到大规模应用。目前开发出来的膜生物反应器可以分为三类⑴膜分离生物反应器(Membrane separation bioreactor),用于污水处理中的固液分离！⑵膜曝气生物反应器(Membrane aeration bioreactor),用于气体质量传递,通常是为好氧工艺供氧，可以实现生物反应器的无泡曝气，大大提高反应器的传氧效率；⑶萃取膜生物反应器(Extractive membrane bioreactor)，用于污染物的萃取和生物降解处理。这三类膜生物反应器中，膜分离生物反应器应用最为广泛，但使用过程中由于膜的堵塞造成处理能力下降的问题一直未能获得很好解决。同时，目前用于膜生物反应器的膜组件成本还居高不下，在很大程度上影响着用户使用膜生物反应器的积极性。
发明内容
本发明的目的是提供一种设备成本低、膜过滤不易发生堵塞，萃取膜生物反应器因为无需大量水流透过膜的两侧，仅要求污染物利用扩散透过膜两侧，不会出现污泥在膜面的聚集而造成膜孔堵塞，由于萃取膜生物反应器膜的两侧基本不存在压力差，污泥的截留不必采用昂贵的渗透膜，仅仅采用廉价的工业滤布就能够实现的萃取膜生物反应器。本发明的另一目的是提供一种采用萃取膜生物反应器进行污水处理的方法。本发明的技术解决方案是所述萃取膜生物反应器，包括生物反应池及安装在所述生物反应池底部的膜组机构，其特殊之处在于所述膜组机构由若干片平行排列的平板式萃取膜组件、膜架、固定在所述膜架上且与所述平板式萃取膜组件内部的水流通道形成相互连通流路的底端通水管和顶端通水管组成。作为优选所述平板式萃取膜组件由框体、框体两端面的滤布、框体两侧框套装的膜端管组成并通过粘结剂粘结为一体；所述框体由支承框、支承框内框凹设的若干通槽、位于通槽的支承框侧框分别开设与所述通槽贯通的贯孔组成；所述膜端管由一端开口而另端封闭的管体、所述管体凸伸的框状侧壁设有分别与所述管体、支承框侧框贯孔保持畅通的水槽组成。作为优选所述膜组机构的并联结构由若干片相互平行的平板式萃取膜组件一侧的膜端管底端共同连通的底端通水管、和若干片相互平行的平板式萃取膜组件另侧膜端管顶端共同连通的顶端通水管所组成；所述通水管的一端开口而另一端封闭；所述底端通水管的外壁沿轴向开设有分别与通水管开口端、平板式萃取膜组件内部的水流通道连通的槽口 ；所述顶端通水管的外壁沿轴向开设有分别与平板式萃取膜组件内部的水流通道、通水管出口端连通的槽口 ；当通水管连通所述平板式萃取膜组件内部的水流通道时，所述槽口同时与各平板式萃取膜组件内部的水流通道互通；污水经底端通水管开口端流入、平行经过各平板式萃取膜组件内部的水流通道、各平板式萃取膜组件内部出来的净化水经汇集于顶端通水管的出口端所形成的互通流路流出。作为优选所述膜组机构的串联结构由第N个底端通水管、所述第N个底端通水管连通第N片平板式萃取膜组件的一侧、第N片平板式萃取膜组件另一侧连通顶端通水管、所述第N片平板式萃取膜组件另一侧顶端通水管连通第N+1个底端通水管、所述第N+1个底端通水管连通第N+1片平板式萃取膜组件的一侧、第N+1片平板式萃取膜组件另一侧连通顶端通水管，及以此类推的通过底端通水管进口和通过顶端通水管出口顺序连接的若干片平板式萃取膜组件组成；所述第一底端通水管与最后一顶端通水管由与膜端管连通的管件组成；而其它通水管均由一对回弯且开口相对的U形管及连通二 U形管的管体组成连通的流路；污水从第一平板式萃取膜组件的底端通水管开口端流入，经过第一平板式萃取膜组件内部的水流通道，所述第一平板式萃取膜组件的顶端通水管出口端，流至第二平板式萃取膜组件的底端通水管开口端，以此顺序类推，从最后一个平板式萃取膜组件的顶端通水管出口端流出。作为优选所述膜组机构的混联结构由所述膜组机构的并联结构连通所述膜组机构的串联结构，或者，由所述膜组机构的串联结构连通所述膜组机构的并联结构；即经过预处理除去悬浮物后的污水通过第一个底端通水管开口端进入平板式萃取膜组件内部的水流通道，经多组膜组机构的循环，污水中的溶解性污染物通过膜孔扩散进入生物反应器被微生物所降解，平板式萃取膜组件内的净化水从最后一个顶端通水管出口端直接流出。本发明的另一技术解决方案是所述萃取膜生物反应器的污水处理方法，其特殊之处在于在所述生物反应池中充满活性污泥混合液，使液面淹没膜组机构，经过预处理除去悬浮物后的污水经底端的通水管进入平板式萃取膜组件内腔，污水中的溶解性污染物通过平板式萃取膜组件上的膜孔扩散进入生物反应池中被微生物所降解，平板式萃取膜组件内的净化水经顶端的通水管开口端直接流出。作为优选在所述生物反应池底部及所述膜组机构下方还设有曝气装置，将所述萃取膜生物反应器作为好氧或兼氧生物反应器，通过曝气使生物反应池内混合液处于混流状态，提高萃取传质速率和处理效果。作为优选在所述生物反应池底部及所述膜组机构下方还设有少量曝气装置或推流装置，将所述萃取膜生物反应器作为厌氧生物反应器，必要时通过间歇曝气方式或推流方式使生物反应器内混合液处于混流状态，提高萃取传质速率和处理效果。作为优选当污水为低碳氮比的污水或高氨氮污水时，通过向所述生物反应池内提供碳源，并实施好氧处理使污水中的氨氮通过硝化作用而得到去除。作为优选当所述膜组机构的平板式萃取膜组件内部滋生有污泥并造成水流流动不畅时，采用大流量进水冲洗平板式萃取膜组件的内部，以清除内部滋生的污泥，保证处理效率不降低。
与现有技术相比，本发明的优点
I、本发明用于污水处理工程，具有投资少，设备小巧紧凑、占地面积小、便于运行管理等特点。2、本发明不仅具有污泥浓度高、处理效率高、放大容易、能耗少、运行成本低等优点，同时在脱氮除磷方面也具有明显的效果。
图I是本发明平板式萃取膜组件未包覆滤布时的结构分解示意图。图2是本发明平板式萃取膜组件未包覆滤布时的结构装配示意图。图3是本发明平板式萃取膜组件包覆滤布时的结构示意图。图4是本发明并联方式的膜组机构立体示意图。
具体实施例方式本发明下面将结合附图作进一步详述
图I至图4示出了本发明的第一个实施例。请参阅图I至图3所示，所述萃取膜生物反应池，采用长方体容器作为生物反应池 (图中未示)，在生物反应池内的下方固定安装曝组机构(图中未示)；所述生物反应池位于所述曝气器的上方固定安装有膜组机构3，在生物反应池上连接好进出水管道(图中未示)，即得到简易膜生物反应器。本实施例中，所述膜组机构3由若干片平行排列的平板式萃取膜组件I、膜架(图中未示)、固定在所述膜架(图中未示)上且与所述平板式萃取膜组件I内部的水流通道形成相互连通流路的底端通水管21和顶端通水管22组成。请参阅图I至图3所示，所述平板式萃取膜组件I由框体11、框体11两端面的滤布12、框体11两侧框套装的膜端管13组成并通过粘结剂粘结为一体；所述框体11由支承框111、支承框111内框凹设的若干通槽112、位于通槽112的支承框侧框分别开设与所述通槽112贯通的贯孔113组成；所述膜端管13由一端开口而另端封闭的管体131、所述管体131凸伸的框状侧壁132设有分别与所述管体131、支承框侧框贯孔113保持畅通的水槽 133组成。所述滤布12的材质选用尼龙、涤纶、锦纶、丙纶、维纶的一种，滤布规格为50目至 300目，所述支承框111的材质选用聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、ABS塑料的一种。本实施例中，根据需要，可选用膜组机构并联结构、串联结构和混联结构的一种 请参阅图4所示，所述膜组机构3的并联结构由若干片相互平行的平板式萃取膜组件I
一侧的膜端管13底端共同连通的底端通水管21、和若干片相互平行的平板式萃取膜组件I 另一侧膜端管13顶端共同连通的顶端通水管22所组成；所述通水管的一端开口而另一端封闭；所述底端通水管21的外壁沿轴向开设有分别与通水管开口端211、平板式萃取膜组件I内部的水流通道连通的槽口(图中未示)；所述顶端通水管22的外壁沿轴向开设有分别与平板式萃取膜组件I内部的水流通道、通水管出口端221连通的槽口(图中未示)；当通水管21、22连通所述平板式萃取膜组件I内部的水流通道时，所述槽口(图中未示)同时与各平板式萃取膜组件I内部的水流通道互通；污水经底端通水管21开口端211流入、 平行经过各平板式萃取膜组件I内部的水流通道、各平板式萃取膜组件I内部出来的净化水经汇集于顶端通水管22的出口端221所形成的互通流路流出。本实施例中，所述膜组机构3的串联结构由第N个底端通水管(图中未示)、所述第N个底端通水管(图中未示)连通的第N片平板式萃取膜组件I的一侧、第N片平板式萃取膜组件I另一侧连通顶端通水管22、所述第N片平板式萃取膜组件I另一侧顶端通水管22连通第N+1个底端通水管(图中未示)、所述第N+1个底端通水管(图中未示)连通第N+1片平板式萃取膜组件I的一侧、第N+1片平板式萃取膜组件I另一侧连通顶端通水管 (图中未示)，及以此类推的通过底端通水管进口(图中未示)和通过顶端通水管出口(图中未示)顺序连接的若干片平板式萃取膜组件I组成；所述第一底端通水管(图中未示) 与最后一顶端通水管(图中未示)由与膜端管13连通的管件131组成；而其它通水管(图中未示)均由一对回弯且开口相对的U形管(图中未示)及连通二U形管的管体(图中未示)组成连通的流路；污水经第一平板式萃取膜组件I的底端通水管开口端(图中未示) 流入，经过第一平板式萃取膜组件I内部的水流通道，第一平板式萃取膜组件I的顶端通水管出口端(图中未示)，流至第二平板式萃取膜组件的底端通水管开口端(图中未示)，以此顺序类推，从最后一个平板式萃取膜组件的顶端通水管出口端(图中未示)流出。本实施例中，所述膜组机构3的混联结构由所述膜组机构的并联结构连通所述膜组机构的串联结构，或者，由所述膜组机构的串联结构连通所述膜组机构的并联结构；即 经过预处理除去悬浮物后的污水通过第一个底端通水管开口端(图中未示)进入平板式萃取膜组件内部的水流通道，经多组膜组机构的循环，污水中的溶解性污染物通过膜孔扩散进入生物反应器被微生物所降解，平板式萃取膜组件内的净化水从最后一个顶端通水管出口端(图中未示)直接流出。在简易膜生物反应器(图中未示)内接种市政污水处理的污泥后，将经过过滤的生活污水通入膜组机构3进行好氧处理，控制水力停留时间为5小时，经过连续7天的曝气和连续进水，出水水质达到GB18918-2002 —级A标准。所述萃取膜生物反应器的污水处理方法，包括在所述生物反应池(图中未示)中充满活性污泥混合液，使液面淹没膜组机构3，经过预处理除去悬浮物后的污水经底端的通水管21进入平板式萃取膜组件I内腔，污水中的溶解性污染物通过平板式萃取膜组件I 上的膜孔扩散进入生物反应池(图中未示)中被微生物所降解，平板式萃取膜组件I内的净化水经顶端的通水管开口端221直接流出。本实施例中，根据生物反应器的性质，选用其中的一种生物处理模式
在所述生物反应池(图中未示)底部及所述膜组机构I下方还设有曝气装置(图中未示)，将所述萃取膜生物反应器(图中未示)作为好氧或兼氧生物反应器，通过曝气使生物反应池内混合液处于混流状态，提高萃取传质速率和处理效果。在所述生物反应池(图中未示)底部及所述膜组机构3下方还设有少量曝气装置 (图中未示)或推流装置(图中未示)，将所述萃取膜生物反应器(图中未示)作为厌氧生物反应器，必要时通过间歇曝气方式或推流方式使生物反应器(图中未示)内混合液处于混流状态，提高萃取传质速率和处理效果。本实施例中，当污水为低碳氮比的污水或高氨氮污水时，通过向所述生物反应池 (图中未示)内提供碳源，并实施好氧处理使污水中的氨氮通过硝化作用而得到去除。本实施例中，当所述膜组机构3的平板式萃取膜组件I内部滋生有污泥并造成水流流动不畅时，采用大流量进水冲洗平板式萃取膜组件I的内部，以清除内部滋生的污泥， 保证处理效率不降低。当污水为含高COD污水时，将经过过滤的高COD污水通入膜组机构3进行厌氧处理；控制水力停留时间为48小时，经过30天连续进水后，COD由进水中的2000mg/L降为出水中的400mg/L。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
1.一种萃取膜生物反应器，包括生物反应池及安装在所述生物反应池中的膜组机构； 其特征在于所述膜组机构由若干片平行排列的平板式萃取膜组件、膜架、固定在所述膜架上且与所述平板式萃取膜组件内部的水流通道形成相互连通流路的底端通水管和顶端通水管组成。
2.根据权利要求I所述萃取膜生物反应器，其特征在于所述平板式萃取膜组件由框体、框体两端面的滤布、框体两侧框套装的膜端管组成并通过粘结剂粘结为一体；所述框体由支承框、支承框内框凹设的若干通槽、位于通槽的支承框侧框分别开设与所述通槽贯通的贯孔组成；所述膜端管由一端开口而另端封闭的管体、所述管体凸伸的框状侧壁设有分别与所述管体、支承框侧框贯孔保持畅通的水槽组成。
3.根据权利要求2所述萃取膜生物反应器，其特征在于所述膜组机构的并联结构由若干片相互平行的平板式萃取膜组件一侧的膜端管底端共同连通的底端通水管、和若干片相互平行的平板式萃取膜组件另侧膜端管顶端共同连通的顶端通水管所组成；所述通水管的一端开口而另一端封闭；所述底端通水管的外壁沿轴向开设有分别与通水管开口端、平板式萃取膜组件内部的水流通道连通的槽口 ；所述顶端通水管的外壁沿轴向开设有分别与平板式萃取膜组件内部水流通道、通水管出口端连通的槽口 ；当通水管连通所述平板式萃取膜组件内部的水流通道时，所述槽口同时与各平板式萃取膜组件内部的水流通道互通； 污水经底端通水管开口端流入、平行经过各平板式萃取膜组件内部的水流通道、各平板式萃取膜组件内部出来的净化水经汇集于顶端通水管的出口端所形成的互通流路流出。
4.根据权利要求2所述萃取膜生物反应器，其特征在于所述膜组机构的串联结构由第N个底端通水管、所述第N个底端通水管连通第N片平板式萃取膜组件的一侧、第N片平板式萃取膜组件另一侧连通顶端通水管、所述第N片平板式萃取膜组件另一侧顶端通水管连通第N+1个底端通水管、所述第N+1个底端通水管连通第N+1片平板式萃取膜组件的一侧、第N+1片平板式萃取膜组件另一侧连通顶端通水管，及以此类推的通过底端通水管进口和通过顶端通水管出口顺序连接的若干片平板式萃取膜组件组成；所述第一底端通水管与最后一顶端通水管由与膜端管连通的管件组成；而其它通水管均由一对回弯且开口相对的U形管及连通二 U形管的管体组成连通的流路；污水从第一平板式萃取膜组件的底端通水管开口端流入，经过第一平板式萃取膜组件内部的水流通道，所述第一平板式萃取膜组件的顶端通水管出口端，流至第二平板式萃取膜组件的底端通水管开口端，以此顺序类推， 从最后一个平板式萃取膜组件的顶端通水管出口端流出。
5.根据权利要求3或4所述萃取膜生物反应器，其特征在于所述膜组机构的混联结构由所述膜组机构的并联结构连通所述膜组机构的串联结构，或者，由所述膜组机构的串联结构连通所述膜组机构的并联结构；即经过预处理除去悬浮物后的污水通过第一个底端通水管开口端进入平板式萃取膜组件内部的水流通道，经多组膜组机构的循环，污水中的溶解性污染物通过膜孔扩散进入生物反应器被微生物所降解，平板式萃取膜组件内的净化水从最后一个顶端通水管出口端直接流出。
6.一种根据权利要求I所述萃取膜生物反应器的污水处理方法，其特征在于在所述生物反应池中充满活性污泥混合液，使液面淹没膜组机构，经过预处理除去悬浮物后的污水经底端的通水管进入平板式萃取膜组件内腔，污水中的溶解性污染物通过平板式萃取膜组件上的膜孔扩散进入生物反应池中被微生物所降解，平板式萃取膜组件内的净化水经顶端的通水管开口端直接流出。
7.根据权利要求6所述萃取膜生物反应器，其特征在于在所述生物反应池底部及所述膜组机构下方还设有曝气装置，将所述萃取膜生物反应器作为好氧或兼氧生物反应器， 通过曝气使生物反应池内混合液处于混流状态，提高萃取传质速率和处理效果。
8.根据权利要求6所述萃取膜生物反应器，其特征在于在所述生物反应池底部及所述膜组机构下方还设有少量曝气装置或推流装置，将所述萃取膜生物反应器作为厌氧生物反应器，必要时通过间歇曝气方式或推流方式使生物反应器内混合液处于混流状态，提高萃取传质速率和处理效果。
9.根据权利要求7所述萃取膜生物反应器的污水处理方法，其特征在于当污水为低碳氮比的污水或高氨氮污水时，通过向所述生物反应池内提供碳源，并实施好氧处理使污水中的氨氮通过硝化作用而得到去除。
10.根据权利要求6至9任意项所述萃取膜生物反应器的污水处理方法，其特征在于 当所述膜组机构的平板式萃取膜组件内部滋生有污泥并造成水流流动不畅时，采用大流量进水冲洗平板式萃取膜组件的内部，以清除内部滋生的污泥，保证处理效率不降低。
全文摘要
本发明涉及一种萃取膜生物反应器及其污水处理方法。该萃取膜生物反应器包括生物反应池及安装在所述生物反应池中的膜组机构；膜组机构由若干片平行排列的平板式萃取膜组件、膜架、固定在所述膜架上且与所述平板式萃取膜组件内部的水流通道形成相互连通流路的底端通水管和顶端通水管组成。萃取膜生物反应器的污水处理方法在所述生物反应池中充满活性污泥混合液，使液面淹没膜组机构，经过预处理除去悬浮物后的污水经底端的通水管进入平板式萃取膜组件内腔,污水中的溶解性污染物通过平板式萃取膜组件上的膜孔扩散进入生物反应池中被微生物所降解，平板式萃取膜组件内的净化水经顶端的通水管开口端直接流出。
文档编号C02F3/00GK102603059SQ201210087329
公开日2012年7月25日 申请日期2012年3月29日 优先权日2012年3月29日
发明者刘淑杰, 张义, 芦嵩林, 陈福明 申请人:深圳清华大学研究院