專利名稱：分置式膜生物反應(yīng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于膜生物反應(yīng)器技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及分置式膜生物反應(yīng)器。
背景技術(shù)：
一種公知的分體式膜生物反應(yīng)器是錯(cuò)流式膜生物反應(yīng)器系統(tǒng)，由生物反應(yīng)器單元和錯(cuò)流式膜分離器組成，優(yōu)點(diǎn)是膜單元膜的清洗和維護(hù)方便，存在主要問題是單位水處理能耗高的技術(shù)問題。能耗高的原因是生物單元和膜單元之間的循環(huán)水泵所至，處理單位水量處理能耗約為3.0-5.5kW·h/m3，是傳統(tǒng)活性污泥法單位水處理能耗約的10-15倍。(樊耀波等，環(huán)境科學(xué)，1995，16(5)79-81；樊耀波等，環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，1997，17(1)68-74；鄭祥等，2000，環(huán)境污染治理技術(shù)與設(shè)備，Vol.1(5)，12-19)。
另一種公知的膜浸沒式分體式膜生物反應(yīng)器由生物反應(yīng)器單元和浸沒式膜分離器單元組成，膜分離器單元中沖刷膜組件的鼓氣壓力一般在30-50kPa，其能耗一般在1-2kWh/m3，仍大大高于普通生化處理方法(Arnold Zilverentant，Water 21，November/December，1999，29～31；Hadi Husain，Pierre Cote，WQIMarch/April，1999，19-22)。
為解決能耗高的問題，同時(shí)又保留膜維護(hù)方便的優(yōu)點(diǎn)，一種采用淺層曝氣浸沒式膜單元，可以實(shí)現(xiàn)無泵循環(huán)的分體式膜生物反應(yīng)器被提出(樊耀波。分體式膜生物反應(yīng)器及水處理方法，發(fā)明專利申請?zhí)?1120691.8，公開號(hào)CN1358675A)，但該種工藝由于膜單元和生物單元的分離，需要較長的循環(huán)管，雖然該循環(huán)管在一定的場合，如生物單元與膜單元必須分別安裝時(shí)是必須的，但在非必須條件下，循環(huán)管長不僅在工程建設(shè)難度和造價(jià)上仍較高，還容易導(dǎo)致污泥循環(huán)不暢和在循環(huán)管中出現(xiàn)污泥沉積的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于為了克服公知分體式膜生物反應(yīng)器長循環(huán)管帶來的建設(shè)、安裝難度較高、造價(jià)較高和循環(huán)管易積泥的問題，創(chuàng)造一種由分隔板將生物單元和膜單元隔開，只用單根短循環(huán)管實(shí)現(xiàn)無泵水力循環(huán)的，分置式膜生物反應(yīng)器。膜分離單元采用淺水層鼓氣進(jìn)行膜沖洗，有效降低單位水處理能耗。
該分置式膜生物反應(yīng)器的技術(shù)改進(jìn)，將使膜生物反應(yīng)器技術(shù)更加高效、經(jīng)濟(jì)，在水處理和廢水資源化中有更大應(yīng)用前景。
本發(fā)明的分置式膜生物反應(yīng)器包括生物反應(yīng)池(2)、膜濾池(3)、膜分離單元(16)、鼓氣單元(27)、出水單元(28)，參見圖1。其特征在于生物反應(yīng)池(2)和膜濾池(3)在一個(gè)較大容積的膜生物反應(yīng)池(26)內(nèi)由一堵隔板(22)分隔而成；隔板(22)頂部淹沒在生物反應(yīng)池(2)或膜濾池(3)池水液面至25cm深度處；使反應(yīng)池(2)和膜濾池(3)池水越過隔板(22)頂部連通；一根外部連接的循環(huán)管(14)使生物反應(yīng)池(2)膜濾池(3)在池底部連通；生物反應(yīng)池(2)至膜濾池(3)的下部水循環(huán)，通過循環(huán)管(14)進(jìn)行；循環(huán)管(14)上裝有循環(huán)閥門(15)；生物反應(yīng)池(2)至膜濾池(3)水循環(huán)可通過循環(huán)閥門(15)控制；在膜濾池鼓氣管(9)鼓氣的作用下，膜濾池(3)的水流，躍過隔板(22)頂部回流至生物反應(yīng)器(2)，然后經(jīng)循環(huán)管(14)、又回流入膜濾池(3)，形成生物反應(yīng)器(2)和膜濾池(3)之間的水力循環(huán)。；膜濾池(3)的靜水位在停止鼓氣的條件下同生物反應(yīng)器(2)的靜水位平齊；膜濾池(3)的底部與生物反應(yīng)器底部平齊；膜濾池(3)內(nèi)裝有膜分離單元(16)，由若干個(gè)如圖2所示的膜組件排列組成；膜分離單元(16)安裝于膜濾池(3)內(nèi)池水或污泥混合液的上部，如圖2所示的膜組件自水面起向下布設(shè)，即膜組件的上集水管(23)管底剛好淹沒在水面之下0至25cm水層中，膜組件的下集水管(24)管底視膜組件長度浸沒入自水面至3.5米水深范圍內(nèi)的水層中；膜濾池鼓氣管(9)部設(shè)在膜組件的下集水管(24)管底以下水層內(nèi)。膜濾池鼓氣管(9)為穿孔管。生物池鼓氣管(13)可為穿孔管和微孔曝氣元件，安裝深度為生物池(2)液面下至生物池(2)池底水深范圍內(nèi)，通常與膜濾池鼓氣管(9)安裝深度相等。
本發(fā)明的工作原理是在大大降低分體式膜生物反應(yīng)器中膜分離器單元上方的水深，減小鼓氣沖洗膜組件時(shí)的多余水頭，從而達(dá)到有效減小膜沖洗能耗的同時(shí)又大大減小了循環(huán)管的長度，提高了循環(huán)的效率、循環(huán)安全性，減低了材料的消耗，降低了工程建設(shè)費(fèi)用。本技術(shù)限定圖2所示的膜組件長度為1-3米。
本發(fā)明的分體式膜生物反應(yīng)器的特點(diǎn)是1、鼓氣沖洗膜的能耗??；2、生物反應(yīng)池(2)的靜水位與膜濾池(3)的靜水位保持一個(gè)水平，循環(huán)管(14)短利于生物反應(yīng)池(2)與膜濾池(3)的水力循環(huán)，最大可能減小水循環(huán)能耗和建設(shè)費(fèi)用；4、容易實(shí)現(xiàn)大規(guī)模膜生物反應(yīng)器水處理系統(tǒng)和成套設(shè)備的建設(shè)；5、應(yīng)用范圍廣，可與各種類型的生物反應(yīng)器組合，不局限于活性污泥法，可以為生物膜法，如氧化溝反應(yīng)器、接觸氧化法反應(yīng)器、生物濾池等；6、容易實(shí)現(xiàn)對已有污水生物處理系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改造7、關(guān)閉閥門(15)便可以實(shí)現(xiàn)對膜濾池(3)中膜分離單元(16)的維護(hù)，如對圖2所示的膜組件的在線清洗和更換，而不影響生物反應(yīng)池(2)的運(yùn)行狀態(tài)。


圖1所示為本發(fā)明所述分置式膜生物反應(yīng)器水處理技術(shù)工藝流程圖。其中1原水、2生物反應(yīng)池、3膜濾池、4凈水箱、5空氣泵、6膜空氣閥門、7膜空氣流量計(jì)、8、膜濾池空氣管、9膜濾池鼓氣管、10生物空氣閥門、11生物空氣流量計(jì)、12生物池空氣管、13生物池鼓氣管、14循環(huán)管、15循環(huán)閥門、16膜分離單元、17出水管、18凈化水泵、19凈化水閥門、20凈化水流量計(jì)、21凈化水管、22隔板；26膜生物反應(yīng)池，包括的各部分編號(hào)為2、3、14、15、16；27鼓氣單元，包括的各部分編號(hào)為5、6、7、8、9、10、11、12、13；28出水單元包括的各部分編號(hào)為4、17、18、19、20、21。
圖2為本發(fā)明所述分體式膜生物反應(yīng)器水處理技術(shù)所用膜組件的示意圖。其中，23上集水管、24下集水管、25膜絲。
具體實(shí)施例方式
經(jīng)預(yù)處理過的污水(1)進(jìn)入生物反應(yīng)器(2)，生物反應(yīng)器(2)內(nèi)有活性污泥混合液，在生物池鼓氣管(13)對活性污泥混合液鼓氣，使其混合均勻和部分充氧后，進(jìn)入經(jīng)循環(huán)管(14)進(jìn)入膜濾池(3)；本膜生物反應(yīng)器所要鼓入的空氣主要由膜濾池鼓氣管(9)鼓入膜濾池(3)；膜濾池鼓氣管(9)鼓氣除了起到對膜清洗的作用外主要有給混合液充氧、氣力提升混合液，使混合液在生物反應(yīng)池(2)和膜濾池(3)之間形成循環(huán)的作用；空氣由空氣泵(5)經(jīng)生物空氣閥門(10)、生物空氣流量計(jì)(11)、生物池空氣管(12)通入生物反應(yīng)器(2)的生物池鼓氣管(13)；進(jìn)行沖洗膜絲(25)的空氣由空氣泵(5)經(jīng)膜空氣閥門(6)、膜空氣流量計(jì)(7)、膜濾池空氣管(8)接入膜濾池(3)膜濾池鼓氣管(9)。凈化水通過圖2所示的膜組件上方的水位與凈化水管(21)在凈水箱(4)出水口處的水位差和凈化水泵(18)的抽吸作用，自膜分離單元(16)，經(jīng)出水管(17)、凈化水閥門(19)、凈化水流量計(jì)(20)、凈化水管(21)進(jìn)入凈水箱(4)。
實(shí)施例一個(gè)規(guī)模為24m3/d居住區(qū)污水回用工程分別采用公知的浸沒分體式膜生物反應(yīng)器技術(shù)和本發(fā)明的分體式膜生物反應(yīng)器技術(shù)初步的運(yùn)行能耗分析和比較。
公知的浸沒分體式膜生物反應(yīng)器生物反應(yīng)器水深3m，膜組件長度為1m，即膜組件的上集水管(23)上沿至膜組件的下集水管(24)下沿的距離為1m。氣水比為40∶1，即總鼓氣量為40m3/h，處理水量1m3/h，鼓氣壓力約為30kPa，鼓氣效率為0.44，沖刷膜組件能耗為0.70kW·h/m3，上水、凈化出水等能耗0.3kW·h/m3，處理單位水量的能耗為1.0kW·h/m3。循環(huán)管存在積泥問題，設(shè)備造價(jià)7萬元。
采用本發(fā)明的分體式膜生物反應(yīng)器技術(shù)方案，即在膜濾池中采用淺水層中鼓氣進(jìn)行膜沖洗的分體式膜生物反應(yīng)器技術(shù)。生物反應(yīng)器水深3米，處理水量1m3/h，膜組件長度為1m，即膜組件的上集水管(23)上沿至膜組件的下集水管(24)下沿的距離為1m，膜分離單元鼓氣水深1.2米。氣水比為40∶1，即總鼓氣量為40m3/h，鼓氣壓力為10kPa。鼓氣機(jī)效率為0.44，沖刷膜組件能耗為0.25kW·h/m3，上水、凈化出水能耗0.30kW·h/m3，處理單位水量的能耗為0.55kW·h/m3。減小能耗45％；由于減短循環(huán)管，生物反應(yīng)池和膜濾池只是分隔制造而成，減少材料、制造和安裝費(fèi)0.8萬元，設(shè)備造價(jià)6.2萬元，減小工程費(fèi)用11％以上；同時(shí)解決了循環(huán)管的積泥問題。
比較得出本發(fā)明的分置式膜生物反應(yīng)器技術(shù)方案，在生物反應(yīng)池和膜濾池之間采用隔板法分隔，實(shí)現(xiàn)膜的分池安裝；采用單根短循環(huán)管實(shí)現(xiàn)在膜濾池和生物反應(yīng)池的水力循環(huán)；采用減小鼓氣多余水壓進(jìn)行膜沖洗的方法減小鼓氣能耗。單位污水處理能耗不僅比公知的浸沒分體式膜生物反應(yīng)器低40％-45％，是錯(cuò)流分體式膜生物反應(yīng)器3.0-5.5kW·h/m3的1/7-1/13，還可減小工程費(fèi)用11％以上；解決了積泥問題。更加提高了該技術(shù)在水處理中應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)實(shí)用性。
權(quán)利要求
1.一種分置式膜生物反應(yīng)器，包括生物反應(yīng)池(2)、膜濾池(3)、膜分離單元(16)、鼓氣單元(27)、出水單元(28)；其特征在于，生物反應(yīng)池(2)和膜濾池(3)在一個(gè)膜生物反應(yīng)池(26)內(nèi)由一隔板(22)分隔而成；隔板(22)頂部淹沒在池水液面至25cm深度處，使反應(yīng)池(2)和膜濾池(3)池水越過隔板(22)頂部連通；一根外部連接的循環(huán)管(14)使生物反應(yīng)池(2)膜濾池(3)在池底部連通；循環(huán)管(14)上裝有循環(huán)閥門(15)；膜濾池(3)中裝有膜濾池鼓氣管(9)和膜分離單元(16)；在膜濾池鼓氣管(9)鼓氣的作用下，膜濾池(3)水流躍過隔板(22)頂部回流至生物反應(yīng)器(2)，再經(jīng)循環(huán)管(14)返回膜濾池(3)，形成生物反應(yīng)器(2)和膜濾池(3)之間的水力循環(huán)；生物反應(yīng)池(2)中裝有生物池鼓氣管(13)對池水具有攪拌作用。
2.如權(quán)利要求1所述的分置式膜生物反應(yīng)器，其特征在于所述的膜分離單元(16)由膜組件(23、24、25)排列組成；膜分離單元(16)安裝于膜濾池(3)內(nèi)池水的上部；膜組件上集水管(23)管底淹沒在水面之下0至25cm水層中，膜組件下集水管(24)管底視膜絲(25)長度浸沒入自水面至3.5米水深度范圍內(nèi)的水層中。
3.如權(quán)利要求1所述的分置式膜生物反應(yīng)器，其特征在于所述的膜濾池鼓氣管(9)為穿孔管，置于膜組件下集水管(24)管底以下水層內(nèi)。
4.如權(quán)利要求1所述的分置式膜生物反應(yīng)器，其特征在于所述的生物池鼓氣管(13)為穿孔管和微孔曝氣元件，安裝在生物池(2)液面至池底水深范圍內(nèi)，通常與膜濾池鼓氣管(9)安裝深度等深。
5.如權(quán)利要求1所述的分置式膜生物反應(yīng)器，其特征在于，所述的膜組件由上集水管(23)、下集水管(24)和膜絲(25)組成；所述膜絲(25)采用的為超濾膜或微濾膜。
全文摘要
本發(fā)明屬于膜生物反應(yīng)器技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種分置式膜生物反應(yīng)器。為了克服公知分體式膜生物反應(yīng)器能耗高和長循環(huán)管帶來的建設(shè)安裝難度較大、造價(jià)較高和長循環(huán)管易積泥等問題，創(chuàng)造一種由分隔板將生物反應(yīng)池和膜濾池隔開，只用單根短循環(huán)管實(shí)現(xiàn)無泵水力循環(huán)的分置式膜生物反應(yīng)器。膜分離單元采用淺水層鼓氣進(jìn)行膜沖洗，有效降低單位水處理能耗；單根短循環(huán)管實(shí)現(xiàn)無泵水力循環(huán)更加安全可靠。該分置式膜生物反應(yīng)器的技術(shù)改進(jìn)，使膜生物反應(yīng)器技術(shù)更加高效、經(jīng)濟(jì)，在水處理和廢水資源化中有更大應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)C02F3/02GK1648071SQ20041003900
公開日2005年8月3日 申請日期2004年1月20日 優(yōu)先權(quán)日2004年1月20日
發(fā)明者樊耀波 申請人:中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心