專利名稱：陶瓷膜管生物反應分離系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種陶瓷膜管生物反應分離系統，用于各種需要進行生物化學反應并進而對反應物進行分離的各種領域，如通過生化反應降解有機物的污水凈化處理領域、通過發酵或生化反應生產、濃縮、富集、提純生物制劑及生物藥品等領域。
膜與生物耦合反應是近年來正在開發的一種高新技術，它可廣泛應用于各種需要微生物、細胞蛋白質等生命體或大分子物質參與的物理和化學過程，例如各種水體系和地表水的凈化處理；工農業生產中產生的污水的降解處理和達標排放；飲用水的凈化處理和預處理；生物化學反應生產、濃縮、富集、提純生物制劑及生物藥品等領域。在環境保護、生物工程、化學工程各領域中具有重要經濟價值和社會效益。目前見于報導的膜與生物耦合反應系統尚存在不足之處是膜組件多采用有機高分子膜，機械強度低，通量小，處理量小，易受微生物及酸堿體系的腐蝕，化學穩性差，使用壽命短；系統采用正壓操作，物料需經泵增壓后送達膜面進行分離，致使膜污染嚴重，膜孔堵塞導致過濾通量減小，不能長期穩定操作，加之泵對流體產生的劇烈攪動容易惡化反應條件，導致生命體失活或死亡，影響反應效果；直接向反應器內曝氣，能耗大，還容易破壞生化反應體系的穩定性。
本發明的目的是提供一種陶瓷膜管生物反應分離系統，它能克服現有同類系統的缺點，使系統更適合于生化反應及分離的需要，可以提高膜通量，防止膜污染，確保系統的穩定操作，使之適合于工業化應用。
本發明陶瓷膜管生物反應分離系統含有生化反應器和膜分離器，以管路連成循環回路，系統設有曝氣裝置，反應器內可設置有機或無機填料、塔板、篩板。所說的膜分離器是由膜管和殼體組成，膜管與殼體之間設有隔層空間，膜管為內壁載有一層燒結多孔膜的陶瓷管，該陶瓷管可以是多通道或單通道，多孔膜的平均孔徑為5納米～10微米，可根據需要選擇材質為氧化鋁或氧化鋯、氧化鈦、氧化硅的多孔膜，膜管為循環管路的組成部分，膜分離器的濾液出口管連有負壓抽吸裝置，使系統處于負壓狀態，管內液體徑向透過管壁并輸出收集或排放。本發明的曝氣裝置可以是與膜分離器相連的壓力氣源，通過該壓力氣源向膜管徑向反沖曝氣，提供生化反應所需的空氣或其它氣體，同時沖脫膜表面的污染物。上述反沖過程間歇進行，反沖時，負壓抽吸裝置停止工作，二者通過閥門切換，反沖曝氣的時間間隔及反沖過程的持續時間根據生化反應的需氧量而定。本發明中，循環介質在膜管內由下向上流動，曝氣裝置可以是設在膜管下端的導氣管，導氣管的噴頭向膜管內曝入生化反應所需的空氣或其它氣體，曝入的氣體分散成小氣泡在膜管內上升并溶入介質中參與生化反應。后一方案中，膜分離器也可與一個反沖壓力源相連，此時該壓力源僅為了對膜管適時反沖，消除膜污染，可以是壓力氣體，也可以是壓力液體。
本發明系統采用的無機膜，膜通量大，機械強度高，適應大處理量的工業化應用，膜的化學穩定性好，在生化反應的酸堿介質中不會被腐蝕；本發明采用真空抽吸的負壓操作代替現有系統的正壓操作，循環回路中無需設泵，節省能耗，并確保系統的反應在較溫和及穩定的條件下進行，利于菌膠團的生長繁殖；本發明采用對膜管適時加壓反沖曝氣，曝入氣體壓力高，溶入量大，且傳質效率高，速度快。同時又能使附著在膜管內壁的污染物脫落，確保濾孔暢通；此外，本發明在膜管下端設置曝氣管，氣泡在膜管內氣升的過程中伴有氣拌效應，能防止介質中的污染物在膜表面沉積，大大改善膜污染現象，連續上升的氣泡在回路中形成介質密度差，該密度差使介質達到連續穩定地循環流動的結果。可見，本發明設計的膜管生化反應分離系統提高了生化反應系統的穩定性，解決了膜污染問題，膜強度高，通量大，能耗低，適于工業化推廣。
下面結合
本發明系統的二個流程實施例及膜管分離器結構。
圖1是設置反沖曝氣系統的本發明陶瓷膜管生物反應分離系統的流程圖。
圖2是設置氣升曝氣系統的本發明陶瓷膜管生物反應分離系統的流程圖。
圖3是膜管分離器的結構示意圖，圖4是膜管橫截面結構實施例示意圖。
圖1實施例中，生化反應器1與膜管分離器2連成循環回路，反應器內的介質通過閥F1、F4、流量計L1、膜管分離器2，經閥F2回反應器并不斷循環流動，圖中D1是進料閥，LS是液位控制器。膜管分離器的輸出管與真空泵6相連，當介質流經膜管時，在負壓抽吸作用下，介質中的液體徑向透過膜管，實現固液分離。分離出的液體經閥D2輸出，入集液罐3收集。圖中標號4是真空緩沖罐。圖1流程中，分離器2可通過閥D3由空壓機7-1(也可采用氣體鋼瓶8-1)輸入壓力氣體，向膜管反沖曝氣，反沖氣體進入循環回路后即可參與生化反應。同時反沖脫附在濾膜上的污染物，避免膜孔堵塞。反沖管路中還設有氣壓緩沖罐10。
圖2實施例中增設氣升式曝氣管9，該曝氣管9通過空壓機7-2(或氣體鋼瓶8-2)向分離器2的膜管內曝氣，向系統提供生化反應所需的氣體，氣體自下向上通過噴頭分散成微泡的形式曝入膜管內，它可對膜管內介質形成氣拌，防止固體物沉積在膜面，減輕對濾膜的污染。曝氣管路上還設有氣壓緩沖罐5和流量計L2。圖2中的閥D3連接反沖裝置。本例由于膜管內的微泡氣升作用使膜污染減小，因此可減少反沖操作，甚至無需反沖。
膜管分離器2的結構見圖3，膜管2-1與殼體2-2之間是隔層空間2-3，膜管2-1的上下兩端分別以接頭2-4和2-5與循環管路相連接，殼體設有液體輸出接管2-7和反沖氣輸入接管2-6；膜管2-1可以是單通道管或多通道陶瓷管。圖3中，膜分離器的下端管路10內伸入一個氣升管11，氣升管的噴頭11-1向膜管內曝氣，12是氣泵。圖4表示多通道膜的橫截面結構，如圖4所示，膜管2-1含有多個通道2-1-1，各通道的內壁載有一層燒結多孔膜2-1-2，它的材質是氧化鋁或氧化鋯、氧化鈦、氧化硅，(見A部)。反應質介在通道內軸向流動，其中的液體徑向透過多孔膜2-1-2及支撐層2-1-3，二者呈錯流流動。
下面提供本發明的應用實施例。
實施例生活污水的降解凈化處理處理前污水COD為450毫克/升，氨氮含量20毫克/升，黑色，濁度2000NTU，有明顯惡臭味。
反應器內加入20升污水至一定的液面，系統工作時，按85毫升/小時向反應器連續進水，每1000毫升污水中加入5克菌膠團，并滴加生物酸或生物堿，調節pH值，使其保持中性，反應溫度保持室溫20℃左右。分離器采用內壁載有一層燒結多孔膜的膜管組件，多孔膜的材質是氧化鋯。開啟真空泵，抽吸負壓在0.1Mpa以下。采用圖1系統時，每20分鐘啟動一次空壓泵進行反沖曝氣，每次持續15秒，反沖壓力0.5MPa，反沖時，將真空泵關閉；若采用圖2系統，導氣管的氣泵連續供氣，氣泵壓力0.02MPa，氣升循環連續進行，氣升流量為3升/分鐘。
本實施例處理后的出水COD為2-50毫克/升，氨氮量降至0.02-0.1毫克/升，無色透明，濁度小于4NTU，無異味。
權利要求
1．陶瓷膜管生物反應分離系統，含有生化反應器和膜分離器，以管路連成循環回路，系統設有曝氣裝置，其特征是所說的膜分離器是由膜管和殼體組成，膜管與殼體之間設有隔層空間，膜管為載有燒結多孔膜的陶瓷管，膜管為循環管路的組成部分，膜分離器的濾液出口與負壓抽吸裝置相連，呈負壓操作。
2．根據權利要求1所述的陶瓷膜管生物反應分離系統，其特征是所說的曝氣裝置是與膜分離器相連的壓力氣源，通過該壓力氣源向膜管徑向反沖曝氣。
3．根據權利要求1所述的陶瓷膜管生物反應分離系統，其特征是所說的循環回路的介質在膜管內由下向上流動，所說的曝氣裝置是設置在膜管下端的向上曝氣的導氣管，導氣管的噴頭向膜管內曝入生化反應所需的氣體。
4．根據權利要求3所述的陶瓷膜管生物反應分離系統，膜分離器連有用于反沖的壓力源。
5．根據權利要求1或2或3或4所述的陶瓷膜管生物反應分離系統，其特征是陶瓷膜管可以是多通道或單通道。
6．根據權利要求5所述的陶瓷膜管生物反應分離系統，其特征是多孔膜的平均孔徑為5納米～10微米，多孔膜的材質可以是氧化鋁或氧化鋯、氧化鈦、氧化硅。
全文摘要
本發明涉及一種陶瓷膜管生物反應分離系統,含有連成循環回路的生化反應器和膜管分離器,膜管為內壁載有一層燒結多孔膜的陶瓷管,膜管為循環管路的組成部分,膜分離器通過真空泵呈負壓操作,膜分離器還與壓力氣源相連,通過該壓力氣源向膜管徑向反沖曝氣,或設置氣升式曝氣管,曝入氣體以氣泡形式在膜管內上升并溶入介質中。本系統負壓操作,無需設泵,反應溫和,反沖曝氣及氣升式曝氣可有效解決膜污染的問題。適于工業化推廣。
文檔編號C02F3/20GK1310138SQ01108189
公開日2001年8月29日 申請日期2001年4月9日 優先權日2001年4月9日
發明者徐南平, 徐農, 邢衛紅 申請人:南京化工大學