專利名稱：萃取膜生物反應器及其污水處理方法
技術領域：
本發明涉及一種污水凈化處理領域，特別涉及一種采用膜萃取和生物反應相結合的萃取膜生物反應器及其污水處理方法。
背景技術：
隨著現代社會的工業化和城市化的加速，環境污染問題日益嚴重。由于水污染是環境污染問題中最為突出的問題之一，所以對污水的處理尤其受到重視。污水處理技術經過了一百多年的發展，但仍然不能充分滿足工程和市場的需求。當前污水處理技術的開發正朝著高效、快速、低成本方向努力。膜生物反應器作為一種高效、快速的生物處理技術，已經在污水處理工程中得到大規模應用。目前開發出來的膜生物反應器可以分為三類⑴膜分離生物反應器(Membrane separation bioreactor),用于污水處理中的固液分離！⑵膜曝氣生物反應器(Membrane aeration bioreactor),用于氣體質量傳遞,通常是為好氧工藝供氧，可以實現生物反應器的無泡曝氣，大大提高反應器的傳氧效率；⑶萃取膜生物反應器(Extractive membrane bioreactor)，用于污染物的萃取和生物降解處理。這三類膜生物反應器中，膜分離生物反應器應用最為廣泛，但使用過程中由于膜的堵塞造成處理能力下降的問題一直未能獲得很好解決。同時，目前用于膜生物反應器的膜組件成本還居高不下，在很大程度上影響著用戶使用膜生物反應器的積極性。
發明內容
本發明的目的是提供一種設備成本低、膜過濾不易發生堵塞，萃取膜生物反應器因為無需大量水流透過膜的兩側，僅要求污染物利用擴散透過膜兩側，不會出現污泥在膜面的聚集而造成膜孔堵塞，由于萃取膜生物反應器膜的兩側基本不存在壓力差，污泥的截留不必采用昂貴的滲透膜，僅僅采用廉價的工業濾布就能夠實現的萃取膜生物反應器。本發明的另一目的是提供一種采用萃取膜生物反應器進行污水處理的方法。本發明的技術解決方案是所述萃取膜生物反應器，包括生物反應池及安裝在所述生物反應池底部的膜組機構，其特殊之處在于所述膜組機構由若干片平行排列的平板式萃取膜組件、膜架、固定在所述膜架上且與所述平板式萃取膜組件內部的水流通道形成相互連通流路的底端通水管和頂端通水管組成。作為優選所述平板式萃取膜組件由框體、框體兩端面的濾布、框體兩側框套裝的膜端管組成并通過粘結劑粘結為一體；所述框體由支承框、支承框內框凹設的若干通槽、位于通槽的支承框側框分別開設與所述通槽貫通的貫孔組成；所述膜端管由一端開口而另端封閉的管體、所述管體凸伸的框狀側壁設有分別與所述管體、支承框側框貫孔保持暢通的水槽組成。作為優選所述膜組機構的并聯結構由若干片相互平行的平板式萃取膜組件一側的膜端管底端共同連通的底端通水管、和若干片相互平行的平板式萃取膜組件另側膜端管頂端共同連通的頂端通水管所組成；所述通水管的一端開口而另一端封閉；所述底端通水管的外壁沿軸向開設有分別與通水管開口端、平板式萃取膜組件內部的水流通道連通的槽口 ；所述頂端通水管的外壁沿軸向開設有分別與平板式萃取膜組件內部的水流通道、通水管出口端連通的槽口 ；當通水管連通所述平板式萃取膜組件內部的水流通道時，所述槽口同時與各平板式萃取膜組件內部的水流通道互通；污水經底端通水管開口端流入、平行經過各平板式萃取膜組件內部的水流通道、各平板式萃取膜組件內部出來的凈化水經匯集于頂端通水管的出口端所形成的互通流路流出。作為優選所述膜組機構的串聯結構由第N個底端通水管、所述第N個底端通水管連通第N片平板式萃取膜組件的一側、第N片平板式萃取膜組件另一側連通頂端通水管、所述第N片平板式萃取膜組件另一側頂端通水管連通第N+1個底端通水管、所述第N+1個底端通水管連通第N+1片平板式萃取膜組件的一側、第N+1片平板式萃取膜組件另一側連通頂端通水管，及以此類推的通過底端通水管進口和通過頂端通水管出口順序連接的若干片平板式萃取膜組件組成；所述第一底端通水管與最后一頂端通水管由與膜端管連通的管件組成；而其它通水管均由一對回彎且開口相對的U形管及連通二 U形管的管體組成連通的流路；污水從第一平板式萃取膜組件的底端通水管開口端流入，經過第一平板式萃取膜組件內部的水流通道，所述第一平板式萃取膜組件的頂端通水管出口端，流至第二平板式萃取膜組件的底端通水管開口端，以此順序類推，從最后一個平板式萃取膜組件的頂端通水管出口端流出。作為優選所述膜組機構的混聯結構由所述膜組機構的并聯結構連通所述膜組機構的串聯結構，或者，由所述膜組機構的串聯結構連通所述膜組機構的并聯結構；即經過預處理除去懸浮物后的污水通過第一個底端通水管開口端進入平板式萃取膜組件內部的水流通道，經多組膜組機構的循環，污水中的溶解性污染物通過膜孔擴散進入生物反應器被微生物所降解，平板式萃取膜組件內的凈化水從最后一個頂端通水管出口端直接流出。本發明的另一技術解決方案是所述萃取膜生物反應器的污水處理方法，其特殊之處在于在所述生物反應池中充滿活性污泥混合液，使液面淹沒膜組機構，經過預處理除去懸浮物后的污水經底端的通水管進入平板式萃取膜組件內腔，污水中的溶解性污染物通過平板式萃取膜組件上的膜孔擴散進入生物反應池中被微生物所降解，平板式萃取膜組件內的凈化水經頂端的通水管開口端直接流出。作為優選在所述生物反應池底部及所述膜組機構下方還設有曝氣裝置，將所述萃取膜生物反應器作為好氧或兼氧生物反應器，通過曝氣使生物反應池內混合液處于混流狀態，提高萃取傳質速率和處理效果。作為優選在所述生物反應池底部及所述膜組機構下方還設有少量曝氣裝置或推流裝置，將所述萃取膜生物反應器作為厭氧生物反應器，必要時通過間歇曝氣方式或推流方式使生物反應器內混合液處于混流狀態，提高萃取傳質速率和處理效果。作為優選當污水為低碳氮比的污水或高氨氮污水時，通過向所述生物反應池內提供碳源，并實施好氧處理使污水中的氨氮通過硝化作用而得到去除。作為優選當所述膜組機構的平板式萃取膜組件內部滋生有污泥并造成水流流動不暢時，采用大流量進水沖洗平板式萃取膜組件的內部，以清除內部滋生的污泥，保證處理效率不降低。
與現有技術相比，本發明的優點
I、本發明用于污水處理工程，具有投資少，設備小巧緊湊、占地面積小、便于運行管理等特點。2、本發明不僅具有污泥濃度高、處理效率高、放大容易、能耗少、運行成本低等優點，同時在脫氮除磷方面也具有明顯的效果。
圖I是本發明平板式萃取膜組件未包覆濾布時的結構分解示意圖。圖2是本發明平板式萃取膜組件未包覆濾布時的結構裝配示意圖。圖3是本發明平板式萃取膜組件包覆濾布時的結構示意圖。圖4是本發明并聯方式的膜組機構立體示意圖。
具體實施例方式本發明下面將結合附圖作進一步詳述
圖I至圖4示出了本發明的第一個實施例。請參閱圖I至圖3所示，所述萃取膜生物反應池，采用長方體容器作為生物反應池 (圖中未示)，在生物反應池內的下方固定安裝曝組機構(圖中未示)；所述生物反應池位于所述曝氣器的上方固定安裝有膜組機構3，在生物反應池上連接好進出水管道(圖中未示)，即得到簡易膜生物反應器。本實施例中，所述膜組機構3由若干片平行排列的平板式萃取膜組件I、膜架(圖中未示)、固定在所述膜架(圖中未示)上且與所述平板式萃取膜組件I內部的水流通道形成相互連通流路的底端通水管21和頂端通水管22組成。請參閱圖I至圖3所示，所述平板式萃取膜組件I由框體11、框體11兩端面的濾布12、框體11兩側框套裝的膜端管13組成并通過粘結劑粘結為一體；所述框體11由支承框111、支承框111內框凹設的若干通槽112、位于通槽112的支承框側框分別開設與所述通槽112貫通的貫孔113組成；所述膜端管13由一端開口而另端封閉的管體131、所述管體131凸伸的框狀側壁132設有分別與所述管體131、支承框側框貫孔113保持暢通的水槽 133組成。所述濾布12的材質選用尼龍、滌綸、錦綸、丙綸、維綸的一種，濾布規格為50目至 300目，所述支承框111的材質選用聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、ABS塑料的一種。本實施例中，根據需要，可選用膜組機構并聯結構、串聯結構和混聯結構的一種 請參閱圖4所示，所述膜組機構3的并聯結構由若干片相互平行的平板式萃取膜組件I
一側的膜端管13底端共同連通的底端通水管21、和若干片相互平行的平板式萃取膜組件I 另一側膜端管13頂端共同連通的頂端通水管22所組成；所述通水管的一端開口而另一端封閉；所述底端通水管21的外壁沿軸向開設有分別與通水管開口端211、平板式萃取膜組件I內部的水流通道連通的槽口(圖中未示)；所述頂端通水管22的外壁沿軸向開設有分別與平板式萃取膜組件I內部的水流通道、通水管出口端221連通的槽口(圖中未示)；當通水管21、22連通所述平板式萃取膜組件I內部的水流通道時，所述槽口(圖中未示)同時與各平板式萃取膜組件I內部的水流通道互通；污水經底端通水管21開口端211流入、 平行經過各平板式萃取膜組件I內部的水流通道、各平板式萃取膜組件I內部出來的凈化水經匯集于頂端通水管22的出口端221所形成的互通流路流出。本實施例中，所述膜組機構3的串聯結構由第N個底端通水管(圖中未示)、所述第N個底端通水管(圖中未示)連通的第N片平板式萃取膜組件I的一側、第N片平板式萃取膜組件I另一側連通頂端通水管22、所述第N片平板式萃取膜組件I另一側頂端通水管22連通第N+1個底端通水管(圖中未示)、所述第N+1個底端通水管(圖中未示)連通第N+1片平板式萃取膜組件I的一側、第N+1片平板式萃取膜組件I另一側連通頂端通水管 (圖中未示)，及以此類推的通過底端通水管進口(圖中未示)和通過頂端通水管出口(圖中未示)順序連接的若干片平板式萃取膜組件I組成；所述第一底端通水管(圖中未示) 與最后一頂端通水管(圖中未示)由與膜端管13連通的管件131組成；而其它通水管(圖中未示)均由一對回彎且開口相對的U形管(圖中未示)及連通二U形管的管體(圖中未示)組成連通的流路；污水經第一平板式萃取膜組件I的底端通水管開口端(圖中未示) 流入，經過第一平板式萃取膜組件I內部的水流通道，第一平板式萃取膜組件I的頂端通水管出口端(圖中未示)，流至第二平板式萃取膜組件的底端通水管開口端(圖中未示)，以此順序類推，從最后一個平板式萃取膜組件的頂端通水管出口端(圖中未示)流出。本實施例中，所述膜組機構3的混聯結構由所述膜組機構的并聯結構連通所述膜組機構的串聯結構，或者，由所述膜組機構的串聯結構連通所述膜組機構的并聯結構；即 經過預處理除去懸浮物后的污水通過第一個底端通水管開口端(圖中未示)進入平板式萃取膜組件內部的水流通道，經多組膜組機構的循環，污水中的溶解性污染物通過膜孔擴散進入生物反應器被微生物所降解，平板式萃取膜組件內的凈化水從最后一個頂端通水管出口端(圖中未示)直接流出。在簡易膜生物反應器(圖中未示)內接種市政污水處理的污泥后，將經過過濾的生活污水通入膜組機構3進行好氧處理，控制水力停留時間為5小時，經過連續7天的曝氣和連續進水，出水水質達到GB18918-2002 —級A標準。所述萃取膜生物反應器的污水處理方法，包括在所述生物反應池(圖中未示)中充滿活性污泥混合液，使液面淹沒膜組機構3，經過預處理除去懸浮物后的污水經底端的通水管21進入平板式萃取膜組件I內腔，污水中的溶解性污染物通過平板式萃取膜組件I 上的膜孔擴散進入生物反應池(圖中未示)中被微生物所降解，平板式萃取膜組件I內的凈化水經頂端的通水管開口端221直接流出。本實施例中，根據生物反應器的性質，選用其中的一種生物處理模式
在所述生物反應池(圖中未示)底部及所述膜組機構I下方還設有曝氣裝置(圖中未示)，將所述萃取膜生物反應器(圖中未示)作為好氧或兼氧生物反應器，通過曝氣使生物反應池內混合液處于混流狀態，提高萃取傳質速率和處理效果。在所述生物反應池(圖中未示)底部及所述膜組機構3下方還設有少量曝氣裝置 (圖中未示)或推流裝置(圖中未示)，將所述萃取膜生物反應器(圖中未示)作為厭氧生物反應器，必要時通過間歇曝氣方式或推流方式使生物反應器(圖中未示)內混合液處于混流狀態，提高萃取傳質速率和處理效果。本實施例中，當污水為低碳氮比的污水或高氨氮污水時，通過向所述生物反應池 (圖中未示)內提供碳源，并實施好氧處理使污水中的氨氮通過硝化作用而得到去除。本實施例中，當所述膜組機構3的平板式萃取膜組件I內部滋生有污泥并造成水流流動不暢時，采用大流量進水沖洗平板式萃取膜組件I的內部，以清除內部滋生的污泥， 保證處理效率不降低。當污水為含高COD污水時，將經過過濾的高COD污水通入膜組機構3進行厭氧處理；控制水力停留時間為48小時，經過30天連續進水后，COD由進水中的2000mg/L降為出水中的400mg/L。以上所述僅為本發明的較佳實施例，凡依本發明權利要求范圍所做的均等變化與修飾，皆應屬本發明權利要求的涵蓋范圍。
權利要求
1.一種萃取膜生物反應器，包括生物反應池及安裝在所述生物反應池中的膜組機構； 其特征在于所述膜組機構由若干片平行排列的平板式萃取膜組件、膜架、固定在所述膜架上且與所述平板式萃取膜組件內部的水流通道形成相互連通流路的底端通水管和頂端通水管組成。
2.根據權利要求I所述萃取膜生物反應器，其特征在于所述平板式萃取膜組件由框體、框體兩端面的濾布、框體兩側框套裝的膜端管組成并通過粘結劑粘結為一體；所述框體由支承框、支承框內框凹設的若干通槽、位于通槽的支承框側框分別開設與所述通槽貫通的貫孔組成；所述膜端管由一端開口而另端封閉的管體、所述管體凸伸的框狀側壁設有分別與所述管體、支承框側框貫孔保持暢通的水槽組成。
3.根據權利要求2所述萃取膜生物反應器，其特征在于所述膜組機構的并聯結構由若干片相互平行的平板式萃取膜組件一側的膜端管底端共同連通的底端通水管、和若干片相互平行的平板式萃取膜組件另側膜端管頂端共同連通的頂端通水管所組成；所述通水管的一端開口而另一端封閉；所述底端通水管的外壁沿軸向開設有分別與通水管開口端、平板式萃取膜組件內部的水流通道連通的槽口 ；所述頂端通水管的外壁沿軸向開設有分別與平板式萃取膜組件內部水流通道、通水管出口端連通的槽口 ；當通水管連通所述平板式萃取膜組件內部的水流通道時，所述槽口同時與各平板式萃取膜組件內部的水流通道互通； 污水經底端通水管開口端流入、平行經過各平板式萃取膜組件內部的水流通道、各平板式萃取膜組件內部出來的凈化水經匯集于頂端通水管的出口端所形成的互通流路流出。
4.根據權利要求2所述萃取膜生物反應器，其特征在于所述膜組機構的串聯結構由第N個底端通水管、所述第N個底端通水管連通第N片平板式萃取膜組件的一側、第N片平板式萃取膜組件另一側連通頂端通水管、所述第N片平板式萃取膜組件另一側頂端通水管連通第N+1個底端通水管、所述第N+1個底端通水管連通第N+1片平板式萃取膜組件的一側、第N+1片平板式萃取膜組件另一側連通頂端通水管，及以此類推的通過底端通水管進口和通過頂端通水管出口順序連接的若干片平板式萃取膜組件組成；所述第一底端通水管與最后一頂端通水管由與膜端管連通的管件組成；而其它通水管均由一對回彎且開口相對的U形管及連通二 U形管的管體組成連通的流路；污水從第一平板式萃取膜組件的底端通水管開口端流入，經過第一平板式萃取膜組件內部的水流通道，所述第一平板式萃取膜組件的頂端通水管出口端，流至第二平板式萃取膜組件的底端通水管開口端，以此順序類推， 從最后一個平板式萃取膜組件的頂端通水管出口端流出。
5.根據權利要求3或4所述萃取膜生物反應器，其特征在于所述膜組機構的混聯結構由所述膜組機構的并聯結構連通所述膜組機構的串聯結構，或者，由所述膜組機構的串聯結構連通所述膜組機構的并聯結構；即經過預處理除去懸浮物后的污水通過第一個底端通水管開口端進入平板式萃取膜組件內部的水流通道，經多組膜組機構的循環，污水中的溶解性污染物通過膜孔擴散進入生物反應器被微生物所降解，平板式萃取膜組件內的凈化水從最后一個頂端通水管出口端直接流出。
6.一種根據權利要求I所述萃取膜生物反應器的污水處理方法，其特征在于在所述生物反應池中充滿活性污泥混合液，使液面淹沒膜組機構，經過預處理除去懸浮物后的污水經底端的通水管進入平板式萃取膜組件內腔，污水中的溶解性污染物通過平板式萃取膜組件上的膜孔擴散進入生物反應池中被微生物所降解，平板式萃取膜組件內的凈化水經頂端的通水管開口端直接流出。
7.根據權利要求6所述萃取膜生物反應器，其特征在于在所述生物反應池底部及所述膜組機構下方還設有曝氣裝置，將所述萃取膜生物反應器作為好氧或兼氧生物反應器， 通過曝氣使生物反應池內混合液處于混流狀態，提高萃取傳質速率和處理效果。
8.根據權利要求6所述萃取膜生物反應器，其特征在于在所述生物反應池底部及所述膜組機構下方還設有少量曝氣裝置或推流裝置，將所述萃取膜生物反應器作為厭氧生物反應器，必要時通過間歇曝氣方式或推流方式使生物反應器內混合液處于混流狀態，提高萃取傳質速率和處理效果。
9.根據權利要求7所述萃取膜生物反應器的污水處理方法，其特征在于當污水為低碳氮比的污水或高氨氮污水時，通過向所述生物反應池內提供碳源，并實施好氧處理使污水中的氨氮通過硝化作用而得到去除。
10.根據權利要求6至9任意項所述萃取膜生物反應器的污水處理方法，其特征在于 當所述膜組機構的平板式萃取膜組件內部滋生有污泥并造成水流流動不暢時，采用大流量進水沖洗平板式萃取膜組件的內部，以清除內部滋生的污泥，保證處理效率不降低。
全文摘要
本發明涉及一種萃取膜生物反應器及其污水處理方法。該萃取膜生物反應器包括生物反應池及安裝在所述生物反應池中的膜組機構；膜組機構由若干片平行排列的平板式萃取膜組件、膜架、固定在所述膜架上且與所述平板式萃取膜組件內部的水流通道形成相互連通流路的底端通水管和頂端通水管組成。萃取膜生物反應器的污水處理方法在所述生物反應池中充滿活性污泥混合液，使液面淹沒膜組機構，經過預處理除去懸浮物后的污水經底端的通水管進入平板式萃取膜組件內腔,污水中的溶解性污染物通過平板式萃取膜組件上的膜孔擴散進入生物反應池中被微生物所降解，平板式萃取膜組件內的凈化水經頂端的通水管開口端直接流出。
文檔編號C02F3/00GK102603059SQ201210087329
公開日2012年7月25日 申請日期2012年3月29日 優先權日2012年3月29日
發明者劉淑杰, 張義, 蘆嵩林, 陳福明 申請人:深圳清華大學研究院