申请日2015.06.25
公开(公告)日2017.12.01
IPC分类号C02F3/12
摘要
一种设备具有多个气体传输膜。所述设备浮在水中，其中所述膜浸没在所述水中。为了处理所述水，将气体供给到所述膜且传输到支承在所述膜上的生物膜或传输到所述水。气体还用以将混合或膜冲洗气泡供给到所述水。所述混合或冲洗气泡可通过环状曝气或其他气体供给系统提供，其任选在可变压力下将气体提供到与曝气器并联或串联的所述膜。可将冷凝物从所述膜移除，且可任选地经一个或多个专用管道监测来自所述膜的排出气体。
权利要求书
1.一种方法，其包括以下步骤：
将膜组件浸没在液体中;
将气体通过所述膜供给到所述液体;和
在所述液体中保持所述膜的大体上恒定的浸没深度。
2.权利要求1的方法，其中保持所述膜的大体上恒定的浸没深度的步骤包括将所述膜连接到一个或多个浮体。
3.权利要求1或2的方法，其还包括将所述气体在高于在所述膜的最低浸没深度处的液体压头的压力下供给到所述膜。
4.权利要求3的方法，其中将所述气体在高于在所述膜的最低浸没深度处的液体压头大体上恒定量的压力下大体上连续地供给到所述膜。
5.权利要求3的方法，其中将所述气体在高于在所述膜的最低浸没深度处的液体压头的压力下定期地供给到所述膜。
6.权利要求5的方法，其中将所述气体供给到在所述膜下方与所述膜并联的曝气器。
7.一种反应器，其包括：
槽;
在所述槽中的水;和
在所述槽中的水中漂浮的多个气体传输膜。
8.权利要求7的反应器，其中所述气体传输膜浸没在所述槽中的水中。
9.权利要求7或8的反应器，其还包括连接到所述气体传输膜的一个或多个浮体。
10.权利要求7或8的反应器，其中所述一个或多个浮体作为筏提供，且所述气体传输膜可选择性地悬挂于所述筏。
11.权利要求9或10的反应器，其中在水面上方所述一个或多个浮体加宽。
12.权利要求7-11中任一项的反应器，其具有用于在平面图中相对于所述槽安置所述气体传输膜的装置。
13.权利要求7-12中任一项的方法，其具有一个或多个将所述气体传输膜连接到所述槽的缆绳、鞭、环和桩、或枢轴臂。
14.权利要求7-13中任一项的反应器，其在所述槽中具有用于所述气体传输膜的多个连接位置。
15.一种处理水的方法，其包括将气泡以随时间而变的速率供给到气体传输膜外部的步骤。
16.权利要求15的方法，其中所述速率在相对较低的混合速率和相对较高的冲洗速率之间变化。
17.权利要求16的方法，其中在不同的时间处将所述混合速率或冲洗速率供给到所述气体传输膜的多个子集中的每一个。
18.权利要求17的方法，其中在不同的时间处应用于所有子集的速率之和是大体上恒定的。
19.一种设备，其包括：
气体传输膜;
与所述气体传输膜连通的气体供给软管;
与所述气体传输膜连通的气体排出软管;和
与所述气体传输膜连通的第三软管。
20.权利要求19的设备，其中所述第三软管和所述气体排出软管连接到所述气体传输膜的一端且所述气体供给软管连接到所述气体传输膜的另一端。
21.权利要求19或20的设备，其中所述第三软管连接到所述气体传输膜的低点。
22.一种处理水的方法，其包括以下步骤：
将气体传输膜浸没在水中;
将气体供给到所述气体传输膜;
从所述气体传输膜排出气体;和
对所述排出气体的一部分取样。
23.权利要求22的方法，其中所述取样步骤包括确定所述气体的一个或多个组分的相对量的步骤。
24.一种设备，其包括：
气体传输膜;
在所述气体传输膜下面的曝气器;和
与所述气体传输膜和所述曝气器连通的气体供给管道。
25.权利要求24的设备，其中所述气体供给管道包括配件，所述配件具有连接到所述气体传输膜和所述曝气器中的每一个的端口。
26.权利要求24或25的设备，其还包括用于使所述气体传输膜保持在大体上恒定的浸没深度的浮体或其他装置。
27.权利要求24-26中任一项的设备，其还包括用于以可变速率将气体提供到所述气体供给管道的环状曝气系统或其他装置。
28.权利要求24-27中任一项的设备，其包括具有通往所述气体供给管道的减压旁通的环状阀系统。
29.一种操作根据权利要求24-28中任一项的设备的方法，其包括在迫使所述气体通过所述气体传输膜和所述曝气器的压力下将空气提供到所述气体供给管道。
30.权利要求29的方法，其包括随时间推移在多个压力下将空气供给到所述气体供给管道。
31.权利要求29或30的方法，其还包括使所述气体传输膜保持在大体上恒定的浸没深度。
32.一种操作多个权利要求24-28中任一项的设备的方法，其包括将更高压力下的气体依次供给到所述设备。
33.一种用于水处理的方法，其包括以下步骤：
(a) 使气体输送膜浮在所述水中，和
(b) 将气体供给到所述气体传输膜。
34.权利要求33的方法，其还包括从所述气体传输膜排出气体。
35.权利要求34的方法，其包括监测所述排出气体，例如以确定所述排出气体的组分的浓度或分压。
36.权利要求34的方法，其包括确定在排出管壳(case)中的氧气的量。
37.权利要求36的方法，其包括确定所述气体传输膜的氧气传输速率。
38.权利要求33-37中任一项的方法，其还包括将所述气泡优选在所述气体传输膜下方或在其附近引入所述水中。
39.权利要求38的方法，其中所述气泡以在混合和冲洗之间交替的速率引入。
40.权利要求33-39中任一项的方法，其还包括从所述气体传输膜中移除液体。
41.权利要求40的方法，其还包括监测液体的量以确定所述气体传输膜中是否可能存在泄漏，例如如由液体量的意外增加或由高于作为冷凝物的预期量的液体盈超所指示。
42.权利要求33-41中任一项的方法，其中将所述气体传输膜加到槽中的水中，所述槽先前用作活性污泥反应器或另一废水处理成套设备的一部分。
43.权利要求33-42中任一项的方法，其还包括在槽的平面图中在两个或更多个位置之间移动所述气体传输膜。
说明书
用于膜生物膜反应器的漂浮设备和用于水处理的方法
领域
本说明书涉及一种膜生物膜装置和反应器以及用于使用膜支承的生物膜水处理的方法。
背景
在用于水或废水处理的膜生物膜反应器(MBfR)中，使用膜既支承生物膜在膜壁上的生长又将气体通过膜壁输送到生物膜。Martin和Nerenberg在“The membrane biofilmreactor (MBfR) for water and wastewater treatment: Principles, applications,and recent developments”(Bioresour. Technol. 2012)中对膜生物膜反应器进行了综述。膜曝气式生物膜反应器(MABR)是MBfR的子集，其中使用含氧气体。Syron和Casey在“Membrane-Aerated Biofilms for High Rate Biotreatment: Performance Appraisal,Engineering Principles, Scale-up, and Development Requirements”(Environmental Science and Technology, 42(6): 1833-1844, 2008)中对MABR进行了综述。
MBfR技术已经在实验室规模上存在了若干年，但是它还没有被广泛商业化或大规模化。GE Water & Process Technologies研发的ZeeLungTM MABR使用绳，每条绳含有多个细小的中空纤维膜。这些绳以类似于将中空纤维超滤膜包装到ZeeWeedTM模块和盒中的方式包装到模块和盒中。将绳罐装到上下集管中以形成模块。将模块安装到框架以形成盒。可将盒安装在工艺槽的底面上。这种类型的MBfR单元描述于2014年8月28日公开的国际公开号WO 2014/130043 A1，其通过引用结合到本文中来。
发明概述
本说明书描述了一种方法，其中使膜支承的生物膜单元在待处理水中保持大体上恒定的浸没深度。可将所述单元机械地升高或降低，但在一个优选的实施方案中，所述单元漂浮在水中。所述单元可能会随着其升高或下降而水平地移动，或者不动。任选地，所述单元可以安装成使得其可以在平面图中在罐中的多个位置之间移动，例如取决于装载条件、生物膜成熟度或健康状况或季节变化。
一种例示性漂浮单元具有框架和一个或多个浮体。所述框架固定具有膜的模块或其他结构。在将框架放置在槽中之前，可将浮体紧固到框架上。或者，可将浮体作为筏的一部分提供，首先将筏放置在槽中，后来加入框架。框架从浮体向下延伸，优选使膜完全浸没。浮体可在水位线上方加宽，以增加其扶正力矩。如在国际公开第WO 2014/130043 A1号中所述，框架可为盒的一部分。
还描述了用于向单元提供气体的各种方法。生物膜使用的工艺气体可在高于最低浸没深度处的水静压头下连续地提供。或者，工艺气体可在较低的压力下提供，但间歇地增加压力以足以促使气体还流到曝气器。非工艺气体例如用于混合槽或冲洗膜的气体可例如通过阀、累积器或脉冲曝气器定期地提供。在一个实施方案中，阀组构造成向一系列曝气器依次提供更高的流速。
该单元可连接到一个或多个管路以从单元中移除水或排出气体。移除的水可例如通过比较经过一段时间移除的水量与这段时间内的预期冷凝量来监测以检查单元的渗漏。可分析排出的气体，例如以确定其中的氧气量。这可用于测量或监测单元的氧气传输速率。
将单元保持在大体上恒定的浸没深度使得能够实现相对于水压而言所需的工艺气体压力，而不必监测和补偿槽中水深的变化。例如，可以使工艺气体压力比水头高固定的量以最小化或防止水或气体进入膜中。在另一方法中，将单一气体进料连接到膜和曝气器，优选以并联方式。改变施加的气体压力可以提供仅仅工艺空气、工艺空气和来自曝气器的用于混合的气泡、或者工艺空气和来自曝气器的用于冲洗的气泡。非工艺空气可通过环状曝气系统阀单元在槽中的多个单元或其他单元组之间间歇地或依次地提供。可以在阀单元周围提供减压旁路，使得每个单元以较低的速率连续地接收工艺空气、或工艺空气和混合空气。
在用于城市废水处理的混合MABR应用中，膜支承的固定膜生物质和悬浮生物质是互补的。固定膜生物质至少部分地为需氧的，而悬浮生物质至少部分地为缺氧或厌氧的。本文所述的漂浮膜单元可以加到废水处理成套设备中的现有工艺槽中。例如，可以将一个或多个单元加到任选地具有悬浮生物质的槽中，以减少曝气能量消耗，增加容量，或降低流出物中的氮浓度。
对于过滤膜而言，盒的刚性锚固是标准的。然而，MBfR单元更可能被安装到现有的成套设备中。由于是现有的设备或结构，用于处理工艺的单元的理想位置可能具有有限的安装点。在一些情况下，可能希望在不停止成套设备的情况下添加该单元。也可能希望改变单元的位置以适应随时间而改变的条件。这些因素可能使得提供漂浮单元是有利的。漂浮单元还将膜定位在大体上固定且预定的浸没深度，而不管槽中的槽设计或水位如何。在一些方法中，大体上恒定的浸没深度有助于作为单元一部分的膜或曝气器的操作。在改装槽中的单元时，提供具有其自己的曝气器的漂浮单元也可以通过不需要使该单元适应已经存在于成套设备中的混合或曝气设备而有所帮助。
