申请日2010.07.06
公开(公告)日2012.09.19
IPC分类号C02F3/10; C02F3/12
摘要
本发明涉及一种用于市政污水处理的动态过滤膜装置及其过滤方法。该动态过滤膜装置由膜框架、插接在该膜框架凹槽内并以防水胶密封接口的动态过滤膜组件组成。该过滤方法，包括：⑴将膜过滤装置浸没入具有活性污泥的生物反应器中，并将生物反应器的出水口与动态过滤膜的出水管互通连接;⑵位于生物反应器底部动态过滤膜两侧的穿孔管曝气器进行曝气，给生物反应器中的活性污泥的生长增殖供氧并形成环流，在动态过滤膜表面形成错流;⑶在液面压差的推动下，生物反应器中的混合液有选择性的透过动态过滤膜而进入膜框架的长凹槽内经与外部连通的出水管得到膜出水;⑷当动态过滤膜污染情况严重时，启动水力反冲;⑸当膜污染清除后，重复步骤⑵和步骤⑶。
翻译权利要求书
1.一种用于污水处理的动态过滤膜生物反应器, 包括：生物反应器的生物反应槽，生物反应槽的中间装有膜框架，所述生物反应槽的两侧装有曝气器，所述膜框架凹槽内插接且以防水胶密封接口的动态过滤膜组件;所述膜框架由一长方体、该长方体自上而下凹设的封闭形凹槽、该封闭形凹槽底部凹设的过水内槽、与该封闭形凹槽垂直的一端端壁外接一与过水内槽连通的出水管组成;所述动态过滤膜组件由自外到内依次为动态过滤膜基材、尼龙滤网、弯折成波浪形的支撑件组成;动态过滤膜基材、尼龙滤网、支撑件之间经防水胶分别粘合;所述尼龙滤网孔径为10目～50目;所述动态过滤膜基材由聚酯或涤纶材料制成，其孔径为100目～400目，厚度为50μm～200μm;所述动态过滤膜支撑件由方形且弯折成波浪形的PVC板材构成，PVC板材厚0.4～0.8cm，波浪形PVC板材截面的波峰与波谷之间距离差为1～3cm，相邻两个波峰之间距离为1～4cm，波浪形PVC板材长为50～150cm，宽为15～80cm;所述动态过滤膜生物反应器的曝气器为穿孔管式曝气器，曝气管长度与生物反应器长度一致，曝气管空气流速为2～10m/s，孔眼直径为3～5mm，孔眼间距10～15mm，孔眼向下;所述生物反应槽为长方体型，长宽比为1:2～1:4，宽深比为1:2～2:1;生物反应槽两侧各于四分之一处安装用于引导曝气形成环流的导流槽，导流槽厚1～3cm，导流槽上沿低于液面10～50cm，导流槽下沿高于反应器底部20～50cm。
2.一种根据权利要求1所述用于污水处理的动态过滤膜生物反应器的过滤方法，包括：
⑴将动态过滤膜组件浸没入具有活性污泥的生物反应器中，并将生物反应器的出水口与动态过滤膜组件的出水管互通连接;动态过滤膜生物反应器的出水口比内部液面低20cm～50cm，通过液面压差自流出水;
其特征在于：
⑵位于生物反应器底部动态过滤膜组件两侧的曝气器进行曝气，给生物反应器中的活性污泥的生长增殖供氧，同时由于曝气器的激流作用在反应器中形成环流，在动态过滤膜表面形成错流;动态过滤膜生物反应器单位面积曝气强度为2.5m3/m2 h～5.5m3/m2h;
⑶在液面压差的推动下，生物反应器中的混合液有选择性的透过动态过滤膜，透过液通过膜支撑件的波浪形流道，进入膜框架的凹槽内经与外部连通的出水管，得到膜出水;
⑷当动态过滤膜组件出水通量小于10L/m2 h或动态过滤膜组件连续出水48～72小时后，启动水力反冲，使用反冲流速10 L/m2min～20L/m2min，反冲水压0.2MPa～0.4MPa，反冲时间20s～1min;
⑸当膜污染清除后，重复上述步骤⑵和步骤⑶。
说明书
用于污水处理的动态过滤膜生物反应器及其过滤方法
技术领域
本发明涉及用于污水处理的动态过滤膜反应器及其过滤方法。
背景技术
膜生物反应器是将膜分离技术和生物反应过程有机结合，以膜技术的高效分离作用取代传统活性污泥法中的二沉池，实现传统工艺所无法比拟的泥水分离和污泥浓缩效果，消除了污泥膨胀的影响。它还大幅度提高了曝气池中活性污泥的浓度，省却了污泥回流系统，减少了剩余污泥量，并通过膜对废水中SS、有机物、病原菌和病毒的高效截留作用，大大提高了处理出水水质。采用微滤或超滤的膜生物反应器存在一些局限，如膜组件的成本过高、运行费用的消耗太高、在膜的分离过程中由于悬浮物不断被截留在膜表面，造成膜污染，出水通量的衰减非常大等等。
在膜过滤过程中，溶液中的胶体和悬浮物颗粒在过滤压力下被截留在膜表面形成滤饼层，造成膜通量下降的现象，通常被称为膜污染。而这滤饼层增强了膜的截留能力，使孔径较大的膜可以截留细菌病毒甚至小分子有机物，就好像在原有的膜上又形成了一层膜，由于这层膜是在过滤中形成的，而且其组成和厚度是随着膜生物反应器的工艺参数条件的变化而变化，所以把这层膜称为自生动态膜。
中国专利CN200510135563.2公开了一种动态微滤膜组件及水处理工艺方法，它的目的是提供一种增加膜的装填密度，降低制造成本和运行成本，延长膜使用寿命的动态微滤膜组件及水处理工艺。其技术构成：所述动态膜组件包括滤室和过滤网，滤室壁开有微孔，侧面装有反冲进水管和过滤出水管，顶部装排空气管，过滤网折成凹凸曲面固定于滤室的前后壁上，滤室下端与反冲洗布气系统相连，反冲洗布气系统包括配气管和曝气头，配气管连接进气管，滤室上下两端连接有凹凸面承托件，承托件上放置过滤网，凹凸面压固件固定在过滤网上，承托件外侧和压固件内侧为与过滤网相应的曲面。所述动态微滤膜组件水处理工艺方法，包括挂膜，过滤出水，动态膜的清洗。
中国专利CN01144189.5公开了一种应用动态膜对生物反应器混合液进行过滤的方法及装置，它的目的是提供一种合理控制运行条件以使动态膜过滤阻力很小，同时可以达到较好的固液分离效果，出水中的悬浮固体浓度接近于零的应用动态膜对生物反应器混合液进行过滤的方法及装置。其技术构成：以普通多孔材料为基材加工成过滤组件，将其放入具有连续的进水、生物反应和出水的生物反应器中并使之淹没，使反应器液面高于其出水口，形成水位差。在具有膜面错流的情况下，随着过滤的进行，微生物代谢产物以及细菌本身等会在基材表面通过吸附、粘附、沉积等形成生物质层，可以达到较好的固液分离效果。
上述两个专利作为现有动态膜过滤的代表性技术，其不足之处在于：专利CN200510135563.2公开的动态微滤膜组件构成较为复杂，过滤动力不明确，清洗方式采用气水反冲，需要定期拿出清洗，在结构和应用方式上都较为复杂，工业放大能力差，难以作为成型产品进行应用。专利CN01144189.5公开的动态膜过滤方法和装置膜组件较为粗糙，组件中心缺乏对膜面的支撑能力，不能在较高压力下进行动态膜过滤，动态膜污染的清洗方式比较简单，难以对比较严重的膜污染进行清洗。
发明内容
本发明的目的是提供一种成本低廉、适于大规模生产、安装维护简便、稳定可靠的用于污水处理的动态过滤膜生物反应器装置。本发明的另一目的是提供一种为城市污水的处理提供一种操作简便的、低能耗的、可自动控制的用于污水处理的动态过滤膜生物反应器装置的过滤方法。
本发明的技术解决方案是所述用于污水处理的动态过滤膜装置, 包括：生物反应器的生物反应槽，其特殊之处在于：所述生物反应槽的两侧装有曝气器，生物反应槽的中间装有膜框架、该膜框架凹槽内插接且以防水胶密封接口的动态过滤膜组件。
所述膜框架由一长方体、该长方体自上而下凹设的封闭形凹槽、该封闭形凹槽底部凹设的过水内槽、与该封闭形凹槽垂直的一端端壁外接一与过水内槽连通的出水管组成。
所述动态过滤膜组件由自外到内依次为动态过滤膜基材、尼龙滤网、弯折成波浪形的支撑件组成;动态过滤膜基材、尼龙滤网、支撑件之间经防水胶分别粘合。
所述尼龙滤网孔径为10目～50目。
所述动态过滤膜基材由聚酯或涤纶材料制成，其孔径为100目～400目，厚度为50μm～200μm。
所述动态过滤膜支撑板由方形且弯折成波浪形的PVC板材构成，PVC板材厚0.4～0.8cm，波浪形PVC板材截面的波峰与波谷之间距离差为1～3cm，相邻两个波峰之间距离为1～4cm，波浪形PVC板材长为50～150cm，宽为15～80cm。
所述动态过滤膜生物反应器的曝气系统与所引用权1的述语一致为穿孔管式曝气器，曝气管长度与生物反应器长度一致，曝气管空气流速为2～10m/s，孔眼直径为3～5mm，孔眼间距10～15mm，孔眼向下。
所述生物反应槽为长方体型，长宽比为1:2～1:4，宽深比为1:2～2:1;生物反应槽两侧各于四分之一处安装用于引导曝气形成环流的导流槽，导流槽厚1～3cm，导流槽上沿低于液面10～50cm，导流槽下沿高于反应器底部20～50cm。
本发明的另一技术解决方案是所述动态过滤膜装置的过滤方法，其特殊之处在于：
⑴将膜过滤装置浸没入具有活性污泥的生物反应器中，并将生物反应器的出水口与动态过滤膜的出水管互通连接;生物反应器的出水口比内部液面低20cm～50cm，通过液面压差自流出水;
⑵位于生物反应器底部动态过滤膜两侧的曝气器进行曝气，给生物反应器中的活性污泥的生长增殖供氧，同时由于曝气器的激流作用在反应器中形成环流，在动态过滤膜表面形成错流;
⑶在液面压差的推动下，生物反应器中的混合液有选择性的透过动态过滤膜，透过液通过膜支撑件的波浪形流道，进入膜框架的凹槽内，经与外部连通的出水管得到膜出水;
⑷当动态过滤膜污染情况达到通量小于10L/m2h水平或动态过滤膜连续运行48～72小时后，启动水力反冲，使用反冲流速10L/m2min～20L/m2 min，反冲水压0.2MPa～0.4MPa，反冲时间20s～1min;
⑸当膜污染清除后，重复上述步骤⑵和步骤⑶。
所述步骤⑵中，动态过滤膜生物反应器单位面积曝气强度为2.5m3/m2h～5.5m3/m2h。
与现有技术相比，本发明的优点是：
1、本发明中的过滤动态膜组件作为一种处理废水的膜过滤装置，优化了膜支撑件结构和膜框架结构设计，使透过液具有更好的流态，膜组件可以具有更大的膜通量、可以廉价高效的对废水进行处理，达标排放。
2、本发明中用于污水处理的动态过滤膜的过滤方法，利用水头差自流出水的出水方式，减少了抽吸泵，可节省大量运行能耗费用;自流出水压头选择为20cm～50cm，在工程施工中较易实现;反冲采用一定压力的水力反冲，反冲耗水少，时间短，效果良好;动态过滤膜生物反应器供氧采用底部两侧曝气方式，水流通过导流板在反应器中形成环流，对动态过滤膜面进行一定程度的冲刷，减轻了膜污染;动态过滤膜出水通量大。
3、本发明中用于污水处理的动态过滤膜组件及过滤方法具有容易工业放大的优点。
4、过滤膜支撑件呈长方形或正方形，为波浪形起伏的PVC板，外部用尼龙滤网包裹，位于膜组件中心，起到支撑动态过滤膜膜面和利于过滤后液体引流的作用。
5、膜框架呈长条形，中心开有一条凹槽，利用凹槽与膜支撑件和膜面的一侧契合，起到将动态过滤膜组件与外部固定和将过滤液引出的作用。
6、动态过滤膜基材采用来源广泛的工业滤布，通过粘接方式包裹在支撑件外，作为自生生物动态膜生长的载体，同时也起到过滤生物反应器混合液中较大颗粒的作用。
