專利名稱：用于飲用水生產(chǎn)的膜生物反應(yīng)器及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種飲用水生產(chǎn)裝置及方法，屬于水處理領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
社會經(jīng)濟持續(xù)發(fā)展的同時給環(huán)境帶來了一定程度的污染，越來越多的飲用水水源 呈現(xiàn)出微污染甚至重污染的特點。膜生物反應(yīng)器(MBR)是集活性污泥法與膜分離技術(shù)于一 體的水處理新技術(shù)。與傳統(tǒng)的常規(guī)處理工藝(混凝一沉淀一過濾一消毒)及生物預(yù)處理工藝 相比，膜生物反應(yīng)器具有高效的生物降解率，且污泥產(chǎn)量低，能夠利用膜分離技術(shù)實現(xiàn)活性 污泥與水的完全分離，保證出水水質(zhì)。但影響膜生物反應(yīng)器大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用的障礙在于 膜運行過程中產(chǎn)生的膜污染所帶來的跨膜壓力的上升(或通量的下降)，從而降低了膜的使 用效率，增加了運行成本。膜污染是由于部分小分子顆粒物或膠體或有機物沉積(或吸附)在膜表面(或膜孔 內(nèi)部)、大分子物或活性污泥絮體沉積在膜表面等所帶來的減小膜有效使用面積或增大膜 過濾阻力的影響。一體式膜生物反應(yīng)器占地面積小，但其反應(yīng)器內(nèi)成分復(fù)雜，對膜污染影 響很難達(dá)到有效地控制；傳統(tǒng)的分置式膜生物反應(yīng)器依靠污泥回流設(shè)備維持活性污泥的濃 度，但膜分離裝置中成分依然復(fù)雜，且運行成本較高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是為了解決膜生物反應(yīng)器中的膜運行過程中產(chǎn)生的 膜污染降低膜的使用效率和增加運行成本的問題，提供了一種用于處理飲用水的膜生物反 應(yīng)器及方法。本發(fā)明解決上述技術(shù)問題采取的技術(shù)方案是裝置方案本裝置包括原水提升 泵、臭氧發(fā)生裝置、臭氧接觸反應(yīng)池、壓力傳感器、抽吸泵、鼓風(fēng)機、凈水箱和反應(yīng)池，所述原 水提升泵通過管路與臭氧接觸反應(yīng)池連通，所述臭氧接觸反應(yīng)池與臭氧發(fā)生裝置連通，所 述裝置還包括斜管沉淀裝置、一級導(dǎo)流板、二級導(dǎo)流板、生物降解室、第一曝氣器、第二曝氣 器、超濾膜組件、超濾膜分離室、第一閥和第二閥、總路、第一支路、第二支路和總閥，所述反 應(yīng)池內(nèi)分隔為生物降解室和超濾膜分離室，所述臭氧接觸反應(yīng)池與生物降解室連通，所述 生物降解室內(nèi)由下至上依次設(shè)有第一曝氣器、二級導(dǎo)流板、一級導(dǎo)流板和斜管沉淀裝置，所 述二級導(dǎo)流板的一端裝在生物降解室的內(nèi)壁上，所述一級導(dǎo)流板的一端裝在生物降解室的 另一側(cè)內(nèi)壁上，所述斜管沉淀裝置的兩側(cè)各裝在生物降解室的內(nèi)壁上，所述超濾膜分離室 內(nèi)裝有第二曝氣器和超濾膜組件，所述超濾膜組件的上部通過裝有壓力傳感器的管路與抽 吸泵連通，所述抽吸泵與凈水箱連通，所述鼓風(fēng)機與總路的一端連通，所述總路的另一端分 別與第一支路的一端和第二支路的一端連通，所述第一支路的另一端與第一曝氣器連通， 所述第二支路的另一端與第二曝氣器連通，所述總路上設(shè)有總閥，所述第一支路上設(shè)有第 一閥，所述第二支路上設(shè)有第二閥。方法方案所述方法由以下步驟完成步驟一原水經(jīng)原水提升泵進入臭氧接觸反應(yīng)池，通過臭氧發(fā)生裝置保持臭氧投加濃度為0. 5-5mg/L,接觸時間為10min-30min ；步驟二 經(jīng)過步驟一處理后的出水直接進入到生物降解室的底部，再經(jīng)生物降解室的上 部溢出，所述生物降解室內(nèi)保持活性炭濃度為0. 5-4g/L，生物降解室中通過第一曝氣器 進行曝氣使溶解氧的濃度達(dá)2-6mg/L，第一曝氣器的曝氣量為IO-SOm3Ai^h,停留時間 為20min-120min ；步驟三經(jīng)過步驟二處理后的出水進入到超濾膜分離室，超濾膜分離室 內(nèi)的第二曝氣器的曝氣量為20-60m3/m2 · h，超濾膜分離室內(nèi)的超濾膜組件的通量為IOL/ h · m3-60L/h · m2，反洗周期為20min_240min，水力停留時間為lmin_30min ；步驟四抽吸泵 將經(jīng)過步驟三處理后的出水從超濾膜組件抽出后進入到凈水箱。本發(fā)明具有以下有益效果1.本發(fā)明裝置中將反應(yīng)池內(nèi)分隔為生物降解室和超 濾膜分離室，生物降解室內(nèi)設(shè)置的一級導(dǎo)流板和二級導(dǎo)流板減小了活性污泥在曝氣條件下 向上的沖擊力，使得斜管沉淀裝置處于相對穩(wěn)定狀態(tài)，提高了斜管沉淀裝置對活性污泥的 有效沉降，降低了超濾膜分離室中的活性污泥濃度，減緩了高濃度活性污泥中的復(fù)雜成分 對超濾膜組件中的膜帶來的污染，延長了超濾膜組件中的膜的使用壽命；2.第一曝氣器和 第二曝氣器可獨立工作，第一曝氣器只需提供生物降解時所需溶解氧，第二曝氣器間歇工 作，只需在超濾膜組件中的膜清洗時提供足夠剪切力，達(dá)到對超濾膜組件中的膜有效清洗， 提高了生物降解室內(nèi)的活性污泥濃度，降低了曝氣量，減小了能耗；超濾膜分離室內(nèi)的活性 污泥濃度很低，有效地降低了超濾膜組件中的膜污染，延長了超濾膜組件中的膜使用壽命； 3.本發(fā)明方法中當(dāng)帶有活性污泥的原水在斜管沉淀裝置上升時，活性污泥在斜管表面沉 積，在重力的作用下，實現(xiàn)了以活性炭為核心形成的活性污泥的沉淀，通過二級導(dǎo)流板、一 級導(dǎo)流板和斜管沉淀裝置將生物降解室(生化反應(yīng)區(qū))和超濾膜分離室(膜分離區(qū))分開，與 現(xiàn)有的膜生物反應(yīng)器相比大大降低了膜分離區(qū)中的活性污泥濃度，減緩了高濃度活性污泥 對膜帶來的污染，延長了超濾膜組件中的膜的使用壽命；4.超濾膜組件中的膜在低濃度活 性污泥中，可在較高通量下運行，提高了超濾膜組件中的的利用率，可降低膜的單位成本投 入。


圖1是本發(fā)明所述裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式本發(fā)明技術(shù)方案不局限于以下所列舉具體實施方式
，還包括各具體實施方式
間的 任意組合。
具體實施方式
一結(jié)合圖1說明本實施方式，本實施方式中包括原水提升泵1、臭 氧發(fā)生裝置2、臭氧接觸反應(yīng)池3、壓力傳感器12、抽吸泵13、鼓風(fēng)機14、凈水箱15和反應(yīng) 池16，所述原水提升泵1通過管路與臭氧接觸反應(yīng)池3連通，所述臭氧接觸反應(yīng)池3與臭氧 發(fā)生裝置2連通，所述裝置還包括斜管沉淀裝置4、一級導(dǎo)流板5、二級導(dǎo)流板6、生物降解 室7、第一曝氣器8、第二曝氣器9、超濾膜組件10、超濾膜分離室11、第一閥17、第二閥18、 總路19-1、第一支路19-2、第二支路19-3和總閥20，所述反應(yīng)池16內(nèi)分隔為生物降解室7 和超濾膜分離室11，所述臭氧接觸反應(yīng)池3與生物降解室7連通，所述生物降解室7內(nèi)由下 至上依次設(shè)有第一曝氣器8、二級導(dǎo)流板6、一級導(dǎo)流板5和斜管沉淀裝置4，所述二級導(dǎo)流板6的一端裝在生物降解室7的內(nèi)壁上，所述一級導(dǎo)流板5的一端裝在生物降解室7的另 一側(cè)內(nèi)壁上，所述斜管沉淀裝置4的兩側(cè)各裝在生物降解室7的內(nèi)壁上，所述超濾膜分離室 11內(nèi)裝有第二曝氣器9和超濾膜組件10，所述超濾膜組件10的上部通過裝有壓力傳感器 12的管路與抽吸泵13連通，所述抽吸泵13與凈水箱15連通，所述鼓風(fēng)機14與總路19_1 的一端連通，所述總路19-1的另一端分別與第一支路19-2的一端和第二支路19-3的一端 連通，所述第一支路19-2的另一端與第一曝氣器8連通，所述第二支路19-2的另一端與第 二曝氣器9連通，所述總路19-1上設(shè)有總閥20，所述第一支路19-2上設(shè)有第一閥17，所述 第二支路19-3上設(shè)有第二閥18。
具體實施方式
二 結(jié)合圖1說明本實施方式，本實施方式的所述一級導(dǎo)流板5所在平面與豎直線的夾角為30° -60°，此結(jié)構(gòu)更好地防止活性污泥在曝氣條件下向上的沖擊 力。其它組成與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
三結(jié)合圖1說明本實施方式，本實施方式的所述二級導(dǎo)流板6所在 平面與豎直線的夾角為30° -60°，此結(jié)構(gòu)能夠更好地減小活性污泥在曝氣條件下向上的 沖擊力。其它組成與具體實施方式
一或二相同。
具體實施方式
四結(jié)合圖1說明本實施方式，本實施方式中用于飲用水生產(chǎn)的方 法由以下步驟完成步驟一原水經(jīng)原水提升泵1進入臭氧接觸反應(yīng)池3，通過臭氧發(fā)生裝 置2保持臭氧投加濃度為0. 5-5mg/L，接觸時間為10min-30min ；步驟二 經(jīng)過步驟一處理 后的出水直接進入到生物降解室7的底部，再經(jīng)生物降解室7的上部溢出，所述生物降解室 7內(nèi)保持活性炭濃度為0. 5-4g/L，生物降解室7中通過第一曝氣器8進行曝氣使溶解氧的 濃度達(dá)2-6mg/L，第一曝氣器8的曝氣量為10-80m3/m2 *h，停留時間為20min-120min ；步驟 三經(jīng)過步驟二處理后的出水進入到超濾膜分離室11，超濾膜分離室11內(nèi)的第二曝氣器9 的曝氣量為20-60m3/m2 · h，超濾膜分離室11內(nèi)的超濾膜組件10的通量為10L/h · m3-60L/ h · m2，反洗周期為20min-240min，水力停留時間為lmin-30min ；步驟四抽吸泵13將經(jīng)過 步驟三處理后的出水從超濾膜組件10抽出后進入到凈水箱15。本實施方式中設(shè)有壓力傳感器12，此結(jié)構(gòu)根據(jù)壓力傳感器12來記錄超濾膜組件 10的膜的跨膜壓差，從而反應(yīng)膜污染狀況；
本實施方式中的第一曝氣器8和第二曝氣器9分別通過第一閥17和第二閥18的控制 獨立工作，為不同目的提供不同的曝氣量；
本實施方式中的抽吸泵13為蠕動泵或轉(zhuǎn)子泵，正向工作時將超濾膜組件10中的出水 抽吸出來，反向工作時從凈水箱15內(nèi)抽水，對超濾膜組件10中的膜進行反洗，達(dá)到緩解膜 污染的目的。某水庫原水pH值為6. 7 7. 8、溫度為12 18°C、濁度為4 16NTU、化學(xué)需 氧量(CODtfa)為3-5mg/L、含氨氮的濃度為0. 3_2. 5mg/L,經(jīng)本實施方式處理后的出水濁 度<0. 2NTU，化學(xué)需氧量<3mg/L，含氨氮的濃度為<0. 5mg/L，符合《國家飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》 (GB5749-2006)。
具體實施方式
五本實施方式與具體實施方式
四不同的是步驟一中臭氧投加濃度 為4.5mg/L。其它與具體實施方式
四相同。
具體實施方式
六本實施方式與具體實施方式
四不同的是步驟一中水力停留時間 25min，原水與臭氧充分接觸。其它與具體實施方式
四相同。
具體實施方式
七本實施方式與具體實施方式
四或五不同的是步驟二中所述生物降解室7內(nèi)保持活性炭濃度為2. 5g/L，更好地吸附固體渾濁物。其它與具體實施方式
四或 五相同。
具體實施方式
八本實施方式與具體實施方式
四不同的是步驟二中第一曝氣器8 的曝氣量為20-70m3/m2 · h，生物降解效果較好。其它與具體實施方式
四相同。
具體實施方式
九本實施方式與具體實施方式
四不同的是步驟二中第一曝氣器8 的曝氣量為30m3/m2 · h，生物降解效果較好。其它與具體實施方式
四相同。
具體實施方式
十本實施方式與具體實施方式
四不同的是步驟三中第二曝氣器9 的曝氣量為30-60m3/m2 · h，對超濾膜組件10中的膜清洗效果較好。其它與具體實施方式
四相同。
具體實施方式
十一本實施方式與具體實施方式
四不同的是步驟三中第二曝氣器 9的曝氣量為60m3/m2 · h，對超濾膜組件10中的膜清洗效果較好。其它與具體實施方式
四 相同。
具體實施方式
十二 本實施方式與具體實施方式
四不同的是步驟三中超濾膜組件 10的通量為20L/h · m2-40L/h · m2，超濾膜壓力增長緩慢。其它與具體實施方式
四相同。
具體實施方式
十三本實施方式與具體實施方式
十二不同的是步驟三中超濾膜組 件10的通量為30L/h · m2，超濾膜壓力增長緩慢。其它與具體實施方式
十二相同。
具體實施方式
十四本實施方式與具體實施方式
四不同的是步驟三中超濾膜組件 10的反洗周期為40min-200min，對超濾膜組件10中的膜清洗效果較好。其它與具體實施 方式四相同。
具體實施方式
十五本實施方式與具體實施方式
十四不同的是步驟三中超濾膜組 件10的反洗周期為180min，對超濾膜組件10中的膜清洗效果好。其它與具體實施方式
十四 相同。工作原理原水通過原水提升泵1進入臭氧接觸反應(yīng)池3，與臭氧充分接觸反應(yīng)， 臭氧可以有效提高原水中可生物降解性有機物的濃度，提高后續(xù)生化反應(yīng)效率；經(jīng)臭氧氧 化的水通過重力作用由生物降解室7底部進入后，與以活性炭為核心形成的活性污泥充分 接觸，在第一曝氣器8提供溶解氧的條件下，原水中有機物、氨氮等污染物得到有效降解， 經(jīng)過二級導(dǎo)流板6、一級導(dǎo)流板5和斜管沉淀裝置4向上溢出，一級導(dǎo)流板5、二級導(dǎo)流板6 防止了活性污泥在曝氣條件下向上的沖擊力，使得斜管沉淀裝置4處于相對穩(wěn)定狀態(tài)，提 高了斜管沉淀裝置4對活性污泥的有效沉降；經(jīng)泥水分離后，生化反應(yīng)出水通過溢流作用 進入超濾膜分離室11 (膜分離區(qū))，通過抽吸泵13抽出水進入到凈水箱15，得到以膜為保 障的安全飲用水。
權(quán)利要求
一種用于飲用水生產(chǎn)的的膜生物反應(yīng)器，本裝置包括原水提升泵(1)、臭氧發(fā)生裝置(2)、臭氧接觸反應(yīng)池(3)、壓力傳感器(12)、抽吸泵(13)、鼓風(fēng)機(14)、凈水箱(15)和反應(yīng)池(16)，所述原水提升泵(1)通過管路與臭氧接觸反應(yīng)池(3)連通，所述臭氧接觸反應(yīng)池(3)與臭氧發(fā)生裝置(2)連通，其特征在于所述裝置還包括斜管沉淀裝置(4)、一級導(dǎo)流板(5)、二級導(dǎo)流板(6)、生物降解室(7)、第一曝氣器(8)、第二曝氣器(9)、超濾膜組件(10)、超濾膜分離室(11)、第一閥(17)、第二閥(18)、總路(19-1)、第一支路(19-2)、第二支路(19-3)和總閥(20)，所述反應(yīng)池(16)內(nèi)分隔為生物降解室(7)和超濾膜分離室(11)，所述臭氧接觸反應(yīng)池(3)與生物降解室(7)連通，所述生物降解室(7)內(nèi)由下至上依次設(shè)有第一曝氣器(8)、二級導(dǎo)流板(6)、一級導(dǎo)流板(5)和斜管沉淀裝置(4)，所述二級導(dǎo)流板(6)的一端裝在生物降解室(7)的一側(cè)內(nèi)壁上，所述一級導(dǎo)流板(5)的一端裝在生物降解室(7)的另一側(cè)內(nèi)壁上，所述斜管沉淀裝置(4)的兩側(cè)各裝在生物降解室(7)的內(nèi)壁上，所述超濾膜分離室(11)內(nèi)裝有第二曝氣器(9)和超濾膜組件(10)，所述超濾膜組件(10)的上部通過裝有壓力傳感器(12)的管路與抽吸泵(13)連通，所述抽吸泵(13)與凈水箱(15)連通，所述鼓風(fēng)機(14)與總路(19-1)的一端連通，所述總路(19-1)的另一端分別與第一支路(19-2)的一端和第二支路(19-3)的一端連通，所述第一支路(19-2)的另一端與第一曝氣器(8)連通，所述第二支路(19-2)的另一端與第二曝氣器(9)連通，所述總路(19-1)上設(shè)有總閥(20)，所述第一支路(19-2)上設(shè)有第一閥(17)，所述第二支路(19-3)上設(shè)有第二閥(18)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述用于飲用水生產(chǎn)的膜生物反應(yīng)器，其特征在于所述一級導(dǎo)流板 (5)所在平面與豎直線的夾角為30° -60°。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述用于飲用水生產(chǎn)的膜生物反應(yīng)器，其特征在于所述二級導(dǎo) 流板(6)所在平面與豎直線的夾角為30° -60°。
4.使用權(quán)利要求1所述膜生物反應(yīng)器飲用水生產(chǎn)的方法，其特征在于所述方法由以 下步驟完成步驟一原水經(jīng)原水提升泵(1)進入臭氧接觸反應(yīng)池(3)，通過臭氧發(fā)生裝 置(2)保持臭氧投加濃度為0. 5-5mg/L，接觸時間為10min-30min ；步驟二 經(jīng)過步驟一處 理后的出水直接進入到生物降解室(7)的底部，再經(jīng)生物降解室(7)的上部溢出，所述生 物降解室(7)內(nèi)保持活性炭濃度為0. 5-4g/L，生物降解室(7)中通過第一曝氣器(8)進 行曝氣使溶解氧的濃度達(dá)2-6mg/L，第一曝氣器(8)的曝氣量為10-80m3/m2 · h，停留時間 為20min-120min ；步驟三經(jīng)過步驟二處理后的出水進入到超濾膜分離室(11 )，超濾膜分 離室(11)內(nèi)的第二曝氣器(9)的曝氣量為ΖΟ^Οπι3/!!!2·!!，超濾膜分離室(11)內(nèi)的超濾 膜組件(10)的通量為10L/h · m2-60L/h · m2，反洗周期為20min-240min，水力停留時間為 lmin-30min ；步驟四抽吸泵(13)將經(jīng)過步驟三處理后的出水從超濾膜組件(10)抽出后進 入到凈水箱(15)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述用于飲用水生產(chǎn)的方法，其特征在于步驟二中第一曝氣器(8) 的曝氣量為30m3/m2 · h。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述用于飲用水生產(chǎn)的方法，其特征在于步驟三中第二曝氣器(9) 的曝氣量為60m3/m2 · h。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述用于飲用水生產(chǎn)的方法，其特征在于步驟三中超濾膜組件(10) 的通量為 20L/h · m2-40L/h · m2。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述用于飲用水生產(chǎn)的方法，其特征在于步驟三中超濾膜組件(10)的通量為30L/h · m2。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述用于飲用水生產(chǎn)的方法，其特征在于步驟三中超濾膜組件(10) 的反洗周期為40min-200min。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述用于飲用水生產(chǎn)的方法，其特征在于步驟三中超濾膜組件 (10)的反洗周期為180min。
全文摘要
一種用于飲用水生產(chǎn)的膜生物反應(yīng)器及方法，它涉及一種飲用水生產(chǎn)裝置及方法。針對膜生物反應(yīng)器中的膜運行過程中產(chǎn)生的膜污染降低膜的使用效率和增加運行成本的問題。裝置方案臭氧接觸反應(yīng)池與生物降解室連通，生物降解室內(nèi)設(shè)有第一曝氣器、二級導(dǎo)流板、一級導(dǎo)流板和斜管沉淀裝置，超濾膜組件與抽吸泵連通，抽吸泵與凈水箱連通；方法方案步驟一原水進入臭氧接觸反應(yīng)池；步驟二經(jīng)過步驟一處理后的出水直接進入到生物降解室的底部，再經(jīng)生物降解室的上部溢出；步驟三經(jīng)過步驟二處理后的出水進入到超濾膜分離室；步驟四抽吸泵將經(jīng)過步驟三處理后的出水從超濾膜組件抽入到凈水箱。本發(fā)明裝置及方法用于飲用水的處理。
文檔編號C02F9/14GK101811805SQ20101016020
公開日2010年8月25日 申請日期2010年4月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月30日
發(fā)明者南軍, 李圭白, 梁恒, 田家宇, 瞿芳術(shù), 韓梅, 高偉 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)