專利名稱：應(yīng)用動(dòng)態(tài)膜對(duì)生物反應(yīng)器混合液進(jìn)行過濾的方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于生物化工領(lǐng)域中的固液分離技術(shù)，特別涉及對(duì)生物反應(yīng)器的混合液進(jìn)行過濾的方法和裝置。
本發(fā)明是通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的一種應(yīng)用動(dòng)態(tài)膜對(duì)生物反應(yīng)器混合液進(jìn)行過濾的方法，該分法包括如下步驟(A)選用具有一定篩分孔徑的多孔材料為基材，加工成以該材料為過濾面并具有一定過濾面積及出水口的動(dòng)態(tài)膜過濾組件；(B)將上述動(dòng)態(tài)膜過濾組件放入具有連續(xù)的進(jìn)水、生物反應(yīng)和出水的生物反應(yīng)器之中，并使之完全淹沒。將過濾組件的出水口與反應(yīng)器的出水口相連通，使反應(yīng)器內(nèi)的液面高于反應(yīng)器的出水口，形成的水位差在20cm以下；(C)通過一定方式在生物反應(yīng)器中產(chǎn)生具有一定速度的膜面錯(cuò)流，在水位差的驅(qū)動(dòng)下，混合液選擇性透過過濾面，由動(dòng)態(tài)膜過濾組件的出水口再經(jīng)反應(yīng)器的出水口流出反應(yīng)器，將初期濾液返回生物反應(yīng)器或棄去；(D)隨著過濾的不斷進(jìn)行，微生物代謝產(chǎn)物和微生物等在動(dòng)態(tài)膜基材表面逐漸形成生物質(zhì)層，當(dāng)出水中懸浮固體濃度逐步降低并接近為零時(shí)，即可進(jìn)行正常的過濾出水；(E)當(dāng)出現(xiàn)動(dòng)態(tài)膜污染時(shí)，利用加大膜面錯(cuò)流速度的方式清除膜面污染；(F)在清除膜面污染后，重復(fù)上述步驟(C)和(D)。
采用如權(quán)利要求1所述方法的一種動(dòng)態(tài)膜過濾裝置，包括帶有進(jìn)水口和出水口的生物反應(yīng)器，其特征在于在生物反應(yīng)器內(nèi)的液面下設(shè)有至少一個(gè)動(dòng)態(tài)膜過濾組件單元，該動(dòng)態(tài)膜過濾組件單元包括由多孔過濾基材形成的過濾面、密封空腔及出水口，所述動(dòng)態(tài)膜過濾組件單元的出水口與生物反應(yīng)器的出水口相連通。
本發(fā)明提出了應(yīng)用動(dòng)態(tài)膜對(duì)生物反應(yīng)器混合液進(jìn)行過濾的方法，其原理在于生物反應(yīng)的混合液進(jìn)行反應(yīng)的主體是細(xì)菌等微生物，這些微生物在代謝過程中會(huì)產(chǎn)生各種有機(jī)產(chǎn)物，其中包括一些大分子的有機(jī)物質(zhì)；當(dāng)混合液透過具有一定孔徑的多孔材料，如篩網(wǎng)時(shí)，這些有機(jī)的代謝產(chǎn)物以及細(xì)菌本身會(huì)在材料的表面通過吸附、粘附、沉積等形成生物質(zhì)層；在一定的條件下形成的這層生物質(zhì)層具備類似于固定膜的過濾能力；由于這一具有類似于濾膜過濾能力的生物質(zhì)層并不是基材固有的，而是在使用過程中動(dòng)態(tài)地形成的，因此本專利稱為動(dòng)態(tài)膜?；谏鲜鲈?，本發(fā)明可以選擇孔徑較大的多孔材料作為基材加工過濾裝置。當(dāng)進(jìn)行過濾的時(shí)候，基材上即逐步形成可以截留遠(yuǎn)小于1微米的固體顆粒，使后來的濾液中幾乎不含固體顆粒，從而達(dá)到較為理想的固液分離效果。由于市場(chǎng)上有很多普通的多孔材料適合做動(dòng)態(tài)膜的基材，較之于應(yīng)用特殊工藝加工的微孔濾膜材料便宜很多，因此可以降低過濾裝置的成本。另外，合理控制運(yùn)行條件可以使動(dòng)態(tài)膜的過濾阻力很小，且基材本身因有較大的孔徑，過濾阻力也很小，使得應(yīng)用動(dòng)態(tài)膜過濾的總阻力可以很小。
應(yīng)用本發(fā)明對(duì)生物反應(yīng)器的混合液進(jìn)行過濾，可以達(dá)到以下效果一是構(gòu)成動(dòng)態(tài)膜過濾組件過濾面的材料可以是普通的網(wǎng)材，與固定膜材料相比價(jià)格低廉，因此可以降低過濾環(huán)節(jié)的投資成本。二是與固定膜過濾相比，過濾阻力非常小，因此可以在數(shù)毫米～數(shù)厘米的液位差下進(jìn)行過濾，并且穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)動(dòng)態(tài)膜的通量可以不低于一般固定膜的通量范圍。清除動(dòng)態(tài)膜污染的方法簡(jiǎn)單，并且通透性恢復(fù)完全。三是可以達(dá)到較好的固液分離效果，出水中的懸浮固體濃度接近于零。另外本發(fā)明對(duì)混合液上清液中的溶解性大分子物質(zhì)也有一定的去除作用。
圖2為

圖1的A向局部剖視圖。
圖3為本發(fā)明采用的一種動(dòng)態(tài)膜過濾組件裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4為采用多個(gè)過濾組件單元組成的動(dòng)態(tài)膜過濾組件示意圖。
本發(fā)明的動(dòng)態(tài)膜過濾方法適合在有膜面錯(cuò)流的連續(xù)過濾作業(yè)中使用，過濾時(shí)的膜面錯(cuò)流速度為0.05～0.1m/s。進(jìn)行過濾時(shí)，將所需面積的動(dòng)態(tài)膜過濾組件裝置放置在有連續(xù)進(jìn)水和出水口的生物反應(yīng)器3之中，生物反應(yīng)器內(nèi)裝有進(jìn)行生物反應(yīng)的混合液，混合液完全淹沒過濾組件，并要求反應(yīng)器內(nèi)的液面高于反應(yīng)器的出水口形成水位差H，在生物反應(yīng)器液面與反應(yīng)器出口形成的水位差的作用下自流出水。該水位差一般在20cm以下，最好在5cm以下。連接過濾組件的出水口6與反應(yīng)器的出水口5。在水位差的驅(qū)動(dòng)下，混合液選擇性透過過濾面進(jìn)入密封空腔再經(jīng)由動(dòng)態(tài)膜過濾組件的出水口流出密封空腔，由反應(yīng)器的出水口流出反應(yīng)器。隨著過濾進(jìn)程，微生物代謝產(chǎn)物和微生物等在動(dòng)態(tài)膜基材表面逐漸形成生物質(zhì)層，同時(shí)出水中的懸浮固體物濃度逐步降低，當(dāng)出水中懸浮固體濃度接近為零時(shí)，即可認(rèn)為動(dòng)態(tài)膜已經(jīng)形成，將開始過濾到動(dòng)態(tài)膜形成的這段時(shí)間稱為動(dòng)態(tài)膜形成過程。將動(dòng)態(tài)膜形成過程中的濾液返回生物反應(yīng)器3中或棄去，即可進(jìn)行正常的過濾出水。
長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)運(yùn)行的動(dòng)態(tài)膜可能會(huì)產(chǎn)生膜面污染現(xiàn)象，當(dāng)出現(xiàn)膜面污染時(shí)H有明顯上升，當(dāng)H增加到5～20厘米時(shí)，最好控制在5～10厘米范圍，須采取措施清除膜面污染。清除膜面污染的措施一般采用高于正常過濾時(shí)的膜面錯(cuò)流速度來進(jìn)行，即膜面錯(cuò)流的速度為0.2～0.4m/s；清除膜面污染的時(shí)間為10秒～10分鐘為宜。在清除膜面污染后，再重復(fù)前面的有關(guān)操作步驟。
實(shí)施例1應(yīng)用本發(fā)明的動(dòng)態(tài)膜過濾方法對(duì)處理城市污水的活性污泥法的混合液進(jìn)行過濾。在本實(shí)施例中，生物反應(yīng)器的主要運(yùn)行參數(shù)混合液懸浮污泥濃度為7000～8000mg/L，水力停留時(shí)間3.5小時(shí)，污泥停留時(shí)間43～47天，反應(yīng)器內(nèi)溶解氧的濃度為2～3mg/L。生物反應(yīng)器的進(jìn)水為城市污水，主要的水質(zhì)指標(biāo)COD濃度為200mg/L～400mg/L，NH3-N的濃度為40～60mg/L。過濾時(shí)生物反應(yīng)器連續(xù)進(jìn)水，并在反應(yīng)器內(nèi)通過曝氣的方法產(chǎn)生平行于動(dòng)態(tài)膜過濾面的低速膜面錯(cuò)流I，I的速度為0.02m/s。
選取0.1毫米篩分孔徑的絹網(wǎng)作為動(dòng)態(tài)膜基材與框架材料一起加工成動(dòng)態(tài)膜組件，如圖1和圖2所示。圖中1為0.1毫米的絹網(wǎng)構(gòu)成的過濾面，2為輔助材料構(gòu)成的框架，3為動(dòng)態(tài)膜過濾組件的出水口，4為封閉空腔。將圖1所說的動(dòng)態(tài)膜過濾組件7按圖3所示放置在活性污泥法生物反應(yīng)器的液面以下。本實(shí)施例中選用了動(dòng)態(tài)膜過濾組件包含多個(gè)單元，單元中的動(dòng)態(tài)膜過濾組件按過濾面互相平行的方式布置在反應(yīng)器的液面以下，見圖4。動(dòng)態(tài)膜過濾組件的出水口3與生物反應(yīng)器的出水口6相連接。在進(jìn)行過濾時(shí)，生物反應(yīng)器內(nèi)的液面與反應(yīng)器的出水口之間保持水位差H，如圖3所示。在水位差H的驅(qū)動(dòng)下，生物混合液透過動(dòng)態(tài)膜過濾組件的過濾面形成濾液進(jìn)入動(dòng)態(tài)膜組件的空腔4，再通過出水口3流出反應(yīng)器的出水口6。當(dāng)用新的動(dòng)態(tài)膜過濾組件，或用過濾面經(jīng)過清洗的動(dòng)態(tài)膜過濾組件進(jìn)行過濾時(shí)，將開始過濾后半小時(shí)內(nèi)的出水返回生物反應(yīng)器。實(shí)際運(yùn)行的效果出水的懸浮固體濃度小于5mg/L，動(dòng)態(tài)膜對(duì)混合液上清液中溶解性大分子物質(zhì)也有去除作用，以COD計(jì)，平均去除率為28.74％。在本實(shí)施例中，設(shè)定當(dāng)H大于5cm后即通過曝氣產(chǎn)生高速膜面錯(cuò)流II，II的速度為0.2m/s，持續(xù)3分鐘時(shí)間對(duì)動(dòng)態(tài)膜面進(jìn)行清洗。當(dāng)動(dòng)態(tài)膜通量設(shè)定為15L/m2h時(shí)，正常運(yùn)行中H＝3～5毫米，兩次清洗間的時(shí)間間隔平均為5天。當(dāng)膜通量設(shè)定為50L/m2h時(shí)，正常運(yùn)行中H＝2.5～3.5cm，兩次清洗的時(shí)間間隔平均為20小時(shí)。
實(shí)施例2采用0.5毫米的尼龍網(wǎng)加工的動(dòng)態(tài)膜過濾組件，應(yīng)用本發(fā)明的動(dòng)態(tài)膜過濾方法對(duì)處理城市污水的活性污泥法的混合液進(jìn)行過濾。生物反應(yīng)器的運(yùn)行參數(shù)以及進(jìn)水的水質(zhì)與實(shí)施例一相同。實(shí)施方法與實(shí)施例一相同。實(shí)施效果出水的懸浮固體濃度小于10mg/L，對(duì)溶解性大分子的去除效果以化學(xué)耗氧量COD計(jì)，平均為10.78％。在本實(shí)施例中，設(shè)定當(dāng)H大于100mm后即通過曝氣產(chǎn)生高速膜面錯(cuò)流，錯(cuò)流的速度為0.2m/s，持續(xù)1分鐘時(shí)間對(duì)動(dòng)態(tài)膜面進(jìn)行清洗。當(dāng)動(dòng)態(tài)膜通量設(shè)定為25L/m2h時(shí)，正常運(yùn)行中H＝3～5毫米，兩次清洗間的時(shí)間間隔平均為3天。當(dāng)膜通量設(shè)定為50L/m2h時(shí)，正常運(yùn)行中H＝2.0～3.5cm，兩次清洗的時(shí)間間隔平均為35小時(shí)。
權(quán)利要求
1.一種應(yīng)用動(dòng)態(tài)膜對(duì)生物反應(yīng)器混合液進(jìn)行過濾的方法，其特征在于該方法包括如下步驟(A)選用具有一定篩分孔徑的多孔材料為基材，加工成以該材料為過濾面并具有一定過濾面積及出水口的動(dòng)態(tài)膜過濾組件；(B)將上述動(dòng)態(tài)膜過濾組件放入具有連續(xù)的進(jìn)水、生物反應(yīng)和出水的生物反應(yīng)器之中，并使之完全淹沒將過濾組件的出水口與反應(yīng)器的出水口相連通，使反應(yīng)器內(nèi)的液面高于該出水口，形成的水位差在20cm以下；(C)通過一定方式在生物反應(yīng)器中產(chǎn)生膜面錯(cuò)流，在水位差的驅(qū)動(dòng)下，混合液選擇性透過過濾面，由動(dòng)態(tài)膜過濾組件的出水口再經(jīng)反應(yīng)器的出水口流出反應(yīng)器，將初期濾液返回生物反應(yīng)器或棄去；(D)隨著過濾的不斷進(jìn)行，微生物代謝產(chǎn)物和微生物等在動(dòng)態(tài)膜基材表面逐漸形成生物質(zhì)層，當(dāng)出水中懸浮固體濃度逐步降低并接近為零時(shí)，即可進(jìn)行正常的過濾出水；(E)當(dāng)出現(xiàn)動(dòng)態(tài)膜污染時(shí)，利用加大膜面錯(cuò)流速度的方式清除膜面污染；(F)在清除膜面污染后，重復(fù)上述步驟(C)和(D)。
2.按照權(quán)利要求1所述的一種應(yīng)用動(dòng)態(tài)膜對(duì)生物反應(yīng)器混合液進(jìn)行過濾的方法，其特征在于在生物反應(yīng)器液面與反應(yīng)器出口形成的水位差的作用下自流出水。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的一種應(yīng)用動(dòng)態(tài)膜對(duì)生物反應(yīng)器混合液進(jìn)行過濾的方法，其特征在于正常過濾時(shí)的膜面錯(cuò)流速度為0.05～0.1m/s，清除膜面污染時(shí)的膜面錯(cuò)流速度為0.2～0.4m/s。
4.按照權(quán)利要求1所述的一種應(yīng)用動(dòng)態(tài)膜對(duì)生物反應(yīng)器混合液進(jìn)行過濾的方法，其特征在于可選用0.1～0.5毫米篩分孔徑的金屬網(wǎng)、尼龍網(wǎng)、滌綸網(wǎng)或無紡布作為過濾基材。
5.采用如權(quán)利要求1所述方法的一種動(dòng)態(tài)膜過濾裝置，包括帶有進(jìn)水口和出水口的生物反應(yīng)器，其特征在于在生物反應(yīng)器內(nèi)的液面下設(shè)有至少一個(gè)動(dòng)態(tài)膜過濾組件單元，該動(dòng)態(tài)膜過濾組件單元包括由多孔過濾基材形成的過濾面、密封空腔及出水口，所述動(dòng)態(tài)膜過濾組件單元的出水口與生物反應(yīng)器的出水口相連通。
6.按照權(quán)利要求5所述的一種動(dòng)態(tài)膜過濾裝置，其特征在于相鄰動(dòng)態(tài)膜過濾組件單元的過濾面之間的最小距離應(yīng)大于1厘米。
全文摘要
應(yīng)用動(dòng)態(tài)膜對(duì)生物反應(yīng)器混合液進(jìn)行過濾的方法及裝置,涉及生物化工領(lǐng)域中的固液分離技術(shù)。本發(fā)明以普通多孔材料為基材加工成過濾組件,將其放入具有連續(xù)的進(jìn)水、生物反應(yīng)和出水的生物反應(yīng)器中并使之淹沒,使反應(yīng)器液面高于其出水口,形成水位差。在具有膜面錯(cuò)流的情況下,隨著過濾的進(jìn)行,微生物代謝產(chǎn)物以及細(xì)菌本身等會(huì)在基材表面通過吸附、粘附、沉積等形成生物質(zhì)層,這層生物質(zhì)層具備類似于固定膜的過濾能力,故稱為動(dòng)態(tài)膜過濾。本發(fā)明可以選擇孔徑較大的普通材料為基材,較之于一般人工合成的微孔濾膜便宜很多,因此可以降低成本。另外,合理控制運(yùn)行條件可以使動(dòng)態(tài)膜過濾的阻力很小,同時(shí)可以達(dá)到較好的固液分離效果,出水中的懸浮固體濃度接近于零。
文檔編號(hào)B01D61/16GK1363526SQ01144189
公開日2002年8月14日 申請(qǐng)日期2001年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2001年12月14日
發(fā)明者黃霞, 范彬, 文湘華 申請(qǐng)人:清華大學(xué)