与膜曝气生物薄膜反应器一起使用的低压可逆气升混合系统技术方案

技术编号:22568941 阅读:50 留言:0更新日期:2019-11-16 13:45
本发明专利技术涉及一种用于膜曝气模块的围绕物的设计,该膜曝气模块包括可逆的低压气升泵,以促进竖直水流过模块中的膜以及在膜之间流动。这些封闭式膜模块适用于膜曝气生物薄膜反应器,该膜曝气生物薄膜反应器用于处理水或废水。

Low pressure reversible airlift mixing system used with membrane aeration biofilm reactor

The invention relates to a design of a surround for a membrane aeration module, which comprises a reversible low-pressure air lift pump to facilitate vertical water flow through the membrane in the module and between the membranes. These closed membrane modules are suitable for membrane aeration biofilm reactor, which is used to treat water or wastewater.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】与膜曝气生物薄膜反应器一起使用的低压可逆气升混合系统
本专利技术涉及一种低压气升混合系统,该低压气升混合系统与用于处理水或废水的膜支撑的生物薄膜反应器中的膜曝气模块一起使用。具体地讲,本专利技术涉及一种低压气升混合系统,该低压气升混合系统与膜支撑的生物薄膜反应器中的膜曝气模块一起使用,这些膜支撑的生物薄膜反应器包含低压气升泵,以在这些模块被安装在生物反应器或罐中时促进液体良好流过膜模块。
技术介绍
膜支撑的生物薄膜反应器(MSBR)是这样的生物反应器,其中氧气(或其他气体)可以通过浸没的可透气的膜供应到水或废水、或者供应到附着的生物薄膜。这些膜可以是中空纤维、平面或螺旋卷绕的,并且这些膜可以由疏水多孔的或替代的致密可透气的材料(例如聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚甲基戊烯(PMP))制成。这些膜的一端连接到气体供应源,另一端可以是关闭的或敞开的以允许经使用的气体的排出。这些膜可以布置成阵列或盒,然后这些阵列或盒可以进一步连接以形成模块模块。当供应到这些膜的气体是呈空气、富氧空气或纯氧形式的氧气时,反应器更常见地被称为膜曝气生物薄膜反应器(MABR)。氧气可以被供应到膜的一侧,然后这允许氧气扩散通过该膜并溶解到另一侧的水中(水边界层在膜表面上),或者直接扩散到生长为附着到该膜的生物薄膜中。如果氧气在生物薄膜中没有被消耗,则它可以继续扩散到生物薄膜周围的水中。穿过膜的氧通量与穿过膜的氧浓度梯度成比例,从而通过在膜内部的高氧分压和膜外表面处非常低的溶解氧浓度下操作可以实现高通量。其他气体能以与氧气相同的方式供应并以相同的方式起作用。膜的富含氧的表面(该表面与含有可生物降解的有机和无机污染物的废水接触)为细菌生长提供理想的环境。在这里生长的细菌通过膜经由扩散而接收它们所需的氧气,并且从周围废水中经由扩散而接收它们需要的基质。结果是,细菌自然地定殖在可透气的膜的表面上,并且在膜的液体侧形成生物薄膜。由于细菌消耗氧气并影响穿过膜壁的浓度梯度,所以此生物薄膜在膜的液体侧的活性对于通过该膜的氧通量具有深远的影响。由于生物薄膜中的细菌需要来自废水的营养物(基质)和来自膜的氧气,所以当溶解的氧的浓度和基质浓度都很高时,细菌的活性最大。细菌的活性可以通过限制氧气的供应(氧气的供应是由穿过膜的氧扩散速率来控制的)进行限制,或者可以通过限制溶解的基质的供应(溶解的基质的供应受到废水中的基质浓度和膜上的废水速度的影响)进行限制。生物薄膜的厚度、以及生物薄膜内的生物活性控制着穿过膜壁的氧通量传输和基质氧化速率。随着较厚的生物薄膜发展需氧,可能形成缺氧层和厌氧层,并且在生物薄膜的这些区域中生长的细菌可以去除有机和无机污染物(例如BOD和基于氮的污染物)。为了在MABR中实现高氧传输速率和高基质去除速率,必须确保氧气到膜、以及基质到生物薄膜的供给均得以适当控制,并且确保不允许生物薄膜变得太厚,通常使用的是频繁冲刷生物薄膜表面来去除外层、以控制生物薄膜厚度。冲刷的频率和持续时间可以变化,以便去除足够量的生物薄膜以确保良好的性能。生物反应器中提供的液压混合条件必须确保将基质有效地递送到生物薄膜的外部。其他气体和气体混合物(包括但不限于氢气、甲烷和二氧化碳)可以经由可透气的膜、以与氧气相同的方式供应。这些气体在MSBR中的传输速率由相同的因素控制,这些相同的因素控制着氧气在MABR中传输。生物薄膜的存在、其厚度以及细菌在生物薄膜内生长所需的物种的局部化学浓度都将影响过程性能。气升泵已经在许多应用中使用、以在压力差低时将水从一个位置泵送到另一个位置。示例应用包括水产养殖,其中气升泵通常用于将水从一个罐移动到另一个罐。相关的现有技术包括美国专利公开号2007/0182033,其描述了位于立柱底部的气泡发生器,当气泡发生器浸入在填充有水的罐中时可以促进整个罐的良好混合。倒置虹吸管(被结合到立柱基部的气泡发生器中)的设计是用于产生大气泡的间歇释放。美国专利公开号2016/0009578包括间隔式护罩,带有用于MABR曝气的倒置虹吸管,带有曝气器,其具有来自膜的单独空气供应。国际专利公开号WO2016/209235涉及浮动膜模块的部署。权利要求强调纤维需要被加压到大于模块基部的流体静压力的压力。德国专利申请号10004863描述了一种围绕系统,该围绕系统包括多个面板,该多个面板用于封闭具有中空纤维膜的膜曝气模块,并且膜曝气模块在膜下方引入空气以产生气升系统。需要围绕膜的这种连续向上流动以确保膜始终是竖直的,因为膜仅在一端(下端)附接到歧管。本专利技术的目的是克服上述问题中的至少一个。
技术实现思路
在MABR中,生物薄膜天然固定在可透氧气的膜上。氧气通过膜扩散到生物薄膜中,在生物薄膜中在生物薄膜-液体界面处供应的污染物发生氧化。氧供应速率是由膜内氧分压(工艺参数)和膜表面面积(设计参数)控制。然而,在传统的废水处理工艺中,通过将空气泵送到废水处理罐的底部来提供氧气。然后空气经由扩散器进入液体,形成气泡(气泡上升通过废水),将氧气输送到废水中,并且还在处理罐中提供混合。由于MABR没有空气被泵送以产生足以提供充分混合的气泡,因此在长期试验中保持高性能率已被证明是非常困难的。为了确保MABR可以成为更有效的废水处理技术,迫切需要确保反应器良好混合,并且在尽可能多的膜附着污染物降解生物薄膜与要处理的富含污染物的废水之间存在有效接触。诸位申请人已经提供了一种解决方案,该解决方案用于在MABR处理壳体或罐中充分混合废水流体,同时在MABR处理壳体中混合液体时保持低能量需求。根据本专利技术,如所附权利要求中所阐述的,提供了一种用于与膜曝气生物薄膜反应器(MABR)类型一起使用的围绕物,该反应器包括:壳体,该壳体具有上顶部空间和下顶部空间;可透气的中空纤维膜阵列,该可透气的中空纤维膜阵列被布置成盒,其设置在壳体内并从上顶部空间延伸到下顶部空间;包括可逆的低压气升混合系统,以促进竖直废水流在膜上流动。根据本专利技术,如所附权利要求中所阐述的,提供了一种用于与膜曝气生物薄膜反应器(MABR)类型一起使用的围绕物,该反应器包括:壳体,该壳体具有上顶部空间和下顶部空间;可透气的中空纤维膜阵列,该可透气的中空纤维膜阵列被布置成盒,这些盒进一步被布置成模块,其设置在壳体内并从上部顶部空间延伸到下部顶部空间;包括可逆的低压气升混合系统以促进竖直废水(液体)在膜上流动,其中,这些膜可以竖直地布置在模块中,在这种情况下,所得的液体流动将平行于膜,或者膜可以水平地布置在模块中,从而产生交叉流配置。一种围绕系统,该围绕系统用于与具有由可透气的中空纤维膜盒阵列隔开的上顶部空间和下顶部空间类型的膜模块一起使用,其特征在于,该围绕系统包括:气升混合系统,该气升混合系统被配置用于将液体从该膜模块内部输送到该膜模块外部或者从该膜模块外部输送到该膜模块内部;以及多个面板,该多个面板被配置用于密封膜模块以形成封闭式膜模块。一种围绕系统,该围绕系统用于与具有由可透气的中空纤维膜阵列隔开的上顶部空间和下顶部空间类型的膜模块一起使用,其特征在于,该围绕系统包括本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种围绕系统,所述围绕系统用于与具有由可透气的中空纤维膜(102)阵列隔开的上顶部空间和下顶部空间(104,106)类型的膜模块一起使用,其特征在于,所述围绕系统包括:/n-多个面板(3a,3b,3c,3d),所述多个面板被配置用于形成封闭式膜模块(120);以及/n-气升混合系统(4),所述气升混合系统包括气升通道(7)和第一下降管(6),所述气升通道和第一下降管在其底部彼此处于流体连通、从而形成大致U形的管(5)的两个竖直通道,所述大致U形的管在两端(12)处敞开,并且所述气升混合系统被配置用于将液体从所述膜模块(120)内部输送到所述膜模块(120)外部或者从所述膜模块(120)外部输送到所述膜模块(120)内部;并且/n其中,所述围绕物在顶部和底部是敞开的,并且被封闭在所述围绕系统内。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170220 EP 17156862.9;20170220 US 62/461,1391.一种围绕系统,所述围绕系统用于与具有由可透气的中空纤维膜(102)阵列隔开的上顶部空间和下顶部空间(104,106)类型的膜模块一起使用,其特征在于,所述围绕系统包括:
-多个面板(3a,3b,3c,3d),所述多个面板被配置用于形成封闭式膜模块(120);以及
-气升混合系统(4),所述气升混合系统包括气升通道(7)和第一下降管(6),所述气升通道和第一下降管在其底部彼此处于流体连通、从而形成大致U形的管(5)的两个竖直通道,所述大致U形的管在两端(12)处敞开,并且所述气升混合系统被配置用于将液体从所述膜模块(120)内部输送到所述膜模块(120)外部或者从所述膜模块(120)外部输送到所述膜模块(120)内部;并且
其中,所述围绕物在顶部和底部是敞开的,并且被封闭在所述围绕系统内。


2.根据权利要求1所述的围绕系统,进一步包括模块化领部(20),所述模块化领部被配置用于附接到所述封闭式膜模块的顶部并在液体的表面上方竖直延伸。


3.根据权利要求1或权利要求2所述的围绕系统,其中,所述多个面板(3a,3b,3c,3d)在所述上顶部空间(104)上方竖直延伸、并且延伸超过所述系统内液体的表面。


4.根据前述权利要求中任一项所述的围绕系统,其中,所述气升混合系统包括第三竖直通道,所述第三竖直通道使得所述气升混合系统成大致W形状,其中,所述第三竖直通道是第二下降管(6a),并且其中,所述竖直通道中的一个是与所述第一下降管和所述第二下降管(6,6a)处于流体连通的气升通道(7)。


5.根据前述权利要求中任一项所述的围绕系统,进一步包括竖直返回通道(9),其中,所述竖直返回通道(9)与所述大致U形的管(5)或W形的管(50)的靠近所述竖直返回通道(9)的所述竖直通道(6,6a,7)的顶部处于流体连通。


6.根据权利要求5所述的围绕系统,其中,所述大致U形的管或W形的管的靠近所述竖直返回通道的竖直通道的开口端形成通向所述封闭式膜模块外部的端口。


7.根据权利要求5或6中任一项所述的围绕系统,其中,所述竖直返回通道或者与所述气升通道或者与所述第一下降管或第二下降管处于流体连通,并且延伸通过所述封闭式膜模块的整个高度或者延伸到储罐(200)的底部。


8.根据权利要求7所述的围绕系统,其中,所述竖直返回通道对所述封闭式膜模块外部的环境是敞开的,并且被配置用于提供连续通道以将液体从所述储罐内或另一储罐或处理系统内的隔室的一个位置供应到所述气升混合系统的一个竖直通道或供应到所述储罐或处理系统中的另一位置。


9.根据权利要求1至8中任一项所述的围绕系统,其中,所述第一下降管和所述第二下降管与所述封闭式膜模块外部的液体处于流体连通,并且所述气升通道或所述竖直返回通道与所述封闭式膜模块内部的液体处于流体连通。


10.根据权利要求1至8中任一项所述的围绕系统,其中,所述第一下降管和所述第二下降管与所述封闭式膜模块内部的液体处于流体连通,并且所述气升通道与所述封闭式膜模块外部的液体处于流体连通。


11.根据权利要求1至10中任一项所述的围绕系统,其中,所述气升通道进一步包括空气注入端口(40),所述空气注入端口被配置用于接收空气并将空气递送到所述气升通道中,使得U形气升混合系统的任一竖直通道能够成为所述气升通道并反转所述封闭式膜模块内液体的流动方向。


12.根据权利要求11所述的围绕系统,其中,供应给所述气升通道的空气或者是源于来自所述膜的排出空气、或者来自外部源的补充空气、或者两者。


13.根据权利要求11或权利要求12所述的围绕系统,其中,所述空气注入端口被配置用于以脉冲或周期性方式或两者的组合连续地释放空气。


14.根据权利要求11至13中任一项所述的围绕系统,其中,所述空气注入端口连接到空气虹吸管,所述空气虹吸管被配置用于允许空气积聚并周期性地释放到所述空气注入端口。


15.根据权利要求11至14中任一项所述的围绕系统,其中,所述空气注入端口被配置用于轴向地、径向地、轴向且径向地或以一定角度引入空气,以便在所述气升通道内引起湍流水流。


16.根据权利要求11至15中任一项所述的围绕系统,其中,所述空气注入端口在框架系统的所述模块化领部内的液体表面下方小于3.0米。


17.根据前述权利要求中任一项所述的围绕系统,其中,所述气升混合系统被配置用于相对于所述封闭式膜模块外部的液位控制所述封闭式膜模块内的液位。


18.根据前述权利要求中任一项所述的围绕系统,其中,四侧封闭式膜模块中的至少一个面板被配置用于各自容纳所述气升混合系统。


19.根据前述权利要求中任一项所述的围绕系统,其中,四侧封闭式膜模块中的至少两个、三个或所有面板均被配置用于容纳所述气升混合系统。


20.根据前述权利要求中任一项所述的围绕系统,其中,所述气升混合系统被配置用于沿向上或向下方向泵送液体通过所述封闭式膜模块。


21.根据前述权利要求中任一项所述的围绕系统,进一步包括液体流动分配装置,所述液体流动分配装置位于所述封闭式膜模块的顶部空间中并且被配置用于在整个所述封闭式膜模块中提供均匀的液体流动。


22.根据前述权利要求中任一项所述的围绕系统,其中,所述围绕系统是模块化的,并且其中,多个封闭式膜模块能够一个堆叠在另一个的顶部上。


23.根据前述权利要求中任一项所述的围绕系统,其中,下部气体歧管能够清除由于冷凝或泄漏而可能积聚的液体。


24.根据权利要求23所述的围绕系统,其中,通过增加穿过所述膜的气流、或通过直接供应到所述下部歧管的补充空气或两者的组合,高空气流量被递送到所述下部歧管,以便将积聚的液体输送到所述气升系统或输送到所述液体表面。


25.根据前述权利要求中任一项所述的围绕系统,其中,所述围绕系统能够改造成现有的膜模块。


26.一种类型的膜曝气生物薄膜反应器(MABR),包括:框架并具有上顶部空间和下顶部空间;膜阵列,所述膜阵列设置在所述框架内并在所述上顶部空间和所述下顶部空...

【专利技术属性】
技术研发人员:E·赛伦D·林奇B·赫夫南W·伯恩M·塞蒙斯
申请(专利权)人:氧膜有限公司
类型:发明
国别省市:爱尔兰;IE

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