本发明专利技术提供了一种污水处理膜组件以及利用该膜组件处理污水的方法。本发明专利技术的膜组件包括外壳和至少2个并行排列的位于外壳内的膜分离单元，其中外壳呈长方体形或正方体形，其四周封闭，两端开放；膜分离单元由顺序连接且平行排列的污水腔、第一驱动液腔、清水腔和第二驱动液腔组成，各腔之间通过有机高聚物膜分隔；特别是，在污水腔内流动的污水与驱动液腔内流动的驱动液的流动方向相反。利用本发明专利技术的膜组件进行污水处理在无压力下进行操作，膜污染程度轻，能耗低，处理后的出水水质好，可实现中水回用。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于环境工程
，涉及污水处理及中水回用技术，特别涉及一种可用于膜生物反应器的平板膜组件以及利用该膜组件处理污水的方法。
技术介绍
膜生物反应器是一种由膜分离单元与生物处理单元相结合的新型水处理技术，其以膜组件取代传统生物处理技术末端二沉池，相对于传统的活性污泥工艺具有显著的优点，如可以保持生物反应器中的高活性污泥浓度，提高生物处理有机负荷，从而减少污水处理设施占地面积，并通过保持低污泥负荷减少剩余污泥量，不受污泥膨胀的影响等。目前，膜生物反应器的膜组件部分主要是以实现固液分离为目的，常采用压力驱动的微滤或者超滤膜。在压力驱动模式下，膜生物反应器混合料液中的悬浮颗粒、胶体物质、溶解性物质均较易在膜材料内部或膜表面形成沉积污染，造成膜通量的下降，即膜污染。膜污染的产生和发展严重加大了膜生物反应器工艺的能耗，使得工艺不得不增加膜清洗的频率，造成运行成本的上升，削弱了其工艺经济性。虽然研究学者从膜表面改性、水动力学条件优化、污泥混合液性状调节等方面对膜污染进行了控制，但并不能从根本上改变压力驱动分离膜易产生严重膜污染的性质。根据膜组件与生物反应部分的位置关系可将膜生物反应器分为一体式膜生物反应器和外置式膜生物反应器。一体式膜生物反应器虽然具有设备简单、操作方便、耐冲击负荷等优点，但也存在着氧利用率低、能耗大、膜污染严重、膜通量下降以及需要定期清洗等缺陷。与一体式膜生物反应器相比，外置式膜组件可以有效利用活性污泥中悬浮颗粒在错流过滤中对膜表面的错流冲刷作用，因此其在膜污染控制方面具有一定的优势。渗透现象广泛存在于自然界中。正向渗透是相对于以压力驱动的反渗透而言的。在正向渗透处理过程中，水通过选择性渗透膜从高水化学势区域向低水化学势区域传递，其以驱动溶液提供化学位作为推动力，与反渗透相比，无需外界压力作为推动分离过程，可以无压力操作，能耗低，对污染物的截留率高，而膜污染能力较强。正向渗透处理采用的驱动溶液由驱动溶质和溶剂组成。驱动溶质在水中具有较高的溶解度，从而能够产生较高的渗透压，如氯化钠、氯化镁、硫酸铝、碳酸氢铵、葡萄糖、果糖等。在进行正向渗透处理后，被稀释的驱动溶质通常会通过各种方法进行回收浓缩，如采用低压反渗透回收葡萄糖，采用中度加热回收碳酸氢铵，采用渗透蒸馏回收氯化钠等。目前主要的方法仍然是以纳滤或者反渗透的方式浓缩驱动溶液。然而，这种分离过程耗能高，从而显著增加了废水处理的成本。膜蒸馏是膜技术与蒸馏过程相结合的分离过程，膜的一侧与热的待处理溶液直接接触，另一侧直接或间接地与冷的水溶液接触，热侧溶液中易挥发的组分在膜面处汽化，通过膜进入冷侧并被冷凝成液相，其他组分则被疏水膜阻挡在热侧，从而实现混合物分离或提纯的目的。根据膜冷侧冷凝方式的不同，膜蒸馏可分为直接接触式、空气隙式、气扫式和真空膜蒸馏四种形式。与常规的蒸馏方法相比，膜蒸馏过程具有较高的蒸馏效率，蒸馏液更为纯净，无需复杂的蒸馏设备，可在常压下进行操作，设备简单、操作方便等优点。新加坡的Kai Yu Wang等人采用正渗透和膜蒸馏相结合的技术浓缩蛋白质溶液(Kai yu Wang et.1ntegrated forward osmosis-membrane distillation(FO-MD) hybrid system for the concentration ofprotein solutions， Chemical Engineering Science. 66 (2011)，2424-2430.)，首先，该研究所用的分离系统主要是用于分离纯化大分子物质蛋白质，其次是该分离系统需要分别将驱动溶液在正渗透(FO)系统和膜蒸馏(MD) 系统中进行反复循环，而对于实际工程应用来说，分散的较长的管路对于减少热量的耗损也是一个不利的因素，尤其对具有生物活性的蛋白质分离不利；其三是该研究在FO和MD两个系统中需要分别对驱动溶液进行冷却和加热，这些均导致该研究所用系统的能耗高，热量不能得到有效的利用，不利于能源节约；其四是该系统占地面积大，从而限制了其推广应用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种可用于膜生物反应器的外置式平板膜分离单元和有该分离单元组合而成的膜组件，本专利技术膜组件可同时利用错流过滤冲刷作用、正向渗透和膜蒸馏实现低压力(< IkPa)操作，膜污染轻，能耗低；工艺出水水质好。为了实现上述目的，本专利技术提供一种污水处理膜分离单元，由顺序连接的污水腔、 第一驱动液腔、清水腔和第二驱动液腔组成，其中相邻腔之间通过有机高聚物膜分隔。其中，所述的机高聚物膜为渗透膜和/或疏水微孔膜。其中，所述污水腔、第一驱动液腔、清水腔、第二驱动液腔的两端开放，其一端具有入口，另一端具有出口。特别是，所述污水腔与第一驱动液腔、第二驱动液腔之间通过有机高聚物膜分隔， 其中所述有机高聚物膜为渗 透膜；所述清水腔与第一驱动液腔、第二驱动液腔之间通过有机高聚物膜分隔，其中所述有机高聚物膜为疏水微孔膜。其中，所述渗透膜的分离层为纤维素三醋酸膜；疏水微孔膜的分离层为聚四氟乙烯膜。特别是，所述疏水微孔膜的支撑层为聚丙烯膜。特别是，所述疏水微孔膜的孔径为0. 22-1. O μ m,优选为0. 22 μ m ;所述的渗透膜为对氯化钠的截留率> 93%的渗透膜。尤其是，所述渗透膜对氯化钠的截留率为95-97%。本专利技术另一方面提供一种污水处理平板膜组件，包括外壳和至少2个并行排列的位于外壳内的膜分离单元；其中外壳，呈长方体形或正方体形，其四周封闭，两端开放；每个膜分离单元，由顺序连接且平行排列的污水腔、第一驱动液腔、清水腔和第二驱动液腔组成，其中所述的污水腔、第一驱动液腔、清水腔和第二驱动液腔之间通过有机高聚物膜分隔。其中，所述的膜分离单元数优选为8-20个，进一步优选为8-15个。其中，污水腔、第一驱动液腔、清水腔、第二驱动液腔的两端开放，其一端具有入口，另一端具有出口。特别是，所述污水腔与第一驱动液腔、第二驱动液腔之间通过有机高聚物膜分隔，其中所述有机高聚物膜为渗透膜；所述清水腔与第一驱动液腔、第二驱动液腔之间通过有机高聚物膜分隔，其中所述有机高聚物膜为疏水微孔膜。其中，所述渗透膜的分离层为纤维素三醋酸膜；疏水微孔膜的分离层为聚四氟乙烯膜。特别是，所述疏水微孔膜的支撑层为聚丙烯膜。特别是，所述疏水微孔膜的孔径为O. 22-1. O μ m,优选为O. 22 μ m ;所述的渗透膜为对氯化钠的截留率> 93%的渗透膜。尤其是，所述渗透膜对氯化钠的截留率为95-97%。 其中，所述有机高聚物膜的长度与所述外壳的宽度相一致，有机高聚物膜的宽度与所述外壳的高度相一致。特别是，所述膜分离单元沿着所述外壳的长度方向平行排列。其中，将所述膜分离单元分隔成污水腔、第一驱动液腔、清水腔和第二驱动液腔的相邻两个所述有机高聚物膜间的间距为1_3_，即所述污水腔、第一驱动液腔、清水腔和第二驱动液腔的厚度为l_3mm，优选为2mm。本专利技术又一方面提供一种利用上述任意所述膜组件处理污水的方法，污水腔内流动的污水与第一驱动液腔、第二驱动液腔内流动的驱动液的流动方向相反。其中，清水腔内流动的清水与污水腔内流动的污水的流动方向相同或相反。特别是，清水腔内流动的清水与污水腔内本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种污水处理膜分离单元，其特征是由顺序连接的污水腔(21)、第一驱动液腔(22)、清水腔(23)和第二驱动液腔(24)组成，其中相邻腔之间通过有机高聚物膜(25、26)分隔。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：朱洪涛，
申请(专利权)人：北京林业大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。