[发明专利]用于膜生物膜反应器的漂浮设备和用于水处理的方法

说明书

领域

本说明书涉及一种膜生物膜装置和反应器以及用于使用膜支承的生物膜水处理的方法。

背景

在用于水或废水处理的膜生物膜反应器(MBfR)中，使用膜既支承生物膜在膜壁上的生长又将气体通过膜壁输送到生物膜。Martin和Nerenberg在“The membrane biofilm reactor (MBfR) for water and wastewater treatment: Principles, applications, and recent developments”(Bioresour. Technol. 2012)中对膜生物膜反应器进行了综述。膜曝气式生物膜反应器(MABR)是MBfR的子集，其中使用含氧气体。Syron和Casey在“Membrane-Aerated Biofilms for High Rate Biotreatment: Performance Appraisal, Engineering Principles, Scale-up, and Development Requirements” (Environmental Science and Technology, 42(6): 1833-1844, 2008)中对MABR进行了综述。

MBfR技术已经在实验室规模上存在了若干年，但是它还没有被广泛商业化或大规模化。GE Water & Process Technologies研发的ZeeLung^TM MABR使用绳，每条绳含有多个细小的中空纤维膜。这些绳以类似于将中空纤维超滤膜包装到ZeeWeed^TM模块和盒中的方式包装到模块和盒中。将绳罐装到上下集管中以形成模块。将模块安装到框架以形成盒。可将盒安装在工艺槽的底面上。这种类型的MBfR单元描述于2014年8月28日公开的国际公开号WO 2014/130043 A1，其通过引用结合到本文中来。

发明概述

本说明书描述了一种方法，其中使膜支承的生物膜单元在待处理水中保持大体上恒定的浸没深度。可将所述单元机械地升高或降低，但在一个优选的实施方案中，所述单元漂浮在水中。所述单元可能会随着其升高或下降而水平地移动，或者不动。任选地，所述单元可以安装成使得其可以在平面图中在罐中的多个位置之间移动，例如取决于装载条件、生物膜成熟度或健康状况或季节变化。

一种例示性漂浮单元具有框架和一个或多个浮体。所述框架固定具有膜的模块或其他结构。在将框架放置在槽中之前，可将浮体紧固到框架上。或者，可将浮体作为筏的一部分提供，首先将筏放置在槽中，后来加入框架。框架从浮体向下延伸，优选使膜完全浸没。浮体可在水位线上方加宽，以增加其扶正力矩。如在国际公开第WO 2014/130043 A1号中所述，框架可为盒的一部分。

还描述了用于向单元提供气体的各种方法。生物膜使用的工艺气体可在高于最低浸没深度处的水静压头下连续地提供。或者，工艺气体可在较低的压力下提供，但间歇地增加压力以足以促使气体还流到曝气器。非工艺气体例如用于混合槽或冲洗膜的气体可例如通过阀、累积器或脉冲曝气器定期地提供。在一个实施方案中，阀组构造成向一系列曝气器依次提供更高的流速。

该单元可连接到一个或多个管路以从单元中移除水或排出气体。移除的水可例如通过比较经过一段时间移除的水量与这段时间内的预期冷凝量来监测以检查单元的渗漏。可分析排出的气体，例如以确定其中的氧气量。这可用于测量或监测单元的氧气传输速率。

将单元保持在大体上恒定的浸没深度使得能够实现相对于水压而言所需的工艺气体压力，而不必监测和补偿槽中水深的变化。例如，可以使工艺气体压力比水头高固定的量以最小化或防止水或气体进入膜中。在另一方法中，将单一气体进料连接到膜和曝气器，优选以并联方式。改变施加的气体压力可以提供仅仅工艺空气、工艺空气和来自曝气器的用于混合的气泡、或者工艺空气和来自曝气器的用于冲洗的气泡。非工艺空气可通过环状曝气系统阀单元在槽中的多个单元或其他单元组之间间歇地或依次地提供。可以在阀单元周围提供减压旁路，使得每个单元以较低的速率连续地接收工艺空气、或工艺空气和混合空气。

在用于城市废水处理的混合MABR应用中，膜支承的固定膜生物质和悬浮生物质是互补的。固定膜生物质至少部分地为需氧的，而悬浮生物质至少部分地为缺氧或厌氧的。本文所述的漂浮膜单元可以加到废水处理成套设备中的现有工艺槽中。例如，可以将一个或多个单元加到任选地具有悬浮生物质的槽中，以减少曝气能量消耗，增加容量，或降低流出物中的氮浓度。