[发明专利]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

说明书

本发明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。

技术领域

本发明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，本发明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。

背景技术

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。