[發明專利]與膜曝氣生物薄膜反應器一起使用的低壓可逆氣升混合系統

有效

• 申請號: 201880012853.3
• 申請日: 2018-02-20
• 公開（公告）號: CN110461448B
• 公開（公告）日: 2022-05-24
• 發明（設計）人: E·賽倫;D·林奇;B·赫夫南;W·伯恩;M·塞蒙斯
• 申請（專利權）人: 氧膜有限公司
• 主分類號: B01D63/02
• 分類號: B01D63/02;C02F3/10;C02F3/12;C02F3/22
• 代理公司: 上海德昭知識產權代理有限公司 31204
• 代理人: 郁旦蓉

本發明涉及一種用于膜曝氣模塊的圍繞物的設計，該膜曝氣模塊包括可逆的低壓氣升泵，以促進豎直水流過模塊中的膜以及在膜之間流動。這些封閉式膜模塊適用于膜曝氣生物薄膜反應器，該膜曝氣生物薄膜反應器用于處理水或廢水。

技術領域

本發明涉及一種低壓氣升混合系統，該低壓氣升混合系統與用于處理水或廢水的膜支撐的生物薄膜反應器中的膜曝氣模塊一起使用。具體地講，本發明涉及一種低壓氣升混合系統，該低壓氣升混合系統與膜支撐的生物薄膜反應器中的膜曝氣模塊一起使用，這些膜支撐的生物薄膜反應器包含低壓氣升泵，以在這些模塊被安裝在生物反應器或罐中時促進液體良好流過膜模塊。

背景技術

膜支撐的生物薄膜反應器(MSBR)是這樣的生物反應器，其中氧氣(或其他氣體)可以通過浸沒的可透氣的膜供應到水或廢水、或者供應到附著的生物薄膜。這些膜可以是中空纖維、平面或螺旋卷繞的，并且這些膜可以由疏水多孔的或替代的致密可透氣的材料(例如聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚甲基戊烯(PMP))制成。這些膜的一端連接到氣體供應源，另一端可以是關閉的或敞開的以允許經使用的氣體的排出。這些膜可以布置成陣列或盒，然后這些陣列或盒可以進一步連接以形成模塊模塊。當供應到這些膜的氣體是呈空氣、富氧空氣或純氧形式的氧氣時，反應器更常見地被稱為膜曝氣生物薄膜反應器(MABR)。氧氣可以被供應到膜的一側，然后這允許氧氣擴散通過該膜并溶解到另一側的水中(水邊界層在膜表面上)，或者直接擴散到生長為附著到該膜的生物薄膜中。如果氧氣在生物薄膜中沒有被消耗，則它可以繼續擴散到生物薄膜周圍的水中。穿過膜的氧通量與穿過膜的氧濃度梯度成比例，從而通過在膜內部的高氧分壓和膜外表面處非常低的溶解氧濃度下操作可以實現高通量。其他氣體能以與氧氣相同的方式供應并以相同的方式起作用。

膜的富含氧的表面(該表面與含有可生物降解的有機和無機污染物的廢水接觸)為細菌生長提供理想的環境。在這里生長的細菌通過膜經由擴散而接收它們所需的氧氣，并且從周圍廢水中經由擴散而接收它們需要的基質。結果是，細菌自然地定殖在可透氣的膜的表面上，并且在膜的液體側形成生物薄膜。

由于細菌消耗氧氣并影響穿過膜壁的濃度梯度，所以此生物薄膜在膜的液體側的活性對于通過該膜的氧通量具有深遠的影響。由于生物薄膜中的細菌需要來自廢水的營養物(基質)和來自膜的氧氣，所以當溶解的氧的濃度和基質濃度都很高時，細菌的活性最大。細菌的活性可以通過限制氧氣的供應(氧氣的供應是由穿過膜的氧擴散速率來控制的)進行限制，或者可以通過限制溶解的基質的供應(溶解的基質的供應受到廢水中的基質濃度和膜上的廢水速度的影響)進行限制。生物薄膜的厚度、以及生物薄膜內的生物活性控制著穿過膜壁的氧通量傳輸和基質氧化速率。隨著較厚的生物薄膜發展需氧，可能形成缺氧層和厭氧層，并且在生物薄膜的這些區域中生長的細菌可以去除有機和無機污染物(例如BOD和基于氮的污染物)。

為了在MABR中實現高氧傳輸速率和高基質去除速率，必須確保氧氣到膜、以及基質到生物薄膜的供給均得以適當控制，并且確保不允許生物薄膜變得太厚，通常使用的是頻繁沖刷生物薄膜表面來去除外層、以控制生物薄膜厚度。沖刷的頻率和持續時間可以變化，以便去除足夠量的生物薄膜以確保良好的性能。生物反應器中提供的液壓混合條件必須確保將基質有效地遞送到生物薄膜的外部。

其他氣體和氣體混合物(包括但不限于氫氣、甲烷和二氧化碳)可以經由可透氣的膜、以與氧氣相同的方式供應。這些氣體在MSBR中的傳輸速率由相同的因素控制，這些相同的因素控制著氧氣在MABR中傳輸。生物薄膜的存在、其厚度以及細菌在生物薄膜內生長所需的物種的局部化學濃度都將影響過程性能。

氣升泵已經在許多應用中使用、以在壓力差低時將水從一個位置泵送到另一個位置。示例應用包括水產養殖，其中氣升泵通常用于將水從一個罐移動到另一個罐。