[发明专利]砂基板式膜-生物反应器

说明书

技术领域

本发明属于膜生物反应器技术领域，特别涉及一种砂基板式膜-生物反应器。

背景技术

膜生物反应器由生物反应池单元和膜分离单元组成，其特点是：处理水质好、处理水适宜回用；占地面积小，环境适应性高；自动化程度高，容易运行管理。其应用的规模不断发展，万吨级和几十万吨级的市政污水处理工程已经出现，其应用数量也越来越大，数以千级的膜生物反应器工程在世界许多国家和地区得到应用。

公知的膜生物反应器有一体和分体两种，其膜单元的形式有浸没式和外置错流式，膜单元采用的膜材料分为有机膜和无机膜。

公知的膜生物反应器大多采用的是有机膜。有机膜强度差，使用寿命短，是当今阻碍膜生物反应器大规模和普及应用的一个重要限制性因素和重大技术难题。有机膜大多为石油化工材料或塑料制成的膜。有机膜存在膜强度不高，膜组件会发生破裂，特别是中空纤维膜容易出现膜丝断裂。目前市售有机膜的寿命据各生产厂商的技术参数，最短为1-3年，最长6-10年。(高大林。颇尔各种膜技术的比较。清华大学：膜法水处理技术研讨会，2005：228；The purification company(Norit).X-low recycling ofwastewater，Tsing Hua university，China：international symposium onmembrane technologies for water and wastewater treatment，2005：195；郑祥等。膜生物反应器的技术经济分析。给水排水，28(3)，2002：105-108)

膜的断裂，使处理水质变差，达到一定程度时，必须进行膜更换。膜的换膜工程量和一次性费用很大，工程停运，对于大规模的膜生物反应器工程，换膜产生的问题就更为严重。由于有机膜主要以石油化工产品为原料，每次膜更换等于在消耗大量宝贵不可再生石油资源，这在石油资源日益短缺的条件下问题将日显严重。不仅如此，换掉的废旧膜组件又成为难以处理的有机工业废弃物，给环境造成二次污染和新的负担。即使有机膜材料不是意外的损坏，这种有机膜生物反应器正常地、周期地膜更换产生的经济和环境问题也将是巨大的，随着膜生物反应器在大规模市政污水处理工程中应用的发展，这一问题将更显突出和严重。

公知的无机膜主要有金属膜、合金膜、陶瓷膜、玻璃膜、沸石膜、分子筛膜等。无机膜具有有机聚合物分离膜无法比拟的优点：化学稳定性好，耐酸碱、耐有机溶剂；机械强度大，寿命长；可以反冲洗；抗微生物的能力强，不与微生物发生作用；耐高温；孔径分布窄分离效率高。

但目前商品化的无机膜主要是陶瓷膜。但是陶瓷膜制造工艺复杂、加工难度大，价格昂贵，因此，陶瓷膜分离技术主要在高附加值的工业项目中应用。如奶业和饮料(葡萄酒、啤酒、苹果酒)业，食品工业、生物工程、化学工业、石油化工、冶金工业等领域，成为苛刻条件下精密过滤分离的重要新技术。陶瓷膜在环境工程中的应用，存在造价高，运行费用较高的问题。所以，在环境工程中应用主要是油水分离、对某些化工原料回收等。陶瓷膜在膜生物反应器中的应用仍局限在实验室研究阶段。陶瓷膜在环境工程中应用受到限制的主要原因是处理成本过高、运行能耗及运行费用高等。(《中国化工报》2002.9.10文/刑卫红；时钧，袁权，高从堦等。膜科学技术手册[M]。北京：化学工业出版社，2001：114-116；邢传红。超滤膜生物反应器处理生活污水及其水力学研究。环境科学，1997，18(5)：19～21；张永明等。双功能陶瓷膜生物反应器处理废水的研究。http://www.chinafa.net/web/class/46 4.html，2006，2，15；膜科学技术研究所。气升式陶瓷膜生物反应器的研究。http://mst.niut.edu.cn/chinese/mst/peiyang.html，2006，2，15；郑祥等。膜生物反应器的技术经济分析。给水排水，28(3)，2002：105-108)

由分析可知，采用常规有机膜生物反应器，由于常规有机膜的强度差，更换周期短，存在着影响处理水质和水处理系统长期、稳定运行、膜更换频繁、造成较大资源浪费和新的污染，严重影响着膜生物反应器技术的规模化应用和产业化的发展等问题。现有无机膜虽然强度较高，却又因为其造价和水处理成本高限制了其在环境工程和膜生物反应器中的广泛应用。