平板陶瓷膜生物反应器反冲洗方法研究

[19]中华人民共和国国家知识产权局[12]发明专利申请公布说明书[11]公开号CN 101185847A[43]公开日2008年5月28日[21]申请号200710056017.9[22]申请日2007.08.31[21]申请号200710056017.9[71]申请人姜洪达地址130052吉林省长春市青年路2436号[72]发明人姜洪达[74]专利代理机构吉林长春新纪元专利代理有限责任公司代理人白冬冬[51]Int.CI.B01D 65/02 (2006.01)权利要求书 1 页 说明书 9 页 附图 2 页[54]发明名称陶瓷膜反冲洗方法[57]摘要一种陶瓷膜反冲洗方法，属于机械设备清洗领域。

本发明的目的是采用一种反冲洗方式进行对陶瓷膜冲洗装置进行清洗的陶瓷膜反冲洗方法。

本发明在陶瓷膜组件的出液口处安装三通，在三通上通过管路与清洗液储罐相通，在管路上安装有反冲洗泵、反冲洗控制阀、反冲洗压力表，通过这些增加的设备进行反冲洗。

本发明在一般传统清洗方法基础上，又增加许多优点，设备不需停机，可在线进行陶瓷膜通量的恢复再生，比原清洗方法对膜通量恢复再生更快、更彻底，还可以节省清洗剂用量。

200710056017.9权 利 要 求 书第1/1页1.一种陶瓷膜反冲洗方法，其特征在于：a、首先在陶瓷膜组件进料端的清液出口处安装三通，在三通上通过管路与反冲洗液储罐相通，在管路上安装有反冲洗泵、反冲洗控制阀、反冲洗压力表；b、在陶瓷膜过滤设备清洗时，事先要往反冲洗罐内注入清洗液；c、先关闭陶瓷膜组件上下透过液出口阀门；再关闭连接该陶瓷膜组件的系统透过液出口阀门，使其停止出透过液；其它陶瓷膜组件继续运行；d、打开反冲洗罐出口阀门，往反冲洗泵内注入纯水；e、打开反冲洗泵出口压力平衡阀门，启动反冲洗泵，先使纯水回流到反冲洗罐内，形成内循环；f、利用反冲洗压力平衡阀门来调节反冲洗出口压力，当压力达到大于该陶瓷膜件进口压力时，打开陶瓷膜组件反冲洗阀门；g、打开陶瓷膜组件透过液出口阀；再次调节反冲洗压力平衡阀门，使反冲洗系统压力大于陶瓷膜组件内部运行压力时，利用压差法对陶瓷膜组件进行反冲洗；h、反冲洗进行3min～10min后，通过浓缩液回流流量计观察反冲洗效果，洗好后关闭陶瓷膜组件反冲洗阀门，同时打开压力平衡阀门，使反冲洗纯水回流至反冲洗罐；i、打开陶瓷膜组件的系统透过液出口阀门；使陶瓷膜组件恢复正常运行。

陶瓷膜生物反应器的研究南京工业大学博士学位论文陶瓷膜生物反应器的研究姓名:徐农申请学位级别:博士专业:化学工程指导教师:徐南平;时钧2002.5.1南京业大学博:学位论文摘要膜生物反应器是膜分离与普通活性污泥法相结合而诞生的一种反应分离耦合水处理技术,自二十世纪九十年代以来受到世界各国的普遍关注。

本文以无机膜集成技术的应用研究为背景,以强化陶瓷膜分离性能、提高渗透通量、降低运行能耗并开发新型陶瓷膜生物反应器为目的,从分置式膜生物反应器、分置式膜生物反应器新工艺、气升式膜生物反应器、气升式膜滤的理论探讨等四个方面对陶瓷膜生物反应器进行了较全面的研究。

/首先从分置式陶瓷膜生物反应器开始,以提高渗透通量,降低膜过程能耗为目标,通过实验对分置式陶瓷膜生物反应器的污染物去除、膜孔径、膜面流速、过滤压力等参数进行选择,在目前已工业化的三种陶瓷超滤和微滤膜中,孔径为的超滤膜和..的微滤膜渗透通量较高,二者均高于.岬膜的通量;分置式陶瓷膜生物反应器适宜的操作温度为一℃,稳定的运行需要经过适应期,一般需要二十天以上,在此期问系统对生活污水中污染物的降解会受到影响,稳定运行后系统的总去除率可达到%以上:膜的渗透通量与过滤压力的对数成正比,在一定的流速与压力条件下,获得了渗透通量与反应器内混合液浓度之间的经验公式,计算了分置条件下膜面的最小流速,实验确定了反应分离体系膜过程的临界流速、临界压力;在此基础上,分析探讨了各参数变化对膜过程能耗的影响,确定错流过滤时分置式膜生物反应器合适的参数范之间,污泥浓度小于一,膜面围,一般应选择过滤压力在.一.~,在此条件下膜过程较为经济,可以为工业规模的分置式陶瓷膜流速?生物反应器提供相应的基础数据和设计指导。

进一步的研究从膜组件与生物反应器分置的特点入手,针对陶瓷膜,初次将微生物固定化技术和湍流促进元件引入膜生物反应器,获得较好的强化效果。

实验表明:在陶瓷膜生物反应器的反应器中内置陶瓷和柔性复合纤维两种填料,它们的介入可以减缓膜通道的堵塞,有利于膜通量的提高和系统的稳定运行,且采用微生物固定化技术后,进水的去除率较高,系统耐进水水质的波动和冲击。

第3卷　第1期环境工程学报Vol.3,No.12009年1月Chinese Journal of Envir on mental EngineeringJan.2009陶瓷膜生物反应器处理生活污水膜污染后再生方法的研究杨文澜(淮阴师范学院化学系江苏省低维材料化学重点实验室,淮安223300)摘　要　从可逆及不可逆污染的角度,研究了陶瓷膜生物反应器处理生活污水后膜的清洗再生方法,考察了水冲洗时间、化学清洗条件以及单步和多步骤化学清洗对清洗效果的影响。

结果表明,先在低压、高流速、20±3℃下水冲20m in;然后在50士3℃下,用Na OH (1%)和NaCl O (015%)混合溶液清洗50m in;再在30±3℃下,用HNO 3溶液(015%)清洗5m in;最后水冲装置至中性,膜的清水通量可恢复到80%以上。

关键词　陶瓷膜生物反应器　膜污染　再生中图分类号　X70311 文献标识码　A 文章编号　167329108(2009)0120119204Study on regenera ti on of ceram i c m e m brane b i oreactorfor do m esti c wa stewa ter trea t m en tYang W enlan(Key Lab f or Che m istry of Low 2D i m ensi onalMaterials of J iangsu Pr ovince,Depart m ent of Che m istry,Huaiyin Teachers College,Huaian 223300)Abstract Based on the reversible and irreversible fouling mechanis m ,the regenerati on of cera m ic me m 2brane bi oreact or f or domestic waste water was studied .The influences of water rinsing ti m e,che m ical cleansing conditi ons and cleansing step s on the cleansing effect were investigated .The results show that under the condi 2ti ons of l ow trans me mbrane p ressure and high vel ocity,the f ouled cera m ic me mbrane can be satisfact orily regen 2erated using a f our 2step s cleaning method as foll ow:water rinsing f or 20m in at 20±3℃firstly,next 110wt%Na OH +015wt%NaCl O cleansing f or 50m in at 50±3℃,then 015wt%HNO 3cleansing f or 5m in at 30±3℃,in the end water rinsing setup until neutrality .The membrane water flux recovery rate was above 80%.Key words cera m ic me mbrane bi oreact or;me mbrane f ouling;regenerati on基金项目:江苏省低维材料化学重点实验室资助项目(JSKC07054);淮阴师范学院青年教师科研基金资助项目(07HS QN008)收稿日期:2008-05-09;修订日期:2008-08-07作者简介:杨文澜(1981～),男,讲师,主要从事水污染控制的研究工作。

45供水篇饮用水源微污染已成为我国面临的普遍问题，且在今后很长一段时间内都会继续存在。

有机物和氨氮是饮用水源中主要的污染物，有机物会导致COD 含量高、生成消毒副产物和为微生物在管道内的生长提供营养物质。

此外，水中嗅味物质的存在会引起用户感官的不适。

而内分泌干扰物(EDCs)、药品和个人护理品(PPCPs)等新兴污染物也开始在水体和自来水厂中检出，由此带来的风险值得重视。

在我国，90%以上的饮用水厂都采用混凝、过滤、消毒的传统处理工艺，不能有效地去除水中的溶解性有机物和氨氮。

为达到新的饮用水卫生标准(GB 5749-2006)，很多水厂都面临着升级改造的需求。

在实际应用中，常在传统处理工艺前加入预氧化，臭氧/平板陶瓷膜-生物活性炭新型净水工艺研究□ 清华大学深圳研究生院环境工程与管理研究中心 张锡辉 范小江我国饮用水源面临着多种污染物导致的复合污染，传统的水处理工艺已不能满足要求，而新增深度处理工艺需新建处理单元，工艺流程延长，增加投资和运行成本。

以臭氧/平板陶瓷膜-生物活性炭为核心的新型工艺可以促进净水工艺从“串级”转变为“并级形式”，缩短工艺流程，并可以在水厂现有构筑物的基础上进行升级改造，操作简便，效率高。

在工艺后添加以臭氧活性炭为代表的深度处理工艺，有时甚至在最后添加膜处理工艺。

这使得处理流程冗长，相应的建设和运行成本上升，尤其对于一些用地紧张的水厂更是难以实现。

本文采用耐氧化的平板陶瓷膜，将传统的预氧化、混凝、沉淀、砂滤和臭氧氧化等5个单元通过平板陶瓷超滤膜，集成为一个复合单元，后续采用生物活性炭过滤，如图1所示。

这使得饮用水处理工艺从“串级”发展到“并级”形式。

其中，混凝将微小颗粒物聚合形成絮体，膜过滤将颗粒物完全去除，臭氧可以氧化有机物和提高有机物的可生化性，活性炭可以进一步去除有机物和水中的氨氮，从而达到去除污染物的目的。

本文集成工艺有助于在现有水厂构筑物基础上实现传统工艺向深度处理工艺的升级。

平板陶瓷膜应用于市政污水处理中试研究平板陶瓷膜应用于市政污水处理中试研究随着人口的增加和城市化的推进，市政污水处理成为了一个日益重要的问题。

传统的污水处理工艺往往需要大量的土地和投资，而且效果不尽如人意。

因此，寻找一种高效、稳定、经济的污水处理技术成为当下的研究热点。

平板陶瓷膜作为一种新型的膜分离技术，因其独特的特点受到了广泛关注。

平板陶瓷膜具有高通量、耐酸碱、耐腐蚀、长寿命、易操作等优点，是一种理想的污水处理膜材料。

本研究旨在探讨平板陶瓷膜在市政污水处理中的应用潜力。

首先，我们从实验室中规模化制备了平板陶瓷膜，通过扫描电子显微镜对其形貌进行了表征，结果显示平板陶瓷膜表面平整，无明显缺陷，具有良好的孔隙结构。

接下来，我们利用跨流试验对平板陶瓷膜的通量和截留能力进行了测试。

结果表明，平板陶瓷膜对污水中的悬浮物和溶解物有较好的截留效果，通量稳定在较高的水平。

为进一步验证平板陶瓷膜在实际应用中的效果，我们选择了某市市政污水处理厂进行中试研究。

首先，我们在污水预处理单元中引入平板陶瓷膜，通过物理过滤的方式去除明显的悬浮物，以减轻后续生物处理的负荷。

然后，我们将处理后的污水进入生物反应器进行进一步的处理，通过厌氧、好氧和沉淀等过程去除有机物和氮磷等污染物。

最后，经过二次沉淀和消毒，处理后的污水达到了排放标准。

中试阶段，我们对平板陶瓷膜的运行情况进行了监测和分析。

结果显示，平板陶瓷膜能够稳定运行，通量维持在较高水平，且膜污染的速率较慢，易于清洗。

在持续运行的两个月时间内，平板陶瓷膜表现出了较好的稳定性和抗污染能力，对悬浮物和有机物的去除率达到了较高水平。

此外，平板陶瓷膜还具有较好的耐候性和耐腐蚀性，能够适应复杂的污水水质和气候条件。

综上所述，平板陶瓷膜作为一种新型的膜分离技术，在市政污水处理中具有广阔的应用前景。

通过中试研究，我们验证了平板陶瓷膜在实际工程中的可行性和可靠性。

然而，仍有一些问题亟待解决，比如膜污染和膜阻力等。

216研究与探索Research and Exploration ·探讨与创新中国设备工程 2018.05 (下)21世纪以来，随着我国经济的腾飞和人民生活水平的不断提高，环境问题尤其是水污染问题越来越突出。

针对水污染问题，膜分离技术是近40年来发展最迅速、应用最广泛的水处理技术，可实现工业废水净化、海水淡化、生活污水和饮用水纯化等。

其原理是通过膜的隔离作用，使得胶体、颗粒、污染物不能透过分离膜，以反渗透的方式，在外力作用下对水分子进行分离，从而达到提高水质的目的。

与传统的物理和化学水处理的技术相比，膜技术具有投资少、节能、操作简便、水处理效率高等优势，带来了巨大的经济和环境效益。

最早的分离膜是纤维素制膜，纤维素膜价格低廉、工艺简单且亲水性好，但是pH 适用范围小、不耐高温、易受化学和微生物腐蚀。

而近年来，新型的陶瓷、多孔玻璃等无机膜材料、金属材料、有机-膜材料层出不穷，成为最新的研究热点。

金属膜机械性能好，但易氧化和腐蚀。

近20年来先后出现聚丙烯腈(PAN)、聚砜（PSF）、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚醚酮(PEK)、聚醚砜(PES)等高分子有机膜。

疏水性膜材料如聚酯、聚偏氟乙烯等耐高温、耐腐蚀，但易吸附胶体等污染物，造成膜孔堵塞。

亲水性膜材料如聚丙烯腈等吸附溶质少，但机械性能和抗腐蚀能力差，抗腐蚀性差。

无机分离膜具有聚合物分离膜无法比拟的一些优点：化学稳定性好、机械强度大、抗微生物腐蚀能力强、孔径分布窄、分离效率高。

而陶瓷滤膜属于无机膜的一种，是应用于膜分离技术中的核心材料。

陶瓷滤膜以不同规格的氧化铝、氧化锆、氧化钛、氧化硅以及高岭土等为原料，制成多孔结构的支撑体，再经表面涂膜工艺制备功能膜层，最后经高温烧制而成。

根据支撑体结构类型的不同，陶瓷滤膜可分为板式、管式、多通道3类。

陶瓷膜的孔径一般在微米级以下，根据孔径的不同或者截留分子量的大小，又可将陶瓷膜分为微滤膜（MF）、超滤膜（UF）和纳滤膜（NF）。

第36卷第3期萍乡学院学报2019年6月V ol.36 NO.3Journal of Pingxiang University Jun.2019陶瓷膜生物反应器的制备及废水处理研究进展王宗丽，王海舟，何环宇（萍乡学院 江西省环保材料与装备工程技术研究中心，江西 萍乡 337000）摘 要：陶瓷膜生物反应器（CMBR）是在膜生物反应器的机理上，以陶瓷膜的耐酸、耐碱、耐重金、耐高温以及抗微生物能力强等优点替代中空纤维膜，在国内外得到广泛应用。

文章综述了国内外CMBR处理废水的最新研究进展，从陶瓷膜成分、CMBR制备方法、处理废水机理及CMBR在废水处理中的应用等方面进行了分析，总结了CMBR 处理废水目前存在的问题，并就问题提出新的研究方向。

关键词：陶瓷膜生物反应器；废水；处理机理；研究中图分类号：X703 文献标识码：A 文章编号：2095-9249（2019）03-0068-04目前我国各类废水的处理方法主要为物化+膜生物反应器（MBR）法。

MBR被认为是一种高效节能的新型污水处理技术。

采用MBR能在膜表面有效的形成内部缺氧、外部好氧的阶梯环境，从而实现好氧菌、厌氧菌同步去除COD及氨化、硝化、反硝化同步发生去除NH3-N的效果（同步硝化反硝化，简称SND）[1]。

由于中空纤维膜具有寿命短、通量小、耐酸碱性差等缺点，利用传统膜生物反应器的原理，结合陶瓷膜代替中空纤维膜开发的陶瓷膜生物反应器（以下简称CMBR），是以无机陶瓷材料经特殊工艺制备而形成的非对称膜。

主要以不同规格的Al2O3、TiO2、ZrO2和SiO2等无机陶瓷材料为支撑体[2]，经表面涂膜、高温烧制，使其具有耐酸、耐碱、耐重金、耐高温以及抗微生物能力强等优点[3]，近年来受到广泛的关注。

1 陶瓷膜陶瓷膜是无机膜中的一种，以不同规格Al2O3、TiO2、ZrO2和SiO2等无机陶瓷材料作为支撑体，经表面涂膜、高温烧制而成[4]。

表1分析了陶瓷膜与中空纤维膜的性能对比[5]。

膜生物反应器(MBR)处理废水的研究进展膜生物反应器（MBR）处理废水的研究进展废水污染已经成为全球环境问题中的一个重要方面。

随着工业化和城市化的快速发展，废水处理已经成为各国亟待解决的问题之一。

传统的废水处理方法在一定程度上满足了废水排放标准，但仍面临着处理效果不稳定、处理周期较长、占地面积大等问题。

为了克服传统方法的缺点，并实现更高效、更节能的废水处理，膜生物反应器（MBR）技术应运而生。

膜生物反应器（MBR）技术是将传统的生物反应器与膜分离技术相结合的一种新型废水处理技术。

该技术主要通过微生物的作用将废水中的有机物、氨氮、磷等污染物转化为无机物，同时利用膜分离技术将水中的悬浮物、微生物等截留在膜上，从而实现废水的高效、持久的处理。

近年来，膜生物反应器（MBR）技术在废水处理领域取得了长足的进展。

一方面，该技术能够有效去除废水中的有机物和氮、磷等污染物，达到或超过国家排放标准要求。

另一方面，膜分离技术的应用使得处理后的水质清洁透明，无色无味，可以进行二次利用。

这一点对于水资源日益匮乏的地区来说尤为重要。

在膜生物反应器（MBR）技术的应用中，膜模块的选择和膜材料的研究是至关重要的。

近年来，随着材料科学的不断发展，各种新型膜材料被开发出来，如微孔陶瓷膜、中空纤维膜、平板膜等。

这些新型膜材料具有较高的膜通量、较好的抗污染性能和抗压能力，进一步提高了膜生物反应器（MBR）技术的处理效果。

另外，膜污染问题一直是限制膜生物反应器（MBR）技术应用的主要因素之一。

由于废水中的悬浮物、微生物等容易附着在膜表面，形成膜污染，从而降低了膜通量和处理效果。

为了解决膜污染问题，研究人员提出了多种方法，如化学清洗、物理清洗、超声清洗等，有效地延长了膜的使用寿命。

此外，膜生物反应器（MBR）技术在废水处理中的运行成本也是研究的热点之一。

目前，膜材料的成本较高，膜超滤厂的建设和维护费用也不低。

因此，降低运行成本成为了研究人员努力的方向。

MBR平板膜选型方法、清洗、膜池计算MBR最先用于微生物发酵工业，在污水处理领域中的应用研究始于20世纪60年代的美国。

早期的膜技术主要采用的是超滤管式膜，后为了节约能耗，发展出了中空纤维膜，目前MBR主要有管式膜和平板膜，管式膜常用于中水回用，平板膜作为污水处理使用。

MBR一般由膜组件和生物反应器组成，与传统的生物反应器相比，它具有占用空间少、运行稳定、维修管理方便等特点。

MBR膜按结构主要分四种：中空纤维膜、平板膜、陶瓷膜、管式膜。

中空纤维膜（又称帘式膜）和平板膜一起称为“有机膜”，主要材质是PVDF（聚偏氟乙烯）。

现在又新出了一个PTFE（聚四氟乙烯）材质的，拉膜的时候孔径分布会更均匀，号称“塑料王”。

陶瓷膜和有机平板膜一起称为“平板膜”，陶瓷膜化学稳定性非常好，能耐酸、耐碱、耐有机溶剂，耐高温；孔径分布窄、分离效率高等优点。

陶瓷膜主要材质是氧化铝、氧化钛和氧化硅等。

前景非常好。

有机管式膜作为膜元件的一种形式，适用于超滤、微滤、甚至是纳滤等膜分离技术，其优点是流道宽，料液在管内湍流流动，对料液的预处理精度要求低。

管式膜易于清洗，除可用化学试剂清洗外，还可以用机械物理擦洗的方法。

管式膜组件的压力损失小，因此其流道长（最长可串联48米），过滤效率高。

平板膜是一片板（一般是ABS）上面有导流道，双面贴上衬布和PVDF材质的膜片，经过无缝焊接之后形成的一块膜片。

还有两种膜片也称之为平板膜，一是软片膜，二是柔性膜。

平板膜的应用广泛，具有操作简单、维护方便、能耗低、适应性强等特点，已逐渐在相关行业污水处理中应用。

下面具体介绍一下平板膜。

O1.平板膜组件常见的是由304不锈钢焊成的架子，将膜片一片片插入其中进行固定，装上曝气管件和集水管件等，称为膜组件。

目前常见的的10-250片之间可以整数形成组件，无论单片膜的大小。

从理论上讲，膜片破损，产水下降后，可以单片排查，单片更换，从而节省更换费用。

02膜组件的选型根据水质来进行选择膜通量，10-261.∕m2h,例：生活污水可以选择18-221.∕m2h,电镀、医药等废水可以选择12.5-151.∕m2h来进行计算。