CN100526230C

CN100526230C - 膜式充氧装置

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Publication number: CN100526230C
Application number: CNB2007100137748A
Authority: CN
Inventors: 姜化雨; 任胜利
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2007-03-09
Filing date: 2007-03-09
Publication date: 2009-08-12
Anticipated expiration: 2027-03-09
Also published as: CN101041512A

Abstract

膜式充氧装置，包括无泡充氧膜组件、液相循环泵组、空气循环泵组、膜自动循环清洗泵组、电气控制装置、机座和支架；无泡充氧膜组件通过U形螺栓固定在支架上，液相循环泵组、空气循环泵组和膜自动循环清洗泵组都安装在机座上。本发明既可独立安装运行自成体系，又可与原有废水处理工程中的鼓风管网供气系统配套使用，具有强度高、抗酸碱、耐老化、性能稳定、价格低廉、能源消耗低、可降低处理成本、提高污水处理能力、实现水处理过程中无泡充氧。

Description

膜式充氧装置

一、技术领域

本发明涉及一种膜式充氧装置，属于工业废水、污水处理装置技术领域。

二、背景技术

环境保护及其治理技术是当前世界各国科技界研究的重要课题，我国更是将其作为一项基本国策并纳入法制管理体系。在环保和废物治理中，人类赖以生存的水资源的保护又成为重中之重。我国人均水资源占有量仅为世界平均水平的六分之一，水资源已成为社会的重要战略资源。水污染治理虽是被动之举，但也是各国政府工作的重要任务之一。以下就废水处理的普遍做法及本项目产品的有关技术内容阐述如下：

在废水治理法中，各国一般采用转化法中最科学最先进的生物转化法即生物治理技术，也叫二级治理。生物治理后，废水变清，可以循环再用，无二次污染，达到废水再生的目的，经费也比较便宜。生物治理技术，现在普遍使用的是活性污泥法、生物膜法、氧化塘法，利用自然界中存在的微生物，把微生物进行驯化，使它能在废水中生存。同时，能把废水中大量的、高浓度的有机物或有毒物分化，使之转化为稳定的无毒物质。自从1916年英国出现第一座人工处理的曝气池后，生化处理废水技术迅速地发展起来，成为本世纪最佳治理技术之一。生物转化活性污泥处理主要发生在曝气池内。废水进入曝气池，通过曝气设备对废水进行充氧，使废水的活性细菌活泼起来，把废水中的有机物吞食，而变成无机物。曝气工艺及曝气设备已成为当前污水处理的主流。目前所使用的曝气设备有转盘式、旋混式、散流式、潜流式、射流式和微孔式等多种，各有利弊，但它们一个共同的目的就是尽可能多的将空气中的氧输送到被处理水中，以提供充足的溶解氧，来提高生物处理效果。这种方法的最终目的是没有任何问题的，但这种充氧方式却存在较多的缺点，主要是：(1)曝气充氧会产生大量气泡，泡沫的存在更是会影响氧气向液体的溶解；(2)充氧效率低，在有泡充氧中，溶氧效率受气泡界面上的膜阻力控制，使溶氧效率只有无泡充氧方式的1/8左右；(3)能源消耗大，运行成本高。

三、发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明提供一种自动化程度高、抗酸碱、耐老化、性能稳定、价格低廉、能源消耗低、可降低处理成本、提高污水处理能力、实现水处理过程中无泡充氧的膜式充氧装置。

一种膜式充氧装置，包括无泡充氧膜组件、液相循环泵组、空气循环泵组、膜自动循环清洗泵组、电气控制装置、机座和支架；无泡充氧膜组件通过U形螺栓固定在支架上，液相循环泵组、空气循环泵组和膜自动循环清洗泵组都安装在机座上。

所述的无泡充氧膜组件是膜式充氧装置的核心部件，其外形为圆筒形，筒内设有若干根疏水型中空纤维膜，所有纤维膜丝两端分别与筒内的内端盖用环氧树脂密封连接，但所有纤维膜丝中空孔两端不密封以实现通气，筒外上下两端设有外端盖，用密封圈与筒体间密封并与筒体用螺纹连接为一体，无泡充氧膜组件上下两端设有液体的进出口和空气进出口，并分别与液相循环泵组系统管路和空气循环泵组系统管路相连；所有无泡充氧膜组件都通过上下两个U形螺栓固定在支架上，支架与机座固定连接。

所述的液相循环泵组由排污泵、电磁阀、压力表组成，排污泵安装固定在机座上，其排出口管路上装有电磁阀和压力表。

所述的空气循环泵组由空气压缩泵、节流阀、空气处理器、压力表组成，空气压缩泵安装固定在机座上，空气压缩泵的排出口管路上装有空气处理器，通过膜组件后的出口上装有节流阀，在空气处理器后端及节流阀前端分别装有压力表。

所述的膜自动循环清洗泵组由清洗泵、单向阀、电磁阀、压力表、清洗液箱和排污阀组成，清洗泵组安装在清洗液箱上，清洗液箱安装固定在机座上，清洗液箱中间设有一隔板，将整个清洗液箱空间分为吸液室和回液室两部分，清洗液箱上还装有排污阀、液位计、清理窗和呼吸器。

所述的电气控制装置由控制箱和电器元件箱两部分组成，控制箱固定在装置清洗液箱的上部，装有压力表和若干控制按钮、指示灯以及微电脑控制器；电器元件箱设置在支架下部机座内，装有动力电器元件、PLC控制器和电器保护元件。

本发明的创新点主要有四个方面：

1、应用高分子聚丙烯中空纤维疏水膜的气体分离特性，将空气中的氧气与氮气、氢气、二氧化碳等分离出来，并使氮气、氢气、二氧化碳气等在压力的作用下排往大气层中，氧气则透过纤维膜与被处理液体接触并溶入其中，达到给液体充氧的目的。这种充氧过程是在不产生气泡的情况下进行的，它完全不同于其它各种曝气设备必须产生气泡与液体接触而充氧的方式，因此其极大地提高了氧的转移效率，氧的转移率提高到80-90％，而一般的鼓风曝气仅为10％左右，提高充氧效率8倍以上。

2、本发明创新性的采用无气泡充氧技术，极大地提高溶氧率，适用各种水深的水产养殖和曝气池使用。在废水处理中，废水经初次沉淀池后与二次沉淀池底部回流的活性污泥同时进入曝气池，通过充氧，活性污泥呈悬浮状态，污泥翻动均匀，废水中的悬浮固体和胶状物质被活性污泥吸附，而可溶性有机物被活性污泥中的微生物用作自身繁殖的营养，代谢转化为生物细胞，并氧化成为最终产物(主要是CO₂、SO₂、等)，废水由此得到净化。净化后废水与活性污泥在二次沉淀池内进行分离，上层出水排放；分离浓缩后的污泥一部分返回曝气池，以保证曝气池内保持一定浓度的活性污泥，其余为剩余污泥，由系统排出。这使曝气池内活性污泥浓度高达4000~7000mg/l，能够大大提高曝气池的容积负荷。

3、本发明在气液导流设计上采用气液双相主动运动型，内压双向气液逆流技术，以增强气液交换能力和提高气液溶解强度；气液循环压力均采用低压系统设置，减小机械运动损耗，选用电子变频和微电脑控制，提高自动化程度，最大限度的降低能源消耗，节电60％以上，降低处理运行成本，增大企业经济效益和社会综合效益。

4、本发明整体设计根据其使用场合分为独立型和配套型两种，独立型设计是产品本身集空气分离系统、空气循环系统、液相循环系统、动力系统、电气控制系统等为一体，可独立的向液体实施充氧作业，并可集中安装在特设的桥架上工作。配套型是产品只设有膜组件组和液相循环系统，利用废水处理工程中的鼓风管网供气系统为该设备空气循环系统，采用集中控制，以适用原有污水处理工程改造。

本发明的目的：本专利产品发明的目的在于应用国际上先进的中空纤维疏水膜材料及其空气分离特性，通过实验研究制成适用于工业和生活污水处理中无泡充氧的膜组件，进而利用这种膜组件作为空气分离系统与其配套设计的空气循环系统、液相循环系统、动力系统、电气控制系统等组成一体，构成一种完整的膜式充氧装置。使用这种装置到工业和生活污水处理中，实现水处理的无泡充氧。

本发明的膜式充氧装置通过以下措施实现：

膜式充氧装置结构及其作用：

无泡充氧膜组件：该组件是膜式充氧装置的核心部件，作用是有条件的将空气中的氧分离出来并溶入通过它的液体中。

液相循环的泵组系统：其作用是提供一定流量和流速的被处理液体从曝气池抽出并通过膜组件充氧后送回曝气池，实现液流循环。其中的压力表用于监视液体泵入压力；电磁阀用于控制本系统管路的通断。

空气循环的泵组系统：其作用是提供一定流量和压力的空气通过膜组件，实现气流循环。其中的空气处理器用于对压缩空气进行过滤、必要时的加热和贮存一定量气体；节流阀用于控制、调节气流的速度和压力，维持气体供给技术参数；压力表用于监视气体泵入压力。

膜自动循环清洗的泵组系统：其作用是提供一定压力和流量的清洗液通过膜组件，实现对膜组件内部及中空纤维膜丝外表面的循环清洗，以保持中空纤维膜丝良好的气体分离特性。其中的单向阀用于避免被处理液体误入循环清洗系统；电磁阀用于控制本系统管路的通断；储液箱用于贮存清洗液，它内部设有隔板，以阻断清洗出来的部分沉淀物直接被清洗泵吸入再次进入循环系统。它外部设有液位计、呼吸器、排污阀和清理窗，以保证该系统的正常运行和排污、检修等；压力表用于监视清洗液泵入压力。

电气控制系统：该系统提供对液相循环的泵组系统、空气循环的泵组系统、膜自动循环清洗的泵组系统运行的自动化控制。它在膜式充氧装置产品中分为两部分，一部分在装置的下部，设有动力电器元件、PLC控制器和电器保护元件等；一部分在装置的上部，设有压力表、控制按钮、指示灯和微电脑控制器等。这两部分组成一个完整的电气自动化控制系统。

机座及支架：本部分在膜式充氧装置产品中主要起两个作用，一是为中空纤维膜组件、液相循环的泵组系统、空气循环的泵组系统、膜自动循环清洗的泵组系统、电气控制系统提供安装、支撑平台，把各系统有机地连接固定在一起，组成一个完整的独立工作体系；二是构成完整产品，以便于整体运输、安装和使用。

工作原理：

A、手动分别启动各循环系统运行：首先启动液相循环系统，待整个装置中充满被处理液体后，再手动启动空气循环系统，观察气体进出口压力，通过调整节流阀调整压力值，使气体压力和液体压力保持一定的压力差并达到正常运行。待装置运行一定时期后，可手动启动膜自动循环清洗系统，在启动该系统时，本装置将自动停止液相循环的泵组和空气循环的泵组，并通过电磁阀关闭液流循环管路，同时通过电磁阀开启膜自动循环清洗管路，进入自动循环清洗状态。清洗一定时间后可手动关闭该系统，使整个装置又恢复到初始状态。

B、自动运行：按下启动按钮，液相循环系统进入运行状态，3分钟左右，空气循环系统自动开启运行，手动调整好气体压力，整个装置进入正常运行状态。在正常运行过程中如果系统出现压力升高、电机过载、管路堵塞等故障时，电气系统将自动报警并自动切断电源，以保证装置安全。一般情况下，在24小时中，装置保持正常运行22小时后，微电脑控制器将根据设置自动停止液流循环的泵组和空气循环的泵组，并通过电磁阀关闭液流循环管路，同时通过电磁阀开启膜自动循环清洗管路，进入自动循环清洗状态。自动清洗约2小时后恢复到初始状态并再次自动下一个工作循环。

本发明的有益效果：

1)采用高分子聚丙稀中空纤维疏水膜作为膜组件的气体分离材料，其孔径0.1μm，孔隙率45-50％，透气率7.0×10^-2cm³/cm²·S·cm Hg，它强度高、抗酸碱、耐老化、性能稳定、价格低廉，特别适用相关产品的工业化生产和产品的市场化推广应用。

2)本发明应用无泡充氧技术，可极大地提高被处理液体的溶氧效率，有利于加快工艺处理速度或提高单位时间处理量，降低处理成本，增强企业效益和社会效益。

3)本发明采用富氧膜制氧和低压液循相环系统和空气循环系统，在运行过程中所应用的气体、液体均没有相变现象，因而该产品能源消耗低，最大限度的节约了运行费用。

4)本发明在气液导流设计上采用气液双相主动运动型，内压双向气液逆流技术，增强了气液交换能力和提高气液溶解强度，使液体溶氧量较目前空气曝气提高8倍以上。

5)本发明设有膜自动清洗系统，可在线自动清洗膜组件内的膜丝外表面，减少膜污染，在持续保持膜充氧效率的情况下实现液体充氧的连续性和液体处理的低成本运行。

6)在电气控制方面采用微电脑自动化控制，可进一步优化运行模式和运行的环境个性，保持安全运行的稳定性。如：液相循环系统的电动机采用电子变频控制，可根据中空纤维膜被污染情况设置脉动运行频率，增强其抗污染的能力；空气循环系统同样采用电子变频控制，以通过改变电机转数来调整流量，实现最佳充氧效果。

7)本发明整体设计形式多样，既可独立安装运行自成体系，又可与原有废水处理工程中的鼓风管网供气系统配套使用，用原有鼓风系统作为该装置空气循环系统，采用集中控制，对原有污水处理工程进行技术改造，既减少了工程资金投入，又提高了污水处理能力并节省了水处理运行成本。

四、附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的左视示意图；

图3是本发明中膜组件立体连接示意图；

图4是本发明的工作原理图。

其中，1、膜组件，2、控制箱，3、单向阀，4、清洗泵，5、清洗液箱，6、排污阀，7、机座，8、电器元件箱，9、空气处理器，10、空气压缩泵，11、排污泵，12、电磁阀，13、支架，14、节流阀，18、法兰，19、液位计，20、清理窗，21、呼吸器，22、压力表，A、空气出口，B、液体进口，C、液体出口，D、空气进口。

五、具体实施方式

实施例：

本发明的结构如图1至图4所示，包括无泡充氧膜组件1、液相循环泵组、空气循环泵组、膜自动循环清洗泵组、电气控制装置、机座7和支架13；无泡充氧膜组件通过U形螺栓固定在支架13上，液相循环泵组、空气循环泵组和膜自动循环清洗泵组都安装在机座7上。

所述的无泡充氧膜组件是膜式充氧装置的核心部件，其外形为圆筒形，筒内设有若干根疏水型中空纤维膜，所有纤维膜丝两端分别与筒内的内端盖用环氧树脂密封连接，但所有纤维膜丝中空孔两端不密封以实现通气，筒外上下两端设有外端盖，用密封圈与筒体间密封并与筒体用螺纹连接为一体，无泡充氧膜组件上下两端设有液体的进出口B、C和空气进出口A、D，并分别与液相循环泵组系统管路和空气循环泵组系统管路相连；所有无泡充氧膜组件都通过上下两个U形螺栓固定在支架13上。

所述的液相循环泵组由排污泵11、电磁阀12、压力表22组成，排污泵11安装固定在机座7上，其排出口管路上装有电磁阀12和压力表22。

所述的空气循环泵组由空气压缩泵10、节流阀14、空气处理器和压力表22组成，空气压缩泵10安装固定在机座7上，空气压缩泵10的排出口管路上装有空气处理器，通过膜组件后的出口上装有节流阀14，在空气处理器后端及节流阀前端分别装有压力表22。

所述的膜自动循环清洗泵组由清洗泵4、单向阀3、电磁阀12、压力表22、清洗液箱5和排污阀6组成，清洗泵4组安装在清洗液箱5上，清洗液箱5安装固定在机座7上，清洗液箱5中间设有一隔板，将整个清洗液箱空间分为吸液室和回液室两部分，清洗液箱5上还装有排污阀6、液位计19、清理窗20和呼吸器21。

所述的电气控制装置由控制箱2和电器元件箱8两部分组成，控制箱2固定在装置清洗液箱的上部，装有压力表22和若干控制按钮、指示灯以及微电脑控制器；电器元件箱8设置在支架下部机座7内，装有动力电器元件、PLC控制器和电器保护元件。

Claims

1、一种膜式充氧装置，其特征在于，包括无泡充氧膜组件、液相循环泵组、空气循环泵组、膜自动循环清洗泵组、电气控制装置、机座和支架；无泡充氧膜组件通过U形螺栓固定在支架上，液相循环泵组、空气循环泵组和膜自动循环清洗泵组都安装在机座上；所述的无泡充氧膜组件是膜式充氧装置的核心部件，其外形为圆筒形，筒内设有若干根疏水型中空纤维膜，所有纤维膜丝两端分别与筒内的内端盖用环氧树脂密封连接，但所有纤维膜丝中空孔两端不密封以实现通气，筒外上下两端设有外端盖，用密封圈与筒体间密封并与筒体用螺纹连接为一体，无泡充氧膜组件上下两端设有液体进出口和空气进出口，并分别与液相循环泵组系统管路和空气循环泵组系统管路相连。

2、如权利要求1所述的膜式充氧装置，其特征在于，所有无泡充氧膜组件都通过上下两个U形螺栓固定在支架上，支架与机座固定连接。

3、如权利要求1所述的膜式充氧装置，其特征在于，所述的液相循环泵组由排污泵、电磁阀、压力表组成，排污泵安装固定在机座上，其排出口管路上装有电磁阀和压力表。

4、如权利要求1所述的膜式充氧装置，其特征在于，所述的空气循环泵组由空气压缩泵、节流阀、空气处理器、压力表组成，空气压缩泵安装固定在机座上，空气压缩泵的排出口管路上装有空气处理器，通过膜组件后的出口上装有节流阀，在空气处理器后端及节流阀前端分别装有压力表。

5、如权利要求1所述的膜式充氧装置，其特征在于，所述的膜自动循环清洗泵组由清洗泵、单向阀、电磁阀、压力表、清洗液箱和排污阀组成，清洗泵组安装在清洗液箱上，清洗液箱安装固定在机座上，清洗液箱中间设有一隔板，将整个清洗液箱空间分为吸液室和回液室两部分，清洗液箱上还装有排污阀、液位计、清理窗和呼吸器。

6、如权利要求1所述的膜式充氧装置，其特征在于，所述的电气控制装置由控制箱和电器元件箱两部分组成，控制箱固定在装置清洗液箱的上部，装有压力表和若干控制按钮、指示灯以及微电脑控制器；电器元件箱设置在支架下部机座内，装有动力电器元件、PLC控制器和电器保护元件。