CN101125707A - 真空自控式膜生物反应装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种真空自控式膜生物反应装置。它包括真空罐、水环真空泵、真空表、气水分离器、液位传感器、反冲洗箱、水泵、反冲泵和电控柜，膜组件设置于反应器内，反应器的出水管路与真空罐入水口相连接，反应器的上方设置有连接进水管的液位平衡箱，液位传感器设置在液位平衡箱上，真空表安装在真空罐上，真空罐连接气水分离器，水环真空泵设置在真空罐和气水分离器之间的工作液入口处，真空罐连接反冲洗箱，水泵设置在真空罐和反冲洗箱之间，反冲洗箱和反应器相连接，反冲泵设置在反冲洗箱和膜生物反应器。本发明不仅能解决MBR出水不连续的问题，而且能最大限度地降低了膜污染，从而使MBR出水水质最好，出水通量达到最大。

Description

真空自控式膜生物反应装置

(一)技术领域

本发明涉及一种污水处理技术，具体涉及一种膜生物反应器。

(二)背景技术

膜生物反应器(MBR)是一种将膜分离技术与生物处理单元相结合的新型水处理技术。由于其具占地面积小、容积负荷高、出水水质好等诸多优点，该技术已成为污水水处理领域中研究的热点之一。但目前所研究开发的MBR虽然已成功地应用于废水处理系统，但是在运行过程中却存在着出水不连续和膜易污染等问题，限制了它的进一步推广应用。中国专利申请号为200420026142.7的名为“自控式膜生物反应器”的专利技术公开了一种包括反应器箱体、膜组件、进水装置、出水装置以及曝气装置的反应器，膜组件位于反应器体内，曝气装置中的曝气管位于反应器箱体内膜组件的下方，其特征是它还包括一个膜污染控制装置和自动在线药洗装置。中国专利申请号为02238966.0的专利技术公开了一种“一体式浸没膜生物反应器的自动控制装置”，这种反应器主要是由生物反应槽体、膜组件和泵类等构成，相比传统的活性污泥流程，具有结构紧凑、自控容易、耗能较低和出水水质好等特点适用于处理高污染负荷、可生化性差的污水。以上两个专利在实际应用中存在下列问题：①间歇出水；②水力停留时间长(专利申请号为02238966.0的产品为24小时)；③单位膜通量低(专利申请号为02238966.0的产品出水膜通量为0.065m³/(m²·d))；④反冲洗效果差。目前所研究开发的MBR虽然已成功地应用于废水处理系统，但是在运行过程中却存在着出水不连续和膜易污染等问题，限制了它的进一步推广应用。

(三)发明目的

本发明的目的在于提供一种不仅能解决MBR出水不连续的问题，而且能最大限度地降低了膜污染，从而使MBR出水水质最好，出水通量最大的真空自控式膜生物反应装置。

本发明的目的是这样实现的：它包括膜组件、反应器、真空罐、水环真空泵、真空表、气水分离器、液位传感器、反冲洗箱、水泵、反冲泵和电控柜，膜组件设置于反应器内，反应器的出水管路与真空罐入水口相连接，反应器的上方设置有连接进水管的液位平衡箱，液位传感器设置在液位平衡箱上，真空表安装在真空罐上，真空罐连接气水分离器，水环真空泵设置在真空罐和气水分离器之间的工作液入口处，真空罐连接反冲洗箱，水泵设置在真空罐和反冲洗箱之间，反冲洗箱和反应器相连接，反冲泵设置在反冲洗箱和膜生物反应器之间，反冲泵和反冲洗箱、反应器之间均设置有电磁阀，膜生物反应器与真空罐之间也设置有电磁阀，电控柜连接进水泵、出水泵、反冲洗泵、水环真空泵及所有电磁阀。

本发明还有这样一些技术特征：

1、所述的膜组件为平板状中空纤维膜组件，中空纤维管垂直设置于反应器箱体底面，出水管由中空纤维管两端连接一平行于反应器箱体底面的集水管组成，膜组件由两出水管两端连接两竖管组成，至少一个平板状膜组件间隔排列设置于反应器内，膜组件与反应器内壁间设置有隔板；

2、所述的反应器内设置有两套曝气系统，其中一套采用球冠状微孔曝气器，设置在反应器底部；另一套采用粗气泡曝气器，设置在反应器内膜组件旁，两套曝气系统连接外部鼓风机，鼓风机连接电控柜；

3、所述的反冲洗箱连接空压机，反冲洗箱和空压机之间设置有气体流量计，反冲洗箱包括储水箱和药剂箱，储水箱连接水泵，储水箱和药剂箱分别连接反冲泵；

4、所述的反应器内膜组件下方设置有空气扩散装置，空气扩散装置连接空压机，空气扩散装置和空压机之间设置有气体流量计，反应器底部安装有清空管和排泥泵，排泥泵连接电控柜；

5、所述的液位传感器连接液位控制器，液位控制器连接进水管与液位平衡箱之间设置的电磁阀，进水管与液位平衡箱、液位平衡箱与反应器之间均设置有手动阀门；

6、所述的进水管处设置有水表，反应器与真空罐之间的出水管路、反应器与反冲泵之间的出水管路上均设置有稳压阀、水表和压力计，反应器与真空罐之间的出水管路上还设置有进水阀；

7、所述的气水分离器的工作液入口处还设置有闸阀、过滤器和球阀，其中闸阀设置在真空罐连接气水分离器的出水管路处，过滤器和球阀设置在水环真空泵和气水分离器之间；

8、所述的反应器的上方设置有溢流口，侧面设置有取样口，溢流口接溢流管连接下水道。

本发明的出水采用真空自动控制系统，真空罐下部存水，上部为空气。膜组件的出水管路直接与真空罐入水口相连接，罐上各个阀门均为电磁阀，能够自动控制。当水环真空泵开启，使用水环真空泵抽出真空罐中的部分空气，可使真空罐内达到需要的真空度(真空罐内的压力在0.08Mpa左右)，在真空罐内形成负压，利用抽吸作用迫使反应器中的水滤过膜组件进入出水管路，最后储存在真空罐下部。当达到一定液位(真空罐高度的80％)时，水泵开启，真空罐的存水排出，从而实现真空抽水的过程。本发明装置中水泵和真空泵周期运行，无论是水泵还是水环真空泵运行时真空罐内都保持一定真空度，使污水能够通过真空罐连续进入反应器，所以就能实现连续出水。

9、本发明还采用线水/气/药剂反冲洗。运行方式为：先单独用气反冲洗，然后再用水气混合反冲洗，再用气和药剂混合反冲洗，最后用水单独反冲洗。本发明药剂箱内所采用的药剂是乙醇和次氯酸钠，化学清洗时，先用次氯酸钠清洗45min，1个小时后，再用乙醇清洗45min。水表能发出信号，每流过1升水发出一个开关信号。时间闸定为30分钟。在第一个30分钟内，记下水表所发出的开关信号数目。在下一个30分钟内，水表所发出的开关信号数目将减少(即流量减少)，记下此时的开关信号数目。依此类推，在第n个30分钟内的开关信号数目等于设计通量(即真空罐内保持的恒定出水流量)。如果当在第n+m个30分钟内的开关信号数目等于第n个30分钟内的开关信号数目10％，则发出反冲洗信号，膜进行反冲洗。如果在第一个30分钟内水表所发出的开关信号数目直接等于第n个30分钟内的开关信号数目10％，则发出需要化学药剂清洗信号，膜进行在线化学药剂清洗。

本发明中膜组件的结构形式是一大特点，其中，中空纤维膜设计成平板状，然后将这种单片平板状膜构成一种矩形状膜组件，单片平板状膜间设置有一定的距离，避免污泥的淤积。该组件膜的膜通量为8.0L/m2·h～64.0L/m2·h。另外，本发明还采用了两套曝气系统，一套用球冠状微孔曝气器，向反应器内提供足够的溶解氧；另一套用粗气泡曝气器，起混合、搅拌的作用，同时为膜组件提供适宜的膜面流速，以减缓膜污染的发生。两套曝气系统由同一台鼓风机进行供气。

本发明采用自行设计的膜组件结构形式、真空抽吸出水系统及独特的在线水/气/药剂反冲洗系统，与现有技术相比有益效果是：

1、出水方式采用真空自动抽吸出水系统，实现反应器连续进出水的过程；

2、采用独特的在线水/气/药剂反冲洗系统，所采用的药剂是乙醇和次氯酸钠，化学清洗时，先用次氯酸钠清洗45min，1个小时后，再用乙醇清洗45min；

3、MBR中的膜组件结构形式进行设计与开发，可避免污泥的淤积；

4、采用两套曝气系统，一套为底端曝气，用球冠状微孔曝气器，向反应器内提供足够的溶解氧；底端曝气能够防止底部出现由于污泥堆积造成的死角，避免了淤积的污泥缺氧下呼吸产生的黑色物质对膜表面的堵塞，因而是有助于减缓中空纤维膜的堵塞，延长运行周期的膜组件形式。另一套为层间曝气，用粗气泡曝气器，此装置能够增加对膜表面的冲刷，很好的防止污泥在纤维丝间淤积。同时为膜组件提供适宜的膜面流速，以减缓膜污染的发生，而且每个单元之间都采取可拆装的方式，是一种效果最好的膜组件形式。

(四)附图说明

图1为本发明结构原理图；

图2为本发明反应器平面图；

图3为图2中I位置所示的剖面图；

图4为图3中II位置所示的剖面图；

图5为图4中III位置所示的剖面图。

(五)具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明：

结合图1，本实施例包括膜组件1、膜组件2、反应器3、真空罐4、水环真空泵6、真空表5、气水分离器7、液位传感器19、反冲洗箱、水泵14、反冲泵10和电控柜15，膜组件1、膜组件2设置于反应器3内，，膜组件1、膜组件2与反应器3内壁间设置有隔板，反应器3的出水管路与真空罐4入水口相连接，反应器3的上方设置有连接进水管的液位平衡箱18，液位传感器19设置在液位平衡箱18上，真空表5安装在真空罐4上，真空罐4连接气水分离器7，水环真空泵6设置在真空罐4和气水分离器7之间的工作液入口处，真空罐4连接反冲洗箱，水泵14设置在真空罐4和反冲洗箱之间，反冲洗箱和反应器3相连接，反冲泵10设置在反冲洗箱和反应器3之间，反冲泵10和反冲洗箱之间设置有电磁阀36-37，反冲泵10和反应器3之间设置有电磁阀34-35，反应器3与真空罐4之间也设置有电磁阀31-33，电控柜连接进水泵、出水泵、反冲洗泵、水环真空泵及所有电磁阀。

其中，膜组件为中空纤维膜组件，中空纤维管垂直于反应器箱体底面放置，中空纤维管两端用一平行于反应器箱体底面的集水管连接，形成出水管，两出水管两端再用两竖管连接，形成平板状膜组件；多个平板状膜组件按照一定的间距排列，放置于反应器内。

反冲洗箱连接空压机25，反冲洗箱和空压机25之间设置有气体流量计24，反冲洗箱包括储水箱8和药剂箱9，储水箱8连接水泵14，药剂箱不连接水泵，储水箱8和药剂箱9分别连接反冲泵10；反应器3内膜组件下方设置有空气扩散装置16，空气扩散装置16连接空压机25，空气扩散装置16和空压机25之间设置有气体流量计23，反应器3底部安装有清空管17和排泥泵；液位传感器19连接液位控制器20，液位控制器20连接进水管与液位平衡箱18之间设置的电磁阀39；进水管与液位平衡箱18之间设置有手动阀门11，液位平衡箱18与反应器3之间设置有手动阀门12；进水管处设置有水表51，真空罐4与反应器3之间的出水管路上设置有稳压阀41、水表52和压力计21，反应器3与反冲泵10之间的出水管路上设置有稳压阀42、水表53和压力计22，反应器3与真空罐4之间的出水管路上还设置有进水阀26；气水分离器7的工作液入口处还设置有闸阀27、过滤器28和球阀29，其中闸阀27设置在真空罐4连接气水分离器7的出水管路处，过滤器28和球阀29设置在水环真空泵6和气水分离器7之间；反应器3的上方设置有溢流口，侧面设置有取样口，溢流口接溢流管连接下水道；药剂箱9内的药剂是体积比为1∶2的乙醇和次氯酸钠；气水分离器7的上方设置有排气口71，下方设置有放水口72。

本实施例中，真空罐下部存水，上部为空气。使用真空泵抽出真空罐中的部分空气，可以达到需要的真空度。真空罐的工作方式为间歇式的，分为抽吸段和停抽段。真空罐和反应器的出水管路相连，罐上各个阀门均为电磁阀，能够自动控制。当进入抽吸段时，关闭真空罐的放气阀和出水阀，打开进水阀和抽气阀，启动真空泵，在真空罐内形成负压，利用抽吸作用迫使反应器中的水滤过膜组件进入出水管路，最后储存在真空罐下部。当进入停抽段时，首先停止真空泵并关闭真空罐的进水阀和抽气阀，然后先打开放气阀，使真空罐与大气连通，恢复罐内压力，最后打开出水阀，自由排出存水。

正常运行时，结合图1中实线所示，原水经由阀门进入液位平衡箱，再经手动阀门12进入反应器。再经生物反应器内微生物自身分解代谢作用使有机物得以去除，最后在真空罐的作用下经中空纤维膜出水；此时电磁阀31、电磁阀32打开，电磁阀33、电磁阀34、电磁阀35、电磁阀36、电磁阀37、电磁阀38关闭。

水表51能发出信号，每流过1升水发出一个开关信号。时间闸定为30分钟(设备运行时再对该值进行调整)。在第一个30分钟内，记下水表51所发出的开关信号数目。在下一个30分钟内，水表51所发出的开关信号数目将减少(即流量减少)，记下此时的开关信号数目。依此类推，在第n个30分钟内的开关信号数目等于设计通量(即真空罐内保持的恒定出水流量，750L/h)。如果当在第n+m个30分钟内的开关信号数目等于第n个30分钟内的开关信号数目10％(设备运行时再对该值进行调整)，则发出反冲洗信号，膜进行反冲洗。膜反冲洗时，为图中虚线所示，先对膜组件1进行反冲洗，膜组件2正常运行。此时打开反冲泵，关闭电磁阀31、电磁阀33、电磁阀35、电磁阀36和电磁阀37，打开电磁阀32、电磁阀34和电磁阀38，进行气冲；然后打开电磁阀36，进行气水联合反冲洗；再关闭电磁阀38，进行水洗。当膜组件1反冲洗完毕后，打开电磁阀31、电磁阀33、电磁阀35和电磁阀38，关闭电磁阀32、电磁阀34、电磁阀36和电磁阀37，此时膜组件2进行反冲洗，膜组件1正常运行，膜组件2重复膜组件1的反冲洗过程。当膜组件2反冲洗完毕后，关闭反冲泵，打开电磁阀31和电磁阀32，关闭电磁阀33、电磁阀34和电磁阀35，系统正常出水运行。如果此时在第一个30分钟内水表51所发出的开关信号数目直接等于第n个30分钟内的开关信号数目10％，则发出需要化学药剂清洗信号，膜进行在线化学药剂清洗。首先对膜组件1进行在线化学药剂清洗，膜组件2下常运行，药剂箱内的药剂是体积比为2∶1的次氯酸钠(浓度为3％～4％)和乙醇(浓度为95％)，化学清洗时，先用次氯酸钠清洗45min，1个小时后，再用乙醇清洗45min。此时打开反冲泵，关闭电磁阀31、电磁阀33、电磁阀35、电磁阀36和电磁阀37，打开电磁阀32、电磁阀34和电磁阀38，进行气冲；然后打开电磁阀36，进行气水联合反冲洗；再关闭电磁阀36，打开电磁阀37，进行气药联合反冲洗；最后关闭电磁阀37和电磁阀38，进行水洗。同样当膜组件1反冲洗完毕后，打开电磁阀31、电磁阀33、电磁阀35和电磁阀38，关闭电磁阀32、电磁阀34、电磁阀36和电磁阀37，此时对膜组件2进行反冲洗，膜组件1正常运行。当膜组件2反冲洗完毕后，关闭反冲泵，打开电磁阀31和电磁阀32，关闭电磁阀33、电磁阀34和电磁阀35，系统正常出水运行。

结合图2-5，图2为真空自控式膜生物反应器平面图，图3为图2中I位置所示的剖面图，图4为图3中II位置所示的剖面图，图5为图4中III位置所示的剖面图。在反应器3内设置有两套曝气系统，其中一套采用球冠状微孔曝气器，设置在反应器底部；另一套采用粗气泡曝气器，设置在膜生物反应器内膜组件旁，两套曝气系统连接外部鼓风机。

结合图2，膜组件长700mm。膜组件之间的宽度为200mm，在膜组件的正中间接出水管。两组膜组件之间的距离为200mm。池体长1500mm，宽1200mm。膜组件安装在距池壁250mm处。膜组件长700mm。隔板距池壁的距离为250mm，距膜组件的距离为200mm。结合图3，球冠状微孔曝气器安在距池底100mm处。膜组件底部距池底的距离为300mm，距池顶的距离为350mm，膜组件长为1070mm。隔板长为1270。出水管高出水面100mm。水深1670mm。

结合图4，膜组件的宽度为700mm，采用线条状膜组件，距池壁的距离为250mm。该膜生物反应装置的总高度为1920mm。

结合图5，反应器底部球冠状微孔曝气器设置15个曝气头，每3个为一组，每组之间的距离为300mm，每个曝气头之间的距离为350mm。曝气头距隔板的距离为250mm，距池壁的距离为250mm。

本发明可实现膜生物反应器的连续出水，出水水质好，而且出水通量最大。同时最大限度地降低了膜污染，膜组件操作维护方便，使用寿命长。

Claims (9)

1.一种真空自控式膜生物反应装置，它包括膜组件和反应器，膜组件设置于反应器内，其特征在于它还包括真空罐、水环真空泵、真空表、气水分离器、液位传感器、反冲洗箱、水泵、反冲泵和电控柜，反应器的出水管路与真空罐入水口相连接，反应器的上方设置有连接进水管的液位平衡箱，液位传感器设置在液位平衡箱上，真空表安装在真空罐上，真空罐连接气水分离器，水环真空泵设置在真空罐和气水分离器之间的工作液入口处，真空罐连接反冲洗箱，水泵设置在真空罐和反冲洗箱之间，反冲洗箱和反应器相连接，反冲泵设置在反冲洗箱和膜生物反应器之间，反冲泵和反冲洗箱、反应器之间均设置有电磁阀，膜生物反应器与真空罐之间也设置有电磁阀，电控柜连接进水泵、出水泵、反冲洗泵、水环真空泵及所有电磁阀。

2.根据权利要求1所述的真空自控式膜生物反应装置，其特征在于所述的膜组件为平板状中空纤维膜组件，中空纤维管垂直设置于反应器箱体底面，出水管由中空纤维管两端连接一平行于反应器箱体底面的集水管组成，膜组件由两出水管两端连接两竖管组成，平板状膜组件间隔排列设置于反应器内，膜组件与反应器内壁间设置有隔板。

3.根据权利要求2所述的真空自控式膜生物反应装置，其特征在于所述的反应器内设置有两套曝气系统，其中一套采用球冠状微孔曝气器，设置在反应器底部；另一套采用粗气泡曝气器，设置在反应器内膜组件旁，两套曝气系统连接外部鼓风机，鼓风机连接电控柜。

4.根据权利要求3所述的真空自控式膜生物反应装置，其特征在于所述的反冲洗箱连接空压机，反冲洗箱和空压机之间设置有气体流量计，反冲洗箱包括储水箱和药剂箱，储水箱连接水泵，储水箱和药剂箱分别连接反冲泵。

5.根据权利要求4所述的真空自控式膜生物反应装置，其特征在于所述的反应器内膜组件下方设置有空气扩散装置，空气扩散装置连接空压机，空气扩散装置和空压机之间设置有气体流量计，反应器底部安装有清空管和排泥泵，排泥泵连接电控柜。

6.根据权利要求4所述的真空自控式膜生物反应装置，其特征在于所述的液位传感器连接液位控制器，液位控制器连接进水管与液位平衡箱之间设置的电磁阀，进水管与液位平衡箱、液位平衡箱与反应器之间均设置有手动阀门。

7.根据权利要求4所述的真空自控式膜生物反应装置，其特征在于所述的进水管处设置有水表，反应器与真空罐之间的出水管路、反应器与反冲泵之间的出水管路上均设置有稳压阀、水表和压力计，反应器与真空罐之间的出水管路上还设置有进水阀。

8.根据权利要求4所述的真空自控式膜生物反应装置，其特征在于所述的气水分离器的工作液入口处还设置有闸阀、过滤器和球阀，其中闸阀设置在真空罐连接气水分离器的出水管路处，过滤器和球阀设置在水环真空泵和气水分离器之间。

9.根据权利要求4所述的真空自控式膜生物反应装置，其特征在于所述的反应器的上方设置有溢流口，侧面设置有取样口，溢流口接溢流管连接下水道。

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