CN101811773A - 在线清洗卷式膜-生物反应器 - Google Patents

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Abstract

在线清洗卷式膜-生物反应器，涉及膜-生物反应器污水处理技术，适用于对污水处理、微污染水净化。污水经由配水系统(2)进入生物反应器(1)后，进行污染物的降解和转化，在抽吸压力作用下，利用卷式膜组件实现固液分离。卷式膜组件由膜片(7)、卷轴(5)、机械清洗装置(6)及摇柄(4)组成，固定设置在生物反应器(1)内，需要对膜进行清洗时，由设置在卷式膜组件上的机械清洗装置(6)进行在线物理清洗。本发明反应器具有装填密度高、曝气能耗低、占地小、基建投资省、清洗方便等优点，具有良好的经济效益和社会效益，便于推广应用。

Description

在线清洗卷式膜-生物反应器
技术领域
在线清洗卷式膜-生物反应器，涉及膜-生物反应器污水处理技术，适用于对污水处理、微污染水净化。
背景技术
膜-生物反应器(Membrane Bioreactor，简称MBR)以膜单元取代二沉池，由于所有悬浮物和胶体物质都被膜分离截留，污泥的沉降性能不会影响到出水水质，基本上解决了传统活性污泥法存在的污泥膨胀问题；另一方面，膜分离单元增加了曝气池中活性污泥浓度，提高了生物降解的速率，并减少生物污泥的产生量。因此，MBR被广泛用于生活污水及工业废水的处理工程实践。
在MBR运行过程中，膜污染是必须面临的重要问题之一，膜污染是由膜和活性污泥中污染物质相互作用引起的，通常是指活性污泥体系中的物质在膜表面和膜孔内吸附聚集，从而引起膜通量衰减和过滤压力升高的过程。膜污染按成因可归结为以下两种基本的类型：滤饼层污染和吸附性污染；前者源于浓差极化等水力因素引起的截留组分在膜表面的富集、沉积、凝聚甚至结块等，是宏观的现象；而后者则是源于膜表面的分子基团与透过液分子之间的吸附作用，它属于微观的的现象。当膜污染达到一定程度后，必须进行清洗以恢复膜通量。
膜清洗的目标是清除膜表面的覆盖层，恢复或提高膜的水通量。膜清洗方法一般可以分为物理清洗和化学清洗。物理清洗一般不会改变污染物的分子结构，也不能大幅度改变膜表面和污染物之间的相互作用，所以它主要适用于滤饼层污染的情形。物理方法包括高速流水清洗、气水混合反冲洗、海绵球机械擦洗和超声波清洗等，但通常能耗较高，清洗频率较高。化学清洗能够破坏污染物的分子结构或改变污染物与膜表面分子间的吸引力，所以特别适用于吸附性污染的情况。化学清洗的缺点是有可能引入新的污染物，比如浸没式工艺，虽然用含氯的清洗溶液短时间清洗即可以提高膜的透水率，但是清洗液渗入生物反应器内，可能会对其中的微生物活性产生抑制，这种现象在采用在线清洗的情况下尤其明显。
作为一个膜分离过程，不仅需要具有优良特性的膜，还必须把膜制作成结构紧凑、性能稳定的膜组件及装置，才能应用于大规模的工业过程。膜组件的结构及型式取决于膜的形状，MBR常用的膜组件主要有中空纤维式、管式、平板式。其中，中空纤维膜装填密度高，但污染之后，清洗比较麻烦；平板膜具有抗污染性能好、通量高、更换方便等优点，在MBR中应用较多，但装填密度较低，且若采用在线清洗，需要较多的机械清洗装置，一次性投资较大。
此外，浸没式膜-生物反应器均采用曝气方式来控制膜污染，与常规生物处理工艺相比，曝气量明显偏大，运行能耗高。如何既能提高膜装填密度，又能降低能耗，同时能实现低成本的在线清洗是膜-生物反应器工程化应用中面临的技术难题。
发明内容
本发明目的在于提供一种投资省、占地面积小、运行能耗低，出水水质好的在线清洗折转式膜-生物反应器对污水、微污染水进行净化处理。
本发明生物反应器，本发明主要由生物反应器，配水系统，卷式膜组件组成，当用于好氧工艺时，在本发明反应器内还可设置曝气系统。污水经由配水系统进入生物反应器后，进行污染物的降解和转化。在抽吸压力作用下，利用卷式膜组件实现固液分离。水分子以及细小的物质通过膜孔，而大分子物质以及微生物絮体被膜孔截留，在膜表面聚集，堵塞过流通道。当抽吸压力逐渐上升，膜通量下降时，需要对膜进行清洗，由设置在卷式膜组件上的机械清洗装置进行在线物理清洗。
卷式膜组件由膜片、2个卷轴、机械清洗装置及清洗摇柄组成，膜片由两片膜固定复合在柔性塑料导流网两侧制成。膜片的两端分别与2个卷轴牢固连接，可将膜片卷在卷轴上，在膜片的外边缘和中部设置支撑材料，当膜片被卷在卷轴上时，支撑材料使得各层膜片之间形成空隙，污水通过外部膜片和各层间隙进入膜片，使得过滤阻力在整个膜片上分布较为均匀。膜的材质可选用常规的微滤膜或超滤膜如聚偏氟乙烯(PVDF)、聚丙烯腈(PAN)、聚醚砜(PES)、聚氯乙烯(PVC)等；也可选用金属丝网、无纺布、涤纶等材质。卷轴为空心圆管，卷轴顶端连接出水管，经处理的水经卷轴通过出水管排出。在出水管顶部设置摇柄。
机械清洗装置采用毛刷或海绵制作，通过调节螺丝固定在膜片两侧，毛刷或海绵与膜片表面接触，通过调节机械清洗装置松紧程度来调节毛刷或海绵的疏密度。当膜通量下降，需要对膜进行清洗时，操纵摇柄，带动一侧卷轴卷动使膜片移动，在移动过程中，根据膜的移动方向，机械清洗装置采用前松后紧的方式既毛刷或海绵采用前疏后密的方式对膜进行清洗，此种清洗方式有利于将泥饼层和凝胶层污染分层次去除，清洗更彻底，经处理过的水从一个或两个卷轴内出水。
在线清洗卷式膜-生物反应器中，卷轴和机械清洗装置既可竖直放置也可水平放置。
本发明应用于好氧工艺时，由于卷式膜组件的膜片设置较传统平板膜更为集中，底部曝气系统可采取非均匀布置。在卷轴下方，曝气强度较大，保证膜面较大的冲刷流速，以此控制膜污染；其余区域的曝气强度则只需满足生化反应需要即可，因此，与常规浸没式膜-生物反应器相比，本发明的曝气能耗可大幅度降低。根据进水水质以及处理要求的不同，本发明反应器同样可应用于污水的厌氧处理。
本发明具有以下特点：
(1)采用卷式膜组件，装填密度高，具有占地面积小、基建投资省和出水水质好等优点；
(2)采用膜组件与在线物理清洗设备一体化的方式，降低了整个系统的造价，在线物理清洗方式的使用也使得膜分离过程中的运行能耗显著降低；
(3)与常规平板式膜组件相比，卷式膜组件的采用使得膜片在反应器分布较为集中，曝气可采用非均匀曝气的方式，卷轴附近曝气强度较大，其余区域强度较小，可显著降低污水处理过程中的运行能耗；
(4)该在线机械清洗方式操作简单、方便，用于小规模工程实践时，可采用人工定期清洗的方式；当用于大规模工程时，可与自动控制相结合，实现高效低耗的膜清洗过程。
附图说明
附图是本发明实施例示意图，其中：
图1本发明在线清洗卷式膜-生物反应器结构示意图；
图2卷式膜组件结构剖面及工作原理图；
图3机械清洗装置平面示意图。
图中：生物反应器1，配水系统2，出水管3，摇柄4，卷轴5，机械清洗装置6，膜片7，曝气系统(当用于好氧工艺时)8，支撑材料9，柔性塑料导流网10，膜11，调节螺丝12。
具体实施方式
卷式膜组件由膜片7，卷轴5，机械清洗装置6和摇柄4组成，设置在生物反应器1内，其中，膜片7由两片膜11固定复合在柔性塑料导流网10的两侧制成，膜片11的两端分别与2个卷轴5牢固连接，通过摇柄4转动将膜片11卷在卷轴5上，在膜片11的外边缘和中部设置支撑材料9。机械清洗装置6通过调节螺丝12固定设置在靠近一侧转轴5的膜片7的两侧并与膜片7表面接触，通过调节调节螺丝12来调节机械清洗装置6的松紧程度和调节毛刷或海绵的疏密度。卷轴5为空心圆管，其上端与出水管3连通，在出水管3的顶部固定连接摇柄4，经处理过的水经卷5轴内通过出水管3出水。配水系统2设置在生物反应器1的顶部，本发明用于好氧工艺时，在生物反应器1内底部设置曝气系统8。
[实施例1]
膜片7采用聚偏氟乙烯(PVDF)，机械清洗装置6采用毛刷。将其应用于某大型超市餐饮废水处理。反应器污泥浓度MLSS＝22g/L。膜运行通量为8～10L/m2·h，稳定运27d后，到达运行终点。进水COD浓度为1031±171.2mg/L，出水COD浓度为79±17.2mg/L，平均去除率为92.3％。采用在线物理清洗后，膜通量恢复率可达59.7％。
[实施例2]
膜片7采用聚醚砜(PES)，机械清洗装置6采用海绵。将其应用于城市生活污水的好氧生物处理。反应器污泥浓度MLSS＝7g/L，膜运行通量为20L/m2·h，稳定运行13d后，到达运行终点。进水COD浓度为286.0±71.2mg/L，出水COD浓度为21±4.3mg/L，平均去除率为92.6％。采用在线物理清洗后，膜通量恢复率可达64.0％。
[实施例3]
膜片7采用聚偏氟乙烯(PVDF)，机械清洗装置6采用毛刷。将其应用于城市生活污水的好氧生物处理。反应器污泥浓度MLSS＝8g/L，膜运行通量为20L/m2·h，稳定运行19天后，到达运行终点。进水COD浓度为286.0±71.2mg/L，出水COD浓度为20±4.3mg/L，平均去除率为93.0％。采用在线物理清洗后，膜通量恢复率可达67.9％。
[实施例4]
膜片7采用250目涤纶网，机械清洗装置6采用毛刷。将其应用于城市生活污水的厌氧处理。膜运行通量为20L/m2·h，稳定运行48d后，到达运行终点。进水COD浓度为286.0±71.2mg/L，出水COD浓度为118±13.5mg/L，平均去除率为58.7％。采用在线物理清洗后，膜通量恢复率可达78.3％。

Claims (5)

1.在线清洗卷式膜-生物反应器，由卷式膜组件设置在生物反应器(1)内，配水系统(2)设置在生物反应器(1)上部组成，其特征在于：卷式膜组件由摇柄(4)，卷轴(5)，机械清洗装置(6)，膜片(7)组成，其中，膜片(7)由两片膜(11)固定复合在柔性塑料导流网(10)的两侧制成，膜片(11)的两端分别与卷轴(5)牢固连接，卷轴(5)为空心圆管，其上端与出水管(3)连通，在出水管(3)的顶部固定设置摇柄(4)。
2.根据权利要求1所述的生物反应器，其特征在于：在膜片(7)外边缘和中部设塑料支撑材料(9)。
3.根据权利要求1生物反应器，其特征在于：用于好氧工艺时，在生物反应器(1)内设置曝气系统(8)，采取均匀或非均匀方式布置。
4.根据权利要求1所述的生物反应器，其特征在于：膜片(7)的材质为聚偏氟乙烯或聚丙烯腈或聚醚砜或聚氯乙烯或金属丝网或无纺布或涤纶。
5.根据权利要求1所述的生物反应器，其特征在于：机械清洗装置(6)由毛刷或海绵制成，通过调节螺丝(12)固定在膜片(7)两侧，毛刷或海绵与膜片(7)表面接触，清洗时，根据膜的移动方向，调节所述螺丝的松紧程度，采用前松后紧的方式进行膜清洗。
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