CN102198974A - 在线自动清洗厌氧微网反应器 - Google Patents

Abstract

在线自动清洗厌氧微网反应器，涉及浸没式膜-生物反应器污水处理技术，尤其涉及采用微网分离膜组件作为固液分离单元的废水的厌氧处理技术，适用于城市污水、高浓度有机废水，特别是悬浮物含量较高、可生化有机废水的处理。本发明由厌氧微网反应器和在线自动清洗装置组成，微网分离膜组件为柔性微网膜组件或平板式微网膜组件，在线机械清洗装置由动力系统、传动系统和清洗系统组成。本发明将无需附加能耗的在线自动清洗装置和厌氧微网反应器结合，提升微网膜运行通量，减缓微网污染速率，延长微网膜清洗周期长，充分发挥厌氧微网反应器的潜力，同时具有建设投资小，成本低，运行能耗低，水处理效果好的特点。

Description

在线自动清洗厌氧微网反应器

技术领域

在线自动清洗厌氧微网反应器，涉及浸没式膜-生物反应器污水处理技术，尤其涉及采用微网分离膜组件作为固液分离单元的废水的厌氧处理技术，适用于城市污水、高浓度有机废水，特别是悬浮物含量较高、可生化有机废水的处理。

背景技术

目前，厌氧膜—生物反应器由于其低能耗和高效泥水分离的特点而受到了广泛的关注。传统的厌氧膜—生物反应器可以获得稳定、良好的处理效果，但恒流操作时膜通量只能维持在10 L/(m²·h)以下，对膜污染的控制主要为利用混合液、生物气体的回流来形成错流过滤或间歇对膜组件进行反冲洗。对于低浓度（COD<1 000 mg/L）生活污水等而言，若采用厌氧膜—生物反应器进行处理，甲烷产量较低，很难形成大量气泡，导致膜表面冲刷作用小，而且混合液回流与反冲洗也需要一定能耗，成为该技术大规模推广和应用的瓶颈。

很多研究对膜—生物反应器进行了改进，众多学者研究采用大孔径基材替代固体膜从而形成动态膜—生物反应器，并取得了很大的研究进展。动态膜技术是指采用大孔材料作为污水过滤介质，利用初期截留的污染物及后期粘附的微生物产物形成生物膜，从而达到改善出水水质的目的。吴志超等采用孔径为108 μm左右的不锈钢网组成微网组件，其COD和NH₃-N的去除率与传统的膜—生物反应器相近。范彬等采用孔径为0.1 mm的筛绢作为动态膜基材处理城市生活污水，也取得了良好的效果。

目前，也有将动态膜成功应用于厌氧反应器的例子（厌氧动态膜生物污水处理工艺发明  专利公开号CN 101333038A）。在实际应用中，厌氧微网膜-生物反应器尚存在一些不足之处有待改进，尤其当用于处理生活污水此类低浓度废水时，由于反应器甲烷气产量极少，不存在气体搅拌和冲刷，过滤方式为死端过滤，一旦泥饼层在膜面上累积极易导致膜表面动态膜（进水中悬浮物在微网膜表面沉积、堵塞、积累）过厚、膜污染速率过快和清洗周期缩短。厌氧微网动态膜的污染特点主要为泥饼层污染，并且由于动态膜上面附着的次生膜起着重要的过滤作用，所以清洗时主要通过物理擦洗把动态膜上积累过厚从而引起压力上升膜通量衰减的那部分泥饼层去掉即可，不需像微滤膜那样需要化学清洗才能恢复膜通量。

微网动态膜组件若采用离线清洗方式，人力成本和能耗增加；若采用在线化学清洗，化学药剂的使用可能会给反应器内微生物活性带来一定的抑制作用同时也会破坏充当着第二层滤网的作用的次生膜，使得其工业化应用受到限制。

发明内容

本发明目的在于提供一种制作方便，成本低，膜通量高，膜离线化学清洗周期长，在线自动清洗无需外加能耗，水处理效果好的在线自动清洗厌氧微网反应器。

本发明的在线自动清洗厌氧微网反应器由厌氧微网反应器和在线自动清洗装置组成。微网分离膜组件为柔性微网膜组件或平板式微网膜组件，柔性膜组件的组成为微网里面只加柔性的导流网，使得整个微网膜组件都比较柔软、可弯曲，又大大减轻了膜组件的重量。微网采用具有膜通量高，膜片易清洗，抗皱保形性能好、表面光滑、强度高、弹性好的涤纶或蚕丝筛绢制成。由于微网的孔径较一般的微滤膜大，膜内污染并不是很严重，主要污染为滤饼层污染，通过物理清洗就能很好的恢复膜通量。

在线机械清洗装置由动力系统、传动系统、清洗系统和触发棒组成。动力系统由水桶、配重重物和触发装置组成，配重重物设置在厌氧微网反应器内，水桶底部为活动底盖，碰到触发棒后能够开启。传动系统由滑轮组和牵引绳索组成，清洗系统由连杆和清洗用具组成，清洗用具为毛刷或海绵或其他软性材料。清洗装置运行的驱动力采用厌氧微网反应器的膜出水或者整个工艺中具有势能的其他处理单元出水，也可以采用外部接的自来水或者其他水源或者通过污泥泵排放的剩余污泥作为清洗装置运行的驱动力，进水方式可以是直接进入水桶或者先通过高位水箱储存后再进入水桶中。在反应器的运行过程中，作为驱动力的水或泥，全部或部分流入动力系统的水桶中，在清洗运行过程中水或泥从水桶里排出。

本发明的原理是利用膜出水泵的富余水头将膜出水打入清洗装置动力系统中的水桶单元，水桶在清洗膜之前由于配重重物的作用一直保持高位状态，当与清洗装置连接的水桶中存入有足够重量的水（即达到临界重量）后就会克服清洗膜的阻力，沿程摩擦力及对应的配重重量而下降，从而带动刷子清洗膜片，重物被拉到高位。当水桶的底盖碰到触发棒后，底盖打开，水从水桶中流走，水桶重量变轻，对应的重物由于重力产生作用再一次将刷子和水桶拉回原位，同时完成一次清洗。当膜组件为柔性膜组件时，传动系统与柔性膜组件相连，清洗系统则固定安装，传动系统拉动柔性膜组件运动，经过固定的清洗系统时膜污染物被清除。

对于膜-生物反应器一般认为膜通量变大，膜污染速率加快，清洗周期缩短。微网膜组件本身运行的膜通量可达60L/m²·h，清洗周期为一个月左右，如果膜通量达到100 L/m²·h或更多，则清洗周期缩短为一周或更少。本发明的一个特点为加装在线自动清洗装置的微网膜组件可以以更高的膜通量运行，而不会因为清洗周期缩短，增加对膜组件的清洗频率而产生额外的能耗和运行成本，可以发挥微网膜组件更大的潜力。同时通过控制物理清洗的力度可以达到既去除引起压力上升的滤饼层污染，又能保留在实际运行过层中需1～2d左右时间才形成的用于加强微网过滤性能的动态膜层。

在线自动清洗装置和厌氧微网膜生物反应器两者在运行过程中形成互为反馈的清洗控制系统，控制原理为：膜通量——水桶临界重量——清洗频率。具体过程为：在膜

片数相同的情况下，膜通量变大，单位时间内膜出水变多，流入水桶中的膜出水（即清洗装置的动力之源）流量变大，达到开始清洗的水桶临界重量的时间变短，清洗间隔时间变短，清洗频率增加，反之亦然，清洗频率根据膜通量的大小自动调节。

本发明具有以下优点：

1.清洗装置所需材料较少、结构简单，采用的组件主要为水桶，滑轮组，刷子，重物和触发装置，运行管理方便，投资省。

2.清洗时为在线淹没式清洗，在水中物理清洗的效果较好，全程自动，无需人员参与。

3.本发明中的配重重物设在厌氧微网反应器内部，节省了清洗装置的占地面积。

4.本发明在使用时不会额外增加能耗，清洗时将水的势能转变为动能驱动刷子运动产生清洗效果。

5.充分发挥厌氧微网反应器的高通量运行特性，微网表面易物理清洗的特性和在线自动清洗装置结合可以大大延长膜的离线化学清洗周期，达到事半功倍的效果，从而提高整个膜-生物反应器的经济效益。

6.本发明中膜通量和清洗频率可以形成反馈机制，通量高，膜出水进入清洗水桶的速率快，清洗频率加快，减缓由高通量带来的严重膜污染，反之亦然。

7.根据不同的环境要求，通过动滑轮组的应用可以方便的改进水桶中的临界水量和下落距离。

附图说明

附图是本发明实施例示意图，其中：

图1本发明在线自动清洗厌氧微网反应器示意图；

图2本发明在线自动清洗工作原理示意图；

图3本发明实施例1跨膜压差随时间变化曲线图；

图4本发明实施例2跨膜压差随时间变化曲线图；

图5本发明实施例3跨膜压差随时间变化曲线图；

图6本发明实施例4跨膜压差随时间变化曲线图。

图中：配重重物1，厌氧微网反应器2，清洗用具3，牵引绳索4，滑轮5，微网膜组件6，水桶7，底盖8，触发装置9。

具体实施方式

结合上述附图对本发明作进一步描述。

在线机械清洗装置由动力系统、传动系统、清洗系统和触发棒组成。动力系统由配重重物1、水桶7和触发装置9组成，配重重物1设置在厌氧微网反应器2内，水桶7底部置有可活动的底盖8。传动系统由牵引绳索4和滑轮组5组成，清洗系统由连杆和清洗用具3组成，清洗用具3由毛刷或海绵或其他软性材料制成。在线清洗装置运行的驱动力采用厌氧微网反应器2的膜出水或者整个工艺中具有势能的其他处理单元出水，也可以采用外部接的自来水或者其他水源或者通过污泥泵排放的剩余污泥作为清洗装

置运行的驱动力，进水方式可以是直接进入水桶7或者先通过高位水箱储存后再进入水桶7中。

清洗过程如图2所示：

1、具有势能的水进入水桶7中，水桶7重量逐渐增加；

2、水桶7的重量达到临界点，水桶下降，带动清洗用具（3）向上清洗膜组件6的膜面，同时配重重物1被提升到高位；

3、水桶7降到底部时底盖8碰到触发装置9，底盖8被打开，水桶7中的水漏出桶外当作膜出水排放；

4、水桶7质量减轻，高位的配重重物1受重力影响下落，带动刷子3向下清洗清洗膜组件6的膜面，同时水桶7又向上回复到高位，底盖8受重力影响自动关闭，清洗系统恢复至原位，完成一次清洗。

[实施例1]

采用250目涤纶网制成平板式微网分离膜组件6。将其应用于生活污水的厌氧处理。微网运行通量为100 L/m²·h，稳定运行10d，到达运行终点（跨膜压差达到30 kPa），在线清洗后同样能稳定运行10d，清洗装置所用的驱动力为微网膜出水。进水COD浓度为286.0±71.2 mg/L，出水COD浓度为152.9±49.6 mg/L，平均去除率为56 %。在线清洗后膜通量恢复98.4%，跨膜压差随时间的变化见附图3。

[实施例2]

采用200目涤纶网制成平板式微网分离膜组件6。将其应用于城市生活污水的厌氧处理。微网运行通量为150 L/m²·h，稳定运行8d后，到达运行终点（跨膜压差达到30 kPa）。在线清洗后同样能稳定运行10d，清洗装置所用的驱动力为剩余污泥。进水COD浓度为286.0±71.2 mg/L，出水COD浓度为145.3±21.8 mg/L，平均去除率为45.8 %。跨膜压差随时间的变化见附图4。

[实施例3]

采用300目涤纶网制成平板式微网分离膜组件6。将其应用于城市生活污水的厌氧处理。微网运行通量为200 L/m²·h，在20d的运行过程中，共清洗3次，清洗装置所用的驱动力为生活污水。进水COD浓度为286.0±71.2 mg/L，出水COD浓度为139.4±18.5 mg/L，平均去除率为48.4 %。跨膜压差随时间的变化见附图5。

[实施例4]

采用250目涤纶网制成柔性微网分离膜组件6。将其应用于城市生活污水的厌氧处理。微网运行通量为100 L/m²·h，稳定运行9 d，到达运行终点（跨膜压差达到30 kPa），在线清洗后同样能稳定运行9d，清洗装置所用的驱动力为后续沸石通风滤床的回流水。进水COD浓度为325.0±51.2 mg/L，出水COD浓度为139.4±18.5 mg/L，平均去除率为57.2 %。跨膜压差随时间的变化见附图6。

[实施例5]

采用250目涤纶网制成平板式微网分离膜组件6。将其应用于城市生活污水的厌氧处理。清洗装置采用高位水箱进水的方式，微网运行通量为100 L/m²·h，稳定运行9 d，到达运行终点（跨膜压差达到30 kPa），在线清洗后同样能稳定运行9d，清洗装置所用的驱动力为微网膜出水。进水COD浓度为268.0±31.2 mg/L，出水COD浓度为103.7±18.5 mg/L，平均去除率为61.3 %。

[实施例6]

采用380目涤纶网制成平板式微网分离膜组件6。将其应用于城市生活污水的厌氧处理。清洗装置采用高位水箱进水的方式，滑轮组为动滑轮形式，微网运行通量为72L/m²·h，稳定运行10 d，到达运行终点（跨膜压差达到30 kPa），在线清洗后同样能稳定运行10d，清洗装置所用的驱动力为生活污水。进水COD浓度为376.0±43.2 mg/L，出水COD浓度为92.7±20.5 mg/L，平均去除率为75.3 %。

[实施例7]

采用380目涤纶网制成柔性微网分离膜组件6。将其应用于城市生活污水的厌氧处理。清洗装置传动系统中的滑轮组为动滑轮形式，微网运行通量为72L/m²·h，稳定运行10 d，到达运行终点（跨膜压差达到30 kPa），在线清洗后同样能稳定运行10d，清洗装置所用的驱动力为后续沸石通风滤床的回流水。进水COD浓度为256.0±43.5 mg/L，出水COD浓度为66.7±10.8 mg/L，平均去除率为73.9 %。

Claims (6)

1.在线自动清洗厌氧微网反应器，其特征在于：由厌氧微网反应器和在线自动清洗装置组成；在线自动清洗装置由配重重物(1)、水桶(7)和触发装置(9)组成的动力系统、由牵引绳索(4)和滑轮组(5)组成的传动系统和由连杆和清洗用具组成的清洗系统组成；动力系统中的配重重物(1)设置在于厌氧微网反应器(2)内与水桶（7）通过传动系统的滑轮组（5）和牵引绳索（4）与清洗系统连接；水桶（7）的底部置有底盖（8）。

2.根据权利要求1所述的厌氧微网反应器，其特征在于：在线自动清洗装置的驱动力为厌氧微网反应器的膜出水或整个工艺中具有势能的处理单元出水或外部接的自来水或通过污泥泵排放的剩余污泥；进水方式为直接进水桶（7）或通过高位水箱先储存后再进入水桶（7）。

3.根据权利要求1所述的厌氧微网反应器，其特征在于：厌氧微网反应器内设置的微网膜组件为柔性微网膜或平板微网膜，微网膜组件材料为涤纶网或蚕丝筛绢，目数为200目～500目。

4.根据权利要求1所述的厌氧微网反应器，其特征在于：在线自动清洗装置与厌氧微网反应器在运行过程中形成互为反馈的清洗控制系统，清洗频率根据膜通量的大小自动调节。

5.根据权利要求1所述的厌氧微网反应器，其特征在于：清洗用具（3）为毛刷或海绵。

6.根据权利要求1所述的厌氧微网反应器，其特征在于：触发装置（9）固定设置在底盖（8）的下方。

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