CN102531153A - 一体式无泡曝气膜生物反应器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种一体式无泡曝气膜生物反应器，在生化反应器(6)内竖直安放有中空纤维帘式膜(7)，在中空纤维帘式膜(7)的上下两端分别用树脂固定于单通PVC管的侧壁内，中空纤维帘式膜(7)下端的PVC管与进气管连接，中空纤维帘式膜(7)上端的PVC管与排气管连接，进气管通过空气转子流量计(5)与空气压缩机(3)连接，排气管通过气体微调阀(16)通至空气中。本发明采用中空纤维帘式膜结构，保证氧气利用率接近百分之百，空气由空气压缩机从中空纤维帘式膜下端导入，在中空纤维膜管腔内流动，在膜两侧氧分压差的推动下，管腔内的氧透过膜壁或膜壁上的微孔直接扩散进入管外生物膜，极大提高了传氧效率，满足了微生物氧化降解有机污染物耗氧需求，并且可以通过排气管后的气体微调阀，可以有效稳定的控制气体压力和流速，方便准确控制曝气量。
Description
技术领域：
本发明涉及一种污水处理装置，尤其是一种膜生物反应器。
背景技术：
随着社会经济的发展和人口的增长，水资源短缺已经成为一个全球化的问题，而我国的缺水形势尤其严峻。我国人均水资源量只相当于世界人均水资源量的1/4，是世界人均水资源极少的13个国家之一。与此同时，水环境污染日趋严重。全国七大重点流域地表水有机污染严重，主要是湖泊富营养化问题突出。尤其近年来，随着社会经济的快速发展，工农业用水需求量迅速增长，水资源浪费及污染问题日趋严重，使我国水资源短缺问题更加突出。高浓度有机废水对环境水体的污染程度大，而且处理难度较高，是国内外环保研究领域中的难题之一。膜生物反应器(Membrane Bio-Reactor，简称MBR)工艺，是一种将传统的生物处理工艺与膜分离技术相结合的新型污水处理技术，但是由于在运行过程中，膜易受到污染，导致出水量降低，给操作管理带来困难；需要提供过量的气泡来防止膜污染的出现，加之膜组件出水需要抽吸等外压作用，造成了高能耗。因此，探求新的供氧方式非常必要。
在废水的生物处理过程中，一般而言，生物膜都比较厚，而氧仅可以传递到生物膜的15μm～50μm的厚度内。当在处理高浓度有机废水时，这将成为降解的限制。虽然使用纯氧曝气可以克服这一困难，但在常规的生物膜系统中，纯氧曝气会有很多的氧气泄漏到大气中，造成了浪费。
无泡曝气膜生物反应器(Membrane Aeration Biofilm Reactor，简称MABR)是应用于水处理的一种新型反应器，采用了透气性膜作为微生物生长的载体，同时又利用其为附着生长的微生物供氧。由于膜的比表面积特别大，以膜为载体可以在很小的空间内为微生物的生长提供很大的面积，这样大大提高了单位空间内的污泥浓度。
无泡曝气膜生物反应器操作方式分为间歇操作和连续操作两种，在现有的无泡曝气膜生物反应器操作方式往往只能实现其中一种操作方式，不但对于实验研究有较大的局限性，而且运行成本也较高。
在以往MABR工艺中，由于氧气在传递过程中不形成气泡，不能混合主体料液，传统方法通常采用叶轮、磁力搅拌器、氮气或空气喷射器等来实现液相混合，叶轮搅拌对于流体的混合具有局限性，易形成死角，并需要对转速有严格的控制，否则剪切力过大易造成生物膜的脱落；磁力搅拌只适用小型MABR，不适用于处理量大的装置；氮气或空气喷射器需要设备专用配件，成本较高。
发明内容：
本发明针对现有技术膜结构不合理，仅适用单一操作，料液混合装置存在缺陷、成本较高等问题，提供一种优化的膜结构，既适用于连续操作又适用于进行间歇操作，能够实现平推流及全混流的一体式无泡曝气膜生物反应器。
本发明的技术解决方案是：一种一体式无泡曝气膜生物反应器，设有生化反应器，在生化反应器内竖直安放有中空纤维帘式膜，在中空纤维帘式膜的上下两端分别用树脂固定于单通PVC管的侧壁内，中空纤维帘式膜下端的PVC管与进气管连接，中空纤维帘式膜上端的PVC管与排气管连接，进气管通过空气转子流量计与空气压缩机连接，排气管通过气体微调阀通至空气中。所述的中空纤维帘式膜最好采用疏水性聚偏氟乙烯材质。
本一体式无泡曝气膜生物反应器，设有进料箱，进料箱通过污水输送管路与生化反应器下部连通，污水输送管路上设有增压泵。
本一体式无泡曝气膜生物反应器，在生化反应器底部设有水泵，水泵与外侧循环管路连接，外侧循环管路连通至中空纤维帘式膜的上方，外侧循环管路上设有节流阀。水泵可以设置在生化反应器内部也可也设在其外部，最好是选用放置在生化反应器内部的潜水泵。
所述的外侧循环管路位于中空纤维帘式膜上方的末端最好设置有两分支回流管，这两分支回流管位于中空纤维帘式膜的两侧。
所述的生化反应器的顶端设置有溢流堰，溢流堰外设有溢流槽，溢流槽底部设有出水管路及取样阀。
所述污水输送管路及外侧循环管路上最好设有液体转子流量计。
本发明具有以下的优点：
一、无泡曝气生物膜采用中空纤维帘式膜结构，保证氧气利用率接近百分之百，气体由一端PVC管持续通入膜内腔，一部分气体被生物膜消耗，剩余部分气体从另一端的PVC管排出，空气由空气压缩机从中空纤维帘式膜下端导入，在中空纤维膜管腔内流动，在膜两侧氧分压差的推动下，管腔内的氧透过膜壁或膜壁上的微孔直接扩散进入管外生物膜，极大提高了传氧效率，满足了微生物氧化降解有机污染物耗氧需求，并且可以通过排气管后的气体微调阀，可以有效稳定的控制气体压力和流速，方便准确控制曝气量。
二、采用疏水性聚偏氟乙烯材质的中空纤维膜作为生物载体可以形成稳定的生物膜，可以在保证生物量的同时降低MLSS浓度。
三、选择潜水泵进行水力搅拌，使得一体式无泡曝气膜生物反应器中混合液呈紊流状态，并且由于其具有自吸功能，生化器内料液混合均匀，外侧循环管路形成空气与水流的逆向流动，增大了传质效率并且方便操作便于调节流速。
四、在生化反应器下部进水，通过节流阀控制外侧循环管路的循环流量，可以实现平推流操作和全混流操作，为基础实验研究创造条件。
五、膜组件上方的循环管分为两个支路，将回流的污泥由中心引到生化反应器内的两侧，借助生化反应器器壁的反冲，大大减少了潜水泵带来的水力剪切力，利于生物膜的附着。
六、一体式无泡曝气膜生物反应器采用溢流出水，不存在二沉池，实现了水力停留时间(HRT)和污泥停留时间(SRT)的分离，使运行条件更加灵活控制，并减少了抽吸泵带来的能耗。
七、一体式无泡曝气膜生物反应器可以实现间歇和连续操作，为基础实验的研究提供方便，可以满足不同实验的要求，节约成本。
附图说明：
图1是本发明的结构示意图。
图中：进料箱1、增压泵2、空气压缩机3、液体转子流量计4、空气转子流量计5、生化反应器6、中空纤维帘式膜7、潜水泵8、节流阀9、液体转子流量计10、外侧循环管路11、截止阀12、溢流堰13、溢流水槽14、循环管15、气体微调阀16。
具体实施方式
处理污水量按照140L/d计，COD浓度为800mg/L。
实施例1：
参照图1，一种一体式无泡曝气膜生物反应器，设有生化反应器6，在生化反应器6内竖直安放有中空纤维帘式膜7，中空纤维帘式膜7采用疏水性聚偏氟乙烯材质。在中空纤维帘式膜7的上下两端分别用树脂固定于单通PVC管的侧壁内，中空纤维帘式膜7下端的PVC管与进气管连接，中空纤维帘式膜7上端的PVC管与排气管连接，进气管通过空气转子流量计5与空气压缩机3连接，排气管通过气体微调阀16通至空气中。
本仪器设有进料箱1，进料箱1通过污水输送管路与生化反应器6下部连通，污水输送管路上设有增压泵2及液体转子流量计4。生化反应器6的顶端设置有溢流堰13，溢流堰13外设有溢流槽14，溢流槽14底部设有出水管路及取样阀12。
实施例1所述的仪器仅能实现物料的平推流操作。
实施例2：
如图1所示，其他如实施例1所述，仅是在生化反应器6底部还设有潜水泵8，潜水泵8与外侧循环管路11连接，外侧循环管路11连通至中空纤维帘式膜7的上方，外侧循环管路11上设有节流阀9及液体转子流量计10。外侧循环管路11位于中空纤维帘式膜7上方的末端设置有两分支回流管15，这两分支回流管15位于中空纤维帘式膜7的两侧。
实施例2所述的仪器可以同时实现物料的的平推流操作及全混流操作。
工作过程如下：污水通过增压泵2，由进料箱1向生化反应器6内进料，通过液体转子流量计4控制进料时间，在流速为60L/h下，进料20min，通过溢流堰12溢流排水，进料结束后，关闭增压泵2，空气从中空纤维帘式膜7下端导入，通过调节气体微调阀16，控制气体压力和气体流速，通过微生物的新陈代谢作用使污水得到净化。位于生化反应器6底部的潜水泵8与外侧循环管路11、循环管15，形成空气和水流的逆向流动，并使得生化反应器6内的污泥达到全混流状态，通过节流阀9控制循环流量，从而通过改变因素测试污水的处理效率。循环管15使回流的污泥由中心引到生化反应器内的两侧，借助生化反应器器壁的反冲，减少水力剪切力，为生物膜附着提供良好的条件。
Claims (8)
1.一种一体式无泡曝气膜生物反应器，设有生化反应器(6)，其特征在于：在生化反应器(6)内竖直安放有中空纤维帘式膜(7)，在中空纤维帘式膜(7)的上下两端分别用树脂固定于单通PVC管的侧壁内，中空纤维帘式膜(7)下端的PVC管与进气管连接，中空纤维帘式膜(7)上端的PVC管与排气管连接，进气管通过空气转子流量计(5)与空气压缩机(3)连接，排气管通过气体微调阀(16)通至空气中。
2.根据权利要求1所述的一体式无泡曝气膜生物反应器，其特征在于：所述的中空纤维帘式膜(7)采用疏水性聚偏氟乙烯材质。
3.根据权利要求1所述的一体式无泡曝气膜生物反应器，其特征在于：设有进料箱(1)，进料箱(1)通过污水输送管路与生化反应器(6)下部连通，污水输送管路上设有增压泵(2)。
4.根据权利要求1所述的一体式无泡曝气膜生物反应器，其特征在于：在生化反应器(6)底部设有水泵(8)，水泵(8)与外侧循环管路(11)连接，外侧循环管路(11)连通至中空纤维帘式膜(7)的上方，外侧循环管路(11)上设有节流阀(9)。
5.根据权利要求4所述的一体式无泡曝气膜生物反应器，其特征在于：所述的外侧循环管路(11)位于中空纤维帘式膜(7)上方的末端设置有两分支回流管(15)，这两分支回流管(15)位于中空纤维帘式膜(7)的两侧。
6.根据权利要求1所述的一体式无泡曝气膜生物反应器，其特征在于：所述的生化反应器(6)的顶端设置有溢流堰(13)，溢流堰(13)外设有溢流槽(14)，溢流槽(14)底部设有出水管路及取样阀(12)。
7.根据权利要求3所述的一体式无泡曝气膜生物反应器，其特征在于：所述的污水输送管路上设有液体转子流量计(4)。
8.根据权利要求4所述的一体式无泡曝气膜生物反应器，其特征在于：所述的外侧循环管路(11)上设有液体转子流量计(10)。
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