CN102531159B - 一种推流循环表面及微泡曝气膜生物反应器 - Google Patents

Abstract

一种推流循环表面及微泡曝气膜生物反应器：一生化池中安装有膜单元，该膜单元由至少一个膜组器组成，膜组器的膜支架上安装有多个膜元件；膜单元的一端安装有推流器，膜组器为水平安装，与推流器产生的水流方向一致，以冲洗膜组器的膜元件，防止膜表面的污染；膜组器下方设置有给生化池供氧的第一微孔曝气管组和第二微孔曝气管组，该第一微孔曝气管组和第二微孔曝气管组连接一鼓气管；位于生化池安装有推流器一端设置有进气管和排污管。本发明克服了公知技术中为充氧、缓解膜污染而采用过量曝气能耗较高的问题，使膜生物反应器水处理和废水技术更加高效、经济，建设与运行成本均能大幅降低，能更好的应用于水处理领域，具有更广泛的应用前景。

Description

一种推流循环表面及微泡曝气膜生物反应器

技术领域

本发明属于膜分离技术应用技术领域，特别涉及一种低运行能耗的推流循环表面及微泡曝气膜生物反应器技术。

背景技术

膜生物反应器(Membrane Bioreactor，简称MBR)是将生物技术和膜分离技术相结合的一种生化水处理技术，用膜过滤单元取代传统活性污泥法(Conventional activated sludge，CAS)中的二沉池进行固液分离，能够高效截流污染物。MBR技术的相关研究已逾30年，商业应用也有20年的历史。

膜生物反应器技术具有固液分离效率高、出水水质良好、抗冲击负荷能力强、污泥产率低、占地面积小、易于全自动控制等优势(郑祥，魏源送，樊耀波，刘俊新.膜生物反应器在我国的研究进展[J].给水排水.2002，28(2)：105-110)。因此，该技术日益内受到重视，被认为是最具有前景的污水处理和回用技术之一，在各种类型的污水处理中得到了愈来愈多的研究和应用。

但是，目前在处理同比污水时，公知膜生物反应器技术仍存在运行能耗较常规活性污泥法技术高的问题。解决MBR运行能耗高的问题一直是膜生物反应器研究的热点问题和热点研究方向。虽然，在降低MBR运行能耗高问题方面已取得较大进展，但是MBR运行能耗高仍是阻碍其普及应用的瓶颈，阻碍着市场规模化应用，因为能耗就是资源、财富和用户利益的损失，就是环境污染和碳排放量的增加。

目前市场上应用较多的膜生物反应器技术主要有浸没分体式和浸没一体式膜生物反应器技术。这些技术利用鼓风曝气产生的气水混合流对膜组件进行表面冲洗，达到控制膜污染的作用。据统计，MBR中70％的能耗都在曝气冲刷上(Xia HUANG，Kang XIAO，Yuexiao SHEN.Recentadvances in membrane bioreactor technology for wastewater treatment inChina[J].Front.Environ.Sci.Engin.China 2010，4(3)：245-271；樊耀波.分体式膜生物反应器：中国，01123900.X[P].2001-8-13；樊耀波.一体式膜生物反应器：中国，ZL01120691.8[P].2001-8-13)。利用鼓风曝气即为微生物供氧、保持器内混合液处于悬浮状态，又用来对膜进行膜的冲洗一直以来被学界认为是一种一举两得效率较高的技术和措施。但研究表明，鼓气产生气水混合流的效率较低，据参考文献及实际工程中曝气产生水流效率的计算，其效率一般在16％-20％(姜乃昌，陈锦章.水泵及水泵站[M].北京：中国建筑工业出版社，1980：93-104)。

由上述分析可知，膜生物反应器技术污水处理能耗的一个主要原因是，在控制膜污染时，采用了效率较低的膜表面冲洗机制。若要取得低的膜生物反应器运行能耗，就需要找到高效的膜表面冲洗机制和方法。

为此，本发明提出一种新型推流循环表面及微泡曝气膜生物反应器工艺。为了提高膜生物反应器的曝气效率，需要采用表面曝气充氧和微泡曝气相结合的方法，可使氧的传质系数由3％提高至20～30％，从而成倍降低鼓风机规模和功率。风机风量的降低，将使膜生物反应器气水混合流的流速不能满足膜冲洗要求。这时需要采用效率较高的推流器来驱动水流进行膜组件冲洗，并实现反应器中活性污泥混合液的循环及活性污泥的悬浮。

用推流循环对膜生物反应器中的膜表面进行冲洗未见有研究和应用报道。当前市场上有多种潜水推流器，厂商不仅可以提供各种推流器的型号，还能根据水力运行参数选定合适的推流器。有关技术内容可参阅以下资料：

http://www.itt.com.cn/jiejue-lt-chanpinfuwu-dsj.；

http://www.ittwww.com/mixer；

http://mst.njut.edu.cn/chinese/mst/peiyang.html，2006，2，15；郑祥等。膜生物反应器的技术经济分析；给水排水，28(3)，2002：105-108。

发明内容

本发明的目的在于提供一种推流循环表面及微泡曝气膜生物反应器，以期解决和克服传统膜生物反应器氧高能耗的问题。

为实现上述目的，本发明提供的推流循环表面及微泡曝气膜生物反应器，主要构成为：

一生化池，该生化池中安装有膜单元，该膜单元由至少一个膜组器组成，膜组器的膜支架上安装有多个膜元件；

膜单元的一端安装有推流器，膜组器为水平安装，与推流器产生的水流方向一致，以冲洗膜组器的膜元件，防止膜表面的污染；

膜组器下方设置有给生化池供氧的第一微孔曝气管组和第二微孔曝气管组，该第一微孔曝气管组和第二微孔曝气管组连接一鼓气管；

位于生化池安装有推流器一端设置有进气管和排污管。

所述的推流循环表面及微泡曝气膜生物反应器，其中膜元件与集水支管相连并汇聚至集水干管。

所述的推流循环表面及微泡曝气膜生物反应器，其中生化池为两端圆弧形的长方形或方形。

所述的推流循环表面及微泡曝气膜生物反应器，其中第一微孔曝气管组连接一第一阀门，第二微孔曝气管组连接一第二阀门，由第一控制阀门和第二控制阀门分别控制第一微孔曝气管组和第二微孔曝气管组进行曝气。

所述的推流循环表面及微泡曝气膜生物反应器，其中膜组器安置在生化池的水面之下。

所述的推流循环表面及微泡曝气膜生物反应器，其中推流器为潜水推进器或潜水泵，潜水推进器的推流方向为水平方向，潜水泵的吸水与出水方向均为水平方向。

本发明具有如下特点：

1、利用推流器进行水力循环，循环量大，循环能耗低；

2、膜组器水平安装，利用推流器形成的水力循环在膜面错流速度，保证对膜表面的全方位冲刷，有效防治膜污染；

3、与常规风机系统相比，推流装置直接安装在池内，设备简单，省材料，省工程投资；

4、利用自由水面进行表面曝气和采用充氧效率高的微孔曝气方式，成倍提高了充氧效率，降低了鼓曝气能耗，运行成本大幅降低；

5、容易实现大规模膜生物反应器水处理系统和成套设备的建设，并实现全自动控制。

附图说明

图1为本发明的推流循环微泡及表面曝气膜生物反应器的平面示意图。

图1中主要组件标号说明：

生化池1，推流器2，膜元件3，膜支架4，集水支管5，集水干管6，抽吸泵7，出水管8，第一微孔曝气器9-1，第二微孔曝气器9-2，鼓风机10，鼓气管11，膜组器12，排泥管13，进水管14，膜单元15，第一阀门16，第二阀门17。

具体实施方式

本发明提供的推流循环表面及微泡曝气膜生物反应器，利用鼓风机和微泡曝气器件(如微泡曝气管、微泡曝气盘或透气膜)，提高氧利用率，在保证反应器内溶解氧浓度，维持反应器有效运行的条件下，有效降低膜生物反应器中的曝气量，减低风机的功率，节省能耗；同时在膜生物反应器内安装推流器，在膜表面形成错流速度，达到对膜进行冲洗、混合液均匀混合、混合液推流循环和表面复氧的目的；混合液的推流循环和表面复氧可进一步减低风机的功率、减少能耗。为了能够对膜丝进行全方位的冲洗，膜丝安装方向也改变为水平式，与水流方向一致，这种与推流循环相结合的，膜组件安装方式的膜生物反应器也未见有研究和应用报道。

本发明实现了膜的冲洗和为生物供氧的较好分离，利于在反应器中建立兼氧区和好氧区，兼氧区和好氧区的往复循环，使该工艺具有了良好的脱氮功能和作用。

以下结合附图对本发明的推流循环表面及微泡曝气膜生物反应器作详细说明。

请参阅图1，为本发明推流循环表面及微泡曝气膜生物反应器的平面视图。

本发明的反应器为一长方形或方形其的生化池1，为满足混合液流场流畅，生化池1两端为圆弧形。生化池1中安装有膜单元15，膜单元15由一个或多个膜组器12组成；膜组器12由膜支架4上安装有一定数量的膜元件3组成；在膜单元的一端安装有推流器2，其产生的液流用以冲洗膜组器2的膜元件3，用以防止膜表面的污染。在膜组器12下方设置第一微孔曝气管组9-1和第二微孔曝气管组9-2进行曝气，主要作用是给生化池1供氧，同时对曝气上方的膜元件3具有补充冲洗作用。由于微孔曝气氧传质效率较高的作用，在不需要所有的微孔曝气管组同时工作时，第一微孔曝气管组9-1和第二微孔曝气管组9-2可以通过第一阀门16和第二控制阀门17按程序循序工作，既达到了减少不需要的风量、减小风机规格、节能又达到有效清洗膜表面的作用。生化池1上部不设盖板，与大气连通；膜组器12刚好淹没在水面之下0至25cm水层中。

由于第一微孔曝气管组9-1和第二微孔曝气管组9-2的作用，鼓风机10的功率将成倍的减小。又由于推流器2的机械效率一般为鼓风机系统产生气水混合流效率的一倍，机械效率由鼓风机系统的30％提高至推流器2的50-70％。因此，推流循环微泡及表面曝气膜生物反应器，在同种污水处理时，运行能耗经测算可降低约50％。

本发明的推流器2可为普通工业应用上的潜水推流器或各类潜水泵；微孔曝气管组的微孔曝气管为市场上可以购置的设备。

经预处理过的污水经进水管14进入生化池1，生化池1内有活性污泥混合液，生化池1内安装推流器2与膜组器12；两池内混合液通过推流器2在水平方向上的推动作用，形成水力循环，并在这一循环过程中得到表面曝气充氧，同时对膜组器12进行水力冲刷；鼓风机10通过空气管11、经第一阀门16或第二阀门17对第一微孔曝气管组9-1或第二微孔曝气管组9-2进行供气，产生的微小空气泡为混合液提供氧气，同时对其上方的膜组器12具有补充冲洗作用；清水通过膜组器12上方的水位与出水管8出水口处的水位差及抽吸泵7的抽吸作用，自膜组器12上的膜元件3，经集水支管5汇聚到集水干管6，经出水管8出水，生化池1中的污泥从排泥管13排出。

Claims (7)

1.一种推流循环表面及微泡曝气膜生物反应器，主要构成为：

一生化池，该生化池中安装有膜单元，该膜单元由至少一个膜组器组成，膜组器的膜支架上安装有多个膜元件；

膜单元的一端安装有推流器，膜组器为水平安装，与推流器产生的水流方向一致，以冲洗膜组器的膜元件，防止膜表面的污染；

膜组器下方设置有给生化池供氧的第一微孔曝气管组和第二微孔曝气管组，该第一微孔曝气管组和第二微孔曝气管组连接一鼓气管；

位于生化池安装有推流器一端设置有进气管和排污管。

2.根据权利要求1所述的推流循环表面及微泡曝气膜生物反应器，其中，膜元件与集水支管相连并汇聚至集水干管。

3.根据权利要求1所述的推流循环表面及微泡曝气膜生物反应器，其中，生化池为两端圆弧形的长方形。

4.根据权利要求1所述的推流循环表面及微泡曝气膜生物反应器，其中，第一微孔曝气管组连接一第一阀门，第二微孔曝气管组连接一第二阀门，由第一控制阀门和第二控制阀门分别控制第一微孔曝气管组和第二微孔曝气管组进行曝气。

5.根据权利要求1所述的推流循环表面及微泡曝气膜生物反应器，其中，膜组器安置在生化池的水面之下。

6.根据权利要求1所述的推流循环表面及微泡曝气膜生物反应器，其中，推流器为潜水推进器或潜水泵。

7.根据权利要求6所述的推流循环表面及微泡曝气膜生物反应器，其中，潜水推进器的推流方向为水平方向，潜水泵的吸水与出水方向均为水平方向。