CN102557238A - 一种板式膜生物反应器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种板式膜生物反应器，所述的膜生物反应器内设有曝气装置和用于净化膜生物反应器内水体的膜板组件，所述曝气装置包括用于冲刷所述膜板组件的曝气管（2），所述曝气管（2）管壁上设有向所述膜板板面方向冲刷的曝气孔（21），当所述曝气装置曝气时，由所述曝气孔（21）喷出的气体形成直接作用于所述膜板板面的冲刷水流，至少一部分所述气流出口方向与被冲刷的膜板板面所形成的夹角大于0度小于等于90度。本发明解决了现有膜生物反应器的曝气管平行于膜板板面向上曝气，不能起到很好的冲刷膜板的作用。本发明适用于各种板式膜反应器的污水处理的场合。
Description
技术领域
本发明属于污水处理设备中的膜生物反应器技术领域，尤其涉及一种板式膜生物反应器。
背景技术
板式膜生物反应器是膜分离技术与生物技术的有机结合的一种新型水处理技术，现已经广泛用于环境工程中的水处理领域。板式膜生物反应器由于具有处理效率高，出水水质好，设备占地面积小等优点在市场上广泛应用。但是现有的膜生物反应器都存在运行一段时间后膜通量下降的问题，造成这一问题的原因是污水中的活性污泥以及分解或半分解废水中的油脂类成分形成的污染物对膜具有很强的吸附能力，膜反应器经过一段时间的运行后，膜表面形成污染层，膜通量逐渐下降，最终导致膜生物反应器失效。
当前，膜污染主要采用物理清洗和化学清洗的方法解决，化学清洗即向生物反应器内注入能够溶解污染物的化学药品，但是化学清洗要消耗化学药品，又会对水造成二次污染。物理清洗方法则以机械方法从膜表面上脱除污染物，大多以水在低压高速流下流经膜面，在水力对膜面形成的剪切力作用下，将膜面沉积物冲洗下来。物理方法冲洗因其无二次污染而得到广泛使用。但是现有通过物理方法进行冲洗的效果不理想，仍然存在着膜通量逐渐降低的问题。
中国专利CN100569666C公开一种冷轧含油废水膜生物反应器及其处理工艺，在反应器内部安置数个呈垂直向放置的板式膜组件，在反应器下部输入曝气或在反应器底部水平放置曝气装置。反应器在运行过程中曝气装置曝气，冷轧含油废水带动活性污泥混合液沿着膜透出水方向交叉垂直地在膜板间形成错流循环，对膜板进行冲刷，克服生化处理时产生的特殊膜污染问题。该发明有抗冲击负荷、出水水质稳定等优点，有助于剥离膜面上的沉积污垢。但是该曝气装置曝气方式为竖直向上平行于膜板板面的曝气方式，不能保证每个膜板都能得到充分的气体冲刷。气体利用率很低，只能加大气量和气压才能保证板式膜的膜通量稳定，防止形成污染层。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是现有技术中的板式膜生物反应器的膜通量随时间的增长而下降的技术问题，进而提供一种防止膜通量下降的板式膜生物反应器。
为实现上述目的，本发明提供了一种板式膜生物反应器，所述的膜生物反应器内设有曝气装置和用于净化膜生物反应器内水体的膜板组件，所述曝气装置包括用于冲刷所述膜板组件的曝气管，所述曝气管的管壁上设有向所述膜板板面方向冲刷的多个曝气孔，至少一部分所述曝气孔的气流出口方向与被冲刷的膜板板面所形成的夹角θ为：0o<θ≤90o，θ优选为20-80度。
相邻两膜板的板面之间设有所述曝气管，所述曝气管的轴线平行于所述膜板板面。
所述膜板组件上部设有用于改变所述曝气孔的气体的流向的挡板，所述挡板与所述膜板组件上表面有间隔。
相邻两膜板的板面之间设有所述曝气管，所述曝气管的轴线与所述膜板的上下端面平行，并与所述膜板的上下端面的距离相等。
所述曝气孔的气流出口方向与被冲刷的膜板板面所形成的夹角θ为：20o≤θ≤80o，所述夹角θ优选为30-60度，更优选为45度。
所述曝气孔的孔密度沿所述曝气管内气体流动方向逐渐增加。
所述曝气管设置于相邻所述膜板之间且其管壁底部与所述膜组件下端面平齐，所述曝气管连通气体发生装置；
所述曝气管的上侧管壁上沿其长度方向上均匀开设有两排曝气孔，所述气流出口方向与被冲刷的膜板板面所形成的夹角θ为：30o≤θ≤60o，优选为40-50度，更优选为45度。
所述曝气孔的孔径沿所述曝气管内气体流动方向逐渐增加。
所述膜板为砂基过滤膜板，所述砂基过滤膜板为多层膜围成的带有空腔的长方形膜板，所述膜板上开设至少一个出水口，所述出水口与所述空腔连通；
所述多层膜包括至少一层透水性支撑体层和过滤层，所述支撑体层和过滤层紧密贴合；
所述透水性支撑体层和过滤层分别为由含有硅砂的多孔材料形成的微孔结构，所述透水性支撑体层的微孔直径大于过滤层的微孔直径。
所述过滤层的微孔直径为0.05-0.5微米，所述透水性支撑体层的微孔直径为10-200微米。
所述膜板组件的左右两侧间隔一定距离分别设有砂基板，所述砂基板为透水性支撑体层制成长方形板。
所述砂基板与其相邻的膜板之间设有所述曝气管，所述曝气管的管壁上开设有数个曝气孔，所述气流出口方向与被冲刷的膜板板面所形成的夹角θ为：0o<θ≤90o。
所述膜生物反应器还包括用于放置所述膜板组件的膜支架；
所述膜板支架置于所述膜生物反应器底部，其上表面距所述膜生物反应器底部距离至少为30cm。
所述膜板组件的上表面低于所述膜生物反应器的污水上表面距离至少为30cm。
所述膜板组件的两侧设有用于支撑所述挡板的挡板支撑架，所述挡板通过所述挡板支撑架固定于所述膜板支架上。
本发明具有如下优点：
本发明的膜生物反应器采用在膜板之间放置曝气管，曝气管上开设曝气孔，曝气孔的曝气方向与膜板呈一定角度的方式冲刷膜板上的污染层，相比于现有技术中垂直向上曝气的方式冲刷，冲刷效果明显，防止了膜板上的污染层的形成。
进一步的，本发明在所述膜板上端相隔一定距离设有用于改变所述曝气孔的气体的流向的挡板，可以使气体形成自旋回流的方式流动，气体的利用率大大提高。
更优选的，本发明的曝气管设置于膜板板面之间，距膜板上下两端面距离相同的位置，所述曝气孔开设在所述曝气管的周向上任何位置。这样可以使曝气孔的冲刷更加有效，同时降低制造曝气孔的工艺难度。
申请人采用实施例2所述的膜生物反应器进行膜通量实验验证，采用了上述技术方案的膜生物反应器经过一段时间的运行，相对于垂直曝气的板式膜生物反应器来说，其膜通量基本保持不变。
具体实验条件为：
30min反冲1min的水反冲实验：
膜板体积：150*150*30 mm3 个数：3；
曝气管径：10mm
曝气孔径：0.1-0.3mm
工艺运行条件：
进水COD：300mg/L；氨氮：30mg/L；pH 7.2；
容积负荷：1.0~1.2kgCOD/m3*天；水力停留时间 6~8小时；污泥浓度：8000~10000mg/L；
实验结果：
出水COD≤20mg/L；氨氮：未检出；pH7.0~7.4之间；浊度＜1NTU；
膜通量变化曲线如图8所示，通过图表可以看出，加入该曝气装置的膜生物反应器相对于垂直曝气以及未加入曝气装置的膜生物反应器来说，其膜通量比较稳定。
附图说明
图1为本发明的膜生物反应器总体图；
图2为该膜生物反应器膜组件及曝气部分的俯视图；
图3为加入砂基板的膜生物反应器总体图；
图4为加入砂基板的膜生物反应器膜组件及曝气部分的俯视图；
图5为曝气管置于底部的膜生物反应器主视图；
图6为带有不规则曝气孔的膜生物反应器俯视图；
图7为带有第二曝气孔的膜生物反应器俯视图；
图8为本发明膜生物反应器的膜通量实验数据表。
图中附图标记表示为：
1-膜板 2-曝气管 3-砂基板 4-挡板 5-挡板支撑板 6-膜支架 7-气体发生装置 11-出水口 21-曝气孔 。
具体实施方式
以下将结合附图，使用以下实施例对本发明进行进一步阐述。
实施例1
本发明公开的板式膜生物反应器如图1、图2所示，包括膜支架6，所述膜支架6置于所述膜生物反应器底部，并距膜生物反应器底部40cm；膜板组件，竖直放置于膜支架6上，与反应器底部的污泥相对分开。所述膜板组件包括数个规则排列的膜板1，相邻所述膜板1之间留有间距，所述膜板组件的上端面与膜生物反应器的污水上表面距离40cm，以保证过滤效果。还包括曝气装置，所述曝气装置包括置于相邻所述膜板之间的曝气管2，所述曝气管2的轴线与所述膜板1的上下端面平行。所述曝气管2连通气体发生装置7；本实施例所述的气体发生装置7为曝气泵。
所述曝气管2的管壁周向上开设有数个不规则排列的孔径大小不同的曝气孔21，所述曝气孔21用于冲刷膜板上污染层以及曝气作用。所述曝气装置进行曝气时，由所述曝气孔21喷出的气体形成直接作用于所述膜板板面的冲刷水流，所述曝气孔21的的气流出口方向与所述膜板板面之间的夹角为1-90度。
所述膜板组件上部设有用于改变所述曝气孔21的气体的流向的挡板4，所述挡板4与所述模板组件上表面有间隔。所述膜板组件的两侧设有用于支撑所述挡板4的挡板支撑架5，所述挡板4通过所述挡板支撑架5固定于所述膜生物反应器上。
所述曝气孔21的孔径沿所述曝气管2内气体流动方向逐渐增加；所述曝气孔21的孔数沿所述曝气管2内气体流动方向逐渐增加，以保证沿所述曝气管轴向上曝气孔排出的气体流量相对均匀。
所述膜板1为砂基过滤膜板，所述砂基过滤膜板为多层膜围成的带有空腔的长方形膜板，所述膜板1上开设至少一个出水口，所述出水口与空腔连通；所述膜板1将所述膜生物反应器内分成了膜板1外部的污水区与膜板1内空腔的净水区。
所述多层膜包括至少一层透水性支撑体层和过滤层，所述支撑体层和过滤层紧密贴合；
所述透水性支撑体层和过滤层分别为由含有硅砂的多孔材料形成的微孔结构，所述透水性支撑体层的微孔直径大于过滤层的微孔直径。
所述过滤层的微孔直径为0.05-0.5微米，所述透水性支撑体层的微孔直径为10-200微米。
实施例2
本实施例为本发明的另一种实施方式，如图3、图4所示，包括膜支架6，所述膜支架6置于所述膜生物反应器底部并距膜生物反应器底部30cm；膜板组件，竖直放置于膜支架6上，与反应器底部的污泥相对分开。所述膜板组件包括数个规则排列的膜板1，相邻所述膜板1之间留有间距，所述膜板组件的上端面与膜生物反应器的污水上表面距离30cm，以保证过滤效果。还包括曝气装置，所述曝气装置包括置于相邻所述膜板之间且底部与所述膜板底面平齐的曝气管2，所述曝气管2连通气体发生装置7；本实施例所述的气体发生装置为曝气泵。
所述曝气管2的上侧管壁上均匀开设有两排曝气孔21，由所述曝气孔21喷出的气体形成直接作用于所述膜板板面的冲刷水流，所述曝气孔21的气流出口方向与相邻两个膜板板面之间的夹角为45度。
所述曝气管2上曝气孔21的孔径沿所述曝气管2内气体流动方向逐渐增加。所述曝气孔21用于冲刷膜板上污染层以及曝气作用。
所述膜板组件上部设有用于改变所述曝气孔2的气体的流向的挡板4，所述挡板4与所述模板组件上表面有间隔。所述膜板组件的两侧设有用于支撑所述挡板4的挡板支撑架5，所述挡板4通过所述挡板支撑架5固定于所述膜生物反应器上。
所述曝气孔21的孔径沿所述曝气管2内气体流动方向逐渐增加；以保证沿所述曝气管轴向上曝气孔排出的气体流量相对均匀。
所述膜板1为砂基过滤膜板，所述砂基过滤膜板为多层膜围成的带有空腔的长方形膜板，所述膜板1上开设至少一个出水口，所述出水口与空腔连通；
所述多层膜包括至少一层透水性支撑体层和过滤层，所述支撑体层和过滤层紧密贴合；
所述透水性支撑体层和过滤层分别为由含有硅砂的多孔材料形成的微孔结构，所述透水性支撑体层的微孔直径大于过滤层的微孔直径。
所述过滤层的微孔直径为0.05-0.5微米，所述透水性支撑体层的微孔直径为10-200微米。
所述膜板组件的左右两侧间隔一定距离分别设有砂基板3，所述砂基板3为透水性支撑体层制成长方形板。
所述砂基板3与其相邻的膜板1之间设有所述曝气管2，所述曝气管2的管壁上开设有数个曝气孔21，所述气流出口方向同被冲刷的膜板板面所形成的夹角θ为：0o<θ≤90o。
实施例3
本实施例为该板式膜生物反应器的另一种实施方式，如图5所示。本实施例的结构与实施例1所述的结构大体一致，区别点在于所述曝气管以及曝气管上的曝气孔的位置。具体为：
所述曝气管2置于相邻所述膜板之间，其轴线与所述膜板1的上下端面平行，并与所述膜板1的上下端面的距离相等。所述曝气管2的上侧管壁上开设有数个不规则排列的孔径大小不同的曝气孔21，由所述曝气孔21喷出的气体形成直接作用于所述膜板板面的冲刷水流，所述曝气孔21的气流出口方向与所述膜板板面之间的夹角为20-80度。
所述曝气孔21的孔径沿所述曝气管21内气体流动方向逐渐增加；所述曝气孔21的孔密度沿所述曝气管2内气体流动方向逐渐增加，以保证沿所述曝气管轴向上曝气孔排出的气体流量相对均匀。
实施例4
本实施例为该板式膜生物反应器的另一种实施方式，如图6所示。本实施例的结构除曝气孔21的设置位置外与实施例2的结构大体一致，具体为：
所述曝气管2的上侧管壁上开设有数个不规则排列的孔径大小不同的曝气孔21，所述曝气孔21的气流出口方向与所述膜板板面之间的夹角为30-60度。
所述曝气孔21的孔径沿所述曝气管2内气体流动方向逐渐增加；所述曝气孔2的孔密度沿所述曝气管21内气体流动方向逐渐增加，以保证沿所述曝气管轴向上曝气孔排出的气体流量相对均匀。
实施例5
本实施例的板式膜生物反应器除曝气孔的设置位置不同外与实施例2的结构一致。具体为：
所述曝气管2的上侧管壁上均匀开设有两排曝气孔21，所述曝气孔21的气流出口方向与相邻两个膜板板面之间的夹角为30度。
所述曝气孔21的孔径沿所述曝气管2内气体流动方向逐渐增加；所述曝气孔2的孔密度沿所述曝气管21内气体流动方向逐渐增加，以保证沿所述曝气管轴向上曝气孔排出的气体流量相对均匀。
实施例6
本实施例的板式膜生物反应器除曝气孔的设置位置不同外与实施例2的结构一致。具体为：
所述曝气管2的上侧管壁上均匀开设有两排曝气孔21，所述曝气孔21的气流出口方向与相邻两个膜板板面之间的夹角为60度。
所述曝气孔21的孔径沿所述曝气管2内气体流动方向逐渐增加；所述曝气孔2的孔密度沿所述曝气管21内气体流动方向逐渐增加，以保证沿所述曝气管轴向上曝气孔排出的气体流量相对均匀。
实施例7
本实施例的板式膜生物反应器除曝气孔的设置位置不同外与实施例2的结构一致，如图7所示。具体为：
所述曝气管2的上侧管壁上开设有三排曝气孔21， 其中两排所述曝气孔21的气流出口方向与相邻两个膜板板面之间的夹角为50度和40度，还有一排与所述膜板板面平行的曝气孔21。
所述曝气孔21的孔径沿所述曝气管2内气体流动方向逐渐增加；所述曝气孔2的孔密度沿所述曝气管21内气体流动方向逐渐增加，以保证沿所述曝气管轴向上曝气孔排出的气体流量相对均匀。
虽然本发明已经通过具体实施方式对其进行了详细阐述，但是，本领域普通技术人员应该明白，在此基础上所做出的未超出权利要求保护范围的任何形式和细节的变化，均属于本发明所要保护的范围。
Claims (12)
1.一种板式膜生物反应器，所述的膜生物反应器内设有曝气装置和用于净化膜生物反应器内水体的膜板组件，所述曝气装置包括用于冲刷所述膜板组件的曝气管（2），其特征在于：
所述曝气管（2）的管壁上设有向所述膜板板面方向冲刷的多个曝气孔（21），至少一部分所述曝气孔（21）的气流出口方向与被冲刷的膜板板面所形成的夹角θ为：0o<θ≤90o。
2.根据权利要求1所述的板式膜生物反应器，其特征在于：
相邻两膜板（1）的板面之间设有所述曝气管（2），所述曝气管（2）的轴线平行于所述膜板板面。
3.根据权利要求1或2所述的板式膜生物反应器，其特征在于：
所述膜板组件上部设有用于改变所述曝气孔（21）的气体的流向的挡板（4），所述挡板（4）与所述膜板组件上表面有间隔。
4.根据权利要求1所述的板式膜生物反应器，其特征在于：
相邻两膜板（1）的板面之间设有所述曝气管（2），所述曝气管（2）的轴线与所述膜板（1）的上下端面平行，并与所述膜板（1）的上下端面的距离相等。
5.根据权利要求1或2或4所述的板式膜生物反应器，其特征在于：
所述曝气孔（21）的气流出口方向与被冲刷的膜板板面所形成的夹角θ为：20o≤θ≤80o；
所述曝气孔（21）的孔密度沿所述曝气管（2）内气体流动方向逐渐增加，所述曝气孔（21）的孔径沿所述曝气管（2）内气体流动方向逐渐增加。
6.根据权利要求2所述的板式膜生物反应器，其特征在于：
所述曝气管（2）设置于相邻所述膜板（1）之间且其管壁底部与所述膜组件下端面平齐，所述曝气管（2）连通气体发生装置（7）；
所述曝气管（2）的上侧管壁上沿其长度方向上均匀开设有两排曝气孔（21），所述气流出口方向与被冲刷的膜板板面所形成的夹角θ为：30o≤θ≤60o；
所述曝气孔（21）的孔径沿所述曝气管（2）内气体流动方向逐渐增加。
7.根据权利要求1-6所述的板式膜生物反应器，其特征在于：
所述膜板（1）为砂基过滤膜板，所述砂基过滤膜板为多层膜围成的带有空腔的长方形膜板，所述膜板（1）上开设至少一个出水口，所述出水口与所述空腔连通；
所述多层膜包括至少一层透水性支撑体层和过滤层，所述支撑体层和过滤层紧密贴合；
所述透水性支撑体层和过滤层分别为由含有硅砂的多孔材料形成的微孔结构，所述透水性支撑体层的微孔直径大于过滤层的微孔直径。
8.根据权利要求7所述的板式膜生物反应器，其特征在于：
所述过滤层的微孔直径为0.05-0.5微米，所述透水性支撑体层的微孔直径为10-200微米。
9.根据权利要求8所述的板式膜生物反应器，其特征在于：
所述膜板组件的左右两侧间隔一定距离分别设有砂基板（3），所述砂基板（3）为透水性支撑体层制成长方形板。
10.根据权利要求9所述的板式膜生物反应器，其特征在于：
所述砂基板（3）与其相邻的膜板（1）之间设有所述曝气管（2），所述曝气管（2）的管壁上开设有数个曝气孔（21），所述气流出口方向与被冲刷的膜板板面所形成的夹角θ为：0o<θ≤90o。
11.根据权利要求1-10任一所述的板式膜生物反应器，其特征在于：
所述膜生物反应器还包括用于放置所述膜板组件的膜支架（6）；
所述膜板支架（6）置于所述膜生物反应器底部，其上表面距所述膜生物反应器底部距离至少为30cm。
12.根据权利要求1-11任一所述的板式膜生物反应器，其特征在于：
所述膜板组件的两侧设有用于支撑所述挡板（4）的挡板支撑架（5），所述挡板（4）通过所述挡板支撑架（5）固定于所述膜板支架（6）上。
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