CN102557332B - 推流循环微泡及表面曝气膜生物反应器 - Google Patents

Abstract

一种推流循环微泡及表面曝气膜生物反应器，主要构成为：一池体，其内部空间由一隔墙分成膜池和生化池两部分；膜池内安装有膜组件，膜组件沿水流方向水平布设，膜组件上的膜丝沿水平方向安装，膜组件集水管位于水面之下；膜组件由膜丝、膜组件集水管和膜组件支撑管组成，每根膜丝均与膜组件集水管连通，通过膜组件集水管的出水嘴与集水支管相连，并汇聚至集水干管；推流装置安装在膜组件的一端或池体内部的转弯处，该推流装置的水流方向为水平方向；在膜组件远离推流装置端设置有微孔曝气管，对远离推流装置端的膜组件进行曝气；该池体位于生化池的一侧设置有原水管和污泥排放管。

Description

推流循环微泡及表面曝气膜生物反应器

技术领域

本发明属于膜分离技术应用技术领域，特别涉及一种分置式低能耗的推流循环微泡及表面曝气膜生物反应器工艺。

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(CAS)中的二沉池进行固液分离，能够高效截流污染物。该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(可参考文献：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。虽然，解决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，已取得较大进展，但是，MBR运行能耗高仍解决的不理想，运行能耗高仍是阻碍其普及应用的一个制约瓶颈，阻碍着市场规模化应用。因为能耗消耗的是资源、财富和用户利益，增加的环境污染和碳排放量。

目前市场上应用较多的、公知的膜生物反应器技术主要有浸没分体式和浸没式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.Recent advances in membrane bioreactor technology for wastewater treatmentin China[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效率较高的技术和措施。但通过研究表明，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，膜生物反应器技术处理污水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措施。若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、措施和方法。

推流循环在氧化沟技术中是主要应用的技术，但是在膜生物反应器中用于对膜的表面冲洗未见有研究和应用报道。为了对膜表面进行冲洗，反应器内混合液应具有一定循环流速。在同等处理水量下，为了实现所需流速，推流器消耗功率远低于鼓风机。当前市场上的潜水推进器厂商不仅可以提供各种型号的推进器，还能根据水力运行参数来计算所需的推进动力，从而选定合适的推进器。

有关技术可参考以下文献：

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

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微泡及表面曝气膜生物反应器工艺，以期解决和克服膜生物反应器曝气冲刷膜表面的高能耗和氧利用率较低的问题。

为实现上述目的，本发明提供的推流循环微泡及表面曝气膜生物反应器，主要构成为：

一上端敞开的池体，其内部空间由一隔墙分成膜池和生化池两部分，隔墙高于该池体内的水面；

膜池内安装有膜组件，膜组件沿水流方向水平布设，膜组件上的膜丝沿水平方向安装，与水流方向相同，膜组件集水管位于水面之下；

膜组件由膜丝、膜组件集水管和膜组件支撑管组成，每根膜丝均与膜组件集水管连通，通过膜组件集水管的出水嘴与集水支管相连，并汇聚至集水干管；

一推流装置，安装在膜组件的一端或池体内的转弯处，该推流装置的推流方向为水平方向；

在膜组件远离推流装置端设置有微孔曝气管，对远离推流装置端的膜组件进行曝气；

该池体位于生化池的一侧设置有原水管和污泥排放管；

由推流装置的水平推动作用下，生化池的水流入膜池内，并经过膜池组件再流进生化池，形成循环。

所述的推流循环微泡及表面曝气膜生物反应器，其中推流装置为潜水泵或潜水推进器；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。

所述的推流循环微泡及表面曝气膜生物反应器，其中生化池内远离原水管和污泥排放管池的一侧设有导流板。

所述的推流循环微泡及表面曝气膜生物反应器，其中膜组件的膜丝为聚偏氟乙烯材料制成的有机多孔膜材料。

所述的推流循环微泡及表面曝气膜生物反应器，其中微孔曝气管连接一鼓风机。

所述的推流循环微泡及表面曝气膜生物反应器，其中膜组件集水管设置于水面之下0至25cm的水中。

所述的推流循环微泡及表面曝气膜生物反应器，其中隔墙高于该池体内的水面0至25cm。

所述的推流循环微泡及表面曝气膜生物反应器，其中池体内的曝气是通过大气复氧进行表面曝气，结合微孔曝气共同为池体供氧，整个池体上端自由水面与大气连通，并保持通风良好。

本发明的推流循环微泡及表面曝气膜生物反应器具有如下特点：

1)利用推流装置进行循环，循环能耗低；循环水量安全性高，循环量大；

2)膜组件及膜丝水平安装，利用推流装置的水力循环形成一定的膜面错流速度，保证对膜表面的全方位冲刷，有效防治膜污染；

3)推流装置直接安装在池内，无需阀门和阀门井，减低了设备和材料的消耗，减少了建设费用，工程投资省；

4)充分利用自由水面进行表面曝气，采用充氧效率高的微孔曝气方式，极大提高了充氧效率，降低了曝气能耗，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平面示意图。

图2为本发明的推流循环微泡及表面曝气膜生物反应器所用膜组件的放大示意图。

图3为本发明所述推流装置的示意图；其中(a)为潜水推进器，(b)为潜水泵。

附图中主要组件标号说明：

1-池体，2-推流装置，3-隔墙，4-导流板，5-膜池，6-生化池，7-膜组件，8-膜组件支架，9-集水干管，10-集水支管，11-清水压力表，12-抽吸泵，13-清水管，14-原水管，15-污泥排放管，16-鼓风机，17-空气管，18-微孔曝气管，19-膜丝，20-膜组件集水管，21-膜组件集水管出水嘴，22-膜组件支撑管。

具体实施方式

本发明的推流循环微泡及表面曝气膜生物反应器工艺，提高了在活性污泥法膜生物反应器中曝气效率，采用表面曝气充氧和微泡曝气相结合的方法，可将氧的利用率提高自3％至20％。从而成倍降低风机规模。风机规模得降低，将使得膜生物反应器中气水混合流的流速达不到膜冲洗得要求。这时需要采用效率较高的推流器驱动产生水流冲洗膜组件并且实现反应器中的活性污泥混合流的循环和活性污泥的悬浮。

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。本发明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。

本发明利用水面曝气和微泡曝气结合的方法，有效降低传统处理方法中的曝气量，提高氧利用率，保证反应器内溶解氧浓度，维持反应器有效运行。在膜生物反应器内安装推流装置，使混合液充分紊动，有利于水体混匀，进行表面复氧；同时，能在膜表面形成错流速度对膜进行冲刷，有效防治减缓膜污染。该发明的设备简单，易于调节操作参数、实现自控，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。

本发明的推流循环微泡及表面曝气膜生物反应器，主要构成请参阅图1。

反应器为一池体1，该池体1的内部由一堵隔墙3分隔成一膜池5和一生化池6，隔墙3顶部高于膜池5和生化池6的池水液面0至25cm；推流装置2安装于膜池5的一端；在膜组件7远离推流装置2一端设置微孔曝气管18，进行局部曝气；膜池5和生化池6上部不设盖板，与大气连通；膜池5内池水或污泥混合液中装有膜组件7，如图2所示的膜组件7沿水流方向水平布设，膜丝19沿水平方向安装，膜组件集水管20设置在水面之下0至25cm水层中。

膜组件的结构请参阅图2所示，膜组件7由膜丝19、膜组件集水管20和膜组件支撑管22组成，每根膜丝19均与膜组件集水管20连通，通过膜组件集水管出水嘴21与集水支管10相连，并汇聚至集水干管9，膜组件7安装并固定在膜组件支架8上；

工作时，在推流装置2的水平推动作用下，膜池5的水流经过膜组件7沿着导流板4流进生化池6，形成跑道型水力循环；在远离推流装置2段，鼓风机16对微孔曝气管18供气，微孔曝气管18产生大量微小空气泡，对膜组件7进行擦洗，并为混合液提供氧气；

本发明的推流装置2在形式上可为普通工业应用上的潜水推进器(图3a所示)或各类潜水泵(图3b所示)，图1是以潜水推进器为例。

在推流装置2停止运行时，膜池5的静水位同生化池6的静水位平齐，膜池5的底部与生化池6底部平齐。

本发明的工作原理是：在膜池5和生化池6组成的跑道型循环流道中，由于推流装置2的推动作用，膜池5内混合液可获得一个水平方向的速度，并沿着池体方向前行，穿过膜组件7，在水平放置的膜丝19表面形成一定错流速度，对膜表面形成良好的冲刷作用，有效减缓与防治膜污染；

安装在膜池5内的推流装置2在推动叶轮后方液体前行时，会在叶轮后方形成短暂真空，从而将生化池6内的混合液携裹进膜池5，形成水力循环。推流装置全程的扬程近乎为零，其能耗仅仅近似为叶轮所克服液体摩擦阻力；

反应器上部开口与大气连通，有利于混合液进行大气复氧，整个反应器内混合液通过水力循环，形成剧烈紊流，有利于底层缺氧混合液与上层富氧混合液的交换混匀，保证反应器内维持一定的溶解氧浓度，降低了鼓风机的工作强度，节省了鼓风机的能耗；

针对膜池5内远离推流装置2端的混合液流速可能存在一定衰减的问题，在膜池5内远离推流装置2的一端安装微孔曝气管18，不仅可以大大提高供氧效率，维持反应器内充足的溶解氧浓度，降低鼓风机的能耗，同时，微小气泡还可以辅助擦洗膜丝表面，弥补流速衰减导致的冲刷强度降低的问题，减缓了膜丝表面的污染物沉积现象，确保了远离推流装置2端膜组件的污染防治。

在实际操作时，经预处理过的污水经原水管14进入生化池6，生化池6内有活性污泥混合液，并通过隔墙3与膜池5组成跑道型循环回路；膜池5内安装推流装置2与膜组件7；两池内混合液通过推流装置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，同时对膜组件7进行冲刷；鼓风机16通过空气管17对微孔曝气管18进行供气，产生的微小空气泡，对远离推流装置2段的膜组件7进行擦洗，并为混合液提供氧气；清水通过膜组件7上方的水位与清水管13出水口处的水位差和抽吸泵12的抽吸作用，自膜组件7的膜丝19经膜组件集水管20上的集水嘴21进入集水支管10，汇集到集水干管9，再经清水压力表11流至清水管13。生化池6中的污泥经污泥排放管15排出反应器池体。

Claims (10)

1.一种推流循环微泡及表面曝气膜生物反应器，主要构成为：

一上端敞开的池体，其内部空间由一隔墙分成膜池和生化池两部分，隔墙高于该池体内的水面；

膜池内安装有膜组件，膜组件沿水流方向水平布设，膜组件上的膜丝沿水平方向安装，与水流方向相同，膜组件集水管位于水面之下；

一推流装置，安装在膜组件的一端或池体内部的转弯处，该推流装置的水流方向为水平方向；

在膜组件远离推流装置端设置有微孔曝气管，对远离推流装置端的膜组件进行曝气；

该池体位于生化池的一侧设置有原水管和污泥排放管；

由推流装置的水平推动作用下，生化池的水流入膜池内，并经过膜池组件再流进生化池形成水流循环。

2.根据权利要求1所述的推流循环微泡及表面曝气膜生物反应器，其中，膜组件由膜丝、膜组件集水管和膜组件支撑管组成，每根膜丝均与膜组件集水管连通，通过膜组件集水管的出水嘴与集水支管相连，并汇聚至集水干管。

3.根据权利要求1所述的推流循环微泡及表面曝气膜生物反应器，其中，推流装置为潜水推进器或潜水泵。

4.根据权利要求3所述的推流循环微泡及表面曝气膜生物反应器，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。

5.根据权利要求1所述的推流循环微泡及表面曝气膜生物反应器，其中，生化池内远离原水管和污泥排放管的一侧设有导流板。

6.根据权利要求1所述的推流循环微泡及表面曝气膜生物反应器，其中，膜组件的膜丝为聚偏氟乙烯材料制成的有机多孔膜材料。

7.根据权利要求1所述的推流循环微泡及表面曝气膜生物反应器，其中，微孔曝气管连接一鼓风机。

8.根据权利要求1所述的推流循环微泡及表面曝气膜生物反应器，其中，膜组件集水管设置于水面之下0至25cm的水中。

9.根据权利要求1所述的推流循环微泡及表面曝气膜生物反应器，其中，隔墙高于该反应器内的水面0至25cm。

10.根据权利要求1所述的推流循环微泡及表面曝气膜生物反应器，其中，池体内的曝气是通过大气复氧进行表面曝气，结合微孔曝气共同为池体供氧，整个池体上端自由水面与大气连通，并保持通风良好。

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