CN102580544A - 高通量抗污染型平板膜组器及平板mbr装置 - Google Patents
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Abstract
高通量抗污染型平板膜组器及平板MBR装置。平板膜组器包括曝气箱，曝气箱设有用于向曝气箱内供给气体的曝气管，曝气管的一端延伸到曝气箱内；至少两个膜箱，至少两个膜箱沿上下方向叠置在曝气箱上，相邻两个膜箱彼此相连且曝气箱与最下面的一个膜箱相连，膜箱包括框架和彼此间隔地设在框架内的多个平板膜元件，每个平板膜元件内限定有净水空间且每个平板膜元件设有与净水空间连通的产水管；和至少两个集水管，至少两个集水管分别与至少两个膜箱一一对应，每个集水管与对应的一个膜箱内的多个平板膜元件的产水管相连。根据本发明的高通量抗污染型平板膜组器，通量大，抗污染性能好，使用寿命长，成本低。
Description
技术领域
本发明属于环保技术领域，尤其是涉及一种高通量抗污染型平板膜组器以及具有该平板膜组器的平板MBR装置。
背景技术
作为膜分离与生物技术有机结合的污水处理新工艺，膜生物反应器(MBR)由于其出水水质优良稳定，装置占地面积小等显著优点，使其在城市污水和工业废水处理和回用方面成为一种很有竞争力的选择，并在全球范围受到高度重视。MBR工艺作为一种高效的水处理技术，膜组器是MBR的核心部分。MBR正处于发展完善阶段，其自身仍存在一定缺陷需要进一步解决。目前，运行能耗高和膜污染问题是限制MBR工程应用的主要瓶颈。其中曝气能耗是决定MBR运行能耗的根本原因，其占整个运行能耗的80％以上。传统的MBR，在膜池内设置一个膜箱，在膜箱内的某个膜元件的膜损坏，则将损坏的膜元件取出更换，由于MBR的膜材料和其他组件的价格昂贵，导致成本增加，因此降低MBR的应用成本是研究的重要方向。同时，传统MBR的曝气管采用“U”型结构，曝气能耗高且存在曝气死角，导致部分污泥缺氧，影响生化处理效果，此外，传统的MBR的通量低，强度差、抗污染效果不佳。
发明内容
本发明旨在至少解决上述技术问题之一。
为此，本发明的一个目的在于提出一种高通量抗污染型平板膜组器，该平板膜组器运行通量高，可达到25-35L/m2.h；抗污染性能好，清洗周期可达到3到6个月；使用时可以降低成本。
本发明另一目的在于提出一种具有上述高通量抗污染型平板膜组器的平板MBR装置。
根据本发明第一方面实施例的高通量抗污染型平板膜组器，包括：曝气箱，所述曝气箱设有用于向曝气箱内供给气体的曝气管，所述曝气管的一端延伸到所述曝气箱内；至少两个膜箱，所述至少两个膜箱沿上下方向叠置在所述曝气箱上，相邻两个膜箱彼此相连且所述曝气箱与最下面的一个膜箱相连，所述膜箱包括框架和彼此间隔地设在所述框架内的多个平板膜元件，每个所述平板膜元件内限定有净水空间且每个所述平板膜元件设有与所述净水空间连通的产水管；和至少两个集水管，所述至少两个集水管分别与所述至少两个膜箱一一对应，每个所述集水管与对应的一个膜箱内的多个平板膜元件的产水管相连。
根据本发明实施例的高通量抗污染型平板膜组器，由于在曝气箱上叠置了至少两个膜箱，由此增加了平板膜元件的数量，在相同高度的前提下，减小了每个膜箱内的平板膜元件的膜的面积，当一个膜箱内的某个平板膜元件损坏更换时，减小了更换的膜面积，减低了成本。此外，通过叠置至少两个膜箱，可以节省空气用量30％，达到节约能耗的目的。
根据本发明实施例的高通量抗污染型平板膜组器，由于采用平板膜元件，因此在污水处理上具有易清洗、运行稳定的优点。并且平板膜结构牢固，能承受高压，组装及拆卸方便，平板膜在使用时不存在断丝的现象，清洗更方便，性价比高。
在本发明的一个实施例中，所述曝气箱与所述最下面的一个膜箱之间设有布气板。
在本发明的一个实施例中，所述曝气管伸入所述曝气箱的部分为具有多个分支管的鱼骨型结构且所述曝气管在所述分支管上设有多个分配口。
根据本发明的此实施例，曝气管优化设计，降低运行能耗30％以上。曝气管设计为鱼骨型，即在曝气管两边装有小的用于布气扩散的分支管，提高了曝气效率，节约曝气量，降低成本；同时采用射流曝气加大反应器内泥水混合程度，降低污染物质在膜表面的沉积，延缓膜污染的产生，提高反应器内氧的传质效率。鱼骨型曝气管，可均匀地为每片平板膜曝气，大大改善膜污染状况，提高曝气效率，还可降低曝气管成本。
在本发明的一个实施例中，所述平板膜元件通过设在所述框架上的插槽或轨道可拆卸地设在框架内。
在本发明的一个实施例中，所述平板膜元件的膜包括孔径为0.1-0.4μm或截留分子量为1000-200000道尔顿的亲水膜。
在本发明的一个实施例中，所述平板膜元件的膜由选自包括亲水改性聚偏氟乙烯、聚砜、聚醚砜、聚氯乙烯和聚四氟乙烯的组中的一种或多种制成。
根据本发明第二方面实施例的平板MBR装置包括：膜池；和高通量抗污染型平板膜组器，所述平板膜组器为根据本发明第一方面实施例所述的平板膜组器且设在所述膜池内；进水泵，所述进水泵与所述平板MBR装置的膜池相连以将污水输送到所述膜池内；出水泵，所述出水泵与所述产水管相连以将所述净水空间内的净水输出所述平板MBR装置；和清洗系统，所述清洗系统与所述产水管相连以向所述净水空间内供给清洗药液。
在本发明的一个实施例中，所述平板MBR装置还包括分别设在所述膜池内的高液位传感器，低液位传感器和保护液位传感器，所述低液位传感器位于所述高液位传感器下方且所述保护液位传感器位于所述低液位传感器下方，所述高液位传感器，低液位传感器和保护液位传感器分别与所述进水泵相连。
在本发明的一个实施例中，所述清洗系统包括：加药箱，所述加药箱用于存储清洗药液；和加药泵，所述加药泵分别与所述加药箱和所述产水管相连以将所述加药箱内的清洗药液输送到所述净水空间内。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是根据本发明实施例的平板MBR装置的示意图；
图2是根据本发明实施例的平板膜组器的示意图；
图3是根据本发明实施例的平板膜组器的平板膜元件的示意图；
图4是根据本发明实施例的平板膜组器的平板膜元件的局部剖切视图；和
图5是根据本发明实施例的平板膜组器的布气板的示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面参考图1-5描述根据本发明实施例的高通量抗污染型平板膜组器和具有它的平板MBR装置。
如图1所示，根据本发明实施例的平板MBR装置膜池1，高通量抗污染型平板膜组器，进水泵7，出水泵10，和清洗系统。
下面首先描述根据本发明实施例的平板MBR装置的平板膜组器。如图1-5所示，根据本发明实施例的平板膜组器包括曝气箱3，至少两个膜箱和分别与至少两个膜箱对应的至少两个集水管。在图1和2所示的示例中，示出了两个膜箱2A和2B，以及分别与膜箱2A和2B对应的两个集水管6A，6B，这仅仅是为了便于图示和描述方便，在下面的描述中，以平板膜组器具有两个膜箱2A和2B为例进行描述。可以理解的是，根据膜池1的深度和具体应用，平板膜组器可以具有任何多于两个的膜箱。
曝气箱3设在膜池1内且设有用于向曝气箱3内供给曝气用的气体的供气管4，曝气管4的一端延伸到曝气箱3内。两个膜箱2A和2B沿上下方向叠置在曝气箱3上，两个膜箱2A和2B彼此相连且曝气箱3与最下面的一个膜箱2B相连，例如通过螺栓15可拆卸地相连，由此从供气管4供给到曝气箱3内的气体向上依次进入膜箱2B和膜箱2A。
如图1和2所示，膜箱2A包括框架22A和彼此间隔地设在框架22A内的多个平板膜元件21A，平板膜元件21A内限定有净水空间且平板膜元件21A设有与净水空间连通的产水管213A。
集水管6A与膜箱2A内的多个平板膜元件21A的产水管213A相连，集水管6B与膜箱2B内的多个平板膜元件21B的产水管213B相连，以将净水空间内的净化后的水通过集水管6A，6B进行聚集和排出。
如图3和4所示，在本发明的一些实施例中，平板膜元件21A包括膜框211A和包裹在膜框211A上的膜212A，由此膜212A内部限定出净水空间。优选地在净水空间内设有导流板214A。净水空间连接有出水管213A，用于将经过膜212A过滤后的净水排出净水空间。优选地，每个平板膜元件21A的膜框211A上设有吊装提手215A，用于将平板膜元件21A装入或取出膜箱2A。
优选地，平板膜元件21A通过设在框架22A上的插槽或轨道(未示出)可拆卸地设在框架22A内，由此便于平板膜元件21A的安装和拆卸。
可以理解的是，膜箱2B与膜箱2A可以具有相同的结构，这里不再详细描述。
在本发明的一些实施例中，平板膜元件21A和21B的膜212A和212B为具有0.1-0.4μm的孔径或截留分子量为1000-200000道尔顿的亲水膜。例如，膜212A和212B可以由亲水改性的聚偏氟乙烯、聚砜、聚醚砜、聚氯乙烯和聚四氟乙烯制成。本申请的发明人发现，通过将膜212A和212B的孔径或截留分子量设在上述范围内，可以实现高通量和抗污染的性能，并且提高了膜的使用寿命。
如图1和图5所示，在本发明的一些实施例中，曝气箱3与最下面的膜箱2B之间设有布气板5，布气板5上分布有布气孔51，使气体更均匀地分布在膜箱2A，2B内，避免了膜箱2A，2B内的平板膜元件21A，21B的局部污染。
优选地，供气管4延伸到曝气箱3内的部分为鱼骨型结构，即在主曝气管上设有多个分支管，所述分支管上分别设有分配口，如图2所示，从而进一步提高气体的喷射效果，提高曝气效果，节省曝气量。
可以理解的是，进入膜池1的污水可以从膜箱2A顶部进入膜箱2A，然后进入膜箱2B，从曝气箱3向上依次进入膜箱2B和2A的气体使污水均匀分布到平板膜元件21A和21B内。需要说明的是，一部分污水也可以从侧面通过框架22A进入膜箱2A以及通过框架22B进入膜箱2B。
根据本发明实施例的高通量抗污染型平板膜组器，由于在曝气箱3上叠置了至少两个膜箱，由此增加了平板膜元件的数量，在相同高度的前提下，减小了每个膜箱内的平板膜元件的膜的面积，当一个膜箱内的某个平板膜元件损坏更换时，减小了更换的膜面积，减低了成本。此外，通过叠置至少两个膜箱，可以节省空气用量30％，达到节约能耗的目的。根据本发明实施例的高通量抗污染型平板膜组器运行通量高，可达到25-35L/m2.h；抗污染性能好，清洗周期可达到至少3到6个月；使用时可以降低成本。
根据本发明实施例的高通量抗污染型平板膜组器，由于采用平板膜元件，因此在污水处理上具有易清洗、运行稳定的优点。并且平板膜结构牢固，能承受高压，组装及拆卸方便，平板膜在使用时不存在断丝的现象，清洗更方便，性价比高。
而且，曝气管的设计使得曝气效果更好，节省曝气量，降低成本。
根据本发明实施例的高通量抗污染型平板膜组器，膜元件为平板式膜，采用孔径为0.1-0.4μm或截留分子量为1000-20000道尔顿的亲水膜，实现高通量及抗污染性能，使用寿命长。
根据本发明实施例的高通量抗污染型平板膜组器，在膜箱底部设置布气板，使气水混合液均匀喷射，有效控制了膜元件的局部污染。
如图1所示，根据本发明实施例的平板MBR装置，高通量抗污染型平板膜组器设在膜池1内且可以为根据上述任一实施例描述的平板膜组器。进水泵7与膜池1相连以将污水输送到膜池1内，这里相连应作广义理解，例如进水泵7的出水管可以从膜池顶部伸入到膜池1内即可。
出水泵10与产水管213A，213B相连以将每个平板膜元件的净水空间内的净水输出平板MBR装置，即输出膜池1。如图1和2所示，优选地，出水泵10通过集水管6A与膜箱2A内的所有与产水管213A相连，通过集水管6B与膜箱2B内的所有产水管213B相连。出水泵10优选为真空泵，并且进口出设有真空表14。
清洗系统与产水管213A和产水管213B相连以向平板膜元件21A，21B的净水空间内供给清洗药液。具体地，清洗系统包括加药箱8和加药泵9，加药箱8用于存储清洗药液。加药泵9分别与加药箱8和产水管213A和产水管213B相连以将加药箱8内的清洗药液输送到平板膜元件21A，21B的净水空间内，对平板膜元件21A，21B进行浸泡清洗。优选地，加药泵9分布通过集水管6A，6B与产水管213A和产水管213B相连，例如当出水泵10的抽吸压力大于25kPa时，清洗系统开启。
如图1所示，在本发明的一些实施例中，在膜池1内壁上分别设有高液位传感器11、低液位传感器12和保护液位传感器13，低液位传感器12位于高液位传感器11下方且保护液位传感器13位于低液位传感器12下方，高液位传感器11、低液位传感器12和保护液位传感器13分别与进水泵7和出水泵10相连。本领域的技术人员可以理解，高液位传感器11、低液位传感器12和保护液位传感器13可以通过控制器(未示出)与进水泵7相连，从而由高液位传感器11和低液位传感器12控制进水泵7的开停，当水位处于低液位传感器12检测的低液位时进水泵7启动开始进水，水位处于高液位传感器11检测的高液位时进水泵7停止进水。当液位到达保护液位传感器13时，出水泵10停止。
下面描述根据本发明实施例的平板MBR装置的操作。
如图1所示，污水经进水泵7打入膜池1中，与膜池1中的活性污泥混合后通过膜箱内的平板膜元件之间的空隙进入平板膜元件内。通过供气管4供给到曝气箱3中气体通过布气板5使污泥混合液均匀分布至平板膜元件内，对平板膜元件进行连续有效的空气冲刷和擦洗，平板膜元件的产水管经出水泵10抽吸出水，由真空表14监测抽吸压力，抽吸压力为-10kPa--25kPa，产水通量在25-35L/m2.h；当出水泵10抽吸压力大于25kPa时，关闭出水泵10，开启加药泵9，加药泵9通过自吸功能抽吸储存于加药箱8内的清洗药液，清洗药液可以依靠重力溢流进入平板膜元件，对平板膜元件浸泡清洗，浸泡4-6h后，开启出水泵10将清洗药液排出。当水位处于低液位传感器12检测的低液位时进水泵7启动开始进水，水位处于高液位传感器11检测的高液位时高液位时进水泵7停止进水。当液位到达保护液位传感器13时，整个平板MBR装置停止运行。
示例1
某小区生活污水，采用本发明的平板MBR装置对该污水进行处理，处理量5000吨/天，进水水质和出水水质如表1所示。平板MBR装置运行6个月，跨膜压差(TMP)由2kPa升至15kPa，膜压差上升平稳，平板MBR装置连续运行6个月未清洗。
表1处理前后水质
示例2
烟草污水处理与回用项目，处理量为2000m3/小时，原水CODcr为2000-4000mg/L，BOD为150-400mg/L，SS为200-450mg/L。经处理后，出水CODcr小于50mg/L，浊度小于1NTU。平板MBR装置运行一个月，跨膜压力(TMP)由8kPa升至12.6kPa，膜压差上升平稳，运行稳定。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
Claims (9)
1.一种高通量抗污染型平板膜组器，其特征在于，包括：
曝气箱，所述曝气箱设有用于向曝气箱内供给气体的曝气管，所述曝气管固定在曝气箱底部；
至少两个膜箱，所述至少两个膜箱沿上下方向叠置在所述曝气箱上，相邻两个膜箱彼此相连且所述曝气箱与最下面的一个膜箱相连，所述膜箱包括框架和彼此间隔地设在所述框架内的多个平板膜元件，每个所述平板膜元件内限定有净水空间且每个所述平板膜元件设有与所述净水空间连通的产水管；和
至少两个集水管，所述至少两个集水管分别与所述至少两个膜箱一一对应，每个所述集水管与对应的一个膜箱内的多个平板膜元件的产水管相连。
2.根据权利要求1所述的高通量抗污染型平板膜组器，其特征在于，所述曝气箱与所述最下面的一个膜箱之间设有布气板。
3.根据权利要求1所述的高通量抗污染型平板膜组器，其特征在于，所述曝气管伸入所述曝气箱的部分为具有多个分支管的鱼骨型结构且所述曝气管在所述分支管上设有多个分配口。
4.根据权利要求1所述的高通量抗污染型平板膜组器，其特征在于，所述平板膜元件通过设在所述框架上的插槽或轨道可拆卸地设在框架内。
5.根据权利要求1所述的高通量抗污染型平板膜组器，其特征在于，所述平板膜元件的膜包括孔径为0.1-0.4μm或截留分子量为1000-200000道尔顿的亲水膜。
6.根据权利要求1所述的高通量抗污染型平板膜组器，其特征在于，所述平板膜元件的膜由选自包括亲水改性聚偏氟乙烯、聚砜、聚醚砜、聚氯乙烯和聚四氟乙烯的中的一种或多种制成。
7.一种平板MBR装置，其特征在于，包括：
膜池；
高通量抗污染型平板膜组器，所述平板膜组器为根据权利要求1-6中任一项所述的平板膜组器且设在所述膜池内；
进水泵，所述进水泵与所述平板MBR装置的膜池相连以将污水输送到所述膜池内；
出水泵，所述出水泵与所述产水管相连以将所述净水空间内的净水输出所述平板MBR装置；和
清洗系统，所述清洗系统与所述产水管相连以向所述净水空间内供给清洗药液。
8.根据权利要求7所述的平板膜生物反应器装置，其特征在于，还包括分别设在所述膜池内的高液位传感器，低液位传感器和保护液位传感器，所述低液位传感器位于所述高液位传感器下方且所述保护液位传感器位于所述低液位传感器下方，所述高液位传感器，低液位传感器和保护液位传感器分别与所述进水泵相连。
9.根据权利要求7所述的平板膜生物反应器装置，其特征在于，所述清洗系统包括：
加药箱，所述加药箱用于存储清洗药液；和
加药泵，所述加药泵分别与所述加药箱和所述产水管相连以将所述加药箱内的清洗药液输送到所述净水空间内。
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