CN102653420B - Mbr平板膜组件曝气装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种MBR平板膜组件曝气装置，其包括一与一气源连通的中心管以及多个与该中心管连通的支管，每个支管均开设有多个出气孔，该些支管均直接连通于该中心管的侧下部、并均在同一平面内水平延伸，每个支管上的该些出气孔均匀分布，该中心管内设有一将该中心管的内部隔离为对称的两半的封闭片，该封闭片的延伸平面与该些支管的延伸平面相垂直，该些支管两两关于该封闭片对称。本发明能够大幅地降低MBR平板膜组件曝气装置的安装水平度要求，并且能够实现较高的曝气均匀性，还能够显著地降低MBR平板膜组件所需的曝气量，降低MBR系统的运行成本。

Description

MBR平板膜组件曝气装置

技术领域

本发明涉及一种曝气装置，特别是涉及一种MBR(MembraneBioreactor，膜生物反应器)平板膜组件曝气装置。

背景技术

膜生物反应器是一种将高效膜分离技术与传统生物法相结合的新型高效的污水处理工艺，是一项环境工程污水治理、并实现污水资源化的最新技术，可广泛应用于市政污水和多种有机工业废水的处理。

MBR工艺的关键部件是膜组件，而曝气则是MBR设计和运行中最重要的参数。在整个MBR工艺过程中，生物处理、污泥搅拌和膜冲刷均需要曝气。一般而言，用于生物处理的曝气装置通常采用微孔曝气器，它产生的细小气泡能够提高氧的传递率；而污泥搅拌和膜冲刷则通常采用穿孔式的曝气装置。穿孔曝气放出的气泡能够提升污水处理反应池中的污泥混合液，使其通过膜组件通道，这些气泡还可以诱导产生液流紊动和瞬时切向剪切力，膜表面的切向剪切力可以阻止较大的颗粒物在膜表面沉积，起到冲刷膜表面的作用，从而减缓膜污染、增强膜的渗透性。

由此可见，曝气装置对于膜生物反应器的运行而言是至关重要的。

平板膜组件所需要的曝气量通常高于中空纤维组件所需要的曝气量。大量研究证实，当曝气量低于某一临界值时，膜通量会随曝气量的增加呈粗略的线性增加趋势，而当曝气量超过该临界值后，膜通量便不会再进一步增加。实际上，当曝气量(特别是进气速度)超过该临界值后，膜生物反应器的运行条件便是次优化的，剧烈曝气可能会破坏絮体结构，减少絮体尺寸，并使污泥中的微生物的EPS(胞外聚合物)释放到膜生物反应器中。

另外，曝气所需的功耗是整个MBR运行成本的主要部分，目前业内对商业化MBR系统的许多改进便都是以降低曝气量、同时维持膜的透水率为目的而开展的。由于曝气会显著影响系统功耗，因此一个重要的参数便是比曝气需求量，其单位是Nm³(空气)/m³(出水)，这是一个用于表征曝气效率的无量纲指标。未来的改善措施是否能够进一步地降低运行成本，是MBR系统供应商最为关心的问题。

由此可见，在选定了曝气装置之后，为该曝气装置选择一个合适的曝气量参数，对于膜生物反应器的运行而言同样是至关重要的。

综上所述，为MBR平板膜组件选用合适的曝气装置，并为该曝气装置选择合适的曝气量，将能够使整个MBR系统达到运行稳定、节省功耗的效果。

在现有的MBR系统中，通常需要提供一个完整的曝气系统，用于产生平板膜组件所需要的大气泡曝气。该曝气系统中首先需要配置一气源，该气源的供气量应当能够满足整个MBR系统的大气泡曝气以及微孔曝气所需的总气量。该气源的供气通过中央总管输送至用于进入各平板膜组件的中央分管，各中央分管则用于进一步将供气输送至设于各平板膜组件的气体扩散室下部的曝气装置，其中，该气体扩散室是为了防止气泡在通过膜组件之前逃逸而设置的一个具有一定高度且四周封闭的腔室，也称为曝气扩散箱。

穿孔式的曝气装置需要安装于平板膜组件的底部，为膜组件曝气并提供生化反应所需要的氧气。业内先是提出了以下这种曝气装置：其由一水平安装的大致呈U形的管道构成，该管道的两段直管均在管壁的侧下部开设有多个孔径为5mm或6mm的出气孔，该管道通过连接件(包括法兰以及阀门等等)与中央分管连通。这样的曝气装置目前仍在许多工程中采用。但是这种曝气装置的缺陷却是比较明显的：一，曝气的均匀性不足；二，无法实现对出气孔中可能残留的污泥的有效冲洗，因此难以保持该曝气系统的通畅运行，进而影响整个MBR系统的长期稳定运行。

为了解决上述问题，其后，由日本久保田株式会社提出了另一种曝气装置。该曝气装置的俯视图如图1所示，其包括一中心管1’以及多个支管2’。图2所示为沿该中心管1’的横截面方向观察时、并且在该中心管1’预备与一支管2’进行连接时的结构示意图，该中心管1’的管壁底部均匀地设有多个第一通孔11’，每个支管2’均包括一弧形卡扣21’、一直管22’以及一横管23’，该直管22’向上穿出该弧形卡扣21’的底面，并在顶端开设有一第二通孔24’。在连接该中心管1’与一支管2’时，先将该中心管1’的一第一通孔11’与该支管2’的第二通孔24’对准，然后利用该弧形卡扣21’将该支管2’卡扣于该中心管1’上，此时该直管22’的顶端将插入该中心管1’的内部，并且保证该中心管1’与该支管2’的横管23’均水平延伸、但延伸方向相互垂直；依此类推，在该中心管1’的每个第一通孔11’处均安装一支管2’，并且保证所有的支管2’的横管23’均在同一平面内水平延伸。每个支管2’的横管23’的两个末端均开口(图中未示)，并且在横管23’的管壁顶部共开设有8个孔径均为4mm的出气孔25’，并且在该中心管1’的两侧各均匀地分布有4个该出气孔25’。该中心管1’通过连接件与中央分管连通，而每个支管2’则通过第一通孔11’及第二通孔24’与该中心管1’连通，由此供气便可以从每个横管23’末端的开口以及各出气孔25’处散出，从而实现曝气。

上述的曝气装置具有曝气均匀性较佳，并且能够实现污泥冲刷的优点。在清洗时，只需打开连接于中央总管末端的阀门，污泥和空气便会快速地从横管23’的末端开口以及横管23’顶部的出气孔流回反应器中，从而清除曝气装置内部的污泥，以免曝气系统堵塞。

然而，该曝气装置虽然技术先进，但是它也存在着一些不足的方面。首先，该曝气装置中的各横管23’在安装时对水平度的要求非常高。通过对该曝气装置的运行状况进行试验观察发现，该曝气装置在实际使用时，其横管23’的两个末端之间的水平倾斜差不能超过3mm，一旦达到3mm，如果总曝气量较小，则此时同一横管23’的位于该中心管1’两侧的部分的出气量就会出现严重差异，位置较高的一侧的出气量将会明显大于位置较低的一侧的出气量，横管23’的位置较低的一个末端开口甚至会出现排不出空气的现象，这将导致用于对膜组件中的膜板表面滤膜进行冲刷的气液流分布不均匀，从而使得滤膜的运行状况出现异常。在水平倾斜差达到3mm的情况下，只有加大曝气量至10升/分·片时，横管23’的位于该中心管1’两侧的部分的出气才能够比较均匀，但是曝气量的增大对减少运行成本显然是很不利的。此外，由于出气孔25’仅均匀地分布在横管23’的位于该中心管1’两侧的部分上，而在横管23’的中央位置处却并没有设置出气孔，这将导致MBR污泥反应池中平板膜组件上端膜板的中间部位的气液流强度小于膜板两侧分布有横管23’的区域中的气液流强度，曝气均匀性不佳。另外，由于一般的平板膜组件的宽度都在500mm左右，而该曝气装置中的每个横管23’的总长度却仅为320mm左右，这又将导致MBR污泥反应池中平板膜组件两侧边缘的气液流强度小于膜板中间部位的气液流强度，曝气均匀性也较差。

因此，开发设计出一种既能够保留污泥冲洗功能，又能够降低曝气装置对安装水平度的要求、从而降低曝气量、降低整个MBR系统的运行成本，还能够提高曝气均匀性的曝气装置，显然是一项极有意义的工作。

发明内容

本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中的曝气装置对安装水平度要求极高且曝气均匀性不佳的缺陷，提供一种既保留了污泥冲洗功能，又大幅地降低了安装水平度要求并且曝气均匀性较高的MBR平板膜组件曝气装置。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：一种MBR平板膜组件曝气装置，其包括一与一气源连通的中心管以及多个与该中心管连通的支管，每个支管均开设有多个出气孔，其特点在于，该些支管均直接连通于该中心管的侧下部、并均在同一平面内水平延伸，每个支管上的该些出气孔均匀分布，该中心管内设有一将该中心管的内部隔离为对称的两半的封闭片，该封闭片的延伸平面与该些支管的延伸平面相垂直，该些支管两两关于该封闭片对称。

较佳地，每个支管的最靠近该中心管的一个出气孔的孔径大于该支管的其余出气孔的孔径。

较佳地，每个支管的最靠近该中心管的一个出气孔的孔径为5mm～7mm，该支管的其余出气孔的孔径均为3mm～5mm。

较佳地，每个支管的最靠近该中心管的一个出气孔的孔径为6mm，该支管的其余出气孔的孔径均为4mm。

较佳地，每一对关于该封闭片对称的支管的总长度为360mm～400mm。

较佳地，每一对关于该封闭片对称的支管的总长度为380mm。

较佳地，每个支管上的出气孔的数量为5个。

较佳地，该中心管是分段成型的。

较佳地，该中心管的每一分段均连通有两对关于该封闭片对称的支管。

较佳地，该中心管与该些支管的材料均为工程塑料。

较佳地，该中心管与该些支管的材料均为ABS或UPVC。

本发明的积极进步效果在于：在保留了与日本久保田株式会社提出的曝气装置性能完全一致的污泥冲洗功能的前提下，本发明的该MBR平板膜组件曝气装置将安装水平度要求降低到了现有要求的一半，换言之，即使该曝气装置在安装时使得其中心管两侧的对称支管之间产生了一定的水平倾斜差，该水平倾斜差也不会再像现有技术中那样导致对称支管的出气量之间出现严重差异，而是可以在曝气量较小的条件下，仍然保持对称支管的出气量大致平衡。较小的曝气量将有助于降低整个MBR系统的运行成本，而对称支管的出气量的平衡将能够在该曝气装置的实际安装未能严格保证支管水平的情况下尽可能地改善曝气的均匀性，由此提升整个MBR系统的运行性能。另外，本发明还对支管上的出气孔的设置进行了改进，由此使得MBR污泥反应池中平板膜组件上端膜板的中间部位的气液流强度与膜板两侧分布有支管的区域中的气液流强度大致平衡；另外，本发明还加长了对称支管的总长度，从而提高了平板膜组件整体的曝气均匀性，进一步提升了MBR系统的运行性能。

附图说明

图1为现有的一种曝气装置的俯视图。

图2为图1所示的该曝气装置从其中心管的横截面方向观察时、并在该中心管准备与支管进行连接时的结构示意图。

图3为本发明的该MBR平板膜组件曝气装置的俯视图。

图4为本发明的该MBR平板膜组件曝气装置的侧视图。

图5为本发明的该MBR平板膜组件曝气装置从其中心管的横截面方向观察时的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图给出本发明较佳实施例，以详细说明本发明的技术方案。

如图3-5所示，本发明的该MBR平板膜组件曝气装置与背景技术部分中所述的日本久保田株式会社提出的曝气装置的基本结构比较类似，即，本发明的该曝气装置同样包括一与一气源连通的中心管1，以及多个与该中心管1连通的、在管壁顶部开设有多个出气孔、并在相对于该中心管1较远的末端开口的支管2，并且在实际使用时，该中心管1与该多个支管2均是水平安装的，但该中心管1与该多个支管2的延伸方向相互垂直，且该多个支管2均在同一个平面内水平延伸。但除此之外，本发明的该曝气装置还相对于日本久保田株式会社提出的曝气装置提出了多处重要的改进，以下一一进行说明。

为了解决现有的曝气装置对安装水平度过于灵敏的缺陷，本发明提出了在该中心管1的内部设置一封闭片11的方案。该封闭片11将该中心管1的内部空间隔离为完全对称的两半，并且该封闭片11的延伸平面与该些支管2的延伸平面相互垂直，也就是说，在安装状态下，该封闭片11是沿竖直方向的。

另外，由于该封闭片11的设计，在本发明中，该些支管2显然不可能再像现有技术中那样从该中心管1的一侧一直延伸到另一侧、并在该中心管1的底部与该中心管1实现连通。因此，在本发明中，参考图4和图5，每个支管2都仅在该中心管1的一侧延伸，并且均直接与该中心管1的管壁的侧下部连通，另外，该些支管2还两两关于该中心管1的该封闭片11对称分布。图5中示意性地绘出了该中心管1的横截面以及一对对称的支管2，由于该封闭片11的隔离作用，左侧的该支管2仅与该中心管1的左侧内部空间连通，而右侧的该支管2则仅与该中心管1的右侧内部空间连通。

在本发明中，该封闭片11的结构虽然微小，但是其却能够对解决现有曝气装置对安装水平度过于灵敏的技术问题起到四两拨千斤的重要作用。在来自气源的供气一路从中央总管进入中央分管、再进入该中心管1之后，便会在该封闭片11的隔离作用下分为两个均匀对称的气路，然后再分别进入到各个支管2中。当该曝气装置的安装出现了一定的水平倾斜差时，即图5中左右两侧的该两个支管未能保证严格水平时，尽管气体总是趋向于向水平位置更高的地方流动，但是由于该中心管1内的这两个气路的供气量是严格相等的，因此在该封闭片11的隔离之下，总会有等量的气体分别进入到左侧和右侧的支管2中。在这种情况下，尽管在左侧支管的内部以及右侧支管的内部仍然会受到水平倾斜差的影响，即在每侧的支管2上仍然会出现位置较高的出气孔和/或末端开口的出气量稍大，而位置较低的出气孔和/或末端开口的出气量稍小的现象，但是由于本发明中的每个支管2的长度远远小于现有技术中的支管2’的长度，因此水平倾斜差对每个支管2上的各出气孔以及末端开口的出气量的影响也要微弱得多，而总观一对对称的支管2，它们的出气量却可以始终保持在非常平衡的状态。

通过大量的反复实验已经验证：在本发明中，当一对对称支管2的末端之间的水平倾斜差高达6mm时，该两个支管2上的各出气孔以及各自的末端开口的出气量却仍然能够保持相互平衡并且较为均匀的状态，这已经实现了将现有曝气装置的安装水平度要求降低至少一半的目的，这对降低整个MBR系统的运行成本以及提升整个MBR系统的运行性能都将起到至关重要的作用。

另外，由于对于一对对称的支管2而言，其各自的出气孔均分布在该中心管1的两侧，而在对应于该中心管1的位置处却缺少分布，因此，在本发明中，较佳地将每个支管2上最靠近该中心管的一个出气孔21a的孔径设计为大于其余的各出气孔21b的孔径。例如，可以将每个支管2的最靠近该中心管1的一个出气孔21a的孔径设计为5mm～7mm，最佳地为6mm，而将其余出气孔21b的孔径均设计为3mm～5mm，最佳地为4mm。这将能够有效地改善平板膜组件的中间部位的气液流强度与膜板两侧分布有支管的区域中的气液流强度之间的差异，提高曝气均匀性。

另外，为了进一步地提高曝气的均匀性，针对一般的平板膜组件的500mm左右的宽度，本发明将一对对称支管2的总长度较佳地设计为360mm～400mm，最佳地为380mm，这一数值相对于现有支管的总长度320mm而言有了很大的提升，这将能够改善平板膜组件两侧边缘未分布有支管的区域中的气液流强度与膜板两侧分布有支管的区域中的气液流强度之间的差异，进一步地提高曝气均匀性。

针对每对对称支管的总长度的增加，每个支管2上的出气孔的数量也最好相应增加，以进一步地提高曝气均匀性，因此在本发明中，可以在每个支管2上均匀地设置5个出气孔。

另外，由于本发明在该中心管1中增设了该封闭片11，这会增加该中心管1的加工难度，因此该中心管1较佳地采取分段注塑成型的方式进行加工，而每个分段的长度则较佳地为适合连通两对对称的支管为宜，由多个分段再粘结成完整的该中心管1，其中，在图3中示意性地用虚线表示出了两个分段之间的粘结位置。

该中心管1与该些支管2的材料均可以采用工程塑料，例如ABS(丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物)或UPVC(硬聚氯乙烯)等等，以便采用专用于ABS或UPVC的粘结剂对该中心管1的分段进行连接粘结。

综上所述，本发明的该MBR平板膜组件曝气装置的安装水平度要求降低至了现有要求的一半，使当曝气量为8升/片·分时，即使一对对称支管的两个末端之间的水平倾斜差达到了6mm，本发明的该曝气装置也仍然能够保证出气均匀。此时，从水面上观察，该曝气装置排气所产生的气液流十分均匀地通过膜组件内各膜板间的通道，出现于膜板上方，其气泡将诱导产生液流紊动和瞬时切向剪切力，从而增强滤膜的渗透性，同时膜表面的切向剪切力还将阻止较大颗粒物在膜表面沉积，从而保证整个MBR系统长期稳定运行。这样，本发明的该曝气装置可将日本久保田株式会社的平板膜组件所要求的曝气量参数10～15升/片·分降低至本公司的平板膜组件所要求的曝气量参数8～12升/片·分，两者相比总曝气量减少了大约20％，从而使得整个MBR系统的总运行成本将可以下降15％。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (11)

1.一种MBR平板膜组件曝气装置，其包括一与一气源连通的中心管以及多个与该中心管连通的支管，每个支管均开设有多个出气孔，其特征在于，该些支管均直接连通于该中心管的侧下部、并均在同一平面内水平延伸，每个支管上的该些出气孔均匀分布，该中心管内设有一将该中心管的内部沿轴向隔离为对称的两半的封闭片，该封闭片的延伸平面与该些支管的延伸平面相垂直，该些支管两两关于该封闭片对称。

2.如权利要求1所述的MBR平板膜组件曝气装置，其特征在于，每个支管的最靠近该中心管的一个出气孔的孔径大于该支管的其余出气孔的孔径。

3.如权利要求1所述的MBR平板膜组件曝气装置，其特征在于，每个支管的最靠近该中心管的一个出气孔的孔径为5mm～7mm，该支管的其余出气孔的孔径均为3mm～5mm。

4.如权利要求1所述的MBR平板膜组件曝气装置，其特征在于，每个支管的最靠近该中心管的一个出气孔的孔径为6mm，该支管的其余出气孔的孔径均为4mm。

5.如权利要求1-4中任意一项所述的MBR平板膜组件曝气装置，其特征在于，每一对关于该封闭片对称的支管的总长度为360mm～400mm。

6.如权利要求1-4中任意一项所述的MBR平板膜组件曝气装置，其特征在于，每一对关于该封闭片对称的支管的总长度为380mm。

7.如权利要求5所述的MBR平板膜组件曝气装置，其特征在于，每个支管上的出气孔的数量为5个。

8.如权利要求5所述的MBR平板膜组件曝气装置，其特征在于，该中心管是分段成型的。

9.如权利要求8所述的MBR平板膜组件曝气装置，其特征在于，该中心管的每一分段均连通有两对关于该封闭片对称的支管。

10.如权利要求8所述的MBR平板膜组件曝气装置，其特征在于，该中心管与该些支管的材料均为工程塑料。

11.如权利要求8所述的MBR平板膜组件曝气装置，其特征在于，该中心管与该些支管的材料为ABS或UPVC。

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