CN102698607B - 一种适用于浸没式膜生物反应器的膜清洗装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供的一种适用于浸没式膜生物反应器的膜清洗装置，采用微纳米气泡发生器取代传统的穿孔曝气管，在膜生物反应器中产生富含微米和纳米级气泡的高压水流，在供给微生物反应所必需的氧气的同时，对膜组件具有很好的冲刷作用。包括微纳米气泡发生器以及供氧系统，微纳米气泡发生器包括微纳米气泡发生器主机以及曝气头，主机内设置溶气装置和与溶气装置连接的增压泵，溶气装置的进气口连接供氧系统，进水口与膜生物反应器联通，出水口通过连接管路连接在设置于膜生物反应器内的若干个曝气头上；若干个曝气头均匀设置于膜生物反应器内的膜组件下端，所有曝气头出水口流出的高压水流的方向与膜组件的膜的固液界面平行或相切。

Description

一种适用于浸没式膜生物反应器的膜清洗装置

技术领域

本发明涉及膜生物反应器，特别是涉及一种适用于浸没式膜生物反应器的膜清洗装置。

背景技术

膜生物反应器（Membrane Bio-Reactor，MBR）,是一种膜分离技术与生物处理技术有机结合的新型态废水处理系统，以膜组件取代活性污泥法中的二沉池,进行固液分离，具有传统的废水处理工艺不可比拟的优点，在废水处理领域中得到广泛应用。根据膜组件和生物反应器的组合方式，可将膜生物反应器分为分置式、浸没式两种基本类型。

分置式膜生物反应器把膜组件和生物反应器分开设置。生物反应器中的混合液经循环泵增压后输送至膜组件的过滤端，在压力作用下，混合液中的液体透过膜，成为系统处理后的出水；固形物、大分子物质等则被膜的微孔截留，随浓缩液回流到生物反应器内。分置式膜生物反应器的特点是运行稳定可靠，易于膜的清洗、更换及增设；而且膜通量普遍较大。但一般条件下为减少污染物在膜表面的沉积，延长膜的清洗周期，需要用循环泵提供较高的膜面错流流速，通常使用的外置式超滤膜，需配置大功率循环泵，不仅水流循环量大、动力费用高，而且大功率循环泵的高速旋转产生的剪切力会使某些微生物菌体产生失活现象。同时，分置式膜生物反应器由于会有部分混合液无法通过管式超滤膜而不得不回流到生化系统中去，这部分回流液无法控制回流量，因此分置式膜生物反应器与生化系统结合较差。浸没式膜生物反应器是把膜组件浸没于生物反应器的混合液中，进水进入膜生物反应器，其中的大部分污染物被混合液中的活性污泥去除，水溶液通过膜的过滤形成产水，而大粒径的颗粒物、微生物和部分大分子有机物则被截留在反应器内。浸没式膜生物反应器由于完全浸没在生化系统中，因此不需要回流这部分混合液，省去了混合液循环系统，所以与生化系统结合较好；并且浸没式膜生物反应器靠泵抽吸出水，能耗相对低很多；占地较分置式更为紧凑，近年来在水处理领域受到了特别关注。但是一般膜通量相对较低，容易发生膜污染，膜污染后不容易清洗和更换。

浸没式膜生物反应器的运行主要通过在膜组件上集成穿孔曝气管，用曝气管的方式曝气，通过空气的搅动作用来带动膜组件周围的水、微生物和污染物扩散，以减少膜的污染。由于膜组件需要的曝气气量是对膜组件的物理冲刷的气量，与膜组件的数量和处理水量有关，而膜生物反应器所需要的曝气量和进水中的污染物浓度有关，因此通过穿孔曝气管的方式，膜组件所需要的曝气气量与膜生物反应器所需要的曝气量通常无法完全匹配，导致曝气气量过大，能耗较大，同时气体带动的气液混合流体的冲刷效果也较为有限。

发明内容

本发明的目的是提供一种适用于浸没式膜生物反应器的膜清洗装置，采用微纳米气泡发生器取代传统的穿孔曝气管，在膜生物反应器中产生富含微米和纳米级气泡的高压水流，在供给微生物反应所必需的氧气的同时，对膜组件具有很好的冲刷作用，并且对活性污泥具有良好的搅拌作用，减少膜污染的同时大大减少能耗。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的：

一种适用于浸没式膜生物反应器的膜清洗装置，其特征在于，包括微纳米气泡发生器以及为微纳米气泡发生器提供氧气的供氧系统，所述微纳米气泡发生器包括微纳米气泡发生器主机以及微纳米气泡曝气头，所述微纳米气泡发生器主机包括能够实现气液在密闭条件下混合的溶气装置以及与溶气装置连接的提供动力的增压泵，所述溶气装置的进气口连接所述供氧系统，进水口与浸没式膜生物反应器联通，出水口通过连接管路连接在设置于浸没式膜生物反应器内的膜组件下端的一个或多个微纳米气泡曝气头的进水口上；所述微纳米气泡曝气头的出水口喷出的向上的富含微米和纳米级气泡的高压水流的方向与膜组件的膜的固液界面平行或相切。

所述供氧系统包括空气供氧系统和/或纯氧供氧系统，所述空气供氧系统包括与大气连通的空气供氧管路，在空气供氧管路上设置有气体调节阀；所述纯氧供氧系统包括纯氧发生装置或氧气瓶、纯氧供氧管路，所述纯氧发生装置或氧气瓶通过减压阀与纯氧供氧管路连接，在纯氧供氧管路上设置有控制阀和止回阀，所述空气供氧管路和纯氧供氧管路通过三通接头与溶气装置的进气口连接，在溶气装置的进气口处设置气体流量计。

所述微纳米气泡曝气头出水口的出口压力为0.3-1.5MPa，出水流速为1-10m/s。

所述微纳米气泡发生器主机的增压泵为干式泵或潜水泵。

所述膜生物反应器内的膜组件为帘式中空纤维膜组件，所述微纳米气泡曝气头均匀设置于所述帘式中空纤维膜组件下端的膜片与膜片之间的间隙位置。

所述膜生物反应器内的膜组件为平板式膜组件，所述微纳米气泡曝气头均匀设置于所述平板式膜组件下端的膜片与膜片之间的间隙位置。

所述膜生物反应器内的膜组件为柱式中空纤维膜组件，所述微纳米气泡曝气头均匀设置于所述柱式中空纤维膜组件下端的纵向轴心位置。

所述微纳米气泡发生器主机的溶气装置进水口通过第一进水管路和/或第二进水管路与浸没式膜生物反应器连接，所述第一进水管路直接连通在膜生物反应器的混合液中，所述第二进水管路与膜生物反应器的产水管路连通，在第一进水管路和第二进水管路上分别设置液体调节阀。

本发明的技术效果：

本发明提供的一种适用于浸没式膜生物反应器的膜清洗装置，采用微纳米气泡发生器的曝气头及其联接管路取代了传统的穿孔曝气管，通过微纳米气泡发生器主机内设置的溶气装置和增压泵，将膜生物反应器内的污泥混合液进行循环，在增压过程中溶解空气或纯氧，并最终通过微纳米气泡曝气头在膜生物反应器中产生富含微米和纳米级气泡的高压水流，不仅提供了微生物反应所需的溶解氧，而且微纳米气泡曝气头出水口产生的高压水流可以充分搅动和冲洗浸没式膜组件的膜表面，通过膜生物反应器水力提升的进水过程即可完成供氧和对膜组件的曝气洗刷；形成的微纳米气泡在溶解和破裂过程中也会产生较大能量，使膜生物反应器比传统形式的能耗大大减少，设备安装简便，操作方便，可有效解决传统的穿孔曝气管曝气能耗大，膜污染物速度快和清洗周期短等问题。

具体的，上述装置的优点为：⑴微纳米气泡发生器所产生的微米和纳米级的气泡，其氧气的传质效率大幅增加，大约是普通穿孔正压曝气的溶氧率的4倍，因此其所需的气量大幅减小；⑵微纳米气泡曝气头产生的富含微纳米气泡的混合液及高压水流对膜组件具有很好的冲刷作用，可以有效防止膜污染的问题，减少清洗次数及清洗药剂的成本⑶微纳米气泡的在混合液中的爆破可以产生瞬时较高的能量，这种声空化作用可以起到清洗膜组件的作用(4)供氧系统可以随意调节，如无需较大量的供氧要求时，可采用空气供氧系统，供气成本甚至可以忽略，而如果需要较大量的氧气时，可以采用纯氧供氧系统，由于纯氧的传质效率和微纳米气泡发生器的结合，使氧气所需量甚至接近理论值，不仅所需氧气量较小，而且纯氧条件下的膜生物反应器的反应效率也会有大幅提升。

综上所述，本发明的装置作为适用于浸没式膜生物反应器的膜清洗装置，具有高效供氧能力的同时还对浸没式膜组件具有较好的冲洗功能，可以完全替代高能耗的穿孔曝气管曝气模式，大幅减少膜生物反应器的曝气量能耗，且对于膜组件显示出了更高的冲洗性能，包括防止膜组件周围的污泥堵塞，减少膜面污染，其含有的微米和纳米级的气泡，在水中处于悬浮状态，对膜表面具有清洗作用，可以有效降低膜表面的污染速度，本装置可以连续运行，具有设备化程度高，操作简便，无二次污染以及维护方便等优点。

附图说明

图1为本发明的适用于浸没式膜生物反应器的膜清洗装置实施例的结构示意图。

图2为本发明的适用于浸没式膜生物反应器的膜清洗装置另一实施例的结构示意图。附图标记列示如下：1-微纳米气泡发生器主机，2-微纳米气泡曝气头，3-第一进水管路，4-气体流量计，5-三通接头，6-控制阀，7-止回阀，8-减压阀，9-纯氧发生装置或氧气瓶，10-气体调节阀，11-空气供氧管路，12-膜生物反应器，13-膜组件，14-增压泵，15-纯氧供氧管路，16-第二进水管路，17-产水管路，18-第一液体调节阀，19-第二液体调节阀,20-曝气头连接管路，21-曝气头进水口，22-曝气头出水口。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例做进一步的详细说明。

如图1所示，为本发明的适用于浸没式膜生物反应器的膜清洗装置实施例的结构示意图。一种适用于浸没式膜生物反应器的膜清洗装置，包括微纳米气泡发生器以及为微纳米气泡发生器提供氧气的供氧系统，微纳米气泡发生器包括微纳米气泡发生器主机以及微纳米气泡曝气头2，其中，微纳米气泡发生器主机内设置能够实现气液在密闭条件下混合的溶气装置1以及与溶气装置连接的增压泵14，溶气装置1的进气口连接供氧系统，本实施例的供氧系统包括空气供氧系统和/或纯氧供氧系统，空气供氧系统包括与大气连通的空气供氧管路11，在空气供氧管路11上设置有气体调节阀10；纯氧供氧系统包括纯氧发生装置或氧气瓶9、纯氧供氧管路15，纯氧发生装置或氧气瓶9通过减压阀8与纯氧供氧管路15连接，在纯氧供氧管路15上设置有控制阀6和止回阀7，空气供氧管路11和纯氧供氧管路15通过三通接头5与溶气装置1的进气口连接，在溶气装置1的进气口处设置气体流量计4；空气供氧系统是将空气通过微纳米气泡发生器主机形成的负压抽吸进入空气供氧管路11，然后通过气体调节阀10调节空气的进入流量，通过气体流量计4计量进入的气体，最后进入到微纳米气泡发生器主机1并与循环的混合液混合；纯氧供氧系统是将带有一定初始压力的纯氧气发生装置或氧气瓶9产生的氧气，依次通过减压阀8、止回阀7、控制法6和气体流量计4调节一定流量的氧气的进入微纳米气泡发生器主机1并与循环的混合液混合。在实施过程中，可以通过三通接头5，使本装置同时具有空气供氧系统和纯氧供氧系统，也可以根据膜生物反应器的需氧情况，选择性地使用空气供氧系统或纯氧供氧系统；溶气装置的进水口通过第一进水管路3与浸没式膜生物反应器12内的混合液联通，溶气装置的出水口通过曝气头连接管路20连接在设置于浸没式膜生物反应器12内的若干个微纳米气泡曝气头2的进水口21上；若干个微纳米气泡曝气头设置于浸没式膜生物反应器内的膜组件13下端，微纳米气泡曝气头2的出水口22方向与膜组件13的排列方向平行，曝气头的数量根据膜组件所需冲刷量确定，曝气头出水口22产生向上的高压水流，出口压力在0.3-1.5MPa，流速在1-10m/s；曝气头出水口22流出的富含微米和纳米级气泡的高压水流的方向与膜组件的膜的固液界面平行或相切，通过出水口带有压力的和富含微纳米气泡的水流可以使曝气头最大限度地带动污泥混合液搅动，对膜表面形成冲刷，减弱膜表面的浓差极化。微纳米气泡发生器主机中所包含的增压泵可以采用干式泵，也可以采用潜水泵形式，为微纳米气泡发生器提供足够的压力。图1所示的膜生物反应器内的膜组件为帘式中空纤维膜组件，微纳米气泡曝气头均匀设置于帘式中空纤维膜组件下端的膜片与膜片之间的间隙位置；膜生物反应器内的膜组件还可以为平板式膜组件，类似的，微纳米气泡曝气头均匀设置于平板式膜组件的膜片与膜片之间的间隙位置。

如图2所示，是本发明的适用于浸没式膜生物反应器的膜清洗装置另一实施例的结构示意图。本实施例的膜生物反应器12内的膜组件13为柱式中空纤维膜组件，微纳米气泡曝气头2均匀设置于柱式中空纤维膜组件下端的纵向轴心位置；另外，微纳米气泡发生器主机的溶气装置1进水口通过第一进水管路3和/或第二进水管路16与膜生物反应器12连接，第一进水管路3直接连通在膜生物反应器的混合液中，以混合液为介质，第二进水管路16与膜生物反应器的产水管路17连通，以清水为介质，在第一进水管路和第二进水管路上分别设置第一液体调节阀18和第二液体调节阀19。

应当指出，以上所述具体实施方式可以使本领域的技术人员更全面地理解本发明创造，但不以任何方式限制本发明创造。因此，尽管本说明书和实施例对本发明创造已进行了详细的说明，但是，本领域技术人员应当理解，仍然可以对本发明创造进行修改或者等同替换；而一切不脱离本发明创造的精神和范围的技术方案及其改进，其均涵盖在本发明创造专利的保护范围当中。

Claims (8)

1.一种适用于浸没式膜生物反应器的膜清洗装置，其特征在于，包括微纳米气泡发生器以及为微纳米气泡发生器提供氧气的供氧系统，所述微纳米气泡发生器包括微纳米气泡发生器主机以及微纳米气泡曝气头，所述微纳米气泡发生器主机包括能够实现气液在密闭条件下混合的溶气装置以及与溶气装置连接的提供动力的增压泵，所述溶气装置的进气口连接所述供氧系统，进水口与浸没式膜生物反应器联通，出水口通过连接管路连接在设置于浸没式膜生物反应器内的膜组件下端的一个或多个微纳米气泡曝气头的进水口上；所述微纳米气泡曝气头的出水口喷出的向上的富含微米和纳米级气泡的高压水流的方向与膜组件的膜的固液界面平行或相切。

2.根据权利要求1所述的适用于浸没式膜生物反应器的膜清洗装置，其特征在于，所述供氧系统包括空气供氧系统和/或纯氧供氧系统，所述空气供氧系统包括与大气连通的空气供氧管路，在空气供氧管路上设置有气体调节阀；所述纯氧供氧系统包括纯氧发生装置或氧气瓶、纯氧供氧管路，所述纯氧发生装置或氧气瓶通过减压阀与纯氧供氧管路连接，在纯氧供氧管路上设置有控制阀和止回阀，所述空气供氧管路和纯氧供氧管路通过三通接头与溶气装置的进气口连接，在溶气装置的进气口处设置气体流量计。

3.根据权利要求2所述的适用于浸没式膜生物反应器的膜清洗装置，其特征在于，所述微纳米气泡曝气头出水口的出口压力为0.3-1.5MPa，出水流速为1-10m/s。

4.根据权利要求3所述的适用于浸没式膜生物反应器的膜清洗装置，其特征在于，所述微纳米气泡发生器主机的增压泵为干式泵或潜水泵。

5.根据权利要求4所述的适用于浸没式膜生物反应器的膜清洗装置，其特征在于，所述膜生物反应器内的膜组件为帘式中空纤维膜组件，所述微纳米气泡曝气头均匀设置于所述平板式膜组件下端的膜片与膜片之间的间隙位置。

6.根据权利要求4所述的适用于浸没式膜生物反应器的膜清洗装置，其特征在于，所述膜生物反应器内的膜组件为平板式膜组件，所述微纳米气泡曝气头均匀设置于所述平板式膜组件下端的膜片与膜片之间的间隙位置。

7.根据权利要求4所述的适用于浸没式膜生物反应器的膜清洗装置，其特征在于，所述膜生物反应器内的膜组件为柱式中空纤维膜组件，所述微纳米气泡曝气头均匀设置于所述柱式中空纤维膜组件下端的纵向轴心位置。

8.根据权利要求5至7之一所述的适用于浸没式膜生物反应器的膜清洗装置，其特征在于，所述微纳米气泡发生器主机的溶气装置进水口通过第一进水管路和/或第二进水管路与膜生物反应器连接，所述第一进水管路直接连通在膜生物反应器的混合液中，所述第二进水管路与膜生物反应器的产水管路连通，在第一进水管路和第二进水管路上分别设置液体调节阀。