CN103145237A

CN103145237A - 一种转盘式动态膜组件

Info

Publication number: CN103145237A
Application number: CN2013100759027A
Authority: CN
Inventors: 黄霞; 文湘华; 梁鹏
Original assignee: Tsinghua University
Current assignee: Tsinghua University
Priority date: 2013-03-11
Filing date: 2013-03-11
Publication date: 2013-06-12

Abstract

本发明公开了一种转盘式动态膜组件。所述膜组件包括膜架、中央出水管和若干个设有腔体的转盘；所述中央出水管固定于所述膜架上，且所述中央出水管可转动；所述中央出水管的一端为封闭设置，另一端设有出水口；所述转盘固定套设在所述中央出水管上，且所述转盘与所述中央出水管通过设置于所述转盘上的出水孔和设置于所述中央出水管上的进水孔相连通；所述转盘由过滤基材制成。本发明平行设置多个转盘作为过滤单元，清洗时逐个进行清洗，其他转盘仍在过滤出水，稳定了出水水质，提高了产水率；清洗能耗低效果彻底：采用刮吸泥器对动态膜进行清洗，清洗时刮吸泥器不动，转盘转动，与传统的气洗和气水联合洗相比，能耗低效果彻底。

Description

一种转盘式动态膜组件

技术领域

本发明涉及一种转盘式动态膜组件，属于生物化工的固液分离技术领域。

背景技术

悬浮生长式的生物反应器在污水处理、发酵、生物化工等领域都有广泛的应用，这些生物反应器通常必须与一定的固液分离操作相结合。通过一定的固液分离操作对参加反应的混合液进行固液分离，一方面使以微生物为主的固体物质截流的反应器内，保持反应器内有足够的微生物浓度；另一方面获得比较澄清的出水，使出水中不含或含很少固体悬浮物。目前与生物反应器结合的固液分离方法主要可分离两种，一种是重力沉降，这种方法运行成本低，应用十分广泛，但一般占地较大，水力停留时间大于2小时，而且受多种因素影响往往难以获得良好的分离效果；另一种是膜分离技术，即采用膜过滤方法进行固液分离操作，由于膜的筛分孔径很小，因此生物混合液通过膜过滤后的滤液中几乎不含固体颗粒物，因此近年来在出水要求高的场合如回用水中得到了快速发展。

在膜分离技术中，根据不同的分类方法可以将现有的滤膜分为有机材料膜和无机材料膜，或者中空纤维膜、平板膜或管式膜。在这类膜材料中，具有高效筛分能力的膜层是预先加工好的，在投入过滤操作之前就具备所需的选择透过能力，这种膜可简称为固定膜。由于各种固定膜需要通过特殊的成膜工艺加工制造，导致固定膜的制造成本较高，一定程度上影响了大规模的推广应用，尤其是在污废水处理上的应用。应用固定膜过滤的缺点还有：一是固定膜过滤阻力较大，一般需要通过机械方式进行压滤或抽吸过滤；二是需要通过化学的清洗方法才能去除膜污染，清洗过程复杂且不能完全恢复膜的通透性。

动态膜是近年来逐渐发展起来的新的膜分离技术，黄霞等（2002年，公开号1363026A）首次提出了利用动态膜对生物反应器混合液进行过滤的方法及装置，即动态膜-生物反应器，使用普通滤材作为动态膜基材，在很小的水位差下进行过滤，实现了自流出水，出水水质良好。后续研究者对动态膜-生物反应器进行了优化和扩展，专利（2006年，公开号1807279A）提出的高通量柔性仿生型动态膜，采用垂直帘式结构，由滤材缝合成管状的帘片在曝气作用下可产生柔性抖动，有效控制控制膜表面生物膜的厚度；专利（2009年，公开号101455942A）提出的动态膜-生物反应采用机械强度大、耐腐蚀的玻璃纤维编织管组成帘式结构，但没有提出膜清洗的方式；专利（2009年，公开号101492202A）提出了一种连续更新动态膜的微网动态膜生物反应器，通过在扁圆柱形的微网网体下部设置清洗喷头以及在上部安装跳动陶粒实现对动态膜的连续更新，从而保证动态膜出水的稳定性；专利（2010年，公开号101857304A）提出的用于市政污水处理的动态膜装置，采用框架式平板膜形式，通过在反应器内设置导流板形成环流加强膜表面的错流冲刷能力；在膜通量低于设置值时，采用水力反冲消除过厚的污泥层以恢复通量；动态膜-生物反应器可以获得与使用固定膜的膜-生物反应器（MBR，MembraneBioreactor）接近的固液分离效果，而且动态膜材料廉价、运行所需跨膜压力低，具有广阔的应用前景。但是目前该技术还不成熟，主要表现在：（1）出水不稳定，产水率低：由于动态膜使用污泥层作为过滤介质，在动态膜刚刚清洗后的再生期间，会产生大量未经过滤的出水，这些出水需要返回至生物反应器，限制了产水率的提高；（2）膜清洗能耗高不彻底：随着过滤的进行，动态膜的污泥层逐渐增厚，通量下降，需要以大量的水或气水联合对动态膜进行清洗，造成反洗设备功率大能耗高，且容易形成死角清洗不彻底；（3）膜组器难以放大，膜组件强度较低，限制了单个组件的面积，各个组件的排布困难，占地面积较大。这些问题都制约了动态膜-生物反应的工程应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种转盘式动态膜组件，可以解决动态膜-生物反应器存在的制约工程应用的诸如出水不稳定产水率低、膜清洗能耗高不彻底、膜组器难以放大等问题。

本发明所提供的一种转盘式动态膜组件，包括膜架、中央出水管和若干个设有腔体的转盘；

所述中央出水管固定于所述膜架上，且所述中央出水管可转动；所述中央出水管的一端为封闭设置，另一端设有出水口；

所述转盘固定套设在所述中央出水管上，且所述转盘与所述中央出水管通过设置于所述转盘上的出水孔和设置于所述中央出水管上的进水孔相连通；

所述转盘由过滤基材制成。

上述的转盘式动态膜组件，所述过滤基材可为金属网、聚合物网或无纺布；

所述过滤基材的孔径可为0.05～0.5mm。

上述的转盘式动态膜组件，所述转盘沿所述中央出水管的轴向方向均匀布置。

上述的转盘式动态膜组件，所述出水口与一出水堰相连接。

上述的转盘式动态膜组件，所述转盘的侧壁处设有清洗装置，所述清洗装置固定在所述膜架上，以对所述转盘进行清洗。

上述的转盘式动态膜组件，所述清洗装置具体可为刮吸泥器。

上述的转盘式动态膜组件，所述中央出水管可与传动机构相连接，带动所述中央出水管进行转动。

使用本发明转盘式动态膜组件进行污废水生化处理时，根据水量和水质特点，将装有若干组转盘的动态膜组件组合在一起，安装于生化反应器中，中央出水管的出水口与生物反应器的出水口相连，在生物反应器液面和反应器出口形成的水位差的作用下自流出水，初期滤液返回生物反应器；随着过滤的不断进行，微生物代谢产物和微生物等在动态膜基材表面逐渐形成生物质层，当出水中悬浮物浓度逐渐降低并接近于零时，即可进行正常的过滤出水；在反应器内设置曝气系统提供废水生化处理所需的氧气，在膜架下设有曝气结构，必要时提供膜面错流剪切力，控制膜面污泥层的厚度，保持良好的过滤性能，当出现严重动态膜污染时，利用刮吸泥器以擦洗和反洗的方式清除膜面污染。

本发明提出的转盘式动态膜组件，具有以下优点：

（1）出水水质稳定：平行设置多个转盘作为过滤单元，清洗时逐个进行清洗，其他转盘仍在过滤出水，稳定了出水水质，提高了产水率；

（2）清洗能耗低效果彻底：采用刮吸泥器对动态膜进行清洗，清洗时刮吸泥器不动，转盘转动，与传统的气洗和气水联合洗相比，能耗低效果彻底；

（3）中央出水管水平布置，转盘垂直布置，占地面积小；

（4）膜组件呈一体式结构，便于工程安装；

附图说明

图1为本发明动态膜组件中转盘的结构示意图，其中图1（a）为转盘的剖面图，图1（b）为转盘的正视图。

图2为采用本发明动态膜组件的动态膜生物反应器侧视图。

图3为采用本发明动态膜组件的动态膜生物反应器俯视图。

图中各标记如下：1转盘、2中央出水管、3传动机构、4刮吸泥器、5出水堰、6膜架。

具体实施方式

下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。

下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。

如图1、图2和图3所示，本发明的转盘式动态膜组件包括膜架6、中央出水管2和5个设有腔体的转盘1，该转盘1沿中央出水管2的轴向均匀设置；其中转盘1由过滤基材制成，所选择的过滤基材可以是金属网、聚合物网（如尼龙网）或无纺布的多孔材料，选用较大孔径的过滤基材可以提高过滤时的通量但过滤精度较差，若选用较小孔径的过滤基材可以提高过滤精度，但过滤通量略低，综上，本发明所选用的过滤基材的筛分孔径一般以0.05～0.5毫米为宜。转盘1的过滤面积按照生物反应器处理的水质和污泥混合液特点而定，本发明的动态膜组件的过滤通量以20-100L/m²h为宜。根据需要，可以将多个动态膜过滤单元集成为动态膜组件，以扩大过滤面积。中央出水管2固定于膜架6上，且与一个传动机构3相连接，以带动中央出水管2转动，进而带动转盘1转动；该中央出水管2的一端为封闭设置，另一端设有出水口（图中未示），且该出水口与一个出水堰相连接；转盘1固定套设在央出水管2上，且转盘1与中央出水管2通过设置于转盘1上的出水孔（图中未示）和设置于中央出水管2上的进水孔（图中未示）相连通。在转盘1的侧壁处设有刮吸泥器4，该刮吸泥器4固定在膜架6上，用于清洗转盘1。

进行过滤时，将所需面积的动态膜组件安装于有连续进水和出水口的生物反应器中，如图2和图3所示，生物反应器装有进行生化处理的污泥混合液，混合液完全淹没该动态膜组件，调整动态膜组件的出水堰5高度，在生物反应器液面和出水堰5之间形成水位差，这个水位差一般在20厘米以下，最好5厘米以下。在水位差的驱动下，混合液选择性透过过滤面进入转盘1的密封空腔再经中央出水管2收集经出水堰5流至动态膜组件的出水池，再经生物反应器的总出口，将滤出水排出该生物反应器。随着过滤的进行，微生物及其代谢产物在动态膜基材表面逐渐形成污泥层，同时出水中的悬浮物浓度逐渐降低，当出水中悬浮物浓度接近为零时，即可认为动态膜已经形成，将开始过渡到动态膜形成的这段时间称为动态膜形成过程。将动态膜形成过程中滤液返回生物反应器，即可进行正常的过滤出水。

长时间的连续运行的动态膜可能产生膜面污染现象，当出水膜面污染时水位差会明显上升，当水位差增加至20～30厘米时，需采取措施清除膜面污染。清除膜面污染时，电机和传动机构3带动中央出水管2和转盘1转动，刮洗泥器4将膜面过厚的污染层去除，同时可以加大曝气量，帮助污染层的有效脱除。在膜面清洗时，多个转盘每次只清洗1～2个，其他转盘仍在过滤出水，保持了出水的连续性，提高了产水率。在清除膜面污染后，再重复上述的操作步骤。

应用本发明的动态膜过滤方法对处理城市污水的活性污泥法的混合液进行过滤：

生物反应器的主要运行参数：混合液悬浮污泥浓度为8000mg/L，水力停留时间为4小时，污泥停留时间为45天，生物反应器内溶解氧浓度为3mg/L。生物反应器的进水为城市污水，主要的水质指标：COD浓度为200-500mg/L，氨氮浓度为40-60mg/L。

选取0.1毫米筛分孔径的不锈钢网作为动态膜过滤基材，与框架材料一起加工成转盘式动态膜组件，如图1所示，将动态膜单元与中央出水管组合形成包含多个单元的膜组件，将其安装于生物反应器，转盘置于液面之下。调整出水堰高度，使得反应器液面与堰高形成一定的水位差。在水位差的驱动下，生物混合液选择性透过过滤面进入密封空腔再经中央出水管收集经出水堰流至膜组件的出水池，再经反应器的总出口，将滤出水排出反应器。

使用上述的动态膜组件进行过滤（使用新的动态膜过滤组件，或用过滤面经过清洗的动态膜组件进行过滤），将开始过滤后半小时内的出水返回生物反应器。实际运行的效果为：出水悬浮物浓度小于5mg/L，动态膜对混合液上清液中的溶解性大分子物质也有去除作用，以COD计，平均去除率为25%。

Claims

1.一种转盘式动态膜组件，其特征在于：所述膜组件包括膜架、中央出水管和若干个设有腔体的转盘；

所述转盘由过滤基材制成。

2.根据权利要求1所述的动态膜组件，其特征在于：所述过滤基材为金属网、聚合物网或无纺布；

所述过滤基材的孔径为0.05～0.5mm。

3.根据权利要求1或2所述的动态膜组件，其特征在于：所述转盘沿所述中央出水管的轴向方向均匀布置。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的动态膜组件，其特征在于：所述出水口与一出水堰相连接。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的动态膜组件，其特征在于：所述转盘的侧壁处设有清洗装置，所述清洗装置固定在所述膜架上。

6.根据权利要求5所述的动态膜组件，其特征在于：所述清洗装置为刮吸泥器。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的动态膜组件，其特征在于：所述中央出水管与传动机构相连接。