CN103331103B - 一种柔性平板膜在线自动物理清洗装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种新型高效柔性平板膜在线自动物理清洗装置，涉及膜-生物反应器的平板膜清洗，适用于处理各类可生化降解污水的柔性平板膜膜-生物反应器的清洗。本发明由动力系统、传动系统、清洗系统、平衡系统和支撑系统五部分组成。动力系统为一切将电能转化为机械能的机电设备。清洗系统为开导流孔的错位刮刀。动力系统通过传动系统带动清洗系统沿平行于膜面方向移动、擦除膜面污染物。平衡系统维持清洗系统不发生水平方向的位移，且使竖直方向的移动更加平稳。支撑系统支撑整个在线自动物理清洗装置。本发明具有提高膜-生物反应器处理能力、减少平板膜清洗成本、增加系统运行的稳定性的优点，同时占地面积小、运行成本低、可以流水线生产组装、大规模推广应用。

Description

一种柔性平板膜在线自动物理清洗装置

技术领域

本发明涉及一种柔性平板膜在线自动物理清洗装置，涉及膜-生物反应器的平板膜清洗，尤其针对柔性平板膜自动清洗，适用于处理各类可生化降解污水的柔性平板膜膜-生物反应器的清洗。

背景技术

膜-生物反应器（Membrane Bioreactor，以下简称MBR）是将膜组件直接置于反应器内，通过泵的抽吸得到过滤液；通过鼓风机进行曝气供氧，一方面满足微生物生长和污染物去除的需要，另一方面在膜表面形成一定的水力紊动条件和膜面错流流速，从而控制和减缓膜污染。其中平板膜-生物反应器适用于处理各类城市污水和农村污水，具有出水水质好、污泥产率低、运行稳定、流程简短、布置紧凑等优点。

在MBR处理污水的运行过程中，由于膜组件直接浸没在活性污泥中，因此在抽吸过程中膜污染不可避免地产生，主要包括泥饼层污染、凝胶层污染和内部污染。泥饼层主要由大颗粒物质构成，大颗粒物质紧密地堆积在膜表面形成密实的泥饼层。凝胶层主要是微生物的代谢产物及部分进水中的有机物。能够进入膜孔的小分子物质则形成了膜的内部污染。

膜污染会造成通量下降、跨膜压差上升等后果。因此膜清洗是维持MBR正常运行的重要手段。对于内部污染和凝胶层污染，一般采用的手段为离线或在线的化学清洗，例如使用次氯酸钠、草酸等化学药剂浸泡。当MBR长期运行时，即使使用化学药剂清洗，由于膜孔内的不可逆污染不断发生，最终仍然会形成凝胶层和泥饼层。对于泥饼层污染，传统上采用的是高曝气量冲刷或离线人工擦洗方式，但是高曝气量增加了能耗，且冲刷效果较差，离线清洗则操作复杂、影响MBR的正常运行。当膜高于临界通量运行时，更易形成泥饼层，这也成为限制提高MBR处理能力的一个重要因素。

为了在线清除泥饼层和松散吸附的凝胶层、提高MBR的膜通量，已有案例（专利号201110127476）在传统平板膜两侧设置清洁膜面的刮刀，当跨膜压差增加到一定值后，刮刀上下移动、将膜面污染物刮除。但是其动力系统为两侧水桶，控制复杂、占地面积大，当膜面污染较为严重时可能发生水桶重量不足以带动刮刀移动的问题。传统膜反应器采用的平板膜是将硬质衬板置于两片膜之间，起到导流作用。新型的柔性平板膜将柔性衬网密封在膜腔内，既不影响出水，又降低了成本。目前，已有成功实施的柔性膜-生物反应器自清洗装置案例（专利号201110127498）或厌氧微网自动清洗反应器（专利号201110127445），但是其刮刀形式存在较多缺点。V型刮刀虽然能够将膜面污染物排出活性污泥混合液之外，但是V型刮刀加工复杂、占据空间大，且清洗效果不佳。错位刮刀清洗效果较好，但是其缺点是刮刀紧密嵌合在两片膜之间，严重阻碍了水流上升，不利于活性污泥的均匀混合。此外，以上两种自清洗装置的动力来源于反应器外部两个清洗水箱的上下移动，这增加了反应器的占地面积，故障率增加，难以大规模推广应用。

因此，发明一种的针对柔性平板膜的自动物理清洗装置，对于减轻膜清洗成本、增强清洗效果、增加系统运行的稳定性、降低操作难度、提高MBR处理能力具有积极作用。

发明内容

本发明目的在于为柔性平板膜-生物反应器提供一种柔性平板膜在线自动物理清洗装置，使平板膜能够在超临界通量下稳定运行，降低清洗成本，方便管理，利于自清洗柔性平板膜-生物反应器的大规模应用。

本发明提出的柔性平板膜在线自动物理清洗装置，由动力系统1、传动系统2、膜元件3、清洗系统4、平衡系统5和支撑系统6组成，其中：

所述动力系统1通过传动系统2连接清洗系统4，支撑系统6顶部安装动力系统1，中部固定膜元件3，底部安装曝气管，平衡系统5环绕于支撑系统6外部或嵌套在支撑系统6内部，且平衡系统5与支撑系统6紧密贴合，清洗系统4与平衡系统5固定连接，平衡系统5能使清洗系统4平稳地沿平行于膜元件3的膜面方向移动而不发生倾斜、旋转或其它方向的移动；所述动力系统1设有时间继电器或跨膜压差反馈控制系统和控制器；所述动力系统1通过传动系统2带动清洗系统4沿平行于膜元件3方向移动；通过时间继电器或跨膜压差反馈控制系统控制清洗动作的发生，当时间继电器达到预设时间或跨膜压差达到设定值时，发生清洗动作；清洗时，动力系统1产生平行于膜元件3面的动力，通过传动系统2带动清洗系统4从膜元件3底部向上部移动或从上部向底部移动，当清洗系统4达到指定位置时，通过控制器使动力系统1产生的动力的方向改变，通过传动系统2带动清洗系统4从膜元件3上部向底部移动或从底部向上部移动，完成清洗。

本发明中，所述动力系统1为将电能转化为机械能的机电设备，如为电机。

本发明中，所述传动系统2采用与电机匹配的链条、绳索或皮带等一切可用于传递动力的部件。

本发明中，一套动力系统1可以带动一套或多套清洗系统4移动，当一套动力系统1带动多套清洗系统4时，应采用相应的传动系统2。

本发明中，所述清洗系统4采用开孔的错位刮刀，即刮刀在垂直底边方向上间隔一定距离开导流孔。根据曝气量、污泥浓度等实际运行条件确定孔径大小和孔间距离。刮刀开孔使得反应器底部曝气的气泡可以顺利上升，有利于活性污泥的完全混合，防止刮刀上部淤积污泥、下部阻塞气泡。

本发明中，所述错位刮刀通过刮刀与膜元件3交错放置实现，通过刮刀平行于膜元件的膜面和垂直于膜元件的膜面的两个方向上的错位，使其与膜元件的表面紧密贴合。每根刮刀移动时可以刮擦到左右两片膜面，在同样数量膜片条件下节省了刮刀数量，从而降低了其占用的空间。

本发明中，所述平衡系统5为硬质框架，清洗系统4与该框架固定。平衡系统5环绕在支撑系统6外部或嵌套在支撑系统内部，通过一切能紧密贴合支撑系统且不影响移动的部件将该框架与支撑系统嵌合，使清洗系统不发生水平方向的位移，竖直方向的移动更加平稳，避免发生倾斜、脱落等问题。

本发明中，支撑系统6支撑整个自动清洗装置，其顶部安装动力系统1，中部固定柔性膜元件3，底部安装曝气管并固定传动系统2，同时通过平衡系统5限制清洗系统4在水平方向的移动。

本发明可用于浸没式柔性平板膜-生物反应器的自动清洗，具有以下优点：

（1）本发明能使浸没式平板膜-生物反应器在高通量下稳定运行，膜面积利用充分，增强了平板膜-生物反应器的处理能力，减少了反应器的占地面积。

（2）本发明的动力系统安装在反应器上部，无需额外空间和占地，节省了投资。相比于以膜出水作为动力的系统，该动力系统不受反应器出水量和剩余扬程的影响，在膜面污染物较为严重时依然能稳定运行，维护管理方便。

（3）本发明以开孔的错位刮刀作为清洗系统，刮刀上开孔有利于曝气气泡的上升和活性污泥悬浮液的均匀混合，而错位刮刀和膜片的交错放置减少了所需刮刀的数量，节省了反应器内部的空间。

（4）本发明采用硬质框架作为清洗系统的平衡系统，使清洗系统能平稳地上下移动，避免发生倾斜、脱落等问题，增强了系统运行的稳定性。

附图说明

附图是本发明柔性平板膜在线自动物理清洗装置实施例示意图，其中：

图1 是本发明整体结构示意图；

图2是本发明动力系统和传动系统结构示意图；(a)为前视图，(b)侧视图；

图3是本发明清洗系统结构示意图；(a)为正视图，(b)上层刮刀俯视图；

图4是本发明平衡系统结构示意图；

图中标号：1为动力系统，2为传动系统，3为膜元件，4为清洗系统，5为平衡系统，6为支撑系统。

具体实施方式

下面通过实施例结合附图进一步说明本发明。

实施例1：如图1－图4所示，本发明由动力系统1、传动系统2、清洗系统4、平衡系统5和支撑系统6五部分组成。动力系统1为一切将电能转化为机械能的机电设备，产生使清洗系统4移动的能量，用于带动一套或多套清洗系统4沿平行于膜面方向移动。通过时间继电器或跨膜压差反馈控制系统控制清洗动作的发生，当时间继电器达到预设时间或跨膜压差达到设定值时，发生清洗动作。清洗时，动力系统1产生平行于膜面的动力，通过传动系统带动清洗系统从膜元件底部向上部（或从上部向底部）移动，当清洗系统达到指定位置时，通过一定形式的控制器使动力系统产生的动力的方向改变，通过传动系统带动清洗系统从膜元件上部向底部（或从底部向上部）移动，完成清洗。在此清洗周期内清洗装置沿膜面移动两次，完成对膜面的擦洗。

传动系统2用于连接动力系统1和平衡系统5、清洗系统4，采用与电机匹配的链条、绳索或皮带等一切可用于传递动力的部件。当一套动力系统1带动多套清洗系统4时，应采用相应的传动系统2。

清洗系统4为开孔的错位刮刀，即刮刀在垂直底边方向上间隔一定距离开导流孔。根据曝气量、污泥浓度等实际运行条件确定孔径大小和孔间距离。刮刀开孔使得反应器底部曝气的气泡可以顺利上升，有利于活性污泥的完全混合，防止刮刀上部淤积污泥、下部阻塞气泡。刮刀与柔性膜元件交错放置，通过刮刀平行于膜面和垂直于膜面的两个方向上的错位，使其与柔性膜表面紧密贴合。每根刮刀移动时可以刮擦到左右两片膜面，在同样数量膜片条件下节省了刮刀数量，从而降低了其占用的空间。

平衡系统5为硬质框架，清洗系统4以一定形式与该框架固定。平衡系统5环绕在支撑系统6外部或嵌套在支撑系统6内部，通过一切能紧密贴合支撑系统6且不影响移动的部件将该框架与支撑系统嵌合，使清洗系统6不发生水平方向的位移。

支撑系统6支撑整个自动清洗装置，其顶部安装动力系统1，中部固定柔性膜元件3，底部安装曝气管，并固定传动系,2，同时通过平衡系统5限制清洗系统4在水平方向的移动。

本发明的工作过程如下：在清洗周期内，动力系统1逆时针转动，通过传动系统2的传递作用，带动清洗系统4向上运动，由于清洗系统4紧贴在膜元件3表面，因此对膜元件3的表面污染物有刮擦去除的作用。当清洗系统4运动到膜元件3的上边缘时，动力系统1反向转动，使得清洗系统4向下运动，对膜元件3再次产生刮擦作用，清洗周期完成。在清洗系统4运动过程中，平衡系统5由于和支撑系统6紧密贴合，可以保证清洗系统4能平稳地上下移动而不发生水平方向的移动，避免发生倾斜、脱落等问题。

将上述装置用于在冬季处理城市生活污水。污泥浓度10 g/L，水温4~8℃，膜通量20 L/m²h，高于该情况下膜组件的临界通量，采用微孔曝气管，气水比10:1，每天自动清洗2次。稳定运行40天，吨水电耗0.40元，吨水总处理费用0.50元。

实施例2

处理某农村污水中使用本发明，污泥浓度8 g/L，膜通量30 L/m²h，高于该情况下膜组件的临界通量，采用微孔曝气管，气水比8:1，每天自动清洗3次。稳定运行63天，吨水电耗0.45元，吨水总处理费用0.60元。

实施例3

在处理某超市餐饮废水中使用本发明，每个动力系统带动3套装置，污泥浓度16 g/L，膜通量35 L/m²h，高于该情况下膜组件的临界通量，采用微孔曝气管，气水比10:1，每天自动清洗1次。稳定运行30天，吨水电耗0.40元，吨水总处理费用0.55元。

实施例4

在处理某垃圾渗滤液中使用本发明，污泥浓度15g/L，膜通量30 L/m²h，高于该情况下膜组件的临界通量，采用微孔曝气管，气水比8:1，每天自动清洗3次。稳定运行45天，吨水电耗0.60元，吨水总处理费用0.90元。

Claims (3)

1.一种柔性平板膜在线自动物理清洗装置，由动力系统(1)、传动系统(2)、膜元件(3)、清洗系统(4)、平衡系统(5)和支撑系统(6)组成，其特征在于：

所述动力系统(1)通过传动系统(2)连接清洗系统(4)，支撑系统(6)顶部安装动力系统(1)，中部固定膜元件(3)，底部安装曝气管，平衡系统(5)环绕于支撑系统(6)外部或嵌套在支撑系统(6)内部，且平衡系统(5)与支撑系统(6)紧密贴合，清洗系统(4)与平衡系统(5)固定连接，平衡系统(5)能使清洗系统(4)平稳地沿平行于膜元件(3)的膜面方向移动而不发生倾斜、旋转或其它方向的移动；所述动力系统(1)设有时间继电器或跨膜压差反馈控制系统和控制器；所述动力系统(1)通过传动系统(2)带动清洗系统(4)沿平行于膜元件(3)方向移动；通过时间继电器或跨膜压差反馈控制系统控制清洗动作的发生，当时间继电器达到预设时间或跨膜压差达到设定值时，发生清洗动作；清洗时，动力系统(1)产生平行于膜元件(3)膜面的动力，通过传动系统(2)带动清洗系统(4)从膜元件(3)底部向上部移动或从上部向底部移动，当清洗系统(4)达到指定位置时，通过控制器使动力系统(1)产生的动力的方向改变，通过传动系统(2)带动清洗系统(4)从膜元件(3)上部向底部移动或从底部向上部移动，完成清洗；

其中：所述清洗系统(4)采用开孔的错位刮刀，即刮刀在垂直底边方向上间隔一定距离开导流孔；所述错位刮刀通过刮刀与膜元件(3)交错放置实现，通过刮刀平行于膜元件的膜面和垂直于膜元件的膜面的两个方向上的错位，使其与膜元件的表面紧密贴合；每根刮刀移动时可刮擦到左右两片膜面。

2.根据权利要求1所述的柔性平板膜在线自动物理清洗装置，其特征在于所述动力系统(1)为一切将电能转化为机械能的机电设备。

3.根据权利要求1所述的柔性平板膜在线自动物理清洗装置，其特征在于：一套动力系统(1)带动一套或多套清洗系统(4)移动。