CN103435147A - 一种自清洁浸没式管式膜生物反应装置 - Google Patents

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王亮
余伟明
董冰洁
赵斌
张朝晖
李明德
张贺
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Abstract

本发明属于废水处理领域，涉及一种自清洁浸没式管式膜生物反应装置，包括壳体(1)、位于壳体(1)底部的倒锥形载体收集器(8)，在载体收集器(8)的下方顶部和侧面分别开设有进水口(2)和排泥口(3)，在进水口(2)的上方设置有气体分散器(4)，管式膜组件(6)通过支架(5)固定在气体分散器(4)上方，在管式膜组件(6)和气体分散器(4)之间固定有导流罩(7)，在壳体(1)的内部加载有颗粒载体(9)。本发明的优点是：通过颗粒载体对膜壁的磨擦，减缓过滤过程所形成的膜面滤饼层污染，降低跨膜压差，减少反洗频率；具有处理效率高的优点；存在同步硝化反硝化过程，总氮去除率高。

Description

一种自清洁浸没式管式膜生物反应装置
技术领域
本发明属于废水处理领域，尤其是膜法水处理技术装置领域，具体地说是涉及一种管式膜生物反应装置。
背景技术
膜生物反应器(Membrane Bio-Reactor，MBR)是将膜分离技术与生物原理相结合而开发的一种污水处理工艺。它利用膜分离装置实现生化反应池中的微生物的有效截留。与常规废水处理工艺相比，MBR具有固液分离效果好、出水水质稳定、污泥产量低、生物反应器内生物量高、占地面积小等优点。然而，膜污染作为压力驱动膜过程中不可避免的问题严重限制了MBR的应用。严重的膜污染不仅降低系统运行效率，而且缩短膜组件使用寿命，提高系统运行成本。因此，如何有效控制膜污染是开发新型膜生物反应器的核心。
发明专利CN102295390A公开了一种用于MBR膜污染控制及补充曝气的装置，包括有厌氧池和浸没式膜处理单元，浸没式膜处理单元内设有膜组件及射流式曝气机，射流式曝气机倾斜安装在膜组件的后方。该发明专利能够有效控制膜污染，延长膜清洗的周期，但是该装置将生化反应池和膜出水单元分离开来，增大了占地面积，同时补充曝气装置增加了系统的运行费用。发明专利CN1533827介绍了一种使用海棉球清洗管式膜组件方法，条用固液双相流清洗系统可以有效解决膜污染的问题。该发明专利在膜组件系统中设置了清洗流路和小球循环器，通过小球循环器释放的小球对膜表面进行清洗。但是这种清洗方式为异位清洗，影响系统的连续运行，降低了系统的运行效率。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足之处，尤其是在MBR膜污染控制方面，而提供了一种新型的自清洁浸没式管式膜生物反应装置。
本发明的目的是通过如下措施来实现：
一种自清洁浸没式管式膜生物反应装置，包括壳体(1)、位于壳体(1)底部的倒锥形载体收集器(8)，在载体收集器(8)的下方顶部和侧面分别开设有进水口(2)和排泥口(3)，在进水口(2)的上方设置有气体分散器(4)，管式膜组件(6)通过支架(5)固定在气体分散器(4)上方，在管式膜组件(6)和气体分散器(4)之间固定有导流罩(7)，在壳体(1)的内部加载有颗粒载体(9)。
作为优选实施方式，所述的颗粒载体(9)为人孔聚氨酯颗粒，直径为0.5～1.0cm。投加量为0.1～0.15m3/m3。所述的导流罩(7)外观为圆台形，导流罩(7)的坡面与水平方向呈40～80°夹角。锥形载体收集器(8)的坡面与水平方向呈40～80°夹角。
本发明在浸没式管式膜MBR中投加颗粒载体，通过导流罩和载体收集器的设计，使颗粒载体在气水混合流的作用下在装置中循环流动，并不断摩擦管式膜内腔，有效去除膜面滤饼层污染，实现膜组件运行过程中的原位清洗，使管式膜MBR具备自清洁功能。本发明与现有技术相比，具有如下优点：
1.一种新型的自清洁浸没式管式膜生物反应装置，能实现膜组件运行过程中的原位清洗，避免了膜组件异位清洗复杂操作过程；
2.一种新型的自清洁浸没式管式膜生物反应装置，生物量大，处理效率高；
3.一种新型的自清洁浸没式管式膜生物反应装置，能实现同步硝化反硝化反应，总氮去除率高；
4.一种新型的自清洁浸没式管式膜生物反应装置，与传统的膜生物反应器相比曝气量低，跨膜压力低，动力消耗低；
附图说明
图1：本发明的自清洁浸没式管式膜生物反应装置结构示意图；
图2：本发明的自清洁浸没式管式膜生物反应装置中气体流向图；
图3：本发明的自清洁浸没式管式膜生物反应装置中颗粒载体流向图；
图4：本发明的应用场合1中管式膜组件跨膜压差随运行时间的变化；
图5：本发明的应用场合2中出水总氮浓度和去除率随运行时间的变化。
图中数字说明：壳体1、进水口2、排泥口3、气体分散器4、支架5、管式膜组件6、导流罩7、载体收集器8、颗粒载体9。
具体实施方式：
下面结合附图，对本发明加以进一步说明，但本发明不只限于此。
参见图1，本发明提供的MBR装置为一种自清洁浸没式管式膜生物反应装置，该装置由：外壳1、进水口2、排泥口3、气体分散器4、支架5、管式膜组件6、导流罩7、载体收集器8、颗粒载体9组成；其中：装置底部为载体收集器8，其上开有进水口2和排泥口3，进水口2上方安装气体分散器4，管式膜组件6在装置内，通过支架5固定在气体分散器4上方，管式膜组件6下方安装导流罩7。在本发明的浸没式管式膜生物反应装置中投加有颗粒载体9，载体为大孔聚氨酯颗粒，直径为0.5～1.0cm，投加量为0.1～0.15m3/m3。
载体收集器8外观为倒锥形，坡面与水平方向呈40～80°夹角。导流罩7外观为圆台形，坡面与水平方向呈40～80°夹角。
本发明的反应装置可用于养殖废水、垃圾渗滤液和生活污水的处理及回用。使用时，待处理废水从本发明的MBR装置底部的进水口1进入反应装置，在曝气的作用下，反应装置中的异养好氧微生物将废发水中的有机物降解为H2O和CO2，处理后的水通过装置内的管式膜组件6进行过滤，将微生物截留在反应器中。
参见图2和图3，对本发明的新型的自清洁浸没式管式膜生物反应装置的工作过程进行描述：导流罩7将由气体分散器4排出的气体导向管式膜组件6底部，气体经由膜管内腔向上通过管式膜组件6；管式膜组件6外，颗粒载体9在自身重力和水流作用下下沉，至载体收集器8后气水混合流夹带上升，导流罩7将颗粒载体9导向管式膜组件6底部，颗粒载体9经由膜管内腔上升，离开管式膜组件6后颗粒载体9随气泡辐流式扩散，并在自身重力和水流作用下下沉，从而实现颗粒载体9在装置内的循环流动。颗粒载体9在气水混合流作用下对管式膜组件6膜管内腔摩擦可以去除过滤过程所形成的滤饼层，使膜生物反应器具有自清洁能力。
下面对本发明的MBR装置的原理进行说明。
在反应装置中投加颗粒载体，待生物膜形成后，反应器中生物量显著提高，改善废水处理效果；颗粒载体内部形成的厌氧区域为兼性反硝化细菌生长提供条件，系统具备同步硝化反硝化能力；导流罩将由气体分散器排出的气体导向管式膜组件底部，气体带动水流经由膜管内腔向上运动通过管式膜组件，膜组件外部液体至上而下流动，至载体收集器后在在气体带动下通过膜管内腔，形成循环流场；
颗粒载体在气水混合流作用下在装置内呈循环流化状态，管式膜组件外，颗粒载体在自身重力和水流作用下下沉，至载体收集器后被气水混合流夹带上升，导流罩将颗粒载体导向管式膜组件底部，颗粒载体经由膜管内腔上升，离开管式膜组件后颗粒载体随气泡辐流式扩散，并在自身重力和水流作用下下沉，在导流罩的作用下，进入载体收集器，形成循环流动；
颗粒载体在反应器内循环流动的过程中，不断对膜面进行摩擦，有效去除膜面滤饼层，实现膜组件运行过程中的原位清洗，使MBR反应器具备自清洁功能。
本发明的自清洁浸没式管式膜生物反应装置的一个实施例为：尺寸为15cm×65cm直径×高，总有效容积为8.0L，具中载体收集器容积为0.7L，形状为倒锥形，直径为15cm，顶角为60°。导流罩底部直径为11cm，顶部直径为5.2cm，坡面与水平方向呈60°夹角。反应装置在启动前向其中投加取自污水处理厂或废水处理厂二沉池污泥，投加量为有效池空的1/3～1/2。启动进水泵向反应器中注入待处理污水或废水并投加大孔聚氨酯载体，投加量为0.1～0.15m3/m3，液体没过管式膜组件后打开曝气泵和出水泵进行系统驯化，根据出水水质分析驯化效果，并最终确定装置运行条件。下面介绍本发明的两个应用场合。
应用1：利用本发明实施例的装置处理某校宿舍区生活污水，处理量为24L/d，装置污泥接种量4g/L。装置进水CODCr浓度250～300mg/L、氨氮浓度40～52mg/L。系统稳定后，经处理后出水CODCr浓度32～51mg/L、氨氮浓度小于10mg/L，达到《国家污水综合排放标准》GB8978-1996的一级排放标准。图4为该处理系统中管式膜组件在负压、恒通量50L/m2h条件下运行时跨膜压差的变化情况。可以看出，在无反冲洗的情况下，膜组件跨膜压差上升缓慢，经过22天的运行，跨膜压差始终低于33KPa。实验期间，管式膜组件运行稳定，无需对膜组件进行清洗。
应用2：处理沉淀后的某养猪厂冲圈废水，处理量为8L/d，装置污泥接种量10g/L。图5为该处理系统运行期间的进出水水质情况。进水CODCr浓度1720～1860mg/L、氨氮浓度320～456mg/L。系统稳定后，经处理后出水CODCr浓度185～275mg/L、氨氮浓度52～74mg/L，水质满足《禽畜养殖业污染物排放标准》GB18596-2001，并且总氮去除率稳定在20％左右。

Claims (6)

1.一种自清洁浸没式管式膜生物反应装置，包括壳体(1)、位于壳体(1)底部的倒锥形载体收集器(8)，在载体收集器(8)的下方顶部和侧面分别开设有进水口(2)和排泥口(3)，在进水口(2)的上方设置有气体分散器(4)，管式膜组件(6)通过支架(5)固定在气体分散器(4)上方，在管式膜组件(6)和气体分散器(4)之间固定有导流罩(7)，在壳体(1)的内部加载有颗粒载体(9)。
2.根据权利要求1所述的自清洁浸没式管式膜生物反应装置，其特征在于：所述的颗粒载体(9)为大孔聚氨酯颗粒，直径为0.5～1.0cm。
3.根据权利要求2所述的自清洁浸没式管式膜生物反应装置，其特征在于：所述的颗粒载体(9)的投加量为0.1～0.15m3/m3。
4.根据权利要求1所述的自清洁浸没式管式膜生物反应装置，其特征在于：所述的导流罩(7)外观为圆台形。
5.根据权利要求1所述的自清洁浸没式管式膜生物反应装置，其特征在于：所述的导流罩(7)的坡面与水平方向呈40～80°夹角。
6.根据权利要求1所述的自清洁浸没式管式膜生物反应装置，其特征在于：所述的锥形载体收集器(8)的坡面与水平方向呈40～80°夹角。
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