CN103708606A - 一种脉冲节能式mbr的方法与装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种脉冲节能式MBR的方法与装置。一种脉冲节能式MBR的方法，包括以下步骤：（1）废水经进水泵打入膜池中，与膜池中的活性污泥和/或填料混合后进入膜组器；（2）通过曝气机对曝气管供气，控制开关根据水、气压变化自动开启或关闭，形成脉冲曝气，曝气使污泥混合液和/或填料均匀分布至膜组器内，曝气产生的气泡带动填料对膜元件进行连续有效的空气冲刷和擦洗；（3）膜组器的集水管经产水泵抽吸出水，抽吸压力为1～100kPa，产水通量在1～100L/m2.h。本发明能耗低，膜污染程度轻，设备投资费用少，装置结构简单，占地面积小、操作简洁、便于自动化操作控制。
Description
技术领域
本发明属于环保技术领域，特别涉及一种脉冲节能式MBR的方法与装置，属于废水处理工艺及集成设备。
背景技术
膜生物反应器(Membrane Bioreactor，简称MBR)是20世纪末发展起来的最具潜力的废水资源化再生利用技术之一。MBR是将膜分离技术引入废水生物处理系统，利用膜分离技术与生物反应技术各自的优势，开发出的一种高效水处理系统。它具有出水水质优良稳定、占地面积小、活性污泥浓度高、剩余污泥量少、运行管理简单等优点。
MBR工艺作为一种高效的水处理技术，正处于发展完善阶段，其自身仍存在一定缺陷需要进一步解决。目前，运行能耗高和膜污染问题是限制MBR工程应用的主要瓶颈。其中曝气能耗是决定MBR运行能耗的根本原因，其占整个运行能耗的80%以上。另外，由于膜在运行过程中容易受到污染，造成通量下降，增加膜清洗频率和膜更换频率，直接影响了膜组器的效率和使用寿命，增加了运行费用，阻碍了其在实际中的广泛应用。
发明内容
本发明提供了一种脉冲节能式MBR的方法与装置，解决了现有MBR中曝气能耗高、膜容易污染、运行费用高等问题。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种脉冲节能式MBR装置，其中，包括膜池、膜组器、曝气管和曝气机，所述的膜池的进水口安装有进水泵，所述的膜组器设置在膜池内，所述的膜组器包括若干膜元件和集水管，所述膜元件彼此间隔地设在所述膜组器内，每个膜元件上设有出水口，用于收集净水，且每个膜元件上的出水口均通过管路与集水管连通，所述的集水管的出口连接有产水泵，所述曝气管位于膜组器的下方，所述曝气机的出口依次连接有控制开关和曝气管，所述的控制开关可以根据水、气压平衡自动控制脉冲曝气方式，当控制开关所受的大气压大于所受的 水压时，控制开关开启，气体沿管路进入曝气管；当控制开关所受的大气压小于或等于所受的水压时，控制开关关闭，如此反复形成以脉冲曝气。
进一步，本发明的一种优选方案：所述的膜元件为平板膜、中空纤维膜和管式膜中的一种，更优选平板膜。
进一步，本发明的一种优选方案：所述膜元件填充有填料。填料为聚氨酯填料、组合填料、弹性填料中的一种或几种。
进一步，本发明的一种优选方案：所述膜元件填充有填料。所述的填料的形状为蜂窝海绵状、球状、片状、条状，更优选采用蜂窝海绵状。载体所用的材料可以是有机的也可以是无机的，优选的，所用材料为聚氨酯弹性体。
一种利用本发明的脉冲节能式MBR装置处理污水的方法，包括以下步骤：
（1）废水经进水泵打入膜池中，与膜池中的活性污泥和/或填料混合后进入膜组器；
（2）通过曝气机对曝气管供气，控制开关可以根据水、气压平衡自动控制脉冲曝气方式，当控制开关所受的大气压大于所受的水压时，控制开关开启，气体沿管路进入曝气管；当控制开关所受的大气压小于或等于所受的水压时，控制开关关闭，如此反复形成脉冲曝气，曝气使污泥混合液和/或填料均匀分布至膜组器内，曝气产生的气泡带动填料对膜元件进行连续有效的空气冲刷和擦洗；
（3）膜组器的集水管经产水泵抽吸出水，抽吸压力为1～100kPa，产水通量在1～100L/m2.h。
进一步，本发明的一种优选方案：所述的产水泵间歇运行，抽吸5-15min，停抽1-5min。
进一步，本发明的一种优选方案：所述的产水泵间歇运行时，采用变强度曝气，产水泵抽吸时，控制气水比在5-30:1，产水泵停抽时，控制气水比在5-45:1。
本发明的有益效果：
本发明与现有技术相比具有以下优点及突出性效果：
（1）采用水、气压平衡自动控制脉冲曝气方式，在曝气管上设置控制开关，在曝气作用下，当控制开关所受的气压逐步上升，当控制开关所受的气压大于控制开关所受的水压时，控制开关打开，气体沿管路进入曝气管；气体进入曝 气管后，控制开关所受的气压降低，当控制开关所受的气压小于或等于所受的水压时开关关闭，曝气停止；如此反复形成以脉冲曝气，可显著提高组器内的水动力学性能和传质系数，同时，减少了混合液中EPS的释放和SMP的溶出，有效缓解膜污染。
（2）采用变强度曝气方式，即，在MBR产水泵抽吸时采用较低的曝气强度，即控制气水比在5-30:1，在MBR产水泵停抽时采用较高的曝气强度，即控制控制气水比在5-45:1，（可以采用两台泵控制，低强度曝气时，采用一台泵，高强度曝气时，采用两台泵同时开）这样，在抽吸时间间隔内，相互联结的污泥絮体较松散的附着在膜表面，形成“松弛”的沉积阻力层，有利于停歇空曝气时间内，膜组器的内外压力很快达到平衡时，增大的曝气前度产生急速的曝气冲刷，增强液体留洞的湍流程度和膜表面的剪切力，迅速减少污染物在膜表面的沉积，排斥了附着的悬浮杂质和污泥，减慢沉积层在膜表面形成的速率，减少膜过滤阻力和膜面压差，有利于膜组器长时间保持较高的渗透速率；另一方面，变强度曝气，有利于生物膜的更替，维持其“新鲜”态，强化了膜表面动态膜的“松弛附着性”和污染的“可逆性”，污泥混合液中的膜污染在一定程度上得到了“缓解”，有利于膜污染的控制。
（3）采用水、气压平衡自动控制脉冲曝气方式，避免了采用电磁阀的机械式脉冲曝气方式使用过程中电磁阀频繁启停造成的寿命短、2-3个月需更换电磁阀的缺点，而且，节省了设备投资和运行成本。
（4）在MBR膜池中投加填料，丰富了反应器的生物物种，反应器内世代时间较长的细菌在载体上大量增殖，填料上特有的后生动物和厌氧细菌强化了对难降解有机物的分解。
（5）MBR膜池中加入填料后附着其上的微生物不断生长、增殖，悬浮生物由于食料竞争而被抑制，致使MLSS值降低，缓解了膜组器的污染。
本发明能耗低，膜污染程度轻，设备投资费用少，装置结构简单，占地面积小、操作简洁、便于自动化操作控制。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面 描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的一个实施例的结构示意图；
图中，1为曝气机，2为控制开关，3为膜组器，31为集水管，32为膜元件，4为膜池，5为进水泵，6为产水泵，7为填料，8为曝气管。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所述的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1
如图1所述，一种脉冲节能式MBR装置，其中，包括膜池4、膜组器3、曝气管8和曝气机1，膜池4的进水口安装有进水泵5，膜组器3设置在膜池4内，膜组器3包括若干膜元件32和集水管31，膜元件32彼此间隔地设在膜组器3内，每个膜元件32上设有出水口，用于收集净水，且每个膜元件32上的出水口均管路与 集水管31连通，集水管31的出口连接有产水泵6，曝气管8位于膜组器3的下方，曝气机1的出口依次连接有根据控制开关2和曝气管8。控制开关2可以根据水、气压平衡自动控制脉冲曝气方式，当控制开关2所受的大气压大于所受的水压时，控制开关2开启，气体沿管路进入曝气管8；当控制开关2所受的大气压小于或等于所受的水压时，控制开关2关闭，如此反复形成脉冲曝气。
本发明的曝气机1有两台。
运行过程：废水经进水泵5打入膜池4中，与膜池4中的活性污泥混合后通过膜元件32之间的空隙进入膜组器3；曝气机1对曝气管8供气，在曝气机1的出口装有根据控制开关2。控制开关2可以根据水、气压平衡自动控制脉冲曝气方式，当控制开关2所受的大气压大于所受的水压时，控制开关2开启，气体沿管路进入曝气管8；当控制开关2所受的大气压小于或等于所受的水压时，控制开关2关闭，如此反复形成脉冲曝气；在曝气作用下，污泥混合液和填料7均匀分布至膜组器3内，对膜元件32进行连续有效的空气冲刷和擦洗，膜组器3的集水管31经产水泵6抽吸出水，抽吸压力为-1～-100kPa，产水通量在1～100L/m2.h；产水泵6间歇运行，抽吸5-15min，停抽1-5min；产水泵6抽吸时，启动一台曝气机1供气，控制气水比在5-30:1，产水泵6停抽时，启动两台曝气机2供气，控制气水比在5-45:1；当产水通量降低为设计通量的80%时，需要对膜组器3进行清洗。
本发明曝气时的气水比的控制也可以通过其他方式来控制，只要能达到产水泵6抽吸时，控制气水比在5-30:1，产水泵6停抽时，控制气水比在5-45:1即可。
在本发明的一些实施例中，膜元件32可以采用平板膜、中空纤维膜、管式膜，优选地，膜元件32选用平板膜，微生物固定化的载体可在气泡的带动下对平板膜元件32进行有效的冲刷，进行物理清洗，提高抗污染性能。
根据本发明实施例的填料7，填料7为聚氨酯填料、组合填料、弹性填料中的一种或几种。其形式可以是蜂窝海绵状、球状、片状、条状；优选地，采用蜂窝海绵状。载体所用的材料可以是有机的也可以是无机的，优选的，所用材料为聚氨酯弹性体。
生产实例1
某生活污水处理项目，处理量1000m3/d，原水CODCr200-500mg/L，氨氮40-50mg/L，SS100-230mg/L。采用本发明的脉冲节能式MBR装置处理，其中 所用的膜元件32为平板膜；填料7为聚氨酯填料，填料7的形状为蜂窝海绵状。
处理后出水CODCr20-50mg/L，氨氮<3mg/L，SS<1mg/L。清洗周期由120天提升至180天，清洗成本降低30%。
生产实例2
某工业园区废水处理与回用项目，处理量为500m3/d，原水CODcr为300～800mg/L，氨氮为40～90mg/L，SS为250～400mg/L。采用本发明的脉冲节能式MBR装置处理，其中所用的膜元件32为中空纤维膜；填料7为组合填料；填料7的形状为片状。处理后，出水CODcr小于50mg/L，浊度小于1NTU。该系统运行一个月，跨膜压力（TMP）由2.1KPa升至6.3kPa，膜压差上升平稳，运行稳定。
生产实例3
某煤化工行业废水处理项目，处理量为2000m3/d，进水原水CODcr为450～1000mg/L，氨氮为50～150mg/L，SS为120～260mg/L。采用本发明的脉冲节能式MBR装置处理，其中所用的膜元件32为管式膜；填料7为弹性填料；填料7的形状为条状。
处理后，产水CODCr<50mg/L，氨氮<5mg/L，SS<1mg/L。清洗周期由60天提升至98天。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
Claims (8)
1.一种脉冲节能式MBR装置，包括膜池、膜组器、曝气管和曝气机，所述膜池的进水口安装有进水泵，所述的膜组器设置在膜池内，所述的膜组器包括若干膜元件和集水管，所述膜元件彼此间隔地设在所述膜组器内，每个膜元件上设有出水口，用于收集净水，且每个膜元件上的出水口均通过管路与集水管连通，所述的集水管的出口连接有产水泵，其特征在于：所述曝气管位于膜组器的下方，所述曝气机的出口依次连接有控制开关和曝气管，所述的控制开关可以根据水、气压平衡自动控制脉冲曝气方式，当控制开关所受的大气压大于所受的水压时，控制开关开启，气体沿管路进入曝气管；当控制开关所受的大气压小于或等于所受的水压时，控制开关关闭，如此反复形成脉冲曝气。
2.根据权利要求1所述的一种脉冲节能式MBR装置，其特征在于：所述的膜元件为平板膜、中空纤维膜和管式膜中的一种。
3.根据权利要求1或2所述的一种脉冲节能式MBR装置，其特征在于：所述膜池填充有填料。
4.根据权利要求3所述的一种脉冲节能式MBR装置，其特征在于：所述的填料为聚氨酯填料、组合填料、弹性填料中的一种或几种。
5.根据权利要求4所述的一种脉冲节能式MBR装置，其特征在于：所述的填料的形状为蜂窝海绵状、球状、片状、条状。
6.一种利用权利要求1-5任一项所述的脉冲节能式MBR装置处理污水的方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）废水经进水泵打入膜池中，与膜池中的活性污泥和/或填料混合后进入膜组器；
（2）通过曝气机对曝气管供气，控制开关可以根据水、气压平衡自动控制脉冲曝气方式，当控制开关所受的大气压大于所受的水压时，控制开关开启，气体沿管路进入曝气管；当控制开关所受的大气压小于或等于所受的水压时，控制开关关闭，如此反复形成脉冲曝气，曝气使污泥混合液和/或填料均匀分布至膜组器内，曝气产生的气泡带动填料对膜元件进行连续有效的空气冲刷和擦洗；
（3）膜组器的集水管经产水泵抽吸出水，抽吸压力为1～100kPa，产水通量在1～100L/m2.h。
7.根据权利要求6所述的一种处理污水的方法，其特征在于：所述的产水泵间歇运行，抽吸5-15min，停抽1-5min。
8.根据权利要求7所述的一种处理污水的方法，其特征在于：所述的产水泵间歇运行时，采用变强度曝气，产水泵抽吸时，控制气水比在5-30:1，产水泵停抽时，控制气水比在5-45:1。
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