CN105948389B - 具有往复运动装置的mbr膜组器及mbr系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种往复运动的MBR膜组器，所述膜组器包括膜组器支架42和与之相连的膜丝41，膜组器支架42的顶部对称地设有多个支架吊装点44，其中，所述膜组器还包括往复运动驱动装置，所述驱动装置包括相连的气缸9和活塞杆10，所述驱动装置的一端与建筑物固定连接，另一端与膜组器支架42的上部相连接。本发明通过往复运动替代曝气或轨道设计，使膜丝在往复运动中剧烈冲击、碰撞、摩擦，实现膜组器及系统的自净效果。

Description

具有往复运动装置的MBR膜组器及MBR系统

【技术领域】

本发明涉及MBR膜组器，特别是一种能够往复运动的MBR膜组器，以及含有所述膜组器的MBR系统。

【背景技术】

膜生物反应器MBR是一种高效的污水处理设备，通过将设有大量中空纤维超滤膜的膜组器浸没在膜池中实现污水过滤。膜池中的高浓度污水与中空纤维膜接触，在负压抽吸下，清水透过膜丝表面的极小微孔进入中空纤维膜内的空腔，污泥被阻隔在膜丝表面外，从而实现泥水分离。在运行过程中，膜丝外表面吸附的污泥层不断加厚而形成过流阻力，因此影响超滤膜的渗透量。现有技术主要通过曝气使膜池中的膜丝摇摆，使污泥从其表面脱落。由于采用曝气手段，该方法的主要缺点是能耗较高。

作为改进，现有技术中有采用超声波振动膜丝的方法去除膜污染，或采用电磁振动膜组器的方法去除膜污染，或采用膜组器上下振动的方式去除膜污染。但这些方案都未取得满意的效果，或存在各自的缺陷。

美国专利申请US2014097132公开了一种MBR系统，其将膜组器安装在轨道上，通过电机驱动偏心轮，然后通过连杆与膜组器连接，使膜组器能够在轨道上往复运动。膜丝在膜组器的带动下在膜池中往复运动，通过膜丝运动而控制膜污染。然而，其缺点是明显的：处于MBR膜组器外边缘或中心区域的膜丝不能清洗干净，膜组器中部分部位的膜丝有死角，自净能力不足，影响膜丝的过水流量。其次，该系统的钢轮长期在铁轨上进行快速往复运动，轨道与轮子磨损严重，且摩擦阻力大。此外，水池中不均匀水流对膜组器的冲击力，传递到钢轮上，导致钢轮在轨道上偏斜，加快磨损，严重时甚至导致翻车。

【发明内容】

本发明的目的是克服现有技术不足，提供一种结构简单、易于调节和安装、能够实现水平往复运动的MBR膜组器，以及具有所述膜组器的MBR系统。

本发明提供一种具有往复运动装置的MBR膜组器，所述膜组器包括膜组器支架42和与之相连的膜丝41，膜组器支架42的顶部对称地设有多个支架吊装点44，其中，所述膜组器还包括往复运动驱动装置，所述驱动装置包括相连的气缸9和活塞杆10，所述驱动装置的一端与建筑物固定连接，另一端与膜组器支架42的上部相连接。

在本发明中，膜丝41即中空纤维膜膜丝(膜丝簇)，固定设置在膜组器支架的下部，并通过抽吸支管最终连接到膜池的总产水管。运行状态中，膜丝和膜组器支架的下部部分区域浸没在水中。膜丝、抽吸支管与膜组器支架的连接是本领域的常规技术，在此不做赘述。

在本发明中，支架吊装点44有四个、六个、八个，或根据需要地更多(例如根据膜组器支架的尺寸)。由于膜组器支架的横截面形状通常为矩形，对于支架吊装点有四个的情况，四个吊装点应当对称设置在支架顶面的四个角；对于六个吊装点的情况，可以采用三行两列的排布方式对称设置；对于八个吊装点的情况，可以采用四行两列的排布方式对称设置；以此类推。

在本发明中，为了便于描述，对于包括气缸9和活塞杆10的驱动装置，在其轴向方向上，其与膜组器支架42连接的一端定义为近端，另一端定义为远端。

该驱动装置的远端与建筑物连接，例如通过机械连接的方式(例如通过铰链)与膜池的壁固定连接，或借助支架或其他机械连接机构连接到固定物(例如借助结构合理的支架连接到上梁5)。优选地，为了便于安装，可选择气缸作为远端(即驱动装置的远端是气缸9的端部)，通过例如铰链连接气缸9与膜池1池壁的上部。此时，活塞杆10作为驱动装置的近端与膜组器支架42的上部连接(例如通过铰接)。还可以在活塞杆10和膜组器支架42之间设置活动套筒11，以延长活塞杆10的长度，或用于调节活塞杆10与支架42之间的距离。

在本发明中，优选地，气缸9通过机械连接方式与膜池连接，活动套筒11通过机械连接方式与膜组器支架42的上部连接。

本发明还提供一种具有往复运动装置的MBR系统，所述MBR系统包括膜池1、设置在膜池1中的前述膜组器，所述膜池1具有进水管2和产水总管3，产水总管3通过与之相连的抽吸支管4连接到膜组器的膜丝；所述系统还包括平行设置在膜池1上方的两根或多根上梁5，每根上梁5设有多个吊点6，所述吊点6的设置位置与膜组器支架42顶部的支架吊装点44的位置一一配合；通过机械连接机构连接每一对位置匹配的吊点6与支架吊装点44。

由于膜池中可能设有多组MBR膜组器，因此上梁5的数量和设置位置应当与膜组器相匹配。吊点6可以是固定在上梁5特定位置的，也可以在上梁5设置多组吊点6，以便于调节。

上梁5与膜组器支架42之间的机械连接机构包括相连的吊杆7和花篮螺栓71。此外，吊杆还可以以链条替代。

花篮螺栓通常由具有左和右旋螺纹的调节杆、螺母及拉杆组成，利用丝杠进行伸缩，能微调上下两端的距离。

为了便于控制，所述系统还包括与气缸9相连、用于控制气缸9动作的三位五通电控阀12(也称为三位五通电磁阀)。电控阀与气缸的连接与控制属于公知技术，在此不做赘述。优选地，本发明的系统的往复运动的频率是0.5-1Hz，该运动频率可通过电控阀的控制。

在运行状态下，污水从进水管2进入膜池1，在产水总管3的负压抽吸作用下，清水渗透通过膜组器4上的膜丝41表面，进入中空纤维膜的内腔，再由膜组器抽吸支管43，进入产水总管3，最后流入清水池。

膜组器4通过膜组器支架42的四个对称设置的吊装点44、借助吊杆7悬挂在上梁5下方。吊杆7与膜组器支架42的连接方式为铰接，通过调整吊杆7中部的花篮螺栓71使膜组器4处于水平状态，防止水中的膜组器4在运行过程中发生偏斜。

在膜池1中的池壁上、位于水平面以上设置预埋钢板，用于设置双作用气缸9，气缸9的缸筒与池壁之间采用铰链8连接。气缸9的活塞杆10近端还设有套筒11，其与膜组器支架42上部也通过铰链连接。

MBR膜组器运行时，通过三位五通电控阀实现对气缸9得到控制，推动活塞杆10向近端运动，活塞杆10伸长，活塞杆10(及套筒11)推动膜组器4向前水平运动。然后，活塞杆10收回，拉动膜组器4向后运动。以此循环，实现往复运动。

在连接方面，每根上梁通过机械连接方式(例如焊接)设置多个吊耳，对于具有两根上梁的方案，每根上梁上的吊耳的位置应当是成对设置的，并能与支架吊装点42的位置相对应。

吊杆7的中部设有花篮螺栓结构，调整花篮螺栓71可以调整吊杆的长度，确保膜组器4处于水平位置。

膜组器4的顶面、吊杆7和钢梁之间形成平行四边形，在膜组器往复摆动过程中，该平行四边形不断变形，但对称设置的吊杆能够同步摆动，膜组器能始终处于水平状态，实现钟摆式往复运动。

根据钟摆理论可以知道：维持钟摆不停运动的动力是动能与势能的转换。膜组器处于中部时期动能最大，膜组器处于两端时其势能最大。摆动时，膜组器的水平位移为L＝R×Sinβ，其中R为吊杆的长度，β为吊杆的偏转角。膜组器的垂直位移为H＝R×cosβ。

通过调整吊杆的长度可以调整膜组器的运动状态。即当水平位移一定时，吊杆长度越短，膜组器摆动时，其垂直位移越大，即膜组器呈现上下垂直跳动状态越剧烈。当吊杆长度越长，膜组器的上下垂直运动分项越小，膜组器运动越平稳。膜组器的上下垂直抖动，有助于固体的污染物从膜丝表面的脱落。

当膜组器运动为绕吊点摆动即往复旋转运动时，旋转运动产生离心力，膜组器绕吊点往复旋转，从而带动膜组件之间的水体作往复旋转运动，水体旋转的离心力使水流向下流动，该水流流动可以将膜组器中的污泥尽快带到池底，降低膜组器内部的污泥浓度，避免污泥被膜丝二次吸附。同时，水流从上部进入膜组器内部，水流呈现一个低浓度水流从上部进入膜组器，高浓度水流从下部流出膜组器的循环。

膜组器往复摆动时，由于膜丝内通常具有高强度内衬，因此膜丝能够稳固设置在膜组器支架上，而膜丝表面粘附的污泥在离心力的作用下能够被甩掉，与膜丝表面脱离。此外，摆动造成的膜丝间的碰撞摩擦能够进一步去除膜丝表面的污染物。

通过膜组器的往复运动使膜丝反复弯折，膜丝表面泥饼层的应力不断变化，导致泥饼层疲劳、开裂，最终实现污染物质脱落。

与现有技术的直线往复运动式比较，本发明的MBR膜组器的内部水流从上向下循环路径明确。与曝气MBR相比，曝气MBR的水流是从下向上流动，将膜池底部的高浓度污泥带到膜组器里面来，特别容易导致污泥积累到膜丝上部。而本发明通过往复摆动，下部膜丝的水平位移距离较长，而上部膜丝的水平位移距离较短。因此下部膜丝的运动速度大，力作用大，受到的冲击与摩擦力也大，所以下部膜丝自净能力优于上部膜丝，以此克服膜池内污泥浓度不均、污泥浓度上低下高的缺陷。

通过调整气缸改变膜组器的运动频率。根据试验，当膜组器的运动频率为0.5Hz而膜组器的运动行程为10cm时膜丝清洗效果较好。当然，也可以根据不同水质调整运行频率。

为了进一步节约能耗，往复摆动膜组器一般可以采用脉冲式的运行方式，例如每10-20分钟提高往复运动频率，进行一段短时间的高频率运行(例如运行10秒钟)。

本发明的往复运动MBR膜组器及其系统通过运动替代传统技术的曝气或轨道设计，有效降低了膜池的含氧量，并克服了轨道易损耗的缺陷。膜丝之间通过膜组器的往复运动而产生剧烈的相对运动，相互冲击、碰撞、摩擦，将吸附在膜丝表面的污泥脱附下来。减少水流过膜阻力，保持膜丝的表面微孔的渗透性。

【附图说明】

图1为本发明的MBR系统的结构示意图；

图2为本发明的MBR膜组器在垂直面的运动状态示意图；

图3为本发明的MBR膜组器(局部)的运动状态示意图；

其中：1、膜池；2、进水管；3、总产水管；4、膜组器；5、上梁；6、吊点；7、吊杆；8、铰链；9、气缸；10、活塞杆；11、套筒；12、电控阀；

41、膜丝；42、膜组器支架；43、抽吸支管；44、支架吊装点；71、花篮螺栓；72、轴承。

【具体实施方式】

通过下述实施例非限制性地说明本发明的技术方案。本发明的保护范围应当由权利要求书确定，所有等同的技术方案都属于本发明的保护范围。

实施例1

如图1所示的MBR系统，包括膜池1、膜组器4和用于固定膜组器的连接机构。

膜池具有常规设置的进水管2和产水总管3，产水总管3通过抽吸支管4连接到膜组器的膜丝。膜池1的壁通过铰接固定一组往复运动驱动装置，包括相连的气缸9、活塞杆10和套筒11，以及用于控制气缸9动作的三位五通电控阀12。

膜组器包括常规设置的膜组器支架42和膜丝41。在膜组器支架42的顶部对称地设有四个支架吊装点44。膜组器支架42的上部与套筒11的端部通过铰链连接。

连接机构部分，在膜池1上方平行设置两根上梁5，每根上梁5有成对设置的多组吊点6，吊点6的设置与膜组器支架42的支架吊装点44的位置对应。通过具有花篮螺杆结构的吊杆7连接吊点6和支架吊装点44。安装妥当后，通过调节花篮螺杆，确保膜组器4处于水平状态。

运行方式方面，通过电控阀实现脉冲式往复运动。以10min为周期，每个周期中有10s为高频率(1Hz)往复运动，其余时间为低频率往复运动(0.5Hz)。活塞杆的移动距离为10cm。

这样，在运行状态下，膜池中的污水在产水总管3的负压抽吸作用下，清水通过膜丝41表面进入中空纤维膜的内腔，进入产水总管3。污泥被截留在膜丝41表面，然后通过摆动与膜丝表面脱离，逐渐沉降至膜池底部，实现膜组器的膜丝的自净。

本发明的往复运动MBR膜组器及其系统通过运动替代传统技术的曝气或轨道设计，有效降低了膜池的含氧量，并克服了轨道易损耗的缺陷。膜丝之间通过膜组器的往复运动而产生剧烈的相对运动，相互冲击、碰撞、摩擦，将吸附在膜丝表面的污泥脱附下来，减少水流过膜阻力，保持膜丝的表面微孔的渗透性。

Claims (4)

1.具有往复运动装置的MBR系统，其特征在于所述MBR系统包括膜池（1）、设置在膜池（1）中的膜组器，所述膜池（1）具有进水管（2）和产水总管（3），产水总管（3）通过与之相连的抽吸支管（4）连接到膜组器的膜丝；所述系统还包括平行设置在膜池（1）上方的两根或多根上梁（5），每根上梁（5）设有多个吊点（6），所述吊点（6）的设置位置与膜组器支架（42）顶部的支架吊装点（44）的位置一一配合；通过机械连接机构连接每一对位置匹配的吊点（6）与支架吊装点（44）；

所述膜组器包括膜组器支架（42）和与之相连的膜丝（41），膜组器支架（42）的顶部对称地设有多个支架吊装点（44），所述膜组器还包括往复运动驱动装置，所述驱动装置包括相连的气缸（9）和活塞杆（10），所述驱动装置的一端与建筑物固定连接，另一端与膜组器支架（42）的上部相连接；在活塞杆（10）远离气缸（9）的一端还设有活动套筒（11），所述驱动装置通过活动套筒（11）与膜组器支架（42）连接；支架吊装点（44）有四个、六个或八个。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于所述系统还包括与气缸（9）相连、用于控制气缸（9）动作的三位五通电控阀（12）。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于所述往复运动的频率是0.5-1Hz。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于气缸（9）通过机械连接方式与膜池连接，活动套筒（11）通过机械连接方式与膜组器支架（42）的上部连接。