CN107311299B - 一种膜生物反应器的曝气系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种膜生物反应器的曝气系统，包括上端开口的壳体、第一筛网板、第二筛网板和曝气构件；壳体内的隔板将壳体的空腔分隔成上层空腔和下层空腔，第一筛网板和第二筛网板间隔地设置在上层空腔内且平行于所述隔板，以第一筛网板与第二筛网板之间的空腔为注胶层，以第二筛网板与隔板之间的空腔为出水层，以下层空腔为进气层；所述第一筛网板和第二筛网板均设有多个用于穿接膜丝的筛孔，筛孔为呈阵列均匀间隔布置；曝气构件为设有上端口和下端口的管件结构，曝气构件自下而上依次贯穿进气层、出水层和注胶层；曝气构件位于进气层内的部位设有进气孔。本发明具有结构简单，造价及运行成本低，膜通量高，膜污染防治效果好的优点。
Description
技术领域
本发明涉及膜生物反应器，更具体地说，涉及一种膜生物反应器的曝气系统。
背景技术
近年来，膜技术在污水处理领域中的应用特别是与生物反应器相组合的膜生物反应器(Membrane Bioreactor，简称MBR)工艺作为一种新型高效污水处理工艺在受到了日益广泛的关注。MBR是一种由膜分离单元与生物处理单元相结台的新型水处理技术，以膜组件取代二沉池在生物反应器中保持高活性污泥浓度减少污水处理设施占地，并通过保持低污泥负荷减少污泥量。MBR工艺具有操作简单、水力停留时间(HRT)与污泥龄(SRT)分离、污泥浓度高、抗冲击负荷能力强、出水水质好等优点。在膜生物反应器中，生物反应器主要完成污水中污染物的降解；膜分离单元主要完成固液分离、并对一些大分子化合物起到截留作用，所使用的膜一般为超滤或微滤膜。
在实际应用中，由于在运行过程中MBR的膜组件易受到污染，造成膜通量下降，影响膜组件的稳定运行，使膜污染成为限制MBR应用的关键问题。膜污染是指悬浮颗粒、胶体粒子或溶解性大分子有机物在膜表面和膜孔内吸附沉积，造成膜孔径减小或堵塞，使膜通量下降的现象。
现有技术中，为了防治膜污染、提高MBR的处理效果，一般采用以下方法：
1、生物曝气与气水清洗结合。
“外置式中空纤维膜生物反应器”(CN2755081Y)，包括中空纤维束、带中心连接口的气液分布器、外壳，可实现料液均匀分布、膜组件的就地清洗，单元易于管理和维修，过滤性能稳定。
这种在向单元供氧的同时利用气水上升流对膜表面进行清洗方法，由于满足生物反应的曝气量不可能很大，单纯依靠气流上升对膜搓洗的效果有限。
2、在反洗水中加入压缩空气。
“膜生物反应器膜的气水反冲洗装置”(CN2530940Y)，涉及一种气水反冲装置，其特点是采用压缩空气对膜进行反冲洗，提高了反冲洗效果。
这种方法利用少量的反冲洗水，减缓膜的堵塞，延长膜的使用寿命，在一定程度上改善了反洗效果，但该方法仍然停留在反冲的层面上，防治膜的污染的效果有限。
3、在反应器中增加扰动装置。
“膜生物反应器”(CNl727289A)，包括至少一预过滤层、至少一生物膜单元，及至少一扰流装置，该扰流装置夹在预过滤层和生物膜单元中间，可扰动介于预过滤层和生物膜单元中间的污水，具有膜生物反应器流通量高、膜清洗方便、膜操作周期长、运行成本低的优点。
这种方法通过提高液流的紊动强度，强化膜面清洗效果，对减缓膜面污染物沉积、提高清洗效率有效，但由于扰动装置为静态装置，借助液流的动能清洗膜面，在回流比不可能太大的情况下清洗效果有限。
此外，现有的MBR中，一般还存在如下缺陷：a.需要单独设计底部曝气系统，设备复杂庞大，成本高；b.膜丝采用一捆结构，这样脏东西或悬浮物夹在膜丝之间无法冲洗；c.膜丝捆扎之后直接采用胶水粘贴，导致运行过程中因长时间左右前后摆动而引起膜丝从膜构中脱落；d.曝气系统利用风机搅拌时风机能耗高；e.维护过程复杂，对设备和技术人员要求高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种结构简单，造价及运行成本低，膜通量高，膜污染防治效果好的用于膜生物反应器的曝气系统。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种膜生物反应器的曝气系统，其包括上端开口的壳体、第一筛网板、第二筛网板和曝气构件；所述壳体为长槽状结构，所述壳体内设有隔板，所述隔板将所述壳体的空腔分隔成上层空腔和下层空腔，所述第一筛网板和第二筛网板间隔地设置在所述上层空腔内且平行于所述隔板，以所述第一筛网板与第二筛网板之间的空腔为注胶层，以所述第二筛网板与隔板之间的空腔为出水层，以所述下层空腔为进气层；所述第一筛网板和第二筛网板均设有多个用于穿接膜丝的筛孔，所述筛孔为呈阵列均匀间隔布置；沿所述壳体的长度方向的中心线上均匀间隔地设置有多个所述曝气构件；所述曝气构件为管件结构，所述曝气构件设有上端口和下端口，其管腔内径中间小、两端逐渐增大；所述曝气构件自下而上依次贯穿所述进气层、出水层和注胶层；所述曝气构件位于所述进气层内的部位设有进气孔，所述进气孔自所述曝气构件的外部向内部倾斜向上设置。
作为本发明优选的方案，所述第一筛网板和第二筛网板均由多块大小相同的方形的筛网板单元依次拼接成型，每一所述筛网板单元上设有多个用于穿接所述膜丝的筛孔，所述筛孔呈阵列均匀布置。
作为本发明优选的方案，所述壳体的底部设有与所述下端口配合连接的进水口，所述第一筛网板中的每一所述筛网板单元的中心位置设有与所述上端口配合连接的气液混合出口，所述第二筛网板中的每一所述筛网板单元的中心位置设有可供所述上端口穿过的第一连接孔，所述隔板设有可供所述下端口穿过的第二连接孔。
作为本发明优选的方案，所述曝气构件为阶梯型管件结构，其包括依次连接的上管部、中管部和下管部，所述上管部的外径小于所述中管部的外径，所述中管部的外径小于所述下管部的外径。
作为本发明优选的方案，所述上管部贯穿于所述第一筛网板与所述第二筛网板之间，所述上管部的上端与所述气液混合出口配合，所述上管部的下端与所述第一连接孔配合；所述中管部贯穿于所述第二筛网板与所述隔板之间；所述下管部贯穿于所述隔板与所述壳体的底部之间，所述下管部的上端与所述第二连接孔配合且密封，所述下管部的下端与所述进水口配合且密封。
作为本发明优选的方案，所述中管部与下管部的连接处设有挡板，所述挡板的外径大于所述第二连接孔的内径。
作为本发明优选的方案，所述上管部的管壁上均匀设置有多个可供胶水注入的凹槽。
作为本发明优选的方案，所述壳体的两端敞开，其中一端设有出水构件，另一端设有进气构件；所述出水构件包括盖设于所述壳体的一端的第一端盖板以及设置于所述第一端盖板上的出水接口，所述出水接口与所述出水层连通；所述进气构件包括盖设于所述壳体的另一端的第二端盖板以及设置于所述第二端盖板上的进气接口，所述进气接口与所述进气层连通。
作为本发明优选的方案，所述壳体的上端开口的内缘设有与所述第一筛网板卡合的第一卡位；所述壳体的内壁上设有与所述第二筛网板卡合的第二卡位。
作为本发明优选的方案，所述壳体对应所述注胶层的位置设有注胶孔，且所述注胶孔靠近所述第二筛网板一侧。
实施本发明的一种膜生物反应器的曝气系统，与现有技术相比较，具有如下有益效果：
(1)采用筛网板对每根膜丝进行间隔定位，并通过在注胶层内注胶，使胶水流入膜丝与膜丝之间的间隙中，充分地粘固每根膜丝，有效地解决目前一捆式结构的膜丝束在机器运行过程中因长时间左右前后摆动而引起膜丝脱落的现象，同时这样的设计可使每根膜丝都能得到充分利用，提高膜丝的膜通量；
(2)曝气构件设置在膜丝束的中心区域，曝气构件释放出来的气液两相流体能够自膜丝束内部向膜丝束外部穿行于膜丝与膜丝之间，实现对膜丝空气搅拌冲洗和水冲洗，过程中位于膜丝束中心区域的膜丝也得到有效的冲洗，无冲洗不到的地方，冲洗效率高，膜污染防治效果好，过滤性能稳定；
(3)将原来单纯用风机来搅拌冲洗变成空气搅拌冲洗+水冲洗，大大节约风机能耗；
(4)曝气构件的管腔内径中间小、两端逐渐增大，有效提高气提效果，增大膜丝间水流流速，提高膜面的水力冲刷作用，进一步减缓膜污染；并且进气孔自曝气构件的外部向内部倾斜向上设置，能够确保在水压情况下不会有空气往曝气构件的下端口跑、漏气。
(5)将注胶层、出水层、进气层和曝气构件的设计结合到同一构件(即壳体)，不需要单独设计底部曝气系统，结构简单，成本低，且易于管理和维修。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍。
图1是本发明提供的一种膜生物反应器的曝气系统的曝气装置的主视图；
图2是本发明提供的一种膜生物反应器的曝气系统的曝气装置的正侧视向的立体图；
图3是本发明提供的一种膜生物反应器的曝气系统的曝气装置的背侧视向的立体图；
图4是本发明提供的一种膜生物反应器的曝气系统的筛网板的主视图；
图5是本发明提供的一种膜生物反应器的曝气系统的筛网板单元的主视图；
图6是本发明提供的一种膜生物反应器的曝气系统的曝气构件的主视图；
图7是本发明提供的一种膜生物反应器的曝气系统的出水构件的主视图；
图8是本发明提供的一种膜生物反应器的曝气系统的进气气构件的主视图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1至图8所示，本发明的优选实施例，一种膜生物反应器的曝气系统，其包括上端开口的壳体1、第一筛网板2、第二筛网板3和曝气构件4。
所述壳体1为长槽状结构，所述壳体1内设有隔板5，所述隔板5将所述壳体1的空腔分隔成上层空腔和下层空腔，所述第一筛网板2和第二筛网板3间隔地设置在所述上层空腔内且平行于所述隔板5，以所述第一筛网板2与第二筛网板3之间的空腔为注胶层6，以所述第二筛网板3与隔板5之间的空腔为出水层7，以所述下层空腔为进气层8。其中，注胶层6用于填充环氧树脂，将膜丝与曝气系统连接固定在一起；出水层7用于输出膜丝过滤后的干净滤水；进气层8用于向曝气构件4输入气体。
所述第一筛网板2和第二筛网板3均设有多个用于穿接膜丝的筛孔9，所述筛孔9为呈阵列均匀间隔布置，由此将每根膜丝间隔开来，使膜丝与膜丝之间具有可供流体通过的通道。
沿所述壳体1的长度方向的中心线上均匀间隔地设置有多个所述曝气构件4；所述曝气构件4为管件结构，所述曝气构件4设有上端口44和下端口45，其管腔内径中间小、两端逐渐增大；所述曝气构件4自下而上依次贯穿所述进气层8、出水层7和注胶层6；所述曝气构件4位于所述进气层8内的部位设有进气孔46，所述进气孔46自所述曝气构件4的外部向内部倾斜向上设置。其中，上端口44为输出端，下端口45为净水输入端，进气孔46为气体输入端，由此所述曝气构件4释放出来的流体能够自内而外穿行于膜丝与膜丝之间，实现对膜丝空气搅拌冲洗和水冲洗。
本曝气系统的工作原理是，处理污水时，出水层7在抽吸设备的作用下形成负压，污水池中的污水经过膜丝膜壁进入到中空通道内，期间膜分离单元进行固液分离，对一些悬浮颗粒、胶体粒子或溶解性大分子有机物截留在膜表面和膜孔内沉积，而过滤后的滤水进入膜丝的中空通道并流向出水层7，实现干净滤水输出，这些滤水可作工业水、生活水循环使用，节源环保。冲洗膜丝时，一边通过风机对进气层8提供正压风流，风流经曝气构件4的进气孔46进入其内部，另一边利用压力水对曝气构件4提供正压水流，水流经曝气构件4的下端口45进入其内部，这时风流与水流在曝气构件4内部交汇混合，并从曝气构件4的上端口44释放，由此曝气构件4释放出来的气液两相流体自膜丝束内部向膜丝束外部穿行于膜丝与膜丝之间，实现对膜丝空气搅拌冲洗和水冲洗。
由此可见，实施上述曝气系统的结构，与现有技术相比较，具有如下有益效果：首先，采用筛网板对每根膜丝进行间隔定位，并通过在注胶层6内注胶，使胶水流入膜丝与膜丝之间的间隙中，充分地粘固每根膜丝，有效地解决目前一捆式结构的膜丝束在机器运行过程中因长时间左右前后摆动而引起膜丝脱落的现象，同时这样的设计可使每根膜丝都能得到充分利用，提高膜丝的膜通量；其次，曝气构件4设置在膜丝束的中心区域，曝气构件4释放出来的气液两相流体能够自膜丝束内部向膜丝束外部穿行于膜丝与膜丝之间，实现对膜丝空气搅拌冲洗和水冲洗，过程中位于膜丝束中心区域的膜丝也得到有效的冲洗，无冲洗不到的地方，冲洗效率高，膜污染防治效果好，过滤性能稳定；第三，将原来单纯用风机来搅拌冲洗变成空气搅拌冲洗+水冲洗，大大节约风机能耗；第四，曝气构件4的管腔内径中间小、两端逐渐增大，有效提高气提效果，增大膜丝间水流流速，提高膜面的水力冲刷作用，进一步减缓膜污染；并且进气孔46自曝气构件4的外部向内部倾斜向上设置，能够确保在水压情况下不会有空气往曝气构件4的下端口45跑、漏气；最后，将注胶层6、出水层7、进气层8和曝气构件4的设计结合到同一构件(即壳体1)，不需要单独设计底部曝气系统，结构简单，成本低，且易于管理和维修。
进一步地，本实施例中，所述第一筛网板2和第二筛网板3均由多块大小相同的方形的筛网板单元22依次拼接成型，每一所述筛网板单元22上设有多个用于穿接所述膜丝的筛孔9，所述筛孔9呈阵列均匀布置。这样的设计，有利于产品模块化生产，满足不同客户的需要。
进一步地，本实施例中，为了方便第一筛网板2、第二筛网板3和曝气构件4装配，所述壳体1的底部设有与所述下端口45配合连接的进水口10，所述第一筛网板2中的每一所述筛网板单元22的中心位置设有与所述上端口44配合连接的气液混合出口11，所述第二筛网板3中的每一所述筛网板单元22的中心位置设有可供所述上端口44穿过的第一连接孔12，所述隔板5设有可供所述下端口45穿过的第二连接孔13。所述曝气构件4为阶梯型管件结构，其包括依次连接的上管部41、中管部42和下管部43，所述上管部41的外径小于所述中管部42的外径，所述中管部42的外径小于所述下管部43的外径。所述上管部41贯穿于所述第一筛网板2与所述第二筛网板3之间，所述上管部41的上端(即曝气构件4的上端口44)与所述气液混合出口11配合，所述上管部41的下端与所述第一连接孔12配合；所述中管部42贯穿于所述第二筛网板3与所述隔板5之间；所述下管部43贯穿于所述隔板5与所述壳体1的底部之间，所述下管部43的上端与所述第二连接孔13配合且密封，所述下管部43的下端(即曝气构件4的下端口45)与所述进水口10配合且密封。所述中管部42与下管部43的连接处设有挡板47，所述挡板47的外径大于所述第二连接孔13的内径。所述壳体1的上端开口的内缘设有与所述第一筛网板2卡合的第一卡位15；所述壳体1的内壁上设有与所述第二筛网板3卡合的第二卡位16。装配时，先将曝气构件4的下端口45穿过第二连接孔13插至进水口10中，这时挡板47正好被在隔板5的上表面阻挡，实现曝气构件4的轴向定位，然后将第二筛网板3通过其上的第一连接孔12对准曝气构件4的上端口44套入至预设位置(也即上管部41与中管部42之间的台肩位置)，这时第二筛网板3正好被第二卡位16卡住，最后将第一筛网板2通过其上的气液混合出口11对准曝气构件4的上端口44套入，这时第一筛网板2正好被第一卡位15卡住，由此完成第一筛网板2、第二筛网板3和曝气构件4装配。
进一步地，本实施例中，所述上管部41的管壁上均匀设置有多个可供胶水注入的凹槽48。具体的，所述凹槽48设有4个，在所述上管部41的管壁上呈两侧上下两个对称设置。这样的设计能使每个由筛网板单元22和穿接在其上的膜丝组成的膜块牢牢固定，从而提高了整个产品结构的稳定性和可靠性。
进一步地，本实施例中，所述壳体1的两端敞开，其中一端设有出水构件，另一端设有进气构件；所述出水构件包括盖设于所述壳体1的一端的第一端盖板17以及设置于所述第一端盖板17上的出水接口18，所述出水接口18与所述出水层7连通；所述进气构件包括盖设于所述壳体1的另一端的第二端盖板19以及设置于所述第二端盖板19上的进气接口20，所述进气接口20与所述进气层8连通。这样的设计，优化了壳体1的组成结构，出水构件和进气构件能够分离于壳体1，使壳体1的生产制造更加简单，同时可根据客户的要求，结合模块化的筛网板单元22来设计不同长度规格的壳体1，而出水构件和进气构件作为两端端盖的结构不变，有利于在后续不同规格产品中沿用，节省生产成本，生产更加方便、准确、快捷。
进一步地，本实施例中，所述壳体1对应所述注胶层6的位置设有注胶孔21，且所述注胶孔21靠近所述第二筛网板3一侧。这样的设计，一方面可方便胶水注入注胶层6内，将膜丝、曝气构件4、第一筛网板2和第二筛网板3和壳体1密封固定在一起，提高产品的装配效率，另一方面由于注胶孔21靠近第二筛网板3一侧，注胶时曝气系统为倒置状态(即第一筛网板2朝下)，保证胶水与第一筛网板2充分粘接，同时防止胶水在充盈于注胶层6的情况下经过第二筛网板3渗进出水层7内。
以上所揭露的仅为本发明的较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。
Claims (8)
1.一种膜生物反应器的曝气系统，其特征在于，包括上端开口的壳体、第一筛网板、第二筛网板和曝气构件；所述壳体为长槽状结构，所述壳体内设有隔板，所述隔板将所述壳体的空腔分隔成上层空腔和下层空腔，所述第一筛网板和第二筛网板间隔地设置在所述上层空腔内且平行于所述隔板，以所述第一筛网板与第二筛网板之间的空腔为注胶层，以所述第二筛网板与隔板之间的空腔为出水层，以所述下层空腔为进气层；所述第一筛网板和第二筛网板均设有多个用于穿接膜丝的筛孔，所述筛孔为呈阵列均匀间隔布置；沿所述壳体的长度方向的中心线上均匀间隔地设置有多个所述曝气构件；所述曝气构件为管件结构，所述曝气构件设有上端口和下端口，其管腔内径中间小、两端逐渐增大；所述曝气构件自下而上依次贯穿所述进气层、出水层和注胶层；所述曝气构件位于所述进气层内的部位设有进气孔，所述进气孔自所述曝气构件的外部向内部倾斜向上设置；所述曝气构件为阶梯型管件结构，其包括依次连接的上管部、中管部和下管部，所述上管部的管壁上均匀设置有多个可供胶水注入的凹槽；所述壳体对应所述注胶层的位置设有注胶孔，且所述注胶孔靠近所述第二筛网板一侧。
2.如权利要求1所述的一种膜生物反应器的曝气系统，其特征在于，所述第一筛网板和第二筛网板均由多块大小相同的方形的筛网板单元依次拼接成型，每一所述筛网板单元上设有多个用于穿接所述膜丝的筛孔，所述筛孔呈阵列均匀布置。
3.如权利要求2所述的一种膜生物反应器的曝气系统，其特征在于，所述壳体的底部设有与所述下端口配合连接的进水口，所述第一筛网板中的每一所述筛网板单元的中心位置设有与所述上端口配合连接的气液混合出口，所述第二筛网板中的每一所述筛网板单元的中心位置设有可供所述上端口穿过的第一连接孔，所述隔板设有可供所述下端口穿过的第二连接孔。
4.如权利要求3所述的一种膜生物反应器的曝气系统，其特征在于，所述上管部的外径小于所述中管部的外径，所述中管部的外径小于所述下管部的外径。
5.如权利要求4所述的一种膜生物反应器的曝气系统，其特征在于，所述上管部贯穿于所述第一筛网板与所述第二筛网板之间，所述上管部的上端与所述气液混合出口配合，所述上管部的下端与所述第一连接孔配合；所述中管部贯穿于所述第二筛网板与所述隔板之间；所述下管部贯穿于所述隔板与所述壳体的底部之间，所述下管部的上端与所述第二连接孔配合且密封，所述下管部的下端与所述进水口配合且密封。
6.如权利要求4所述的一种膜生物反应器的曝气系统，其特征在于，所述中管部与下管部的连接处设有挡板，所述挡板的外径大于所述第二连接孔的内径。
7.如权利要求1所述的一种膜生物反应器的曝气系统，其特征在于，所述壳体的两端敞开，其中一端设有出水构件，另一端设有进气构件；所述出水构件包括盖设于所述壳体的一端的第一端盖板以及设置于所述第一端盖板上的出水接口，所述出水接口与所述出水层连通；所述进气构件包括盖设于所述壳体的另一端的第二端盖板以及设置于所述第二端盖板上的进气接口，所述进气接口与所述进气层连通。
8.如权利要求1所述的一种膜生物反应器的曝气系统，其特征在于，所述壳体的上端开口的内缘设有与所述第一筛网板卡合的第一卡位；所述壳体的内壁上设有与所述第二筛网板卡合的第二卡位。
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