CN108163971A - 一种mbr节能曝气装置及曝气方法 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例公开了一种MBR节能曝气装置及曝气方法，其中方法包括：将MBR装置内的N个膜组件分为两个含有个膜组件的MBR膜组M1和M2，设定每个膜组件最大曝气量为Xm3/h；降低变频器输出频率使鼓风机的总曝气量为抽吸泵采用间歇运行，当抽吸泵运行时，阀门K1、K2均处于满开状态；在两个连续抽吸泵停止期间两个阀门K1、K2轮流从关闭完全再恢复到全开；每个MBR膜组件均经历曝气量为循环曝气过程，鼓风机的曝气总量从原来持续曝气方式的NX m3/h降到曝气能耗降低50％。

Description

一种MBR节能曝气装置及曝气方法
技术领域
本发明涉及污水处理技术领域，特别涉及一种MBR节能曝气装置及曝气方法。
背景技术
MBR(Membrane Bio-reactor，膜生物反应器)技术是一种将膜分离技术与传统的生物处理技术相组合的污水处理工艺。该工艺采用膜分离替代传统活性污泥工艺中的二次沉淀池进行泥水分离，与传统的活性污泥法相比，具有占地面积小、出水水质优良、抗冲击负荷能力强、高容积负荷等优点。但是，MBR膜组件同时也存在能耗高的问题，导致其运行成本高，限制了其推广应用。
现有的MBR膜组件的曝气均采用持续的高强度曝气来维持膜面的高错流速度，达到延缓膜污染的目的，其中，曝气能耗占MBR系统总能耗的65-80％。实际上，MBR系统中为维持膜面高速冲刷的曝气能耗的有效利用率不到50％，50％的曝气能耗被浪费掉。导致MBR膜组件能耗高的主要原因是对MBR曝气时，曝气能量利用率低。
为降低曝气能耗，现有的MBR曝气装置通常采用如下方法：
1)膜组件优化设计提高曝气能量利用效率。
改变膜元件形式，例如中空纤维膜、平板膜，管式膜等形式；调整膜片之间的距离，控制曝气装置的曝气孔径大小，调整膜片底部与膜片之间的距离等。由于曝气的利用仅限于膜组件内部优化，降低的曝气量能耗不到原来膜组件的10％。
2)改变曝气方式。
常规的曝气方式为持续高强度曝气。高强度曝气的目的在于维持膜面的高速的错流速度，膜面得到充分冲刷而延缓膜污染来维护MBR系统的正常运行。经研究结果表明，在延缓膜污染方面，间歇曝气和节能曝气也可达到持续曝气相同效果。间歇曝气的瞬时流量和节能曝气的最大瞬时流量须要达到持续曝气时膜组件设定的曝气量，间歇时间有限制。
间歇曝气的实现方法有两种：间歇供气和设定压力瞬时放气。间歇供气是设定鼓风机启停时间来控制；设定压力瞬时放气是通过在膜组件的曝气装置前增加储气压力罐来实现，当储气压力罐的压力超过设定压力(也可是水压)，储气罐的气体向膜组件供气，储气罐内压力随之下降，低于设定压力，停止供气。上述过程循环往复，达到间歇曝气的目的。实践证明，间歇曝气可降低曝气能耗20-30％。
但是，上述降低曝气能耗的方法存在如下缺陷：膜组件优化设计降低能耗有限；间歇曝气需要鼓风机频繁启停，严重损害鼓风机和电气元件的使用寿命；采用储气罐增加设备投资，其可靠性不理想。
发明内容
本发明实施例公开了一种MBR节能曝气装置及曝气方法，以降低MBR膜组件的曝气能耗。技术方案如下：
一种MBR节能曝气装置，包括：带变频器的鼓风机、位于MBR池中的MBR膜组M1和MBR膜组M2以及抽吸泵，其中，所述MBR膜组M1的一端连接有供气总管Q1，所述供气总管Q1连接有阀门K1，所述MBR膜组M1的另一端连接有集水总管A1；所述MBR膜组M2的一端连接有供气总管Q2，所述供气总管Q2连接有阀门K2，所述MBR膜组M2的另一端连有集水总管A2；所述阀门K1和所述阀门K2均通过管道与所述鼓风机的出风口连接；所述集水总管A1和所述集水总管A2均通过管道与所述抽吸泵进水口连接。
其中，所述MBR节能曝气装置包括N个MBR膜组件，其中，N≥2，且N为偶数；所述MBR膜组M1和所述MBR膜组M2各包括个MBR膜组件；所述MBR膜组件的一端安装有曝气装置，另一端安装有集水装置。
其中，所述MBR膜组M1中，所述曝气装置的供气管相互连通后，汇聚至所述供气总管Q1；所述MBR膜组M2中，所述曝气装置的供气管相互连通后，汇聚至所述供气总管Q2。
其中，所述MBR膜组M1中，所述集水装置的集水管相互连通后，汇聚至所述集水总管A1；所述MBR膜组M2中，所述集水管相互连通后，汇聚至所述集水总管A2。
其中，所述阀门K1和所述阀门K2与所述鼓风机连接的管道上，还安装有气量控制阀和气体流量计；所述抽吸泵的出水口安装有出水流量计。
其中，所述阀门K1和所述阀门K2为电磁阀、电动阀或气动阀。
本发明实施例还公开了一种MBR节能曝气方法，包括以下步骤：
步骤A、设定每个MBR膜组件的最大曝气量为x m3/h，其中，x范围为6～10m3/h；设定抽吸泵的抽吸时间为4～13min，停歇时间为1～2min；控制带变频器的鼓风机的曝气量为其中，N为MBR节能曝气装置中MBR膜组件的总数。
步骤B、打开阀门K1和阀门K2，打开鼓风机，使气体分别通过供气总管Q1和供气总管Q2通入MBR膜组M1和MBR膜组M2；
步骤C、开启抽吸泵，当抽吸泵抽吸4～13min后，关闭抽吸泵，同时关闭阀门K2，使气体仅通过供气总管Q1通入MBR膜组M1，然后将阀门K2缓慢开启；
步骤D、当抽吸泵停歇1～2min后，再次开启抽吸泵，使气体分别通过供气总管Q1和供气总管Q2通入MBR膜组M1和MBR膜组M2；
步骤E、当抽吸泵抽吸4～13min后，关闭抽吸泵，同时关闭阀门K1，使气体仅通过供气总管Q2通入MBR膜组M2，然后将阀门K1缓慢开启；
步骤F、当抽吸泵停歇1～2min后，重复上述步骤C至步骤E。
其中，所述阀门K1或者所述阀门K2从关闭到完全打开所花费的总时间，小于所述抽吸泵的停歇时间。
其中，每个所述MBR膜组件的曝气量最小值为每个MBR膜组件均经历曝气量为循环曝气过程。
其中，所述步骤D中，当再次开启抽吸泵时，所述阀门K2恢复至满开状态。
本发明实施例提供了一种MBR节能曝气装置及曝气方法，通过在MBR池内安装两个MBR膜组，且每个MBR膜组的供气总管均连接一个阀门，能够在鼓风机鼓风时，两个MBR膜组同时进行曝气，或者，两个MBR膜组交替进行曝气。当其中一个MBR膜组进行曝气时，曝气量为同时对两个MBR膜组进行曝气时曝气量的2倍，在满足设定的最大曝气量的前提下，可以只需鼓风机原先一半的鼓风量，降低鼓风机的用电量，从而达到节约能耗的效果。
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为本发明实施例提供的一种MBR节能曝气装置的结构示意图。
图中，1.鼓风机，2.变频器，3.气量控制阀，4.气体流量计，5.阀门K1，6.曝气装置，7.MBR膜组件，8.集水装置，9.抽吸泵，10.出水流量计，11.MBR池，12.阀门K2，13.MBR膜组M1，14.MBR膜组M2，15.集水总管A1，16.集水总管A2，17.供气总管Q1，18.供气总管Q2，19.集水管，20.供气管。
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。
现有的技术公开了一种MBR变量曝气方法(专利号：201410385247.X)，鼓风机产生的气体通过电动三通阀的切换作用将气体轮流传输至该电动三通阀的B口和C口，其中，B口和C口分别与一个曝气装置相连。但是，由于电动三通阀切换时间为12秒～15秒切换一次，也就是说电动三通阀会进行频繁的切换，而频繁的切换使得电动三通阀因发热大而易于自动保护使得电动三通阀停止动作，并且使用寿命比较极大降低。更为严重的是，当电动三通阀损坏时，会使得部分膜组件的曝气装置停止曝气，膜污染急剧增加，导致膜组件中的膜堵塞严重，严重影响MBR反应器的正常运行。
另外，发明人发现，在电动三通阀的切换过程中，会出现0～30％的曝气量，也就是在切换过程中会存在零曝气量和很少曝气量的情况，虽然时间很短，但依然会导致膜迅速被污染，尤其是抽吸泵正在运行过程中，不曝气或少量曝气将会导致膜污染急剧增加，严重影响MBR反应器的正常运行。
为了消除上述问题，本发明实施例提供了一种MBR节能曝气装置，如图1所示，包括：
带变频器2的鼓风机1、位于MBR池11中的MBR膜组M113和MBR膜组M214以及抽吸泵9，其中，MBR膜组M113的一端连接有供气总管Q117，供气总管Q117连接有阀门K15，MBR膜组M113的另一端连接有集水总管A115；MBR膜组M214的一端连接有供气总管Q218，供气总管Q218连接有阀门K212，MBR膜组M214的另一端连有集水总管A216；阀门K15和阀门K212均通过管道与鼓风机1的出风口连接；集水总管A115和集水总管A216均通过管道与抽吸泵9进水口连接。
本发明中，MBR节能曝气装置包括N个MBR膜组件7，其中，N可以大于或等于2，且N可以为偶数。需要说明的是，本发明实施例中，MBR膜组件7的个数通常根据实际生产需要而设置，只要能满足MBR膜组正常运行即可，具体数目不做限定。
本发明中，MBR节能曝气装置包括两个MBR膜组，其中，MBR膜组M113和MBR膜组M214可以各包括个MBR膜组件7；其中，MBR膜组件7的一端安装有曝气装置6，另一端安装有集水装置8。
本发明中，阀门K15和阀门K212与鼓风机1连接的管道上，还可以安装有气量控制阀3和气体流量计4，从而可以控制气体的出气量以及检测出气流量；抽吸泵9的出水口可以安装有出水流量计10，从而可以检测出水量，便于操作人员监测本装置是否处于正常状态。
本发明实施例提供的一种MBR节能曝气装置，通过在MBR池内安装两个MBR膜组，且每个MBR膜组的供气总管均连接一个阀门，能够在鼓风机鼓风时，选择对两个MBR膜组同时进行曝气，或者两个MBR膜组交替进行曝气。当其中一个MBR膜组进行曝气时，曝气量为同时对两个MBR膜组进行曝气时曝气量的2倍，在满足设定的最大曝气量的前提下，可以只需鼓风机原先一半的鼓风量，降低鼓风机的用电量，从而达到节约能耗的效果。
本发明实施例还提供了一种MBR节能曝气装置及曝气方法，可以包括以下步骤：
步骤A、设定每个MBR膜组件7的最大曝气量为x m3/h，其中，x范围为6～10m3/h；设定抽吸泵9的抽吸时间为4～13min，停歇时间为1～2min；控制带变频器2的鼓风机1的曝气量为其中，N为MBR节能曝气装置中MBR膜组件7的总数。需要说明的是，上述最大曝气量可以根据实际生产需求设定，本发明不做具体限定。
本发明中，抽吸泵9可以采用间歇运行，设定抽停比为4～13min：1～2min，即，抽吸泵9的抽吸时间为4～13min，停歇时间为1～2min；并且，还可以设定每个MBR膜组件7的最大曝气量为x m3/h，该曝气量可以根据实际生产需求设定；同时，还可以降低变频器2的输出频率，使鼓风机1的总曝气量为
步骤B、打开阀门K15和阀门K212，打开鼓风机1，使气体分别通过供气总管Q117和供气总管Q218通入MBR膜组M113和MBR膜组M214。
本发明中，在抽吸泵9采用间歇运行过程中，当抽吸泵9处于运行状态时，控制K15和阀门K212均处于全开状态，此时每个MBR膜组件7的曝气量为
步骤C、开启抽吸泵9，当抽吸泵9抽吸4～13min后，关闭抽吸泵9，同时关闭阀门K212，使气体仅通过供气总管Q117通入MBR膜组M113，然后将阀门K212缓慢开启。
本发明中，当抽吸泵9处于停歇期间时，可以控制阀门K15处于全开状态，阀门K212为关闭状态，然后使阀门K212从关闭完全再恢复到全开状态。
步骤D、当抽吸泵9停歇1～2min后，再次开启抽吸泵9，使气体分别通过供气总管Q117和供气总管Q218通入MBR膜组M113和MBR膜组M214。
步骤E、当抽吸泵9抽吸4～13min后，关闭抽吸泵9，同时关闭阀门K15，使气体仅通过供气总管Q218通入MBR膜组M214，然后将阀门K15缓慢开启。
本发明中，到下一个抽吸泵9停歇期间时，控制阀门K212处于全开状态，阀门K15从关闭完全再恢复到全开状态。
步骤F、当抽吸泵9停歇1～2min后，重复上述步骤C至步骤E。
本发明中，在两个连续的抽吸泵9停歇期间，两个阀门K1、K2轮流执行从关闭完全再恢复到全开状态的动作，在满足设定的最大曝气量的前提下，可以只需鼓风机原先一半的鼓风量，降低鼓风机的用电量，从而达到节约能耗的效果。
通过上述描述内容可知，每个MBR膜组件7均经历曝气量为 循环曝气过程，在满足每个MBR膜组件最大曝气量xm3/h的同时，鼓风机1的曝气总量可以由原来的Nxm3/h降低到从而使曝气能耗降低50％。
本发明中，阀门K15或者阀门K212从关闭到完全打开所花费的总时间，小于抽吸泵9的停歇时间，即小于1～2min。本发明中，抽吸泵9在间歇运行过程中，阀门从抽吸泵停止时刻起开始关闭，到抽吸泵后续再次启动时刻，阀门已经恢复到满开状态。具体地例如，步骤D中，当再次开启抽吸泵9时，所述阀门K212恢复至满开状态。
需要进一步说明的是，为保证膜面最低的错流速度要求，MBR膜组件7为过度曝气，曝气量是生化反应所需曝气量的2-3倍以上。因此，在抽吸泵9运行条件下，在短期时间内，MBR膜组件的曝气量为xm3/h时，阻碍膜污染的效果与在曝气量为下运行时基本相同；而在抽吸泵9停止条件下，在短时间内，相同曝气量阻碍膜污染的效果相同；随着曝气量越大，冲刷膜面更有效，阻碍膜污染的效果更好。目前的MBR系统中，抽吸泵采用间歇运行方式时，设定抽停比为4～13min：1～2min，此时抽吸泵9运行和停止状态的时间间隔均较短，能够满足实际生产要求。
根据以上内容可知，本发明实施例中，降低变频器2输出频率，使鼓风机1的总曝气量超过时，抽吸泵9运行状态下，MBR膜组件的曝气量不低于阻碍膜污染的效果不会降低；抽吸泵在停止状态下，膜组件的曝气量不低于x m3/h时，比持续曝气方式下曝气量为x m3/h时在去除膜污染的效果方面更好。在此条件下，即使降低曝气能耗不到50％，但膜污染速度更慢，更利于本装置正常运行。
本发明中，阀门K1或阀门K2在抽吸泵9两个抽停运行期间只动作一次，保证了阀门不因动作频繁而降低使用寿命，避免影响本装置的正常运行。并且，本发明中，还可以将MBR节能曝气装置设定为持续曝气，安装完毕后，启动本装置，阀门K15和阀门K212均处于满开状态，为保证有效阻碍膜污染，设定每个膜组件7的曝气量为x m3/h，调节变频器2的频率达到最大，则鼓风机1的供气量为Nx m3/h；抽吸泵9间歇运行，抽停比为4～13min：1～2min。
由于本装置的曝气量远大于其生化反应的供气量，节能曝气量的最大曝气量达到MBR膜组件所需的持续曝气量时，能在短时间内达到冲刷膜面最低的错流速度要求，从而达到原来持续曝气的延缓膜染的同样效果。
本发明与现有降低曝气能耗技术相比，具有以下有益效果：
(1)降低曝气能耗幅度大，最大可达到50％以上。
(2)价格低廉，成本低，且易于实现。阀门可以采用电磁阀、电动阀或者气动阀，价格远远低于储气罐和变频设备价格，因此材料成本低。膜组件分成数量相同的两组，将变频器与鼓风机相连，采用两个阀门分别与两组MBR膜组件的曝气总管相连，设定抽吸泵的间歇运行方式，同时设置变频器的频率和阀门启停与抽吸泵运行停止状态的配合即可实现。
(3)操作可靠，简单方便。阀门为控制信号为开关量，运行可靠。运行过程中，阀门动作切换时间比较长，运行稳定，不需经常维护，操作简单方便，使用寿命长。
以上对本发明所提供的一种MBR节能曝气装置及曝气方法进行了详细介绍。本文中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其中心思想。应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种MBR节能曝气装置，其特征在于，包括：带变频器(2)的鼓风机(1)、位于MBR池(11)中的MBR膜组M1(13)和MBR膜组M2(14)以及抽吸泵(9)，其中，所述MBR膜组M1(13)的一端连接有供气总管Q1(17)，所述供气总管Q1(17)连接有阀门K1(5)，所述MBR膜组M1(13)的另一端连接有集水总管A1(15)；所述MBR膜组M2(14)的一端连接有供气总管Q2(18)，所述供气总管Q2(18)连接有阀门K2(12)，所述MBR膜组M2(14)的另一端连有集水总管A2(16)；所述阀门K1(5)和所述阀门K2(12)均通过管道与所述鼓风机(1)的出风口连接；所述集水总管A1(15)和所述集水总管A2(16)均通过管道与所述抽吸泵(9)进水口连接。
2.根据权利要求1所述的MBR节能曝气装置，其特征在于，所述MBR节能曝气装置包括N个MBR膜组件(7)，其中，N≥2，且N为偶数；所述MBR膜组M1(13)和所述MBR膜组M2(14)各包括个MBR膜组件(7)；所述MBR膜组件(7)的一端安装有曝气装置(6)，另一端安装有集水装置(8)。
3.根据权利要求2所述的MBR节能曝气装置，其特征在于，所述MBR膜组M1(13)中，所述曝气装置(6)的供气管(20)相互连通后，汇聚至所述供气总管Q1(17)；所述MBR膜组M2(14)中，所述曝气装置(6)的供气管(20)相互连通后，汇聚至所述供气总管Q2(18)。
4.根据权利要求3所述的MBR节能曝气装置，其特征在于，所述MBR膜组M1(13)中，所述集水装置(8)的集水管(19)相互连通后，汇聚至所述集水总管A1(15)；所述MBR膜组M2(14)中，所述集水管(19)相互连通后，汇聚至所述集水总管A2(16)。
5.根据权利要求1所述的MBR节能曝气装置，其特征在于，所述阀门K1(5)和所述阀门K2(12)与所述鼓风机(1)连接的管道上，还安装有气量控制阀(3)和气体流量计(4)；所述抽吸泵(9)的出水口安装有出水流量计(10)。
6.根据权利要求1-5任一项所述的MBR节能曝气装置，其特征在于，所述阀门K1(5)和所述阀门K2(12)为电磁阀、电动阀或气动阀。
7.一种MBR节能曝气方法，应用于如权利要求1-5任一项所述的MBR节能曝气装置，其特征在于，包括以下步骤：
步骤A、设定每个MBR膜组件(7)的最大曝气量为xm3/h，其中，x范围为6～10m3/h；设定抽吸泵(9)的抽吸时间为4～13min，停歇时间为1～2min；控制带变频器(2)的鼓风机(1)的曝气量为其中，N为MBR节能曝气装置中MBR膜组件(7)的总数；
步骤B、打开阀门K1(5)和阀门K2(12)，打开鼓风机(1)，使气体分别通过供气总管Q1(17)和供气总管Q2(18)通入MBR膜组M1(13)和MBR膜组M2(14)；
步骤C、开启抽吸泵(9)，当抽吸泵(9)抽吸4～13min后，关闭抽吸泵(9)，同时关闭阀门K2(12)，使气体仅通过供气总管Q1(17)通入MBR膜组M1(13)，然后将阀门K2(12)缓慢开启；
步骤D、当抽吸泵(9)停歇1～2min后，再次开启抽吸泵(9)，使气体分别通过供气总管Q1(17)和供气总管Q2(18)通入MBR膜组M1(13)和MBR膜组M2(14)；
步骤E、当抽吸泵(9)抽吸4～13min后，关闭抽吸泵(9)，同时关闭阀门K1(5)，使气体仅通过供气总管Q2(18)通入MBR膜组M2(14)，然后将阀门K1(5)缓慢开启；
步骤F、当抽吸泵(9)停歇1～2min后，重复上述步骤C至步骤E。
8.根据权利要求7所述的MBR节能曝气方法，其特征在于，所述阀门K1(5)或者所述阀门K2(12)从关闭到完全打开所花费的总时间，小于所述抽吸泵(9)的停歇时间。
9.根据权利要求7所述的MBR节能曝气方法，其特征在于，每个所述MBR膜组件(7)的曝气量最小值为每个所述MBR膜组件(7)均经历曝气量为循环曝气过程。
10.根据权利要求7所述的MBR节能曝气方法，其特征在于，所述步骤D中，当再次开启抽吸泵(9)时，所述阀门K2(12)恢复至满开状态。
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