CN109516550A - 一种膜生物反应器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种膜生物反应器，包括：墙体、膜组件、搅拌单元、填料单元及底部排泥单元；本发明通过搅拌单元使膜生物反应器内的水体处于旋流状态，细颗粒物受离心力作用集中于旋流中间，远离在墙体凹槽中的膜组件，可以有效避免细颗粒物引起的膜污染；填料单元的放置位置充分，使得填料的存在增加了反应器整体抗有机负荷的冲击能力和处理能力；另外，填料与搅拌单元同轴旋转，旋转时起到搅拌的作用，同时当填料上的厌氧或好氧生物膜生长到一定厚度，就会因旋转产生的剪切力脱落而自动更新。
Description
技术领域
本发明属于环保处理技术领域，尤其涉及一种膜生物反应器。
背景技术
膜-生物反应器(MBR)是一种将高效膜分离技术与传统活性污泥法相结合的新型水处理反应器,由于膜的过滤作用,生物被完全截留在生物反应器中,实现了水力停留时间与污泥龄的彻底分离,消除了传统活性污泥中污泥膨胀问题.由于膜-生物反应器具有对污染物去除效率高,硝化能力强,出水水质稳定,剩余污泥产量低,设计、操作简化等优点,具有很大的应用潜力。
传统的完全混合式MBR膜池多为方形，膜组件放置于池体中间，依靠上升水流进行搅拌，各种物质的均匀混合会加速膜污染的产生；并且膜组件占池体较大位置，难以添加填料，使得有机负荷有限制，只能通过增大池体。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种膜生物反应器，结构简单，具有足够的空间放置厌氧或好氧填料，增加了反应器的抗有机负荷和处理能力。
为了实现上述目的，在基础的实施方案中，本发明一方面提供一种膜生物反应器，包括：
墙体，作为所述膜生物反应器的外壳，所述墙体内表面设置有凹槽；
膜组件，所述膜组件安装于所述墙体的凹槽中；
搅拌单元，位于所述墙体包围形成的空间内部，包括搅拌轴及搅拌叶片；
填料单元，位于所述搅拌轴上；
底部排泥单元，位于所述墙体下方。
在一种优选的实施方案中，所述墙体沿其圆周方向均匀设置多个凹槽，所述凹槽的个数≥2个。
在一种优选的实施方案中，所述膜组件包括膜及用于承载膜的支架，所述支架固定在所述凹槽中。
在一种优选的实施方案中，所述的底部排泥单元包括与墙体下方连接的泥斗。
在一种优选的实施方案中，所述的泥斗为倾斜锥形。
在一种优选的实施方案中，所述的填料单元旋转围绕在所述搅拌轴上。
在一种优选的实施方案中，所述的填料单元为刚性厌氧组合填料或刚性好氧组合填料。
在一种优选的实施方案中，所述的搅拌单元还包括设置在膜生物反应器外部的电机，与所述搅拌轴连接。
在一种优选的实施方案中，所述的膜生物反应器还包括与膜组件上部连接的管道，通过所述管道将所述膜组件中的水排出，所述管道与外部的泵连通。
在一种优选的实施方案中，所述膜生物反应器的下部还设置有曝气单元；
优选地，所述曝气单元为沿着泥斗内壁周向设置的多个曝气管。
在一种优选的实施方案中，所述墙体围成的内部空间为柱状。
在一种优选的实施方案中，所述搅拌单元位于所述墙体包围形成空间内部的中心位置。
通过上述技术方案，本发明膜生物反应器，包括：墙体、膜组件、搅拌单元、填料单元及底部排泥单元；本发明通过搅拌单元使得膜生物反应器内的水体处于旋流状态，细颗粒物受离心力作用集中于中间，而膜组件安装在墙体内，可以有效避免细颗粒物引起的膜污染；同时膜组件设置在墙体的凹槽中，有效减小膜生物反应器内体积，填料单元的放置位置就充分，填料的存在增加了反应器的有机负荷和处理能力；另外，填料与搅拌单元由同一根轴连接，旋转时起到搅拌的作用，同时当填料上的厌氧或好氧生物膜生长到一定厚度，就会因旋转产生的剪切力脱落而自动更新。另外，厌氧组合填料上生长的生物膜能使反硝化细菌处于稳定状态，能降低SMP和EPS含量，从而在一定程度上减小膜污染。底部排泥单元位于所述墙体下方，排泥时，关闭搅拌单元，在逐渐减弱的旋流下，泥会缓慢向旋流中心靠近，进而快速沉淀，通过底部设置的排泥单元排出泥。
附图说明
图1是本发明实施例1膜生物反应器的结构示意图；
图2为图1中的墙体结构示意图。
图3是本发明实施例2膜生物反应器的结构示意图；
图4为图3中的墙体结构示意图。
附图标记说明
1-墙体，2-膜组件，3-填料单元，4-底部排泥单元(泥斗)，5-搅拌轴，6-叶片，7-电机，8-曝气单元。
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“上”、“下”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“水平”、“竖直”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，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，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。
膜生物反应器在有效融合微生物分解与膜高效分离双重作用的同时，也不可避免地带来膜的污染问题。大量实践表明，膜污染已成为这一新工艺发展所必需克服的瓶颈问题。从其处理过程和特征来分析，膜污染是与膜接触的微粒、胶体粒子或溶质大分子，通过物理的、化学的、生物的和机械的作用，在膜表面、膜孔内的吸附沉积，以及微生物在膜水界面的堆积，造成膜有效孔径变小甚至堵塞，导致膜的通流量大幅下降，阻力损失大大提升(运行能耗大幅攀升)，从而有效分离特性的大幅下降现象。如上所述，膜生物反应器中膜的污染，是非常复杂的过程，其演化过程受到多重因素相互强烈耦合的影响。另外，膜组件一般在反应器内占据较大位置，难以添加厌氧填料，使得其有机负荷有限制。
针对传统MBR膜反应器所暴露的这些缺陷，本发明实施例提供了一种膜生物反应器，包括：
墙体，作为所述膜生物反应器的外壳，所述墙体内表面设置有凹槽；
膜组件，所述膜组件安装于所述墙体的凹槽中；
搅拌单元，位于所述墙体包围形成的空间内部，包括搅拌轴及搅拌叶片；
填料单元，位于所述搅拌轴上；
底部排泥单元，位于所述墙体下方。
其中，将墙体作为膜生物反应器的外壳，水体在其内部围成的空间进行处理，上述围成的空间的形状不作限制，例如方形、柱状等，优选为圆柱状，避免水体旋流产生的墙体阻力而破坏旋流。
上述膜组件，具有承载其的支架，将支架放置在上述墙体的凹槽中，并采用常规方式进行固定，例如螺栓等，具体固定形式不作限制。凹槽的个数≥2个，优选地，每个凹槽内均放置膜组件。上述膜组件有多种形式，板式、管式、螺旋管式、板式帘式、中空纤维帘式等。本发明实施例从性能、来源以及安装便利等因素综合考虑，优选使用中空纤维帘式膜。中空纤维膜丝的材质一般为PVDF塑料或PVC塑料，膜丝直径在1.0-2.8mm之间，长度为1-2m。
上述搅拌单元的搅拌轴与外部的电机连通，带动搅拌轴及搅拌叶片旋转；搅拌叶片形状及搅拌转速等不作限制。
上述填料单元，可旋转围绕在上述搅拌轴上，可为厌氧组合填料或好氧组合填料。若为好氧组合填料时，需增设曝气管。上述填料单元使用厌氧/好氧组合填料，是由纤维丝、塑料环片、套管、中心绳组成，在厌氧/好氧中均易挂膜。组合填料由轴上的支架固定。相比塑料填料，组合填料更易于挂膜，反硝化效果更好。
上述底部排泥单元，其排泥出口可设置成倾斜锥形，易于排泥，优选为倾斜45°。
本发明实施例通过将膜组件安装至墙体凹槽，可以节省足够的空间放置填料，设置旋转式厌氧或好氧组合填料可以增大反应器的有机负荷，同时还可以使水体中溶解性物质混合均匀，由于旋转产生的旋流，水体中颗粒物受到不同离心力的作用，使得细颗粒物靠近中心而远离墙体的膜组件，因而减小由细颗粒物引起的膜污染；另外厌氧或好氧填料在处理过程中会逐渐生长生物膜，搅拌轴的旋转使得生物膜受一个旋转的应力，当生物膜生长到一定厚度就会自动脱落，更新厌氧或好氧填料上的生物膜，由于厌氧或好氧生物膜的生长，可以减少反应器中的排泥，在一定程度上减少污泥处理费用。另外，通过缓慢的旋流作用，可以使紊乱的水体保持一个相对比较平稳的状态，使厌氧絮体继续生长，保持厌氧细菌的活性。通过设置倾斜锥形排泥出口，当旋转搅拌停止后，水体剩余的旋流作用会使得泥逐渐向中心聚集，进而可以达到快速沉淀的效果，最后达到快速排泥。因而，本发明实施例较好的缓减了因为细颗粒物和溶解性微生物产物SMP/胞外聚合物EPS对膜污染的程度，增加有机负荷，提高出水质量，厌氧或好氧生物膜的生长还可以减少排泥。
下面通过具体实施例对本申请技术方案做详细的说明，应当理解本申请实施例以及实施例中的具体特征是对本申请技术方案的详细的说明，而不是对本申请技术方案的限定，在不冲突的情况下，本申请实施例以及实施例中的技术特征可以相互结合。
实施例1
如图1和图2所示，本发明实施例一种膜生物反应器，包括：墙体1、MBR膜组件2、搅拌单元(搅拌轴5及叶片6)、刚性厌氧组合填料单元3及底部排泥单元4(泥斗)；将墙体1作为所述膜生物反应器的外壳，墙体内部围绕形成圆柱状空间；所述墙体内表面设置有凹槽；膜组件2包括膜及用于承载膜的支架，所述支架固定于墙体沿圆周方向均匀设置的6个长条形凹槽中；搅拌单元位于所述墙体包围形成的空间的中心位置，包括搅拌轴5及搅拌叶片6；刚性厌氧组合填料均匀设置在搅拌轴5上；底部排泥单元4包括与墙体下方连接的泥斗及排泥管，泥斗呈45°的倾斜锥形，排泥管设置在反应器底部，沿着墙体1竖直安装，通过外部设置的抽泥泵抽泥。通过设置45°倾斜的泥斗，当旋转搅拌停止后，水体剩余的旋流作用会使得泥逐渐向中心聚集，进而可以达到快速沉淀的效果，最后达到快速排泥。
搅拌单元还包括设置在膜生物反应器外部的电机7，与所述搅拌轴5连接。
膜生物反应器还包括与膜组件上部连接的管道(图1中未示意出，为常规结构)，通过管道将膜组件中的水排出，该管道与外部的水泵连通，进行抽排水。膜生物反应器从底部进水，类似于升流式UASB。
上述膜组件选用中空纤维帘式膜。中空纤维膜丝的材质为PVC塑料，膜丝直径在2.0-2.8mm之间，长度为1.5-2.0m。
搅拌单元开启时运行整个膜生物反应器，水体达到正常的旋流作用；排泥时关闭搅拌单元，水体的旋流可以让污泥快速沉降，排泥管设置在底部，通过外部设置的抽泥泵抽泥。缓慢的旋流可以保持水流处于一个相对稳定的状态，为厌氧微生物提供良好的生长环境，避免破坏大的厌氧污泥絮体。旋流时水体中不同粒径的颗粒也会因为旋转产生的离心力而处于不同位置，小颗粒接近于旋转中心，大颗粒靠近边缘，由此减少小颗粒物质贴近MBR膜而产生的膜污染，在一定程度上可以减轻由细颗粒物产生的膜污染。膜组件设置在墙体的凹槽里，不影响旋转水流，同时还能减轻膜污染。
实施例2
如图3和图4所示，与实施例1类似，本发明实施例一种膜生物反应器，包括：墙体1、MBR膜组件2、搅拌单元(搅拌轴5及叶片6)、刚性好氧组合填料单元3、底部排泥单元4(泥斗)及曝气单元8，曝气单元8为设置在泥斗内壁上的一圈纳米曝气管。通过设置纳米管曝气，使得水体中曝气不至于破坏旋转产生的旋流，从而达到上述旋流作用，同时还不会减低水体中所需溶解氧。
上述膜组件选用中空纤维帘式膜。中空纤维膜丝的材质为PVDF塑料，膜丝直径在1.0-2.0mm之间，长度为1-1.5m。
经应用，本实施例处理水体的能力与传统相比，反应器的容积负荷提高了30％左右，可达6.56kgCOD/(m3.d)。污水的COD去除率高达99.95％，膜组件未出现明显的膜堵塞。另外，可降低SMP和EPS含量60％左右。
根据本发明实施例的膜生物反应器的其他构成以及操作对于本领域普通技术人员而言都是已知的，这里不再详细描述。
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必须针对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。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (10)
1.一种膜生物反应器，其特征在于：包括：
墙体，作为所述膜生物反应器的外壳，所述墙体内表面设置有凹槽；
膜组件，所述膜组件安装于所述墙体的凹槽中；
搅拌单元，位于所述墙体包围形成的空间内部，包括搅拌轴及搅拌叶片；
填料单元，位于所述搅拌轴上；
底部排泥单元，位于所述墙体下方。
2.根据权利要求1所述的膜生物反应器，其特征在于：所述凹槽沿墙体的圆周方向均匀设置，所述凹槽的个数≥2个。
3.根据权利要求1或2所述的膜生物反应器，其特征在于：所述膜组件包括膜及用于承载膜的支架，所述支架固定在所述凹槽中。
4.根据权利要求1所述的膜生物反应器，其特征在于：所述的底部排泥单元包括与墙体下方连接的泥斗；
优选地，所述的泥斗为倾斜锥形。
5.根据权利要求1所述的膜生物反应器，其特征在于：所述的填料单元旋转围绕在所述搅拌轴上。
6.根据权利要求1或5所述的膜生物反应器，其特征在于：所述的填料单元为刚性厌氧组合填料或刚性好氧组合填料。
7.根据权利要求1所述的膜生物反应器，其特征在于：所述的膜生物反应器还包括与膜组件上部连接的管道，通过所述管道将所述膜组件中的水排出，所述管道与外部的泵连通。
8.根据权利要求1或4所述的膜生物反应器，其特征在于：所述膜生物反应器的下部还设置有曝气单元。
9.根据权利要求8所述的膜生物反应器，其特征在于：所述曝气单元为沿着泥斗内壁周向设置的多个曝气管。
10.根据权利要求1所述的膜生物反应器，其特征在于：所述墙体围成的内部空间为柱状。
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| CN109516550B (zh) | 2024-03-12 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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