CN109912017B - 一种磁力强化mbr的污水处理装置及其污水处理方法 - Google Patents
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Abstract
一种磁力强化MBR的污水处理装置，包括：开口向上的圆柱形外壳、静磁体、磁线圈支柱、磁线圈、圆柱形MBR膜组件、吹扫管、曝气泵、抽吸泵，圆柱形外壳内设容纳腔，静磁体、线圈支柱、磁线圈、圆柱形MBR膜组件、吹扫管均设于容纳腔内，容纳腔的底部设置有向下凹陷的环形卡槽，磁线圈支柱至少设置有两个、并均布于环形卡槽上，将磁线圈卡设于磁线圈支柱的卡口内；其优点是：1、通过磁场的磁化效应，将水分子结构改变，降低污水的水分子粘度，提高水分子活性、减少水分子通过MBR膜的难度，减缓膜污染；2、使用可增减的静磁体与磁线圈达到调节本发明装置中污水收到磁力作用的强度与方向，同时可将磁线圈作为导磁环来减少磁力损失并制造磁力均匀的磁场。
Description
技术领域
本发明涉及污水处理技术领域，具体地说是一种磁力强化MBR的污水处理装置及其污水处理方法。
背景技术
近年来，强磁场、脉冲磁场强化技术、高压静电水处理器等将磁场结合水处理这种高效且污染较小、副反应少的处理方法发展较好，而且磁化水处理通过改变水分子结构、增大水体溶解氧、提高微生物酶活性、降低表面张力与增大传质效率等方式对于污水的理化性质有较大影响，使污水处理难度降低，但是由于磁处理具有记忆效应、磁场水处理目前研究较少，没有系统的理论与计算防范确定磁场处理最佳参数，所以在直接应用磁场处理污水的例子较少。
MBR膜生物反应器，是生物反应器与膜组件结合在一起的一种污水处理工艺。膜分离是指在一种或多种作用力的情况下，以膜为分离介质，使污染物中的活性污泥、胞外聚合物等大于膜孔径的物质被截留在膜前，从而达到混合物过滤分离等目的。膜生物反应器按照膜的安装位置分类为外置式膜生物反应器与浸没式膜生物反应器两种。浸没式膜生物反应器是膜组件浸没在污水中的反应器中，污染物被膜截留在反应器后会被活性污泥中的微生物降解，抽吸泵等有压力差的装置抽吸出谁，其中反应器的曝气作用也影响到反应器运行效果，不仅供氧也在膜的表面冲刷积累的污染物，减缓污染物的沉积，增加膜通量，达到减缓膜污染的目的，且采用间歇抽吸的方式，不仅可以灵活控制水力里停留时间也可以有利于减缓膜污染，此外浸没式MBR反应器也有设备紧凑简单，占用空间小，省去了循环系统与二沉池、运行费用较低、但操作与膜组件的更换清洗与增加不如外置式简单方便等特点。所以除了用于常用的海水淡化，制备纯水等之外，也经常用于城市生活饮用水净化、城市污水处理与利用、工业废水油田废水处理以及海洋船舶污水的处理与利用等领域。随着膜制造技术的不断发展与进步，膜分离技术的时代正在到来。
所以单独使用磁力对于污水中污染物的处理效果较差，磁力只可以改变污水中水分子的物理状态，对于COD、氨氮等污染物的直接去除并不能达到较好的效果，使用MBR对于污水处理效果较好，但是为了减缓膜污染必须经常进行反冲洗与离线清洗，这成为实际使用中的限制因素。
以此可以说明磁化处理对于污水改性具有效果，但是其对于污水中污染物质的去除并不适用，而MBR处理效果好，但使用与清洗比较复杂。现有技术存在的问题主要有以下几个方面：1、膜污染难以解决，在线清洗与离线清洗的操作较为复杂；2、磁力处理污水时很难直接起到净化效果，而且很难确定使用的磁力参数；3、在MBR中，活性污泥的浓度需要易于控制，才可以在起到较好生化效果时也减缓膜污染；4、目前磁力水处理中使用永磁体处理污水较少，因为其在建设过程中磁极建设较难，磁体磁力难以被充分利用。
发明内容
本发明的目的是提供一种磁力强化MBR的污水处理装置及其污水处理方法，通过调节污水及污染物受磁化的强度，利用不同强度磁化后污水中氢键变大，水分子变小等水质的物理变化与纳米磁粉对于生化反应的增益效果、对于活性污泥的吸附作用，增强生化处理效果并减缓膜污染的发生，使得圆柱形MBR膜组件对污染物处理效率得到显著的提升。通过本发明污水处理方法，膜污染情况大幅减少，圆柱形MBR膜组件使用期限大大延长，出水水质明显提高。
本发明第一方面提供一种磁力强化MBR的污水处理装置，包括：开口向上的圆柱形外壳、静磁体、磁线圈支柱、磁线圈、圆柱形MBR膜组件、吹扫管、曝气泵、抽吸泵，圆柱形外壳内设容纳腔，静磁体、线圈支柱、磁线圈、圆柱形MBR膜组件、吹扫管均设于容纳腔内，容纳腔的底部设置有向下凹陷的环形卡槽，用于卡设静磁体、磁线圈支柱，磁线圈支柱至少设置有两个、并均布于环形卡槽上，将磁线圈卡设于磁线圈支柱的卡口内，使得卡设于磁线圈支柱上的磁线圈构成圆形、并与外壳共竖向中心线；
圆柱形MBR膜组件垂直设置于容纳腔内，吹扫管垂直设置于圆柱形MBR膜组件内，且圆柱形MBR膜组件、吹扫管均与外壳共竖向中心线；圆柱形MBR膜组件通过管道与抽吸泵连接，吹扫管通过另一管道与曝气泵连接。
本发明第二方面保护使用第一方面所述污水处理装置处理污水的方法，包括以下步骤：
S1、加污水进入所述第一方面的污水处理装置中，再加入磁粉以增强生化过程中活性污泥的形成并减缓膜污染；
S2、打开吹扫管6进行曝气与吹扫；
S3、周期性开抽吸泵8出水；
S4、根据膜污染情况调节出水质量：
S5、磁线圈4与静磁体2上吸附的含磁粉活性污泥移出后，清洗、回收利用，同时以此控制活性污泥浓度。
本发明一种磁力强化MBR的污水处理装置及其污水处理方法，其优点是：
1、通过磁场的磁化效应，将水分子结构改变，降低污水的水分子粘度，提高水分子活性、减少水分子通过MBR膜的难度，减缓膜污染；
2、使用可增减的静磁体与磁线圈达到调节本发明污水处理装置中污水收到磁力作用的强度与方向，同时可将磁线圈作为导磁环来减少磁力损失并制造磁力均匀的磁场；
3、通过投加纳米磁粉可以促进活性污泥生长，提高活性污泥的抗曝气剪切能力、增大污泥平均粒径、减小污水混合液的粘度，达到减缓MBR膜上凝胶层形成的效果，纳米磁粉投加后与活性污泥结合在一起，通过收集吸附于磁线圈与静磁体上的活性污泥，不仅减少污泥处理步骤，纳米磁粉也可回收利用；同时可以利用静磁体与磁线圈的吸引、吹扫管吹扫效果减少抽吸泵抽吸时黏性物质接近MBR膜的概率，最终达到减缓膜污染的效果；
4、吹扫管底部与外壳内部的底壁之间有间隙，可将积累在圆柱形MBR膜组件所在框架内部的活性污泥冲刷干净；
5、吹扫管与间歇开启的抽吸泵配合，可调整反应装置内污水在磁场作用下的流动速率，来调整污水受磁化的时间与接触强度，达到最好的磁化效果即增加出水质量；
6、圆柱形MBR膜组件中的拆卸式膜丝结构可根据实际污染状况进行位置调整与更换，不仅便于取出清洗，也可延长本发明装置的使用寿命。
7、本发明通过将圆柱形MBR膜组件、抽吸泵与曝气泵等结构的结合，形成对MBR膜的磁化调节作用；进水后，开启吹扫管与周期性抽吸泵，磁感线圈与静磁体调整后，污水受到磁化作用与生化处理，污染物形成活性污泥吸附于静磁体与磁线圈上，粘度降低、胞外聚合物减少的污水通过MBR膜抽吸出水；本发明通过主要由静磁体、磁线圈形成的磁化系统，纳米磁粉吸附的活性污泥，拆卸式膜丝结构、膜组件框架与膜出水收集管构成的圆柱形MBR膜组件，减缓MBR膜在磁场下的膜污染，达到净化污水，减缓膜污染，延长MBR膜使用寿命的目的；这样对于提高MBR反应装置使用有较好效果，同时减少生化污泥产量与排泥的困难、回收纳米铁粉，并使出水具有磁化效应可以达到除垢，杀菌的效果；
8、本发明静磁体、磁线圈与膜组件均为模块化构件，便于更换与增减，结合吹扫管与抽吸泵调节污水停留时间与流速内污水，实现同步磁化条件下，圆柱形MBR膜组件的高效进行，大幅提升净化水质。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明另一视角的结构示意图；
图3为本发明俯视结构示意图；
图4为本发明吹扫管与曝气泵连接时的结构示意图；
图5为拆卸式膜丝结构上未设置膜丝的结构示意图；
图6为拆卸式膜丝结构的结构示意图；
图7为圆柱形MBR膜组件的结构示意图；
图8为圆柱形MBR膜组件与抽吸泵连接结构示意图；
图9为图8中上部膜组件接头、膜组件框架接头以及膜出水收集管之间连接的部分结构的剖视结构示意图；
图10为磁线圈支柱结构示意图；
其中：
圆柱形外壳1、静磁体2、磁线圈支柱3、卡口3A、磁线圈4；
圆柱形MBR膜组件5、圆柱形框架5A、膜组件框架接头5A1、膜组件框架下部接头5A2、膜组件框架出水接头5A3；
拆卸式膜丝结构5B、膜丝5B1、膜组件接头5B2、支柱5B3；
膜出水收集管5C；
吹扫管6、通孔6A、曝气泵7、抽吸泵8、环形卡槽9、基座10。
具体实施方式
根据图1至图6、图9、图10所示，一种磁力强化MBR的污水处理装置，包括：开口向上的圆柱形外壳1、静磁体2、磁线圈支柱3、磁线圈4、圆柱形MBR膜组件5、吹扫管6、曝气泵7、抽吸泵8，圆柱形外壳1内设容纳腔，静磁体2、磁线圈支柱3、磁线圈4、圆柱形MBR膜组件5、吹扫管6均设于容纳腔内，容纳腔的底部设置有向下凹陷的环形卡槽9，用于卡设静磁体2、磁线圈支柱3，磁线圈支柱3至少设置有两个、并均布于环形卡槽9上，将磁线圈4卡设于磁线圈支柱3的卡口3A内，使得卡设于磁线圈支柱3上的磁线圈4构成圆形、并与圆柱形外壳1共竖向中心线；
圆柱形MBR膜组件5垂直设置于容纳腔内，吹扫管6垂直设置于圆柱形MBR膜组件5内，且圆柱形MBR膜组件5、吹扫管6均与圆柱形外壳1共竖向中心线；圆柱形MBR膜组件5通过管道与抽吸泵8连接，吹扫管6通过另一管道与曝气泵7连接。
沿吹扫管6圆周壁上开设有若干通孔6A，且吹扫管6的底部与圆柱形外壳1内部的底壁之间有间隙，可将积累在圆柱形MBR膜组件5所在圆柱形框架5A内部的活性污泥冲刷干净；
优选地，吹扫管6底部设置有基座10，用于稳定吹扫管6；基座10的侧视图可选为三角形。
优选地，环形卡槽9与圆柱形外壳1共竖向中心线；
环形卡槽9上卡设的静磁体2有至少两个，且沿环形卡槽9均布；
磁线圈支柱3上的卡口3A有若干个、并均开设于磁线圈支柱3上的同一侧，且卡口3A的开口方向朝向圆柱形外壳1外部，用于卡设磁线圈4；
容置腔内设置有纳米磁粉，且吸附于静磁体2、磁线圈4上；
圆柱形外壳1为PE材质，磁线圈支柱3为UPVC材质；磁线圈4为铜线；
具体地，根据图7、图8所示：圆柱形MBR膜组件5包括：一圆柱形框架5A、若干个拆卸式膜丝结构5B、若干个膜出水收集管5C，其连接方式及位置关系与现有结构相同，在此不做赘述；
圆柱形MBR膜组件5其中一种具体结构为：
若干个拆卸式膜丝结构5B沿圆柱形框架5A圆周方向等距排列，且拆卸式膜丝结构5B的上、下两端分别与圆柱形框架5A的上、下两端粘接；若干个膜出水收集管5C设置于圆柱形框架5A的上端口，膜出水收集管5C的一端伸入圆柱形框架5内，另一端均与连接抽吸泵的管道连通，使得若干个膜出水收集管5C内的水在抽吸泵的作用下汇集于管道后排出；优选地，相邻两个拆卸式膜丝结构5B之间设置有一膜出水收集管5C；
拆卸式膜丝结构5B为PVDF帘式膜，圆柱形框架5A为UPVC材质，膜出水收集管5C为UPVC材质；
更进一步地，所述圆柱形框架5A包括膜组件框架接头5A1、膜组件框架下部接头5A2、膜组件框架出水接头5A3、圆柱形框架本体5A4，其连接方式及位置关系与现有结构相同，在此不做赘述，材质均为UPVC材质；
所述圆柱形框架5A其中一种具体结构为：
膜组件框架接头5A1、膜组件框架下部接头5A2分别设置于圆柱形框架本体5A4上、下部，膜组件框架出水接头5A3设置于圆柱形框架本体5A4上部、并与膜出水收集管5C连通。
更进一步地，所述拆卸式膜丝结构5B包括一膜丝5B1、两个膜组件接头5B2、一支柱5B3，其连接方式及位置关系与现有结构相同，在此不做赘述，膜丝5B1材质为中空纤维膜，膜组件接头5B2与支柱材质为UPVC材质；
所述拆卸式膜丝结构5B其中一种具体结构为：膜丝5B1的上、下两端均通过膜组件接头5B2粘接于支柱5B3上，且需要保持膜丝5B1两端开口的畅通，用于吸水后水从膜丝5B1的上端流出至膜组件接头5B2内，再流出；膜组件接头5B2为三通接头；
位于支柱5B3上端设置的一膜组件接头5B2的另一端与膜组件框架接头5A1连通，用于传输污水。
静磁体2的高度低于圆柱形外壳1的高度，便于安装，且静磁体2为钕铁硼材质；
圆柱形MBR膜组件5的高度低于静磁体2高度，保证充足磁场以对进入的污水进行处理。
本发明一种污水处理装置处理污水的方法，包括以下步骤：
S1、加污水进入所述第一方面的污水处理装置中，再加入磁粉以增强生化过程中活性污泥的形成并减缓膜污染；
S2、打开吹扫管6进行曝气与吹扫；
S3、周期性开抽吸泵8出水；
S4、根据膜污染情况调节出水质量：
S5、磁线圈4与静磁体2上吸附的含磁粉活性污泥移出后，清洗、回收利用，同时以此控制活性污泥浓度。
优选地，步骤S4中包括以下步骤：
S4.1、增减安装的静磁体2数量，调节磁场强度及方向；
S4.2、增减磁线圈4数量，调节磁场强度；
S4.3、增减吹扫管6曝气强度，通过污水速率变化调节磁化效应效果；
S4.4、增减抽吸泵8出水强度，调节污水磁化时间。
本发明的应用和原理为：
通过静磁体2与磁线圈4的增减来产生并调节磁场强度，通过纳米磁粉的作用提升活性污泥活性与减缓膜污染，通过吹扫管6与抽吸泵8配合，调整污水的磁场切割速度，调整污水磁化效果与停留时间，并通过调整与更换拆卸式膜丝结构5B，便于清洗与延长MBR污水处理装置使用寿命。
本发明将污水加入本发明的污水处理装置中，通过膜污染与出水效果调整安装静磁体2数量与磁线圈4数量，达到最佳处理效果，磁化后污水在未开启抽吸泵8时，通过磁粉强化的活性污泥去除污水中的COD、氨氮等污染物，并通过磁力吸附将胞外聚合物与活性污泥聚集在静磁体2与磁线圈4上，减缓膜污染的程度，在抽吸泵8开启后，可调节污水磁化时间，此时吹扫管6与抽吸泵8同时开启，两者共同作用下污水的流速与方向受到影响，可以借此调整最适合的曝气泵7流量大小，达到最佳磁化效果，不仅污水处理效果好、膜污染也相应减缓。通过一段时间处理后，通过调整拆卸式膜丝结构5B的安装位置与更换部分膜组件，可达到延长膜组件使用寿命的效果。反应一段时间后通过去除静磁体2与磁线圈4来简便的排泥、并将纳米磁粉进行回收。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，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，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种磁力强化MBR的污水处理装置，其特征在于：包括开口向上的圆柱形外壳(1)、静磁体(2)、磁线圈支柱(3)、磁线圈(4)、圆柱形MBR膜组件(5)、吹扫管(6)、曝气泵(7)、抽吸泵(8)，圆柱形外壳(1)内设容纳腔，静磁体(2)、磁线圈支柱(3)、磁线圈(4)、圆柱形MBR膜组件(5)、吹扫管(6)均设于容纳腔内，容纳腔的底部设置有向下凹陷的环形卡槽(9)，用于卡设静磁体(2)、磁线圈支柱(3)，磁线圈支柱(3)至少设置有两个、并均布于环形卡槽(9)上，将磁线圈(4)卡设于磁线圈支柱(3)的卡口(3A)内，使得卡设于磁线圈支柱(3)上的磁线圈(4)构成圆形、并与圆柱形外壳(1)共竖向中心线；
圆柱形MBR膜组件(5)垂直设置于容纳腔内，吹扫管(6)垂直设置于圆柱形MBR膜组件(5)内，且圆柱形MBR膜组件(5)、吹扫管(6)均与圆柱形外壳(1)共竖向中心线；圆柱形MBR膜组件(5)通过管道与抽吸泵(8)连接，吹扫管(6)通过另一管道与曝气泵(7)连接；
所述圆柱形MBR膜组件(5)包括一圆柱形框架(5A)、若干个拆卸式膜丝结构(5B)、若干个膜出水收集管(5C)，所述若干个拆卸式膜丝结构(5B)沿所述圆柱形框架(5A)圆周方向等距排列，所述拆卸式膜丝结构(5B)的上、下两端分别与所述圆柱形框架(5A)的上、下两端粘接；所述若干个膜出水收集管(5C)设置于所述圆柱形框架(5A)的上端口，所述膜出水收集管(5C)的一端伸入所述圆柱形框架(5A)内，另一端均与连接抽吸泵的管道连通，相邻两个所述拆卸式膜丝结构(5B)之间设置有一所述膜出水收集管(5C)；
容置腔内设置有纳米磁粉，且吸附于静磁体(2)、磁线圈(4)上。
2.根据权利要求1所述一种磁力强化MBR的污水处理装置，其特征在于：吹扫管(6)圆周壁上开设有若干通孔(6A)，且吹扫管(6)的底部与圆柱形外壳(1)内部的底壁之间有间隙。
3.根据权利要求1所述一种磁力强化MBR的污水处理装置，其特征在于：环形卡槽(9)与圆柱形外壳(1)共竖向中心线。
4.根据权利要求1所述一种磁力强化MBR的污水处理装置，其特征在于：环形卡槽(9)上卡设的静磁体(2)有至少两个，且沿环形卡槽(9)均布。
5.根据权利要求1所述一种磁力强化MBR的污水处理装置，其特征在于：磁线圈支柱(3)上的卡口(3A)有若干个、并均开设于磁线圈支柱(3)上的同一侧，且卡口(3A)的开口方向朝向圆柱形外壳(1)外部，用于卡设磁线圈(4)。
6.根据权利要求1所述一种磁力强化MBR的污水处理装置，其特征在于：静磁体(2)的高度低于圆柱形外壳(1)的高度。
7.根据权利要求1所述一种磁力强化MBR的污水处理装置，其特征在于：圆柱形MBR膜组件(5)的高度低于静磁体(2)高度。
8.根据权利要求1～7任一所述污水处理装置处理污水的方法，其特征在于：包括以下步骤
S1、加污水进入所述污水处理装置中，再加入磁粉以增强生化过程中活性污泥的形成并减缓膜污染；
S2、打开吹扫管(6)进行曝气与吹扫；
S3、周期性开抽吸泵(8)出水；
S4、根据膜污染情况调节出水质量：
S5、磁线圈(4)与静磁体(2)上吸附的含磁粉活性污泥移出后，清洗、回收利用磁粉，同时以此控制活性污泥浓度。
9.根据权利要求8所述处理污水的方法，其特征在于：步骤S4中包括以下步骤S4.1、增减安装静磁体(2)数量，调节磁场强度及方向；
S4.2、增减磁线圈(4)数量，调节磁场强度；
S4.3、增减吹扫管(6)曝气强度，通过污水速率变化调节磁化效应效果；
S4.4、增减抽吸泵(8)出水强度，调节污水磁化时间。
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