CN110282731B - 一种mbr膜组件根部进气结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种MBR膜组件根部进气结构，包括若干中空纤维膜束、一进气端构件、至少一进气端浇筑构件和至少一曝气支管。本发明的曝气管横截面积小于进气腔的横截面积，曝气管内气体的流速会加快，与膜丝接触时剪切速度加大，具有更好的气体冲刷效果。本发明中的进气腔体积更大，可以收集多个曝气孔的气体，短时间内由曝气管冲出，有利于形成大气泡，大气泡在上升过程中逐渐变大，最终破裂时对液面的扰动幅度加大，提高液体湍流效果，缓解膜污染。本发明的曝气效率提升，所需曝气量大幅下降，使得曝气量比传统膜组件降低10‑25％。
Description
技术领域
本发明属于MBR组件技术领域，具体涉及一种MBR膜组件根部进气结构。
背景技术
目前，浸没式膜生物反应器MBR技术主要应用在污水处理行业，如城市污水处理与回用，高浓度有机废水、难降解工业废水以及公共敏感卫生区域废水等的处理领域。其主要功能部件是生物反应器和膜组件，平板膜组件和中空纤维膜组件是两种最为常用的膜组件。中空纤维膜组件填装密度远高于平板膜组件，投资低，适用处理规模可大可小，能满足不同行业不同规模的污水处理之需，应用最为广泛。
其中，应用在浸没式膜生物反应器中的中空纤维膜组件主要有帘式膜组件、海藻式组件和膜束式膜组件几种形式。而帘式膜组件因其浇筑工艺简单、单位填充面积高、生产成本低、单个膜组器膜面积灵活度高等优势，成为市场主流。
帘式膜组件一般采用双端浇筑，双端出水，分为一片式和双片式。膜组件组装成膜组器时，曝气装置安装在膜组件正下方，曝气带着液流向上运动，到达膜片底部时，受到下端膜壳的阻碍而朝远离膜片的方向运动，造成膜片底部区域形成流体“边界层分离”。膜片下端根部为曝气死角，降低了气流冲刷膜丝的效果，其根部容易发生污泥堆积，存在高风险污染。为解决上述问题，不少厂商提出了一些新思路。
CN 202741010 U公开了一种浸没式中空纤维膜组件，膜组件包括由多根中空纤维膜丝组成的两片膜片，每片膜片的两端分别与集水组件连接，集水组件由树脂固定盒、集水管组成，每片膜片的端部通过树脂封装在树脂固定盒内，树脂固定盒的下端与集水管密封连接，每根中空纤维膜丝的内孔与集水管连通；两片膜片的集水管之间、树脂固定盒之间的缝隙与两片膜片之间的缝隙共同构成曝气时气液混合的流动通道；两片膜片的集水管的出水部分通过连接接头连接。但是该“双片式”膜组件在膜面积不变的情况下，将膜丝分成两片，使单片膜片装填密度降低，浇筑时间延长为两倍，且集水组件结构复杂，接头众多，增加了泄露风险。
CN 206965532 U公开了一种悬浮式的曝气耦合帘式膜组件，膜组件包括倒U型中空纤维膜丝、曝气装置、膜丝浇铸槽，集水管位于膜丝浇铸槽底部，倒U型中空纤维膜丝的二头孔分别插入膜丝浇铸槽内的二边并用胶水浇铸好，膜丝浇铸槽嵌套入集水管且用胶水粘合密封，倒U型中空纤维膜丝与曝气孔均匀间隔固定在一起；倒U型中空纤维膜丝的高度500mm～2000mm，曝气装置的曝气孔直径为0.2mm～1mm。该膜组件的曝气装置设置于所述膜丝浇铸槽上，大大地增加了理丝和浇铸难度，且曝气孔直径极小，容易被污泥堵塞，从而失去曝气效果。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术缺陷，提供一种MBR膜组件根部进气结构。
本发明的技术方案如下：
一种MBR膜组件根部进气结构，包括若干中空纤维膜束、一进气端构件、至少一进气端浇筑构件和至少一曝气支管；
进气端构件的上端具有一适配进气端浇筑构件的上开口，下端具有一下开口；
至少一进气端浇筑构件限位装设于上述上开口中，每一进气端浇筑构件均包括一底盘，该底盘的边缘向上延伸形成周壁，该周壁与底盘彼此配合形成一浇筑腔，此外，该底盘上还设有均匀分布的若干曝气通孔，每一曝气通孔的边缘向上延伸形成一曝气管，每一曝气通孔的边缘向下向外延伸形成一喇叭状的进气腔；
若干中空纤维膜束的下端通过胶水凝固而成的胶体封闭并固设于至少一进气端浇筑构件的浇筑腔中，该胶体的高度与上述进气腔的高度的比为1∶0.4-6；
至少一曝气支管位于进气端构件的下开口之下，该至少一曝气支管的曝气量为1-20m3/h，其上具有对应上述进气腔的直径为1-6mm的若干曝气孔，曝气孔的气体流速为10-15m/s；
气体通过至少一曝气支管的曝气孔逸散出来，向上运动进入充满水的进气腔，随着进气腔内的气体越来越多，进气腔内的液位逐步降低，同时进气腔内的气体沿曝气管向上运动，从曝气管的上端排出以形成含气量大于曝气孔产生的气泡的大气泡，该大气泡继续沿若干中空纤维膜束向上运动，直径逐渐变大并扰动若干中空纤维膜束的膜丝，最后大气泡破裂，对液面形成剧烈扰动，进气腔内的气体排出后，进气腔内的液位恢复至初始状态并再次重复上述过程。
在本发明的一个优选实施方案中，所述曝气孔的曝气方向为垂直向下或斜向下。
进一步优选的，所述曝气孔的曝气方向为斜向下45度。
在本发明的一个优选实施方案中，所述底盘上的曝气通孔的开孔率为0.26-10％，且曝气通孔的总面积为60-2050mm2。
在本发明的一个优选实施方案中，所述胶体的高度与进气腔的高度的比为1∶0.5-5。
在本发明的一个优选实施方案中，所述曝气通孔的横截面的形状为圆形、椭圆形或多边形。
在本发明的一个优选实施方案中，所述进气端构件的内侧壁向内凸设一限位环，使至少一进气端浇筑构件限位装设于所述上开口中。
在本发明的一个优选实施方案中，所述曝气管在所述底盘呈至少一水平直线排列。
在本发明的一个优选实施方案中，所述底盘上的曝气通孔的开孔率为0.26-10％，且曝气通孔的总面积为60-2050mm2，所述胶体的高度与进气腔的高度的比为1∶0.5-5。
本发明的有益效果是：
1、本发明的曝气管横截面积小于进气腔的横截面积，曝气管内气体的流速会加快，与膜丝接触时剪切速度加大，具有更好的气体冲刷效果。
2、本发明中的进气腔体积更大，可以收集多个曝气孔的气体，短时间内由曝气管冲出，有利于形成大气泡，大气泡在上升过程中逐渐变大，最终破裂时对液面的扰动幅度加大，提高液体湍流效果，缓解膜污染。
3、本发明在膜组件运行时，使膜组件下端根部的膜表面剪切力由0-0.23Pa提升至0.23-4Pa。
4、本发明在膜组件运行时，曝气管内形成升流区，膜组件外部形成降流区，使膜组件下端根部形成均匀的局部环流，减少曝气死角，提高气擦洗效果，降低膜污染速率，曝气死区面积减少20-50％；
5、本发明的曝气效率提升，所需曝气量大幅下降，使得曝气量比传统膜组件降低10-25％。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式
以下通过具体实施方式对本发明的技术方案进行进一步的说明和描述。
如图1所示，一种MBR膜组件根部进气结构，包括若干中空纤维膜束1、一进气端构件2、至少一进气端浇筑构件3和至少一曝气支管4；
进气端构件2的上端具有一适配进气端浇筑构件3的上开口21，该上开口21的内侧壁向内凸设一限位环(图中未示出)，下端具有一下开口22；
至少一进气端浇筑构件3限位装设于上述上开口21的限位环上，每一进气端浇筑构件3均包括一底盘30，该底盘30的边缘向上延伸形成周壁31，该周壁31与底盘30彼此配合形成一浇筑腔32，此外，该底盘30上还设有均匀分布的若干曝气通孔33，每一曝气通孔33的边缘向上延伸形成一曝气管34，每一曝气通孔33的边缘向下向外延伸形成一喇叭状的进气腔35；优选的，底盘30上的曝气通孔33的开孔率为0.26-10％，且曝气通孔33的总面积为60-2050mm2，曝气通孔33的横截面的形状为圆形、椭圆形或多边形，优选的在底盘30呈至少一水平直线排列；
若干中空纤维膜束1的下端通过胶水凝固而成的胶体11封闭并固设于至少一进气端浇筑构件3的浇筑腔32中，该胶体11的高度与上述进气腔35的高度的比为1∶0.5-5；
至少一曝气支管4，位于进气端构件2的下开口22之下，该至少一曝气支管4的曝气量为1-20m3/h，其上具有对应上述进气腔35的直径为1-6mm的若干曝气孔40，曝气孔40的气体流速为10-15m/s；优选的，该曝气孔40的曝气方向为垂直向下或斜向下，进一步优选的，该曝气孔40的曝气方向为斜向下45度；
本发明的工作过程如下：
1、气体通过至少一曝气支管4的曝气孔40逸散出来，向上运动进入充满水的进气腔35，进气腔35可收集来自多个曝气孔40的气体；
2、随着进气腔35内的气体越来越多，进气腔35内的液位逐步降低，同时进气腔35内的气体沿曝气管34向上运动，从曝气管34的上端排出以形成含气量大于曝气孔40产生的气泡的大气泡，同时由于曝气管34的横截面积小于进气腔35的横截面积，所以大气泡的上升速度大大加快；
假设曝气管34直径为d1，气体流速v1，进气腔35直径为d2，气体流速v2。
气量V＝v*(πd2)/4，气量一定，气体流速v与直径d的二次方成反比。
所以，直径变小，气体流速加快；
3、该大气泡继续沿若干中空纤维膜束1向上运动，直径逐渐变大并扰动若干中空纤维膜束1的膜丝，最后大气泡破裂，对液面形成剧烈扰动，提高液体湍流效果，大气泡对液面的扰动效果要远大于小气泡；进气腔35内的气体排出后，进气腔35内的液位恢复至初始状态；
4、重复上述1-3的过程。
本发明在膜组件运行时，使膜组件下端根部的膜表面剪切力由0-0.23Pa提升至0.23-4Pa。曝气管34内形成升流区，膜组件外部形成降流区，使膜组件下端根部形成均匀的局部环流，减少曝气死角，提高气擦洗效果，降低膜污染速率，曝气死区面积减少20-50％，且曝气效率提升，所需曝气量大幅下降，使得曝气量比传统膜组件降低10-25％。
实施例1
针对某生活污水，活性污泥浓度为4000-6000mg/L。将帘式MBR固定到膜架上，浸没至MBR池内，分别采用普通曝气结构和本发明的膜组件根部进气结构进行连续曝气，按抽停比0.85进行抽吸。定期记录膜通量及跨膜压差，连续运行6个月。
普通曝气结构：采用普通曝气结构的帘式MBR膜组件，膜面积为15平，根部无曝气管，为分离式曝气；曝气支管4上有两排曝气方向为斜向下45度的直径为5mm的曝气孔40，曝气支管的曝气量为3.375m3/h，曝气孔40的气体流速为15m/s。
本发明的膜组件根部进气结构：膜面积为15平；曝气通孔33的横截面的形状为圆形，内径为12mm；曝气管34在底盘上呈单排直线排列，底盘上的曝气通孔33的开孔率为5.95％，且曝气通孔33的总面积为1350mm2；胶体11的高度与进气腔35的高度的比为1∶2，进气腔35的侧壁与水平面呈45度角；曝气支管4上有两排曝气方向为斜向下45度的直径为5mm的曝气孔40，曝气支管4的曝气量为3.375m3/h，曝气孔40的气体流速为15m/s。
具体实验参数如下表：
同样实验条件下，当膜面积、曝气量及抽停比相同时，采用本发明的膜组件根部进气结构，膜比通量为2.233LMH/KPa，远大于采用普通曝气结构的帘式MBR膜组件的1.158LMH/KPa，平均运行通量高于普通曝气15％，跨膜压差低于普通曝气65％，说明采用本发明膜组件根部进气结构设计效果更优，抗污染性更强。
实施例2
针对某生活污水，活性污泥浓度为6000-8000mg/L，处理量600t/d，采用帘式MBR膜组器，膜面积为2400平。抽停比0.8，分别采用普通曝气结构和本发明的膜组件根部进气结构进行连续曝气连续曝气，曝气量600m3/h。
普通曝气结构：采用普通曝气结构的帘式MBR膜组件，根部无曝气管34，为分离式曝气；曝气支管4上有两排曝气方向为斜向下45度的直径为5mm的曝气孔40，曝气支管4的曝气量为15m3/h，曝气孔40的气体流速为12m/s。
本发明的膜组件根部进气结构：曝气通孔33的横截面的形状为圆形，内径为12mm；曝气管34在底盘上呈单排直线排列，底盘上的曝气通孔33的开孔率为5.95％，且曝气通孔33的总面积为1350mm2；胶体11的高度与上述进气腔35的高度的比为1∶3，进气腔35的侧壁与水平面呈45度角；曝气支管4上有两排曝气方向为斜向下45度的直径为5mm的曝气孔40，曝气支管4的曝气量为15m3/h，曝气孔40的气体流速为12m/s。
将采用普通曝气结构的帘式MBR膜组件，更换成采用本发明的膜组件根部进气结构的帘式MBR膜组件，水反洗周期由4h/次加长至24h/次，维护性清洗周期由1周/次加长至1月/次，曝气量降低15％，系统稳定运行2年，产水量及跨膜压差十分平稳，无需进行化学清洗。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，故不能依此限定本发明实施的范围，即依本发明专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖的范围内。
Claims (6)
1.一种MBR膜组件根部进气结构，其特征在于：包括若干中空纤维膜束、一进气端构件、至少一进气端浇筑构件和至少一曝气支管；
进气端构件的上端具有一适配进气端浇筑构件的上开口，下端具有一下开口；
至少一进气端浇筑构件，限位装设于上述上开口中，每一进气端浇筑构件均包括一底盘，该底盘的边缘向上延伸形成周壁，该周壁与底盘彼此配合形成一浇筑腔，此外，该底盘上还设有均匀分布的若干曝气通孔，每一曝气通孔的边缘向上延伸形成一曝气管，每一曝气通孔的边缘向下向外延伸形成一喇叭状的进气腔；该底盘上的曝气通孔的开孔率为0.26-10%，且曝气通孔的总面积为60-2050 mm2；
若干中空纤维膜束的下端通过胶水凝固而成的胶体封闭并固设于至少一进气端浇筑构件的浇筑腔中，该胶体的高度与上述进气腔的高度的比为1:0.5-5；
至少一曝气支管位于进气端构件的下开口之下，该至少一曝气支管的曝气量为1-20m3/h，其上具有对应上述进气腔的直径为1-6mm的若干曝气孔，曝气孔的气体流速为10-15m/s；
气体通过至少一曝气支管的曝气孔逸散出来，向上运动进入充满水的进气腔，随着进气腔内的气体越来越多，进气腔内的液位逐步降低，同时进气腔内的气体沿曝气管向上运动，从曝气管的上端排出以形成含气量大于曝气孔产生的气泡的大气泡，该大气泡继续沿若干中空纤维膜束向上运动，直径逐渐变大并扰动若干中空纤维膜束的膜丝，最后大气泡破裂，对液面形成剧烈扰动，进气腔内的气体排出后，进气腔内的液位恢复至初始状态并再次重复上述过程。
2.如权利要求1所述的一种MBR膜组件根部进气结构，其特征在于：所述曝气孔的曝气方向为垂直向下或斜向下。
3.如权利要求2所述的一种MBR膜组件根部进气结构，其特征在于：所述曝气孔的曝气方向为斜向下45度。
4.如权利要求1所述的一种MBR膜组件根部进气结构，其特征在于：所述曝气通孔的横截面的形状为圆形、椭圆形或多边形。
5.如权利要求1所述的一种MBR膜组件根部进气结构，其特征在于：所述进气端构件的内侧壁向内凸设一限位环，使至少一进气端浇筑构件限位装设于所述上开口中。
6.如权利要求1所述的一种MBR膜组件根部进气结构，其特征在于：所述曝气管在所述底盘呈至少一水平直线排列。
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