CN111099724A - 一种厌氧往复式旋转中空纤维膜生物反应器及运行方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种厌氧往复式旋转中空纤维膜生物反应器及运行方法，涉及污水处理技术领域，包括进水箱、进水蠕动泵、厌氧反应罐、往复式旋转膜组件和出水蠕动泵，往复式旋转膜组件包括驱动部件和中空纤维膜组件，驱动部件设置于厌氧反应罐上，中空纤维膜组件设置于厌氧反应罐内部，驱动部件用于驱动中空纤维膜组件进行顺时针和逆时针交替往复式旋转，中空纤维膜组件包括顶部的集水端，集水端与出水蠕动泵连接，出水蠕动泵设置于厌氧反应罐外部，进水蠕动泵的两端分别与进水箱和厌氧反应罐连接。通过采用中空纤维膜组件往复旋转的方式，使得本发明中的生物反应器具有较强的抗污染性能和过滤能力。
Description
技术领域
本发明涉及污水处理技术领域，特别是涉及一种厌氧往复式旋转中空纤维膜生物反应器及运行方法。
背景技术
在目前众多的水处理技术中，厌氧生物处理技术运行能耗低，剩余污泥产量少，能在净化污水的同时以CH4、H2、沼液和沼渣等形式回收资源，是污水处理及资源化利用的常用手段之一。由于该技术成败的关键是厌氧微生物的截留，因此研究者们致力于开发各种以截留厌氧微生物为目的的高效厌氧工艺。其中，厌氧膜生物反应器可依靠膜分离来实现厌氧微生物的完全截留，近十年来得到国内外研究者们极大的关注。但是，与好氧膜生物反应器相比，厌氧膜生物反应器至今仍无法得到实际的广泛应用，其主要原因在于厌氧膜生物反应器的膜污染问题一直无法得到有效解决。
厌氧膜生物反应器膜污染的控制措施主要包括改进膜材料提高其抗污染性，调节操作条件，改善混合液性质、引入外力等方式。对于常见的外置式厌氧膜生物反应器，通过循环泵进行料液循环以提供较高的水力剪切力是目前最普遍采用的方式，但能耗较高，且泵的高速剪切和料液的多次循环可能导致微生物的活性降低。对于近年来备受推崇的浸没式厌氧膜生物反应器，不少研究者则采用沼气循环的方式在膜表面进行扰动来减轻膜污染。但是，沼气循环的运行相对复杂，且沼气的强烈扰动有可能降低污泥颗粒粒径，从而造成负面影响。因此，针对厌氧膜生物反应器膜污染，目前仍然亟需一种高效简易的控制方法。
近年来，一些研究开始关注一种动态膜过滤方法，即通过采用可运动的膜组件如旋转膜以达到强化剪切力的目的，通常采用的旋转膜组件包括管式膜和盘式膜。将旋转膜组件应用于厌氧膜生物反应器中可以在一定程度上控制膜污染发展。但是，目前厌氧旋转膜生物反应器采用的膜组件旋转方式基本为单向旋转。单向旋转的膜组件将逐渐带动流体同步流动，削弱了膜表面剪切作用，弱化了膜污染控制效果。此外，旋转膜组件大多为装填密度较低的管式或盘式组件，单位体积膜出水量受限。
发明内容
为解决以上技术问题，本发明提供一种厌氧往复式旋转中空纤维膜生物反应器及运行方法，具有较强的抗污染性能和过滤能力。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明提供一种厌氧往复式旋转中空纤维膜生物反应器，包括进水箱、进水蠕动泵、厌氧反应罐、往复式旋转膜组件和出水蠕动泵，所述往复式旋转膜组件包括驱动部件和中空纤维膜组件，所述驱动部件设置于所述厌氧反应罐上，所述中空纤维膜组件设置于所述厌氧反应罐内部，所述驱动部件用于驱动所述中空纤维膜组件进行顺时针和逆时针交替往复式旋转，所述中空纤维膜组件包括顶部的集水端，所述集水端与所述出水蠕动泵连接，所述出水蠕动泵设置于所述厌氧反应罐外部，所述进水蠕动泵的两端分别与所述进水箱和所述厌氧反应罐连接。
优选地，所述驱动部件包括旋转电机和中心传动轴，所述中心传动轴内部设置有滤液集水通道，所述旋转电机通过电机支架固定于所述厌氧反应罐顶部，所述旋转电机与所述中心传动轴的上端连接，所述中心传动轴的下端与所述集水端连接，且所述滤液集水通道的底端与所述集水端连通，所述滤液集水通道的上部与所述出水蠕动泵连接。
优选地，还包括连接管，所述连接管设置于所述中心传动轴上部的一侧，所述连接管一端与所述滤液集水通道连接，所述连接管另一端与所述出水蠕动泵连接。
优选地，所述连接管设置于所述厌氧反应罐外部。
优选地，还包括控制器，所述进水蠕动泵、所述出水蠕动泵和所述旋转电机均与所述控制器连接。
优选地，还包括底部支架，所述厌氧反应罐设置于所述底部支架上。
优选地，所述中空纤维膜组件包括束状中空纤维膜丝，所述束状中空纤维膜丝底端封闭，所述束状中空纤维膜丝顶端形成所述集水端。
优选地，所述进水蠕动泵的一端与所述进水箱的底部连接，所述进水蠕动泵的另一端与所述厌氧反应罐的中部连接。
本发明还提供一种厌氧往复式旋转中空纤维膜生物反应器的运行方法，包括以下步骤：
步骤一、所述进水蠕动泵将所述进水箱中的污水输送至所述厌氧反应罐中进行降解；
步骤二、所述驱动部件驱动所述中空纤维膜组件进行顺时针和逆时针交替往复式旋转；
步骤三、滤液在所述出水蠕动泵的抽吸负压作用下透过所述中空纤维膜组件并通过所述集水端经所述出水蠕动泵抽吸排出。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
本发明的厌氧往复式旋转中空纤维膜生物反应器及运行方法，通过采用中空纤维膜组件往复旋转的方式，当料液流场运动速度与中空纤维膜组件旋转速度相近时瞬时反向转动中空纤维膜组件，使中空纤维膜组件的旋转速度与料液的流动速度矢量叠加，提高膜表面的速度梯度，从而强化膜表面的剪切作用，控制膜污染的发展，延缓膜通量的衰减，有效避免膜污染问题，使得本发明中的生物反应器具有较强的抗污染性能。同时，中空纤维膜组件装填密度较高，在相同装填体积下其过滤面积相对较大，使得本发明中的生物反应器具有较强的过滤能力。
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为本发明提供的厌氧往复式旋转中空纤维膜生物反应器的结构示意图。
附图标记说明：1、进水箱；2、进水蠕动泵；3、厌氧反应罐；4、中空纤维膜组件；5、中心传动轴；6、旋转电机；7、出水蠕动泵；8、连接管；9、电机支架；10、底部支架。
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做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。
本发明的目的是提供一种厌氧往复式旋转中空纤维膜生物反应器及运行方法，具有较强的抗污染性能和过滤能力。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示，本实施例提供一种厌氧往复式旋转中空纤维膜生物反应器，包括进水箱1、进水蠕动泵2、厌氧反应罐3、往复式旋转膜组件和出水蠕动泵7，往复式旋转膜组件包括驱动部件和中空纤维膜组件4，驱动部件设置于厌氧反应罐3上，中空纤维膜组件4设置于厌氧反应罐3内部，驱动部件用于驱动中空纤维膜组件4进行顺时针和逆时针交替往复式旋转，中空纤维膜组件4包括顶部的集水端，集水端与出水蠕动泵7连接，出水蠕动泵7设置于厌氧反应罐3外部，进水蠕动泵2的两端分别与进水箱1和厌氧反应罐3连接。
具体地，驱动部件包括旋转电机6和中心传动轴5，中心传动轴5内部设置有滤液集水通道，旋转电机6通过电机支架9固定于厌氧反应罐3顶部，中心传动轴5的上端伸至厌氧反应罐3外部，中心传动轴5的下端伸至厌氧反应罐3内部，旋转电机6与中心传动轴5的上端连接，具体地，中心传动轴5的上端为封闭结构，旋转电机6的输出轴通过联轴器与中心传动轴5的上端连接，中心传动轴5的下端与集水端连接，且滤液集水通道的底端与集水端连通，滤液集水通道的上部与出水蠕动泵7连接。
本实施例中还包括连接管8，连接管8设置于中心传动轴5上部的一侧，连接管8一端与滤液集水通道连接，连接管8另一端与出水蠕动泵7连接。具体地，连接管8设置于厌氧反应罐3外部。
本实施例中还包括控制器，进水蠕动泵2、出水蠕动泵7和旋转电机6均与控制器连接，通过控制器控制进水蠕动泵2和出水蠕动泵7的开闭来调节中空纤维膜组件4出水抽吸频率，通过控制器控制旋转电机6来调节中空纤维膜组件4的旋转转速和往复式旋转周期。
本实施例中还包括底部支架10，厌氧反应罐3设置于底部支架10上。
具体地，中空纤维膜组件4包括束状中空纤维膜丝，束状中空纤维膜丝底端封闭，束状中空纤维膜丝顶端形成集水端。于本具体实施例中，束状中空纤维膜丝由若干根中空纤维膜丝以束状形式粘制而成。装填密度较低的管式或盘式膜组件单位体积膜出水量受限，中空纤维膜组件4装填密度高于管式和盘式膜组件，在相同装填体积下其过滤面积相对较大，具有较强的过滤能力。
于本具体实施例中，进水蠕动泵2的一端与进水箱1的底部连接，进水蠕动泵2的另一端与厌氧反应罐3的中部连接。
本实施例还提供一种厌氧往复式旋转中空纤维膜生物反应器的运行方法，包括以下步骤：
步骤一、进水蠕动泵2将进水箱1中的污水输送至厌氧反应罐3中进行降解；
步骤二、驱动部件驱动中空纤维膜组件4进行顺时针和逆时针交替往复式旋转；
步骤三、由于集水端顶部与中心传动轴5内部的滤液集水通道连通，同时滤液集水通道上端通过连接管8与出水蠕动泵7连接，滤液在出水蠕动泵7的抽吸负压作用下透过中空纤维膜组件4并通过集水端、滤液集水通道和连接管8经出水蠕动泵7抽吸排出。
于本具体实施例中，中空纤维膜组件4的运行参数如下：中空纤维膜组件4出水抽吸频率为每10min抽吸8min；膜通量为8.3～16.7L·m-2·h-1；中空纤维膜组件4的旋转转速为50～150rpm；中空纤维膜组件4的往复式旋转周期为2～12s。
由此可知，本实施例中采用中空纤维膜组件4往复旋转的方式，当料液流场运动速度与中空纤维膜组件4旋转速度相近时瞬时反向转动中空纤维膜组件4，使中空纤维膜组件4的旋转速度与料液的流动速度矢量叠加，提高膜表面的速度梯度，从而强化膜表面的剪切作用，控制膜污染的发展，延缓膜通量的衰减，有效避免膜污染问题，使得本实施例中的生物反应器具有较强的抗污染性能。同时，中空纤维膜组件4装填密度较高，在相同装填体积下其过滤面积相对较大，使得本实施例中的生物反应器具有较强的过滤能力。
本说明书中应用了具体个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核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (9)
1.一种厌氧往复式旋转中空纤维膜生物反应器，其特征在于，包括进水箱、进水蠕动泵、厌氧反应罐、往复式旋转膜组件和出水蠕动泵，所述往复式旋转膜组件包括驱动部件和中空纤维膜组件，所述驱动部件设置于所述厌氧反应罐上，所述中空纤维膜组件设置于所述厌氧反应罐内部，所述驱动部件用于驱动所述中空纤维膜组件进行顺时针和逆时针交替往复式旋转，所述中空纤维膜组件包括顶部的集水端，所述集水端与所述出水蠕动泵连接，所述出水蠕动泵设置于所述厌氧反应罐外部，所述进水蠕动泵的两端分别与所述进水箱和所述厌氧反应罐连接。
2.根据权利要求1所述的厌氧往复式旋转中空纤维膜生物反应器，其特征在于，所述驱动部件包括旋转电机和中心传动轴，所述中心传动轴内部设置有滤液集水通道，所述旋转电机通过电机支架固定于所述厌氧反应罐顶部，所述旋转电机与所述中心传动轴的上端连接，所述中心传动轴的下端与所述集水端连接，且所述滤液集水通道的底端与所述集水端连通，所述滤液集水通道的上部与所述出水蠕动泵连接。
3.根据权利要求2所述的厌氧往复式旋转中空纤维膜生物反应器，其特征在于，还包括连接管，所述连接管设置于所述中心传动轴上部的一侧，所述连接管一端与所述滤液集水通道连接，所述连接管另一端与所述出水蠕动泵连接。
4.根据权利要求3所述的厌氧往复式旋转中空纤维膜生物反应器，其特征在于，所述连接管设置于所述厌氧反应罐外部。
5.根据权利要求2所述的厌氧往复式旋转中空纤维膜生物反应器，其特征在于，还包括控制器，所述进水蠕动泵、所述出水蠕动泵和所述旋转电机均与所述控制器连接。
6.根据权利要求1所述的厌氧往复式旋转中空纤维膜生物反应器，其特征在于，还包括底部支架，所述厌氧反应罐设置于所述底部支架上。
7.根据权利要求1所述的厌氧往复式旋转中空纤维膜生物反应器，其特征在于，所述中空纤维膜组件包括束状中空纤维膜丝，所述束状中空纤维膜丝底端封闭，所述束状中空纤维膜丝顶端形成所述集水端。
8.根据权利要求1所述的厌氧往复式旋转中空纤维膜生物反应器，其特征在于，所述进水蠕动泵的一端与所述进水箱的底部连接，所述进水蠕动泵的另一端与所述厌氧反应罐的中部连接。
9.一种如权利要求1-8中任一项所述的厌氧往复式旋转中空纤维膜生物反应器的运行方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、所述进水蠕动泵将所述进水箱中的污水输送至所述厌氧反应罐中进行降解；
步骤二、所述驱动部件驱动所述中空纤维膜组件进行顺时针和逆时针交替往复式旋转；
步骤三、滤液在所述出水蠕动泵的抽吸负压作用下透过所述中空纤维膜组件并通过所述集水端经所述出水蠕动泵抽吸排出。
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