CN111439842A - 一种纵向振动的mbr波纹膜装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种纵向振动的MBR波纹膜装置，属于膜生物反应器技术领域，包括箱体的上部设有驱动装置，内部设有膜组器；驱动装置通过连接装置连接膜组器，驱动装置通过连接装置驱动膜组器在箱体内竖直方向上做往复运动。箱体的后侧设有支撑架，驱动装置安装在支撑架的顶部；膜组器包括膜盒，以及设于膜盒内的多个波纹膜膜片。本发明以振动代替曝气，降低了膜堵塞和污染的可能性，更大程度上缓解膜污染，降低清洗频率，增加运行周期；振动形式能够使混合液形成局部缺氧环境，提高了出水水质；避免了端部区的毛发持续积累问题，可采用原位清洗，只振动不抽吸，清除泥饼，减缓污染，增大离线清洗周期，进一步提高了膜组器的抗污染特性。

Description

一种纵向振动的MBR波纹膜装置

技术领域

本发明涉及膜生物反应器技术领域，具体涉及一种可缓解膜污染、提高出水水质、降低能耗的以振动代替曝气的纵向振动的MBR波纹膜装置。

背景技术

污废水中的有机物及氮、磷等营养元素排放至自然水体，使得藻类等水生生物大量繁殖，造成水体富营养化。由于我国的社会用水对地表水的依赖程度较高，地表水水质问题成为影响社会和经济发展的重要障碍之一。膜分离技术是一项高效的物质分离技术，依靠分离膜的选择透过性，可以实现从污水中回收水资源。随着材料科学的发展，膜制造成本降低，膜分离技术在污水处理和回用中的应用也日益广泛。膜过滤过程中，不可避免地会使混合液中的物质在膜表面和膜孔内吸附聚集，造成膜孔堵塞并促使孔隙率变小，从而引起膜通量衰减和过滤压力升高，即膜污染。

通常采用的延缓膜污染的方法为曝气，曝气的作用主要是产生大气泡，依靠气泡的快速提升冲刷膜表面，或在气泡上升的过程中形成污泥混合液中的扰动，以减缓膜污染的发展和积累。这无疑増加了系统的耗能，并且会对膜都会产生一定的损伤，造成膜寿命的减短，在膜更换方面増加成本，因此有待改善或开发新的缓解膜污染的方式。

膜生物反应器(Membrane bioreactor,MBR)运行过程中存在的问题如下：(1)曝气MBR能耗高：MBR池中MLSS非常高，要保持足够的传氧速率，必须加大曝气强度，同时为了加大膜通量、减轻膜污染，必须增大流速，增加曝气冲刷，造成MBR的能耗非常高。(2)曝气控制膜污染，效果较差：MBR运行过程中不可避免的产生膜污染，膜污染是指混合液中的物质在膜表面和膜孔内吸附聚集，造成膜孔堵塞并促使孔隙率变小，引起膜通量的衰减和过滤压力升高的过程。膜污染的形成主要因素有：膜固有性质、混合液性质和系统运行环境。其中运行环境中合理的曝气是个主要因素，曝气时上升的气泡及其产生的扰动水流清洗膜表面和阻止污泥聚集，以保持膜通量的稳定。同时气泡与膜纤维碰撞产生的抖动作用甚至使膜纤维之间互相摩擦，可加速膜面沉积物的脱落，利于膜污染的缓解。曝气过大时，会导致膜表面沉积的颗粒粒径减小，使滤饼的结构更加致密，从而使膜过滤阻力增加；相反的，曝气量过小时，扰动削弱，污染会加重，因此要选择合适的曝气量或者寻找一种能够代替曝气的运行形式。(3)脱氮效果较差：MBR由于曝气系统导致好氧环境的存在，使得反硝化速率受到限制，对总氮去除不理想。(4)中空纤维膜运行过程中膜丝端部不可避免的产生毛发持续积累问题，清洗困难，无法实现原位清洗，抗污染能力较差；而平板膜内部无支撑结构，抗压能力一般，工作压力范围较小。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可缓解膜污染、提高出水水质、降低能耗的以振动代替曝气的纵向振动的MBR波纹膜装置，以解决上述背景技术中存在的技术问题。

为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案：

本发明提供一种纵向振动的MBR波纹膜装置，包括：

箱体的上部设有驱动装置，所述箱体的内部设有膜组器；所述驱动装置通过连接装置连接所述膜组器，所述驱动装置通过所述连接装置驱动所述膜组器在所述箱体内竖直方向上做往复运动。

优选的，所述箱体的后侧设有支撑架，所述驱动装置安装在所述支撑架的上部；所述膜组器包括膜盒，以及设于所述膜盒内的多个波纹膜膜片。

优选的，所述连接装置包括摇杆，所述摇杆的一端与所述驱动装置连接，所述摇杆的另一端可转动的连接一曲柄的一端，所述曲柄的另一端可转动的连接法兰盘；所述法兰盘连接在所述膜盒顶部的吊装架上。

优选的，所述箱体的内部箱壁上设有滑杆Ⅰ和滑杆Ⅱ，所述膜盒上设有分别与所述滑杆Ⅰ和滑杆Ⅱ对应的滑环Ⅰ和滑环Ⅱ，所述膜组器通过滑杆和滑环的配合在所述箱体内上下往复运动。

优选的，每个所述波纹膜膜片的两端分别连接左集水管和右集水管，所述左集水管共同连接左集水总管，所述右集水管共同连接右集水总管，所述左集水总管和所述右集水总管共同连接总集水管，所述总集水管连接抽吸泵。

优选的，所述箱体的一侧设有进水管，所述进水管上设有进水阀；所述箱体的另一侧设有排泥/排空管，所述排泥/排空管上设有排泥/排空阀。

优选的，所述总集水管上设有调节阀、压力表和液体流量计。

优选的，所述箱体的顶部设有溢流口，所述箱体的底部设有污泥回流管，所述污泥回流管上设有污泥回流阀。

优选的，所述驱动装置为电机，所述电机的转轴连接所述摇杆。

优选的，所述波纹膜膜片的个数为6片。

本发明有益效果：

(1)以振动代替曝气，节能降耗；

(2)采用纵向振动，振动方向变换时，膜表面产生高剪切力，使固体颗粒和污秽物从膜的表面升起或从附着的膜孔道中分离，与主流混合，使得混合液中的大分子物质难以在膜表面形成凝胶层，减少膜表面的浓差极化和吸附累积，从而可以降低膜堵塞和污染的可能性。同时纵向振动时增强重力作用，使其更加不易黏附到膜表面，更大程度上缓解膜污染，降低清洗频率，增加运行周期；

(3)振动形式能够使混合液形成局部缺氧环境，在反硝化菌作用下将亚硝态氮和硝态氮还原成N₂。某些聚磷菌在缺氧状态下能够利用硝酸盐作为电子受体进行除磷和反硝化的功能，整体降低水中N、P含量，提高出水水质；

(4)采用波纹膜，波纹膜装填密度高，避免了端部区的毛发持续积累问题，可采用原位清洗，只振动不抽吸，清除泥饼，减缓污染，增大离线清洗周期，进一步提高了膜组器的抗污染特性；另外，波纹膜采用模块化设计，增加膜堆堆叠高度，极大提高土地利用率，同等占地面积水处理量增加一半以上，能耗大幅度降低。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例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为本发明实施例所述的纵向振动的MBR波纹膜装置主视结构图。

图2为本发明实施例所述的纵向振动的MBR波纹膜装置俯视结构图。

图3为图1中的A-A向剖视图。

其中：1-进水阀；2-进水管；3-波纹膜膜片；4-膜盒；5-右集水管；6-左集水管；7-滑杆Ⅰ；8-滑杆Ⅱ；9-法兰盘；10-曲柄；11-驱动装置；12-箱体；13-支撑架；14-吊装架；15-摇杆；16-溢流口；17-排泥/排空口；18-排泥/排空阀；19-左总集水管；20-右总集水管；21-总集水管；22-压力表；23-产水抽吸泵；24-液体流量计；25-调节阀；26-污泥回流管；27-污泥回流阀；28-滑环Ⅰ；29-滑环Ⅱ。

具体实施方式

下面详细叙述本发明的实施方式，所述实施方式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。下面通过附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件和/或它们的组。

在本专利的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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专利和简化描述，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专利的限制。

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。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，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以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

在本专利的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“设置”应做广义理解，例如，可以是固定相连、设置，也可以是可拆卸连接、设置，或一体地连接、设置。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本专利中的具体含义。

为便于理解本发明，下面结合附图以具体实施例对本发明作进一步解释说明，且具体实施例并不构成对本发明实施例的限定。

本领域技术人员应该理解，附图只是实施例的示意图，附图中的部件并不一定是实施本发明所必须的。

实施例

如图1至图3所示，本发明实施例提供了一种纵向振动的MBR波纹膜装置，该装置具体结构组成如下：

箱体12的上部设有驱动装置11，所述箱体12的内部设有膜组器；所述驱动装置11通过连接装置连接所述膜组器，所述驱动装置11通过所述连接装置驱动所述膜组器在所述箱体12内竖直方向上做往复运动。

所述箱体12的后侧设有支撑架13，所述驱动装置11安装在所述支撑架13的顶部；所述膜组器包括膜盒4，以及设于所述膜盒4内的多个波纹膜膜片3。

所述连接装置包括摇杆15，所述摇杆15的一端与所述驱动装置11连接，所述摇杆15的另一端可转动的连接一曲柄10的一端，所述曲柄10的另一端可转动的连接法兰盘9，所述法兰盘9连接在所述膜盒4顶部的吊装架14上。所述箱体12的内部箱壁上设有滑杆Ⅰ7和滑杆Ⅱ8，所述膜盒4上设有分别与所述滑杆Ⅰ7和滑杆Ⅱ8对应的滑环Ⅰ28和滑环Ⅱ29，所述膜组器通过滑杆和滑环的配合在所述箱体12内上下往复运动。当电机转动时，转轴带动摇杆15转动，摇杆15的转动带动曲柄转动，曲柄的转动从而推动膜组器上下往复运动。

每个所述波纹膜膜片3的两端分别连接左集水管6和右集水管5，所述左集水管6共同连接左集水总管19，所述右集水管5共同连接右集水总管20，所述左集水总管19和所述右集水总管20共同连接总集水管21，所述总集水管21连接产水抽吸泵23。

所述箱体12的一侧设有进水管2，所述进水管2上设有进水阀1；所述箱体12的另一侧设有排泥/排空管17，所述排泥/排空管17上设有排泥/排空阀18。所述总集水管21上设有调节阀25、压力表22和液体流量计24。所述箱体12的顶部设有溢流口16，所述箱体12的底部设有污泥回流管26，所述污泥回流管26上设有污泥回流阀27。

本发明实施例所述纵向振动的MBR波纹膜装置，其中，所述的驱动装置11可以使用电机，所述电机的转轴连接所述摇杆。

本发明实施例所述纵向振动的MBR波纹膜装置，其中，所述波纹膜膜片3的个数为6片。而在实际应用中，所述波纹膜膜片的个数并不受上述个数的限制，本领域技术人员可根据实际情况具体设置波纹膜膜片的个数。

本发明实施例所述的纵向振动的MBR波纹膜装置的运行步骤如下：

①常规运行阶段：前一阶段构筑物混合液经进水管2及开启的进水阀1进入箱体12内，箱体上端设置溢流口16用于调整箱体内液位为工作水位，溢流液体返回上一构筑物。底部还有污泥回流管26和污泥回流阀27，用于控制箱体内污泥浓度，回流至前端构筑物。同时底部还设有排泥口17和排泥阀18，用于箱体内剩余污泥的排放，当放空箱内液体时用于排空口和排空阀。开启振动装置进行工作时，1～2min振动稳定后开启集水泵进行膜过滤产水.

振动装置工作：由支撑架13上的电机带动摇杆15进而带动曲柄10，曲柄10与法兰盘9连接，最终带动波纹膜膜片3和膜盒4组成的波纹膜组器进行振动，通过滑杆Ⅰ7和滑杆Ⅱ8使膜组器在固定位置进行纵向反复运动，振幅为100-200mm，振频30-40r/min，加大膜上剪切力及膜上污染物的重力脱离作用，降低污染，强化过滤。

波纹膜膜过滤：波纹膜膜片3共6片，大小形状相同，每片膜的两端分别连接左集水管6和右集水管5，通过左集水管6和右集水管5进行集水，左集水管6集水进入左集水总管19，右集水管5集水进入右集水总管20，6片膜通过左集水总管19和右集水总管20最终集水到一根总集水管21，总集水管上设置调节阀25和压力表22，产水通过产水抽吸泵23进行抽吸，产水量通过液体流量计24进行读数。

②清洗阶段：在线反洗、原位清洗及离线清洗相结合。

在线反洗：振动MBR运行5-7天后，先关闭其产水泵23和调节阀25，1～2min后关闭电机，通过左集水管6和右集水管5反向向膜片里加1000mg/L次氯酸钠，设定好加药流量，0.5h左右注入所需药量，加药完成后膜组器需静置1～1.5h后，打开产水泵，恢复运行状态。

原位清洗：当跨膜压差接近或达到35kPa时进行原位清洗，开启电机关闭产水泵，只振动不抽吸0.5h～1h，清除泥饼，延缓膜污染，增大药洗清洗周期。

在线反洗和离线清洗：当原位清洗和在线反洗无法恢复膜功能时，需要进行离线化学清洗，即利用天车一端与吊装架14相连，将膜组器吊出拆卸，其膜片3表面污泥及杂物等冲洗干净，然后将膜在有效氯含量为3000-6000mg/L的次氯酸钠和0.4％氢氧化钠的混合液中浸泡1天，浸泡后将膜片用清水洗净再放入膜组器中。

本发明实施例所述的纵向振动的MBR波纹膜装置，利用波纹膜膜片起到膜过滤分离的作用，波纹膜组件装填密度高，特有的组器优化系统设计和膜结构避免了端部区的毛发持续积累问题，进一步提高了膜组器的抗污染特性，清洗方式采用定期原位清洗，当跨膜压差接近或达到35kPa时进行原位清洗，过程中只振动不抽吸，清除泥饼，减缓污染，增大离线清洗周期；波纹膜采用模块化设计，膜堆堆叠高度可超过3米，可极大提高土地利用率，同等占地面积水处理量增加50％以上，能耗降低50％。同时波纹膜内部设有支撑结构，大大提高了波纹膜的抗压性能，使波纹膜适用的工作压力更广泛。以机械方式控制膜组件安装支架做纵向反复运动，改善流体流动情况，振动方式代替曝气，提高运行效果的同时起到节能降耗的作用。在振动方向变换的瞬间，膜表面的流体经历较大的减速和加速过程，可以在膜表面产生高剪切力，最多能将的能量传递给膜，膜振动产生的剪切作用可以使固体颗粒和污秽物，从膜的表面升起或从附着的膜孔道中分离，与主流混合，这样就使得混合液中的大分子物质难以在膜表面形成凝胶层，减少膜表面的浓差极化和吸附累积，从而可以降低膜堵塞和污染的可能性，强化过滤过程。同时，在振动过程中能够加强污泥颗粒的重力作用，带动污泥脱离膜表面。通过机械振动控制了膜污染，延缓清洗周期；振动形式能够使混合液形成缺氧环境，DO较低，反硝化菌快速繁殖发挥作用，将污水中的NO₂ ^--N和NO₃ ^--N还原成N₂。同时一些聚磷菌在缺氧状态下具有利用硝酸盐作为电子受体除磷和反硝化的功能。降低水中N、P含量，提高出水水质。

综上所述，本发明实施例所述的纵向振动额MBR波纹膜装置以振动的方式代替传统的曝气，在出水水质达标的基础上实现节能减排。采用纵向振动的方式改善流体流动情况，加强膜表面的剪切作用及膜表面污染物质的重力作用的影响，缓解膜污染，提高处理效果，延缓清洗周期。利用振动形成的缺氧环境进行反硝化菌的脱氮除磷，降低池内N、P含量，提高出水水质。采用波纹膜，同中空纤维膜相比，装填密度高，避免端部毛发持续积累，增强抗污染特性；另外，波纹膜采用模块化设计，可以增加堆叠高度，提高土地利用率，提高水处理量，降低能耗；同平板膜相比，波纹膜内部设有支撑结构，大大提高了波纹膜的抗压性能，使波纹膜适用的工作压力更广泛。实现定期原位清洗，当跨膜压差接近或达到35kPa时进行原位清洗，仅振动0.5h～1h，过程中膜不产水，清除泥饼，延缓膜污染，增大离线清洗周期。

本领域普通技术人员可以理解：本发明实施例中的装置中的部件可以按照实施例的描述分布于实施例的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施例的一个或多个装置中。上述实施例的部件可以合并为一个部件，也可以进一步拆分成多个子部件。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种纵向振动的MBR波纹膜装置，其特征在于，包括：

箱体(12)的上部设有驱动装置(11)，所述箱体(12)的内部设有膜组器；所述驱动装置(11)通过连接装置连接所述膜组器，所述驱动装置(11)通过所述连接装置驱动所述膜组器在所述箱体(12)内竖直方向上做往复运动。

2.根据权利要求1所述的纵向振动的MBR波纹膜装置，其特征在于：所述箱体(12)的后侧设有支撑架(13)，所述驱动装置(11)安装在所述支撑架(13)的上部；所述膜组器包括膜盒(4)，以及设于所述膜盒(4)内的多个波纹膜膜片(3)。

3.根据权利要求2所述的纵向振动的MBR波纹膜装置，其特征在于：所述连接装置包括摇杆(15)，所述摇杆(15)的一端与所述驱动装置(11)连接，所述摇杆(15)的另一端可转动的连接一曲柄(10)的一端，所述曲柄(10)的另一端可转动的连接法兰盘(9)，所述法兰盘(9)连接在所述膜盒(4)顶部的吊装架(14)上。

4.根据权利要求3所述的纵向振动的MBR波纹膜装置，其特征在于：所述箱体(12)的内部箱壁上设有滑杆Ⅰ(7)和滑杆Ⅱ(8)，所述膜盒(4)上设有分别与所述滑杆Ⅰ(7)和滑杆Ⅱ(8)对应的滑环Ⅰ(28)和滑环Ⅱ(29)，所述膜组器通过滑杆和滑环的配合在所述箱体(12)内上下往复运动。

5.根据权利要求4所述的纵向振动的MBR波纹膜装置，其特征在于：每个所述波纹膜膜片(3)的两端分别连接左集水管(6)和右集水管(5)，所述左集水管(6)共同连接左集水总管(19)，所述右集水管(5)共同连接右集水总管(20)，所述左集水总管(19)和所述右集水总管(20)共同连接总集水管(21)，所述总集水管(21)连接产水抽吸泵(23)。

6.根据权利要求5所述的纵向振动的MBR波纹膜装置，其特征在于：所述箱体(12)的一侧设有进水管(2)，所述进水管(2)上设有进水阀(1)；所述箱体(12)的另一侧设有排泥/排空管(17)，所述排泥/排空管(17)上设有排泥/排空阀(18)。

7.根据权利要求6所述的纵向振动的MBR波纹膜装置，其特征在于：所述总集水管(21)上设有调节阀(25)、压力表(22)和液体流量计(24)。

8.根据权利要求7所述的纵向振动的MBR波纹膜装置，其特征在于：所述箱体(12)的顶部设有溢流口(16)，所述箱体(12)的底部设有污泥回流管(26)，所述污泥回流管(26)上设有污泥回流阀(27)。

9.根据权利要求1-8任一项所述的纵向振动的MBR波纹膜装置，其特征在于：所述驱动装置(11)为电机，所述电机的转轴连接所述摇杆。

10.根据权利要求2-8任一项所述的纵向振动的MBR波纹膜装置，其特征在于：所述波纹膜膜片(3)的个数为6片。

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