CN112744915B - 机械擦洗膜生物反应系统及方法 - Google Patents

Abstract

本公开涉及膜生物反应技术领域，尤其涉及一种机械擦洗膜生物反应系统及方法。其中机械擦洗膜生物反应系统包括进水缓冲区、与进水缓冲区相连的过滤区和随着水流的流动从进水缓冲区流向过滤区的擦洗颗粒；过滤区包括曝气区、沉降回收区和用于对过滤区内部的水进行过滤的膜组件，曝气区与进水缓冲区连通，以使擦洗颗粒随着水流的流动从进水缓冲区流向曝气区；曝气区与膜组件相通，以使曝气区中的擦洗颗粒随着水流与气泡流向膜组件，且流向膜组件的擦洗颗粒通过碰撞对膜组件进行擦洗，减缓膜组件的污染；擦洗完膜组件的擦洗颗粒落入沉降回收区，沉降回收区中的擦洗颗粒通过通道流向进水缓冲区，擦洗颗粒能够循环使用，进而节省了成本。

Description

机械擦洗膜生物反应系统及方法

技术领域

本公开涉及膜生物反应技术领域，尤其涉及一种机械擦洗膜生物反应系统及方法。

背景技术

对工业与生活废水的处理回用，是节约水资源、改善生态环境的有效途径，在中水回用的新技术中，膜生物反应器(MBR)具有明显的技术优势。但是膜组件在运行中受到污染，使膜出水量随着时间的延长而逐渐下降，增加了MBR运行和管理的难度，影响了该技术的发展和应用。

目前国内外控制膜组件的污染有多种处理方式，例如：优化运行参数、对膜改性、在反应器中投加絮凝剂、曝气擦洗、投加活性炭等。其中，优化运行参数方法，虽然操作较简单，但是对延缓膜组件污染效果不明显。对膜材料进行化学性质的改性，虽然能暂时的提高膜的抗污染性，但改性往往需要增加额外成本，且可能带来膜损伤等其他不利影响。投加絮凝剂虽然能减缓膜的污染发生，但投加化学药剂到反应器中容易对污泥的自身性质产生影响。专利CN204529441U公开了一种通过脉冲曝气方式擦洗的膜生物反应器，该曝气擦洗方法对含有较高粘度细菌胞外聚合物(EPS)的滤饼层冲刷效果不佳，且曝气能耗较高。专利CN105129972A公开了一种优化膜组件反冲洗加药方式的膜生物反应器，通过计算膜污染情况调整反冲洗加药量，在MBR膜污染刚形成阶段加药消除，但频繁的加药冲洗会损害MBR膜片的使用寿命，且增加了额外成本。投加活性炭是处理膜组件污染的较佳的方式，虽然能够减缓膜组件污染，延长膜组件过滤周期，但是活性炭价格高且密度大，运行一段时间后会沉积在池底，很难再对膜组件进行处理，需要持续的投加活性炭，成本较高。

发明内容

为了解决上述技术问题或者至少部分地解决上述技术问题，本公开提供了一种机械擦洗膜生物反应系统及方法，通过向机械擦洗膜生物反应系统中投加擦洗颗粒能够对膜组件进行清洗，减缓膜组件的污染，并且机械擦洗膜生物反应系统内部的擦洗颗粒还能够循环使用，节省了成本。

本公开提供了一种机械擦洗膜生物反应系统，包括：进水缓冲区、与所述进水缓冲区相连的过滤区和随着水流的流动从所述进水缓冲区流向所述过滤区的擦洗颗粒；

所述过滤区包括曝气区、沉降回收区和用于对所述过滤区内部的水进行过滤的膜组件，所述曝气区与所述进水缓冲区连通，以使所述擦洗颗粒随着水流的流动从所述进水缓冲区流向所述曝气区；所述曝气区与所述膜组件相通，以使所述曝气区中的擦洗颗粒流向所述膜组件，且流向所述膜组件的擦洗颗粒通过碰撞对所述膜组件进行擦洗；擦洗完所述膜组件的擦洗颗粒落入所述沉降回收区，所述沉降回收区通过通道与所述进水缓冲区连通，以使所述沉降回收区中的擦洗颗粒通过所述通道流向所述进水缓冲区。

可选的，所述进水缓冲区包括汇集部件，所述汇集部件将所述进水缓冲区中的擦洗颗粒汇集在所述进水缓冲区与所述曝气区相通的位置处，便于所述擦洗颗粒随着水流流向所述曝气区。

可选的，所述汇集部件包括第一斜板和第二斜板，所述进水缓冲区与所述曝气区相通的位置为第一位置，所述第一斜板和所述第二斜板分布在所述第一位置两侧；

所述第一斜板靠近所述第一位置的一端的高度低于所述第一斜板远离所述第一位置的一端的高度，所述第二斜板靠近所述第一位置的一端的高度低于所述第二斜板远离所述第一位置的一端的高度。

可选的，所述曝气区内部设置第三斜板，所述第三斜板位于所述曝气区的底部；

所述第三斜板靠近所述第一位置的一端的高度低于所述第三斜板远离所述第一位置的一端的高度，且所述第三斜板远离所述第一位置的一端与所述曝气区的侧壁连接；

所述曝气区内部设置有曝气盘，用于对所述曝气区进行曝气。

可选的，所述沉降回收区包括底板，所述底板设置多个通孔；

所述通道的第一端与所述通孔相通，以使所述沉降回收区中的擦洗颗粒通过所述通孔流向所述通道中；

所述通道的第二端与所述进水缓冲区的侧壁相通，且所述通道的第二端的高度高于所述汇集部件的高度，以使所述通道中的擦洗颗粒流向所述进水缓冲区。

可选的，所述膜组件位于所述沉降回收区中，所述膜组件底部包括滤板，所述滤板位于所述底板形成的容纳孔中，所述擦洗颗粒穿过所述滤板对所述膜组件上的多个膜元件进行清洗。

可选的，机械擦洗膜生物反应系统还包括依次连接的进水水箱、厌氧池、缺氧池、好氧池和产水水箱；

所述进水水箱与所述厌氧池连通，所述进水水箱通过进水泵向所述厌氧池供水；

所述厌氧池与所述缺氧池连通，所述厌氧池内部的水经过厌氧处理后通过所述厌氧池的底部流向所述缺氧池；

所述缺氧池与所述好氧池连通，所述缺氧池内部的水经过缺氧处理后通过所述缺氧池的顶部流向所述好氧池；

所述好氧池与所述进水缓冲区连通，所述好氧池内部的水经过好氧处理后通过所述好氧池的顶部流向所述进水缓冲区；

所述过滤区与所述产水水箱通过第一管道连通，所述过滤区内部的一部分水经所述膜组件过滤后通过所述第一管道上的产水抽吸泵的抽吸流向所述产水水箱；

所述过滤区与所述厌氧池通过第二管道连通，所述过滤区内部的另一部分水经所述沉降回收区沉降后通过所述第二管道上的外回流泵的抽吸流向所述厌氧池；

还包括反洗水箱和药洗水箱，所述反洗水箱通过所述第一管道与所述膜组件连接，用于对所述膜组件进行反洗；所述药洗水箱通过所述第一管道与所述膜组件连接，用于对所述膜组件进行药洗。

本公开还提供了一种机械擦洗膜生物反应方法，包括：

使进水缓冲区内部的擦洗颗粒随着水流的流动从所述进水缓冲区流向曝气区；

进入所述曝气区的擦洗颗粒随着水流与气泡进入膜组件，通过所述擦洗颗粒的碰撞对所述膜组件进行擦洗，用于破坏和干扰所述膜组件的膜元件上的泥饼层和凝胶层的形成，同时所述膜组件用于对水进行过滤；

擦洗完所述膜组件的擦洗颗粒落入沉降回收区，并通过所述沉降回收区底部的通道流向所述进水缓冲区。

可选的，所述使进水缓冲区内部的擦洗颗粒随着水流的流动从所述进水缓冲区流向曝气区的步骤之前，所述方法包括：

启动进水泵使机械擦洗膜生物反应系统内部的水流至预设位置，启动外回流泵，同时对机械擦洗膜生物反应系统进行抽真空；

启动产水抽吸泵，使进水水箱中的水依次通过所述厌氧池、所述缺氧池和所述好氧池进行处理，处理后的水再进入至所述进水缓冲区中；

相应地，所述进入所述曝气区的擦洗颗粒随着水流与气泡进入膜组件，通过所述擦洗颗粒的碰撞对所述膜组件进行擦洗，用于破坏和干扰所述膜组件的膜元件上的泥饼层和凝胶层的形成，同时所述膜组件用于对水进行过滤的步骤包括：

对所述过滤区中的膜组件进行负压抽吸过滤，所述产水抽吸泵的启动时间与所述产水抽吸泵的停止时间的比为5:1，且所述产水抽吸泵往复循环对所述膜组件进行负压抽吸过滤；

对膜组件进行负压抽吸过滤10～15h后，关闭所述产水抽吸泵30min，以使所述膜组件停歇以恢复所述膜组件机械强度；

相应地，所述擦洗完所述膜组件的擦洗颗粒落入沉降回收区，并通过所述沉降回收区底部的通道流向所述进水缓冲区的步骤之后，所述方法包括：

对膜组件进行负压抽吸过滤，以使过滤后的水流入所述产水水箱；

对膜组件进行负压抽吸过滤7天后，关闭进水泵、产水抽吸泵和外回流泵，同时开启药洗加药泵向所述膜组件中进行加药，加药时间为1～3min，然后关闭所述药洗加药泵，关闭2～4min后，再开启所述药洗加药泵，且所述药洗加药泵开启和关闭的次数重复5～7次；

开启反洗泵对所述膜组件进行反洗，以清除所述膜组件上的膜元件的残留药液。

可选的，所述对所述过滤区中的膜组件进行负压抽吸过滤，所述产水抽吸泵的启动时间与所述产水抽吸泵的停止时间的比为5:1，且所述产水抽吸泵往复循环对所述膜组件进行负压抽吸过滤的步骤包括：

所述机械擦洗膜生物系统内部的水位位于中水位时，所述进水泵和所述产水抽吸泵启动；

所述机械擦洗膜生物系统内部的水位位于高水位时，所述进水泵停止；

所述机械擦洗膜生物系统内部的水位位于低水位时，所述产水抽吸泵停止。

本公开实施例提供的技术方案与现有技术相比具有如下优点：

本公开提供的机械擦洗膜生物反应系统包括进水缓冲区、与进水缓冲区相连的过滤区和随着水流的流动从进水缓冲区流向过滤区的擦洗颗粒；过滤区包括曝气区、沉降回收区和用于对过滤区内部的水进行过滤的膜组件，曝气区与进水缓冲区连通，以使擦洗颗粒随着水流的流动从进水缓冲区流向曝气区；曝气区与膜组件相通，以使曝气区中的擦洗颗粒随着水流与气泡流向膜组件，且流向膜组件的擦洗颗粒通过碰撞对膜组件进行擦洗，用于破坏和干扰所述膜组件的膜元件上的泥饼层和凝胶层的形成，减缓膜组件的污染；擦洗完膜组件的擦洗颗粒落入沉降回收区，沉降回收区通过通道与进水缓冲区连通，以使沉降回收区中的擦洗颗粒通过通道流向进水缓冲区，擦洗颗粒能够循环使用，进而节省了成本。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。

为了更清楚地说明本公开实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本公开实施例所述的机械擦洗膜生物反应系统的示意图；

图2为本公开实施例所述的机械擦洗膜生物反应系统的结构示意图；

图3为本公开实施例所述的机械擦洗膜生物反应系统的过滤区的示意图；

图4为本公开实施例所述的机械擦洗膜生物反应系统的过滤区的结构示意图；

图5为本公开实施例所述的机械擦洗膜生物反应方法的流程示意图。

其中，

1、进水水箱；2、进水泵；3、进水气动阀；4、进水流量计；5、汇集部件；51-第一斜板；52-第二斜板；6、厌氧池；7、缺氧池；8、好氧池；9、进水缓冲区；10、曝气区；101-第三斜板；11、膜组件；12、沉降回收区；121-底板；122-通孔；123-通道；13、产水气动阀；14、产水压力计；15、产水抽吸泵；16、产水水箱；17、外回流泵；18、反洗泵；19、反洗进水气动阀；20、反洗水箱；21、药洗手动阀；22、药洗加药泵；23、药洗水箱；24、风机；25、气动阀；26、进气电动阀；27、曝气器；28、曝气盘；29、第一排空阀；30、第一扰流搅拌器；31、第二排空阀；32、第二扰流搅拌器；33、内回流泵；34、液位计；35、阀门；36、外回流过滤网。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本公开的上述目的、特征和优点，下面将对本公开的方案进行进一步描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本公开，但本公开还可以采用其他不同于在此描述的方式来实施；显然，说明书中的实施例只是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。

目前国内外控制膜组件的污染有优化运行参数、对膜改性、在反应器中投加絮凝剂、曝气擦洗、投加活性炭等多种处理方式。其中，投加活性炭是处理膜组件污染的较佳的方式，经济适用、对污泥性质以及膜组件影响较小，并且控制膜污染的效果好。虽然投加颗粒活性炭的方法能够减缓膜组件污染，延长膜组件过滤周期，但是活性炭价格高且密度大，运行一段时间后会沉积在池底，很难再对膜组件进行处理，需要持续的投加活性炭，成本较高，而且没有进行进行专有的流态设计，不具有颗粒循环使用能力，难以实现工程应用。因此，本公开实施例提供了一种机械擦洗膜生物反应系统及方法，能够解决上述问题。

如图1-4所示，本公开实施例提供了一种机械擦洗膜生物反应系统，包括进水缓冲区9、与进水缓冲区9相连的过滤区和随着水流的流动从进水缓冲区9流向过滤区的擦洗颗粒；过滤区包括曝气区10、沉降回收区12和用于对过滤区内部的水进行过滤的膜组件11，曝气区10与进水缓冲区9连通，以使擦洗颗粒随着水流的流动从进水缓冲区9流向曝气区10；曝气区10与膜组件11相通，以使曝气区10中的擦洗颗粒随着水流与气泡流向膜组件11，且流向膜组件11的擦洗颗粒通过碰撞对膜组件11进行擦洗，用于破坏和干扰膜组件11的膜元件上的泥饼层和凝胶层的形成，减缓膜组件11的污染；擦洗完膜组件11的擦洗颗粒落入沉降回收区12，沉降回收区12通过通道123与进水缓冲区9连通，以使沉降回收区12中的擦洗颗粒通过通道123流向进水缓冲区9，擦洗颗粒能够循环使用，进而节省了成本。

上述的擦洗颗粒可以为惰性树脂或PA66等颗粒，其密度为1.15～2g/ml，略大于水的密度，不会漂浮在水面，同时还能随着水流的流动而流动，具有优良的耐磨性、自润滑性和机械强度高的优点。

下面详细说明擦洗颗粒筛选及各项参数，记录擦洗颗粒在机械擦洗膜生物反应系统中颗粒流态情况，以判断被筛选颗粒是否满足颗粒机械擦洗与循环利用工艺要求。

表1为筛选擦洗颗粒的各项参数：

序号	擦洗颗粒类别	粒径(mm)	密度(g/cm<sup>3</sup>)
				1	惰性树脂YB	0.4-0.9	1.04-1.05(湿真密度)
2	惰性树脂S-TR	0.7-0.9	1.14-1.17(湿真密度)
				3	石英砂	0.5-1.0	2.2-2.3
4	TPU颗粒	1.5-2.0	1.2
				5	PP	0.6，1.0，1.5	0.92
6	聚酯PET	0.6，1.0，1.5	1.3
				7	ABS	0.6，1.0，1.5	1.05-1.18
8	PA66	0.6，1.0，1.5	1.15
				9	POM	0.6，1.0，1.5	1.41-1.43

表2为筛选擦洗颗粒在清洗装置中的流态过程：

由表1和表2可得出，机械擦洗膜生物反应系统中擦洗颗粒优选为惰性树脂YB、惰性树脂S-TR及PA66，擦洗颗粒在机械擦洗膜生物反应系统中流态情况满足机械擦洗及颗粒回收。

上述的膜组件11为MBR膜组件11，MBR膜组件11可以为平板结构超滤膜，平板结构超滤膜相对于常规中空纤维膜具有更高的抗污染能力，可耐受更高的污泥浓度。且平板结构超滤膜主要采用浸没式聚醚砜或聚氯乙烯平板膜，且膜通量控制为20～35L/m²h，跨膜压差不大于30kpa，其可以直接过滤高浓度悬浮物，具有过滤效果好的优点，经MBR膜组件11过滤的水可直接通过产水水箱16收集并使用。

下面比较浸没式平板膜与中空纤维膜两种膜组件11形式运行状况，并采用擦洗颗粒机械擦洗与常规气擦洗两种擦洗方式。

表3为对比结果：

由表3可得出，浸没式平板膜与中空纤维膜两种膜组件11运行出水均满足上述出水水质要求，加入擦洗颗粒运行30天以上的机械擦洗膜生物反应系统，比没有加入颗粒的系统膜通量高20％左右。平板结构超滤膜膜相对于常规中空纤维膜具有更高膜通量及抗污染能力，且可耐受更高的污泥浓度，结合擦洗颗粒机械擦洗与平板结构膜会产生更加有益的效果。

在一些实施例中，进水缓冲区9包括汇集部件5，汇集部件5将进水缓冲区9中的擦洗颗粒汇集在进水缓冲区9与曝气区10相通的位置处，便于擦洗颗粒的收集并形成流态向上的循环，能够随着水流流向曝气区10，然后通过曝气区10流向膜组件11，便于擦洗颗粒对膜组件11进行擦洗。

其中，汇集部件5包括第一斜板51和第二斜板52，进水缓冲区9与曝气区10相通的位置为第一位置，第一斜板51和第二斜板52分布在第一位置两侧；第一斜板51靠近第一位置的一端的高度低于第一斜板51远离第一位置的一端的高度，第二斜板52靠近第一位置的一端的高度低于第二斜板52远离第一位置的一端的高度。使用时，第一斜板51和第二斜板52上的擦洗颗粒能够向下流动并向第一位置汇集，汇集后的擦洗颗粒便于流向曝气区10流动。

另外，曝气区10内部设置第三斜板101，第三斜板101位于曝气区10的底部，第三斜板101靠近第一位置的一端的高度低于第三斜板101远离第一位置的一端的高度，且第三斜板101远离第一位置的一端与曝气区10的侧壁连接，防止擦洗颗粒在曝气区10滞留，能够使擦洗颗粒随水流流向膜组件11，利于流态上的循环，便于擦洗颗粒对膜组件11进行擦洗。

同时曝气区10内部设置有曝气盘28，用于对曝气区10进行曝气，能够进一步地利于擦洗颗粒随着水流和气泡进入膜组件11对膜组件11进行擦洗。曝气盘28还通过曝气管道依次与气动阀25以及风机24连接，通过风机24为曝气盘28提供气体，通过气动阀25控制气体进入曝气盘28的流量。

在一些实施例中，沉降回收区12包括底板121，底板121设置多个通孔122，通道123的第一端与通孔122相通，以使沉降回收区12中的擦洗颗粒通过通孔122流向通道123中，通道123的第二端与进水缓冲区9的侧壁相通，且通道123的第二端的高度高于汇集部件5的高度，以使通道123中的擦洗颗粒流向进水缓冲区9。通孔122与通道123的设置能够便于沉降回收区12的擦洗颗粒进行回收，并循环使用，通孔122与通道123的设置，不仅结构简单，而且回收效果好。

具体的，通道123可以设置多根，通道123的数量与通孔122的数量一一对应设置，即通道123的一端与通孔122连通，另一端与进水缓冲区9的侧壁连通，能够使沉降回收区12中的擦洗颗粒流向进水缓冲区9，便于擦洗颗粒的回收，并循环使用。

或者，通道123也可以与底板121对应设置，一块底板121对应一根通道123，该通道123的一端设置开口，开口的面积与底板121的面积相同，且开口与底板121连接，使擦洗颗粒通过通孔122落入开口，然后通过通道123流入进水缓冲区9。该通道123可以为开口大、管径小的管道，形状可以类似于漏斗状，且该管道的第二端可以靠近进水缓冲区9与曝气区10相通的位置设置，可以先将颗粒汇集后再流入进水缓冲区9，便于擦洗颗粒便于流向曝气区10流动。

上述的膜组件11位于沉降回收区12中，膜组件11底部包括滤板，滤板位于底板121形成的容纳孔中，擦洗颗粒穿过滤板对膜组件11上的多个膜元件进行清洗，且膜元件呈平板结构。使用时，擦洗颗粒穿过滤板进入到膜组件11中，然后通过擦洗颗粒的碰撞对多个呈平板结构的膜元件进行清洗，清洗完膜组件11的擦洗颗粒会落入沉降回收区12中，然后再通过通道123流向进水缓冲区9。

上述的膜组件11能够将沉降回收区12分隔呈两个沉降区，每个沉降区对应一个底板121，膜组件11底部的滤板位于两个底板121之间，擦洗颗粒穿过滤板对膜组件11上的多个膜元件进行清洗，使擦洗颗粒穿过滤板进入到膜组件11中，然后通过擦洗颗粒的碰撞对多个呈平板结构的膜元件进行清洗，清洗完膜组件11的擦洗颗粒会落入沉降区中，然后再通过通道123流向进水缓冲区9。

在一些实施例中，膜组件11上设置有液位计34，用于检测机械擦洗膜生物反应系统内部的水位，当水位过高或过低后，液位计34将检测到的信号传递控制器，控制器控制进水泵2供水。

本公开提供的机械擦洗膜生物反应系统能够有效延缓膜组件11的污染，保持膜组件11高而稳定的出水通量，出水通量可提高22％-63％。通过对投加擦洗颗粒的筛选以及对装置结构、水流流态的设计，实现机械擦洗颗粒的充分循环利用，提高机械擦洗颗粒的循环利用率，保证机械擦洗膜生物反应装置的持续进行。而且还延长了膜组件11清洗时间，延长了膜组件11的使用寿命，降低了能耗成本，使得能耗控制在0.15kWh/吨水以下，同时降低擦洗颗粒损耗的成本。

机械擦洗膜生物反应系统，还包括依次连接的进水水箱1、厌氧池6、缺氧池7、好氧池8和产水水箱16。进水水箱1与厌氧池6连通，进水水箱1通过进水泵2向厌氧池6供水，且进水泵2通过进水管向厌氧池6供水，进水管上设置有控制进水的进水气动阀3和检测进水量的进水流量计4。厌氧池6与缺氧池7连通，厌氧池6内部的水经过厌氧处理后通过厌氧池6的底部流向缺氧池7。缺氧池7与好氧池8连通，缺氧池7内部的水经过缺氧处理后通过缺氧池7的顶部流向好氧池8。好氧池8与进水缓冲区9连通，好氧池8内部的水经过好氧处理后通过好氧池8的顶部流向进水缓冲区9。过滤区与产水水箱16通过第一管道连通，且过滤区内部的一部分水经膜组件11过滤后通过第一管道上的产水抽吸泵15的抽吸流向产水水箱16，通过产水水箱16收集过滤完成的水。过滤区与厌氧池6通过第二管道连通，且过滤区内部的另一部分水经沉降回收区12沉降后通过第二管道上的外回流泵17的抽吸流向厌氧池6，然后再通过厌氧池6、缺氧池7和好氧池8进行处理，可循环处理并过滤，提高过滤效果。

其中，第一管道可以为产水软管，且产水软管上设置有用于控制产水的产水气动阀13和检测产水量的产水压力计14。

另外，好氧池8和缺氧池7之间连接有第三管道，且第三管道上设置有内回流泵33，内回流泵33能够将好氧池8中的一部分水抽吸至缺氧池7中进行缺氧处理，然后缺氧池7中的水再从缺氧池7的顶部流向好氧池8。

上述的厌氧池6中设置有第一扰流搅拌器30，用于在厌氧池6内部进行搅拌，防止污泥死区的发生，提高厌氧处理的效果。

上述的缺氧池7中设置第二扰流搅拌器32，用于在缺氧池7内部进行搅拌，防止污泥死区的发生，提高缺氧处理的效果。

上述的好氧池8可以设置多个，多个好氧池8通过折流方式依次串联(折流是指相连的三个好氧池8，第一个好氧池8通过第一个好氧池8的底部流向第二个好氧池8，第二个好氧池8通过第二个好氧池8的顶部流向第三个好氧池8，使水呈折线流动，从而成为折流)，提高好氧处理的效果。同时好氧池8底部设置曝气器27，曝气器27通过曝气管道依次与好氧池8的进气电动阀26以及风机24连接，通过风机24为曝气器27提供气体，通过进气电动阀26控制气体进入曝气器27的流量。

上述的好氧池8和进水缓冲区9之间设置有阀门35，通过阀门35的启闭能够控制好氧池8中的水流向进水缓冲区9。

上述的第二管道的进水端设置有外回流过滤网36，能够阻挡机械颗粒进入第二管道。

上述的机械擦洗膜生物反应系统的底部设置有第一排空阀29，用于将机械擦洗膜生物反应系统内部的水排空。

上述的过滤区的侧部设置有第二排空阀31，用于将过滤区内部的水排空。

上述的机械擦洗膜生物反应系统还包括反洗水箱20和药洗水箱23，反洗水箱20通过第一管道与膜组件11连接，用于对膜组件11进行反洗；药洗水箱23通过第一管道与膜组件11连接，用于对膜组件11进行药洗。药洗水箱23通过药洗加药泵22和药洗手动阀21与第一管道连接，且药洗加药泵22的出药端与药洗手动阀21连接，自行添加药剂对膜组件11进行清洗，能够利于膜组件11的维护。反洗水箱20通过反洗泵18和反洗进水气动阀19与第一管道连接，且反洗泵18的出水端与反洗进水气动阀19连接，通过反洗能够清除膜组件11上的膜元件的残留药液。

下面采用机械擦洗膜生物反应系统处理某市政污水处理厂污水。

表4为试验结果：

项目	COD(mg/L)	SS(mg/L)	NH3-N(mg/L)	TN(mg/L)	TP(mg/L)
						进水水质	243～455	104～526	30.7～41.3	28.2～45.3	4.23～8.07
出水水质	25.2～35.3	＜1	＜1	12～15	0.1～0.5

由表4可得出，机械擦洗膜生物反应系统处理某市政污水处理厂污水，出水水质满足GB18918-2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级A标准。

本公开提供的机械擦洗膜生物反应系统通过擦洗颗粒的碰撞能够有效延缓膜组件11的污染，不仅延长了膜组件11的使用寿命，而且降低了能耗成本，保持了膜组件11高而稳定的出水通量，利于产水水箱16收集过滤后的水。

具体原理以及其他技术特征与上述实施例相同，并能达到相同或者类似的技术效果，在此不再一一赘述，具体可参照上述实施例的描述。

如图1-图5所示，本公开实施例还提供了一种机械擦洗膜生物反应方法，该方法可以由上述实施例的机械擦洗膜生物反应系统的部分或者全部执行，能够有效减缓膜组件11的污染，并且机械擦洗膜生物反应系统内部的擦洗颗粒还能够循环使用，节省了成本。

结合图1至图5所示，下面通过具体的实施例对机械擦洗膜生物反应方法进行说明，该方法具体包括：

S101、使进水缓冲区9内部的擦洗颗粒随着水流的流动从进水缓冲区9流向曝气区10；

S102、进入曝气区10的擦洗颗粒随着水流与气泡进入膜组件11，通过擦洗颗粒的碰撞对膜组件11进行擦洗，用于破坏和干扰膜组件11的膜元件上的泥饼层和凝胶层的形成，同时膜组件11用于对水进行过滤；

S103、擦洗完膜组件11的擦洗颗粒落入沉降回收区12，并通过沉降回收区12底部的通道123流向进水缓冲区9。

在步骤S101之前，启动进水泵2使机械擦洗膜生物反应系统内部的水流至预设位置，启动外回流泵17和风机24，使曝气器27和曝气盘28持续曝气，同时对机械擦洗膜生物反应系统进行抽真空0.5～1.0min。然后启动产水抽吸泵15，使进水水箱1中的水依次通过厌氧池6、缺氧池7和好氧池8进行处理，处理后的水再进入至进水缓冲区9中。

其中，将待处理污水输送至厌氧池6时，通过释磷菌释放沉降池外回流污泥中吸收的磷，同时氨化有机物。然后厌氧池6内的水通过折流进入缺氧池7内，通过生物反硝化作用将内回流污泥(从好氧池8流向缺氧池7的污泥)中的硝酸、亚硝酸盐转化为氮气排出实现脱氮作用。然后缺氧池7内的水通过折流进入好氧池8内，同时风机24向曝气器27通入气体，通过曝气器27曝气保证好氧池8内具有合适的溶解氧，通过多个好氧池8的折流实现水的充分生化作用，使好氧池8内硝化菌通过硝化作用将氨氮转化为硝酸盐和亚硝酸盐，同时实现生化需氧量(BOD)的去除以及吸磷菌的磷吸收。

另外，在污水处理过程中，好氧池8DO＝2～3mg/L，缺氧池7DO≤0.5mg/L，厌氧池6DO≤0.2mg/L。好氧池8停留时间为6～10h，缺氧池7停留时间为2～6h，厌氧池6停留时间为2～4h。厌氧池6内的污泥浓度(MLSS)为4000～12000mg/L，混合液内回流比为150％～200％。为了保证擦洗颗粒的流动与碰撞，机械擦洗膜生物反应系统外回流比为4:1～6:1范围内，外回流是指通过外回流泵17从过滤区向厌氧池6抽吸污水。

在步骤S102中，对过滤区中的膜组件11进行负压抽吸过滤，产水抽吸泵15的启动时间与产水抽吸泵15的停止时间的比为5:1，即抽吸过滤产水时间为5min，关闭产水抽吸泵15停歇时间1min，且产水抽吸泵15往复循环对膜组件11进行负压抽吸过滤。然后对膜组件11进行负压抽吸过滤10～15h后，关闭产水抽吸泵15三十分钟，以使膜组件11中的至少部分膜元件恢复机械强度，在抽吸的过程能够延长膜组件11的使用寿命。

在步骤S102中，当机械擦洗膜生物系统内部的水位位于中水位时，进水泵2和产水抽吸泵15启动，能够同时供水和产水。当机械擦洗膜生物系统内部的水位位于高水位时，进水泵2停止，产水抽吸泵15启动，能够进行产水。当机械擦洗膜生物系统内部的水位位于低水位时，进水泵2启动，产水抽吸泵15停止，可先暂时停止产水。整个过程主要为了保证机械擦洗膜生物系统内部的水位的高度。

在步骤S103之后，对膜组件11进行负压抽吸过滤，以使过滤后的水流入产水水箱16。对膜组件11进行负压抽吸过滤7天后，关闭进水泵2、产水抽吸泵15和外回流泵17，同时开启药洗加药泵22向膜组件11中进行加药，加药时间为1～3min，然后关闭药洗加药泵22，关闭2～4min后，重新启动药洗加药泵22，且药洗加药泵22开启和关闭的次数重复5～7次。开启反洗泵18对膜组件11进行反洗，以清除膜组件11上的膜元件的残留药液。

当反冲洗结束后，可重新启动进水泵2和风机24，然后重复上述过程进行新一轮的污水过滤。

其中，反洗水量为产水水量的30％～60％,反洗通量低于16lL/m²h。药洗主要采用化学清洗，且化学清洗采用柠檬酸(或盐酸)酸洗，由或者采用NaClO碱洗，清洗时浸泡时间约为30min。MBR池内DO＝2～4mg/L，pH为6～9，水温为15～35℃，污泥粘度在250mPa·s以下。厌氧池6内的MLSS在4000～12000mg/L范围内，可通过控制排泥量控制池内污泥浓度。

本公开提供的机械擦洗膜生物反应系统通过擦洗颗粒的碰撞能够有效延缓膜组件11的污染，不仅延长了膜组件11的使用寿命，而且降低了能耗成本，保持了膜组件11高而稳定的出水通量，利于产水水箱16收集过滤后的水。

具体原理以及其他技术特征与上述实施例相同，并能达到相同或者类似的技术效果，在此不再一一赘述，具体可参照上述实施例的描述。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本公开的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本公开。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本公开的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本公开将不会被限制于本文所述的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (7)

1.一种机械擦洗膜生物反应系统，其特征在于，包括：进水缓冲区(9)、与所述进水缓冲区(9)相连的过滤区和随着水流的流动从所述进水缓冲区(9)流向所述过滤区的擦洗颗粒；

所述过滤区包括曝气区(10)、沉降回收区(12)和用于对所述过滤区内部的水进行过滤的膜组件(11)，所述曝气区(10)与所述进水缓冲区(9)连通，以使所述擦洗颗粒随着水流的流动从所述进水缓冲区(9)流向所述曝气区(10)；所述曝气区(10)与所述膜组件(11)相通，以使所述曝气区(10)中的擦洗颗粒流向所述膜组件(11)，且流向所述膜组件(11)的擦洗颗粒通过碰撞对所述膜组件(11)进行擦洗；擦洗完所述膜组件(11)的擦洗颗粒落入所述沉降回收区(12)，所述沉降回收区(12)通过通道(123)与所述进水缓冲区(9)连通，以使所述沉降回收区(12)中的擦洗颗粒通过所述通道(123)流向所述进水缓冲区(9)；

所述沉降回收区(12)包括底板(121)，所述底板(121)设置多个通孔(122)；

所述通道(123)的第一端与所述通孔(122)相通，以使所述沉降回收区(12)中的擦洗颗粒通过所述通孔(122)流向所述通道(123)中；

所述通道(123)的第二端与所述进水缓冲区(9)的侧壁相通，且所述通道(123)的第二端的高度高于汇集部件(5)的高度，以使所述通道(123)中的擦洗颗粒流向所述进水缓冲区(9)；

所述膜组件(11)位于所述沉降回收区(12)中，所述膜组件(11)底部包括滤板，所述滤板位于所述底板(121)形成的容纳孔中，所述擦洗颗粒穿过所述滤板对所述膜组件(11)上的多个膜元件进行清洗；

所述进水缓冲区(9)包括汇集部件(5)，所述汇集部件(5)将所述进水缓冲区(9)中的擦洗颗粒汇集在所述进水缓冲区(9)与所述曝气区(10)相通的位置处，便于所述擦洗颗粒随着水流流向所述曝气区(10)。

2.根据权利要求1所述的机械擦洗膜生物反应系统，其特征在于，所述汇集部件(5)包括第一斜板(51)和第二斜板(52)，所述进水缓冲区(9)与所述曝气区(10)相通的位置为第一位置，所述第一斜板(51)和所述第二斜板(52)分布在所述第一位置两侧；

所述第一斜板(51)靠近所述第一位置的一端的高度低于所述第一斜板(51)远离所述第一位置的一端的高度，所述第二斜板(52)靠近所述第一位置的一端的高度低于所述第二斜板(52)远离所述第一位置的一端的高度。

3.根据权利要求2所述的机械擦洗膜生物反应系统，其特征在于，所述曝气区(10)内部设置第三斜板(101)，所述第三斜板(101)位于所述曝气区(10)的底部；

所述第三斜板(101)靠近所述第一位置的一端的高度低于所述第三斜板(101)远离所述第一位置的一端的高度，且所述第三斜板(101)远离所述第一位置的一端与所述曝气区(10)的侧壁连接；

所述曝气区(10)内部设置有曝气盘(28)，用于对所述曝气区(10)进行曝气。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的机械擦洗膜生物反应系统，其特征在于，所述机械擦洗膜生物反应系统还包括依次连接的进水水箱(1)、厌氧池(6)、缺氧池(7)、好氧池(8)和产水水箱(16)；

所述进水水箱(1)与所述厌氧池(6)连通，所述进水水箱(1)通过进水泵(2)向所述厌氧池(6)供水；

所述厌氧池(6)与所述缺氧池(7)连通，所述厌氧池(6)内部的水经过厌氧处理后通过所述厌氧池(6)的底部流向所述缺氧池(7)；

所述缺氧池(7)与所述好氧池(8)连通，所述缺氧池(7)内部的水经过缺氧处理后通过所述缺氧池(7)的顶部流向所述好氧池(8)；

所述好氧池(8)与所述进水缓冲区(9)连通，所述好氧池(8)内部的水经过好氧处理后通过所述好氧池(8)的顶部流向所述进水缓冲区(9)；

所述过滤区与所述产水水箱(16)通过第一管道连通，所述过滤区内部的一部分水经所述膜组件(11)过滤后通过所述第一管道上的产水抽吸泵(15)的抽吸流向所述产水水箱(16)；

所述过滤区与所述厌氧池(6)通过第二管道连通，所述过滤区内部的另一部分水经所述沉降回收区(12)沉降后通过所述第二管道上的外回流泵(17)的抽吸流向所述厌氧池(6)；

还包括反洗水箱(20)和药洗水箱(23)，所述反洗水箱(20)通过所述第一管道与所述膜组件(11)连接，用于对所述膜组件(11)进行反洗；所述药洗水箱(23)通过所述第一管道与所述膜组件(11)连接，用于对所述膜组件(11)进行药洗。

5.基于权利要求4所述的机械擦洗膜生物反应系统的反应方法，其特征在于，包括：

使进水缓冲区内部的擦洗颗粒随着水流的流动从所述进水缓冲区流向曝气区；

进入所述曝气区的擦洗颗粒随着水流与气泡进入膜组件，通过所述擦洗颗粒的碰撞对所述膜组件进行擦洗，用于破坏和干扰所述膜组件的膜元件上的泥饼层和凝胶层的形成，同时所述膜组件用于对水进行过滤；

擦洗完所述膜组件的擦洗颗粒落入沉降回收区，并通过所述沉降回收区底部的通道流向所述进水缓冲区。

6.根据权利要求5所述的机械擦洗膜生物反应系统的反应方法，其特征在于，所述使进水缓冲区内部的擦洗颗粒随着水流的流动从所述进水缓冲区流向曝气区的步骤之前，所述方法包括：

启动进水泵使机械擦洗膜生物反应系统内部的水流至预设位置，启动外回流泵，同时对机械擦洗膜生物反应系统进行抽真空；

启动产水抽吸泵，使进水水箱中的水依次通过所述厌氧池、所述缺氧池和所述好氧池进行处理，处理后的水再进入至所述进水缓冲区中；

相应地，所述进入所述曝气区的擦洗颗粒随着水流与气泡进入膜组件，通过所述擦洗颗粒的碰撞对所述膜组件进行擦洗，用于破坏和干扰所述膜组件的膜元件上的泥饼层和凝胶层的形成，同时所述膜组件用于对水进行过滤的步骤包括：

对所述过滤区中的膜组件进行负压抽吸过滤，所述产水抽吸泵的启动时间与所述产水抽吸泵的停止时间的比为5:1，且所述产水抽吸泵往复循环对所述膜组件进行负压抽吸过滤；

对膜组件进行负压抽吸过滤10～15h后，关闭所述产水抽吸泵30min，以使所述膜组件停歇以恢复所述膜组件机械强度；

相应地，所述擦洗完所述膜组件的擦洗颗粒落入沉降回收区，并通过所述沉降回收区底部的通道流向所述进水缓冲区的步骤之后，所述方法包括：

对膜组件进行负压抽吸过滤，以使过滤后的水流入所述产水水箱；

对膜组件进行负压抽吸过滤7天后，关闭进水泵、产水抽吸泵和外回流泵，同时开启药洗加药泵向所述膜组件中进行加药，加药时间为1～3min，然后关闭所述药洗加药泵，关闭2～4min后，再开启所述药洗加药泵，且所述药洗加药泵开启和关闭的次数重复5～7次；

开启反洗泵对所述膜组件进行反洗，以清除所述膜组件上的膜元件的残留药液。

7.根据权利要求6所述的机械擦洗膜生物反应系统的反应方法，其特征在于，所述对所述过滤区中的膜组件进行负压抽吸过滤，所述产水抽吸泵的启动时间与所述产水抽吸泵的停止时间的比为5:1，且所述产水抽吸泵往复循环对所述膜组件进行负压抽吸过滤的步骤包括：

所述机械擦洗膜生物系统内部的水位位于中水位时，所述进水泵和所述产水抽吸泵启动；

所述机械擦洗膜生物系统内部的水位位于高水位时，所述进水泵停止；

所述机械擦洗膜生物系统内部的水位位于低水位时，所述产水抽吸泵停止。

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