CN113277614A - 一种用于膜生物反应器的大气泡间歇发生器及曝气方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种用于膜生物反应器的大气泡间歇发生器及曝气方法,大气泡间歇发生器包括设于膜组件底部的大气泡间歇发生器,所述大气泡间歇发生器包括气体发生器空腔,所述气体发生器空腔内设有多个气体累积腔,所述气体累积腔内竖向设有大气泡间歇释放通道,所述气体发生器空腔侧部与进气支管连通;另外本发明还公开上述大气泡间歇发生器的曝气方法;本发明实现间歇曝气过程,降低了曝气能耗,提高了曝气效率,有效改善了MBR系统膜表面擦洗效果。
Description
技术领域
本发明涉及曝气装置技术领域,具体地指一种用于膜生物反应器的大气泡间歇发生器及曝气方法。
背景技术
膜生物反应器(Membrane bioreactor, MBR)中膜的高效截留作用,有效实现了污水停留时间和微生物停留时间的分离,具有微生物和污泥的浓度高,占地面积小,污泥产量小,处理效率高等优势,被公认为污水再生利用与资源化的首选技术之一,我国已成为全球MBR 工艺应用第一大国。尽管膜生物反应器得到越来越广的应用,MBR 技术推广应用面临两大难题—运行能耗高及膜污染,这主要与反应器的混合状态及曝气方式有关。MBR膜运行时需要比较大的曝气量来冲刷膜表面,防止膜表面的污泥过多沉积影响MBR膜系统的稳定运行。
传统 MBR 反应器内曝气装置多为穿孔管曝气,并且曝气方式大多为连续曝气,这种曝气方式在实际规模应用过程中,由于气泡直径、气量及产生的流态无明显变化等原因,主要存在死区现象、曝气能耗高、膜擦洗效果差、容易产生膜污染等问题。为了保证膜丝表面有较好的气体冲刷效果,且减少死区、提高MBR系统有效容积等,通常采用连续的大气量曝气来维持,这种方式导致膜系统运行能耗非常高,不利于污水处理过程的低碳运行。
随着MBR技术的发展,越来越多的MBR系统采用间歇或曝气方式,以提高膜曝气效率并降低运行能耗,减少碳排放。当前,MBR系统内的间歇或脉冲曝气方式,大多通过开启、关闭主气管的阀门来实现,通常需要短时间内的多次开关阀门。这种运行对于阀门的制作水平要求较高,增加了前期投资成本。同时,阀门的频繁切换也容易导致其磨损,在运行过程中减少了设备使用寿命,额外增加了运行过程中的运行和维护成本,导致阀门控制的间歇或脉冲曝气方式无法大规模应用。
发明内容
本发明的目的在于克服上述不足,提供一种用于膜生物反应器的大气泡间歇发生器及曝气方法,实现间歇曝气过程,以降低曝气能耗,提高曝气效率,改善MBR系统膜表面擦洗效果。
本发明为解决上述技术问题,所采用的技术方案是:一种用于膜生物反应器的大气泡间歇发生器,包括设于膜组件底部的大气泡间歇发生器,所述大气泡间歇发生器包括气体发生器空腔,所述气体发生器空腔内设有多个气体累积腔,所述气体累积腔内竖向设有大气泡间歇释放通道,所述气体发生器空腔侧部与进气支管连通。
优选地,所述膜组件竖向设置于膜组架内,所述大气泡间歇发生器固定于膜组架底部。
优选地,气体发生器空腔为长方体空腔结构,其顶部与盖板密封连接。
优选地,所述气体累积腔为圆环形凹槽结构,大气泡间歇释放通道为圆环型管道结构,大气泡间歇释放通道外径小于气体累积腔外径。
优选地,所述进气支管与MBR曝气系统总管连接。
优选地,所述大气泡间歇释放通道内径为30-40mm,所述进气支管内径为20-30mm。
优选地,所述气体发生器空腔内还竖向设有多个不完全缓冲隔板,不完全缓冲隔板与气体发生器空腔侧部存在空隙。
另外,本发明还公开上述用于膜生物反应器的大气泡间歇发生器的曝气方法,它包括如下步骤:
步骤1):大气泡间歇发生器位于膜组件所在水环境区域的底部, 水通过大气泡间歇释放通道进入到气体累积腔内,水压和气体发生器空腔内气压形成平衡状态,使得大气泡间歇释放通道内形成稳定高度的水柱;
步骤2): MBR曝气系统总管连续供应气体进入到进气支管内,然后送入到气体发生器空腔内,气体发生器空腔内气压增大,打破平衡状态,从而将气体累积腔内的部分水压入到大气泡间歇释放通道内;
步骤3):当气体累积腔内的水位低于大气泡间歇释放通道最低位置时,气体进入到大气泡间歇释放通道内,并压动大气泡间歇释放通道内水柱上移;
步骤4):气体随着大气泡间歇释放通道内的水柱一起上移,直至从大气泡间歇释放通道顶部排出,从而形成气泡,气泡沿着膜组件表面上移并对其进行空气擦洗过程;
步骤5):当大气泡间歇释放通道内的气泡离开大气泡间歇释放通道顶部时,这时气体发生器空腔内输入的气体总量瞬间降低一部分,造成气压瞬间降低,大气泡间歇释放通道顶部外的水重新进入到大气泡间歇释放通道内,然后重新进入到气体累积腔内,使得水压和气体发生器空腔内气压形成新的平衡状态,大气泡间歇释放通道内再次形成稳定高度的水柱;
步骤6):重复步骤2)至步骤5),大气泡间歇释放通道间歇性地提供气泡上移,实现对膜组件间歇式空气擦洗过程。
本发明的有益效果:本发明实现MBR膜系统可以不用切换阀门就可以实现间歇曝气过程,曝气方式由传统的穿孔管曝气、微孔曝气优化为大气泡间歇曝气过程,大大提高了曝气效率,节能了曝气能耗,而气体以大气泡的形式实现对膜组件间歇式的冲刷,也增大了膜面剪切效果,有效提高了MBR系统膜表面擦洗效果,延缓了膜污染,降低了运行过程中由电力和药剂消耗产生的间接碳排放;另外,由于在保证曝气效果的同时,省去了传统间歇曝气过程中的曝气阀门启停切换,避免了管路憋压的发生,从而保证了工艺和设备的稳定运行,节省了前期投资费用,同时减少了后期运行和维护成本。
附图说明
图1 为一种用于膜生物反应器的大气泡间歇发生器与膜组件的连接结构示意图;
图2为一种用于膜生物反应器的大气泡间歇发生器的立体结构示意图;
图3为图2去掉盖板后的内部结构示意图;
图4为图3的俯视结构示意图;
图5为大气泡间歇发生器与传统穿孔管曝气对膜表面产生的剪切效果对比图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述。
如图1至5所示,一种用于膜生物反应器的大气泡间歇发生器,包括设于膜组件1底部的大气泡间歇发生器2,所述大气泡间歇发生器2包括气体发生器空腔2.1,所述气体发生器空腔2.1内设有多个气体累积腔2.2,所述气体累积腔2.2内竖向设有大气泡间歇释放通道2.3,所述气体发生器空腔2.1侧部与进气支管2.4连通。
优选地,所述膜组件1竖向设置于膜组架3内,所述大气泡间歇发生器2固定于膜组架3底部。在本实施例中,所述膜组件1为PTFE材质中空纤维膜,膜组架3为SUS316L材质。
优选地,气体发生器空腔2.1为长方体空腔结构,其顶部与盖板2.5密封连接。本实施例中,气体发生器空腔2.1与盖板可以无缝连接,其连接位置处可以增设防水橡胶层,以保证整个气体发生器空腔2.1内的密封性。
优选地,所述气体累积腔2.2为圆环形凹槽结构,大气泡间歇释放通道2.3为圆环型管道结构,大气泡间歇释放通道2.3外径小于气体累积腔2.2外径。本实施例中,大气泡间歇释放通道2.3固定于盖板2.5上,其下端伸入到气体累积腔2.2内但不接触气体累积腔2.2底部,这样当气体累积腔2.2内有水进入并到达一定液位时,可以淹没大气泡间歇释放通道2.3底部,气体发生器空腔2.1内的气体如果要进入到大气泡间歇释放通道2.3内,则必须要将气体累积腔2.2内的部分水压入到大气泡间歇释放通道2.3内,这个过程可以进一步延迟气体进入气泡间歇释放通道2.3内的时间,起到间歇控制的作用;同时当大气泡间歇释放通道2.3内的气泡离开大气泡间歇释放通道2.3顶部时,这时气体发生器空腔2.1内输入的气体总量瞬间降低一部分,造成气压瞬间降低,大气泡间歇释放通道2.3顶部外的水重新进入到大气泡间歇释放通道2.3内,然后重新进入到气体累积腔2.2内,使得水压和气体发生器空腔2.1内气压形成新的平衡状态,这时气体累积腔2.2作为一个储存水量的缓冲端,可以避免水进入到气体发生器空腔2.1内。
优选地,所述进气支管2.4与MBR曝气系统总管连接。MBR曝气系统总管作为气源,连续以恒定流量向进气支管2.4供应空气。
优选地,所述大气泡间歇释放通道2.3内径为30-40mm,所述进气支管2.4内径为20-30mm。传统曝气装置的穿孔管内径本身内径较小,一般跟进气支管2.4内径一样,为20-30mm,而在穿孔管表面所开设的出气孔直径就更小,为5-10mm,因此通过出气孔出来的气泡很小,本实施例中的大气泡间歇释放通道2.3内径较大,直接通过大气泡间歇释放通道2.3顶部出气泡,其形成的气泡直径远比传统穿孔管出来的气泡直径要大,为30-40mm,是传统小气泡大小的5倍左右。如图5所示,为相同曝气量条件下,大气泡间歇发生器与传统穿孔管曝气对膜表面产生的剪切效果对比情况,可以看出,大气泡间歇发生器形成的大气泡对整个膜组件的平均剪切应力比传统曝气管产生小气泡对整个膜组件的平均剪切应力高。而且通过对比可以看出,大气泡间歇发生器产生大气泡的剪切应力更加均匀,且对相同位置膜片膜剪切力较大,图5中m1-m15为膜组件1中的不同膜片或膜面的编号。
优选地,所述气体发生器空腔2.1内还竖向设有多个不完全缓冲隔板2.6,不完全缓冲隔板2.6与气体发生器空腔2.1侧部存在空隙。不完全缓冲隔板2.6可以对通过进气支管2.4进入的气体起到阻挡和缓冲的作用,防止气流在气体发生器空腔2.1内形成冲击或气压骤增的现象。
另外,本实施例还公开上述用于膜生物反应器的大气泡间歇发生器的曝气方法,它包括如下步骤:
步骤1):大气泡间歇发生器2位于膜组件1所在水环境区域的底部, 水通过大气泡间歇释放通道2.3进入到气体累积腔2.2内,水压和气体发生器空腔2.1内气压形成平衡状态,使得大气泡间歇释放通道2.3内形成稳定高度的水柱;
步骤2): MBR曝气系统总管连续供应气体进入到进气支管2.4内,然后送入到气体发生器空腔2.1内,气体发生器空腔2.1内气压增大,打破平衡状态,从而将气体累积腔2.2内的部分水压入到大气泡间歇释放通道2.3内;
步骤3):当气体累积腔2.2内的水位低于大气泡间歇释放通道2.3最低位置时,气体进入到大气泡间歇释放通道2.3内,并压动大气泡间歇释放通道2.3内水柱上移;
步骤4):气体随着大气泡间歇释放通道2.3内的水柱一起上移,直至从大气泡间歇释放通道2.3顶部排出,从而形成气泡,气泡沿着膜组件1表面上移并对其进行空气擦洗过程;
步骤5):当大气泡间歇释放通道2.3内的气泡离开大气泡间歇释放通道2.3顶部时,这时气体发生器空腔2.1内输入的气体总量瞬间降低一部分,造成气压瞬间降低,大气泡间歇释放通道2.3顶部外的水重新进入到大气泡间歇释放通道2.3内,然后重新进入到气体累积腔2.2内,使得水压和气体发生器空腔2.1内气压形成新的平衡状态,大气泡间歇释放通道2.3内再次形成稳定高度的水柱;
步骤6):重复步骤2)至步骤5),大气泡间歇释放通道2.3间歇性地提供气泡上移,实现对膜组件1间歇式空气擦洗过程。
上述的实施例仅为本发明的优选技术方案,而不应视为对于本发明的限制,本申请中的实施例及实施例中的特征在不冲突的情况下,可以相互任意组合。本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案,包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进,也在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种用于膜生物反应器的大气泡间歇发生器,包括设于膜组件(1)底部的大气泡间歇发生器(2),其特征在于:所述大气泡间歇发生器(2)包括气体发生器空腔(2.1),所述气体发生器空腔(2.1)内设有多个气体累积腔(2.2),所述气体累积腔(2.2)内竖向设有大气泡间歇释放通道(2.3),所述气体发生器空腔(2.1)侧部与进气支管(2.4)连通。
2.根据权利要求1所述的一种用于膜生物反应器的大气泡间歇发生器,其特征在于:所述膜组件(1)竖向设置于膜组架(3)内,所述大气泡间歇发生器(2)固定于膜组架(3)底部。
3.根据权利要求1所述的一种用于膜生物反应器的大气泡间歇发生器,其特征在于:气体发生器空腔(2.1)为长方体空腔结构,其顶部与盖板(2.5)密封连接。
4.根据权利要求1所述的一种用于膜生物反应器的大气泡间歇发生器,其特征在于:所述气体累积腔(2.2)为圆环形凹槽结构,大气泡间歇释放通道(2.3)为圆环型管道结构,大气泡间歇释放通道(2.3)外径小于气体累积腔(2.2)外径。
5.根据权利要求1所述的一种用于膜生物反应器的大气泡间歇发生器,其特征在于:所述进气支管(2.4)与MBR曝气系统总管连接。
6.根据权利要求4所述的一种用于膜生物反应器的大气泡间歇发生器,其特征在于:所述大气泡间歇释放通道(2.3)内径为30-40mm,所述进气支管(2.4)内径为20-30mm。
7.根据权利要求1所述的一种用于膜生物反应器的大气泡间歇发生器,其特征在于:所述气体发生器空腔(2.1)内还竖向设有多个不完全缓冲隔板(2.6),不完全缓冲隔板(2.6)与气体发生器空腔(2.1)侧部存在空隙。
8.一种权利要求1至7任一项所述用于膜生物反应器的大气泡间歇发生器的曝气方法,其特征在于:它包括如下步骤:
步骤1):大气泡间歇发生器(2)位于膜组件(1)所在水环境区域的底部, 水通过大气泡间歇释放通道(2.3)进入到气体累积腔(2.2)内,水压和气体发生器空腔(2.1)内气压形成平衡状态,使得大气泡间歇释放通道(2.3)内形成稳定高度的水柱;
步骤2): MBR曝气系统总管连续供应气体进入到进气支管(2.4)内,然后送入到气体发生器空腔(2.1)内,气体发生器空腔(2.1)内气压增大,打破平衡状态,从而将气体累积腔(2.2)内的部分水压入到大气泡间歇释放通道(2.3)内;
步骤3):当气体累积腔(2.2)内的水位低于大气泡间歇释放通道(2.3)最低位置时,气体进入到大气泡间歇释放通道(2.3)内,并压动大气泡间歇释放通道(2.3)内水柱上移;
步骤4):气体随着大气泡间歇释放通道(2.3)内的水柱一起上移,直至从大气泡间歇释放通道(2.3)顶部排出,从而形成气泡,气泡沿着膜组件(1)表面上移并对其进行空气擦洗过程;
步骤5):当大气泡间歇释放通道(2.3)内的气泡离开大气泡间歇释放通道(2.3)顶部时,这时气体发生器空腔(2.1)内输入的气体总量瞬间降低一部分,造成气压瞬间降低,大气泡间歇释放通道(2.3)顶部外的水重新进入到大气泡间歇释放通道(2.3)内,然后重新进入到气体累积腔(2.2)内,使得水压和气体发生器空腔(2.1)内气压形成新的平衡状态,大气泡间歇释放通道(2.3)内再次形成稳定高度的水柱;
步骤6):重复步骤2)至步骤5),大气泡间歇释放通道(2.3)间歇性地提供气泡上移,实现对膜组件(1)间歇式空气擦洗过程。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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WW01 | Invention patent application withdrawn after publication | ||
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Application publication date: 20210820 |