CN1195575C - 采用机械清洗的膜组件 - Google Patents

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Abstract

本发明属于膜生物反应器领域，特别涉及到一种采用机械清洗的膜组件。包括膜片、出水支管和曝气管；所述的膜片是由膜丝、膜刷和集水管组成；膜丝之间间隔安置膜刷，膜刷与膜丝平行；膜丝的两个末端分别连接于上下两个集水管，出水透过膜丝集于两个集水管内；所述的出水支管一端与集水管连通，另一端与出水总管连通；所述的曝气管与曝气支管连通，曝气支管的另一端与曝气总管连通；所述的曝气管位于膜片下部，气体产生在曝气管斜下两侧，并沿膜片的两个侧面上升。本发明的膜组件制作简单，可大规膜生产；利用本发明膜组件处理废水，膜通量可提高10%～30%。

Description

采用机械清洗的膜组件
                       技术领域
本发明属于膜生物反应器领域，特别涉及到一种采用机械清洗的膜组件。
                       背景技术
公知的膜生物反应器，膜污染引起能耗较高，是阻碍膜生物反应器广泛应用的问题之一。膜污染由悬浮物、胶体物质、大分子有机物在膜面沉积和小分子有机物堵塞膜孔所致，膜面污染物沉积在膜表面形成沉积层，进而使污泥在膜丝间淤积，导致水流通道堵塞，破坏水流的紊动状态，减弱水流剪切力对膜的清洗作用，导致膜通量迅速减小，单位产水能耗急剧增加。分体膜生物反应器采用增加循环水流流速减弱沉积层的污染；浸没式膜生物反应器采用鼓气产生紊动状态的气水流，其剪切力作用于膜丝以减小沉积层的厚度。
根据水力学理论，流体在靠近膜表面的速度等于零，而自表面至远，流速有一个逐步加大的速度梯度[Yao-Bo Fan，Ju-Si Wang，et al，Treatment of a Dying Wastewater from A Woolen Mill Using An A/OMembrane Bio-Reactor，Journal of EnvironmentalScience(China)，2000，Vol 12(3)：344-488]。这也就是说不论错流的速度(平均速度)有多么大，靠近膜表面一定范围内总有一个流体流动速度等于零或近乎等于零的滞流层。在这个滞流层中存在着不能够靠错流冲刷去的滤饼层，这个滤饼层被称为边界层或膜污染边界层。同时，膜污染边界层的存易在膜丝间形成污泥淤积。由于边界层的存在，为了防止膜的滤饼层的污染，必须保持非常大错流的速度，错流所需的循环流量往往是透水量的几十倍至几百倍。
另外膜组件在大膜通量时膜丝之间容易相互吸引，结成膜丝束团，大大减小膜的有效面积。
分体式膜生物反应器通过增大循环水流流速，浸没式膜生物反应器通过增大鼓气量来增大错流流速，这些方法虽然削弱了边界层的污染，但同时使能耗增加，分体式膜生物反应器能耗通常在2～12kW.h/m3，浸没式膜生物反应器，由于不需要循环水流，能耗低于分体式膜生物反应器，可降到0.3～0.6kW.h/m3，与传统活性污泥法能耗0.3～0.5kW.h/m3相比近似[顾国维，何义亮，膜生物反应器——在污水处理中的研究和应用，北京：化学工业出版社，2002.5]。
膜污染边界层较厚，膜通量难以维持在较经济的水平时，通常采用化学清洗或机械清洗的方式，常用的机械清洗方式为棉球擦洗膜表面。化学清洗和机械清洗虽然可以很好地去掉膜污染边界层，但操作复杂，需要放出反应器内的污泥或取出膜组件，因此清洗只发生在膜污染边界层已经增厚、膜通量已经下降较多时，因此，难以解决膜污染边界层的问题。
                       发明内容
本发明的目的在于提供一种采用机械清洗的膜组件，通过膜丝之间，尤其是膜丝与膜刷之间的摩擦作用达到对膜丝机械清洗的效果，克服膜污染边界层的问题，减轻膜污染程度，同时防止膜丝结成束团，保持膜的有效面积，增加透水量，延长膜清洗周期，降低能耗。
本发明的采用机械清洗的膜组件，包括膜片、出水支管和曝气管；所述的膜片是由膜丝、膜刷和集水管组成；膜丝之间间隔安置膜刷，膜刷与膜丝平行，膜丝和膜刷的长度要保持有余量，膜丝和膜刷是松弛安置的，并有一定弧度，以保证鼓气时膜丝和膜刷抖动运动，使膜丝和膜刷在相对运动时产生摩擦。膜丝的两个末端分别连接于上下两个集水管，出水透过膜丝集于两个集水管内。
所述的出水支管一端与集水管连通，另一端与出水总管连通，出水总管和出水支管可由活接和套管进行连接。
所述的曝气支管一端与曝气管连通，另一端与曝气总管连通；曝气总管和曝气支管可通过活接和套管连接；所述的曝气管位于膜片下部，气体产生在曝气管斜下两侧，并沿膜片的两个侧面上升。
所述的膜片，可以为一片、两片或多片，多片膜片构成一列膜片。多片膜片安置时安装距离是以保证相邻两个膜片上的膜丝能相互碰撞交叉产生摩擦为准，如图2所示；膜丝及膜刷的多少可根据机械清洗效果进行装配。
所述的膜丝为中空纤维超滤膜或微滤膜等。
所述的膜刷包括各种材料，如尼龙或棉等；膜刷可为各种形态，如表面光滑或表面有纤毛等。
本发明机械清洗膜组件的工作原理是：曝气扩散装置位于膜片下部，大量气体沿膜片两侧穿越膜片，在膜面形成大量的剧烈紊动的水气流。水气流使两个膜片的膜丝相互摩擦，并使每个膜片的膜丝和膜刷之间相对运动产生摩擦，膜刷和膜丝之间及膜丝之间的摩擦使污染物难以在膜丝表面沉积，大大减小了膜污染边界层厚度。同时由于膜刷不受向其表面吸引和压密污染物的抽吸负压，膜刷抖动可有效地去除其表面的污染物，膜丝和干净膜刷之间不易形成污泥淤积阻塞通道。这样，本发明膜组件就实现了边出水边清洗的机械清洗，有效地克服了膜污染边界层污染和防止膜有效面积降低。
本发明的膜组件制作简单，可大规膜生产；利用本发明膜组件处理废水，膜通量可提高10％～30％；由本发明的机械清洗膜组件组成的膜生物反应器可应用于各种废水的处理，如酒精发酵废水、石油化工废水、毛纺废水，城市污水等。
                      附图说明
图1.本发明机械清洗膜组件的正视图；
图2.本发明机械清洗膜组件的侧视图；
图3.采用机械清洗膜组件的优选实施例1工艺流程图。
附图标记
1.膜丝         2.膜刷       3.出水支管    4.曝气支管
5.集水管       6.曝气管     7.活接        8.套管
9.出水总管     10.曝气总管  11.膜片       12.膜组件
13.生物反应器       14、15、16.泵         17.出水槽
                     具体实施方案
为了更好地理解本发明，下面结合附图和实施例描述本发明的技术方案。
实施例1.
请参见图1和图2。膜组件12包括膜片、出水支管和曝气管。两个膜片11的放置是以保证每个膜片11的膜丝1能相互碰撞交叉产生摩擦为准，膜丝为中空纤维超滤膜。膜丝1和膜刷2有一定弧度，保证鼓气时膜丝1和膜刷2能抖动运动，膜刷为表面光滑的尼龙。膜丝1之间间隔平行放置膜刷2，鼓气时膜丝1和膜刷2有相对运动产生摩擦。膜丝1的两个末端分别连接于上下两个集水管5，出水透过膜丝1集于两个集水管5内，膜丝1、膜刷2和集水管5组成膜片11。出水系统包括出水支管3和出水总管9，出水支管一端与集水管连通，另一端与出水总管连通，出水支管3和出水总管9通过活接7和套管8连接，集水管5中的过滤水最终通过出水总管9得到。曝气系统包括曝气总管10、曝气支管4和曝气管6。所述的曝气支管一端与曝气管连通，另一端与曝气总管连通；曝气总管10与曝气支管4通过套管8和活接7连接，曝气管6位于膜片下部，由曝气总管得到的气体产生在曝气管6斜下两侧，并沿膜片11的两个侧面上升。
请参见图3。图3表示本发明机械清洗膜组件12在水处理工艺中的应用，包括生物反应器13、机械清洗膜组件、出水槽17、给水泵14、抽吸泵16、鼓气泵15及管道。对配置的污水进行处理，其COD为1000～5000mg/L。废水由给水泵泵入厌氧池内，自流进入生物反应器内，废水中的可生物降解物质在反应器内被微生物吸附、降解。鼓气泵通过曝气管的鼓气有两个作用，一是为反应器内的微生物提供氧气，二是产生紊动状态的水气流冲刷膜表面，防止膜污染。出水由抽吸泵经膜丝泵出。其出水COD小于50mg/L，去除率大于95％，单位膜通量比普通膜组件的膜通量提高50-100％，能耗也相应地降低10-30％。

Claims (6)

1.一种采用机械清洗的膜组件，包括膜片、出水支管、曝气支管和曝气管；其特征是：
所述的膜片是由膜丝、膜刷和集水管组成；膜丝之间间隔安置膜刷，膜刷与膜丝平行；膜丝和膜刷是松弛安置的，并有一定弧度，且膜丝与膜刷的安装距离是以保证两者能相互碰撞交叉产生摩擦为准；膜丝的两个末端分别连接于上下两个集水管，出水透过膜丝集于两个集水管内；
所述的出水支管一端与集水管连通，另一端与出水总管连通；
所述的曝气支管一端与曝气管连通，另一端与曝气总管连通；
所述的曝气管位于膜片下部。
2.如权利要求1所述的膜组件，其特征是：所述的膜片为一片、两片或多片，多片膜片构成一列膜片。
3.如权利要求2所述的膜组件，其特征是：所述的多片膜片安置时安装距离是以保证相邻两个膜片上的膜丝能相互碰撞交叉产生摩擦为准。
4.如权利要求1或2所述的膜组件，其特征是：所述的膜丝为中空纤维超滤膜或微滤膜。
5.如权利要求1或2所述的膜组件，其特征是：所述的膜刷为表面光滑或表面有纤毛的膜刷。
6.如权利要求5所述的膜组件，其特征是：所述的膜刷包括尼龙或棉。
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