CN1621359A - 在线超声空化清洗膜－生物反应器方法与装置 - Google Patents

Abstract

在线超声空化清洗膜—生物反应器方法与装置，涉及一种新型处理水和废水的膜—生物反应器清洗方法及装置。本发明提供的在线超声空化清洗膜—生物反应器装置，含有进水泵、生物反应器、设置在生物反应器内的膜组件、与膜组件相连接的出水泵，其特征是在生物反应器内设有超声波发生器，该超声波发生器与一个设置在外部的控制装置相连接，并在膜组件出水管上装有一个压差计，压差计通过信号线与超声控制装置相连。该方法与装置无需将膜组件从生物反应器内拿出，操作程序简便，所需周期短，装置结构简单、运行稳定，便于自动化操作与控制。另外，在超声空化的同时可以实现生物反应器内的污泥减量，有助于膜—生物反应器的长期稳定运行。

Description

在线超声空化清洗膜—生物反应器方法与装置

技术领域

本发明涉及一种新型处理水和废水的膜—生物反应器清洗方法及装置，具体地说涉及一种在线超声空化清洗膜—生物反应器方法及实现该方法的装置。

背景技术

水资源短缺问题已成为阻碍社会经济可持续发展以及影响社会生活稳定的重要制约因素。我国人均水资源量只相当世界人均水资源占有量的1/4，居世界第110位，而且时空分布很不均匀。据报道我国的668个城市中，缺水城市约400个，严重缺水的城市超过100个。尤其近年来，随着社会经济的快速发展，工农业用水需求量迅速增长，水资源浪费以及水资源污染问题日趋严重，使我国水资源短缺问题更加突出。

长期以来，人们通常把使用过一次的水称为污水、下水，并把这种水与污垢、肮脏的形象相联系。事实上人类使用过的水，污染杂质只占0.1％左右，大大低于海水3.5％的水平。污水经过适当再生处理后可以重复利用，实现水在自然界中的良性大循环。城市污水具有就近可得、易于收集、数量巨大、稳定可靠的特点，将城市污水回用作为城市第二水源要比海水、雨水来得实际，比长距离引水投资要低得多。污水回用一方面可极大缓解水的供需矛盾，另一方面可彻底改善水污染的现状，使废水重新成为可利用的资源。因此城市污水处理及回用已经成为保护水环境，解决水资源短缺问题的重要途径。

膜—生物反应器(Membrane Bioreactor-MBR)具有出水水质良好，出水可直接回用，设备占地面积小、剩余污泥产量低和便于自动控制等优点，它的应用与推广是解决我国水资源短缺问题的有效手段。但膜—生物反应器运行过程中产生的膜污染会造成膜通量降低或膜过滤阻力上升，直接影响系统的产水率并增大运行能耗；同时膜污染程度还决定了膜的稳定运行时间，影响膜清洗等运行费用。可见膜污染是影响膜技术推广应用的最为关键因素之一，因此研究控制膜污染的策略和技术就显得尤为重要。为了控制膜污染问题，国内外研究者先后作了大量研究并取得了一定进展，但这些手段都存在一定的不足之处，在实际应用中真正有效的仍是较少。

目前膜—生物反应器清洗方法分为离线清洗和在线清洗，离线清洗需要将膜组件从生物反应器中取出，然后放到清洗液中进行，整个过程周期较长并且繁琐。在线清洗方法目前主要有两种，一种是采用酸液或碱液等进行化学清洗，即每隔一段时间将化学药液反向注入膜组件，但采用化学清洗会损害膜材料以及产生二次污染，另外清洗程序也比较繁琐。另一种方法是采用水、气或者气水混合液进行脉冲反冲洗，虽然它对低浓度溶质颗粒有一定效果，但用于含有微生物、大分子物质的MBR活性污泥混合液时清洗效果并不理想。因此开发新型高效在线清洗技术对膜生物反应器的推广应用具有重要意义。

近年来超声空化技术被用来作为清洗材料表面的有效手段，超声产生的气泡崩溃时能够产生足够能量来克服污染物和材料表面相互作用，进而去除表面污染物质。离线超声空化清洗膜污染已有相关报道，它是将污染后的膜组件取下放到超声波清洗装置中进行，研究表明它对污染物具有良好清洗效果。但是离线超声空化清洗需要将膜组件从生物反应器内拿出，存在程序复杂，操作繁琐，所需周期长，并且只有专业技术人员才能进行实施。将超声空化技术用于在线清洗膜—生物反应器的膜污染控制目前国内外尚无报道。

发明内容

本发明针对现有膜—生物反应器清洗方法的不足，提供一种在线超声空化清洗膜—生物反应器的装置，该装置可以克服离线超声空化清洗需要将膜组件从生物反应器内拿出、程序复杂、操作繁琐、所需周期长以及只有专业技术人员才能进行实施的缺点。

本发明的另一个目的是提供一种实施所述装置的方法，该方法采用超声产生气泡崩溃时能够形成足够能量来克服污染物和材料表面相互作用，进而去除膜表面污染物质来清洗膜组件，而且运行稳定，便于自动化操作与控制。

本发明的技术方案如下：

一种在线超声空化清洗膜—生物反应器装置，含有进水泵、生物反应器、设置在生物反应器内的膜组件、与膜组件相连接的出水泵，其特征在于：该超声波发生器与膜组件的距离为5～100cm，并与一个设置在外部的控制装置相连接；在所述的膜组件出水管上装有一个压差计，该压差计通过信号线与所述的超声控制装置相连。

本发明还提供了一种采用上述在线超声空化清洗膜—生物反应器装置的方法，该方法包括下列步骤：

(1)待处理原水由进水泵提升到生物反应器内，膜组件经出水泵抽吸出水，由压差计记录跨膜压差；

(2)当跨膜压差达在10～100kPa范围时，控制装置给予超声波发生器反馈信号，超声波发生器开始工作并对膜组件进行超声空化清洗；所述超声功率为100～1000W，超声频率为20～60kHz；每次超声时间为0.5～30分钟。

本发明与现有技术相比具有以下优点及突出性效果：本发明无需将膜组件从生物反应器内拿出，操作程序简便，所需周期短，装置结构简单、运行稳定，便于自动化操作与控制。另外，在超声空化的同时可以实现生物反应器内的污泥减量，有助于膜—生物反应器的长期稳定运行。

附图说明

图1为本发明所述装置的结构示意图。

图2、图3为在线超声空化清洗效果随时间的变化效果图。

图中：1-原水，2-进水泵，3-生物反应器，4-膜组件，5-超声波发生器，6-鼓风机，7-曝气管，8-超声控制装置，9-压差计，10-出水泵，11-出水。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的原理、结构和工作过程作进一步的说明。

本发明提供的在线超声空化清洗膜—生物反应器装置，包括原水1、进水泵2、生物反应器3、设置在生物反应器内的膜组件4、与膜组件相连接的出水泵10；该超声波发生器与膜组件的距离为5～100cm，并与一个设置在外部的控制装置相连接；在所述的膜组件出水管上装有一个压差计，该压差计通过信号线与所述的超声控制装置相连。如图1所示，待处理原水1由进水泵2提升后进入生物反应器3内，经出水泵10对膜组件4进行抽吸出水11，期间由鼓风机6和曝气管7对生物反应器内混合液进行曝气充氧，同时对膜组件4提供错流流速以冲刷清洗，系统运行一定时间后，当压差计9显示跨膜压差达到10～100kPa范围后，超声控制装置8控制超声波发生器5开始工作，对膜组件4进行超声空化清洗。所述超声功率为100～1000W，超声频率为20～60kHz；每次超声时间为0.5～30分钟。

以下列举的实施例用来说明本发明的效果，但本发明的权利要求范围并非仅限于此。

实施例1：当生物反应器内污泥浓度为5mg/L，超声功率为100W，超声频率为60kHz，超声时间为30分钟，则超声空化作用对膜—生物反应器的清洗效果如图2所示。

实施例2：当生物反应器内污泥浓度为8mg/L，超声功率为1000W，超声频率为20kHz，超声时间为0.5分钟，则超声空化作用对膜—生物反应器的清洗效果如图3所示。

Claims (2)

1.一种在线超声空化清洗膜—生物反应器装置，含有进水泵(2)、生物反应器(3)、设置在生物反应器内的膜组件(4)、与膜组件相连接的出水泵(10)，其特征在于：在生物反应器内设有超声波发生器(5)，该超声波发生器与膜组件的距离为5～100cm，并与一个设置在外部的控制装置(8)相连接；在所述的膜组件出水管上装有一个压差计(9)，该压差计通过信号线与所述的超声控制装置相连。

2.一种采用如权利要求1所述装置的方法，其特征在于该方法包括下列步骤：

1)待处理原水由进水泵提升到生物反应器内，通过膜组件经出水泵抽吸出水，并由压差计记录跨膜压差；

2)当跨膜压差达在10～100kPa范围时，超声波控制装置给于超声波发生器反馈信号，超声波发生器开始工作并对膜组件进行超声空化清洗；所述超声波功率为100～1000W，频率为20～60kHz，每次超声时间为0.5～30分钟。

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