CN202246241U - 动态膜生物反应器 - Google Patents

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Abstract

本实用新型提供了一种新型动态膜生物反应器，其包括内置有膜分离单元的生物反应器，所述膜分离单元安装在生物反应器水面下至少30厘米以下，膜分离单元下部装有曝气装置，其特征在于，所述膜分离单元由多个膜组件组成，每个膜组件由平行放置的板框、膜基材和丝束网组成，按进水-出水的水流方向，所述膜基材依次由筛绢、丝瓜纤维网层和钢网支撑体组成；其中所述丝瓜纤维网层厚0.5-2厘米，并且所述膜基材呈对称方式固定在所述板框的两侧；所述板框宽2-8厘米，其下方为容纳过滤出水的空腔；所述丝束网位于两个相邻膜组件的筛绢之间，并且所述丝束网与相邻筛绢平面间的距离大于0.5厘米而小于5厘米。本实用新型的膜组件用于污水处理既可有效克服传统的自生式动态膜在污水处理运行期间存在发生破漏风险的问题，又可实现对膜组件的在线清洗。

Description

动态膜生物反应器
技术领域
本实用新型涉及一种生物反应器，更具体地，涉及一种自生式动态膜生物反应器。
背景技术
水资源短缺已成为全球性的环境问题。我国是水资源严重短缺的国家之一，随着经济的快速发展，水资源污染日益严重，进一步降低了水体的可利用率。水资源的严重短缺迫切需要开发合适的污水资源化技术来缓解这一矛盾。膜生物反应器(Membrane Bioreactor，MBR)是一种将膜分离技术与生物处理单元相结合的污水处理与回用工艺。动态膜生物反应器是MBR技术中的一个重要发展方向，其根据动态膜的形成方式分为预涂动态膜和自生式动态膜。前者是在跨膜压力驱动下使含有预涂剂的溶液透过膜基材壁时在膜基材表面形成具有分离性能的滤饼层，由于这是一种物理附着过程，因此当膜通量衰减到一定程度需彻底清除滤饼层及动态膜层，然后重新制膜，所以其具有重新挂膜期间运行不稳定以及重新投加预涂剂而导致成本较高的缺点。自生式动态膜生物反应器(DMBR)是一种利用生物反应器运行过程中产生的生物物质在基材表面上自动生成的生物物质层来对出水进行过滤的技术，该技术具有污染物去除率高、耐冲击负荷好、出水质量高且稳定、造价低、能耗少、剩余污泥量少等诸多优点，因而成为一种极有发展前景的污水处理技术。
然而，对于现有技术中的自生式动态膜生物反应器而言，特别是对于用于较大规模污水处理的自生式动态膜生物反应器而言，尤其需要解决关于其膜组件的下述问题：
首先，动态膜生物反应器是依靠运行过程中在线形成的动态膜实现对污染物的截留，在动态膜的形成过程中不可避免的会有污泥泄漏，从而初始用水无法达标，需要返回重新处理；特别地，动态膜在运行过程中形成并处于动态变化中，一旦动态膜局部受到破坏(例如由于水流压力波动、水中异物冲击等原因)，立刻会出现污泥泄漏，从而使得出水水质很快恶化。
另一方面，长期运行后，动态膜上污泥层常过度增厚，而使出水阻力增大，膜通量变小，出水水量会暂时小于出水水量，对于利用液位差出水的反应器而言，反应池内液位差会上升，压差随之增大，在某个液位高度时压差与出水阻力大小相等，系统会再次处于相对稳定的状态。如此反复，污泥层会被压实，而使阻力明显增加，从而膜通量越来越小。由此，导致系统运行时间较短就不得不进行反冲处理，即反冲周期的缩短成了一个明显影响处理效率的问题。
此外，动态膜组件内的支撑也经常会成为问题，尤其是对于在经济性前提下制造较大型自生式动态膜生物处理器装置而言。例如，膜片两侧的膜基材在有过滤压力存在时有贴在一起而使内部空腔变小或堵塞甚至消失的趋势。
因此，需要针对现有技术中存在的上述问题提供有效的解决方案。
实用新型内容
针对现有技术中存在的上述问题中的至少一个，本实用新型提供了一种新型自生式动态膜生物反应器，其包括内置有膜分离单元的生物反应器，所述膜分离单元安装在生物反应器水面下至少30厘米以下，膜分离单元下部装有曝气装置，其特征在于，所述膜分离单元由多个膜组件组成，每个膜组件由平行放置的板框、膜基材和丝束网组成，按进水-出水的水流方向，所述膜基材依次由筛绢、丝瓜纤维网层和钢网支撑体组成，其中所述丝瓜纤维网层厚0.5-2厘米，并且所述膜基材呈对称方式固定在所述板框的两侧，所述板框宽2-8厘米，其下方为容纳过滤出水的空腔，所述丝束网位于两个相邻膜组件的筛绢之间，并且所述丝束网与相邻筛绢平面间的距离大于0.5厘米而小于5厘米。
组装膜组件时，参见图1，将丝瓜纤维网层3固定在钢网支撑体2上，并将筛绢4用固定件5固定在丝瓜纤维网层3的外侧，所述固定可采用任何合适的方式来实现，例如可使用金属线或固定螺栓等固定件；然后将上述膜基材(包括钢网支撑体2、丝瓜纤维网层3和筛绢4)固定在在板框1上，所述膜基材与板框1是紧密贴靠在一起的；同样，如上述操作，在板框的另一侧依对称方式固定好同样的膜基材，这样就完成了板框和膜基材的组装。随后在膜基材的外侧，即在两个相邻膜组件的筛绢之间安装好丝束网，所述丝束网与相邻筛绢平面间应根据实际需要保持合适的距离，通常大于0.5厘米而小于5厘米。所述板框和丝束网和各个膜基材均采取平行方式设置，并且其可根据实际需要采取合适的形状，通常为矩形。所述板框1应具有合适的厚度，以便足以固定各膜基材并使得在其下面形成一个容纳出水的空腔7，所述板框1的厚度通常为2-8厘米，优选3-5厘米。
本实用新型中使用的丝瓜纤维网层取自丝瓜的纤维组织，其具体制法如下：将丝瓜剖开，取出纤维，洗净、晾干，根据需要滚压成适当厚度(通常约0.5至2厘米，优选约1厘米)的网状物即可。
本实用新型中的钢网支撑体不仅具有支撑作用，还起到一定的过滤作用，其网筛孔径通常可为0.1mm至0.2mm。
本实用新型中的筛绢可采用工业用尼龙(锦纶)筛绢，孔径通常为0.1至0.2mm，例如可采用140目(约0.1mm)的筛绢。
本实用新型中的板框可使用树脂材料通过注塑工艺成型，但也可由其他合适的材料通过适当方法制成。其厚度通常为2-8厘米，优选3-5厘米。
本实用新型的膜生物反应器包括安装有由多个上述膜组件组成的膜分离单元的生物反应器。所述生物反应器通常可依靠自压出水，为此可将所述膜分离单元安装在反应器中水面下的一定高度以下，通常在水面30厘米以下；或者，作为替代方式，或在上述液压差的基础上，给所述反应器配以抽吸泵，以便将处理后的出水抽出。具体而言，在净化水靠自压出水的流量不能满足要求时，可开启抽吸泵，将净化水抽出。所述生物反应器还在膜分离单元下方设置有曝气装置，所述曝气强度可根据需要进行调节。因此，根据需要，本实用新型还可包括控制液位、控制进水量和控制曝气强度的装置。
在进行污水处理时，将所述膜分离单元置于含有活性污泥的生物反应器中，起到截留微粒、强化生化处理的作用；过滤时，污水由反应器装置中的所述曝气装置气提，进入膜组件内部；混合液中的活性污泥絮体被膜截留，逐步在膜组件基材表面上形成稳定的动态膜。稳定运行后，一部分水经所述动态膜过滤后成为净水，净水进入板框下的空腔内，并经由板框的出水口汇集至集水区并汇总通过反应器的出水口流出。
本实用新型首次将植物纤维组织-丝瓜纤维作为单独的一个网层纳入到DMBR的平板膜组件中，由于丝瓜纤维具有非常大的比表面积，其主要成分为纤维素、半纤维素和木质素类，因此既具亲水性又具一定的亲油性，并且由于其呈多孔状维管束的物理结构，因此具有极好的吸附性能。
关于丝瓜络纤维素的应用已有较多，但现有技术中还没有将其用作DMBR平板膜组件的报道。本发明人出乎意料地发现，将丝瓜纤维网层结合在自生式DMBR膜组件中的这种设计能有效增加对污水的过滤能力，极大降低因动态膜局部受破坏而出现污泥泄露的风险；此外，还可辅助增加膜组件的抗压能力，有助于维持合适的空腔。
另外，在本实用新型的膜组件中，由于平行安装在膜基材流路中的丝束网的存在，可以有效实现在线清洗，因而可大大减少运行过程中所需的反冲洗的频次。如图1所示，所述丝束网8为丝束状结构，刷框大小与膜组件中的板框大小基本相同，丝束9通常由疏水性材料制成，所述材料可以是诸如聚酰胺，其强度应足以保证在水流中抖动时不发生断毛。特别优选地，所述丝束为由聚酰胺材料制成的竖直放置的丝束状装置，并且所述丝束上固定有水平伸出的刷毛，所述刷毛可以由任何合适的材料制成，例如尼龙、猪毛等。所述刷毛的长度可根据丝束间的距离而定，例如为0.5至2厘米。所述丝束网本身的厚度通常为1-5厘米，其与两侧膜基材平面间的距离通常大于0.5厘米而小于5厘米，优选1-2厘米。在运行期间，组件下方曝气系统提供的气流推动膜组件流路中的混合液处于流动状态，同时也使得丝束网的丝束和刷毛在流路中抖动。丝束和刷毛的抖动可促进氧在混合液中的扩散并不断冲刷到相邻两个膜基材的表面，使滤饼不能在膜表面上形成过厚。需要说明的是，所述丝束网可以在流路中使丝束呈竖直方向(即刷毛呈水平方向)放置。
本实用新型的膜分离单元可模块化组装，如图4所示，可将多个这样的膜组件组合成膜分离单元安装在膜生物反应器中。作为选择，可将所述膜分离单元组合安装在反应器内的平行导轨(例如4条平行导轨)上，所述导轨上的膜组件可以通过调整固定件的位置而调整相对位置和距离，因此，可以很方便地拆卸和组装。
本实用新型的膜组件不仅可有效避免运行过程中污泥泄露的风险，而且不存在因压力使空腔变小的趋势。并且，本实用新型的膜组件由于丝束网的存在可实现组件的在线清洗，因而可有效保证组件的较高通量并大大减少反冲洗的频次，此外，所述膜组件还具有能耗低、成本低、可模块化安装，操作和管理方便、运行稳定等优点。
附图说明
图1为本实用新型的动态膜生物反应器中的膜分离单元的一个膜组件中的板框和膜基材的分解示意图，其中仅示出了板框一侧的膜基材。
图2为本实用新型的动态膜生物反应器中的膜分离单元的一个膜组件沿进水方向的正视图，其中6为出水口，1为板框，板框内为膜基材(由钢网支撑体2、丝瓜纤维网层3以及筛绢5组成)的重叠部分。
图3为图2中沿A-A’方向的局部剖视图。
图4为本实用新型的动态膜生物反应器中的膜分离单元中两个相邻膜组件的位置关系的示意图，其中两个相邻板框(及膜基材)之间是丝束网8，丝束网8具有纵向的丝束9，丝束9上具有水平伸出的刷毛。
图5是本实用新型的动态膜生物反应器中的膜分离单元的示意图。其中箭头方向表示出水方向。
图6是本实用新型的动态膜生物反应器的组成示意图，其中10为调节池，11为格栅，12为潜污泵，13为毛发过滤器，14为反应池，15为膜组件，16为流量计，17为阀门，18为鼓风曝气机，19为抽吸泵，20为净化水储存池，21为PLC(可编程控制器)。
具体实施方式
参阅图1至图6，本实用新型的一个具体实施例描述如下：
选取孔径为0.1mm的尼龙筛绢，用50mm×50mm大小、0.14mm孔径的矩形不锈钢网作为支撑材料；将高强度锦纶丝(聚酰胺)固定在45mm×45mm的丝束网框中，制成丝束直径为约1cm的丝束网；按前述方法制取丝瓜纤维网层，其厚度为1厘米；依次将筛绢、丝瓜纤维网层和钢网支撑体用固定螺栓和金属丝固定在板框一侧，同样，在板框另一侧将所述膜基材依次固定好；将所述膜基材置于导轨(图中未示出)上，并将丝束网呈竖直方向固定在导轨上的两相邻膜基材的筛绢之间，其与两相邻筛绢平面间的距离为约1.5厘米，由此完成一个膜组件的安置。同样，在导轨上安置另外3个膜组件，将各个膜组件连同导轨置于处理污水的膜生物反应器中，并将各膜组件板框上的出水口相连通至反应器总出水口。所述膜生物反应器在下方设有曝气机，曝气量为0.8m3/h，所述膜分离单元的上表面位于生物反应器水面下30-35厘米之间。
在本实施例中，反应器进水取自城市生活污水，其COD浓度为约89-347mg/L，BOD5为62-152mg/L，氨氮浓度为27-56mg/L。膜生物反应器为连续进水，并进行下方曝气。系统温度为15-30℃下稳定运行5个月，膜通量稳定在20-30L/(m2·hr)，系统出水COD一般稳定在30mg/L以下，BOD5为2-5mg/L，氨氮在10mg/L以下，SS值稳定在0.3mg/L以下甚至测不出。
应当理解，上述具体实施例仅表明了本实用新型的一个具体的优选实施方案。对于本领域普通技术人员而言，根据这些详细描述，可以很容易地在本实用新型的精神和范围内做出各种变化、改动和改进，以使得具体的材料、要素和条件等适应本实用新型的目的、精神和范围。所有这些变化、改动和改进均在本实用新型的权利要求的范围内。

Claims (7)

1.一种动态膜生物反应器，其包括内置有膜分离单元的生物反应器，所述膜分离单元安装在生物反应器水面下至少30厘米以下，膜分离单元下部装有曝气装置，其特征在于，所述膜分离单元由多个膜组件组成，每个膜组件由平行放置的板框、膜基材和丝束网组成，按进水-出水的水流方向，所述膜基材依次由筛绢、丝瓜纤维网层和钢网支撑体组成；其中所述丝瓜纤维网层厚0.5-2厘米，并且所述膜基材呈对称方式固定在所述板框的两侧；所述板框宽2-8厘米，其下方为容纳过滤出水的空腔；所述丝束网位于两个相邻膜组件的筛绢之间，并且所述丝束网与相邻筛绢平面间的距离大于0.5厘米而小于5厘米。
2.根据权利要求1的动态膜生物反应器，其中所述丝瓜纤维网层的厚度为0.5-1.5厘米。
3.根据权利要求1或2的动态膜生物反应器，其中所述丝束网为由聚酰胺材料制成的竖直放置的丝束状装置，并且所述丝束上固定有水平伸出的刷毛。
4.根据权利要求1或2的动态膜生物反应器，其中所述膜组件还包括平行导轨，并且所述板框、膜基材和丝束网安装在所述平行导轨上。
5.根据权利要求1或2的动态膜生物反应器，其中所述板框宽3-5厘米。
6.根据权利要求2的动态膜生物反应器，其中所述丝瓜纤维网层的厚度为1厘米。
7.根据权利要求1或2的动态膜生物反应器，其还具有用于抽吸处理后的净化水的泵。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN102949874A (zh) * 2012-11-13 2013-03-06 北京碧水源膜科技有限公司 一种絮体自过滤装置及其使用方法
CN104891645A (zh) * 2015-05-29 2015-09-09 长安大学 一种蚕茧自生动态膜生物反应器
IT202000025054A1 (it) * 2020-10-22 2022-04-22 Univ Degli Studi Di Salerno Unità, dispositivo, metodo e sistema di filtrazione per il trattamento avanzato e sostenibile di acque reflue

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