CN205035142U - 一种旋转式中空纤维膜生物反应器 - Google Patents

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姚萌
洪昱斌
曾嘉才
蓝伟光
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Abstract

本实用新型公开了一种旋转式中空纤维膜生物反应器，包括一集水件、若干中空纤维膜元件和一叶轮搅拌机构，若干中空纤维膜元件悬挂于上述集水件之下，一叶轮搅拌机构，悬挂于上述集水件之下，并设于上述若干中空纤维膜元件中间。本实用新型通过叶轮搅拌水力旋转产生的剪切力，替代曝气用于减缓膜污染的发生发展，规避了曝气膜污染控制法带来的能耗高、曝气过量等问题，降低能耗，不对生化系统造成冲击。

Description

一种旋转式中空纤维膜生物反应器
技术领域
本实用新型具体涉及一种旋转式中空纤维膜生物反应器。
背景技术
膜生物反应器(MembraneBioreactor，简称MBR)是高效膜分离技术与活性污泥法相结合的新型水处理技术，取代活性污泥法中的二沉池，进行固液分离，有效的达到了泥水分离的目的，具有污泥龄、污泥浓度等技术条件调控空间大、出水水质标准高、稳定性好、占地面积小、剩余污泥量小及结构紧凑等优点。同时，膜的高效截留作用可把微生物截留在生物反应器内使水力停留时间(HydraulicRetentionTime，HRT)和污泥停留时间(SludgeRetentionTime，STR)可分别控制，有利于硝化反应的顺利进行，有效去除氨氮，避免污泥的流失，同时可以截留一时难于降解的大分子有机物，延长其在反应器的停留时间，使之得到最大限度的分解。
近年来膜生物反应器得到了快速发展，根据膜组件的类型可以分为中空纤维MBR、管式MBR、板框式(平片式)MBR、卷式MBR和毛细管式MBR。中空纤维膜生物反应器由于其填充密度高、投资低等优势，得到了广泛的应用。随着有机膜的生产成本显著下降，膜污染已经成为限制膜生物反应器进一步广泛应用的瓶颈，膜污染不仅导致组件频繁清洗、更换，降低膜的使用寿命，也是直接造成产水阻力升高和曝气量增加，运行能耗和操作难度增大的主要原因。
目前中空纤维MBR的膜污染主要通过膜组件优化设计(包括膜材质、膜的放置方式、纤维直径大小、曝气管路设计等)来控制。其中曝气是最重要的控制膜污染的方法，为了提高曝气效率，通常围绕气泡大小、气体运动方式、曝气管路位置等几个方面进行优化。随之带来的问题是曝气过量、能耗高、对生化系统造成冲击，降低处理效果。
为了解决上述问题，多种改进应运而生，CN103316592A公开了通过在过滤循环系统中投加颗粒物作为微过滤介质，在膜组件的膜表面就地实现多孔疏松沉积层，通过颗粒物在分离膜表面的负载量和沉积密度，实现沉积层结构的主动控制。CN101767866A公开了通过曝气控制装置使曝气间歇性产生单个大气泡，利用大气泡在上升过程中对膜表面的高效剪切力和传质效率进一步提高膜污染控制的效果，提高膜分离的选择性和效果，降低曝气能耗。当上述技术方案的实际效果仍然不是十分理想。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服现有技术缺陷，提供一种旋转式中空纤维膜生物反应器。
本实用新型的具体技术方案如下：
一种旋转式中空纤维膜生物反应器，包括：
一集水件，内部设有一集水室，顶部设有一连通集水室的产水出口，底部设有环形阵列排布的连通集水室的若干进水孔；
若干中空纤维膜元件，分别连通上述若干进水孔，并悬挂于上述集水件之下；
和一叶轮搅拌机构，悬挂于上述集水件之下，并设于上述若干中空纤维膜元件中间。
在本实用新型的一个优选实施方案中，所述中空纤维膜元件包括一上集水腔、一下集水腔、若干束中空纤维膜膜丝和一连接管，连接管连通上集水腔和下集水腔，若干束中空纤维膜膜丝环形阵列排布于连接管周围，且其两端分别密封连通上集水腔和下集水腔，上集水腔上设有一密封连通所述进水孔的出水口。
进一步优选的，所述中空纤维膜元件的长度为10～2000mm，直径为50～300mm，膜面积为1～30m2。
进一步优选的，所述中空纤维膜膜丝的孔径为0.01～1μm，外径为1.3～3mm，内径为0.6～2mm，水通量为10～40LMH。优选的，该中空纤维膜膜丝的材料为高分子有机膜材料或者无机膜材料，如高分子有机膜材料有聚烯烃类、聚乙烯类、聚丙烯腈、聚砜类、芳香族聚酰胺、含氟聚合物等；无机膜材料有金属、金属氧化物、陶瓷、多空玻璃、沸石、无机高分子等。中纤维膜膜丝采用环氧或聚氨酯等胶水固定封装在上集水腔和下集水腔，其中表层胶水需用软环氧或软聚氨酯封胶起到保护膜丝根部的作用，避免膜丝运行中疲劳断丝或内衬丝剥离
在本实用新型的一个优选实施方案中，所述叶轮搅拌机构包括一驱动单元、一连接驱动单元的转杆和均匀间隔设置在转杆上的若干叶轮，叶轮通过驱动单元驱动以一定的线速度转动，转速控制在5～200rpm，保证液体在中空纤维膜丝表明产生0.1～0.5m/s的上升流速，减缓膜污染。
进一步优选的，所述叶轮为平叶轮、斜叶轮、弯叶轮或螺旋面叶轮。
本实用新型的有益效果是：
1、本实用新型包括一集水件、若干中空纤维膜元件和一叶轮搅拌机构，若干中空纤维膜元件悬挂于上述集水件之下，一叶轮搅拌机构，悬挂于上述集水件之下，并设于上述若干中空纤维膜元件中间，该技术方案通过叶轮搅拌水力旋转产生的剪切力，替代曝气用于减缓膜污染的发生发展，规避了曝气膜污染控制法带来的能耗高、曝气过量等问题，降低能耗，不对生化系统造成冲击。
2、本实用新型的适用范围广，不仅可应用于好氧生化系统还可以应用于厌氧环境下的高浓度有机物的生化处理系统，大大降低了水处理的能耗，提高处理效率。
3、本实用新型的叶轮搅拌机构悬挂于上述集水件之下，并设于上述若干中空纤维膜元件中间，若干叶轮均匀间隔设置在转杆上，保证了反应池不同垂直高度上的水力扰动的均匀性，确保不会产生流动死角。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图；
图2为本实用新型的中空纤维膜元件的结构示意图。
图3为本实用新型的中空纤维膜元件的排列示意图。
具体实施方式
以下通过具体实施方式结合附图对本实用新型的技术方案进行进一步的说明和描述。
如图1所示，一种旋转式中空纤维膜生物反应器，包括一集水件1、八个中空纤维膜元件2和一叶轮搅拌机构3。
所述集水件1内部设有一集水室10，顶部设有一连通集水室10的产水出口11，底部设有环形阵列排布的连通集水室10的八个进水孔12；
如图3所示，所述八个中空纤维膜元件2分别连通上述八个进水孔12，并悬挂于上述集水件1之下，如图2所示，该中空纤维膜元件2长度为10～2000mm，直径为50～300mm，膜面积为1～30m2，包括一上集水腔21、一下集水腔22、六束中空纤维膜膜丝23和一连接管24，连接管24连通上集水腔21和下集水腔22，六束中空纤维膜膜丝23环形阵列排布于连接管24周围，且其两端分别密封连通上集水腔21和下集水腔22，上集水腔21上设有一密封连通所述进水孔12的出水口25；
所述中空纤维膜膜丝23的孔径为0.01～1μm，外径为1.3～3mm，内径为0.6～2mm，水通量为10～40LMH。优选的，该中空纤维膜膜丝23的材料为高分子有机膜材料或者无机膜材料，如高分子有机膜材料有聚烯烃类、聚乙烯类、聚丙烯腈、聚砜类、芳香族聚酰胺、含氟聚合物等；无机膜材料有金属、金属氧化物、陶瓷、多空玻璃、沸石、无机高分子等，中纤维膜膜丝采用环氧或聚氨酯等胶水固定封装在上集水腔21和下集水腔22，其中表层胶水需用软环氧或软聚氨酯封胶起到保护膜丝根部的作用，避免膜丝运行中疲劳断丝或内衬丝剥离。
本实施例中，中空纤维膜膜丝23为内衬型聚偏氟乙烯膜(PVDF)材质，膜丝孔径0.1μm，膜丝内外径2.6/0.92mm，中空纤维膜元件2的膜丝的有效长度80mm，单个中空纤维膜元件2的有效面积0.135m2，整个旋转式中空纤维膜生物反应器的总膜面积1.08m2。
所述叶轮搅拌机构3悬挂于上述集水件1之下，并设于上述八个中空纤维膜元件2中间，具体包括一驱动单元33、一连接驱动单元33的转杆31和均匀间隔设置在转杆31上的三叶轮32，所述叶轮32为平叶轮、斜叶轮、弯叶轮或螺旋面叶轮。叶轮32通过驱动单元33驱动以一定的线速度转动，转速控制在5～200rpm，保证液体在中空纤维膜膜丝23表面产生0.1～0.5m/s的上升流速，减缓膜污染，同时保证了反应池不同垂直高度上的水力扰动的均匀性，确保不会产生流动死角。
本实施例中，本实用新型的运行参数如下：通量15LMH，一个周期抽吸8min停止2min，叶轮搅拌机构3运行转速200r/min，每运行1d进行一次反冲洗。具体使用过程如下：连接好出水管路、叶轮搅拌机构3控制系统，将旋转式中空纤维膜生物反应器放置到反应池中，让旋转式中空纤维膜生物反应器浸没到反应池液面下500mm，开启叶轮搅拌机构3，并调整转速，开启产水泵浦，控制阀门开度调整通量至15LMH(4.5ml/s)。原水在泵浦的抽吸压力作用下，穿透中空纤维膜膜丝23表面从中空纤维膜膜丝23内流道进入顶部的集水室10，产水从产水出口11流出旋转式中空纤维膜生物反应器，微生物被截留在反应池内。
在中空纤维膜元件2的截留过程中微生物会被截留在中空纤维膜膜丝23表面，通过叶轮搅拌机构3的搅拌作用，反应池内污水流动产生流体剪切力冲刷中空纤维膜膜丝23表面，将中空纤维膜膜丝23表面的污染物清洗下来，保证中空纤维膜膜丝23的通量和运行的稳定性，与传统的气体冲刷膜丝的工艺相比更加节能，并大大提高了清洁效果，同时解决了系统曝气过量的问题。
以上所述，仅为本实用新型的较佳实施例而已，故不能依此限定本实用新型实施的范围，即依本实用新型专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本实用新型涵盖的范围内。

Claims (6)

1.一种旋转式中空纤维膜生物反应器，其特征在于：包括：
一集水件，内部设有一集水室，顶部设有一连通集水室的产水出口，底部设有环形阵列排布的连通集水室的若干进水孔；
若干中空纤维膜元件，分别连通上述若干进水孔，并悬挂于上述集水件之下；
和一叶轮搅拌机构，悬挂于上述集水件之下，并设于上述若干中空纤维膜元件中间。
2.如权利要求1所述的一种旋转式中空纤维膜生物反应器，其特征在于：所述中空纤维膜元件包括一上集水腔、一下集水腔、若干束中空纤维膜膜丝和一连接管，连接管连通上集水腔和下集水腔，若干束中空纤维膜膜丝环形阵列排布于连接管周围，且其两端分别密封连通上集水腔和下集水腔，上集水腔上设有一密封连通所述进水孔的出水口。
3.如权利要求2所述的一种旋转式中空纤维膜生物反应器，其特征在于：所述中空纤维膜元件的长度为10～2000mm，直径为50～300mm，膜面积为1～30m2。
4.如权利要求2所述的一种旋转式中空纤维膜生物反应器，其特征在于：所述中空纤维膜膜丝的孔径为0.01～1μm，外径为1.3～3mm，内径为0.6～2mm，水通量为10～40LMH。
5.如权利要求1所述的一种旋转式中空纤维膜生物反应器，其特征在于：所述叶轮搅拌机构包括一驱动单元、一连接驱动单元的转杆和均匀间隔设置在转杆上的若干叶轮。
6.如权利要求5所述的一种旋转式中空纤维膜生物反应器，其特征在于：所述叶轮为平叶轮、斜叶轮、弯叶轮或螺旋面叶轮。
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