CN205914031U - 一种防止中空纤维膜生物反应器膜堵塞的实验系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种防止中空纤维膜生物反应器膜堵塞的实验系统，涉及污水处理领域。本实用新型通过4阶段延时通量递增法测定在不同污泥浓度下的临界通量J_c，进而在高浓度污泥浓度水平可持续通量条件下运行，当膜堵塞产生并使得跨膜压差(TMP)高于500mbar，采用离线清堵(declogging)联合化学强化反洗(CEB)清洗的方式能够实现膜渗透性的可持续恢复。因此，最为有效的膜堵塞控制系统首先确定中空纤维膜膜组件在不同污泥浓度下的临界通量，在可持续临界通量条件下运行发生膜堵塞行为时，进行declogging和CEB清洗作业，延长系统运行周期与膜组件寿命。

Description

一种防止中空纤维膜生物反应器膜堵塞的实验系统

技术领域

本实用新型涉及污水处理领域，具体涉及一种防止中空纤维膜生物反应器膜堵塞的实验系统。

背景技术

膜生物反应器工艺以其高品质出水正逐步被认为是解决废水处理和回用问题的最佳适用技术之一，然而在膜分离过程中膜渗透性的衰减始终是影响该工艺更为广泛应用的技术瓶颈。在膜渗透性衰减的成因中，膜堵塞行为成为了关键；膜堵塞主要是由颗粒物质聚集而成，包括污泥固体颗粒物富集(膜丝或者膜片通道内部)和编织物富集(膜丝或者膜片通道进口处)两种类型。其中合理的预处理过程(有效栅滤在0.1mm一下)可以有效减少编织物富集的膜堵塞行为，而固体颗粒物积累成为膜分离工程中的主要膜堵塞形式。

固体颗粒物积累是指在膜分离过程中，活性污泥固体组分在膜丝通道内的积累现象，此堵塞行为可使活性污泥中的液体组分在透过膜组件之前产生阻力，致使膜组件渗透性降低，从而提高了膜组件的清洗频率，使膜组件寿命大大缩短，提高了污水处理成本。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种测定20g·L^-1和32g·L^-1高污泥浓度水平下的临界通量，并在可持续通量条件下实现膜渗透性的可持续恢复，实现运行周期及膜组件使用寿命延长的一种防止中空纤维膜生物反应器膜堵塞的实验系统。

为解决上述技术问题，本实用新型所采取的技术方案为：

一种防止中空纤维膜生物反应器膜堵塞的实验系统，其特征在于：包括生物池和膜池，所述生物池通过进水泵连接水源，通过蠕动泵连接蔗糖储罐，所述生物池内设有DO探头、温度探头和MLSS浓度探头，生物池底部设有微孔曝气盘；所述膜池内设有膜组件，膜池底部设有穿孔曝气管路，膜池上部通过产水泵连接有产水箱，下部设有排泥泵；所述微孔曝气盘和穿孔曝气管路均连接有空气压缩机；所述生物池和膜池底部之间通过带有污泥循环泵的管道连接；所述进水泵、蠕动泵、DO探头、温度探头、MLSS浓度探头、污泥循环泵、穿孔曝气管路连接的空气压缩机、排泥泵和产水泵均连接PLC；所述PLC与SCADA系统相互连接。

进一步的技术方案在于：所述生物池内设有液位计，所述膜组件出口设有连接SCADA系统的压力传感器和超声流量计。

进一步的技术方案在于：所述膜组件底部100mm以下设有穿孔曝气管路。

进一步的技术方案在于：所述膜组件为一组帘式的聚偏氟乙烯中空纤维帘式膜，膜孔径为0.04μm，膜的有效过滤总面积为46.4m²。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：

结构简单、操作方便，测定20g·L^-1和32g·L^-1高污泥浓度水平下的临界通量，并在可持续通量条件下实现膜渗透性的可持续恢复，实现运行周期及膜组件使用寿命的延长。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

图1是本实用新型的结构示意图。

其中：1-进水泵，2-生物池，3-DO探头，4-温度探头，5-MLSS浓度探头，6-膜池，7-膜组件，8-产水箱，9-排泥泵，10-蔗糖储罐，11-空气压缩机，12-微孔爆气盘，13-蠕动泵，14-污泥循环泵，15-穿孔曝气管路，16-产水泵。

具体实施方式

下面结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型，但是本实用新型还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似推广，因此本实用新型不受下面公开的具体实施例的限制。

如图1所示，一种防止中空纤维膜生物反应器膜堵塞的实验系统，包括生物池2和膜池6，所述生物池2通过进水泵1连接水源，通过蠕动泵13连接蔗糖储罐10，所述生物池2内设有DO探头3、温度探头4和MLSS浓度探头5，生物池2底部设有微孔曝气盘12；所述膜池6内设有膜组件7，膜池6底部设有穿孔曝气管路15，膜池6上部通过产水泵16连接有产水箱8，下部设有排泥泵9；所述微孔曝气盘12和穿孔曝气管路15均连接有空气压缩机11；所述生物池2和膜池6底部之间通过带有污泥循环泵14的管道连接；所述进水泵1、蠕动泵13、DO探头3、温度探头4、MLSS浓度探头5、污泥循环泵14、穿孔曝气管路15连接的空气压缩机11、排泥泵9和产水泵16均连接PLC；所述PLC与SCADA系统相互连接。

优选的：所述生物池2内设有液位计，所述膜组件7出口设有连接SCADA系统的压力传感器和超声流量计。跨膜压差(TMP)、产水通量(J)和产水净通量(J_net)数值每30s由压力传感器和超声流量计传送到SCADA系统记录，水力反洗的通量(J_b)为15L/(m²·h)，每10min反冲洗30s。整个试验阶段膜生物反应器是在可持续通量下运行。

优选的：所述膜组件7底部100mm以下设有穿孔曝气管路15。

优选的：所述膜组件7为一组帘式的聚偏氟乙烯中空纤维帘式膜，膜孔径为0.04μm，膜的有效过滤总面积为46.4m²。

本实用新型污水通过进水泵1进入生物池2，生物池2底部装有微孔曝气盘12，通过人工调节曝气量保证在试验阶段生物池2的溶解氧(DO)浓度维持在1～2mg/L，生物池2与膜池6通过污泥循环泵14连接，污泥由膜池6到生物池2的回流比为400％。蔗糖储罐10内的蔗糖溶液通过蠕动泵13输入到生物池2内，保证试验过程以恒污泥负荷(F/M＝0.13)下运行，以实现MLSS浓度由20g/L逐步增长到32g/L。另外通过DO探头3监测生物池中的溶解氧，温度监测4便于调控反应器内的温度，MLSS浓度探头5监测反应器内的MLSS浓度，维持在本实验的最佳浓度范围，均对生物池2中的状态进行实时监测。

本实用新型各反应器由有机玻璃构成，总有效容积为6.75m³，生物池2有效容积5n³、膜池6有效容积1.75m³，整个系统的进水、污泥循环、产水、膜组件曝气和污泥排放过程由可编程逻辑控制器(PLC)和数据采集与监视控制(SCADA)系统控制。蠕动泵13的抽吸实现产水过程，并同时可以实现水力反冲洗及CEB功能。在膜组件7底部100mm以下安装有穿孔曝气管路15，对膜表面进行间歇性的曝气冲刷(10s开，10s关)，保证单位膜面积每小时的曝气量(SAD_m)为0.25m³。

进水泵1为本实验系统提供稳定持续的水源；产水箱8，集中收集产自膜池的水；排泥泵9，将膜池7中产生的剩余污泥排出，保障整个体系的正常运行。

本实验是在长期持续过程下运行的，在实验过程中分为两个不同污泥浓度下的膜渗透性的运行情况：

实验过程I：

污泥浓度在20g·L^-1时，通过阶量递增法确定此污泥浓度下的临界通量，通量设定范围在(10～16)L/(m²·h)，阶量设定在2L/(m²·h)。

当污泥浓度为20g·L^-1时，以10L/(m²·h)、12L/(m²·h)、14L/(m²·h)、16L/(m²·h)分别作为测定临界通量短期(每个周期18h)运行时的恒定通量。实验结果表明当在以10L/(m²·h)、12L/(m²·h)和14L/(m²·h)通量条件下运行时，中空纤维膜组件的跨膜压差的增长率(dTMP/dt)＜0.5mbar/min；当在以与16L/(m²·h)通量运行下，中空纤维膜组件的dTMP/dt＞0.5mbar/min的变化量，并可以知道在此通量下膜堵塞速率加快。因此确定在MLSS为20g·L^-1时的临界通量在(14～16)L/(m²·h)之间，并以14L/(m²·h)作为此污泥浓度水平下的的可持续通量。

在污泥浓度为20g·L^-1、可持续通量14L/(m²·h)的条件下长期运行时，当中空纤维膜组件TMP≥0.45bar时首先采用CEB方式对中空纤维膜组件进行清洗作业。CEB的具体操作方式：在产水箱中投加次氯酸钠溶液(稀释至500mg/L)，进行10个脉冲的化学反冲洗，每个脉冲的持续时间为30s，每个脉冲的间隔为2min，化学反冲洗的通量拟定为25L/(m²·h)。

然后继续在可持续通量14L/(m²·h)的条件下运行，膜渗透性在8小时内的渗透性由清洗后的260LMH/bar降低到清洗前的180LMH/bar，膜渗透性没有得到可持续性恢复。

然后进行declogging和CEB作业，decloggingg和CEB作业的具体操作方式：先将膜组件7从反应器内取出，重力条件下自然排水1h，然后通过人工手段获取膜丝通道内积累的污泥固体颗粒物，接着采用低压自来水冲洗膜丝廊道内的堵塞颗粒物；清堵作业完成之后，将膜组件7放回反应器内，进行一个CEB作业。

采用declogging和CEB清洗之后，在24h之内膜渗透性由清洗后的260LMH/bar降低到225LMH/bar，并且可以此渗透性持续7-10天，膜渗透性可以得到可持续性恢复。

实验过程II：

污泥浓度在32g·L^-1时，通过阶量递增法确定此污泥浓度下的临界通量，通量设定范围在(6～9)L/(m²·h)，阶量设定在1L/(m²·h)；

当MLSS为32g·L^-1时，以6L/(m²·h)、7L/(m²·h)、8L/(m²·h)、9L/(m²·h)作为实验每一阶段18h运行的恒定通量。实验结果表明当在以6L/(m²·h)通量运行下，中空纤维膜组件的跨膜压差的增长率为(dTMP/dt)＜0.5mbar/min；当在以7L/(m²·h)、8L/(m²·h)、9L/(m²·h)的通量运行下，中空纤维膜组件的跨膜压差的增长率(dTMP/dt)＞0.5mbar/min，可以知道在短时间内造成严重的膜堵塞现象。因此确定在MLSS为32g·L^-1时的临界通量在(6～7)L/(m²·h)之间，并以6L/(m²·h)作为此污泥浓度水平下的的可持续通量。

在污泥浓度为32g·L^-1、可持续通量6L/(m²·h)的条件下长期运行时，当中空纤维膜组件TMP≥0.45bar时首先采用CEB方式对中空纤维膜组件进行清洗作业。

然后继续在可持续通量6L/(m²·h)的条件下运行，膜渗透性在8小时内的渗透性由清洗后的145LMH/bar降低到清洗前的21LMH/bar，膜渗透性没有得到可持续性恢复。

然后进行declogging和CEB作业，采用declogging和CEB清洗之后，在24h之内膜渗透性由清洗后的145LMH/bar降低到95LMH/bar，并且可以此渗透性持续7-10天，膜渗透性可以得到可持续性恢复。

整个试验阶段膜生物反应器是在可持续通量下运行，可持通量是通过测定20g·L^-1和32g·L^-1高污泥浓度水平下的临界通量而获得，当膜堵塞程度严重时采用declogging和CEB对膜组件进行清洗，并在可持续通量条件下实现膜渗透性的可持续恢复，以延长系统的运行周期与膜组件寿命。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种防止中空纤维膜生物反应器膜堵塞的实验系统，其特征在于：包括生物池(2)和膜池(6)，所述生物池(2)通过进水泵(1)连接水源，通过蠕动泵(13)连接蔗糖储罐(10)，所述生物池(2)内设有DO探头(3)、温度探头(4)和MLSS浓度探头(5)，生物池(2)底部设有微孔曝气盘(12)；所述膜池(6)内设有膜组件(7)，膜池(6)底部设有穿孔曝气管路(15)，膜池(6)上部通过产水泵(16)连接有产水箱(8)，下部设有排泥泵(9)；所述微孔曝气盘(12)和穿孔曝气管路(15)均连接有空气压缩机(11)；所述生物池(2)和膜池(6)底部之间通过带有污泥循环泵(14)的管道连接；所述进水泵(1)、蠕动泵(13)、DO探头(3)、温度探头(4)、MLSS浓度探头(5)、污泥循环泵(14)、穿孔曝气管路(15)连接的空气压缩机(11)、排泥泵(9)和产水泵(16)均连接PLC；所述PLC与SCADA系统相互连接。

2.根据权利要求1所述的一种防止中空纤维膜生物反应器膜堵塞的实验系统，其特征在于：所述生物池(2)内设有液位计，所述膜组件(7)出口设有连接SCADA系统的压力传感器和超声流量计。

3.根据权利要求1所述的一种防止中空纤维膜生物反应器膜堵塞的实验系统，其特征在于：所述膜组件(7)底部100mm以下设有穿孔曝气管路(15)。

4.根据权利要求1所述的一种防止中空纤维膜生物反应器膜堵塞的实验系统，其特征在于：所述膜组件(7)为一组帘式的聚偏氟乙烯中空纤维帘式膜，膜孔径为0.04μm，膜的有效过滤总面积为46.4m²。