CN211620065U - 基于芬顿反应的双膜自清洗式膜生物反应器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种基于芬顿反应的双膜自清洗式膜生物反应器，包括膜反应罐和H₂O₂循环机构，所述膜反应罐内设置有改性分离膜，将膜反应罐内部分隔为内层和外层，所述膜反应罐外层顶部设置有第一输入口，底部设置有第一输出口，所述第一液体泵的输出端通过连接管与第一输入口连接，所述第一液体泵的输入端通过连接管与H₂O₂储液罐的输出端连接，第一输出口与H₂O₂储液罐的输入端连接，第一液体泵用于将H₂O₂储液罐内的H₂O₂溶液泵入膜反应罐内。本实用新型提出一种具有超滤加清洗一体化功能的双膜结构，引入芬顿反应对超滤膜管进行有效的周期性清洗，可降低膜污染对超滤系统带来的负面影响同时保证系统连续可靠的运行。

Description

基于芬顿反应的双膜自清洗式膜生物反应器

技术领域

本实用新型涉及水处理领域，具体的讲是基于芬顿反应的双膜自清洗式膜生物反应器。

背景技术

超滤膜技术(UF)是一种能够净化、分离和浓缩溶液的膜透过分离技术，介于纳滤和微滤之间。这种技术不仅可以分离水质中一些微小的悬浮颗粒和胶体，还能有效去除水体中的细菌、微生物和虫类等，从而大幅提升水质。除此之外，与传统的水处理技术相比，超滤膜技术还具有操作简单、耗能少和净化效率高等明显优势，因而这种技术已被广泛应用在市政污水处理、饮用水净化，海水淡化，含油废水及生活污水处理等方面。

膜生物反应器(MBR)是一种由膜分离单元与生物处理单元相结合的新型水处理技术，可以超滤系统为核心，进料液以一定的流速通过膜表面，水分子在一定的压力驱动下透过膜，而悬浮物、胶体、大分子有机物和微生物等被截留，从而达到净化分离的目的。随着膜技术的发展，膜材料和制造成本的降低，超滤技术近年来也发展迅速，通过提高膜通量、选择性和耐久性来保持其良好的可持续性和经济性。但不可避免的，膜表面会沉积滞留的胶体颗粒和大分子物质等，导致过滤阻力增大和过滤效率的降低，进而改变膜的渗透性和选择性。因此，作为超滤技术应用在水处理中的最主要限制因素，关于膜污染的减污控制研究一直是实际应用的焦点。

芬顿反应(Fenton reaction)的实质是利用过氧化氢(H₂O₂)与二价铁离子进行链反应催化生成氧化性极强的羟基自由基，可将有机化合物如羧酸、醇、酯类氧化为无机态，具有去除难降解有机污染物的高能力，特别适用于生物难降解或一般化学氧化难以奏效的废水氧化处理。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是针对以上不足，提供一种基于芬顿反应的双膜自清洗式膜生物反应器，提出一种双膜结构，引入芬顿反应对原有超滤膜管进行有效清洗，降低膜污染对超滤系统带来的负面影响。

为解决以上技术问题，本实用新型采用以下技术方案：

基于芬顿反应的双膜自清洗式膜生物反应器，其特征在于，包括膜反应罐和H₂O₂循环机构，所述H₂O₂循环机构包括H₂O₂储液罐和第一液体泵，所述膜反应罐内设置有改性分离膜，所述改性分离膜将膜反应罐内部分隔为内层和外层，所述膜反应罐外层顶部设置有第一输入口，底部设置有第一输出口，所述第一液体泵的输出端通过连接管与第一输入口连接，所述第一液体泵的输入端通过连接管与H₂O₂储液罐的输出端连接，所述第一输出口与H₂O₂储液罐的输入端连接，所述第一液体泵用于将H₂O₂储液罐内的H₂O₂溶液泵入膜反应罐内，所述膜反应罐内层顶部设置有污水入口，底部设置有污水出口，所述膜反应罐内层内竖直设置有若干中空纤维膜管，所述中空纤维膜管的顶部固定于膜反应罐顶部内侧，所述中空纤维膜管的底部均与净水输送管连接，所述污水入口与污水输入管连接，所述污水出口与污水输出管连接，所述净水输送管的另一端与水箱连接，所述净水输送管上设置有第二液体泵，所述第二液体泵用于将中空纤维膜管过滤得到的净水泵入水箱。

进一步的，所述膜反应罐的形状为圆筒型，所述改性分离膜的形状为圆筒型，所述改性分离膜竖直设置于膜反应罐内，且于膜反应罐同轴，所述内层的为圆筒型区域，所述外层为圆环型区域。

进一步的，所述膜反应罐的形状为立方体型，所述改性分离膜的形状为矩形片体，所述改性分离膜的数量为两个，两个所述改性分离膜竖直设置于膜反应罐内，两个所述改性分离膜均与膜反应罐侧壁平行，两个改性分离膜之间的区域为内层，改性分离膜与膜反应罐之间的区域为外层。

进一步的，所述H₂O₂循环机构有两套，两套所述H₂O₂循环机构对称设置于膜反应罐两侧。

进一步的，所述中空纤维膜管由聚偏氟乙烯制成，孔径大小为20-100nm。

进一步的，所述改性分离膜为超滤膜，所述超滤膜表面涂覆有纳米颗粒涂层，所述纳米颗粒为FeSO₄或Fe₂O₃纳米颗粒。

本实用新型采用以上技术方案后，与现有技术相比，具有以下优点：

本实用新型具有一体化自清洗功能，可免去装卸清洗工作，更加方便快捷；相对于传统的反冲洗和气洗工艺，本实用新型通过芬顿反应来对膜进行清洗，降低清洗过程中对膜丝造成的损坏，从而延长膜寿命，降低更换膜的成本；清洗过程中结合物理冲刷和氧化处理，可有效去除难溶污染物、大分子有机物等，更加高效实用；本实用新型中的芬顿反应可在无需外加铁基催化剂的条件下进行，将可减少铁基催化剂的使用及清理工作；通过液体泵的自动进液实现了膜反应器的周期性清洗，保证系统可以连续可靠的运行。

下面结合附图和实施例对本实用新型进行详细说明。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为膜反应罐一种实施方式的截面示意图；

图3为膜反应罐另一种实施方式的截面示意图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、膜反应罐；11、改性分离膜；12、第一输入口；13、第一输出口；14、污水入口；15、污水出口；16、中空纤维膜管；2、H₂O₂储液罐；3、第一液体泵；4、净水输送管；5、水箱；6、第二液体泵。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”“顺时针”“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

如图1所示，基于芬顿反应的双膜自清洗式膜生物反应器，包括膜反应罐1和H₂O₂循环机构，所述H₂O₂循环机构包括H₂O₂储液罐2和第一液体泵3，所述膜反应罐1内设置有改性分离膜11，所述改性分离膜11将膜反应罐1内部分隔为内层和外层，所述膜反应罐1外层顶部设置有第一输入口12，底部设置有第一输出口13，所述第一液体泵3的输出端通过连接管与第一输入口12连接，所述第一液体泵3的输入端通过连接管与H₂O₂储液罐2的输出端连接，所述第一输出口13与H₂O₂储液罐2的输入端连接，所述第一液体泵3用于将H₂O₂储液罐2内的H₂O₂溶液泵入膜反应罐1内，所述膜反应罐1内层顶部设置有污水入口14，底部设置有污水出口15，所述膜反应罐1内层内竖直设置有若干中空纤维膜管16，所述中空纤维膜管16的顶部固定于膜反应罐1顶部内侧，所述中空纤维膜管16的底部均与净水输送管4连接，所述污水入口14与污水输入管连接，所述污水出口15与污水输出管连接，所述净水输送管4的另一端与水箱5连接，所述净水输送管4上设置有第二液体泵6，所述第二液体泵6用于将中空纤维膜管16过滤得到的净水泵入水箱5。

如图2所示，作为一种实施方式，所述膜反应罐1的形状为圆筒型，所述改性分离膜11的形状为圆筒型，所述改性分离膜1竖直设置于膜反应罐1内，且于膜反应罐1同轴，所述内层的为圆筒型区域，所述外层为圆环型区域。

如图3所示，作为一种实施方式，所述膜反应罐1的形状为立方体型，所述改性分离膜11的形状为矩形片体，所述改性分离膜11的数量为两个，两个所述改性分离膜11竖直设置于膜反应罐1内，两个所述改性分离膜11均与膜反应罐1侧壁平行，两个改性分离膜11之间的区域为内层，改性分离膜11与膜反应罐1之间的区域为外层。

作为一种实施方式，所述H₂O₂循环机构有两套，两套所述H₂O₂循环机构对称设置于膜反应罐1两侧。

作为一种实施方式，所述中空纤维膜管16由聚偏氟乙烯制成，孔径大小为20-100nm。

作为一种实施方式，所述改性分离膜11为超滤膜，所述超滤膜表面涂覆有纳米颗粒涂层，所述纳米颗粒为FeSO₄或Fe₂O₃纳米颗粒。

使用时，通过污水输入管向膜反应罐内层内输入污水/废水，同时打开第二液体泵，污水/废水在流经中空纤维膜管时，由于负压作用，污水/废水中的水原子透过中空纤维膜管进入中空纤维膜管内，过滤后得到净水，在第二液体泵的作用下从净水输送管泵入水箱中，未完全过滤的污水/废水会从污水出口流出。

在超滤过程中，污水/废水中的污染物会在膜表面或膜孔内积累，随着时间的推移，膜的渗透性逐渐下降，需要清洗；

清洗时，关闭污水入口，停止污水/废水输入，打开第一液体泵将H₂O₂储液罐内的H₂O₂溶液泵入膜反应罐外层内，在第一液体泵的压力作用下，H₂O₂溶液透过改性分离膜并对改性分离膜进行冲洗，同时H₂O₂与改性分离膜表面的铁离子发生芬顿反应，得到具有强氧化性的羟基自由基，具有强氧化性的羟基自由基对中空纤维膜管进行深层次清洗，未完全透过改性分离膜的H₂O₂溶液通过第一输出口流回H₂O₂储液罐，待膜通量恢复，停止第一液体泵，打开污水出口将清洗中空纤维膜的H₂O₂溶液和羟基自由基从污水出口排出，完成一次清洗过程；

为了保持膜的设计通量，可以对第一液体泵的进液频次进行设置，使膜反应罐中的超滤系统进行周期性的自动清洗过程；

膜反应罐在污水/废水的处理过程中会伴随着生物的生长并消耗有机物，因此在进行自动清洗过程时需停止废水/污水处理，清洗和废水/污水处理需交替进行，不可同时开启。

以上所述为本实用新型最佳实施方式的举例，其中未详细述及的部分均为本领域普通技术人员的公知常识。本实用新型的保护范围以权利要求的内容为准，任何基于本实用新型的技术启示而进行的等效变换，也在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.基于芬顿反应的双膜自清洗式膜生物反应器，其特征在于，包括膜反应罐（1）和H₂O₂循环机构，所述H₂O₂循环机构包括H₂O₂储液罐（2）和第一液体泵（3），所述膜反应罐（1）内设置有改性分离膜（11），所述改性分离膜（11）将膜反应罐（1）内部分隔为内层和外层，所述膜反应罐（1）外层顶部设置有第一输入口（12），底部设置有第一输出口（13），所述第一液体泵（3）的输出端通过连接管与第一输入口（12）连接，所述第一液体泵（3）的输入端通过连接管与H₂O₂储液罐（2）的输出端连接，所述第一输出口（13）与H₂O₂储液罐（2）的输入端连接，所述第一液体泵（3）用于将H₂O₂储液罐（2）内的H₂O₂溶液泵入膜反应罐（1）内，所述膜反应罐（1）内层顶部设置有污水入口（14），底部设置有污水出口（15），所述膜反应罐（1）内层内竖直设置有若干中空纤维膜管（16），所述中空纤维膜管（16）的顶部固定于膜反应罐（1）顶部内侧，所述中空纤维膜管（16）的底部均与净水输送管（4）连接，所述污水入口（14）与污水输入管连接，所述污水出口（15）与污水输出管连接，所述净水输送管（4）的另一端与水箱（5）连接，所述净水输送管（4）上设置有第二液体泵（6），所述第二液体泵（6）用于将中空纤维膜管（16）过滤得到的净水泵入水箱（5）。

2.根据权利要求1所述的基于芬顿反应的双膜自清洗式膜生物反应器，其特征在于，所述膜反应罐（1）的形状为圆筒型，所述改性分离膜（11）的形状为圆筒型，所述改性分离膜（11）竖直设置于膜反应罐（1）内，且于膜反应罐（1）同轴，所述内层的为圆筒型区域，所述外层为圆环型区域。

3.根据权利要求1所述的基于芬顿反应的双膜自清洗式膜生物反应器，其特征在于，所述膜反应罐（1）的形状为立方体型，所述改性分离膜（11）的形状为矩形片体，所述改性分离膜（11）的数量为两个，两个所述改性分离膜（11）竖直设置于膜反应罐（1）内，两个所述改性分离膜（11）均与膜反应罐（1）侧壁平行，两个改性分离膜（11）之间的区域为内层，改性分离膜（11）与膜反应罐（1）之间的区域为外层。

4.根据权利要求1所述的基于芬顿反应的双膜自清洗式膜生物反应器，其特征在于，所述H₂O₂循环机构有两套，两套所述H₂O₂循环机构对称设置于膜反应罐（1）两侧。

5.根据权利要求1所述的基于芬顿反应的双膜自清洗式膜生物反应器，其特征在于，所述中空纤维膜管（16）由聚偏氟乙烯制成，孔径大小为20-100nm。

6.根据权利要求1所述的基于芬顿反应的双膜自清洗式膜生物反应器，其特征在于，所述改性分离膜（11）为超滤膜，所述超滤膜表面涂覆有纳米颗粒涂层，所述纳米颗粒为FeSO₄或Fe₂O₃纳米颗粒。

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