CN212174736U - 动态膜生物反应器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及净化反应器，尤其是涉及一种实现小能耗、小阻力、低成本的动态膜生物反应器，包括相互连通的氧化反应单元和膜反应单元，氧化反应单元内安装有提供氧气的曝气组件，所述膜反应单元的上部与出水管连通；所述膜反应单元内设置冲洗鼓气组件，用于清洗该膜反应单元内设置的管式膜组件，所述管式膜组件为动态管式膜组件，且其包括多根单管，各所述单管由一外管包裹多根内管构成。本新型采用管式纤维动态膜，防止了膜污染问题，出水阻力小，耗能小，膜组件成本低，取材范围大，容积负荷高，运行管理自动化；另，本新型所述反应器的系统为无循环泵，无循环管，具有易于操作，降低了建造和运行成本等优点，以解决现有技术中存在的技术问题。

Description

动态膜生物反应器

技术领域

本实用新型涉及净化反应器，尤其是涉及一种实现小能耗、小阻力、低成本的动态膜生物反应器。

背景技术

膜生物反应器是高浓度有机废水处理、生活污水处理、水回用等领域最有前途的生物废水处理技术之一，是21世纪高新技术在水处理中的突出应用。

为了方便工业的生存和安装，提高膜的效率，达到最大膜片容积范围，膜通常在一定的驱动力下组装在一种基础设备上，膜组件是膜生物反应器技术的核心部件，其性能直接影响膜生物反应器的投资、运行成本和使用寿命。工业上常用的膜组件有五种：板式和框架式、螺旋式、管式、中空纤维式和毛细管式。前两种使用平板膜，后三种使用管状膜。最后三个差异的主要原因是管式膜的规格不同。它们的一般规格是：管式膜直径>10mm；毛细管式为0.5~10.0mm；中空纤维式<0.5mm。

在设计与实际运行过程中，膜组件需具有以下条件：

1、对膜可以提供足够的机械支撑，流道通畅，无流动死角或静水区，进水与透过液分开；2、能耗较小，其流态设计应尽量减少浓差极化，提高分离效果；3、具有尽可能高的装填密度，膜安装和更换方便；4、组件装置牢靠，成本低，易维护；5、具有良好的机械、化学和热稳定性。

但，现有的膜反应器普遍存在容积负荷低、存在污泥膨胀问题、运行管理复杂，占地面积较大；且膜本身价格高昂，膜的使用寿命较短，出水阻力较大的问题；

且，实现上常见的分置式膜生物反应器由于其动力消耗较大，加压泵提供较高的压力，造成膜表面高速错流，延缓膜污染，这是其动力费用大的原因，每吨出水的能耗为2~10kW·h，约十传统活性污泥法能耗的10~20倍；一体式膜生物反应器由于膜组件浸没在生物反应器的混合液中，污染较快，且清洗较为麻烦，需将膜组件从反应器中取出。

因此，如何解决现有技术中存在的容积负荷低、污泥膨胀、占地面积较大、膜本身价格高昂且寿命较短，出水阻力较大的技术问题是本领域技术人员需要解决的重要问题之一。

实用新型内容

为解决上述问题，本实用新型提供一种动态膜生物反应器的技术方案，其包括相互连通的氧化反应单元和膜反应单元，所述氧化反应单元上下分别与进水管及排污体连通，且下部安装有提供氧气的曝气组件，所述膜反应单元的上部与出水管连通；

所述膜反应单元内设置冲洗鼓气组件，用于清洗该膜反应单元内设置的管式膜组件，其中：

所述管式膜组件为动态管式膜组件，且其包括多根单管，各所述单管由一外管包裹多根内管构成。

进一步优选的：所述氧化反应单元包括生物接触氧化反应箱，所述生物接触氧化反应箱内的多根盾式半软性填料串，各盾式板软性填料串上设置有多个串接的盾式板软性填料体；

所述生物接触氧化反应箱的上、下端分别通过导流管及回流管与膜反应单元连通，形成于氧化反应单元及膜反应单元之间循环流动的结构。

进一步优选的：所述导流管上安装有一液泵。

进一步优选的：所述进水管装于所述生物接触氧化反应箱的上部，其上安装有温度计及PH计；所述排污体为安装有排泥放空阀的排污管或排污口。

进一步优选的：所述膜反应单元包括膜组件箱及所述管式膜组件，所述管式膜组件的进口与所述导流管连通；所述冲洗鼓气组件置于所述管式膜组件的下方。

进一步优选的：所述管式膜组件的进口还与一气泵连通。

进一步优选的：所述冲洗鼓气组件包括冲洗鼓气管及空气压缩机，所述冲洗鼓气管与所述空气压缩机连通，以供气；所述冲洗鼓气管位于所述管式膜组件下方，并与该管式膜组件连通。

进一步优选的：所述出水管上安装有真空表、液体流量计、紫外线灯及出水水质监测器。

进一步优选的：各所述单管由一外管包裹8根内管构成。

进一步优选的：所述8根内管间隔且呈环形的分布于所述外管内，各所述内管沿所述外管的轴向设置。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：

1、本实用新型中所述生物接触氧化反应器，具有容积利用率高、污泥产量低、污泥不膨胀、操作管理简单、占地面积小等优点；

2、本实用新型所述生物接触氧化反应器的输出阻力低，只有水平偏差才能满足需要，采用稀滤或超滤过滤可大大增加水流量，输出压力和吸入压力大大降低；

3、本实用新型所述生物接触氧化反应器使用方便，不需要循环泵和管道，从而降低了建设和运营成本；

4、本实用新型所述生物接触氧化反应器提高处理系统冲击强度和效率的填料装置，降低反应器中悬浮活性污泥的浓度，减少膜污染，保证较高膜通量；

5、本实用新型所述生物接触氧化反应器安装有温度计及pH计，进行检测，从而有效的能于出水时监测水质。在水质发生变化时可以及时发现，避免造成巨大的损失；

6、本实用新型所述生物接触氧化反应器采用盾式半软性填料，既有一定的刚性又有一定的柔软性。具有较强的重新布水、布气能力，传质效果好，对有机物去除效果高，耐腐蚀，不易堵塞，安装方便灵活，还具有节能、降低运行费用的特点。

附图说明

图1是本实用新型实施例中所述动态膜生物反应器的示意图；

图2是本实用新型实施例中所述冲洗鼓气组件的冲洗原理示意图；

图3是本实用新型实施例中所述管式膜组件的任一单管结构示意图；

图4是本实用新型实施例中所述盾式板软性填料体的示意图。

具体实施方式

实现上常见的分置式膜生物反应器由于其动力消耗较大，加压泵提供较高的压力，造成膜表面高速错流，延缓膜污染，这是其动力费用大的原因，每吨出水的能耗为2~10kW·h，约十传统活性污泥法能耗的10~20倍；一体式膜生物反应器由于膜组件浸没在生物反应器的混合液中，污染较快，且清洗较为麻烦，需将膜组件从反应器中取出。

发明人针对上述技术问题，经过对原因的分析，不断研究发现一种动态膜生物反应器的技术方案，其包括相互连通的氧化反应单元和膜反应单元，所述氧化反应单元上下分别与进水管及排污体连通，且下部安装有提供氧气的曝气组件，所述膜反应单元的上部与出水管连通；

所述膜反应单元内设置冲洗鼓气组件，用于清洗该膜反应单元内设置的管式膜组件，其中：

所述管式膜组件为动态管式膜组件，且其包括多根单管，各所述单管由一外管包裹多根内管构成。

上述技术方案中，采用管式纤维动态膜，防止了膜污染问题，出水阻力小，耗能小，膜组件成本低，取材范围大，容积负荷高，运行管理自动化；另，本新型所述反应器的系统为无循环泵，无循环管，具有易于操作，降低了建造和运行成本等优点，以解决现有技术中存在的技术问题。

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。

实施例：

如图1所示，一种动态膜生物反应器的技术方案，其包括相互连通的氧化反应单元和膜反应单元，所述氧化反应单元上下分别与进水管1及排污体2连通，且下部安装有提供氧气的曝气组件，所述膜反应单元的上部与出水管3连通，所述膜反应单元内设置冲洗鼓气组件，用于清洗该膜反应单元内设置的管式膜组件。

如图1所示，所述氧化反应单元包括生物接触氧化反应箱4，所述生物接触氧化反应箱4内的多根盾式半软性填料串5，各盾式板软性填料串5上设置有四个串接的盾式板软性填料体，形成四层填料结构；所述多根盾式半软性填料串5下方设置有所述曝气组件，该曝气组件包括曝气管6及与曝气管供氧的空气压缩机A；

所述进水管1装于所述生物接触氧化反应箱4的上部，其上安装有温度计7及PH计8，该进水管1上还安装有液位计13，该液位计置于所述生物接触氧化反应箱4的上部；所述排污体2为安装有排泥放空阀的排污管或排污口；所述生物接触氧化反应箱4的上、下端分别通过导流管4-1及回流管4-2与膜反应单元连通，形成于氧化反应单元及膜反应单元之间循环流动的结构。

如图1所示，所述膜反应单元包括膜组件箱9，及装于所述模组件箱9内的所述管式膜组9-1件，所述管式膜组件9-1的进口与所述导流管4-1连通，其下方连通有一冲洗鼓气组件；所述出水管3位于所述膜组件箱9的内腔上方，且其安装有真空表10、液体流量计11、紫外线灯及出水水质监测器12；所述导流管4-1上安装有一液泵14；所述出水管3包括集水管及与其连通的出水管本体，所述集水管置于所述膜组件箱内腔顶部，吸取上清液。

如图1所示，所述管式膜组件9-1的进口还与一气泵15连通，所述管式膜组件9-1为动态管式膜组件，且其包括多根单管9-11，各所述单管由一外管9-111包裹多根内管9-112构成。在本实施例中：结合图3所示，各所述单管9-11由一外管9-111包裹8根内管9-1121构成，所述8根内管9-112间隔且呈环形的分布于所述外管9-111内，各所述内管9-112沿所述外管9-111的轴向设置。

如图1所示，所述冲洗鼓气组件包括冲洗鼓气管16及空气压缩机A，所述冲洗鼓气管16与所述空气压缩机A连通，以供气；所述冲洗鼓气管16位于所述管式膜组件9-1下方，并与该管式膜组件9-1连通。

结合图1及图2所示，所述冲洗鼓气组件的冲洗原理说明：

所述冲洗鼓气管9-1的两端分别通过第一开关B-1、第二开关B-2与鼓风机（即空气压缩机）连通，其两端端处分别设置有第三开关B-3及第四开关B-4，常态曝气下时，所述第一及第二开关B-1、B-2处于开启状态，第三、第四开关B-3、B-4处于关闭状态；在曝气清洗状态下：第二及第三开关B-2、B-3处于开启状态，而第一及第四开关B-1、B-4处于关闭状态，释放冲洗鼓气管9-1内空气泥水混合物逆流进入冲洗鼓气管9-1，通过进入冲洗鼓气管9-1内的空气将污泥排出。

如图1所示，本实施例中所述动态膜生物反应器相关设计参数计算及汇总，如下：

1、设计进出水质

其中，经过所述动态膜生物反应器净化的出水水质达到《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）中Ⅳ类水质要求；

2、计流量

Q=5000m³/d；Qa=208.33m³/h；

3膜组件、膜箱选型设计

3.1 膜组件选型

膜材料：涤纶；

膜面积：1.53㎡/片；

膜孔径：0.5μm；

载体内层为刚性支撑层，选用PPR管，开有直径15μm小孔，开孔率超过70%，外层为无纺布，外管材质为有机玻璃；

外管孔径为490mm，PPR管孔径为120mm，无纺布包覆层厚度为1mm，膜管外径为122mm，管长度为4m；

3.2 运行过程及参数

MBR工艺中，曝气池采用“连续曝气，间歇抽吸”的工作方式；

过滤：8.5min；

空曝气：1.5min；

总计：10min；

膜控制通量设计为 1.5 m³/（m²·d）= 62.5 L/（m²·h）；

3.3 过程时间计算

膜系统工作时间：

运行周期：10min；

间歇时间：1.5min；

每日实际运行时间：24h×8.5min÷10min=20.4h；

3.4 处理水量计算

膜瞬时过滤水量=5000m³/d÷20.4h/d=245m³/h；

3.5 膜元件数量核算

管式膜组件外管横截面积为0.101m²，膜管横截面积为0.0117m²；

单个外管可容纳膜管数：0.101÷0.0117=8.63，取8个；

膜控制通量设计为62.5L/（m²·h）；

总膜面积：245m³/h×1000L/m³÷62.5 L/m²·h=3920m²；

膜元件计算数量：3920m²÷1.53m²/片=2562.1片；

管式膜组件48片为1件，12件为一组；

膜箱数量计算：2562片÷48片/件÷12 =4.4个，取5个；

本处理系统分2列，每列5个膜箱；

真实膜元件数量：5×48×12=2880片；

真实膜面积：2880×1.53m²=4406.4m²；

3.6 膜通量校验

真实平均膜通量：245m³/h×1000L/m³÷4406.4㎡=55.6 L/（m²·h）；

最大时的膜通量：245m³/h×1000L/m³×1.2÷3939.8㎡=66.72 L/（m²·h）；

66.72 L/（m²·h）= 1.60 m3/（m²·d）；

1<1.60<2.4；

符合设计要求

3.7 管式膜反冲洗频率与时间

反冲洗频率：120min，一次；

反冲洗时间：每次冲洗30s；

3.8 曝气系统防堵措施

曝气管清洗频率：6h，一次；

曝气管清洗时间：每次清洗时间为1min；

4 生物接触氧化反应器曝气设计

4.1 填料选择

填料采用盾式半软性填料（参阅图4所示）

4.2 氧化池工艺计算

BOD负荷取：2.0kg/（m³/d）=2000 g/（m³/d）；

V=5000m³/d×（300 mg/L—50 mg/L）/2000 g/（m³/d）= 737.5m³；

氧化池有效容积为737.5m³；

氧化池容积为740.0m³；

滤料层总高为3m；

氧化池总面积：740m³÷3m=247m²；

每格氧化池面积为 25m²；

氧化池格数：247m²÷25m²=9.88 ,取10个；

校核接触时间：25m²×3m×10÷5000m³×24=3.6h；

氧化池有校接触时间为3.6h；

超高：0.5m；填料上水深 0.5m；填料层间隙高 0.3m ; 配水区高度 1.5m；填料层数为4层；

氧化池总高：3m+0.5m+0.5m+1.5m+（4-1）0.2m=5.8m

取汽水比D₀ =15m³/m^3；

需气量：15×5000=75000 m³/d

每格需气量：75000/10=7500 m³/d；

7500 m³/d÷25 m²÷60min/h÷24h/d=0.208m³/min；

曝气量：0.21m³/min；

5 其他设备选型计算

5.1 产水泵

每列单独设置产水泵，按最大流量处理量计，产水泵设计流量为：

5000 m³/d×1.2÷20.4h/d÷2=147m³/h；

5.2 鼓风机

本反应器设置两台空气压缩机，每台设计流量为56m³/min÷2=28 m³/min。

本实用新型虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本实用新型，任何本领域技术人员在不脱离本实用新型的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此本实用新型的保护范围应当以本实用新型权利要求所界定的范围为准。

Claims (10)

1.动态膜生物反应器，其特征在于：其包括相互连通的氧化反应单元和膜反应单元，所述氧化反应单元上下分别与进水管及排污体连通，且下部安装有提供氧气的曝气组件，所述膜反应单元的上部与出水管连通；

所述膜反应单元内设置冲洗鼓气组件，用于清洗该膜反应单元内设置的管式膜组件，其中：

所述管式膜组件为动态管式膜组件，且其包括多根单管，各所述单管由一外管包裹多根内管构成。

2.根据权利要求1所述的动态膜生物反应器，其特征在于：所述氧化反应单元包括生物接触氧化反应箱，所述生物接触氧化反应箱内的多根盾式半软性填料串，各盾式板软性填料串上设置有多个串接的盾式板软性填料体；

所述生物接触氧化反应箱的上、下端分别通过导流管及回流管与膜反应单元连通，形成于氧化反应单元及膜反应单元之间循环流动的结构。

3.根据权利要求2所述的动态膜生物反应器，其特征在于：所述导流管上安装有一液泵。

4.根据权利要求2所述的动态膜生物反应器，其特征在于：所述进水管装于所述生物接触氧化反应箱的上部，其上安装有温度计及PH计；所述排污体为安装有排泥放空阀的排污管或排污口。

5.根据权利要求3所述的动态膜生物反应器，其特征在于：所述膜反应单元包括膜组件箱及所述管式膜组件，所述管式膜组件的进口与所述导流管连通；所述冲洗鼓气组件置于所述管式膜组件的下方。

6.根据权利要求5所述的动态膜生物反应器，其特征在于：所述管式膜组件的进口还与一气泵连通。

7.根据权利要求5所述的动态膜生物反应器，其特征在于：所述冲洗鼓气组件包括冲洗鼓气管及空气压缩机，所述冲洗鼓气管与所述空气压缩机连通，以供气；所述冲洗鼓气管位于所述管式膜组件下方，并与该管式膜组件连通。

8.根据权利要求1所述的动态膜生物反应器，其特征在于：所述出水管上安装有真空表、液体流量计、紫外线灯及出水水质监测器。

9.根据权利要求1所述的动态膜生物反应器，其特征在于：各所述单管由一外管包裹8根内管构成。

10.根据权利要求9所述的动态膜生物反应器，其特征在于：所述8根内管间隔且呈环形的分布于所述外管内，各所述内管沿所述外管的轴向设置。

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