一种喷射管式膜生物反应装置的制作方法

本发明属于废水处理技术领域，特别涉及一种喷射管式膜生物反应装置。

背景技术：

近年来，随着中国经济的发展，人口的快速增加，水资源短缺问题已经成为中国，乃至整个世界威胁人类生存的巨大难题。据统计，我国人口占世界的22%，淡水资源只有世界的7%，人均供水量只有世界人均占有量的1/4。我国每年因缺水造成粮食减产，导致巨大的经济损失，水资源的短缺严重地制约着经济的发展速度。另一方面，社会发展产生的城市以及工业废水直接排入水环境，严重破坏了水生态安全，对生态系统的稳定和人类健康造成极大的隐患。我国每年产生的污废水量为385亿m³，而这其中只处理了15%~20%，其他的部分则直接排入了江河胡海，破坏了河流、尤其是湖泊的自净能力，进而引发一系列水污染频发事件。因此，水资源的保护和重复利用，节约水资源已经成为现代社会亟待关注的热点，而污水回用正是解决这一难题的重要途径之一。

现有大量研究已关注城市生活污水和工业废水的处理和利用，污水处理工艺从总体上可以分为两大类：物理化学法和生物法。物理化学法是借助物理化学反应，通过投加化学试剂，将污染物质去除或者无害化，在水量较大时需要耗费大量的人力物力，运行成本较高，比较适用于有毒有害、难生物降解的工业废水。生物法可以利用微生物的降解作用去除水体中的污染物质，适用于水量较大且含大量可生化物质的城市生活污水。

现有的生物法可分为活性污泥法和生物膜法，活性污泥法是最早出现的生活污水处理方法，在SS和BOD的去除率方面具有极大的优势，生物膜法作为活性污泥法的变形，将微生物以膜状形式附着在载体表面，借助微生物群落的作用来进行污水的处理，相较于活性污泥法，生物膜法具有污泥产量少，运行费用低，抗冲击能力强等一系列优点。膜生物反应器在生物膜技术的基础上进一步发展，在现有的研究中越来越受到青睐。但是，现有的膜生物反应器在运行中仍存在一定的不足，如膜造价高、易产生膜污染、运行能耗高等，关于如何在减少膜污染的同时又降低反应器的能源消耗，实现膜的高效重复利用以及低能耗运行，仍存在巨大的研究潜力。

技术实现要素：

为了解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种可高效去除生活废水中的有机污染物的膜生物反应器装置，有效提高水质，节约能源，同时保证膜组件的有效使用寿命，达到经济环保降低成本的作用。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种喷射管式膜生物反应装置，包括：

原液供给槽1，用于容纳待处理废水；

上流式生物流化床反应器2，所述上流式生物流化床反应器2内的上部填充有颗粒活性炭隔层4；

溢流沉淀池5，所述溢流沉淀池5接于上流式生物流化床反应器2顶部的外壁上；

膜生物反应器7，其内装配有膜组件9和喷射器11，所述膜组件9包括若干张依次设置的平板膜29和喷射器11，相邻的两张平板膜29之间构成空腔，位于外侧的两张平板膜29上安装有渗透出水管道10，渗透出水管道10伸出膜生物反应器7，膜组件9通过三个平板膜29平行装置而成，污水由膜外渗透至膜内，再由安装在两侧平板膜上的渗透出水管道将渗透出水导流出来，所述膜组件9底部安装有喷射器11，所述喷射器11上连接有空气管道12，所述空气管道12伸出膜生物反应器7；

渗透储缸28，用于容纳处理后废水；

其中，所述原液供给槽1通过管道与上流式生物流化床反应器2侧壁的底部接通，废水在上流式生物流化床反应器2内自下而上流动，且经过颗粒活性炭隔层4，溢出进入溢流沉淀池5，所述溢流沉淀池5通过管道与膜生物反应器7接通，且所述溢流沉淀池5与膜生物反应器7之间的管道上安装有抽吸泵6，所述污水由外侧的两张平板膜29进入平板膜29构成的空腔，再由渗透出水管道10流出，所述渗透出水管道10伸出膜生物反应器7通过蠕动泵26连接渗透储缸28。

进一步的，所述上流式生物流化床反应器2是一个圆柱体筒体，所述上流式生物流化床反应器2筒体的外壁上包裹有扩散管3，上流式生物流化床反应器2筒体的外壁与扩散管3之间留有空隙，且位于空隙内的上流式生物流化床反应器2筒体的外壁上设置有若干气孔。

进一步的，还包括鼓风压缩机13，所述鼓风压缩机13分别通过管道连接空气管道12和扩散管3，所述鼓风压缩机13逛过管道依次连接阀门14和第一压力计15，管道穿入膜生物反应器7的侧壁与设置在其内部的空气管道12接通。

进一步的，所述溢流沉淀池5内通过一个纵向设置的隔板将其分为第一容纳腔和第二容纳腔，所述第一容纳腔接于上流式生物流化床反应器2顶部的外壁上，所述隔板的底部开设有通过孔，所述第二容纳腔的顶部通过管道与膜生物反应器7接通。

进一步的，所述渗透出水管道10向上伸出膜生物反应器7通过管道依次连接压力传感器22、蠕动泵26和渗透储缸28，且压力传感器22和蠕动泵26之间设置有一个循环装置，所述循环装置包括两个气压用转子流量计25、一正一反共两个单向阀、进水端和出水端，所述压力传感器22连接进水端，所述出水端连接渗透储缸28，所述进水端和出水端分为两路，两路均通过管道依次连接一个气压用转子流量计25和一个单向阀，所述两个单向阀方向相反。

进一步的，所述膜生物反应器7顶部的侧壁上设置有浮动开关8，所述第二容纳腔通过管道与浮动开关8相接连通溢流沉淀池5和膜生物反应器7。

进一步的，所述膜生物反应器7的侧壁内侧安装有温度传感器21和溶氧仪24，所述溶氧仪24外接显示器23，所述显示器23还与压力传感器22相接。

进一步的，还包括循环管道30，所述循环管道30的一端接于膜生物反应器7顶部的侧壁，另一端穿过膜生物反应器7底部的侧壁与其内部的喷射器11相接，所述循环管道30位于膜生物反应器7外部的部分依次连接有第二数字显示装置17、循环泵18和第二压力计19。

进一步的，所述喷射器11是一个中空的管状结构，所述管状结构的外壁上设置有若干个出水孔，所述出水孔指向相邻的两张平板膜29之间构成的空腔，所述管状结构一端密封，管状结构的另一端连接喷头33的一端，所述喷头33的另一端通过螺纹接端31与循环管道30相接，所述喷头33外套着有气室32，所述气室32与管状结构相通，气室32的作用是用来进行喷射器喷头出水反向冲力导致回水时，水的缓冲的，水可以进入这个区域而尽量不影响喷头喷射出水的运行，与喷头33的相接处且位于管状结构上设置有空气管道12，所述空气管道12与水平面呈30°夹角。

进一步的，所述第一压力计15连接有第一数字显示装置16，所述循环泵18上安装有第一变频器20，所述蠕动泵26上安装有第二变频器27。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、膜组件耦合喷射器，集通风曝气和混合搅拌为一体，使气液混合物快速进入膜组件内，保证膜壁的清洁和处理的高效运行。

2、喷射器接口留有气室，并将空气管道以水平夹角30°安装于接头处，能有效减轻水流剪切作用力，保证气体融入水体的同时不影响水体流速，保证气液混合物的高速喷射，极大得节省能源消耗。

3、循环体系使膜生物反应器内水体始终保持持续流动状态，保证膜生物反应器中水体的高混合高扰动，提高处理效果。

4、溢流沉淀池采用穿孔隔墙，减少溢流出水对沉淀底泥的冲刷。

5、上流式生物流化床反应器壁侧安装的扩散管，能够保证上流式生物流化床反应器中的高扰动状态及反应所需的溶解氧，上流式生物流化床反应器上部隔层中的呈流化态的活性炭颗粒，能够进一步去除水体中的悬浮污染物质，净化水质，减少对生物膜组件的污染。

6、所述出水孔指向相邻的两张平板膜29之间构成的空腔，直接利用处理出水由内而外冲刷膜组件，直接利用处理出水，且节省管道花费，经济高效环保。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是膜组件的结构示意图；

图3是喷射器的结构示意图；

图4是生活污水中COD的去除效率曲线图；

图5是不同MBR电能消耗量与时间变化关系曲线图；

其中：1-原液供给槽，2-上流式生物流化床反应器，3-扩散管，4-颗粒活性炭隔层，5-溢流沉淀池，6-抽吸泵，7-膜生物反应器，8-浮动开关，9-膜组件，10-渗透出水管道，11-喷射器，12-空气管道，13-鼓风压缩机，14-阀门，15-第一压力计，16-第一数字显示装置，17-第二数字显示装置，18-循环泵，19-第二压力计，20-第一变频器，21-温度传感器，22-压力传感器，23-显示器，24-溶氧仪，25-气压用转子流量计，26-蠕动泵，27-第二变频器，28-渗透储缸，29、平板膜，30-循环管道，31-螺纹接端，32-气室，33-喷头。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作更进一步的说明。

如图1-3所示，一种喷射管式膜生物反应装置，包括：

原液供给槽1，用于容纳待处理废水；

上流式生物流化床反应器2，所述上流式生物流化床反应器2内的上部填充有颗粒活性炭隔层4；

溢流沉淀池5，所述溢流沉淀池5接于上流式生物流化床反应器2顶部的外壁上；

膜生物反应器7，其内装配有膜组件9和喷射器11，所述膜组件9包括若干张依次设置的平板膜29和喷射器11，位于外侧的两张平板膜29上安装有渗透出水管道10，渗透出水管道10伸出膜生物反应器7，膜组件9通过三个平板膜29平行装置而成，污水由膜外渗透至膜内，再由安装在两侧平板膜上的渗透出水管道10将渗透出水导流出来，所述膜组件9底部安装有喷射器11，所述喷射器11上连接有空气管道12，所述空气管道12伸出膜生物反应器7；

渗透储缸28，用于容纳处理后废水；

其中，所述原液供给槽1通过管道与上流式生物流化床反应器2侧壁的底部接通，废水在上流式生物流化床反应器2内自下而上流动，且经过颗粒活性炭隔层4，溢出进入溢流沉淀池5，所述溢流沉淀池5通过管道与膜生物反应器7接通，且所述溢流沉淀池5与膜生物反应器7之间的管道上安装有抽吸泵6，所述污水由外侧的两张平板膜29进入平板膜29构成的空腔，再由渗透出水管道10流出，所述渗透出水管道10伸出膜生物反应器7通过蠕动泵26连接渗透储缸28。

所述上流式生物流化床反应器2是一个圆柱体筒体，所述上流式生物流化床反应器2筒体的外壁上包裹有扩散管3，上流式生物流化床反应器2筒体的外壁与扩散管3之间留有空隙，且位于空隙内的上流式生物流化床反应器2筒体的外壁上设置有若干气孔。

还包括鼓风压缩机13，所述鼓风压缩机13分别通过管道连接空气管道12和扩散管3，所述鼓风压缩机13逛过管道依次连接阀门14和第一压力计15，管道穿入膜生物反应器7的侧壁与设置在其内部的空气管道12接通。

所述溢流沉淀池5内通过一个纵向设置的隔板将其分为第一容纳腔和第二容纳腔，所述第一容纳腔接于上流式生物流化床反应器2顶部的外壁上，所述隔板的底部开设有通过孔，所述第二容纳腔的顶部通过管道与膜生物反应器7接通。

所述渗透出水管道10向上伸出膜生物反应器7通过管道依次连接压力传感器22、蠕动泵26和渗透储缸28，且压力传感器22和蠕动泵26之间设置有一个循环装置，所述循环装置包括两个气压用转子流量计25、一正一反共两个单向阀、进水端和出水端，所述压力传感器22连接进水端，所述出水端连接渗透储缸28，所述进水端和出水端分为两路，两路均通过管道依次连接一个气压用转子流量计25和一个单向阀，所述两个单向阀方向相反。

所述膜生物反应器7顶部的侧壁上设置有浮动开关8，所述第二容纳腔通过管道与浮动开关8相接连通溢流沉淀池5和膜生物反应器7。

所述膜生物反应器7的侧壁内侧安装有温度传感器21和溶氧仪24，所述溶氧仪24外接显示器23，所述显示器23还与压力传感器22相接。

还包括循环管道30，所述循环管道30的一端接于膜生物反应器7顶部的侧壁，另一端穿过膜生物反应器7底部的侧壁与其内部的喷射器11相接，所述循环管道30位于膜生物反应器7外部的部分依次连接有第二数字显示装置17、循环泵18和第二压力计19。

所述喷射器11是一个中空的管状结构，所述管状结构的外壁上设置有若干个出水孔，所述出水孔指向相邻的两张平板膜29之间构成的空腔，所述管状结构一端密封，管状结构的另一端连接喷头33的一端，所述喷头33的另一端通过螺纹接端31与循环管道30相接，所述喷头33外套着有气室32，所述气室32与管状结构相通，气室32用来进行喷射器喷头33出水反向冲力导致回水时，对水产生的缓冲，水可以进入这个区域而尽量不影响喷头喷射出水的运行，与喷头33的相接处且位于管状结构上设置有空气管道12，所述空气管道12与水平面呈30°夹角。

所述第一压力计15连接有第一数字显示装置16，所述循环泵18上安装有第一变频器20，所述蠕动泵26上安装有第二变频器27。

准备阶段：

将收集自实际污水处理厂的活性污泥注入MBR反应器内，并以连续渗透—反冲洗的模式（12min渗透和40s反冲洗）对其进行驯化。在此期间，保持水力停留时间为10h，曝气速率为6L/min，反冲洗速率为165ml/min。当污水中的COD去除率达到90%以上且持续时间超过7天时，驯化阶段结束。本发明中驯化阶段持续超过一个月的时间。

实施阶段：

一种喷射管式膜生物反应装置，包括：容纳生活废水的原液供给槽1，COD值为600mg/L，NH₄-N浓度为37.3mg/L，SS浓度为102.1mg/L的原始污水，依靠重力流流入上流式生物流化床反应器2，上流式生物流化床反应器2内的混合液悬浮固体颗粒（MLSS）平均浓度维持在6.5-7.5g/L，污泥停留时间（SRT）维持在25-32天之间，F/M值在0.3-0.5day^-1之间。上流式生物流化床反应器2内安装有空气扩散管3，反应出水经过上流式生物流化床反应器2内上部颗粒活性炭隔层4后通过溢流进入溢流沉淀池5，溢流沉淀池5中设置穿孔隔墙，减少溢流出水冲刷引起的沉淀扰动。溢流沉淀池通过抽吸泵6连接于膜生物反应器7，膜生物反应器7由透明的聚丙烯酸薄板制成，膜生物反应器7的有效体积为80L。污水通过浮动开关8流入膜生物反应器7，浮动开关8能保持水槽中的液体体积恒定。膜生物反应器7内污水的MLSS平均浓度维持在5.0-6.0g/L。污泥停留时间（SRT）维持在20-27天之间，F/M值在0.2-0.3day-1之间。一个平板式膜组件9由三块平行平板膜29组成，膜表面积为0.4m²，膜孔径大小平均为0.035μm，浸没在膜生物反应器7中，处理出水通过渗透出水管道10流出。

膜组件9配置有内置的喷射器11，该管子沿着长度方向依次分布有1.2mm管径的小孔，喷头33通过螺纹接端31与循环进水管道30连接，水流由进水管道30进入后经喷头33喷入喷射管，喷头内部留有气室32，并在末端喷射管接口处安装有与水平方向成30°的空气管道12，空气管道12通过阀门14和第一压力计15连接有鼓风压缩机13，第一数字显示装置16监测空气吸入速率，当气体吸入速率小于12.6L/min时阀门自动打开进行鼓风曝气。生物反应器设置循环体系，混合液体依靠循环泵18的作用通过循环进水管道30进入喷射器形式液体喷射，循环泵18的速率由第一变频器20控制，第二数字显示器17监测混合液循环流速，第二压力计19测定进水水压。液体快速喷射而引起的进口低压环境，使得空气被吸入，进一步形成气液混合流喷射入膜组件中。温度传感器21也浸没在膜生物反应器7中，并且在膜生物反应器7内安装有加热装置和冷却装置，来维持膜生物反应器7内的温度在25±2℃，膜生物反应器7中还设置有溶氧仪24，实时测定反应器中的溶解氧浓度，并与压力传感器22反应的出水水压情况一起反馈至显示器23。

膜组件9处理出水经渗透出水管道10收集后通过蠕动泵26进入16L渗透储缸28，设置第二变频器27控制蠕动泵26泵速，气压用转子流量计25安装在出水和反冲洗单向管道上，测定实时水压。

得到图4为COD初始浓度为600mg/L的生活污水在各阶段的COD去除效果曲线图，由图4中可知，膜生物反应器7在运行10个小时后处理效果逐渐下降，因此每隔10小时对膜组件9进行反冲洗。

得到图5为不同MBR电能消耗量与随处理时间变化关系曲线图，由图中可知，本发明提供的喷射管式膜生物反应装置，即淹没式MBR（喷射管）比常规淹没式MBR（扩散器）能耗量低，且所需膜组件反冲洗时间频率更低，使用寿命更长。

本发明提供一种采用喷射器提供曝气的膜生物组件，高效利用自然空气降低运行能耗，通过提升水速降低水流附近气压，进而吸入气体形成气液混流，喷射气液混合水流产生高混合高扰动环境以减缓膜内污染，有效提高水质，增加膜组件使用寿命，同时保证低能耗运行，达到绿色环保降低成本的作用。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。