一种旋转式MABR反应器的制作方法

本实用新型涉及水处理技术领域，尤其涉及一种无泡膜曝气生物(MABR)反应器。

背景技术：

我国平均年水资源总量约为2.81×1012m³，居世界第六位。虽然水资源总量多，但人均水资源量仅为2400m³左右，不足世界人均占有量的1/4，被列为13个缺水国家之一。随着我国经济的快速发展、人口的增加以及水资源保护措施的缺乏，大量城市污水和工业废水未经妥善处理排入水体，再加上农田化肥农药流失，使水环境污染情况日益严重，不少河段的有毒有害物质含量已超出地面水标准，无法正常饮用或用于生产。

水环境质量的严重恶化和经济的高速发展，迫切要求开发适合时代发展的污水资源再利用技术，以缓解水资源的短缺。目前常用的污水处理技术主要有“混凝沉降”、“气浮”和“生化处理”等，这些方法虽然成本不高，但往往存在处理效率低、能耗高等缺点。因此，近年来各种新型、改良型的高效废水处理技术应运而生，其中膜技术和生物水处理技术的结合产生了三类膜生物反应器，即截留微生物和悬浮固体的膜生物反应器(MBR)、无泡膜曝气生物反应器(MABR)和萃取膜生物反应器(EMBR)。

在市政污水处理方面，MBR已经实现商业化，但仍存在能耗高、氧利用率低、膜污染严重等不足之处，使其应用范围受到限制。随着膜工业的发展和人们对膜技术认识的深入，膜技术和生物处理技术交叉与结合开辟了水处理技术研究和应用的新领域，使得MABR逐渐进入人们的视线。MABR工艺是采用透气性膜作为微生物生长的载体，同时又利用其为附着生长的微生物供氧的新工艺。膜的比表面积特别大，尤其是中空纤维膜的比表面积可高达5108m²/m³，因此，以膜为载体可以在很小的空间内为微生物的生长提供很大的面积。这样大大提高了单位空间内的污泥浓度。此外，由于MABR采取的是无泡曝气，它的氧气传质效率远远高于传统的曝气系统，这样就能在满足微生物对氧的需求的同时节约能源。由于MABR相对于MBR和传统的生物膜法工艺具有上述优势，因此引起了相关领域研究者的兴趣与关注。

如今的MABR反应器主要通过水的循环来实现反应器内基质的混合，且循环速度都较快，水循环所耗的能源已经成为MABR工艺的主要能耗部分。因此，如何降低此过程的能耗成为了MABR研究的一个关键问题。

技术实现要素：

(一)要解决的技术问题

本实用新型的目的在于克服现有技术缺陷，提供一种能够降低MABR工艺能耗，同时增强传质效率，并且能够进行灵活调控的旋转式MABR反应器。

(二)技术方案

本实用新型技术方案如下：

本实用新型提供了一种旋转式MABR反应器，包括中空纤维膜组件，其特征在于它还包括中空转动轴，所述中空纤维膜组件固定在中空转动轴上，所述中空转动轴能够转动，并带动中空纤维膜组件转动。

所述中空纤维膜组件设有排气阀。所述中空纤维膜组件是平面帘式中空纤维膜组件。所述平面帘式中空纤维膜组件具有进气集气管与排气集气管；所述进气集气管与排气集气管通过支撑柱连接并保持稳定；所述进气集气管与排气集气管之间固定有中空纤维膜；所述中空纤维膜呈平行或交叉帘状布置。所述的中空纤维膜是微孔膜、致密膜或复合膜，微孔膜的材料包括聚烯烃类、聚乙烯类、聚丙烯腈、聚砜类、芳香族聚酰胺、含氟聚合物、陶瓷；致密膜是硅胶膜或碳管膜；复合膜包括外表面覆盖有致密膜的微孔膜。所述中空纤维孔膜的膜孔径为0.01～0.4μm，孔隙率为40～85％，泡点为0.05～1.00Mpa。所述中空纤维膜组件横向或纵向排列。所述中空纤维膜组件中的中空纤维膜为单层或多层。所述中空纤维膜组件之间串联或并联。

(三)有益效果

1、本实用新型利用中空纤维膜组件转动搅拌来代替传统MABR工艺的快速的水循环，具有以下优点：与快速的水循环相比，用机械搅拌方式混合降低了能耗；同时增加与水流之间的相对速度，提高了传质效率，与通过水循环实现反应器中水的混匀相比，机械搅拌方式更不容易出现流动死角。

2、中空纤维膜组件既是曝气设备也是生物载体，与传统好氧活性污泥法相比，既有无泡曝气充分利用曝气的优点，又兼具生物膜法的生物量大、食物链长、微生物不易流失的优点。

3、采用平面帘式中空纤维组件，使水流方向与中空纤维膜组件方向垂直，有利于传质。

4、中空纤维膜组件设有排气阀，可以根据需要灵活选取死端式或者贯通式这两种曝气方式。

5、通过调速电机调节中空纤维膜组件的转动速度，进而控制反应器中水流对生物膜的剪切力，可以有效的控制中空纤维膜上附着的生物膜的厚度。

附图说明

图1是根据本实用新型的一种旋转式MABR反应器系统实施例结构示意图；

图2是根据本实用新型实施例的固定有平行帘状中空纤维膜的膜组件；

图3为根据本实用新型实施例的固定有交叉帘状中空纤维膜的膜组件；

图中：空压机1 储气罐2 减压阀3 气体流量计4 气压表5 旋转接头6 传送带7 调速电机8 中空转动轴9 主反应器10 进气软管11 进气集气管12 排气集气管13 中空纤维膜14 支撑柱15 排气阀16 原水箱17 进水调节阀18 液体流量计19 进水泵20 排水阀21

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本实用新型作进一步的详细说明。

本实用新型的旋转式MABR反应器将中空纤维膜组件固定在能够转动的中空纤维轴上，通过中空纤维轴的转动带动中空纤维膜组件的转动。

本实用新型在中空纤维膜组件上设有排气阀，可以根据需要灵活选取死端式或者贯通式这两种曝气方式。纯粹的贯通式曝气虽然传质效率高，但会不可避免的损失掉一部分气体，使气体中的氧不能得到充分利用；纯粹的死端曝气虽然不损失气体，但有一部分溶解在水体中给的氮气、二氧化碳和水蒸气反向扩散到中空纤维膜管内，直至达到饱和状态，最后积累在管的末段，减小有效的传热面积。本实用新型通过在中空纤维膜组件上设置排气阀，根据进入中空纤维膜组件的气体利用情况，灵活选取死端式或者贯通式曝气模式，能够充分利用气体中的氧，提高系统的利用率。

本实用新型的中空纤维膜组件采用平面帘式组件，具有进气集气管与排气集气管两段集气管，两集气管之间呈平行或交叉帘状固定有中空纤维膜。平面帘式纤维膜组件的中空纤维膜与中空转动轴在一个平面上，转动时保证了水流方向与中空纤维膜组件方向垂直，有利于传质。同时平面帘式纤维膜组件与水流接触面积大，有利于与水流的充分接触。

本实用新型中空纤维膜组件中的中空纤维膜可以是微孔膜、致密膜或复合膜，微孔膜的材料包括聚烯烃类、聚乙烯类、聚丙烯腈、聚砜类、芳香族聚酰胺、含氟聚合物、陶瓷；致密膜是硅胶膜或碳管膜；复合膜包括外表面覆盖有致密膜的微孔膜。中空纤维孔膜的膜孔径为0.01～0.4μm，孔隙率为40～85％，泡点为0.05～1Mpa。

本实用新型的旋转式MABR反应器的中空纤维膜组件可以是一个或多个。中空纤维膜组件可以横向或纵向排列。中空纤维膜组件横向排列是指所有中空纤维膜组件固定在中空转动轴上，并与地面平行；纵向排列是指所有中空纤维膜组件固定在中空转动轴上，且与地面垂直。中空纤维膜组件中固定的中空纤维膜可以是单层或多层。当有多个中空纤维膜组件时，中空纤维膜组件之间串联或并联。串联是指前一个中空纤维膜组件的排气口与后一个中空膜组件的进气口连接，并联是指中空纤维膜组件的进气口都与中空转动轴上的进气口连接。实际应用中，可以根据需要灵活设计进行中空纤维膜组件的安装和设计，以保证适应具体的情况。例如，规模小一点的反应器可以使用单层保证传质效果，而规模大一些的反应器需要多层保证整体的强度。规模小的反应器可以串联，规模大的反应器就必须并联。

本实用新型所述旋转式MABR反应器的运行方法是：将原水通入MABR反应器，中空转动轴带动中空纤维膜组件转动，中空转动轴的转速控制在5～100r/min，充氧过程中采取连续进气的方式，根据需要灵活控制排气阀的的开关，控制供气压力在中空纤维膜泡点以下，氧气在浓差和压差的驱动下，在中空纤维膜表面迅速溶解并扩散到附着在纤维膜表面的生物膜中。

本实用新型供气压力为0.05～1Mpa，污水在反应器中的水利停留时间为2～24小时，出水可直接达到排放要求。

本实用新型旋转式MABR反应器系统的技术原理为：利用供排水系统中的水泵将水箱中的污水注入主反应器的底端，最终通过出水口溢流出水；通过电气系统带动MABR反应器的中空纤维膜组件旋转来实现水的混合；通过曝气系统来控制进入中空纤维膜组件的空气的压力，达到好氧反应对于氧传质的需要；微生物紧紧附着在MABR反应器的中空纤维膜组件上生长，生物膜与中空纤维膜的接触面主要生长好氧细菌，而厌氧或缺氧菌主要生长在膜与水流的接触面。

本实用新型通过中空纤维膜组件的转动实现MABR工艺过程中的基质融合，利用机械搅拌方式代替传统的快速水循环，提高了MABR工艺中基质的融合效率和混合均匀程度，降低了MABR工艺的能耗，减少了系统工作中的死角。

实施例1

图1是根据本实用新型的一种旋转式MABR反应器系统实施例结构示意图；图2是根据本实用新型实施例的固定有平行帘状中空纤维膜的膜组件；图3为根据本实用新型实施例的固定有交叉帘状中空纤维膜的膜组件；如图2、3所示中空纤维膜组件是固定有平行或交叉帘状中空纤维膜的膜组件。其中固定有平行帘状中空纤维膜的中空纤维膜组件有上、下两段集气管，两集气管之间呈平行帘状固定有中空纤维膜微孔膜。固定有交叉帘状中空纤维膜的中空纤维膜组件具有上、下两段集气管，两集气管之间呈束状固定有中空纤维膜微孔膜。

如图1所示，一种旋转式MABR反应器系统包括曝气系统、MABR反应器、供水排水系统和电气系统。曝气系统包括空压机1、储气罐2、减压阀3、气体流量计4、气压表5、旋转接头6。空压机1依次与储气罐2、减压阀3、气体流量计4、气压表5、旋转接头6、中空转动轴9、中空纤维膜组件相连接。供水排水系统包括原水箱17、进水调节阀18、液体流量计19、进水泵20、主反应器10、排水阀21。原水箱17依次与进水调节阀18、液体流量计19、进水泵20、主反应器10、排水阀21相连接。主反应器10内设有一个或多个中空纤维膜组件。MABR反应器包括中空转动轴和中空纤维膜组件，其中中空纤维膜组件包括进气软管11、进气集气管12、排气集气管13、中空纤维膜14、支撑柱15、排气阀16，。进气集气管12依次与中空纤维膜14、排气集气管13、排气阀16相连接，进气集气管12固定在中空转动轴9上，进气集气管12上端通过进气软管11与中空转动轴9相连，进气集气管12与排气集气管13之间连接有支撑柱15保持稳定。电气系统包括调速电机8和传送带7，调速电机8通过传送带7与中空转动轴9相连接。

中空纤维膜组件是平面帘式中空纤维膜组件。平面帘式中空纤维膜组件具有进气集气管12与排气集气管13两段集气管，两集气管之间呈平行或交叉帘状固定有中空纤维膜。本实施例中中空纤维膜组件为纵向排列，系统中总共包括4个中空纤维膜组件，中空纤维膜组件之间以串联或者并联的方式进行无泡曝气。调速电机8通过传送带7带动中空转动轴9以一定的速度转动，转速控制在5～100r/min，保证主反应器10内液体的混匀和液体与中空纤维膜有充分的接触，并通过水流对生物膜的剪切力，有效的控制中控空纤维膜14上附着的生物膜的厚度。

实施例2

利用实施例1所述系统处理模拟生活污水。

中空纤维膜14选用疏水性聚偏氟乙烯膜(PVDF)材质，膜丝孔径0.1μm，膜丝内外径2.4mm/1.6mm，膜丝的有效长度为180mm，单个中空纤维膜元件的有效面积0.4m²，整个旋转式MABR反应器的总膜面积1.6m²。

本实用新型的运行参数如下：主反应器10体积为50L，水力停留时间为8h，进水COD浓度为200mg/L，进水NH₄⁺-N浓度为30mg/L，中空转动轴9转速为20r/min。具体使用过程如下：水泵将原水箱17中的污水注入主反应器10的底端，经过附着在中空纤维膜14上的生物膜的生物降解作用后，从出水口溢流出水；通过电气系统带动膜组件的旋转来实现水的混合；通过曝气系统来控制进入膜组件的空气的压力，达到好氧反应对于传质的需要，同时不影响缺氧反应，使反应器内实现同步硝化反硝化高效脱氮除COD；开启排气阀16，防止反应器中氮气与水蒸气的积累影响氧气的传递。

本实施例没有以往MABR反应器的循环泵，而是换成了机械搅拌，大大降低了能耗。与传统的活性污泥法相比，利用无泡曝气技术大幅度提高了氧气的利用效率，进而降低了曝气的费用。并且水的流向与中空纤维膜膜丝表面垂直，传质效率高。当生物膜过厚导致氧的传质效率过低，影响同步硝化反硝化时，通过适当调高转速即可增强传质并使加快生物膜的脱落。

以上所述的具体实施例，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。