一种钟摆式中空纤维膜生物反应净水系统及应用
【专利说明】
(一)
技术领域
[0001]本发明涉及一种膜生物反应器，特别涉及一种钟摆式中空纤维膜生物反应器及其处理废水的方法。
(二)
【背景技术】
[0002]膜生物反应器(MBR)是集生物降解和膜分离于一体的高效新型水处理技术，与传统污水处理技术相比，其具有出水水质好、占地面积小等优点，其优越性促使MBR在污水处理方面得到高速发展。膜组件作为膜生物反应器的主要组成部分之一，它的性能及经济性是影响MBR推广与应用的重要因素。
[0003]在MBR应用过程中，膜污染问题被认为是影响膜生物反应器工艺经济性的最根本最直接的原因，其不仅影响着系统的稳定运行，还决定着膜的清洗周期与更换频率。经研宄实践发现，提高膜表面的水力剪切力是提高膜组件的过滤通量，降低膜污染最为切实有效地方法之一。因为高水力剪切力能够有效的削弱污泥絮体颗粒在膜表面的吸附与沉积作用，同时能够减轻浓差极化现象发生。动态过滤组件的发展动起始于20世纪70年代末，它的作用原理就是通过器件或膜组件本身旋转、震动或者其他的方式而在膜表面产生较强的剪切力，抑制悬浮絮体在膜表面的沉积，有效地阻碍滤饼层的形成，削减膜污染和浓差极化的影响，延缓膜通量的衰减速率。近年来，该技术受到了越来越多的关注，在化工、食品、制药和水处理等方面均取得了很好的应用效果(专利CN101565232A、CN1762555A)。虽然动态膜组件得到快速的发展，但是应用中最大难题是动态膜组件结构复杂、膜面积相对较小、膜清洗和更换困难及设备投资费用高等，因此其工业化应用方面先对较弱。为了克服这些组件的不足并提高膜生物反应器的抗污染能力以及大幅度降低运行成本，开发出能耗低、结构优良、处理能力强的新型动态膜组件成为热点。
(三)
【发明内容】
[0004]本发明目的是从运动剪切方式入手，设计出具有一定的旋转角度的新型钟摆膜组件，从而提高膜组件对水、气等流体扰动的敏感性，抑制污泥颗粒在膜表面的吸附与沉积，并增加气泡与膜面弹性碰撞，从而降低膜分离中的浓差极化现象，有效控制膜污染，维持较高的膜分离效率和通量。
[0005]本发明采用的技术方案是:
[0006]本发明提供一种钟摆式中空纤维膜生物反应净水系统，所述系统包括进水箱、生物反应器、钟摆式中空纤维膜装置、微孔曝气器和储水箱，所述进水箱通过连接有水泵的管路与生物反应器连通，所述进水箱设置有搅拌器，所述钟摆式中空纤维膜装置悬挂于生物反应器内，所述钟摆式中空纤维膜装置与储水箱连通，所述生物反应器底部设置有微孔曝气器，所述钟摆式中空纤维膜装置包括与电机连接的转轴、固定在转轴上的转动单元和中空纤维膜组件，所述的转轴悬挂于生物反应器内；所述的转动单元包括偏心轮、传动带、摆动轴承、集水管和出水管；所述偏心轮固定在所述的转轴上，所述偏心轮通过传动带与摆动轴承连接，所述摆动轴承的轴心固定有集水管，所述集水管两端分别与中空纤维膜组件的出水口连接，所述的集水管以摆动轴承为中心在中心两侧设有两个对称的出水管；所述的出水管的出口通过连接有真空压力表的管路与抽吸泵连接，所述抽吸泵连接有时间继电器，所述抽吸泵通过依次连接有单向电磁控制阀和电磁阀C的管路与储水箱连通，所述单向电磁控制阀靠近抽吸泵；所述微孔曝气器通过连接有空压机的管路与所述连接有真空压力表的管路连通且连通点设在真空压力表和抽吸泵之间，所述空压机两端分别设有电磁阀a和电磁阀b，所述电磁阀a靠近微孔曝气器，所述电磁阀a和微孔曝气器之间还设有气体流量计，所述电磁阀a和电磁阀b之间连接有微控制器；开启抽吸泵，通过微控制器开启电磁阀a，同时关闭电磁阀b进行曝气，关闭抽吸泵，通过微控制器关闭电磁阀a，同时开启电磁阀b进行气体反冲。
[0007]进一步，所述的转动单元中所述的集水管以摆动轴承为中心在中心两侧设有两个对称的出水管；所述出水管为垂直连通于集水管的径向管道，所述的径向管道以集水管为中心且两侧设有对称的出水口。
[0008]进一步，所述的出水管通过固定件与集水管连接。
[0009]进一步，所述进水箱与水泵之间设有液位控制器。
[0010]进一步，所述偏心轴上固定I?5个转动单元，所述转动单元中的偏心轮相位相同。
[0011]本发明所述钟摆式中空纤维膜装置平行于偏心轴或垂直于偏心轴方法摆动。
[0012]进一步，所述偏心轴摆动的速率为0r/min-100r/min。
[0013]进一步，所述偏心轴摆动的角度从0° -70°。
[0014]进一步，所述偏心轴摆动幅度为5cm?50cm。
[0015]进一步，所述中空纤维膜组件为外压式两端开口式膜组件。
[0016]本发明还提供一种钟摆式中空纤维膜生物反应净水系统在处理废水中的应用，具体所述的应用为:开启进水泵，通过液位控制器控制进水泵的开关，废水直接进入装有活性污泥的生物反应器内，污泥浓度为5-10g/L，通过微控制器开启电磁阀a，关闭电磁阀b，对生物反应器进行曝气，为微生物代谢降解有机物提高氧气，同时开启电机、电磁阀c和抽吸泵，对废水进行生物处理，经生物处理后的水通过中空纤维膜组件的筛分作用，进入储水箱；当膜通量降低为初始通量的5-10%左右时，关闭电机、电磁阀c和抽吸泵，并通过微控制器开启电磁阀b，关闭电磁阀a，在空压机的作用下对中空纤维膜组件进行气体反冲洗，将膜孔内的污染物质冲到反应池内，使膜通量恢复至初始通量的90%以上，停止反冲洗，然后通过微控制器开启电磁阀a，关闭电磁阀b，对生物反应器进行曝气，同时开启电机、电磁阀c和抽吸泵，对废水进行生物处理。
[0017]本发明所述的中空纤维膜组件是外压式两端开口式膜组件，选用微滤膜(孔径
1-0.01 μ m)或超滤膜(截留分子量50-100KD)，膜材质为PP、PVDF、PES、PAN、PS以及PE等。
[0018]本发明设置微控制器、电磁阀a和电磁阀b，所述膜分离装置出水口管线与空压机相连，通过微控制器实现曝气和定期自动反冲洗。
[0019]进水时由液位控制器1-4控制水泵1-3，当生物反应器1-5的液面低于设定值时，水泵开启，当反应器内液面高于设定值时，水泵停止运行，保证生物反应器内处理水量保持稳定。
[0020]所述的微孔曝气器是在生物反应器内安装有曝气管进行穿孔曝气，其与空压机相连，管线上设置了电磁阀a和气体流量计，通过垂直方向曝气和水平方向的摆动，增强反应器内流体的湍流程度，有助于对膜表面污泥和有机物的剪切冲刷。
[0021]所述的钟摆式中空纤维膜生物反应净水系统应用于难降解有机工业废水的处理中，如印染废水、造纸废水、皮革废水和含油废水等。
[0022]本发明的工作原理:两端开口式中空纤维膜组件在膜生物反应器运行过程中一直进行钟摆式运动，导致膜组件不停地与生物池内的混合液进行摩擦，同时在微孔曝气系统的作用下，从水平和垂直方向上同时增强混合液的絮动，强化湍流，阻碍混合液中污染物或胶体物质在膜表面的沉积，防止微生物在膜表面的生长，有效控制膜污染，维持膜生物反应器较高的出水通量。由于反应器中膜组件的周期性摆动，所以曝气量可以控制在非常小的范围内。
[0023]本发明所述电磁阀a、电磁阀b和电磁阀c均为电磁阀，为了便于表述而命名，字母本身没有含义。
[0024]相对于现有技术，本发明具有以下优点:(I)钟摆式中空纤维膜装置的摇摆周期性变化，使膜组件与混合液体时刻处于交变的剪切流场中，有效地阻碍污染物和微生物在膜表面的沉积，从而更有利于减轻膜污染；(2)钟摆式转动，可以实现膜旋转角度及频率的转变，更加易于膜组件摆动的控制，同时可以显著增加膜组件摆动的幅度，有利于膜污染的控制；(3)钟摆式摇摆，明显降低生物反应器中因曝气而产生的巨大能耗，节约膜生物反应器运行的成本；(4)该钟摆式中空纤维膜装置制备工艺简单，而且可填充大量中空纤维膜，增大面积，清洗更换组件方便。
(四)
【附图说明】
[0025]图1是本发明钟摆式中空纤维膜生物反应净水系统示意图，1-1进水箱，1-2搅拌器，1-3水泵，1-4液位控制器，1-5生物反应器，1-6中空纤维膜组件，1-7微孔曝气器，1-8电机，1-9空压机，1-10-1电磁阀a、1-10-2电磁阀b、1-10-3电磁阀c，1-11气体流量计，1-12微控制器，1-13真空压力表，1-14抽吸泵，1-15时间继电器，1-16单向电磁控制阀，
1-17储水箱。
[0026]图2是本发明钟摆式中空纤维膜装置示意图，2-1转轴，2-2偏心轮，2-3传动带，
2-4固定件，2-5摆动轴承，2-6集水管，2-7出水管。
[0027]图3是本发明实施例1-3膜生物反应系统的处理废水效果图。
[0028]图4是本发明实施例1-3膜生物反应系统的膜通量随运行时间变化图。
(五)
【具体实施方式】
[0029]下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述，但本发明的保护范围并不仅限于此:
[0030]如图1所示，本发明提供一种钟摆式中空纤维膜生物反应净水系统，所述系统包括进水箱1-1、生物反应器1-5、钟摆式中空纤维膜装置、微孔曝气器1-7和储水箱1-17，所述进水箱通过连接有水泵1-3的管路与生物反应器连通，所述进水箱设置有搅拌器1-2，所述钟摆式中空纤维膜装置悬挂于生物反应器内，所述钟摆式中空纤维膜装置与储水箱连通，所述生物反应器底部设置有微孔曝气器，所述钟摆式中空纤维膜装置包括与电机1-8连接的转轴2-1、固定在转轴上的转动单元和中空纤维膜组件1-6，所述的转轴悬挂于生物反应器内，所述的转动单元包括偏心轮2-2、传动带2-3、摆动轴承2-4、集水管2-6、出水管
2-7;所述偏心轮固定在转轴上，所述偏心轮通过传动带与摆动轴承连接，所述摆动轴承的轴心固定有集水管，所述集水管两端分别与中空纤维膜组件的出水口连接，所述的集水管以摆动轴承为中心在中心两侧设有两个对称的出水管；所述的出水管的出口通过连接有真空压力表1-11的管路与抽吸泵1-14连接，所述抽吸泵连接有时间继电器1