一种低能耗抗污染的mbr装置及其用途
【专利摘要】本发明涉及一种低能耗抗污染的MBR装置及其用途，该由进水管、鼓风机、曝气槽、膜片、排空阀、抽吸泵、膜组器等组成。本发明的装置节省能耗、耐污染、膜薄、强度高、通量高、易清洗、成本低、易于推广应用。由于该种工艺运行费用较低，且出水水质优良，既可以单独使用，也可以作为UF或RO工艺的预处理，应用范围广。
【专利说明】—种低能耗抗污染的MBR装置及其用途
【【技术领域】】
[0001]本发明属于水处理【技术领域】。更具体地，本发明涉及一种低能耗抗污染的MBR装置(膜生物反应器，Membrane Bio-Reactor, MBR)，还涉及所述MBR装置的用途。
【【背景技术】】
[0002]膜生物反应器作为一种高效废水处理工艺，融合了传统的生物处理技术的生物降解功能和膜分离技术的高效分离功能，具有对污染物去除效率高、出水水质稳定、操作管理方便、占地面积少等优势。但是，膜的运行能耗较高一直是MBR大规模应用的限制因素。[0003]膜的能耗较高主要原因是MBR膜池中MLSS浓度(混合液悬浮固体浓度，mixedliquid suspended solids)非常高,要加大膜的通量、减缓膜污染,必须增大流速,冲刷膜表面。因此，降低曝气能耗可以减少膜的投资成本与运行成本，有利于MBR的大规模应用。
[0004]在MBR工艺中，由于膜材料本身的特性(膜孔径、膜材料)、混合液特性(污泥浓度、絮体粒径)以及操作条件(曝气强度、错流速度)等因素，微滤膜与超滤膜的临界通量一直远低于膜的纯水通量，如此导致MBR成本的提高。
[0005]而且，目前MBR技术的出水指标大大优于国家污水处理排放标准的各项指标。城市污水处理厂一级A排放标准悬浮物浓度为10mg/L，而MBR的出水远远低于该标准，大多小于 lmg/L。
[0006]许多水处理工作者对于低能耗高通量膜进行了研究，例如CN102580544A公开了一种高通量抗污染平板膜组器及平板膜装置，该平板膜组器主要是通过增加曝气箱，减少曝气死角，且曝气箱上有两个膜箱，节省曝气量。但是，这种装置只是调整工艺本身，减少能耗，并没有从根本上提高膜的性能，而且，为延缓膜污染采取射流曝气的方式，易造成喷嘴阻塞，不适合在大的膜池中使用。CN 101941759 A公开了一种弱电场减缓膜污染提高膜通量的方法，即通过在膜面后施加电场或使用导电膜上直接施加0.2-0.5V的电场，排斥污染物质，以控制和减缓膜污染。但是该方法存在电场的不稳定性，且弱电场对减缓膜污染的作用有限，而且在工程上不适合大规模应用。
[0007]由此可见低能耗高通量的MBR装置及运行工艺还存在很多技术的问题，限制了其在工程中的应用。
[0008]本发明旨在通过在标准允许的范围内降低出水水质，避免MBR出水水质过优导致运行费用增加的问题，开发一种通量大、抗污染的薄膜及运行工艺。
【
【发明内容】
】
[0009][要解决的技术问题]
[0010]本发明的目的是提供一种低能耗抗污染的MBR装置。
[0011]本发明的另一个目的是提供所述低能耗抗污染MBR装置的用途。
[0012][技术方案]
[0013]本发明是通过下述技术方案实现的。[0014]本发明提供可以在混合液中大通量运行的膜组器。该膜组器为管式膜结构，膜为0.4-5微米的大孔膜,依靠负压抽吸以40-50LMH(通量单位,升每平方米每小时,Liters persquare Meter per Hour)运行。运行方式为开7停I (即运行7min停lmin)的间歇式运行，曝气方式为脉冲式曝气，正常运行时的曝气强度为60m3/m2.h，每隔Ih有IOmin的高曝气强度150m3/m2.h，高曝气有效避免了污染物在膜上附着，减少了膜污染，且以这种曝气方式可以节省能耗。
[0015]本发明涉及一种低能耗抗污染的MBR装置。该装置由进水管1、鼓风机2、曝气槽
3、膜片4、排空阀5、真空表6、抽吸泵7、流量计8、出水阀门9与膜组器10组成。
[0016]所述的膜片4是在开孔率30~70%的筛网上刮制一层厚度75~85 μ m铸膜液所形成的膜片。
[0017]在本发明中，所使用的筛网是目前市场上销售的、由涤纶、尼龙或混合纤维材料制成的筛网。
[0018]所述的铸膜液是由以重量计4~12重量份PVDF (聚偏氟乙烯)、70~90重量份DMAC (二甲基乙酰胺)、4~10重量份PEG8000 (聚乙二醇8000)与4~12重量份PVP (聚乙烯吡咯烷酮)组成的。
[0019]所述的铸膜液是采用下述方法制备的:
[0020]使用70~85重量份DMAC作为溶剂，4_12重量份PVDF作为原料，4~12重量份PVP与4~10重量份PEG8000作为添加剂，将它们混溶，得到所述的铸膜液。
[0021]所述的PVDF、DMAC、PEG8000与PVP都是目前市场上销售的产品。
[0022]将铸膜液均匀涂覆在所述的筛网表面上，在1#凝胶浴中在温度50~70°C下浸泡5~lOmin，再在2#凝胶浴中浸泡8~12h，然后将其用30%甘油浸泡，晾干，于是形成膜片4。
[0023]所述的I#凝胶浴是20%DMAC与80%水，2#凝胶浴是纯水。
[0024]米用SEM (Scanning electron microscope,扫描式电子显微镜)对得到的膜片4进行了孔结构分析，其膜片4具有孔径为0.4~5.0 μ m的海绵状孔结构。
[0025]所述的SEM为日本日立S4800扫描电镜。
[0026]实现该技术的前提在于该膜是以网格状的筛网为基膜薄膜，膜厚度小于80微米。这样，污染物质不易进入到膜内部，且与筛网结合的部分孔较大，同以无纺布为基膜的膜相t匕，厚度减少50%，污染物质不易在膜内部积累，反清洗的效果较好。此种膜的纯水通量在0.1MPa下可以达到10000LMH(升/小时?米2)，因此在运行过程中采用50LMH的通量运行，在线化学清洗周期可以延长到3-4周。
[0027]所述膜片4是可拆卸的管式膜结构，每根组件的两端为插接式结构，由O型密封圈将每根组件与膜组器10的支撑结构保证密封。所述的膜的支撑结构是用钢丝、包塑钢丝或硬质塑料制成的硬质弹簧。
[0028]附图1为膜组件结构，该组件为管式膜结构，将制得的筛网膜附在支撑弹簧的表面，弹簧两端粘结在PVC管上，PVC管通过快插，连接的膜片上，即做成可拆卸结构的筛网膜组件。
[0029] 由于该膜内部是弹簧结构，曝气过程中膜随着水流抖动，减少了污染物在膜表面的附着。管式膜片(如附图1所示)两端采用插接式结构，如其中某根破损则可随时拆下更换，不必更换整片膜，节省了膜的更换费用。
[0030]由于膜的特殊结构使反清洗的效果很明显，所以该膜设计运行方式不完全同于常规MBR的运行工艺，在间隙运行方式上增加了在线水反洗过程。当污染物在膜表面累积到一定程度，形成凝胶层时，采用在线水气联合反洗，根据实验结果对于不同性质的混合液，清洗时间不同，通常清洗时间为4-6h，用水量为出水的2倍，时间2min，同时加大膜池曝气量到150m3/m2.h.根据计算可知，该过程占用出水量的1.1_1.7%，但是，可以延长膜的清洗周期3-4倍。
[0031]在膜的拉伸强度较大的情况下，该膜采用高低脉冲曝气的方式，高曝气时可以去除部分粘附在膜表面的污染物，但是由于本身筛网中纤维丝的作用，膜不会产生破损，且节省能耗。[0032]所述膜的运行通量是40~50LMH，该装置采用间歇运行与在线反洗相结合的方式，在停歇间隙进行在线反洗，在线反洗的水量为产水量的1.5~2倍。
[0033]附图2是该装置的结构图，该装置是由6片膜组成，所述单个膜片的结构如附图1所述，膜片为平行放置，单个膜片之间的距离为30-50mm。通过组器10的框架予以支撑。膜片的上端设有出水口，出水口与集水管相连，通过抽吸泵抽吸出水。
[0034]具体地，前段工艺的污水(例如缺氧段的出水)进入推流式好氧池，在好氧池廊道的末端1/3处安放附图2所示的装置。污水进入膜组器10，在抽吸泵7的作用下，混合液被截留在膜片4的表面，产水通过出水管排出。出水的流量(即膜通量)通过流量8与出水阀9调节控制。在膜片4运行的过程中，膜组器10底部的曝气槽3连接在鼓风机2，通过鼓风机的调节阀门调节曝气量的大小，实现高低脉冲曝气。运行一定时间后，实行在线反洗，通过反洗泵11出水反打进膜片4中，水从中空纤维膜内部留到表面，破坏表面的凝胶层，实现清洗效果。
[0035]本发明还涉及所述的MBR装置在污泥混合液分离、在生产果汁或药物时高固体含量浓缩物固液分离中的用途。
[0036]本发明高通量抗污染膜及膜工艺可以应用于对出水水质要求较宽松的项目，与常规MBR工艺相比，处理成本可以节约50%，且占地面积小，投资成本可以节约25%。
[0037][有益效果]
[0038]本发明的有益效果是:
[0039]1、节省能耗。MBR曝气能耗较高，一直是运行能耗的重要组成部分，本发明制作大通量的膜，提高膜的运行通量，节省占地面积，节省曝气能耗；2、耐污染。MBR膜污染问题一直是业界人士研究的点，该膜膜层较薄，仅为100微米左右，且表面孔较小，不易污染；3、膜薄、强度高。该膜的基膜不是无纺布，而是150-200目涤纶筛网，如此膜的内表面可以嵌在筛网中，减少膜的厚度，增加膜的强度；4、通量高。由于膜薄，且在运行过程中一直处于抖动状态，不易污染，因此膜的运行通量可以提高到50LMH左右。5、易清洗。膜易清洗，因为膜较薄，在污染较轻的时候，利用气水反洗的清洗方式可以使膜的通量恢复90%以上；6、成本低。该膜组件结构采用管式膜，内部使用弹簧支撑结构，同平板膜的结构相比，节省了膜支撑结构的费用，降低了 MBR的成本；且该膜组件采用可拆卸式，每根弹簧管的接头与组件是插接式，若其中某根膜破损，可随时更换，降低了膜的更换费用；7、易于推广应用。由于该种工艺运行费用较低，且出水水质优良，既可以单独使用，也可以作为UF或RO工艺的预处理，应用范围广。
【【专利附图】
【附图说明】】
[0040]图1是本发明低能耗抗污染的MBR装置的结构示意图。
[0041]图中:1_快插；2_PVC管；3-筛网膜；4-支撑弹簧
[0042]图2是本发明低能耗抗污染的MBR装置结构示意图。
[0043]图中:
[0044]1-进水管；2_鼓风机；3_曝气槽；4-膜片；5_排空阀；6_真空表；7_抽吸泵；8-流量计；9-出水阀门；10_组器。
[0045]图3是本发明装置与现有装置对比运行压力变化图。
【【具体实施方式】】
[0046]通过下述实施例将能够更好地理解本发明。
[0047]实施例1:本发明低能耗抗污染的MBR装置
[0048]该实施例的实施步骤如下:
[0049]本发明低能耗抗污染的MBR装置如附图2所示。它由进水管1、鼓风机2、曝气槽
3、膜片4、排空阀5、真空表6、抽吸泵7、流量计8、出水阀门9、膜组器10与反吸泵11组成。
[0050]所述的膜片4是在开孔率30%用涤纶材料制成的筛网上刮制一层厚度75 μ m的铸膜液所形成的膜片。
[0051]使用80重量份DMAC作为溶剂，4重量份PVDF作为原料，6重量份PVP与10重量份PEG8000作为添加剂，将它们混溶，得到所述的铸膜液。
[0052]将铸膜液均匀涂覆在所述的筛网表面上，在1#凝胶浴中温度60°C下浸泡8min，再在2#凝胶浴中浸泡10h，然后将其用30%甘油浸泡，晾干，于是形成膜片4。
[0053]采用SEM对得到的膜片4进行了孔结构分析，其膜片4具有孔径为0.4 μ m的海绵状孔结构。
[0054]使用长480mm、宽15mm、高IlOOmm的组件,单根膜外径为IOmm,—个组件安装32根膜，放在高1.5米高的膜池中开7停I (运行7min停lmin)间歇运行，膜池中的污泥浓度为8000mg/L,低曝气强度为60m3/m2.h,高曝气强度为150m3/m2.h,每隔6h出水反洗2min。通过抽吸泵抽吸出水，运行通量为40LMH，运行压力维持在0.002-0.0IMPa。连续运行5天后，测定了出水水质，其中COD是采用重铬酸钾法(GB11914-89 )测定的，铵态氮是采用纳氏试剂分光光度法(GB7479-87)测定的，SS (水质悬浮物)是采用重量法(GB/T11901-1989)测定的，其测定结果列于表1中。
[0055]表1:本实施例膜组件运行结果
【权利要求】
1.一种低能耗抗污染的MBR装置，其特征在于该装置由进水管(1)、鼓风机(2)、曝气槽(3)、膜片(4)、排空阀(5)、真空表(6)、抽吸泵(7)、流量计(8)、出水阀门(9)、膜组器(10)与反洗泵(11)组成。
2.根据权利要求1所述的MBR装置，其特征在于所述的膜片(4)是在开孔率30-70%的筛网上刮制一层厚度75~85 μ m铸膜液 所形成的膜片。
3.根据权利要求2所述的MBR装置，其特征在于所述的铸膜液是由以重量计4~12重量份PVDF、70~85重量份DMAC与4~10重量份PEG8000与4~12重量份PVP组成的。
4.根据权利要求2所述的MBR装置；其特征在于所述的铸膜液在凝胶浴50~70°C下浸泡5~1Om1n,然后在纯水中浸泡8~12h的条件下形成膜片(4)。
5.根据权利要求1所述的MBR装置，其特征在于所述膜片(4)的孔结构是孔径为0.4~5.0ym的海绵状孔结构。
6.根据权利要求1所述的MBR装置，其特征在于所述的筛网是由涤纶、尼龙或混合纤维材料制成的。
7.根据权利要求1所述的MBR装置，其特征在于所述膜组器(10)是可拆卸的，每根组件的两端为插接式结构，由O型密封圈将每根组件与膜组器(10)的支撑结构保证密封。
8.根据权利要求1所述的MBR装置，其特征在于所述的膜组器(10)的支撑结构是用钢丝、包塑钢丝或硬质塑料制成的硬质弹簧；
9.根据权利要求1所述的MBR装置，其特征在于所述膜的运行通量是40~50LMH，该装置采用间歇运行与在线反洗相结合的方式，在停歇间隙进行在线反洗，在线反洗的水量为产水量的1.5~2倍。
10.根据权利要求1-9中任一项权利要求所述的MBR装置在污泥混合液分离、在生产果汁或药物时高固体含量浓缩物固液分离中的用途。
【文档编号】B01D71/34GK103936139SQ201410138194
【公开日】2014年7月23日 申请日期:2014年4月8日 优先权日:2014年4月8日
【发明者】陈亦力, 李天玉, 郭莎莎, 刘明轩, 孟繁龙, 王力 申请人:北京碧水源膜科技有限公司