浸没式膜分离装置及其运行方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种浸没式膜分离装置及其运行方法，尤其涉及用于膜分离过程中膜污染控制的浸没式膜分离装置及其运行方法。
【背景技术】
[0002]已有技术的膜生物反应器是传统活性污泥法与新兴的膜分离技术相结合的产物，它利用膜分离组件代替了传统工艺中的二沉池，不仅可以大大减小占地面积，还显著提高了固液分离的效率，使出水水质得到明显改善。膜化学反应器是将化学反应过程与膜分离过程集成一体，如在自来水净化过程的化学絮凝与膜分离过程集成一体，或将生物发酵反应与膜分离过程集成一体，膜反应器包括膜生物反应器和膜化学反应器，做为其主体的膜分离装置，一般都是将膜单元浸没在需要分离处理的液体中，膜单元是由至少一个外压浸没式中空纤维膜组件并行排列连接而成。目前用于膜分离装置的污染控制方法，从原水水质方面是进行适当的原水预处理；从膜材料方面主要是进行材料的化学改性以提高抗污染能力；从膜组件方面主要是进行膜组件的流体结构优化设计；从浸没式膜分离装置的工程运行方面，主要是通过大量曝气来控制膜污染。曝气是将压缩空气从膜单元下方鼓入中空纤维膜丝间，利用气液两相流的冲刷扰动作用，控制污染物在中空纤维膜表面和中空纤维膜膜丝间的堆积。
[0003]目前，在浸没式膜分离装置的工程运行方面，通用的膜污染控制方法就是通入大量压缩空气进行曝气，一方面，使压缩空气在中空纤维膜丝间均匀分布，并且实现各膜单元间均匀曝气是技术难点，另一方面，不均匀曝气容易导致局部膜丝受力过大，发生断丝问题。同时，膜生分离装置的主要运行成本产生于产生压缩空气的鼓风机耗电。另外，采用鼓风曝气的方式，无法实现厌氧膜分离过程，使膜生物反应器技术的应用领域受到限制，如不能用于厌氧膜生物反应过程。
[0004]在本发明人提出的申请号为2014104880176的专利申请《浸没式膜分离装置及其运行方法》中，提出了一种浸没式分离膜装置，其膜单元的特征在于膜丝的上端部在牵引电机的提升下，进行上下提升运动，使膜单元的中空纤维膜丝与水体发生机械冲刷作用，从而防止污染物在中空纤维膜表面和中空纤维膜膜丝间的堆积。但膜丝的上端部仅进行上下提升运动，对于膜丝间的相互摩擦作用还不够强。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提供一种浸没式膜分离装置及其运行方法，该膜分离装置及其膜污染控制方法，可以实现膜分离装置更低成本的稳定运行。
[0006]本发明的目的是由以下技术方案实现的。
[0007]本发明浸没式分离膜装置，包括水槽、产水抽出栗、数个膜单元、膜单元框架、摆动滑轮和牵引电机；数个膜单元分别浸没设置在水槽内，产水抽出栗与水槽的膜单元通过产水管连接；数个膜单元中的多个膜单元之间通过平衡杆连接构成一个平衡组，多个平衡组之间通过联动绳构成一个联动组；牵引电机通过牵引部件与连接膜单元的平衡杆连接，
[0008]在该牵引电机的提升下，连接绳沿着本发明所设置的摆动滑轮移动，使膜单元的上端部进行蛇形摆动上下提升运动；膜单元的下端部则固定在膜框架底部。
[0009]前述牵引电机设置在膜单元上或者设置在水槽外部，该牵引电机为一台或者数台，每台牵引电机输出端连接一个或者数个牵引部件。
[0010]前述的浸没式分离膜装置，其中:该平衡杆的两个悬臂端分别通过转动连接件与两个膜单元上端连接；该联动绳的两悬臂端分别通过转动连接件与相邻两个平衡杆的相邻端连接。
[0011]本发明浸没式膜分离装置的运行方法，通过牵引电机的机械牵引和摆动滑轮的导引作用，使位于水槽内的数个膜单元的上端部在周期性纵向上下运动的同时，还发生横向蛇形摆动，强化膜单元的中空纤维膜丝与水体的机械冲刷作用，从而防止污染物在中空纤维膜表面和中空纤维膜膜丝间的堆积，该膜单元分别置于各自的膜单元框架内；在牵引电机的提升下，连接膜单元的上端部与平衡杆的连接绳，沿着摆动滑轮提升，从而使膜单元的上端部进行蛇形向上提升运动；膜单元的下端部则固定在膜框架底部；与此同时，膜单元的上端部在重力作用下，向下进行蛇形下降运动；当牵引电机停止牵引时，在平衡配重的重力作用下，膜单元的上端部在重力作用下，向下进行蛇形下降运动，与此相应地，膜单元的上端部被重力提升进行蛇形向上运动，随着电机的周期性牵引，此过程循环进行。
[0012]前述的浸没式膜分离装置的运行方法，所述牵引电机牵引膜单元的上端部，上下纵向升降的速度为30至300厘米/秒，上下纵向位移量为20至100厘米；通过摆动滑轮11的斜槽角度及其槽径的设置，使上端部的左右横向位移量为10至50厘米，横向位移速度为20至200厘米/秒。
[0013]本发明浸没式膜分离装置及其运行方法的有益效果是:取消了浸没式膜装置常规的鼓风机设置，代之以机械牵引膜丝运动，利用跷跷板重力平衡原理，大幅减少了膜单元运动所需的提升力，从而大幅减少了膜装置的运行电耗，同时，通过膜单元的上端部蛇形提升运动，进一步强化了膜丝间流体冲刷和膜丝间相互摩擦效果，膜分离过程中膜污染控制效果好。传统鼓风曝气方式下，要求使膜池中的水体发生整体翻滚运动以控制膜污染，因此能耗大，且膜污染严重，本发明的机械提升方式只使与膜丝接触部分的水体运动，实现膜丝表面的冲刷，因而能耗低，且水体中的污染物可在重力作用下自然沉降在池底，与膜丝接触的水体较为干净，对膜丝的污染程度低。本发明可以应用于耗氧膜生物反应器、厌氧膜生物反应器、膜化学反应器及其其它浸没式膜分离装置。
【附图说明】
[0014]图1为本发明的膜分离装置结构示意图
[0015]图中:
[0016]1:水槽2、21、22、23膜单元框架
[0017]3:转动接头4:平衡杆，
[0018]12:膜单元的上端部20:连接绳
[0019]11:摆动滑轮5:平衡杆的重力平衡支点
[0020]6:牵引联动绳7:牵引部件
[0021]8:牵引电机9:产水引出管
[0022]10:产水抽出栗13、14、15、16:膜单元
[0023]17:膜单元的下端部18:膜单元框架底部
[0024]31:支架A:产水。
【具体实施方式】
[0025]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明浸没式膜分离装置及其运行方法作进一步详细说明:
[0026]实施例一，如图1所示:膜单元框架设置有多个，图示为第一膜框架2、第二膜框架21、第三膜框架22、第四膜框架23，它们分别浸没在水槽I中；平衡杆4的两个悬臂端分别通过可转动的连接件3与膜单元13和膜单元14中的上端部12、24连接构成一个平衡组；5为平衡杆的重力平衡支点，固定于支架31上；同样借助另一个平衡杆连接膜单元15和膜单元16构成另一个平衡组；两个平衡组通过联动绳6和牵引部件7与牵引电机8构成一个联动组。其改进之处是:取消已有技术的高能耗的鼓风机配置，改为设置牵引电机，支架31垂直竖立固定于水槽内，也可以横向安装在水槽侧壁，也可以安装在水槽外的地面上，悬探于水槽上方，只要能为平衡杆提供支点5即可。膜单元的下端部17固定于膜框架的底部18，膜框架底部18置于水槽I的底部。
[0027]产水由产水抽出栗10经产水引出管9抽出。连接膜单元13的上端部12与平衡杆4的连接绳20绕经摆动滑轮11。摆动滑轮11可以固定在膜框架2、21、22、23的下方或上方，如图1所示的是下方，摆动滑轮11上设置有斜槽，当连接绳20被向上提升时，膜单元框架2中膜单元13的上端部12，不仅被提升向上运动，同时还在摆动滑轮斜槽的导引下发生横向摆动运动，这样就使得膜单元13的上端部12蛇形上升。
[0028]在牵引电机8的提升下，连接膜单元14的上端部24与平衡杆4的连接绳20，沿着摆动滑轮11提升，从而使膜单元的上端部24进行蛇形向上提升运动；膜单元的下端17部则固定在膜框架底部18 ;与此同时，膜单元13的上端部12在重力作用下，向下进行蛇形下降运动；当牵引电机8停止牵引时，在平衡配重的重力作用下，膜单元14的上端部24在重力作用下，向下进行蛇形下降运动，与此相应地，膜单元13的上端部12被重力提升进行蛇形向上运动。随着电机的周期性牵引，此过程循环进行。
[0029]当膜单元13的上端部12上升时，膜丝不仅纵向相对运动，从弯曲变为近于伸直，且由于摆动滑轮11斜槽的导引，还有横向蛇形摆动；当膜单元13的上端部12下降时，膜丝不仅纵向相对运动，从近于伸直变为弯曲，且由于摆动滑轮11斜槽的导引，还有横向蛇形摆动。在电机的牵引力和平衡配重的重力作用下，膜单元13的上端部12周期性上下蛇形运动，这样，从而可强化中空纤维膜丝与水体之间的机械冲刷作用，进而防止污染物在中空纤维膜表面和中空纤维膜膜丝间的堆积。相比于单纯的上下提升，本发明增加的横向摆动运动，进一步强化了膜丝间流体冲刷和膜丝间相互摩擦效果，可以更好地防止污染物在中空纤维膜膜丝间的堆积。与空