专利名称：转刷式膜生物反应器的制作方法
技术领域：
本发明属于膜生物反应器领域，特别涉及到一种转刷式膜生物反应器。
背景技术：
公知的膜生物反应器，其中膜分离取代了传统水处理技术中的二沉池，具有微生物浓度高，耐冲击负荷，出水水质好，SRT与HRT可独立控制，剩余污泥产量少，占地面积小等优点。但膜污染引起膜通量衰减快，所需膜面积的投资大，克服膜污染的能耗高，加上污泥浓度高，氧传质效率低，耗氧量大，是阻碍膜生物反应器技术广泛应用的瓶颈问题。
膜污染可分为内部污染和外部污染，内部污染指小于膜孔的物质在膜孔中的堵塞和吸附；外部污染指固体物质通过物化作用与膜紧密结合所形成的沉积层，包括泥饼层和凝胶层污染；其中，沉积层污染是膜污染的主要部分，克服沉积层污染是解决膜污染问题的有效途径之一。根据水力学理论，流体在靠近膜表面的速度等于零，而自表面至远，流速有一个逐步加大的速度梯度[Yao-Bo Fan，Ju-Si Wang，et al，Treatment of a Dying Wastewater from A Woolen Mill UsingAn A/O Membrane Bio-Reactor，Journal of EnvironmentalScience(China)，2000，Vol 12(3)344-488]。不论错流的速度(平均速度)有多么大，靠近膜表面一定范围内总有一个流体流动速度等于零或近乎等于零的滞流层。在这个滞流层中存在着不能够靠错流冲刷去的沉积层，这个沉积层被称为边界层或膜污染边界层。水中溶质的运动方式有两种，由液相指向膜面的运动和远离膜面的扩散运动，当污染物远离膜面的运动速度大于污染物指向膜面运动速度时不存在边界层污染，当污染物远离膜面的运动速度等于污染物指向膜面运动速度时边界层厚度基本恒定，当污染物远离膜面的运动速度小于污染物指向膜面运动速度时边界层厚度逐渐增加。为了克服边界层，防止膜沉积层的污染，必须保持非常大的错流速度提高污染物远离膜面的运动速度，分体式膜生物反应器通常采用提高循环水流流速的方式，一体式膜生物反应器采用增大曝气量提高水流剪切力的方式。这种方法虽然削弱了边界层的污染，却使能耗大大增加了，分体式膜生物反应器能耗通常在2～12kW.h/m3，一体式膜生物反应器由于不需要高速循环水流，能耗可降至0.3～0.6kW.h/m3。此外，普通膜生物反应器采用的穿孔曝气产生膜面的水流剪切以防止膜污染，这种曝气方式有氧传质效率低的缺点。
在膜污染严重，膜通量不能满足要求或难以维持在较经济的水平时，通常采用定期化学清洗或机械清洗的方法。化学清洗可有效去除凝胶层和膜孔污染，但需要取出膜组件置于另一备好的池内或放出污泥，操作复杂；机械清洗主要解决泥饼层的污染，通常采用自来水冲洗后，海绵球擦洗的方式，也需要取出膜组件。在工程应用中都有操作复杂的缺点。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有在线机械清洗功能和无泡曝气功能的转刷式膜生物反应器，通过转刷和亲水膜丝之间的摩擦作用达到对膜丝机械清洗的效果，克服膜边界层污染。采用憎水膜无泡曝气代替穿孔管鼓泡曝气，使生物反应器的氧利用率，可以从穿孔管的3～7％提高到100％。该发明较适宜于家庭或运输工具如火车上用的小型水处理器的开发应用。
本发明的转刷式膜生物反应器，包括生物反应器、转刷、膜组件；所述的转刷由可调速电动机、基架和毛刷组成，转刷的直径以能与膜接触相互摩擦为准；所述的膜组件包括亲水膜组件和憎水膜组件，亲水膜组件由膜和集水管组成，膜组件横向放置，膜保持松弛，转刷旋转时膜向外扩张形成一定弧度，憎水膜组件由膜丝和鼓气管组成，可以平行置于亲水膜组件外围；可调速电动机带动基架和毛刷旋转使生物反应器液体循环流动并辅助充氧；所述的生物反应器为圆柱形，生物反应器上连有进气管、排气管、进水管、出水管等，进气管与鼓气泵连接，出水管与出水泵连接。
废水经格栅由进水泵泵入污水箱，经进水管进入生物反应器，被生物降解后，抽吸泵抽吸经膜过滤得到的出水集于集水管，流入出水管进入净水箱。
所述的亲水膜组件可以采用中空纤维微滤膜、中空纤维超滤膜或平板膜，憎水膜组件为中空纤维膜；转刷包括各种形态和材料，毛刷为排刷，转刷转动利于水流提升和循环流动。
本发明转刷式膜生物反应器的工作原理是转刷旋转带动毛刷旋转与亲水膜产生摩擦使污染物难以在膜表面沉积，此外，转刷旋转使液体循环流动，在膜表面形成剪切力防止污染物沉积。
转刷旋转时，使池内液体不断循环流动，从而不断更新气液接触面和不断吸氧；转刷旋转在其周围形成水跃，使液体剧烈搅动而卷进空气；转刷旋转形成负压吸入空气起到辅助曝气作用。
空气和纯氧由进气管进入鼓气管，在一定压力作用下，膜内的气体透过膜壁以肉眼看不见的微泡进入水相，实现无泡曝气。
这样，本发明就实现了转刷在线机械清洗亲水膜和辅助曝气，憎水膜无泡曝气的功能。
本发明的膜生物反应器工艺简单，采用转刷在线机械清洗亲水膜使膜生物反应器使用高效无泡供氧成为可能，采用憎水膜无泡供氧解决了普通膜生物反应器技术曝气氧传质效率低的问题，降低了传统膜生物反应器技术的曝气能耗；本发明膜生物反应器处理废水，可做到出水COD＜50mg/L，水质达到国家建设部颁布的生活杂用水标准，膜通量可保证在8～15L/m2.H。本发明膜生物反应器还可在小规模处理其它类型废水中使用。
图1.本发明转刷式膜生物反应器的俯视图；图2.本发明转刷式膜生物反应器的侧视图；图3.本发明转刷式膜生物反应器的正视图；图4.本发明转刷式膜生物反应器的透视图；图5.采用本发明转刷式膜生物反应器优选实施例1工艺流程图。
附图标记1.亲水膜2.集水管3.亲水膜组件4.出水管5.憎水膜6.鼓气管7.憎水膜组件8.进气管9.可调速电动机 10.基架 11.毛刷 12.转刷
13.进水管14.膜生物反应器 15.出气管16.格栅17.污水箱18.转刷式膜生物反应器19.净水箱20.进水泵21.抽吸泵具体实施方案为了更好地理解本发明，下面结合附图和实施例描述本发明的技术方案。
实施例1参见附图1、2、3和4。亲水膜组件3膜丝为中空纤维微滤膜1，一端封闭，一端连接于集水管2，两个膜组件3横向放置，膜丝1松弛，可向外形成弧度，集水管2与出水管4连通。憎水膜组件7膜丝为中空纤维膜5，与亲水膜组件3平行放置。转刷12由可调速电动机9、基架10和毛刷11组成，可调速电动机旋转带动基架10和毛刷11旋转。生物反应器14为圆柱形，其上连接有进气管8、进水管13、出水管4和排气管15，内置转刷12。废水经进水管13进入生物反应器14内，憎水膜组件7无泡充氧使反应器14内氧气充足，废水在反应器14内被生物降解后，经膜丝1过滤出水。反应器14内转刷12旋转带动毛刷11旋转，毛刷11与亲水膜丝1之间产生摩擦，对膜丝有机械清洗作用，使膜丝通量维持在较高的水平，并有为生物反应器14辅助充氧的作用。膜丝1过滤出水集于集水管2内，流入出水管4得到处理出水。
请参见图5。图5表示本发明转刷式膜生物反应器在水处理工艺中的应用，包括进水泵20、污水箱17、转刷式膜生物反应器18、抽吸泵21及净水箱19。对模拟生活污水的人工配水进行处理，其COD为300～1000mg/L。废水经格栅16泵入污水箱17内，由进水泵泵入转刷式膜生物反应器18，废水中的可生物降解物质在反应器内被微生物吸附、降解。出水由抽吸泵21经膜丝泵出进入净水箱19内待用。出水COD小于50mg/L，水质达到建设部颁布的生活杂用水标准，可回用用于冲厕。膜通量可维持在8～15L/m2.h，大大减少了传统膜生物反应器工艺中的曝气能耗。
权利要求
1.一种转刷式膜生物反应器，包括生物反应器，亲水膜组件和憎水膜组件、转刷；其特征是所述的转刷式膜生物反应器可以包含憎水膜无泡曝气的高效曝气设备和转刷机械清洗亲水膜的清洗设备。所述的亲水膜组件由亲水膜和集水管组成。所述的憎水膜组件由憎水膜和鼓气管组成。所述的生物反应器为圆柱形，连有进气管、进水管、出水管和排气管，出水管与集水管相连通。所述的转刷包括可调速电动机、基架和毛刷。
2.如权利要求1所述的亲水膜组件，其特征是所述的膜组件可以是一个、两个和多个，横向放置，膜保持松弛，转刷旋转时膜向外扩张形成一定弧度。
3.如权利要求1所述的憎水膜组件，其特征是所述的憎水膜组件可与亲水膜组件平行放置。
4.如权利要求1所述的膜组件，其特征是所述的亲水膜是中空纤维超滤膜、中空纤维微滤膜和平板膜，憎水膜是中空纤维膜。
5.如权利要求1所述的转刷，其特征是所述的转刷包括可调速电动机、基架和毛刷，毛刷可以连接于基架上，毛刷经调整以能与膜接触产生摩擦为准。
6.如权利要求5所述的电动机，其特征为所述的电动机为可调速电动机，电动机旋转带动基架和毛刷旋转。
7.如权利要求4所述的毛刷，其特征是所述的毛刷包括各种形状和材料，材料需有一定强度且长期运行不损坏膜。
8.如权利要求1所述的生物反应器，其特征是所述的生物反应器为圆柱形，有盖、进气、进水、出水、排气管道。
全文摘要
本发明属于膜生物反应器领域，特别涉及到一种转刷式膜生物反应器。包括膜组件、转刷和生物反应器；所述的膜组件包括用于透水的亲水膜组件和用于曝气的憎水膜组件；亲水膜组件由膜和集水管组成，膜横向放置，松弛，转刷旋转时膜向外扩张形成一定弧度，膜的两个末端分别连接于两个集水管；憎水膜组件置于亲水膜组件外围，由膜丝和鼓气管组成，膜丝两端连接于两个鼓气管；所述的生物反应器为圆柱形，连接有进气管、进水管、出水管和排气管；所述的转刷由可调速电动机、基架和毛刷组成，电动机旋转带动基架和毛刷旋转，转刷直径以能接触亲水膜产生摩擦为准；本发明的转刷式膜生物反应器能耗低、工艺简单、占地面积小、适用于中小型水处理器的开发与应用；转刷式膜生物反应器处理废水的膜通量可保证在8～15L/m
文档编号C02F3/02GK1509994SQ0215875
公开日2004年7月7日 申请日期2002年12月26日 优先权日2002年12月26日
发明者樊耀波, 徐慧芳, 柯林楠 申请人:中国科学院生态环境研究中心