专利名称：具有自由端的梳状膜－生物反应器的制作方法
技术领域：
本发明属于污水处理领域，特别涉及一种具有自由端的梳状膜-生物反应器。
背景技术：
膜-生物反应器(Membrane Bioreactor，MBR)是一种将膜分离技术与微生物学、生物化学等相结合进行废水处理的新型、高效的工艺，与传统的生化污水处理技术相比，具有固液分离效果好、生化效率高、出水水质优、设备集中、占地面积小、污泥浓度高、污泥负荷低、便于管理和自动控制等优点。膜-生物反应器主要由生物反应器和膜分离器(膜组件)两部分组成。生物反应器主要是废水中污染物降解的主要场所；膜分离器(膜组件)主要是进行固液分离、并对一些大分子化合物起到截留作用，所使用的膜一般为超滤或微滤膜。膜-生物反应器可分为分体式膜-生物反应器(RMBR)和一体式膜-生物反应器或浸没式膜-生物反应器(SMBR)。
RMBR的工艺流程是，生物反应器内的活性污泥和废水的泥水混合液在泵的增压作用下进入膜组件，其中混合液中的水透过膜成为处理出水，其余物质随浓缩液回流到生物反应器内。这种反应器的优点是出水通量大、易于检修、不影响生物反应池等，最大的缺点是由于活性污泥含量高导致非常严重膜污染以及污泥的高回流量造成的动力消耗过高。为了减少动力消耗，又提出了SMBR，即将膜组件置于生物反应器内，通过泵和负压抽吸作用得到膜过滤出水，能耗较RMBR低，但是由于膜组件浸没在活性污泥混合液中，所以仍存在膜污染、膜出水通量低和较高的曝气能耗等问题。针对上述问题，已有较多的专利和文章对此提出了一定的解决方法。如CN1509994A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；如CN1509800A和CN1509801A提供一种由株式膜组件构成的浸入式中空纤维膜组件单元，此膜组件能使单位体积内膜的填充密度高，并且具有集水和布气双重功能；如CN1843973A提供一种帘式膜组件，此膜组件的中空纤维呈“U”型形式，开口端粘结在上部集合管上，U型丝的下端是自由端，在U型的下端膜丝之间的空隙部位加装一根打孔管作为插入管，插入管与曝气管相连且开孔朝上。这种帘式膜组件具有不易污染、膜丝间不积存污泥、清洗膜丝方便、提高膜组件出水效率的优点。以上的发明在一定程度上缓解了膜污染和曝气能耗等问题，但是存在着膜组件结构较为复杂、安装与拆洗不方便、透水率仍不够高等缺陷。
发明内容
本发明的目的是为了降低膜-生物反应器在水处理时的能耗、防止膜污染并维持较高的出水通量，提供一种具有自由端的梳状膜-生物反应器。
它具有膜-生物反应池，膜-生物反应池内设有挡板，挡板将膜-生物反应池分成污泥混合氧化区与膜组件出水区两部分，污泥混合氧化区与膜组件出水区底部相通，污泥混合氧化区上部设有液面控制器，膜-生物反应池底部设有曝气头，膜组件出水区内设具有自由端的梳状膜组件，具有自由端的梳状膜组件依次与第三阀门、出水管、真空压力表、出水抽吸泵、净水箱相连，出水抽吸泵与时间继电器相连，虹吸管路与真空压力表、净水箱相连，曝气头依次与气体流量计、第二阀门、曝气泵相连，液面控制器依次与第一阀门、原水箱相连。
所述的具有自由端的梳状膜组件为一个或多个并联。具有自由端的梳状膜组件包括集合管、中空纤维微孔膜丝、编织绳，中空纤维微孔膜丝一端封闭、另一端与集合管相通，在靠近集合管的中空纤维微孔膜丝上设有编织绳，中空纤维微孔膜丝封闭端向上或向下。中空纤维微孔膜丝的孔径为0.1～0.4μm。曝气头的曝气量为250L/h～500L/h。液面控制器采用浮球液位阀或超声波液面控制器。出水抽吸泵间歇抽滤出水，出水抽吸泵抽/停时间比为10min～14min/2～3min。出水抽吸泵形成3m以上的负压液位差后，关闭出水抽吸泵，经虹吸管路自动出水。
本发明的具有自由端的梳状膜组件，一端封闭、另一端开口，开口端粘结在集合管上，封闭端是自由端，在靠近集合管的开口端膜丝之间加以一道或一道以上的编织。因此在MBR池内，下部曝气头不断吹入空气，上升的气泡可以使膜丝自由摆动，可起到膜丝自清洁作用；上升的气泡与膜丝及膜丝与膜丝之间发生摩擦可使活性污泥难于附着在膜表面上；并且由于膜丝的一端封闭端是自由端，固不会积存污泥。同时发挥以上作用大大降低了膜污染。用挡板将膜-生物反应器的污泥池分成污泥混合氧化区与膜组件出水区两部分，确保原水与活性污泥进行充分混合和一定的水力停留时间，提高了生化效率。利用虹吸原理自动出水，又进一步降低了装置的能耗。因而本发明提供的一种具有自由端的梳状膜-生物反应器，具有结构简单、安装制作方便、抗污染能力强、膜丝间不容易积存污泥、清洗膜丝方便、膜组件出水效率高且稳定、能耗低等优点。
图1是具有自由端的梳状膜-生物反应器结构示意图；图2是本发明的具有自由端的梳状膜组件结构示意图；图3是本发明的具有自由端的梳状膜组件摆动示意图；图4是本发明的具有自由端的梳状膜组件集成单元示意图；图中原水箱1、第一阀门2、曝气泵3、第二阀门4、气体流量计5、膜-生物反应池6、曝气头7、挡板8、液面控制器9、具有自由端的梳状膜组件10、第三阀门11、出水管12、真空压力表13、出水抽吸泵14、时间继电器15、虹吸管路16、净水箱17、集合管18、中空纤维微孔膜丝19、编织绳20、膜组件集成单元21。
具体实施例方式
如图1所示，具有自由端的梳状膜-生物反应器具有膜-生物反应池6，膜-生物反应池内设有挡板8，挡板将膜-生物反应池分成污泥混合氧化区与膜组件出水区两部分，污泥混合氧化区与膜组件出水区底部相通，污泥混合氧化区上部设有液面控制器9，膜-生物反应池底部设有曝气头7，膜组件出水区内设具有自由端的梳状膜组件10，具有自由端的梳状膜组件依次与第三阀门11、出水管12、真空压力表13、出水抽吸泵14、净水箱17相连，出水抽吸泵与时间继电器15相连，虹吸管路16与真空压力表13、净水箱17相连，曝气头7依次与气体流量计5、第二阀门4、曝气泵3相连，液面控制器9依次与第一阀门2、原水箱1相连。所述的液面控制器9采用浮球液位阀或超声波液面控制器。出水抽吸泵14间歇抽滤出水，出水抽吸泵14抽/停时间比为10min～14min/2～3min。出水抽吸泵14形成3m以上的负压液位差后，关闭出水抽吸泵，经虹吸管路16自动出水。
如图2所示，具有自由端的梳状膜组件10包括集合管18、中空纤维微孔膜丝19、编织绳20，中空纤维微孔膜丝一端封闭、另一端与集合管相通，在靠近集合管的中空纤维微孔膜丝上设有编织绳，中空纤维微孔膜丝封闭端向上或向下。中空纤维微孔膜丝19的孔径为0.1～0.4μm。
曝气头释放的气泡很容易使膜组件的膜丝摆动(图3)，上升的气泡与膜丝及膜丝与膜丝之间发生摩擦使活性污泥难于附着在膜表面上，因而可以大大降低膜污染，维持较高的出水通量，并且保证了出水稳定和出水水质良好。并且由于膜组件结构简单，挂上的活性污泥可以很容易地被清洗下来。编织绳起到定位和保护的作用，使中空纤维微孔膜丝在MBR反应器中不会因底部曝气而散乱，膜丝的开口端也不容易被折断。曝气头7的曝气量为250L/h～500L/h。
如图4所示，具有自由端的梳状膜组件10为一个或多个并联。多个具有自由端的梳状膜组件并联固定在出水管上。作为举例，具有自由端的梳状膜组件包括用聚丙烯(PP)通过熔融拉伸法制成的中空纤维微孔膜丝，膜的孔径为0.1～0.2μm，外径为450μm，膜丝有效长度为20cm，第1道编织绳距集合管约2cm，第2道编织绳距第1道编织绳约2cm，这样膜丝能在一定空间上下和左右方向摆动，并且不会因底部曝气而散乱。其膜组件集成单元是由2个具有自由端的梳状膜组件组成，自由端向下进行安装，有效膜面积为0.90m2。具有自由端的梳状膜-生物反应装置请参照图1，包括原水箱，液面控制器、由污泥混合氧化区与膜组件出水区两部分分割而成的生物反应池、具有自由端的梳状膜组件、曝气泵、抽吸水泵、相应管道和阀门。
对人工配污水进行处理，其废水的CODCr值为220～380mg/L。膜-生物反应器在温度为22～26℃，污泥浓度为5～8g/L，曝气量为310L/h，抽停时间比为9min/1min，抽吸压力为0.025Mpa条件下连续运行100天，其中膜没有进行任何物理或化学清洗，其出水通量维持在9～12L/m2·h，其出水CODCr小于25mg/L，CODCr去除率大于90％，出水浊度小于1NTU。在上述条件下连续运行100天之后，具有自由端的梳状膜组件上基本没有积存活性污泥。
权利要求
1.一种具有自由端的梳状膜-生物反应器，其特征在于具有膜-生物反应池(6)，膜-生物反应池内设有挡板(8)，挡板将膜-生物反应池分成污泥混合氧化区与膜组件出水区两部分，污泥混合氧化区与膜组件出水区底部相通，污泥混合氧化区上部设有液面控制器(9)，膜-生物反应池底部设有曝气头(7)，膜组件出水区内设具有自由端的梳状膜组件(10)，具有自由端的梳状膜组件依次与第三阀门(11)、出水管(12)、真空压力表(13)、出水抽吸泵(14)、净水箱(17)相连，出水抽吸泵与时间继电器(15)相连，虹吸管路(16)与真空压力表(13)、净水箱(17)相连，曝气头(7)依次与气体流量计(5)、第二阀门(4)、曝气泵(3)相连，液面控制器(9)依次与第一阀门(2)、原水箱(1)相连。
2.根据权利要求1所述的一种具有自由端的梳状膜-生物反应器，其特征在于，所述的具有自由端的梳状膜组件(10)为一个或多个并联。
3.根据权利要求1所述的一种具有自由端的梳状膜-生物反应器，其特征在于，所述的具有自由端的梳状膜组件(10)包括集合管(18)、中空纤维微孔膜丝(19)、编织绳(20)，中空纤维微孔膜丝一端封闭、另一端与集合管相通，在靠近集合管的中空纤维微孔膜丝上设有编织绳，中空纤维微孔膜丝封闭端向上或向下。
4.根据权利要求1所述的一种具有自由端的梳状膜-生物反应器，其特征在于，所述的中空纤维微孔膜丝(19)的孔径为0.1～0.4μm。
5.根据权利要求1所述的一种具有自由端的梳状膜-生物反应器，其特征在于，所述的曝气头(7)的曝气量为250L/h～500L/h。
6.根据权利要求1所述的一种具有自由端的梳状膜-生物反应器，其特征在于，所述的液面控制器(9)采用浮球液位阀或超声波进行液面控制。
7.根据权利要求1所述的一种具有自由端的梳状膜-生物反应器，其特征在于，所述的出水抽吸泵(14)间歇抽滤出水，出水抽吸泵(14)抽/停时间比为10min～14min/2～3min。
8.根据权利要求1所述的一种具有自由端的梳状膜-生物反应器，其特征在于，所述的出水抽吸泵(14)形成3m以上的负压液位差后，关闭出水抽吸泵，经虹吸管路(16)自动出水。
全文摘要
本发明公开了一种具有自由端的梳状膜－生物反应器。它具有膜－生物反应池，反应器池内设有挡板，挡板将反应器池分成污泥混合氧化区与膜组件出水区，污泥混合氧化区与膜组件出水区底部相通，污泥混合氧化区上部设有液面控制器，膜－生物反应池底部设有曝气头，膜组件出水区内设具有自由端的梳状膜组件，它依次与第三阀门、出水管、真空压力表、出水抽吸泵、净水箱相连，出水抽吸泵与时间继电器相连，虹吸管路与真空压力表、净水箱相连，曝气头依次与气体流量计、第二阀门、曝气泵相连，液面控制器依次与第一阀门、原水箱相连。本发明具有结构简单、制作方便、膜组件不易污染、膜丝间不容易积存污泥、膜丝清洗方便、出水效率高且稳定、能耗低等优点。
文档编号C02F3/10GK101062809SQ20071006803
公开日2007年10月31日 申请日期2007年4月13日 优先权日2007年4月13日
发明者徐又一, 沈菊李, 张欣欣, 王建华, 朱宝库 申请人:浙江大学