专利名称：一种集成曝气式膜组件的制作方法
技术领域：
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本实用新型为一种用于膜生物反应器水处理技术的集成曝气式膜组件，用它可以减缓污 泥在膜面和膜丝间隙的沉积，从而减缓了膜污染，提高膜生物反应器运行的稳定性，降低了 运行成本。
技术背景
膜生物反应器(Membrane Bioreactor-MBR)是一种将膜分离技术与传统污水生物处理 工艺有机结合的新型高效污水处理与回用技术，近年来在国内外水处理技术领域日益得到广 泛的应用。该技术通过膜的高效分离作用，大大提高了泥水分离效率，并且由于曝气池中活 性污泥浓度的增大和污泥中特效菌的出现，提高了生化反应速率。和传统生物处理技术相比， 膜生物反应器具有明显的优势(l)能高效地进行固液分离，其分离效果好于传统的沉淀池， 出水水质良好，可以直接回用；(2)由于膜的高效截留作用，可使微生物完全截留在生物反 应器内，实现反应器水力停留时间(HRT)和污泥龄(SRT)的完全分离，使运行控制更加灵 活稳定；(3)生物反应器内能维持高浓度的微生物量，处理装置容积负荷高，节省占地面积； (4)有利于增殖缓慢的微生物如硝化细菌的截留和生长，系统硝化效率得以提高。也可截 流一些难降解有机物，有利于难降解有机物降解效率的提高；(5)膜一生物反应器一般都在 高容积负荷、低污泥负荷下运行，剩余污泥产量低，降低了污泥处理费用；(6)易于实现自 动控制，操作管理方便。
尽管膜生物反应器技术在水的处理与回用方面优势明显，但是由于MBR本身在应用过程 中存在着一些有待解决的技术难点，导致其不能迅速完全地取代传统水处理技术而在水处理 界处于主导地位。
(1) 膜造价较高，导致总体投资比常规生物处理法偏大。 但随着科学技术的发展，制膜工艺不断改进、膜材料的价格会日益下降，因此膜成本不
是限制该技术发展的主要因素。
(2) 膜污染严重，使得运行成本增加。 真正影响MBR大规模推广的主要因素是膜污染，膜污染的存在不仅给运行带来不便，而
增加运行成本。因此，膜污染形成机理的研究与控制是M服技术的研究重点。
所谓膜污染，是指处理物料中的微粒、胶体粒子或溶质大分子有机物等，由于与膜发生 物理化学相互作用或机械作用，而在膜表面和膜孔内吸附、沉淀，造成膜孔径变小或堵塞， 使水通透膜的阻力增大，妨碍了膜面上的溶解和扩散，导致膜通量不可逆下降的现象。大量 研究表明膜污染主要来源于三个方面。它们分别是滤饼层、溶解性有机物和微生物污染。滤 饼层主要是水透过膜被截流下来的部分活性污泥和胶体物质，没来得及送走就在滤压差和透 过水流的作用下堆积在膜表面，形成膜污染。属于可逆污染，其形成主要与料液的悬浮物浓 度(MLSS)有关，Defrance等研究了混合液中各组分对膜污染的影响，实验表明悬浮物 部分、胶体部分和溶解性部分对膜过滤阻力的影响分别为65%、 30%和5%; Yasutoshi研究
表明，膜通量随着MLSS浓度的升高而降低；Takeshi研究了污泥浓度(MLSS)、溶解性有机 物及混合液黏度对膜通量的综合影响，给出了膜过滤阻力(R)与这些因素的关系R = 842. 7P MLSS8926 COD1368 U。；黄霞等研究表明，当MLSS浓度过高时，污泥在膜表面沉积
形成较后污泥层，导致阻力升高和膜通量下降。
综上可知，膜污染是限制膜生物反应器推广应用的关键。在膜污染的构成中，混合液中 污泥絮体在膜面和膜丝间隙形成的泥饼层占主导作用。因此，如何预防污泥在膜面和膜丝间 隙的沉积是控制膜污染的主要目标，天津大学进行了投加粉末活性炭形成较大污泥絮体以防 止膜污染的研究，清华大学采用水动力学的方式来控制污泥在膜面的沉积；此外，许多研究 者采用间歇操作、次临界操作、加强曝气等手段以减缓膜污染的进程。除了以上膜污染的影 响因素外，膜组件的构型、膜丝方向、曝气管的相对位置等也对膜污染产生重要影响。由于 膜组件本身的构型限制，曝气管位置不能够有效设置，影响了曝气对膜丝的冲刷效果，常常 会存在得不到曝气的死区问题，从而加剧了膜污染的发展。因此，研制和开发一种可以减缓 膜污染的新型膜组件，对提高膜生物反应器运行的稳定性和经济性都具有十分重要的现实意 义。
发明内容
结合目前关于膜污染形成机理的研究成果以及膜组件构型与性能的现状，笔者提出一种 用于MBR系统的集成曝气式膜组件，旨在减缓膜生物反应器的膜污染进程，提高系统运行的 稳定性，降低运行成本，以更好地发挥膜生物反应器在我国污水处理与回用领域的作用。
本实用新型为一种集成曝气式膜组件，该膜组件由膜丝、集水管、集成曝气管三部分构 成，其中膜组件的集水管用于收集膜出水，集成曝气管起着密封末端膜丝和曝气作用，不用
额外设置曝气管。组件中膜丝所具备的特征为膜丝从上方集水管分两束张开一定角度对称
密封于下方集成曝气管内侧，张开角度的大小由单片膜组件面积大小确定，膜丝与曝气形成
的上升水流几乎平行，有利于水流对膜面的冲刷作用；组件中集成曝气管所具备的特征为 夹在两束膜丝中间的为集成曝气管的曝气区，管上开设曝气小孔，曝气产生的紊动水流直接 作用于膜丝，对膜丝起到冲刷作用，可以减轻污泥在膜面和膜丝间隙的沉积。在实际运行中， 该膜组件兼具气、水两相流，水流是指混合液通过膜丝通过集水管形成膜出水，气流是指在 膜出水的同时，底部集成曝气管产生的曝气气流，它起到对膜丝的直接冲刷作用，消除了曝 气死区的存在，从而较为有效地防止了污泥絮体在膜面和膜丝间隙的沉积，减缓了膜污染。
本实用新型的有益效果是，不仅简化了膜生物反应器工艺系统的构造(不用另设曝气管)， 更主要的是通过集成曝气管的设置，减缓了污泥在膜面和膜丝间隙的沉积，在一定程度上控 制了膜污染的发展。集成曝气式膜组件构造简单，对膜污染控制较为有效、简便。
以下结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
图l是目前采用的错流式膜组件构型及流程图。图中l.膜丝，2.集水管，3.出水管，4. 底部曝气管，5.鼓风机.
图2是目前采用的竖流式膜组件构型及流程图。图中l.膜丝，2.集水管，3.出水管，4.
图3是本实用新型的集成曝气式膜组件构型及流程图。图中1.膜丝，2.集水管，3.出 水管，5.鼓风机，6.集成曝气管.
图4是本实用新型的集成曝气式膜组件构造图。图中1.膜丝，2.集水管，6.集成曝气 管，7.中心曝气区.
具体实施方式
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图l中采用的是目前常用的错流式膜组件，其流程为反应器内混合液通过膜丝l汇集到集 水管2，通过出水管3形成膜出水，同时采用鼓风机5通过底部采用曝气管4进行曝气，形成紊 动水流冲刷膜丝。这种膜组件的弊端在于水流的方向和膜丝的方向相互垂直，不利于水流对 膜面的冲刷作用，故膜污染较为严重。
图2中采用的是目前常用的竖流式膜组件，其流程和图l所示流程完全相同，差别仅在于 膜组件的构型不同。和图l采用的错流式膜组件相比，竖流式膜组件的膜丝方向和水流方向平 行，有利于曝气产生的冲刷作用，但这种膜组件的缺点是两端均设集水管2，由于一断集水管 位于膜丝的正下方，这和底部曝气管的位置冲突，因此运行时下方的集水管会影响底部曝气 管的曝气效果，从而使膜污染加快。
集成曝气式膜组件的工作流程如图3所示，其流程与图1和图2所示的流程有所不同。不同 之处在与该膜组件只有一个集水管2，集成曝气管6取代了原错流式和竖流式膜组件的另一侧 集水管。实际运行中，反应器内混合液通过膜丝1和单一集水管2形成出水管6的膜出水；膜出 水的同时，曝气通过位于两束膜丝1中间和集成曝气管6中心的曝气区7产生紊动水流与两束膜 丝1近乎平行，它对膜丝起到直接而有效的冲刷作用，消除了曝气死区的存在，从而较为有效 地防止了污泥絮体在膜面和膜丝间隙的沉积，减缓了膜污染进程。
实用新型集成曝气式膜组件的构造如图4所示，集成曝气式膜组件包括膜丝1、集水管2、 集成曝气管6三部分，集成曝气管6取代竖流式膜组件的一侧集水管，在这里起密封末端膜 丝和曝气的作用，膜丝另一端固定于集水管2，膜丝1从上方集水管2均匀分成两束张开一 定角度对称密封于下方集成曝气管6内侧，张开角度的大小由单片膜组件面积大小确定，底 部集成曝气管6和两束膜丝1包围的区域为中心曝气区7，集成曝气管上开设若干小孔用作 曝气孔，孔径的大小和孔间距由单片膜丝的面积大小确定。
权利要求1.一种集成曝气式膜组件，该膜组件包括膜丝、集水管和集成曝气管三部分，其特征在于膜组件的上部为集水管，下部为集成曝气管，膜丝的两端分别密封在集水管和集成曝气管内。
2. 根据权利要求1所述的膜组件，其特征在于膜丝从集水管均匀分成两束对称密封于下部 集成曝气管内侧。
3. 根据权利要求1或2所述的膜组件，其特征在于末端集成曝气管(2)和两束膜丝(1) 包围的区域为中心曝气区(7),集成曝气管(6)上开设若干小孔用作曝气孔。
专利摘要本实用新型提出了一种集成曝气式膜组件，该膜组件包括膜丝、集水管和集成曝气管三部分，其特征在于该膜组件的上部为用于收集膜出水的集水管，下部为用于曝气的集成曝气管，膜丝的两端分别密封于集水管和集成曝气管内，膜丝从集水管均匀分成两束对称密封于集成曝气管内侧，其中，集成曝气管的中心曝气区开设曝气小孔。
文档编号C02F3/02GK201056511SQ20072000366
公开日2008年5月7日 申请日期2007年1月24日 优先权日2007年1月24日
发明者毅 丁, 张传义, 张雁秋, 袁丽梅 申请人:中国矿业大学