专利名称：脉冲错流式膜生物反应器的制作方法
脉冲错流式膜生物反应器
技术领域：
本发明属于膜生物反应器领域，具体涉及一种采用脉冲曝气方式实现高错流流速 的膜生物反应器。
背景技术：
膜生物反应器是一种将膜分离技术与生物处理单元相组合的污水处理与回用工 艺。该工艺由于采用高效的膜分离替代传统活性污泥工艺中的二沉池，具备多种优点，包 括固液分离效率高、出水好质量高而且稳定，可直接回用；反应器内可保持高浓度的微生物 量、处理容积负荷高、占地面积小；剩余污泥产生量小；操作管理方便，自动化程度高等。膜 生物反应器由于具有上述传统活性污泥法所无法比拟的突出优点，成为目前水处理技术领 域国内外的研究热点。但目前膜生物反应器存在运行能耗高的缺陷，其中，摸组器中的膜曝 气设备是整套反应器中能耗最大的单元。统计资料显示，膜生物反应器的曝气能耗占整套 水处理系统能耗的60 80%，其中，曝气能耗又占总曝气能耗的60 80%。因此，降低膜 生物反应器的膜曝气量可以大幅度降低膜生物反应器运行能耗。然而，单纯的采取降低膜曝气量将导致污水处理效率的降低并加剧膜面污染。这 是由于膜曝气的目的是为了保持膜过滤的混合液在膜表面流动更新，确保膜表面被过滤的 混合液不断更新，并保持膜组器内的混合液形成循环流动，保持错流流速，减缓过滤混合液 的悬浮物在膜表面沉积，削弱浓差极化，延缓膜污染。实验研究表明膜生物膜表面混合液错 流流速越高，混合液紊流程度越大，膜面受污染的机率越小。而混合液的流速与曝气量密切 相关，在实际应用状况下，膜面流速与曝气量呈正相关性，适当提高曝气量是可以减缓膜污 染。但曝气量提高又必然导致膜曝气能耗的提高。
发明内容[要解决的技术问题]本发明的目的是提供一种能够降低曝气量从而实现能耗的有效降低，同时保证污 水处理效率，并且不会加剧膜污染。[技术方案]为了实现本发明的目的，本发明提供了一种脉冲错流式膜生物反应器，包括进水 系统、生物反应器系统、膜分离系统、供气系统、曝气系统和出水系统，所述生物反应器系统 包括膜池4与设置在膜池中的膜器组5 ；所述供气系统包括通过供气管道依次相连的鼓风 机1、流量计2和气动阀门3，其中所述供气管道的末端与所述曝气系统相连；所述曝气系统 包括安装在所述膜池4内的进气支管和穿孔管；所述出水系统包括与所述膜池4相连的产 水管6和产水泵7，其中，所述膜池4中设有导流板，所述膜组器5由导流板分割成对称的两 个区域，每个区域各自设有独立的曝气管路，每个曝气管路上设有自动控制阀门，所述两个 区域中的曝气管路交替进行曝气。根据上述脉冲错流式膜生物反应器的一种优选的技术方案，其中所述两侧区域中的曝气管路进行循环交替曝气时，其中一个区域的曝气管路进行高强度曝气，另一个区域 的曝气管路进行低强度曝气或不曝气，以此保持两个区域交替担任膜池内的升流区和降 流 区。根据本发明的一种优选的技术方案，其中所述两侧区域中的曝气管路循环交替时 间为 20-30S。优选地，所述高强度曝气的曝气量为120 150Nm3/m2. h，所述低强度曝气的曝气 量为 20 40Nm3/m2. h。所述膜分离系统即膜-生物反应器(Membrane-Bioreactor，简称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工艺，它采用微滤 膜或超滤膜替代传统活性污泥工艺的二沉池，提高了污水处理的效率。本发明的一种优选的具体实施方式
是采用一体式膜_生物反应器(其原理及流 程参见图2)，它具有运行能耗低、占地面积省的特点。通过膜组件的高效分离作用能大大提 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。同时，该反应器能大大减少剩余污泥产量(甚至为零)，从而基本解决了 传统生物接触氧化法存在的剩余污泥产量大、占地面积大、运行效率低等突出问题。在本发明中，膜组件是膜生物反应器的核心部件，主要承担污水生物处理过程中 泥水分离的功能。一种优选的具体实施方式
是在一体式膜生物反应器中采用帘式中空纤维 膜组件，所述膜组件浸没在活性污泥混合液中，膜产水抽吸泵负压抽吸，活性污泥混合液在 膜丝表面得到过滤，而膜组件下方的穿孔管曝气保障活性污泥在膜丝表面流动，不断更新 膜过滤面的混合液，这样就形成错流过滤。而膜曝气是形成的混合液流动的动力，正常的膜 曝气是维持膜进行丝错流过滤的必要条件。本技术适用于浸没式膜生物反应器，特别是安装帘式中空纤维膜组件的膜生物反 应器。脉冲曝气技术旨在降低膜组器的曝气量，而不影响膜错流过滤的进行。[有益效果]本发明由于采用在膜组器两侧进行交替循环曝气的方式，最终达到如下状态(1)膜组器的两个区域交替曝气，曝气强度与传统的膜生物反应器膜组器的曝气 强度相当，由于采用交替曝气，因此气实际节省50%的曝气量；(2)进行曝气一侧的膜组器区域形成升流区，停止曝气一侧区域形成降流区，两个 区域的混合液流向根据系统周期相互交替；(3)混合液在膜组器内循环流动，每个周期内反应器两个区域升、降流区的相互切 换，膜组器内的混合流向周期性调换方向；(4)混合液的循环流态可以确保停止曝气区域内的混合流动，保障膜错流过滤正 常进行。
图1为本发明的结构示意图；图2为一体式膜_生物反应器的结构示意图；图3为脉冲曝气与连续曝气膜组器运行状况；图4两种曝气方式膜曝气强度时间分布。
其中，1、鼓风机；2、流量计；3、气动阀门；4、膜池；5、膜组器；6、产水管；7、产水 泵。
具体实施方式实施例1实验使用的膜生物反应器池体内的污泥浓度约8 10g/L，水力停留时间为5h，在 反应器内安装循环曝气膜组器和导流板。导流板将膜组器内的区域分为两个对称部分，两 个部分分别配备供气和曝气装置。通过曝气管路的自动控制阀门对两个区域的曝气状况进 行控制两个区域相互交替曝气，曝气一侧区域由于气体原理，区域内的混合液形成上升流 动，当混合液升流至膜组器上方后，在导流板引导下进入停止曝气的膜组器一侧并形成下 降流动。图3给出了脉冲曝气后反应器内两组膜运行的跨膜压差的变化情况。该反应器进 水为典型城市污水，从图中可以看出，反应器连续运行了 4个月，在保持其他条件一致的基 础上，其中一个组器采用脉冲曝气方式运行。试验期间，两组器膜均保持连续出水，每天记录两次TMP (跨膜压差)。脉冲曝气 膜组器间隙曝气(中途存在不进行曝气的阶段)，即脉冲曝气膜组器以140Nm3/m2. h的强度 曝气15s后停止曝气15s，再以140Nm3/m2.h的强度曝气，这样循环脉冲曝气。连续曝气膜 组器以140Nm3/m2. h的曝气强度连续曝气。经过4个月的运行，采用脉冲曝气方式的膜组件 的TMP增长速度略高于连续曝气膜组器。尽管如此，试验结果仍可以初步确定在试验期间 脉冲曝气方式具有与连续曝气方式相近膜污染控制效果，如图3所示。而采用脉冲曝气方 式运行能明显降低系统的运行能耗。与传统曝气膜组器相比，循环曝气膜组器在保证膜正常运行的情况下降低了 50% 的曝气量，达到了节省能耗的目的，具有很好的推广应用价值。脉冲曝气节能分析依据试验条件，以连续曝气膜组器的能耗为参照依据，如图4所示，两种曝气方式 曝气强度时间分布，通过简单的平均计算可以知道脉冲曝气方式膜组器的平均曝气强度 为70m3/m2.h，而连续曝气膜组器的平均曝气强度为140Am3/m2.h。在膜组器相同的情况下， 曝气强度与曝气量成正比，曝气量与膜曝气能耗成正比。因此采用脉冲曝气方式约降低了 50%的平均曝气强度，与传统连续曝气膜生物反应器相比相当于降低了 50%膜曝气能耗。
权利要求
脉冲错流式膜生物反应器，包括进水系统、生物反应器系统、膜分离系统、供气系统、曝气系统和出水系统，所述生物反应器系统包括膜池(4)与设置在膜池中的膜器组(5)；所述供气系统包括通过供气管道依次相连的鼓风机(1)、流量计(2)和气动阀门(3)，其中所述供气管道的末端与所述曝气系统相连；所述曝气系统包括安装在所述膜池(4)内的进气支管和穿孔管；所述出水系统包括与所述膜池相连的产水管(6)和产水泵(7)，其特征在于所述膜池(4)中设有导流板，所述膜组器(5)由导流板分割成对称的两个区域，每个区域各自设有独立的曝气管路，每个曝气管路上设有自动控制阀门，所述两个区域中的曝气管路交替进行曝气。
2.根据权利要求1所述的脉冲错流式膜生物反应器，其特征在于所述两侧区域中的曝 气管路进行循环交替曝气时，其中一个区域的曝气管路进行高强度曝气，另一个区域的曝 气管路进行低强度曝气或不曝气。
3.根据权利要求2所述的脉冲错流式膜生物反应器，其特征在于所述两侧区域中的曝 气管路循环交替时间为20-30s。
4.根据权利要求2所述的脉冲错流式膜生物反应器，其特征在于所述高强度曝气的曝 气量为120 150Am3/m2. h，所述低强度曝气的曝气量为20 40Am3/m2. h。
全文摘要
本发明提供了一种脉冲错流式膜生物反应器，包括进水系统、生物反应器系统、膜分离系统、供气系统、曝气系统和出水系统，其中，所述生物反应器系统内的膜池中设有导流板和膜组器，所述膜组器由导流板分割成对称的两个区域，每个区域各自设有独立的曝气管路，每个曝气管路上设有自动控制阀门，所述两个区域中的曝气管路交替进行曝气。本发明能有效减少50％的曝气量，达到了节省能耗的目的，具有很好的推广应用价值。
文档编号C02F3/02GK101955253SQ20101029689
公开日2011年1月26日 申请日期2010年9月30日 优先权日2009年12月24日
发明者俞开昌, 关晶, 夏俊林, 文剑平, 文湘华, 梁辉, 陈亦力, 雷霆, 黄霞 申请人:北京碧水源科技股份有限公司;清华大学