一种附加微通道湍流促进器的浸没式平板膜生物反应器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种附加微通道湍流促进器的浸没式平板膜生物反应器。
【背景技术】
[0002] 膜生物反应器是一种新型、高效的污水处理技术，鉴于其具有传统处理工艺所无 法比拟的诸多优点（如：出水水质好、污泥浓度高、可承受的有机负荷高、占地少、污泥产量 低、易于实现自动控制、操作管理方便等），近年来备受学者和水处理从业人员的大力推崇 和关注。尤其是浸没式膜生物反应器，它的结构更加紧凑、操作压力更小、能耗更低，是现在 膜生物反应器研究和应用的焦点。与管式膜、卷式膜、帘式膜和束式膜相比，平板膜由于其 通量高、抗污染能力强和水力学条件易于控制的优点，在国外的膜生物反应器领域中得到 了较好的研究和应用，而我国的平板膜生物反应器的研究还处于起步阶段。
[0003] 此外，和其它膜工艺一样，膜污染和浓差极化依然是制约膜生物反应器应用范围 和程度的主要因素。特别是浸没式膜生物反应器是在内环气升式生物反应器基础上改进的 一种高效的生物处理与膜处理相结合的反应器，但其有明显的缺陷，如膜污染严重、水通量 下降快、需定期清洗等，严重影响了浸没式膜生物反应器在工程中的推广与普及，也制约了 其处理能力的进一步提高。所以开发一种减缓浸没式膜生物反应器膜污染的技术是非常重 要的。
[0004] 赵宗艾等人采用管式陶瓷膜中附加湍流促进器的不稳定流态方式对酵母液进行 微滤，来探索不稳定流动的影响规律，以求改善陶瓷膜的污染问题。实验用的湍流促进器 有3种：螺旋式、缠绕式、变截面式。在附加湍流促进器强化陶瓷膜微滤过程的实验中，试验 和比较了不同主体流速和膜滤压差等工艺条件下的膜滤速率及能耗，研究表明，流体不稳 定流动可以促进膜面与主流体的对流传质和减少膜面的沉积污染，特别在低主体流速和高 滤压差下，可以减少能耗并提高过滤速度。Yeh等人通过缠绕螺旋线组件和不锈钢杆插件 改善管式超滤膜的性能，结果表明其可提高流体速度，减小浓差极化阻力，改善超滤膜的通 量。Xu等人在附加湍流促进器的陶瓷膜生物反应器在市政污水回用的应用研究中最早提 出用不同形状（圆柱式、螺旋式和缠绕式）、材料为不锈钢的湍流促进器来改善膜生物反应 器的膜通量，通过分析实验室规模的陶瓷膜生物反应器运行30天的数据，表明加入湍流促 进器可以改善渗透通量，其中间距为1〇_，直径为1. 6_的缠绕式湍流促进器效果最好；在 同样的运行条件下，相对于不加湍流促进器，加入湍流促进器通量从70增加到175L/h^2， 实验结果表明加入缠绕式湍流促进器可以增大渗透通量，出水质量没有下降。Ahmad等人 探讨螺旋折流板在微滤过程中对渗透通量的影响以及对螺旋折流板几何形状的变化进行 了研究。发现螺旋折流板会增加流体速度和壁面剪切力，产生二次流动或流体的不稳定流 动状态，减缓和抑制膜污染，从而增加渗透通量。Krsti6等人对静态湍流促进器在脱酯牛奶 的错流过滤中的应用研究发现静态混合器可引起径向混合和二次流，除此之外，左和右交 替的螺旋结构会产生涡流，增加膜表面的剪切速率，降低浓差极化和滤饼层厚度，减缓膜污 染，从而显著提高渗透通量。陈日志等人在湍流促进器对液固一体式膜反应器中膜过滤性 能影响的研究的实验中设计了 3种外置式（推进式、螺旋式和圆柱式）湍流促进器进行膜 过滤强化实验，考察了湍流促进器的构型、旋转速度等因素对膜通量的影响。结果表明推进 式湍流促进器效果最明显，且随着湍流促进器旋转速度的增加，膜通量也相应增加，即使在 较高的悬浮液质量浓度下，所设计的外置式湍流促进器也不会使膜管的某些部位形成流动 死区和滞留区，同样会提高膜通量。镇祥华等人在附加湍流器强化油田采出水超滤过程的 研究以及使用湍流促进器来提高超滤过中的通量，设计了 4种不同结构形式（圆柱式、变截 面圆柱式、缠绕式和螺旋式）的湍流器并进行膜过滤强化试验，考察了湍流器的构型、螺距 等对膜通量及单位产水能耗的影响。Wu等人在湍流促进器强化陶瓷膜生物反应器的微混 效率的研究中得出微混效率随着雷诺数和渗透速率的增加而增加，特别是湍流促进器的加 入，可起到扰流作用，明显提高微混效率。不同的湍流促进器对微混效率的提高的顺序依次 为静态混合器、螺旋式的湍流促进器、圆柱式的湍流促进器。
[0005] 综上所述，湍流促进器结构形式很多，如静态混合器、档板以及圆柱式、变截面式、 螺旋式、缠绕式等，可促进膜表面被截留物质向主体溶液流动，减轻浓差极化，强化过滤过 程。其结构简单、方法简便和良好的促湍效果，因而越来越受到人们的重视。但由于湍流 促进器的存在，会减少有效的膜面积，并且会造成轴向压降急剧增大，从而增大了额外的能 耗，为了克服此缺点，在此引入"微通道"湍流促进器。污水通过微通道，污泥颗粒由吸附、 架桥等作用在微通道内被截留，这对污水的处理非常有利，且又与湍流促进器结合一起，起 到强化湍流状态的作用，从而减缓膜污染和浓差极化，还可有效地节省能耗。
【发明内容】
[0006] 为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种可以减缓膜污染、浓差极化的 浸没式平板膜膜生物反应器。
[0007] 为了达到以上目的，本发明采用的技术方案是：一种附加微通道湍流促进器的浸 没式平板膜生物反应器，包括生物反应槽、平板膜组件、微通道湍流促进器、曝气器、气体流 量计、蠕动栗、清水槽、PLC控制系统。其中微通道湍流促进器交叉配置于平板膜表面，其 即可起到扰流的作用，减轻浓差极化，又因其表面的波纹突起可减轻膜孔堵塞，故降低膜污 染。
[0008] 所述平板膜组件与所述的抽吸管路相连接，通过被PLC控制器控制的蠕动栗与电 磁阀来交替的控制出水与停抽时间，来实现浸没式膜生物反应器自动化连续运行。
[0009] 由于本发明采用了以上的技术方案，其优点在于：微通道湍流促进器的存在，可以 起到扰流的作用，也就是增加膜表面的湍流强度，从而在膜表面进一步产生剪切力，这有助 于强化循环混合液对膜表面的冲刷作用，降低边界层厚度，缓减浓差极化，抑制悬浮液颗粒 在膜表面的沉积。微通道湍流促进器的加入，还可在膜表面形成旋涡，湍流强度的增加都有 利于提高已沉积悬浮液颗粒的逆扩散，促进沉积在膜表面滤饼层的脱落，从而降低滤饼层 的积累速度，改善膜通量且相应地缓减膜污染。微通道湍流促进器上所布的微孔和微通道 可以使悬浮液颗粒在膜表面沉积后，形成抗压缩性更好、孔隙率更高的滤饼层。由于微通道 湍流促进器的厚度为