專利名稱：高通量低能耗在線自清洗柔性膜-生物反應器的制作方法
技術領域：
高通量低能耗在線自清洗柔性膜-生物反應器，涉及膜-生物反應器污水處理技術，適用于對可生化處理的微污染水、生活污水及工業(yè)廢水進行凈化處理。
背景技術：
浸沒式膜-生物反應器(Submerged Membrane Bioreactor,簡稱SMBR)將膜組件直接置于活性污泥生物反應器，用負壓抽吸或重力水頭使透過液通過膜面實現(xiàn)固液分離， 在膜組件下方曝氣沖刷膜組件防止污泥粘附到膜面形成泥餅層，并在一定程度上抑制凝膠層污染的發(fā)展。浸沒式膜-生物反應器具有出水濁度低(小于1 NTU)、處理水質好、結構緊湊、占地面積小、剩余污泥排放少等優(yōu)點，使其在污水處理領域競爭力日趨提高。目前，限制浸沒式膜-生物反應器進一步工程應用的主要原因在于膜污染和較高的能耗。浸沒式膜-生物反應器在長期運行過程中的膜污染可分為兩個階段，第一階段是污泥中的膠體及大分子物質在堵塞膜孔、在膜表面吸附和沉積，這時膜污染發(fā)展緩慢，抽吸壓力上升平穩(wěn)，通量基本不衰減；第二階段由于膜面沉積的膠體及大分子物質改變了膜面性質，使得顆粒物質和污泥絮體更容易粘附于膜面，膜污染加劇，抽吸壓力迅速上升，通量明顯衰減，此時需要對膜組件進行清洗以恢復通量。膜污染的宏觀表現(xiàn)形式可分為凝膠層污染和泥餅層污染。泥餅層污染是由污泥絮體在膜面大量沉積并在膜的抽吸作用下不斷壓實而形成的，合理的膜-生物反應器設計和曝氣水力沖刷可以控制或避免泥餅層的形成。凝膠層污染主要是由于活性污泥體系中小顆粒物質包括胞外聚合物(EPS)、微生物溶解性產(chǎn)物(SMP)、糖類和蛋白質等一些有機物質的污染，而這些污染是不可避免的。在實際運行中，為了控制膜污染浸沒式膜-生物反應器所采用的曝氣量遠高于生化反應所需曝氣量，氣水比數(shù)倍于常規(guī)活性污泥法，其噸水電耗在0. 7元/噸以上，遠大于常規(guī)活性污泥法的電耗，使浸沒式膜-生物反應器的運行成本大幅提高，在經(jīng)濟性上較難被接受。另外，為了延長膜組件的穩(wěn)定運行周期，膜組件采用次臨界通量運行，造成了膜面積不必要的浪費，增加了投資費用，擴大了占地面積，弱化了浸沒式膜-生物反應器的經(jīng)濟性優(yōu)勢。高電耗和不必要的膜組件投資限制了浸沒式膜-生物反應器的大規(guī)模應用。因此，如何降低浸沒式膜-生物反應器的運行電耗、降低膜組件投資以及提高膜面積的有效利用，對于其發(fā)展前景具有重要意義。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種膜組件投資省、組裝方便、操作通量高、運行能耗低、 可全自動在線清洗的高通量低能耗在線自清洗柔性膜-生物反應器。本發(fā)明由設置在膜-生物反應器內的拉鏈式柔性膜組件、鏈條、齒輪輥軸、V型刮刀及微孔曝氣管和設置在膜-生物反應器外的兩個清洗水箱組成，通過分別對兩個清洗水箱存水或排水，以改變兩個清洗水箱位置而獲得的勢能轉變?yōu)閯幽茯寗舆\行拉鏈式柔性膜組件，實現(xiàn)膜組件的在線自清洗。其中拉鏈式柔性膜組件垂向安裝在膜-生物反應器內，不使用傳統(tǒng)平板膜中的導流板及框架結構，膜腔內部由填充層和導流網(wǎng)組成，膜的四邊密封， 上下兩端由硬質塑料條保持膜片的展開并安裝出水管，膜片的左右兩側設置半側拉鏈，與固定在鏈條上的半側拉鏈咬合后將柔性膜組件固定在鏈條上。鏈條設置在齒輪輥軸上，在線清洗時拉鏈式柔性膜組件隨著鏈條圍繞齒輪輥軸上下折轉運動。膜組件重量輕、成本低、 安裝方便。對于不同的處理對象和用途，如生活污水、工業(yè)廢水、垃圾滲濾液和濃縮污泥，膜組件運行通量均達到或高于膜組件的臨界通量。微孔曝氣管配置于柔性膜組件正下方，曝氣充氧并對柔性膜組件沖刷，曝氣的氣量僅是維持正常生化反應所需的氣量，由于微孔曝氣管氧利用率高于穿孔管，氣水比在 10:1左右，根據(jù)處理水質的不同，氣水比可以進行適當調整。由此，曝氣電耗大幅下降，與傳統(tǒng)浸沒式膜-生物反應器相比，噸水電耗降低一半以上。由于本發(fā)明采用高通量及小氣量微孔曝氣，膜污染相比傳統(tǒng)浸沒式膜-生物反應器可能會加重，為了有效控制膜面污染，使得膜組件能夠長期穩(wěn)定運行，為此，本發(fā)明采用在線物理清洗。固定柔性膜組件的鏈條通過齒輪輥軸折疊以提高裝填密度，鏈條的兩端分別與清洗水箱連接，膜出水在電磁閥和繼電器的控制下輪流注入兩個清洗水箱，利用出水重力拉動鏈條及拉鏈式柔性膜組件在齒輪輥軸的導向下上下運動，運動過程中膜組件穿過 V型刮刀。當膜片上行穿過V型刮刀時，刮刀向兩邊翻起，讓膜片通過刮刀；當膜片下行穿過V型刮刀時，刮刀在摩擦阻力的作用下緊貼膜面將膜面污染物刮落至V型槽內，收集后排出反應器。本發(fā)明具有以下優(yōu)點
(1)具有高通量低能耗的優(yōu)點，膜組件運行通量高，膜面積利用充分，減少膜面積和占地面積。采用微孔曝氣管，氧利用率高，曝氣量低，噸水電耗降低一半以上。(2)柔性膜組件重量輕，成本低，制作方便，且通過拉鏈于鏈條連接，便于安裝和更換。且柔性膜組件在曝氣時隨水流輕微擺動，使膜面污染物松動或脫落。(3)V型刮刀與柔性膜組件貼合緊密，膜面污染物清除徹底，對膜表皮損傷小。V型刮刀刮出的膜面污染污收集后排出反應器，防止其在反應器內累積加重膜污染。(4)利用膜組件的出水作為動力實現(xiàn)在線物理自清洗，能耗極低，結構簡單，操作方便，易于維護，可全自動清洗。


附圖是本發(fā)明實施例示意圖，其中
圖1本發(fā)明在線自清洗柔性膜-生物反應器示意圖； 圖2本發(fā)明中膜組件清洗過程示意圖； 圖3本發(fā)明中膜組件清洗過程示意圖； 圖4本發(fā)明拉鏈式膜組件結構示意圖； 圖5本發(fā)明V型刮刀結構示意圖； 圖6 V型刮刀運行原理示意圖； 圖7 V型刮刀運行原理示意圖。圖中膜-生物反應器1，拉鏈式柔性膜組件2，V型刮刀3，齒輪輥軸4，膜抽吸泵5，第一電磁閥6，滑輪7，第一清洗水箱8，排水活門9，第二清洗水箱11，第二電磁閥12，第三電磁閥13，微孔曝氣管路10，調節(jié)螺母及轉軸14，V型刮刀卡槽15，刮刀片16。
具體實施例方式拉鏈式柔性膜組件2固定設置于膜-生物反應器1中，微孔曝氣管路10設置在膜-生物反應器1內底部，微孔曝氣管沿膜面方向設置。拉鏈式柔性膜組件2由兩側的拉鏈固定于鏈條上，鏈條將整個膜組件連接后依次圍繞齒輪輥軸4折轉設置。鏈條兩端分別經(jīng)過滑輪7后與第一清洗水箱8和第二清洗水箱 11連接。圖2、3所示，對拉鏈式柔性膜組件2的清洗方法。膜-生物反應器1正常運行時， 第一電磁閥6和第二電磁閥12關閉，第三電磁閥13開啟，膜抽吸泵5將出水從拉鏈式柔性膜組件2抽出通過管路排出。當拉鏈式柔性膜組件2需要清洗時，第二電磁閥12和第三電磁閥13關閉，第一電磁閥6開啟，膜出水注入第一清洗水箱8，當水量超過膜組件重量和摩擦阻力后，第一清洗水箱8下墜拉動鏈條。拉鏈式柔性膜組件2隨著鏈條上下運行，其中膜片b、d、f、h上行穿過V型刮刀3，膜片a、c、e、g下行至齒輪輥軸4處。此時第一清洗水箱8墜至底部，第一電磁閥6關閉，排水活門9打開，將水排放空。然后開啟第二電磁閥12 向第二清洗水箱11注水，重復上述注水過程，拉鏈式柔性膜組件2逆向運行，膜片a、c、e、 g上行穿過V型刮刀3，膜片b、d、f、h下行經(jīng)過V型刮刀3至齒輪輥軸4處，膜面污染物被刮除。如此輪流開啟第一電磁閥6與第二電磁閥12，向第一清洗水箱8或第二清洗水箱11 注水或排空，膜組件上的各膜片均上下經(jīng)過V型刮刀3數(shù)次后，膜面污染物清除干凈。清洗結束后，第二電磁閥12和第一電磁閥6關閉，第三電磁閥13開啟，膜-生物反應器1回復正常運行。圖4所示拉鏈式柔性膜組件2結構，膜片內部由兩層導流網(wǎng)夾著填充層構成，膜則依附于兩片導流網(wǎng)，膜片四周密封，上下兩端用塑料條展開固定并安裝出水管，膜片的兩側再通過拉鏈與兩條鏈條結合。拉鏈式柔性膜組件2不同于常規(guī)的平板膜元件，膜、導流網(wǎng)及填充層都為柔性材質，內部不設置硬質襯板，可以完全彎曲，因此整個膜片都可隨著鏈條折轉。圖5所示V型刮刀3結構，兩個V型刮刀3固定設置于拉鏈式柔性膜組件2兩側， 由調節(jié)螺母及轉軸14固定于V型刮刀卡槽15上。調節(jié)螺母及轉軸14可根據(jù)污染情況、膜性質，調節(jié)兩個V型刮刀3對膜面的夾緊程度。在V型刮刀3上置有刮刀片16，刮刀片16
根據(jù)處理不同的污染物與膜污染程度采用海綿或塑料或橡膠或毛刷。圖6、7所示V型刮刀3清除膜面污染物的原理。拉鏈式柔性膜組件2上行經(jīng)過V 型刮刀3時，膜面的摩擦力帶動V型刮刀3繞調節(jié)螺母及轉軸14向外翻轉，刮刀片16放松， 拉鏈式柔性膜組件2下行經(jīng)過V型刮3時，膜面的摩擦力帶動V型刮刀3繞調節(jié)螺母及轉軸14向內，刮刀片16夾緊膜面，膜面污染物被刮除，沿刮刀壁滑入V型刮刀3底部。由于 V型刮刀3都懸于液面之上，所以刮除的膜污染物不會再進入膜-生物反應器1內，以此達到對膜污染的控制。V型刮刀3內存積的膜污染物需定期去除。[實例1]
在處理城市生活污水的中使用本發(fā)明。污泥濃度8g/L，膜通量50L/m2 *h，高于該情況下膜組件的臨界通量，采用微孔曝氣管，氣水比8:1，每天自動清洗2次，V型刮刀刮刀片采用海綿制成。穩(wěn)定運行45天，噸水電耗0. 39元，噸水總處理費用0. 48元。[實例2]
在處理超市餐飲廢水的中使用本發(fā)明。污泥濃度15g/L，膜通量40L/m2 · h，高于該情況下膜組件的臨界通量，采用微孔曝氣管，氣水比20:1，每天自動清洗6次，V型刮刀刮刀片采用毛刷制成。穩(wěn)定運行23天，噸水電耗0. 60元，噸水總處理費用0. 90元。[實例3]
在處理某農村污水的中使用本發(fā)明。污泥濃度8g/L，膜通量40L/m2 *h，高于該情況下膜組件的臨界通量，采用微孔曝氣管，氣水比10:1，每天自動清洗1次，V型刮刀刮刀片采用橡膠制成。穩(wěn)定運行62天，噸水電耗0. 45元，噸水總處理費用0. 60元。[實例4]
在處理某垃圾滲濾液的中使用本發(fā)明。污泥濃度20g/L，膜通量40L/m2 · h，達到該情況下膜組件的臨界通量，采用微孔曝氣管，氣水比10:1，每天自動清洗1次，V型刮刀刮刀片采用塑料制成。穩(wěn)定運行30天，噸水電耗0. 60元，噸水總處理費用0. 60元。[實例5]
在污泥濃縮中使用本發(fā)明。污泥濃度60g/L，膜通量20L/m2 · h，達到該情況下膜組件的臨界通量，采用微孔曝氣管，氣水比10:1，每天自動清洗12次，V型刮刀刮刀片采用塑料制成。穩(wěn)定運行25天，噸水電耗0. 45元，噸水總處理費用0. 60元。
權利要求
1.高通量低能耗在線自清洗柔性膜-生物反應器，其特征在于在膜-生物反應器(1) 內設置拉鏈式柔性膜組件(2)、v型刮刀(3)、鏈條、齒輪輥軸(4)和微孔曝氣管(10);拉鏈式柔性膜組件(2)內部由兩層導流網(wǎng)夾著填充層構成，導流網(wǎng)外側為膜；膜片四周密封，兩端由塑料條展開和固定并裝有出水管，膜片兩側安裝半側拉鏈齒，通過其與固定在鏈條上另半側拉鏈齒咬合后將拉鏈式柔性膜組件(2)固定在兩條鏈條上；鏈條設置在齒輪輥軸(4) 上；鏈條兩端分別通過滑輪(7)與設在膜-生物反應器(1)外的第一清洗水箱(8)和第二清洗水箱(11)連接，第一清洗水箱(8)和第二清洗水箱(11)底部設有排水活門(9);V型刮刀(3)固定于拉鏈式柔性膜組件(2)兩側并懸于液面上部固定設置；通過注入或排出第一清洗水箱(8)與第二清洗水箱(11)中的水，以改變第一清洗水箱(8)或第二清洗水箱(11) 位置獲得的勢能轉變?yōu)閯幽?，驅動拉鏈式柔性膜組件(2)在線自清洗。
2.根據(jù)權利要求1所述的在線自清洗柔性膜-生物反應器，其特征在于拉鏈式柔性膜組件(2)運行通量達到或高于相應情況下的臨界通量。
3.根據(jù)權利要求1所述的在線自清洗柔性膜-生物反應器，特征在于微孔曝氣管 (10)的氣水比為10:1。
4.根據(jù)權利要求1所述的在線自清洗柔性膜-生物反應器，其特征在于采用的柔性膜元件內部不設置硬質襯板。
5.根據(jù)權利要求1所述的在線自清洗柔性膜-生物反應器，其特征在于通過曝氣沖刷和V型刮刀(3)對膜面污染物進行物理刮除來控制膜面污染物。
6.根據(jù)權利要求1所述的在線自清洗柔性膜-生物反應器，其特征在于刮刀片(16) 為海綿或塑料或橡膠或毛刷，刮刀片(16)刮除的膜污染物收集在V型刮刀(3)槽內后排出。
7.根據(jù)權利要求1所述的在線自清洗柔性膜-生物反應器，其特征在于采用第一電磁閥(6)、第二電磁閥(12)、第三電磁閥(13)不同的開啟關閉方式，輪流向第一清洗水箱 (8)和清洗水箱(11)內注入膜組件出水，利用膜組件出水自重帶動柔性膜組件(2)經(jīng)過V 型刮刀(3)上下運行。
8.根據(jù)權利要求1所述的在線自清洗柔性膜-生物反應器，其特征在于注入第一清洗水箱(8)和清洗水箱(11)中的水為拉鏈式柔性膜組件(2)出水。
全文摘要
高通量低能耗在線自清洗柔性膜-生物反應器，涉及膜-生物反應器污水處理技術，適用于對可生化處理的微污染水、生活污水及工業(yè)廢水進行凈化處理。本發(fā)明由膜-生物反應池(1)、拉鏈式柔性膜組件(2)、鏈條、V型刮刀(3)、齒輪輥軸(4)和設置在膜-生物反應器內的微孔曝氣管組成，拉鏈式柔性膜組件(2)通過拉鏈與鏈條結合設置在齒輪輥軸(4)上。清洗時，通過清洗水箱注入或排空水而將獲得的勢能變?yōu)榍逑吹尿寗恿?，帶動拉鏈式柔性膜組件(2)圍繞齒輪輥軸上下折轉，經(jīng)過V型刮刀(3)將膜面污染物刮除，分離出膜-生物反應器(1)外。本發(fā)明具有通量高，曝氣量小，能耗低，占地面積少，運行費用低，能有效控制膜污染控制優(yōu)點。
文檔編號B01D65/02GK102259971SQ201110127498
公開日2011年11月30日 申請日期2011年5月17日 優(yōu)先權日2011年5月17日
發(fā)明者吳志超, 張新穎, 朱宇峰, 王志偉, 王榮生, 董瑩, 藏莉莉, 陸風海, 馬金星, 麥穗海 申請人:上海城投污水處理有限公司, 上海子征環(huán)境技術咨詢有限公司, 同濟大學