專利名稱：節(jié)能一體式膜生物反應(yīng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明專利涉及到污水處理以及中水回用處理技術(shù)，更確切地說(shuō)屬于一體式膜生物反應(yīng)器(SMBR)優(yōu)化設(shè)計(jì)。
背景技術(shù)：
隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，全球性的水資源匱乏日益突出，許多國(guó)家都在積極應(yīng)用中水回用工藝來(lái)解決水資源再生問(wèn)題。一體式膜生物反應(yīng)器(SMBR)是廢水生物處理技術(shù)和膜分離技術(shù)有機(jī)結(jié)合的一項(xiàng)新技術(shù)，該技術(shù)具有分離過(guò)程不發(fā)生相變、污染物去除效率高、出水水質(zhì)好等特點(diǎn)，具有良好的發(fā)展前景。SMBR工藝雖有傳統(tǒng)工藝所無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)，但從產(chǎn)水成本來(lái)看，SMBR的能耗比傳統(tǒng)生物處理工藝高，高能耗的主要原因是SMBR運(yùn)行過(guò)程中，必須保持一定的膜驅(qū)動(dòng)壓力，因而膜組件不可避免的要受到污染；為了獲得穩(wěn)定的膜通量，SMBR工藝采用加大曝氣強(qiáng)度的方式來(lái)改善這一狀況，因而造成能耗偏高。大量研究數(shù)據(jù)顯示，曝氣能耗占SMBR運(yùn)行總能耗的80％以上。因而如何降低曝氣能耗是SMBR工藝改進(jìn)的關(guān)鍵。SMBR運(yùn)行過(guò)程中，工程中通常采用是固定的曝氣強(qiáng)度來(lái)獲得穩(wěn)定的膜通量，一般氣水比在40∶1～100∶1，大的曝氣強(qiáng)度可以提高膜面液體循環(huán)流速，減少污泥在膜表面的沉積；但如前所述大的曝氣強(qiáng)度一方面增加了曝氣能耗，提高了產(chǎn)水成本；另一方面會(huì)增大污泥絮體的剪切力，使污泥顆粒粒徑變小，刺激了微生物的次級(jí)代謝產(chǎn)物的形成，長(zhǎng)期運(yùn)行會(huì)使污泥混合液粘度增加，進(jìn)而惡化污泥混合液的可濾性，引起膜污染速率增加。本發(fā)明提出了新的SMBR工藝曝氣方式，根據(jù)橫跨膜壓力(TMP)值所反映的膜污染情況，提供相應(yīng)不同的曝氣強(qiáng)度，以期以較低的成本，取得滿意的膜污染控制效果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種節(jié)能一體式膜生物反應(yīng)器，采用具有自控功能的曝氣方式來(lái)減小膜污染，維持穩(wěn)定的膜通量，減小SMBR工藝的產(chǎn)水成本。
本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)一體式膜生物反應(yīng)器(SMBR)包括生物處理系統(tǒng)和自控系統(tǒng)兩部分構(gòu)成。圖1中的實(shí)線代表設(shè)備連接管路；虛線表示控制信號(hào)線。生物處理系統(tǒng)由中空纖維膜組件1、穿孔曝氣管2、進(jìn)水泵3、出水泵4、曝氣泵5組成。穿孔曝氣管2位于中空纖維膜組件1下方，出水泵4進(jìn)口接于中空纖維膜組件1。曝氣泵5出口端接于穿孔曝氣管2。自控系統(tǒng)由液位計(jì)6、壓力傳感器7、A/D-D/A-I/O轉(zhuǎn)換裝置8、PC機(jī)9、變頻器10組成。由液位計(jì)6輸出液位信號(hào)送入A/D-D/A-I/O轉(zhuǎn)換裝置8，根據(jù)系統(tǒng)水處理的情況A/D-D/A-I/O轉(zhuǎn)換裝置8控制進(jìn)水泵3的流量。運(yùn)行時(shí)中空纖維膜組件1采用負(fù)壓出水方式，壓力傳感器7采集的壓力信號(hào)是位于中空纖維膜組件1和出水泵4之間的橫跨膜壓力(TMP)值，該壓力信號(hào)送入A/D-D/A-I/O轉(zhuǎn)換裝置8與PC機(jī)9進(jìn)行處理，由輸出信號(hào)控制變頻器10調(diào)整曝氣泵5的曝氣量，進(jìn)而改變曝氣強(qiáng)度。該自控設(shè)置既可節(jié)約能耗，又可減少大的曝氣強(qiáng)度對(duì)污泥料液的剪切作用。根據(jù)SMBR工藝運(yùn)行過(guò)程中膜污染的特點(diǎn)，將膜污染分為三個(gè)階段污染物迅速黏附膜表面階段、污染物黏附和脫落平衡階段、污染物累積階段。膜污染的不同階段可通過(guò)橫跨膜壓力(TMP)值很好的反映出來(lái)，根據(jù)不同的膜污染階段提供不同的曝氣強(qiáng)度，可有效的減小曝氣能耗。一方面可在較低的能耗下獲得穩(wěn)定的膜通量，另一方面避免了大的曝氣強(qiáng)度對(duì)污泥混合液可濾性造成的負(fù)面影響。根據(jù)SMBR膜污染過(guò)程的特點(diǎn)，壓力傳感器7采集的信號(hào)將橫跨膜壓力(TMP)值分成的三個(gè)區(qū)段分別是0～20kPa(快速污染階段)、20～45kPa(平衡階段)、45～60kPa(累積階段)，對(duì)應(yīng)區(qū)間的氣水比分別為20∶1、30∶1、50∶1(氣水比表示單位時(shí)間曝氣量與單位時(shí)間產(chǎn)水量之比)。將TMP值所分區(qū)間及其對(duì)應(yīng)的氣水比，輸入PC機(jī)9所設(shè)定的控制程序(程序框圖見(jiàn)附圖3)。在運(yùn)行過(guò)程中，壓力傳感器7每5分鐘采集一個(gè)橫跨膜壓力(TMP)值，程序首先檢驗(yàn)該值是否在0～20kPa區(qū)間，肯定條件下自控系統(tǒng)將分配20∶1的氣水比，否定條件下該值將在下個(gè)區(qū)間上被檢驗(yàn)，并根據(jù)橫跨膜壓力(TMP)值所在區(qū)間，分配相應(yīng)的氣水比，當(dāng)TMP值大于50kPa持續(xù)48小時(shí)以上時(shí)，系統(tǒng)將自動(dòng)報(bào)警，提示應(yīng)該對(duì)膜組件進(jìn)行人工清洗。
本發(fā)明的有益效果在于根據(jù)不同的膜污染階段來(lái)提供不同的曝氣強(qiáng)度，可有效的減小曝氣能耗，一方面可在較低的能耗下獲得穩(wěn)定的膜通量；另一方面避免了大的曝氣強(qiáng)度對(duì)污泥混合液可濾性造成的負(fù)面影響，因而可進(jìn)一步推動(dòng)一體式膜生物反應(yīng)器(SMBR)的應(yīng)用，從而提高水資源的利用率，緩解水資源緊張的現(xiàn)狀。


附圖1為本發(fā)明專利的裝置圖。
附圖2為橫跨膜壓力及氣水比隨運(yùn)行時(shí)間變化圖。
附圖3為控制程序框圖。
實(shí)施具體方式以下結(jié)合附圖通過(guò)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明專利做進(jìn)一步的說(shuō)明。一體式膜生物反應(yīng)器的生物處理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)為中空纖維膜組件1浸沒(méi)在反應(yīng)器中，正下方3cm處設(shè)有穿孔曝氣管2，待處理水經(jīng)進(jìn)水泵3進(jìn)入反應(yīng)器進(jìn)行生化降解，生化處理后的水經(jīng)中空纖維膜組件1過(guò)濾，由出水泵4排出系統(tǒng)，曝氣泵5為生化處理提供氧氣并提高中空纖維膜組件1的錯(cuò)流流速(如圖1)。中空纖維膜組件1膜絲材質(zhì)為聚偏氟乙烯(PVDF)，膜的有效孔徑為0.1-0.2μm；出水流量10L/h，膜的抽/停時(shí)間為13min、2min，試驗(yàn)原水為模擬城市生活污水，化學(xué)需氧量(COD)為230～400mg/L，自控設(shè)計(jì)參數(shù)及對(duì)應(yīng)能耗見(jiàn)表1。
圖2為橫跨膜壓力(TMP)和氣水比隨運(yùn)行時(shí)間的變化。試驗(yàn)結(jié)果表明在運(yùn)行初期膜污染速率較快，隨后膜污染速率增加較緩最終趨于穩(wěn)定；在100天運(yùn)行過(guò)程中，橫跨膜壓力(TMP)值超過(guò)20、45kPa兩個(gè)臨界值時(shí)，氣水比相應(yīng)增加，運(yùn)行一段時(shí)間后TMP會(huì)下降，當(dāng)TMP小于各區(qū)間設(shè)定的臨界值時(shí)，氣水比會(huì)相應(yīng)減小。該裝置能耗與工程中通常采用(氣水比為40∶1)的一體式膜生物反應(yīng)器相比，本發(fā)明與目前污水處理方式比較產(chǎn)水能耗較低，平均能耗小于1.1KW·h/m3，而目前的產(chǎn)水能耗為1.52KW·h/m3，可見(jiàn)通過(guò)設(shè)計(jì)不同的曝氣強(qiáng)度降低了能耗，也即降低了產(chǎn)水成本，與傳統(tǒng)一體式膜生物反應(yīng)器曝氣設(shè)計(jì)相比，有明顯的推廣優(yōu)勢(shì)。
表1自控設(shè)計(jì)及產(chǎn)水能耗

權(quán)利要求
1.節(jié)能一體式膜生物反應(yīng)器，包括中空纖維膜組件(1)、穿孔曝氣管(2)、進(jìn)水泵(3)、出水泵(4)、曝氣泵(5)、液位計(jì)(6)、壓力傳感器(7)、A/D-D/A-I/O轉(zhuǎn)換裝置(8)、PC機(jī)(9)、變頻器(10)，其特征是所述一體式膜生物反應(yīng)器由生物處理系統(tǒng)和自動(dòng)控制系統(tǒng)兩部分構(gòu)成，生物處理系統(tǒng)由中空纖維膜組件(1)、穿孔曝氣管(2)、進(jìn)水泵(3)、出水泵(4)、曝氣泵(5)組成，穿孔曝氣管(2)位于中空纖維膜組件(1)下方，出水泵(4)進(jìn)口接于中空纖維膜組件(1)，曝氣泵(5)出口端接于穿孔曝氣管(2)，自動(dòng)控制系統(tǒng)由液位計(jì)(6)、壓力傳感器(7)、A/D-D/A-I/O轉(zhuǎn)換裝置(8)、PC機(jī)(9)、變頻器(10)組成；由液位計(jì)(6)輸出的液位信號(hào)，經(jīng)A/D-D/A-I/O轉(zhuǎn)換裝置(8)控制進(jìn)水泵(3)；壓力傳感器(7)采集位于中空纖維膜組件(1)和出水泵(4)之間的壓力信號(hào)，該壓力信號(hào)送入A/D-D/A-I/O轉(zhuǎn)換裝置(8)與PC機(jī)(9)，輸出信號(hào)控制變頻器(10)調(diào)整曝氣泵(5)的曝氣量。
2.按照權(quán)利要求1所述的節(jié)能一體式膜生物反應(yīng)器，其特征是所述壓力傳感器(7)采集的信號(hào)壓力值分成三個(gè)區(qū)段0-20kPa、20-45kPa、45-60kPa，對(duì)應(yīng)區(qū)間的氣水比分別為20∶1、30∶1、50∶1。
全文摘要
節(jié)能一體式膜生物反應(yīng)器，由生物處理系統(tǒng)和自動(dòng)控制系統(tǒng)兩部分構(gòu)成，生物處理系統(tǒng)由中空纖維膜組件、穿孔曝氣管、進(jìn)、出水泵、曝氣泵組成；自控系統(tǒng)由液位計(jì)、壓力傳感器、A/D－D/A－I/O轉(zhuǎn)換裝置、PC機(jī)、變頻器組成。壓力傳感器采集的壓力信號(hào)是位于中空纖維膜組件和出水泵之間的橫跨膜壓力值，將該值進(jìn)行處理以此調(diào)整曝氣泵的曝氣量。本發(fā)明根據(jù)SMBR工藝運(yùn)行中膜污染的特點(diǎn)，將膜污染分為三個(gè)階段，不同階段可通過(guò)橫跨膜壓力值反映出來(lái)，根據(jù)不同的膜污染階段提供不同的曝氣強(qiáng)度，可有效的減小曝氣能耗，一方面可在較低的能耗下獲得穩(wěn)定的膜通量，另一方面避免了大的曝氣強(qiáng)度對(duì)污泥混合液可濾性造成的負(fù)面影響。
文檔編號(hào)C02F3/10GK1837086SQ20061001348
公開(kāi)日2006年9月27日 申請(qǐng)日期2006年4月19日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月19日
發(fā)明者張海豐, 齊庚申, 孫寶盛 申請(qǐng)人:天津天大天環(huán)科技有限公司