專利名稱：一種集成曝氣式膜組件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
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本實用新型為一種用于膜生物反應(yīng)器水處理技術(shù)的集成曝氣式膜組件，用它可以減緩污 泥在膜面和膜絲間隙的沉積，從而減緩了膜污染，提高膜生物反應(yīng)器運行的穩(wěn)定性，降低了 運行成本。
技術(shù)背景
膜生物反應(yīng)器(Membrane Bioreactor-MBR)是一種將膜分離技術(shù)與傳統(tǒng)污水生物處理 工藝有機結(jié)合的新型高效污水處理與回用技術(shù)，近年來在國內(nèi)外水處理技術(shù)領(lǐng)域日益得到廣 泛的應(yīng)用。該技術(shù)通過膜的高效分離作用，大大提高了泥水分離效率，并且由于曝氣池中活 性污泥濃度的增大和污泥中特效菌的出現(xiàn)，提高了生化反應(yīng)速率。和傳統(tǒng)生物處理技術(shù)相比， 膜生物反應(yīng)器具有明顯的優(yōu)勢(l)能高效地進行固液分離，其分離效果好于傳統(tǒng)的沉淀池， 出水水質(zhì)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 應(yīng)器內(nèi)，實現(xiàn)反應(yīng)器水力停留時間(HRT)和污泥齡(SRT)的完全分離，使運行控制更加靈 活穩(wěn)定；(3)生物反應(yīng)器內(nèi)能維持高濃度的微生物量，處理裝置容積負荷高，節(jié)省占地面積； (4)有利于增殖緩慢的微生物如硝化細菌的截留和生長，系統(tǒng)硝化效率得以提高。也可截 流一些難降解有機物，有利于難降解有機物降解效率的提高；(5)膜一生物反應(yīng)器一般都在 高容積負荷、低污泥負荷下運行，剩余污泥產(chǎn)量低，降低了污泥處理費用；(6)易于實現(xiàn)自 動控制，操作管理方便。
盡管膜生物反應(yīng)器技術(shù)在水的處理與回用方面優(yōu)勢明顯，但是由于MBR本身在應(yīng)用過程 中存在著一些有待解決的技術(shù)難點，導致其不能迅速完全地取代傳統(tǒng)水處理技術(shù)而在水處理 界處于主導地位。
(1) 膜造價較高，導致總體投資比常規(guī)生物處理法偏大。 但隨著科學技術(shù)的發(fā)展，制膜工藝不斷改進、膜材料的價格會日益下降，因此膜成本不
是限制該技術(shù)發(fā)展的主要因素。
(2) 膜污染嚴重，使得運行成本增加。 真正影響MBR大規(guī)模推廣的主要因素是膜污染，膜污染的存在不僅給運行帶來不便，而
增加運行成本。因此，膜污染形成機理的研究與控制是M服技術(shù)的研究重點。
所謂膜污染，是指處理物料中的微粒、膠體粒子或溶質(zhì)大分子有機物等，由于與膜發(fā)生 物理化學相互作用或機械作用，而在膜表面和膜孔內(nèi)吸附、沉淀，造成膜孔徑變小或堵塞， 使水通透膜的阻力增大，妨礙了膜面上的溶解和擴散，導致膜通量不可逆下降的現(xiàn)象。大量 研究表明膜污染主要來源于三個方面。它們分別是濾餅層、溶解性有機物和微生物污染。濾 餅層主要是水透過膜被截流下來的部分活性污泥和膠體物質(zhì)，沒來得及送走就在濾壓差和透 過水流的作用下堆積在膜表面，形成膜污染。屬于可逆污染，其形成主要與料液的懸浮物濃 度(MLSS)有關(guān)，Defrance等研究了混合液中各組分對膜污染的影響，實驗表明懸浮物 部分、膠體部分和溶解性部分對膜過濾阻力的影響分別為65%、 30%和5%; Yasutoshi研究
表明，膜通量隨著MLSS濃度的升高而降低；Takeshi研究了污泥濃度(MLSS)、溶解性有機 物及混合液黏度對膜通量的綜合影響，給出了膜過濾阻力(R)與這些因素的關(guān)系R = 842. 7P MLSS8926 COD1368 U。；黃霞等研究表明，當MLSS濃度過高時，污泥在膜表面沉積
形成較后污泥層，導致阻力升高和膜通量下降。
綜上可知，膜污染是限制膜生物反應(yīng)器推廣應(yīng)用的關(guān)鍵。在膜污染的構(gòu)成中，混合液中 污泥絮體在膜面和膜絲間隙形成的泥餅層占主導作用。因此，如何預防污泥在膜面和膜絲間 隙的沉積是控制膜污染的主要目標，天津大學進行了投加粉末活性炭形成較大污泥絮體以防 止膜污染的研究，清華大學采用水動力學的方式來控制污泥在膜面的沉積；此外，許多研究 者采用間歇操作、次臨界操作、加強曝氣等手段以減緩膜污染的進程。除了以上膜污染的影 響因素外，膜組件的構(gòu)型、膜絲方向、曝氣管的相對位置等也對膜污染產(chǎn)生重要影響。由于 膜組件本身的構(gòu)型限制，曝氣管位置不能夠有效設(shè)置，影響了曝氣對膜絲的沖刷效果，常常 會存在得不到曝氣的死區(qū)問題，從而加劇了膜污染的發(fā)展。因此，研制和開發(fā)一種可以減緩 膜污染的新型膜組件，對提高膜生物反應(yīng)器運行的穩(wěn)定性和經(jīng)濟性都具有十分重要的現(xiàn)實意 義。
發(fā)明內(nèi)容
結(jié)合目前關(guān)于膜污染形成機理的研究成果以及膜組件構(gòu)型與性能的現(xiàn)狀，筆者提出一種 用于MBR系統(tǒng)的集成曝氣式膜組件，旨在減緩膜生物反應(yīng)器的膜污染進程，提高系統(tǒng)運行的 穩(wěn)定性，降低運行成本，以更好地發(fā)揮膜生物反應(yīng)器在我國污水處理與回用領(lǐng)域的作用。
本實用新型為一種集成曝氣式膜組件，該膜組件由膜絲、集水管、集成曝氣管三部分構(gòu) 成，其中膜組件的集水管用于收集膜出水，集成曝氣管起著密封末端膜絲和曝氣作用，不用
額外設(shè)置曝氣管。組件中膜絲所具備的特征為膜絲從上方集水管分兩束張開一定角度對稱
密封于下方集成曝氣管內(nèi)側(cè)，張開角度的大小由單片膜組件面積大小確定，膜絲與曝氣形成
的上升水流幾乎平行，有利于水流對膜面的沖刷作用；組件中集成曝氣管所具備的特征為 夾在兩束膜絲中間的為集成曝氣管的曝氣區(qū)，管上開設(shè)曝氣小孔，曝氣產(chǎn)生的紊動水流直接 作用于膜絲，對膜絲起到?jīng)_刷作用，可以減輕污泥在膜面和膜絲間隙的沉積。在實際運行中， 該膜組件兼具氣、水兩相流，水流是指混合液通過膜絲通過集水管形成膜出水，氣流是指在 膜出水的同時，底部集成曝氣管產(chǎn)生的曝氣氣流，它起到對膜絲的直接沖刷作用，消除了曝 氣死區(qū)的存在，從而較為有效地防止了污泥絮體在膜面和膜絲間隙的沉積，減緩了膜污染。
本實用新型的有益效果是，不僅簡化了膜生物反應(yīng)器工藝系統(tǒng)的構(gòu)造(不用另設(shè)曝氣管)， 更主要的是通過集成曝氣管的設(shè)置，減緩了污泥在膜面和膜絲間隙的沉積，在一定程度上控 制了膜污染的發(fā)展。集成曝氣式膜組件構(gòu)造簡單，對膜污染控制較為有效、簡便。


以下結(jié)合附圖和實施例對本實用新型進一步說明。
圖l是目前采用的錯流式膜組件構(gòu)型及流程圖。圖中l(wèi).膜絲，2.集水管，3.出水管，4. 底部曝氣管，5.鼓風機.
圖2是目前采用的豎流式膜組件構(gòu)型及流程圖。圖中l(wèi).膜絲，2.集水管，3.出水管，4.
圖3是本實用新型的集成曝氣式膜組件構(gòu)型及流程圖。圖中1.膜絲，2.集水管，3.出 水管，5.鼓風機，6.集成曝氣管.
圖4是本實用新型的集成曝氣式膜組件構(gòu)造圖。圖中1.膜絲，2.集水管，6.集成曝氣 管，7.中心曝氣區(qū).
具體實施方式
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圖l中采用的是目前常用的錯流式膜組件，其流程為反應(yīng)器內(nèi)混合液通過膜絲l匯集到集 水管2，通過出水管3形成膜出水，同時采用鼓風機5通過底部采用曝氣管4進行曝氣，形成紊 動水流沖刷膜絲。這種膜組件的弊端在于水流的方向和膜絲的方向相互垂直，不利于水流對 膜面的沖刷作用，故膜污染較為嚴重。
圖2中采用的是目前常用的豎流式膜組件，其流程和圖l所示流程完全相同，差別僅在于 膜組件的構(gòu)型不同。和圖l采用的錯流式膜組件相比，豎流式膜組件的膜絲方向和水流方向平 行，有利于曝氣產(chǎn)生的沖刷作用，但這種膜組件的缺點是兩端均設(shè)集水管2，由于一斷集水管 位于膜絲的正下方，這和底部曝氣管的位置沖突，因此運行時下方的集水管會影響底部曝氣 管的曝氣效果，從而使膜污染加快。
集成曝氣式膜組件的工作流程如圖3所示，其流程與圖1和圖2所示的流程有所不同。不同 之處在與該膜組件只有一個集水管2，集成曝氣管6取代了原錯流式和豎流式膜組件的另一側(cè) 集水管。實際運行中，反應(yīng)器內(nèi)混合液通過膜絲1和單一集水管2形成出水管6的膜出水；膜出 水的同時，曝氣通過位于兩束膜絲1中間和集成曝氣管6中心的曝氣區(qū)7產(chǎn)生紊動水流與兩束膜 絲1近乎平行，它對膜絲起到直接而有效的沖刷作用，消除了曝氣死區(qū)的存在，從而較為有效 地防止了污泥絮體在膜面和膜絲間隙的沉積，減緩了膜污染進程。
實用新型集成曝氣式膜組件的構(gòu)造如圖4所示，集成曝氣式膜組件包括膜絲1、集水管2、 集成曝氣管6三部分，集成曝氣管6取代豎流式膜組件的一側(cè)集水管，在這里起密封末端膜 絲和曝氣的作用，膜絲另一端固定于集水管2，膜絲1從上方集水管2均勻分成兩束張開一 定角度對稱密封于下方集成曝氣管6內(nèi)側(cè)，張開角度的大小由單片膜組件面積大小確定，底 部集成曝氣管6和兩束膜絲1包圍的區(qū)域為中心曝氣區(qū)7，集成曝氣管上開設(shè)若干小孔用作 曝氣孔，孔徑的大小和孔間距由單片膜絲的面積大小確定。
權(quán)利要求1.一種集成曝氣式膜組件，該膜組件包括膜絲、集水管和集成曝氣管三部分，其特征在于膜組件的上部為集水管，下部為集成曝氣管，膜絲的兩端分別密封在集水管和集成曝氣管內(nèi)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的膜組件，其特征在于膜絲從集水管均勻分成兩束對稱密封于下部 集成曝氣管內(nèi)側(cè)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的膜組件，其特征在于末端集成曝氣管(2)和兩束膜絲(1) 包圍的區(qū)域為中心曝氣區(qū)(7),集成曝氣管(6)上開設(shè)若干小孔用作曝氣孔。
專利摘要本實用新型提出了一種集成曝氣式膜組件，該膜組件包括膜絲、集水管和集成曝氣管三部分，其特征在于該膜組件的上部為用于收集膜出水的集水管，下部為用于曝氣的集成曝氣管，膜絲的兩端分別密封于集水管和集成曝氣管內(nèi)，膜絲從集水管均勻分成兩束對稱密封于集成曝氣管內(nèi)側(cè)，其中，集成曝氣管的中心曝氣區(qū)開設(shè)曝氣小孔。
文檔編號C02F3/02GK201056511SQ20072000366
公開日2008年5月7日 申請日期2007年1月24日 優(yōu)先權(quán)日2007年1月24日
發(fā)明者毅 丁, 張傳義, 張雁秋, 袁麗梅 申請人:中國礦業(yè)大學