專利名稱：在線清洗卷式膜-生物反應器的制作方法
技術領域：
在線清洗卷式膜-生物反應器，涉及膜-生物反應器污水處理技術，適用于對污水 處理、微污染水凈化。
背景技術：
膜-生物反應器(Membrane Bioreactor,簡稱MBR)以膜單元取代二沉池，由于所 有懸浮物和膠體物質(zhì)都被膜分離截留，污泥的沉降性能不會影響到出水水質(zhì)，基本上解決 了傳統(tǒng)活性污泥法存在的污泥膨脹問題；另一方面，膜分離單元增加了曝氣池中活性污泥 濃度，提高了生物降解的速率，并減少生物污泥的產(chǎn)生量。因此，MBR被廣泛用于生活污水 及工業(yè)廢水的處理工程實踐。在MBR運行過程中，膜污染是必須面臨的重要問題之一，膜污染是由膜和活性污 泥中污染物質(zhì)相互作用引起的，通常是指活性污泥體系中的物質(zhì)在膜表面和膜孔內(nèi)吸附聚 集，從而引起膜通量衰減和過濾壓力升高的過程。膜污染按成因可歸結(jié)為以下兩種基本的 類型濾餅層污染和吸附性污染；前者源于濃差極化等水力因素引起的截留組分在膜表面 的富集、沉積、凝聚甚至結(jié)塊等，是宏觀的現(xiàn)象；而后者則是源于膜表面的分子基團與透過 液分子之間的吸附作用，它屬于微觀的的現(xiàn)象。當膜污染達到一定程度后，必須進行清洗以 恢復膜通量。膜清洗的目標是清除膜表面的覆蓋層，恢復或提高膜的水通量。膜清洗方法一般 可以分為物理清洗和化學清洗。物理清洗一般不會改變污染物的分子結(jié)構，也不能大幅度 改變膜表面和污染物之間的相互作用，所以它主要適用于濾餅層污染的情形。物理方法包 括高速流水清洗、氣水混合反沖洗、海綿球機械擦洗和超聲波清洗等，但通常能耗較高，清 洗頻率較高。化學清洗能夠破壞污染物的分子結(jié)構或改變污染物與膜表面分子間的吸引 力，所以特別適用于吸附性污染的情況?；瘜W清洗的缺點是有可能引入新的污染物，比如浸 沒式工藝，雖然用含氯的清洗溶液短時間清洗即可以提高膜的透水率，但是清洗液滲入生 物反應器內(nèi)，可能會對其中的微生物活性產(chǎn)生抑制，這種現(xiàn)象在采用在線清洗的情況下尤 其明顯。作為一個膜分離過程，不僅需要具有優(yōu)良特性的膜，還必須把膜制作成結(jié)構緊湊、 性能穩(wěn)定的膜組件及裝置，才能應用于大規(guī)模的工業(yè)過程。膜組件的結(jié)構及型式取決于膜 的形狀，MBR常用的膜組件主要有中空纖維式、管式、平板式。其中，中空纖維膜裝填密度高， 但污染之后，清洗比較麻煩；平板膜具有抗污染性能好、通量高、更換方便等優(yōu)點，在MBR中 應用較多，但裝填密度較低，且若采用在線清洗，需要較多的機械清洗裝置，一次性投資較 大。此外，浸沒式膜-生物反應器均采用曝氣方式來控制膜污染，與常規(guī)生物處理工藝相比，曝氣量明顯偏大，運行能耗高。如何既能提高膜裝填密度，又能降低能耗，同時能實 現(xiàn)低成本的在線清洗是膜_生物反應器工程化應用中面臨的技術難題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于提供一種投資省、占地面積小、運行能耗低，出水水質(zhì)好的在線清洗折轉(zhuǎn)式膜_生物反應器對污水、微污染水進行凈化處理。本發(fā)明生物反應器，本發(fā)明主要由生物反應器，配水系統(tǒng)，卷式膜組件組成，當用 于好氧工藝時，在本發(fā)明反應器內(nèi)還可設置曝氣系統(tǒng)。污水經(jīng)由配水系統(tǒng)進入生物反應器 后，進行污染物的降解和轉(zhuǎn)化。在抽吸壓力作用下，利用卷式膜組件實現(xiàn)固液分離。水分子 以及細小的物質(zhì)通過膜孔，而大分子物質(zhì)以及微生物絮體被膜孔截留，在膜表面聚集，堵塞 過流通道。當抽吸壓力逐漸上升，膜通量下降時，需要對膜進行清洗，由設置在卷式膜組件 上的機械清洗裝置進行在線物理清洗。卷式膜組件由膜片、2個卷軸、機械清洗裝置及清洗搖柄組成，膜片由兩片膜固定 復合在柔性塑料導流網(wǎng)兩側(cè)制成。膜片的兩端分別與2個卷軸牢固連接，可將膜片卷在卷 軸上，在膜片的外邊緣和中部設置支撐材料，當膜片被卷在卷軸上時，支撐材料使得各層 膜片之間形成空隙，污水通過外部膜片和各層間隙進入膜片，使得過濾阻力在整個膜片上 分布較為均勻。膜的材質(zhì)可選用常規(guī)的微濾膜或超濾膜如聚偏氟乙烯(PVDF)、聚丙烯腈 (PAN)、聚醚砜(PES)、聚氯乙烯(PVC)等；也可選用金屬絲網(wǎng)、無紡布、滌綸等材質(zhì)。卷軸為 空心圓管，卷軸頂端連接出水管，經(jīng)處理的水經(jīng)卷軸通過出水管排出。在出水管頂部設置搖 柄。機械清洗裝置采用毛刷或海綿制作，通過調(diào)節(jié)螺絲固定在膜片兩側(cè)，毛刷或海綿 與膜片表面接觸，通過調(diào)節(jié)機械清洗裝置松緊程度來調(diào)節(jié)毛刷或海綿的疏密度。當膜通量 下降，需要對膜進行清洗時，操縱搖柄，帶動一側(cè)卷軸卷動使膜片移動，在移動過程中，根據(jù) 膜的移動方向，機械清洗裝置采用前松后緊的方式既毛刷或海綿采用前疏后密的方式對膜 進行清洗，此種清洗方式有利于將泥餅層和凝膠層污染分層次去除，清洗更徹底，經(jīng)處理過 的水從一個或兩個卷軸內(nèi)出水。在線清洗卷式膜-生物反應器中，卷軸和機械清洗裝置既可豎直放置也可水平放置。本發(fā)明應用于好氧工藝時，由于卷式膜組件的膜片設置較傳統(tǒng)平板膜更為集中， 底部曝氣系統(tǒng)可采取非均勻布置。在卷軸下方，曝氣強度較大，保證膜面較大的沖刷流速， 以此控制膜污染；其余區(qū)域的曝氣強度則只需滿足生化反應需要即可，因此，與常規(guī)浸沒式 膜_生物反應器相比，本發(fā)明的曝氣能耗可大幅度降低。根據(jù)進水水質(zhì)以及處理要求的不 同，本發(fā)明反應器同樣可應用于污水的厭氧處理。本發(fā)明具有以下特點(1)采用卷式膜組件，裝填密度高，具有占地面積小、基建投資省和出水水質(zhì)好等 優(yōu)點；(2)采用膜組件與在線物理清洗設備一體化的方式，降低了整個系統(tǒng)的造價，在線 物理清洗方式的使用也使得膜分離過程中的運行能耗顯著降低；(3)與常規(guī)平板式膜組件相比，卷式膜組件的采用使得膜片在反應器分布較為集 中，曝氣可采用非均勻曝氣的方式，卷軸附近曝氣強度較大，其余區(qū)域強度較小，可顯著降 低污水處理過程中的運行能耗；(4)該在線機械清洗方式操作簡單、方便，用于小規(guī)模工程實踐時，可采用人工定期清洗的方式；當用于大規(guī)模工程時，可與自動控制相結(jié)合，實現(xiàn)高效低耗的膜清洗過程。


附圖是本發(fā)明實施例示意圖，其中圖1本發(fā)明在線清洗卷式膜_生物反應器結(jié)構示意圖；圖2卷式膜組件結(jié)構剖面及工作原理圖；圖3機械清洗裝置平面示意圖。圖中生物反應器1，配水系統(tǒng)2，出水管3，搖柄4，卷軸5，機械清洗裝置6，膜片7， 曝氣系統(tǒng)(當用于好氧工藝時)8，支撐材料9，柔性塑料導流網(wǎng)10，膜11，調(diào)節(jié)螺絲12。
具體實施例方式卷式膜組件由膜片7，卷軸5，機械清洗裝置6和搖柄4組成，設置在生物反應器1 內(nèi)，其中，膜片7由兩片膜11固定復合在柔性塑料導流網(wǎng)10的兩側(cè)制成，膜片11的兩端分 別與2個卷軸5牢固連接，通過搖柄4轉(zhuǎn)動將膜片11卷在卷軸5上，在膜片11的外邊緣和 中部設置支撐材料9。機械清洗裝置6通過調(diào)節(jié)螺絲12固定設置在靠近一側(cè)轉(zhuǎn)軸5的膜片 7的兩側(cè)并與膜片7表面接觸，通過調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)螺絲12來調(diào)節(jié)機械清洗裝置6的松緊程度和 調(diào)節(jié)毛刷或海綿的疏密度。卷軸5為空心圓管，其上端與出水管3連通，在出水管3的頂部 固定連接搖柄4，經(jīng)處理過的水經(jīng)卷5軸內(nèi)通過出水管3出水。配水系統(tǒng)2設置在生物反應 器1的頂部，本發(fā)明用于好氧工藝時，在生物反應器1內(nèi)底部設置曝氣系統(tǒng)8。[實施例1]膜片7采用聚偏氟乙烯(PVDF)，機械清洗裝置6采用毛刷。將其應用于某大型超 市餐飲廢水處理。反應器污泥濃度MLSS = 22g/L。膜運行通量為8 10L/m2*h，穩(wěn)定運 27d后，到達運行終點。進水COD濃度為1031 士 171. 2mg/L，出水COD濃度為79士 17. 2mg/L， 平均去除率為92. 3%。采用在線物理清洗后，膜通量恢復率可達59. 7%。[實施例2]膜片7采用聚醚砜(PES)，機械清洗裝置6采用海綿。將其應用于城市生活污水的 好氧生物處理。反應器污泥濃度MLSS = 7g/L，膜運行通量為20L/m2 · h，穩(wěn)定運行13d后， 到達運行終點。進水COD濃度為286. 0士71. 2mg/L，出水COD濃度為21 士4. 3mg/L，平均去 除率為92. 6%。采用在線物理清洗后，膜通量恢復率可達64. 0%。[實施例3]膜片7采用聚偏氟乙烯(PVDF)，機械清洗裝置6采用毛刷。將其應用于城市生活 污水的好氧生物處理。反應器污泥濃度MLSS = 8g/L，膜運行通量為20L/m2 · h，穩(wěn)定運行 19天后，到達運行終點。進水COD濃度為286. 0 士 71. 2mg/L，出水COD濃度為20 士 4. 3mg/L， 平均去除率為93. 0%。采用在線物理清洗后，膜通量恢復率可達67. 9%。[實施例4]膜片7采用250目滌綸網(wǎng)，機械清洗裝置6采用毛刷。將其應用于城市生活污水 的厭氧處理。膜運行通量為20L/m2*h，穩(wěn)定運行48d后，到達運行終點。進水COD濃度為 286. 0士71.2mg/L，出水COD濃度為118士 13. 5mg/L，平均去除率為58. 7 %。采用在線物理 清洗后，膜通量恢復率可達78. 3%。
權利要求
在線清洗卷式膜-生物反應器，由卷式膜組件設置在生物反應器(1)內(nèi)，配水系統(tǒng)(2)設置在生物反應器(1)上部組成，其特征在于卷式膜組件由搖柄(4)，卷軸(5)，機械清洗裝置(6)，膜片(7)組成，其中，膜片(7)由兩片膜(11)固定復合在柔性塑料導流網(wǎng)(10)的兩側(cè)制成，膜片(11)的兩端分別與卷軸(5)牢固連接，卷軸(5)為空心圓管，其上端與出水管(3)連通，在出水管(3)的頂部固定設置搖柄(4)。
2.根據(jù)權利要求1所述的生物反應器，其特征在于在膜片(7)外邊緣和中部設塑料 支撐材料(9)。
3.根據(jù)權利要求1生物反應器，其特征在于用于好氧工藝時，在生物反應器(1)內(nèi)設 置曝氣系統(tǒng)(8)，采取均勻或非均勻方式布置。
4.根據(jù)權利要求1所述的生物反應器，其特征在于膜片(7)的材質(zhì)為聚偏氟乙烯或 聚丙烯腈或聚醚砜或聚氯乙烯或金屬絲網(wǎng)或無紡布或滌綸。
5.根據(jù)權利要求1所述的生物反應器，其特征在于機械清洗裝置(6)由毛刷或海綿 制成，通過調(diào)節(jié)螺絲(12)固定在膜片(7)兩側(cè)，毛刷或海綿與膜片(7)表面接觸，清洗時， 根據(jù)膜的移動方向，調(diào)節(jié)所述螺絲的松緊程度，采用前松后緊的方式進行膜清洗。
全文摘要
在線清洗卷式膜-生物反應器，涉及膜-生物反應器污水處理技術，適用于對污水處理、微污染水凈化。污水經(jīng)由配水系統(tǒng)(2)進入生物反應器(1)后，進行污染物的降解和轉(zhuǎn)化，在抽吸壓力作用下，利用卷式膜組件實現(xiàn)固液分離。卷式膜組件由膜片(7)、卷軸(5)、機械清洗裝置(6)及搖柄(4)組成，固定設置在生物反應器(1)內(nèi)，需要對膜進行清洗時，由設置在卷式膜組件上的機械清洗裝置(6)進行在線物理清洗。本發(fā)明反應器具有裝填密度高、曝氣能耗低、占地小、基建投資省、清洗方便等優(yōu)點，具有良好的經(jīng)濟效益和社會效益，便于推廣應用。
文檔編號C02F3/12GK101811773SQ20101014836
公開日2010年8月25日 申請日期2010年4月16日 優(yōu)先權日2010年4月16日
發(fā)明者吳志超, 張新穎, 王志偉, 王榮生, 童君, 陸風海, 麥穗海 申請人:同濟大學;上海城投污水處理有限公司