技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及用于封閉循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)的純氧增氧方法及設(shè)備，具體是一種以有機(jī)中空纖維微孔膜材料為核心部件，實(shí)現(xiàn)水質(zhì)凈化及增氧雙效功能的方法及設(shè)備。

背景技術(shù)：

近年來隨著材料科學(xué)的進(jìn)步，膜技術(shù)取得長足發(fā)展，人們相繼開發(fā)了滿足不同需求的膜組件，目前已被廣泛運(yùn)用在化工、水處理和醫(yī)藥等領(lǐng)域。

封閉式循環(huán)水養(yǎng)殖是一項(xiàng)多學(xué)科交匯產(chǎn)生的新型養(yǎng)殖方式，其工藝流程一般可概括為：養(yǎng)殖用水先流出經(jīng)機(jī)械過濾除去固體懸浮物，進(jìn)入蛋白質(zhì)分離器，然后進(jìn)入生物過濾系統(tǒng)除去氨氮類化合物，凈化水質(zhì)后采用臭氧等殺菌消毒，最后經(jīng)增氧重新進(jìn)入養(yǎng)殖池循環(huán)利用。多系統(tǒng)協(xié)同處理使封閉式循環(huán)水養(yǎng)殖具有水利用率高、養(yǎng)殖環(huán)境可控、產(chǎn)品質(zhì)量高等優(yōu)勢，被國際上公認(rèn)為是現(xiàn)代海水養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)的主要發(fā)展方向。

國內(nèi)早在上世紀(jì)70年代便開始了對封閉式循環(huán)水養(yǎng)殖的研究，但此后發(fā)展停滯，近幾年才重新起步。目前，國內(nèi)該技術(shù)雖然已在鲆鰈類、鰻鱺等品種的養(yǎng)殖上取得一定成果，但設(shè)備尚未完全實(shí)現(xiàn)自主化，對整個(gè)系統(tǒng)缺乏科學(xué)有效的管理，仍與世界先進(jìn)水平存在一定差距。

水中溶解氧濃度（DO）對水產(chǎn)養(yǎng)殖有至關(guān)重要的作用。傳統(tǒng)增氧方式有化學(xué)法、機(jī)械法等。機(jī)械法增氧中常用的裝置有葉輪式、射流式、水車式裝置等。但這些裝置能耗大、噪音大，還可能發(fā)生漏電等安全事故。微孔曝氣增氧是目前推廣的新型增氧技術(shù)，具有噪音小、增氧效率較高等優(yōu)點(diǎn)。

在循環(huán)水養(yǎng)殖的應(yīng)用中，空氣增氧已無法滿足其高密度養(yǎng)殖的需要，而采用純氧增氧是一種保證質(zhì)量、提高產(chǎn)量的理想方案。純氧較為昂貴，因此通過減小氣泡直徑來提升傳質(zhì)效率及提高氧氣利用率就顯得尤為重要。

微孔曝氣氣泡直徑大、氧利用率低，造成能耗高、效率低等缺陷，不適合用于循環(huán)水養(yǎng)殖的純氧增氧。雖然也有人研發(fā)專門用于純氧增氧的裝置，如U型管、錐形氧接觸器、射流器等。但它們都存在能耗高、氧氣利用率低、氧氣傳質(zhì)效率低等問題，這樣既浪費(fèi)了資源也增加了成本，同樣不適合用于封閉式循環(huán)水養(yǎng)殖增氧。

公開號(hào)為CN 1425282 A的中國發(fā)明專利通過微孔曝氣器向分散后的水流中通入高壓純氧，使其在密閉容器中反復(fù)溶解。容器中水積聚到一定體積后外排，并由微孔曝氣器再次增氧。該發(fā)明的缺陷在于采用微孔曝氣器增氧，氣泡直徑較大、氣液接觸面積小，難以實(shí)現(xiàn)高效率增氧。另外，對裝置的調(diào)節(jié)需要改變其直線段圓柱體的直徑和裝置的高度等，操作不夠簡便。

授權(quán)公告號(hào)為CN 204599010 U的中國實(shí)用新型專利利用氣體吸入器將氧氣、臭氧混合氣體吸入并在混合泵中高速運(yùn)轉(zhuǎn)，充分混合。上浮的氣體經(jīng)氣水分離裝置可實(shí)現(xiàn)循環(huán)利用，直至完全溶解完成增氧。該實(shí)用新型的缺陷在于采用的液氧、臭氧發(fā)生裝置能耗大且經(jīng)濟(jì)性較差。而且采用的氣體吸入裝置、氣水混合泵等裝置氧傳質(zhì)效率低，操作較復(fù)雜，難以高效完成增氧。

授權(quán)公告號(hào)為CN 2465469Y的中國實(shí)用新型專利利用聚丙烯膜組件將氧氣均勻地混入水中，壓縮空氣由膜絲內(nèi)側(cè)滲透到外側(cè)水體中，氣體與液體以錯(cuò)流的方式混和，聚丙烯為疏水性材料，氣體易于透過，然而當(dāng)膜孔不斷潤濕后，氣體的透過壓力增大，因此系統(tǒng)的穩(wěn)定性無法保證。

另外，現(xiàn)有的技術(shù)僅能實(shí)現(xiàn)單一的增氧或過濾操作，運(yùn)用于循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)時(shí)，存在占用空間大、操作管理難、造價(jià)昂貴等缺點(diǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是改進(jìn)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種用于循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)的水質(zhì)凈化與增氧雙效膜系統(tǒng)，其優(yōu)勢在于：（1）封閉式循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)中兩個(gè)重要環(huán)節(jié)，水質(zhì)凈化以及增氧可以集成到膜系統(tǒng)中，膜系統(tǒng)具有模塊化、占地面積小的優(yōu)點(diǎn)；（2）超濾系統(tǒng)可以截留水中的細(xì)菌、病毒以及其它固體顆粒，比現(xiàn)有的封閉式循環(huán)養(yǎng)殖系統(tǒng)的水凈化單元更高的截留效果；（3）中空纖維膜組件可以提供較大的氣液接觸界面，促進(jìn)氧氣完全溶于水中。（4）采用純氧為氣源，可以通過控制氣體流量使氣體完全溶于水中，沒有氣泡產(chǎn)生，避免了氧氣的流失。

為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種用于封閉循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)的水質(zhì)凈化及增氧裝置，包括有：

中空纖維膜組件5，其中裝填有中空纖維膜絲9；

水池7；

氧氣氣源1，用于向中空纖維膜絲9的孔道一端中提供氧氣；

輸送泵6，用于將水池7中的水送入中空纖維膜組件5的殼程中，并使水滲透入中空纖維膜絲9的孔道中；

氣液混合出口16，連接于中空纖維膜絲9的孔道另一端，用于將含氧液體返回至水池7。

所述的中空纖維膜絲9是指PVDF膜，單根膜絲內(nèi)徑范圍0.1～1.5mm，外徑0.2～2.0mm；PVDF膜是超濾膜。

所述的中空纖維膜絲9的材質(zhì)是親水性材料，水滴在其表面的接觸角范圍，接觸角在40～100°

所述的中空纖維膜組件5中的膜絲裝填密度為35～60%。

還包括有氣體調(diào)節(jié)閥2，用于對從氧氣氣源1進(jìn)入中空纖維膜組件5的氣體流量和壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)。

還包括有壓力表3，用于對從氧氣氣源1進(jìn)入中空纖維膜組件5的氣體壓力進(jìn)行檢測。

還包括有溶氧檢測儀8，用于對水池7中的水中氧氣含量進(jìn)行檢測。

氧氣氣源1通過氧氣進(jìn)口15與中空纖維膜絲9相連接，中空纖維膜絲9的孔道另一端通過氣液混合出口16與水池7連接。

另外一個(gè)實(shí)施例中，氧氣氣源1通過集液槽13與氧氣進(jìn)口15連接，在集液槽13中設(shè)置霧化裝置18。

另外一個(gè)實(shí)施例中，中空纖維膜組件5的殼體內(nèi)設(shè)置液體緩沖部件12，用于防止液體進(jìn)口10中輸入的液體沖至遠(yuǎn)離氧氣進(jìn)口15一側(cè)的中空纖維膜絲上。

另外一個(gè)實(shí)施例中，氣液混合出口16連接于氣液分離器19，氣液分離器19的液相出口20與水池7相連，氣液分離器19的氣相出口21通過增加泵22與氧氣進(jìn)口15連接。

用于封閉循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)的水質(zhì)凈化及增氧方法，包括如下步驟：

i)，將氧氣從中空纖維膜組件的膜絲孔道的一端輸入；

ii)，將水池中的水壓入中空纖維膜組件的殼程，使水從膜絲外部向孔道內(nèi)滲透；

iii)，將膜絲孔道內(nèi)部的氣體和液體混合后，從膜絲孔道的另一端排出，并返回至水池中。

還包括有：

通過溶氧檢測儀監(jiān)測水池中水中氧含量。

將步驟iii)中從膜絲孔道的另一端排出的氣體和液體的混合物經(jīng)過氣液分離后，液相返回至水池，而氣相經(jīng)過加壓后再送入步驟i)中的膜絲孔道的一端再次輸入中空纖維膜組件中。

步驟i）中，氧氣從中空纖維膜組件的膜絲孔道的一端輸入的壓力是10～50kPa。

步驟ii）中，水壓入中空纖維膜組件的殼程時(shí)的壓力0.01～0.08MPa。

有益效果

本發(fā)明是一種高效率、低能耗的增氧系統(tǒng)。采用中空纖維超濾膜增大氧氣、水兩相之間的接觸面積，膜系統(tǒng)單位體積傳質(zhì)表面積可達(dá)1600～6600 m²/m³，而傳統(tǒng)體系一般在30~300 m²/m³；曝氣氣泡直徑與膜孔徑相近（約0.02μm），使其擴(kuò)散均勻并延長氣液接觸時(shí)間，從而增加氧傳質(zhì)效率。采用純氧作為氣源，結(jié)合系統(tǒng)的高傳質(zhì)效率，將一般增氧設(shè)備所需的100 kPa工作壓強(qiáng)減少為30 kPa 左右，降低了能耗。采用死端操作方法，可使純氧利用率理論上達(dá)到100%，最大限度減少氧氣浪費(fèi)。另外，循環(huán)水在較小的過膜壓差下透過膜孔，在膜的中空通道中與氧氣混和，實(shí)現(xiàn)了水質(zhì)凈化與增氧的雙效作用。

本發(fā)明是一種操作簡便、易于控制的增氧系統(tǒng)。采用膜系統(tǒng)減少了占用的空間，系統(tǒng)的操作、調(diào)整步驟簡單。另外，通過對出、入水口處溶氧濃度的監(jiān)測可以輕松實(shí)現(xiàn)對增氧的調(diào)控，便于系統(tǒng)的管理。

本發(fā)明利用膜技術(shù)在水體增氧基礎(chǔ)上結(jié)合了對固體懸浮物、有機(jī)大分子雜質(zhì)的過濾。在單一系統(tǒng)中整合了循環(huán)水養(yǎng)殖中的多步操作，有效減少了設(shè)備占用空間，簡化了管路連接；便于對整個(gè)循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)的管理，提高運(yùn)行效率。

附圖說明

圖1是本發(fā)明提供的水質(zhì)凈化及增氧裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是另外一種水質(zhì)凈化及增氧裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是一種中空纖維膜組件及其附屬結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是另一種中空纖維膜組件及其附屬結(jié)構(gòu)示意圖；

其中，1、氧氣氣源；2、氣體調(diào)節(jié)閥；3、壓力表；4、流量計(jì)；5、中空纖維膜組件；6、輸送泵；7、水池；8、溶氧檢測儀；9、中空纖維膜絲；10、液體進(jìn)口；11、液體出口；12、液體緩沖部件；13、集液槽；14、密封；15、氧氣進(jìn)口；16、氣液混合出口；17、脈沖泵；18、霧化裝置；19、氣液分離器；20、液相出口；21、氣相出口；22、增壓泵。

具體實(shí)施方式

下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號(hào)表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實(shí)施例是示例性的，旨在用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對本發(fā)明的限制。在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術(shù)語“中心”、“縱向”、“橫向”、“長度”、“寬度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”“內(nèi)”、“外”、“順時(shí)針”、“逆時(shí)針”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明的限制。應(yīng)理解的是，當(dāng)一個(gè)元件被提及與另一個(gè)元件“連接”時(shí)，它可以與其他元件直接相連或者與其他元件間接相連，而它們之間插入有元件。除非有明確相反的說明，否則術(shù)語“包括”和“具有”應(yīng)理解為表述包含所列出的元件，而非排除任意其他元件。

本發(fā)明提供的水質(zhì)凈化及增氧裝置的結(jié)構(gòu)如圖1所示，其中，包括有整套裝置構(gòu)成如下：氧氣氣源1、氣體調(diào)節(jié)閥2和氣壓表3之間采用鋼管連接，氧氣氣源1用于向裝置中提供含氧氣的氣體，可以是純氧也可以是空氣等；經(jīng)過氣體流量計(jì)4后采用橡膠軟管連接后續(xù)的中空纖維膜組件5，進(jìn)行增氧操作。氧氣氣體從氧氣氣源1出發(fā)，以氣體調(diào)節(jié)閥2控制，由鋼管流經(jīng)氣壓表3，在氣體流量計(jì)4調(diào)節(jié)后通過軟管流入中空纖維膜組件5。

同時(shí)，輸送泵6將封閉的水池7中的水供至中空纖維膜組件5，輸送泵6通過塑料水管與水池連接。

在增氧操作中，中空纖維膜組件5的具體結(jié)構(gòu)如圖3所示，中空纖維膜組件5的外部是為膜殼，組件中內(nèi)部裝有許多根束狀的中空纖維膜絲9，在組件的兩端設(shè)置有密封14，使膜絲的絲孔道與絲外部相隔，以上都為現(xiàn)有技術(shù)，已經(jīng)為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知。另外，在膜殼上設(shè)置有液體進(jìn)口10和液體出口11，液體進(jìn)口10與輸送泵6相連接，將養(yǎng)殖水送入膜殼中，而液體出口11可以與水池7連接，也可以封閉，當(dāng)它與水池7連接時(shí)，使膜殼中的水形成錯(cuò)流循環(huán)，未透過中空纖維膜的多余的水返回至水池，當(dāng)采用錯(cuò)流操作時(shí)，其結(jié)構(gòu)如圖2所示；當(dāng)它封閉時(shí)，殼程構(gòu)成死端滲透，養(yǎng)殖水進(jìn)入殼程之后，全部透過中空纖維膜的過濾進(jìn)入內(nèi)部膜絲孔道，當(dāng)采用死端操作時(shí)，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。在中空纖維膜組件5上還設(shè)置有氧氣進(jìn)口15、氣液混合出口16，中空纖維膜絲的孔道一端與氧氣進(jìn)口15相連，孔道另一端與氣液混合出口16相連，氧氣進(jìn)口15與氧氣氣源1相連，而氣流混合出口16與水池7相連，當(dāng)養(yǎng)殖水從液體進(jìn)口10進(jìn)入殼程之后，在壓力的作用下會(huì)透過中空纖維膜絲9，進(jìn)入至內(nèi)部孔道，由于氧氣與透過液是不斷在孔道內(nèi)部流動(dòng)，隨著流動(dòng)的進(jìn)行實(shí)現(xiàn)了氣液的混合，使氧氣溶解于滲透水中，實(shí)現(xiàn)了過濾、增氧集合過程后，就可以將過濾后的水體中富氧化之后，返回至水池7中，在泵的作用下實(shí)現(xiàn)水體循環(huán)。

在一個(gè)實(shí)施例中，可以將中空纖維膜組件5豎直放置，使氧氣進(jìn)口15在下方，氣液混合出口16在上方，一方面可以使氧氣在進(jìn)入孔道之后不斷上浮，逐步進(jìn)行氣液混合。

在另外的一個(gè)實(shí)施例中，在液體進(jìn)口10上還連接有脈沖泵7，脈沖泵7向液體進(jìn)口10中供入脈沖的液體流，由于流體進(jìn)入殼程之后具有一定壓力，而當(dāng)采用脈沖輸送時(shí)，其壓力也呈周期性變化，可以使得透過膜絲的滲透液也出現(xiàn)周期性變化，這種變化能夠提高與氧氣氣泡之間的湍動(dòng)，提高氧氣的溶解速度和溶解量。

如圖3，在另外的一個(gè)實(shí)施例中，在膜殼的內(nèi)部還設(shè)置有液體緩沖部件12，其作用是防止液體進(jìn)口10中輸入的液體沖至遠(yuǎn)離氧氣進(jìn)口15一側(cè)的中空纖維膜絲上；在一個(gè)實(shí)施例中，液體緩沖部件12設(shè)置于中空纖維膜組件5的殼體的內(nèi)壁上，液體緩沖部件12所處的位置相對于液體進(jìn)口10的位置更遠(yuǎn)離于氧氣進(jìn)口15。由于在氧氣進(jìn)口15一側(cè)的膜絲中的氣體壓力相對偏高，并且膜絲的孔徑相對較細(xì)，因此剛進(jìn)入的氣體通常會(huì)占據(jù)了整個(gè)孔道，不僅影響了液體的向內(nèi)滲透，而且也會(huì)影響了與液體之間的傳質(zhì)混合，當(dāng)通過脈沖進(jìn)料后，可以使這個(gè)位置上加快液體滲透，破壞氣泡所占據(jù)的體積，提高混合效率；但是，當(dāng)遠(yuǎn)離氧氣進(jìn)口10的位置上的膜絲中的氣體占據(jù)的空間較小，并且這一位置上的氣液流動(dòng)相對平緩，當(dāng)采用脈沖進(jìn)料時(shí)，會(huì)由于液體的壓力將聚合物膜絲壓緊，影響到氣液繼續(xù)向出口的流動(dòng)，因此，采用了緩沖部件之后，將靠近與遠(yuǎn)離氧氣進(jìn)口15的膜絲分隔開，使近端實(shí)現(xiàn)脈沖促進(jìn)傳質(zhì)效果，而遠(yuǎn)端保持膜絲的形狀和內(nèi)部氣液的正常平穩(wěn)流動(dòng)。

在另外的一個(gè)實(shí)施例中，如圖3所示，在氧氣進(jìn)口15上還可以設(shè)置集液槽13，由于氧氣進(jìn)口15的位置在膜組件的下方，因此會(huì)有部分滲透液流下，因此可以將流下的滲透液存于集液槽13中，進(jìn)入的氧氣可以與集液槽13中的液體進(jìn)行一次預(yù)混合，再進(jìn)入膜絲，可以實(shí)現(xiàn)氧氣氣泡與液體的初步混合，避免氣泡占據(jù)整個(gè)膜絲孔道，影響到氣液傳質(zhì)。

在另外的一個(gè)實(shí)施例中，在集液槽13中安裝有霧化裝置18，可以對液體進(jìn)行霧化操作，使液滴被分散霧化為微小水珠，使進(jìn)入膜孔道之后的傳質(zhì)效果更好。

在另外的一個(gè)實(shí)施例中，如圖4所示，可以將中空纖維膜絲9在組件中彎折，使進(jìn)口與出口端都在組件的同一端。由于中空纖維膜絲的特點(diǎn)是內(nèi)部孔道十分細(xì)小，通常采用的氧氣進(jìn)口壓力范圍是20～50kPa，因此，氧氣在進(jìn)入膜絲入口之后，通過會(huì)具有較大的壓力，而水壓從膜殼壓入組件時(shí)的進(jìn)口壓力一般在0.01～0.08MPa范圍，容易導(dǎo)致氣體產(chǎn)生一定的透過膜層而進(jìn)入膜絲外部的作用，當(dāng)發(fā)生這種情況時(shí)，會(huì)阻止膜絲外部的液體的向內(nèi)滲透，產(chǎn)生的結(jié)果就是在膜絲入口端的氣體壓力和液體壓力達(dá)到一定的對抗，影響到這一部位的相互混合滲透；在遇到這種問題時(shí)，通常的作法并不能減小氣體分壓，否則容易導(dǎo)致進(jìn)入膜絲的氣體的氣體量減小，使膜絲出口的液體氧氣含量偏低。為解決這一問題，只能通過以低壓方法供入流量較大的氧氣，但是這種操作時(shí)，雖然實(shí)現(xiàn)了靠近氧氣進(jìn)口15處的膜絲內(nèi)部不會(huì)受到氣體壓力偏高的影響，但是氣體流量偏大會(huì)導(dǎo)致一部分氧氣未經(jīng)過完全吸收后就排出，造成浪費(fèi)。因此，通過在氣流混合出口16處通過設(shè)置一個(gè)氣液分離器19，實(shí)現(xiàn)氣體與液體的分離，液體中載有溶解氧通過液相出口20再進(jìn)入水池7，而分離出的氣體再通過氣相出口21和增壓泵22再返回至氧氣進(jìn)口15，實(shí)現(xiàn)多余的氧氣的回用。通過這種改進(jìn)的方式，可以使實(shí)現(xiàn)低壓、高流量方式的氣體進(jìn)入膜絲，避免了氣體壓力過高造成的膜絲內(nèi)部外部液體不能較好向內(nèi)滲透和氣體有向膜絲外部滲出的問題，在優(yōu)選的實(shí)施方式中，可以采用10～15kPa氧氣進(jìn)氣壓力。

為了進(jìn)一步減小污染，以一定的時(shí)間間隔在循環(huán)水側(cè)通入空氣，促使膜絲擺動(dòng)并擦洗中空纖維的外表面?？諝獾膲毫?～2bar。在通入空氣的同時(shí)，組件上側(cè)的液體出口打開。

當(dāng)過膜壓差較高（大于0.5bar）,組件長度小于1m時(shí)，透過的水量較大，水與氧氣的接觸時(shí)間短，出水側(cè)的溶解氧濃度無法達(dá)到理想值（10mg/L左右）, 因此，對于較短的組件，膜在較低的過膜壓差下運(yùn)行。

實(shí)施例1

如圖1和圖3所示，中空纖維膜組件直徑2寸，長度600mm，膜過濾面積1.2 m²。膜絲由高分子材料PVDF采用擴(kuò)散致相轉(zhuǎn)化法制備，擁有良好的過濾性能和機(jī)械強(qiáng)度。單根膜絲內(nèi)徑為0.7mm，外徑為1.3mm, 最可幾孔徑為25±2nm, 占比大于80%，最大孔小于50nm。此孔徑的膜可以較好的分布氧氣，提高氧傳質(zhì)效率。

增氧過程中，中空纖維膜組件5采用外壓式死端操作方式，提高氧氣利用率。水體在泵的作用下經(jīng)進(jìn)水口進(jìn)入膜組件的殼層，在壓力推動(dòng)下滲透進(jìn)入膜絲內(nèi)部，進(jìn)入膜內(nèi)的流動(dòng)水體與通入的氧氣充分混合，增氧后的水體從出水口排出重新進(jìn)入水池7。

本系統(tǒng)的水源采用清水，氧氣氣源1采用工業(yè)用純氧，能有效提高增氧效率。為實(shí)現(xiàn)對增氧的檢測、調(diào)控，提高整體系統(tǒng)的效能，配有氣體監(jiān)控裝置，包括氣體調(diào)節(jié)閥2、氣壓表3和氣體流量計(jì)4。主要通過調(diào)節(jié)氣體調(diào)節(jié)閥，觀察氣壓表、氣體流量計(jì)示數(shù)實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)。

通過氣體調(diào)節(jié)閥2、氣體流量計(jì)4的調(diào)節(jié)，使增氧氣壓控制在30～40 kPa 之間，氧氣流速控制在 0.1 L/min左右，循環(huán)水流速約 2 L/min。本系統(tǒng)采用上述的操作條件，既能保證有效增氧又能避免過大能耗。

原水的溶氧濃度為5.4mg/L（溫度約15℃）。在上述實(shí)驗(yàn)條件下，運(yùn)行過程中測得組件出水口水體溶氧量可達(dá)12 mg/L左右；經(jīng)過10 min的循環(huán)，產(chǎn)水箱內(nèi)水體（約10L）總?cè)苎趿繛?0 mg/L。

實(shí)施例2

如圖1和圖3所示的裝置，中空纖維膜組件5直徑2寸，長度600mm，膜過濾面積1.2 m²。膜絲由高分子材料PVDF采用擴(kuò)散致相轉(zhuǎn)化法制備，擁有良好的過濾性能和機(jī)械強(qiáng)度。單根膜絲內(nèi)徑為0.7mm，外徑為1.3mm, 最可幾孔徑為25±2nm, 占比大于80%，最大孔小于50nm。此孔徑的膜可以完全截留水中的固體污染物和部分大分子雜質(zhì)。

過濾過程中，水體在泵的作用下經(jīng)進(jìn)水口進(jìn)入膜組件的殼層，進(jìn)入壓力約0.05MPa，在壓力推動(dòng)下滲透進(jìn)入膜絲內(nèi)部，而固體懸浮物及大分子雜質(zhì)則被截留，完成對水體的過濾。過濾后的水體從出水口排出重新進(jìn)入水池7。通過氣體調(diào)節(jié)閥2、氣體流量計(jì)4的調(diào)節(jié)，使增氧氣壓控制在20～25 kPa 之間，氧氣流速控制在 0.1 L/min左右，循環(huán)水流速約 2 L/min。

本系統(tǒng)的水源采用微污染水，主要加入污染物為COD_Mn、氨氮，細(xì)菌菌落級固體懸浮物。

水體經(jīng)由塑料水管進(jìn)入輸送泵6中，流出后通過橡膠軟管進(jìn)入中空纖維膜組件5。水體在泵的作用下經(jīng)進(jìn)水口進(jìn)入膜組件的殼層，在壓力推動(dòng)下滲透進(jìn)入膜絲內(nèi)部，過濾后的水體從出水口排出重新進(jìn)入水池7。

檢測過濾效果，進(jìn)水COD_Mn濃度為8.6～10.1mg/L，出水COD_Mn濃度為1.82～2.18mg/L，進(jìn)水氨氮濃度為1.5～3.2mg/L，出水氨氮濃度為0.1～0.4mg/L，進(jìn)水菌落總數(shù)為460CFU/mL，出水中檢測不出活細(xì)菌菌落。原水的溶氧濃度為3.4mg/L（溫度約15℃）。在上述實(shí)驗(yàn)條件下，運(yùn)行過程中測得組件出水口水體溶氧量可達(dá)11 mg/L左右；經(jīng)過10 min的循環(huán)，產(chǎn)水箱內(nèi)水體（約10L）總?cè)苎趿繛? mg/L。

實(shí)施例3

如圖1和圖3所示的裝置，水源采用清水，裝置構(gòu)成如下：氧氣氣源1，氣體調(diào)節(jié)閥2和氣壓表3之間采用鋼管連接；經(jīng)過氣體流量計(jì)4后采用橡膠軟管連接后續(xù)的中空纖維膜組件5。輸送泵6（離心泵）的通過塑料水管與水池連接；中空纖維膜組件5通過橡膠管與水池7相連，在泵的作用下實(shí)現(xiàn)水體循環(huán)。另外，配有溶氧檢測儀8對增氧效果進(jìn)行檢測。

工作流程分為水、氣兩大部分。氧氣氣體從氧氣氣源1出發(fā)，利用氣體調(diào)節(jié)閥2控制，由鋼管流經(jīng)氣壓表3，在氣體流量計(jì)4調(diào)節(jié)后通過軟管流入膜組件。水體在泵的作用下經(jīng)進(jìn)水口進(jìn)入膜組件的殼層，在壓力推動(dòng)下滲透進(jìn)入膜絲內(nèi)部，進(jìn)入膜內(nèi)的流動(dòng)水體與通入的氧氣充分混合，增氧后的水體從出水口排出重新進(jìn)入水池7。所采用的中空纖維膜組件如附圖3所示，所用組件長度約為50 cm, 以50%的裝填密度裝填有500根左右膜絲。

所采用的膜絲由高分子材料PVDF采用相轉(zhuǎn)化法制備，膜絲內(nèi)徑為0.7mm，孔徑分布在0.02～0.1μm，屬于超微濾范疇。此孔徑的膜可以截留水中大部分的大分子雜質(zhì)，而且氧氣可由進(jìn)氣端進(jìn)入膜內(nèi)部，與水體充分混合完成增氧，再從出水口排出。

為達(dá)到最佳使用效果，正式開始增氧前應(yīng)該對中空纖維膜組件5進(jìn)行潤濕、排氣的預(yù)備工作。具體操作方法如下：將組件豎直放置，由進(jìn)水口進(jìn)水并保持出水口暢通。等出水口有穩(wěn)定水流排出后即可正常開始增氧流程。

增氧過程中，中空纖維膜組件5采用外壓式死端操作方式，提高氧氣利用率。水體在泵的作用下經(jīng)進(jìn)水口進(jìn)入膜組件的殼層，在壓力推動(dòng)下滲透進(jìn)入膜絲內(nèi)部，而固體懸浮物及大分子雜質(zhì)則被截留，完成對水體的過濾。進(jìn)入膜內(nèi)的流動(dòng)水體與通入的氧氣充分混合，增氧后的水體從出水口排出重新進(jìn)入水池7。

本系統(tǒng)的水源采用微污染水，主要加入污染物為有機(jī)物、氨氮，細(xì)菌菌落級固體懸浮物，氧氣氣源1采用工業(yè)用純氧，能有效提高增氧效率。為實(shí)現(xiàn)對增氧的檢測、調(diào)控，提高整體系統(tǒng)的效能，配有氣體監(jiān)控裝置，包括氣體調(diào)節(jié)閥2、氣壓表3和氣體流量計(jì)4。主要通過調(diào)節(jié)氣體調(diào)節(jié)閥，觀察氣壓表、氣體流量計(jì)示數(shù)實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)。

通過氣體調(diào)節(jié)閥2、氣體流量計(jì)4的調(diào)節(jié)，使增氧氣壓控制在30～40 kPa 之間，氧氣流速控制在 0.1 L/min左右，循環(huán)水流速約 2 L/min。本系統(tǒng)采用上述的操作條件，既能保證有效增氧又能避免過大能耗。

原水的溶氧濃度為4.7mg/L（溫度約15℃）。在上述實(shí)驗(yàn)條件下，運(yùn)行過程中測得組件出水口水體溶氧量可達(dá)12 mg/L左右；經(jīng)過10 min的循環(huán)，產(chǎn)水箱內(nèi)水體（約10L）總?cè)苎趿繛?0 mg/L。檢測過濾效果，進(jìn)水COD_Mn濃度為8.7～10.5 mg/L，出水COD_Mn濃度為1.95～2.21mg/L，進(jìn)水氨氮濃度為1.6～3.1mg/L，出水氨氮濃度為0.2～0.4mg/L，進(jìn)水菌落總數(shù)為520CFU/mL，出水中檢測不出活細(xì)菌菌落。

實(shí)施例4

如圖1和圖3所示的裝置，中空纖維膜組件5直徑2寸，長度600mm，膜過濾面積1.2 m²。膜絲由高分子材料PVDF采用擴(kuò)散致相轉(zhuǎn)化法制備，擁有良好的過濾性能和機(jī)械強(qiáng)度。單根膜絲內(nèi)徑為0.7mm，外徑為1.3mm, 最可幾孔徑為25±2nm, 占比大于80%，最大孔小于50nm。此孔徑的膜可以完全截留水中的固體污染物和部分大分子雜質(zhì)。

過濾過程中，水體在泵的作用下經(jīng)進(jìn)水口進(jìn)入膜組件的殼層，液體進(jìn)口在膜殼的下方，并且液體通過脈沖泵加壓之后，壓力以約2Hz的頻率在0.05～0.08Mpa之間變動(dòng)，在壓力推動(dòng)下滲透進(jìn)入膜絲內(nèi)部，而固體懸浮物及大分子雜質(zhì)則被截留，完成對水體的過濾。過濾后的水體從出水口排出重新進(jìn)入水池7。通過氣體調(diào)節(jié)閥2、氣體流量計(jì)4的調(diào)節(jié)，使增氧氣壓控制在20～25 kPa 之間，氧氣流速控制在 0.1 L/min左右，循環(huán)水流速約 2 L/min。

本系統(tǒng)的水源采用微污染水，主要加入污染物為COD_Mn、氨氮，細(xì)菌菌落級固體懸浮物。

水體經(jīng)由塑料水管進(jìn)入輸送泵6中，流出后通過橡膠軟管進(jìn)入中空纖維膜組件5。水體在泵的作用下經(jīng)進(jìn)水口進(jìn)入膜組件的殼層，在壓力推動(dòng)下滲透進(jìn)入膜絲內(nèi)部，過濾后的水體從出水口排出重新進(jìn)入水池7。

檢測過濾效果，進(jìn)水COD_Mn濃度為8.6～10.1mg/L，出水COD_Mn濃度為1.75～2.02mg/L，進(jìn)水氨氮濃度為1.9mg/L，出水氨氮濃度為0.25mg/L，進(jìn)水菌落總數(shù)為480CFU/mL，出水中檢測不出活細(xì)菌菌落。原水的溶氧濃度為3.4mg/L（溫度約15℃）。在上述實(shí)驗(yàn)條件下，運(yùn)行過程中測得組件出水口水體溶氧量可達(dá)9 mg/L左右；經(jīng)過10 min的循環(huán)，產(chǎn)水箱內(nèi)水體（約10L）總?cè)苎趿繛?.5mg/L。

實(shí)施例5

如圖1和圖3所示的裝置，中空纖維膜組件5直徑2寸，長度600mm，在膜組件內(nèi)壁的一半高度上設(shè)置有一圈隔板作為液體緩沖部件12，隔板寬度20mm，膜過濾面積1.2 m²。膜絲由高分子材料PVDF采用擴(kuò)散致相轉(zhuǎn)化法制備，擁有良好的過濾性能和機(jī)械強(qiáng)度。單根膜絲內(nèi)徑為0.7mm，外徑為1.3mm, 最可幾孔徑為25±2nm, 占比大于80%，最大孔小于50nm。此孔徑的膜可以完全截留水中的固體污染物和部分大分子雜質(zhì)。

過濾過程中，水體在泵的作用下經(jīng)進(jìn)水口進(jìn)入膜組件的殼層，液體進(jìn)口在膜殼的下方，并且液體通過脈沖泵加壓之后，壓力以約2Hz的頻率在0.05～0.08Mpa之間變動(dòng)，在壓力推動(dòng)下滲透進(jìn)入膜絲內(nèi)部，而固體懸浮物及大分子雜質(zhì)則被截留，完成對水體的過濾。過濾后的水體從出水口排出重新進(jìn)入水池7。通過氣體調(diào)節(jié)閥2、氣體流量計(jì)4的調(diào)節(jié)，使增氧氣壓控制在20～25 kPa 之間，氧氣流速控制在 0.1 L/min左右，循環(huán)水流速約 2 L/min。

本系統(tǒng)的水源采用微污染水，主要加入污染物為COD_Mn、氨氮、細(xì)菌菌落級固體懸浮物。

水體經(jīng)由塑料水管進(jìn)入輸送泵6中，流出后通過橡膠軟管進(jìn)入中空纖維膜組件5。水體在泵的作用下經(jīng)進(jìn)水口進(jìn)入膜組件的殼層，在壓力推動(dòng)下滲透進(jìn)入膜絲內(nèi)部，過濾后的水體從出水口排出重新進(jìn)入水池7。

檢測過濾效果，進(jìn)水COD_Mn濃度為8.6～10.1mg/L，出水COD_Mn濃度為1.75～2.02mg/L，進(jìn)水氨氮濃度為1.8mg/L，出水氨氮濃度為0.25mg/L，進(jìn)水菌落總數(shù)為450CFU/mL，出水中檢測不出活細(xì)菌菌落。原水的溶氧濃度為3.4mg/L（溫度約15℃）。在上述實(shí)驗(yàn)條件下，運(yùn)行過程中測得組件出水口水體溶氧量可達(dá)11.5mg/L左右；經(jīng)過10 min的循環(huán)，產(chǎn)水箱內(nèi)水體（約10L）總?cè)苎趿繛?3.6mg/L。通過實(shí)施例4和實(shí)施例5可以看出，通過中間隔板可以有效防止脈沖流對膜絲的沖擊。