一種膜生物反應器的製作方法

2023-06-20 02:28:26 1

本發明涉及汙水處理設備，更具體地說，涉及一種膜生物反應器。

背景技術：

近年來，膜技術在汙水處理領域中的應用特別是與生物反應器相組合的膜生物反應器(membranebioreactor，簡稱mbr)工藝作為一種新型高效汙水處理工藝在受到了日益廣泛的關注。mbr是一種由膜分離單元與生物處理單元相結臺的新型水處理技術，以膜組件取代二沉池在生物反應器中保持高活性汙泥濃度減少汙水處理設施佔地，並通過保持低汙泥負荷減少汙泥量。mbr工藝具有操作簡單、水力停留時間(hrt)與汙泥齡(srt)分離、汙泥濃度高、抗衝擊負荷能力強、出水水質好等優點。在膜生物反應器中，生物反應器主要完成汙水中汙染物的降解；膜分離單元主要完成固液分離、並對一些大分子化合物起到截留作用，所使用的膜一般為超濾或微濾膜。

在實際應用中，由於在運行過程中mbr的膜組件易受到汙染，造成膜通量下降，影響膜組件的穩定運行，使膜汙染成為限制mbr應用的關鍵問題。膜汙染是指懸浮顆粒、膠體粒子或溶解性大分子有機物在膜表面和膜孔內吸附沉積，造成膜孔徑減小或堵塞，使膜通量下降的現象。

現有技術中，為了防治膜汙染、提高mbr的處理效果，一般採用以下方法：

1、生物曝氣與氣水清洗結合。

「外置式中空纖維膜生物反應器」(cn2755081y)，包括中空纖維束、帶中心連接口的氣液分布器、外殼，可實現料液均勻分布、膜組件的就地清洗，單元易於管理和維修，過濾性能穩定。

這種在向單元供氧的同時利用氣水上升流對膜表面進行清洗方法，由於滿足生物反應的曝氣量不可能很大，單純依靠氣流上升對膜搓洗的效果有限。

2、在反洗水中加入壓縮空氣。

「膜生物反應器膜的氣水反衝洗裝置」(cn2530940y)，涉及一種氣水反衝裝置，其特點是採用壓縮空氣對膜進行反衝洗，提高了反衝洗效果。

這種方法利用少量的反衝洗水，減緩膜的堵塞，延長膜的使用壽命，在一定程度上改善了反洗效果，但該方法仍然停留在反衝的層面上，防治膜的汙染的效果有限。

3、在反應器中增加擾動裝置。

「膜生物反應器」(cnl727289a)，包括至少一預過濾層、至少一生物膜單元，及至少一擾流裝置，該擾流裝置夾在預過濾層和生物膜單元中間，可擾動介於預過濾層和生物膜單元中間的汙水，具有膜生物反應器流通量高、膜清洗方便、膜操作周期長、運行成本低的優點。

這種方法通過提高液流的紊動強度，強化膜面清洗效果，對減緩膜面汙染物沉積、提高清洗效率有效，但由於擾動裝置為靜態裝置，藉助液流的動能清洗膜面，在回流比不可能太大的情況下清洗效果有限。

此外，現有的mbr中，一般還存在如下缺陷：a.需要單獨設計底部曝氣系統，設備複雜龐大，成本高；b.膜絲採用一捆結構，這樣髒東西或懸浮物夾在膜絲之間無法衝洗；c.膜絲綑紮之後直接採用膠水粘貼，導致運行過程中因長時間左右前後擺動而引起膜絲從膜構中脫落；d.曝氣系統利用風機攪拌時風機能耗高；e.維護過程複雜，對設備和技術人員要求高。

技術實現要素：

本發明所要解決的技術問題在於，提供一種結構簡單，造價及運行成本低，膜通量高，膜汙染防治效果好的膜生物反應器。

為了解決上述技術問題，本發明提供了一種膜生物反應器，其包括膜絲和曝氣裝置；所述膜絲具有中空通道，其一端封閉，另一端開口，所述曝氣裝置連接於所述膜絲的開口端；所述曝氣裝置包括上端開口的殼體、第一篩網板、第二篩網板和曝氣構件；所述殼體內設有隔板，所述隔板將所述殼體的空腔分隔成上層空腔和下層空腔，所述第一篩網板和第二篩網板間隔地設置在所述上層空腔內且平行於所述隔板，以所述第一篩網板與第二篩網板之間的空腔為注膠層，以所述第二篩網板與隔板之間的空腔為出水層，以所述下層空腔為進氣層；所述第一篩網板和第二篩網板均設有多個用於穿接所述膜絲的篩孔，所述篩孔為均勻間隔布置；沿所述殼體的長度方向的中心線上均勻間隔地設置有多個所述曝氣構件；所述曝氣構件為管件結構，所述曝氣構件設有上埠和下埠，所述曝氣構件自下而上依次貫穿所述進氣層、出水層和注膠層；所述曝氣構件位於所述進氣層內的部位設有進氣孔；所述膜絲的開口端依次穿過所述第一篩網板和第二篩網板上的篩孔伸至所述出水層內；所述注膠層內通過注膠將所述膜絲、曝氣構件、第一篩網板和第二篩網板和殼體密封固定在一起。

作為本發明優選的方案，所述第一篩網板和第二篩網板均由多塊大小相同的方形的篩網板單元依次拼接成型，每一所述篩網板單元上設有多個用於穿接所述膜絲的篩孔，所述篩孔呈陣列均勻布置。

作為本發明優選的方案，所述殼體的底部設有與所述下埠配合連接的進水口，所述第一篩網板中的每一所述篩網板單元的中心位置設有與所述上埠配合連接的氣液混合出口，所述第二篩網板中的每一所述篩網板單元的中心位置設有可供所述上埠穿過的第一連接孔，所述隔板設有可供所述下埠穿過的第二連接孔。

作為本發明優選的方案，所述曝氣構件為階梯型管件結構，其包括依次連接的上管部、中管部和下管部，所述上管部的外徑小於所述中管部的外徑，所述中管部的外徑小於所述下管部的外徑。

作為本發明優選的方案，所述上管部貫穿於所述第一篩網板與所述第二篩網板之間，所述上管部的上端與所述氣液混合出口配合，所述上管部的下端與所述第一連接孔配合；所述中管部貫穿於所述第二篩網板與所述隔板之間；所述下管部貫穿於所述隔板與所述殼體的底部之間，所述下管部的上端與所述第二連接孔配合且密封，所述下管部的下端與所述進水口配合且密封。

作為本發明優選的方案，所述中管部與下管部的連接處設有擋板，所述擋板的外徑大於所述第二連接孔的內徑。

作為本發明優選的方案，所述上管部的管壁上均勻設置有多個可供膠水注入的凹槽。

作為本發明優選的方案，所述進氣孔自所述曝氣構件的外部向內部傾斜向上設置。

作為本發明優選的方案，所述殼體的兩端敞開，其中一端設有出水構件，另一端設有進氣構件；所述出水構件包括蓋設於所述殼體的一端的第一端蓋板以及設置於所述第一端蓋板上的出水接口，所述出水接口與所述出水層連通；所述進氣構件包括蓋設於所述殼體的另一端的第二端蓋板以及設置於所述第二端蓋板上的進氣接口，所述進氣接口與所述進氣層連通。

作為本發明優選的方案，所述殼體的上端開口的內緣設有與所述第一篩網板卡合的第一卡位；所述殼體的內壁上設有與所述第二篩網板卡合的第二卡位。

實施本發明的一種膜生物反應器，與現有技術相比較，具有如下有益效果：

(1)採用篩網板對每根膜絲進行間隔定位，並通過在注膠層內注膠，使膠水流入膜絲與膜絲之間的間隙中，充分地粘固每根膜絲，有效地解決目前一捆式結構的膜絲束在機器運行過程中因長時間左右前後擺動而引起膜絲脫落的現象，同時這樣的設計可使每根膜絲都能得到充分利用，膜通量高；

(2)曝氣構件設置在膜絲束的中心區域，曝氣構件釋放出來的氣液兩相流體能夠自膜絲束內部向膜絲束外部穿行於膜絲與膜絲之間，實現對膜絲空氣攪拌衝洗和水衝洗，過程中位於膜絲束中心區域的膜絲也得到有效的衝洗，無衝洗不到的地方，衝洗效率高，膜汙染防治效果好，過濾性能穩定；

(3)將原來單純用風機來攪拌衝洗變成空氣攪拌衝洗+水衝洗，大大節約風機能耗；

(4)將注膠層、出水層、進氣層和曝氣構件的設計結合到同一構件(即殼體)，不需要單獨設計底部曝氣系統，結構簡單，成本低，且易於管理和維修。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施例的技術方案，下面將對實施例的附圖作簡單地介紹。

圖1是本發明提供的一種膜生物反應器的曝氣裝置的主視圖；

圖2是本發明提供的一種膜生物反應器的曝氣裝置的正側視向的立體圖；

圖3是本發明提供的一種膜生物反應器的曝氣裝置的背側視向的立體圖；

圖4是本發明提供的一種膜生物反應器的篩網板的主視圖；

圖5是本發明提供的一種膜生物反應器的篩網板單元的主視圖；

圖6是本發明提供的一種膜生物反應器的曝氣構件的主視圖；

圖7是本發明提供的一種膜生物反應器的出水構件的主視圖；

圖8是本發明提供的一種膜生物反應器的進氣構件的主視圖。

具體實施方式

下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。

如圖1至圖8所示，本發明的優選實施例，一種膜生物反應器，其包括膜絲和曝氣裝置，所述膜絲具有中空通道，其一端封閉，另一端開口，所述曝氣裝置連接於所述膜絲的開口端。

所述曝氣裝置包括上端開口的殼體1、第一篩網板2、第二篩網板3和曝氣構件4。其中，本實施例的殼體1呈長槽狀結構，當然，另一實施例中也可以其它形狀結構，如方形槽狀結構。所述殼體1內設有隔板5，所述隔板5將所述殼體1的空腔分隔成上層空腔和下層空腔，所述第一篩網板2和第二篩網板3間隔地設置在所述上層空腔內且平行於所述隔板5，以所述第一篩網板2與第二篩網板3之間的空腔為注膠層6，以所述第二篩網板3與隔板5之間的空腔為出水層7，以所述下層空腔為進氣層8。其中，注膠層6用於填充環氧樹脂，將膜絲與曝氣裝置連接固定在一起；出水層7用於輸出膜絲過濾後的乾淨濾水；進氣層8用於向曝氣構件4輸入氣體。

所述第一篩網板2和第二篩網板3均設有多個用於穿接所述膜絲的篩孔9，所述篩孔9為均勻間隔布置，由此將每根膜絲間隔開來，使膜絲與膜絲之間具有可供流體通過的通道。

沿所述殼體1的長度方向的中心線上均勻間隔地設置有多個所述曝氣構件4，所述曝氣構件4為管件結構，所述曝氣構件4設有上埠44和下埠45，所述曝氣構件4自下而上依次貫穿所述進氣層8、出水層7和注膠層6；所述曝氣構件4位於所述進氣層8內的部位設有進氣孔46。其中，上埠44為輸出端，下埠45為淨水輸入端，進氣孔46為氣體輸入端，由此所述曝氣構件4釋放出來的流體能夠自內而外穿行於膜絲與膜絲之間，實現對膜絲空氣攪拌衝洗和水衝洗。

所述膜絲的開口端依次穿過所述第一篩網板2和第二篩網板3上的篩孔9伸至所述出水層7內，由此外界汙水在抽吸設備的作用下經膜絲膜壁過濾後的濾水進入膜絲的中空通道流向出水層7，實現乾淨濾水輸出。

所述注膠層6內通過注膠將所述膜絲、曝氣構件4、第一篩網板2和第二篩網板3和殼體1密封固定在一起，從而實現膜絲與曝氣裝置的固定。

本膜生物反應器的工作原理是，處理汙水時，出水層7在抽吸設備的作用下形成負壓，汙水池中的汙水經過膜絲膜壁進入到中空通道內，期間膜分離單元進行固液分離，對一些懸浮顆粒、膠體粒子或溶解性大分子有機物截留在膜表面和膜孔內沉積，而過濾後的濾水進入膜絲的中空通道並流向出水層7，實現乾淨濾水輸出，這些濾水可作工業水、生活水循環使用，節源環保。衝洗膜絲時，一邊通過風機對進氣層8提供正壓風流，風流經曝氣構件4的進氣孔46進入其內部，另一邊利用壓力水對曝氣構件4提供正壓水流，水流經曝氣構件4的下埠45進入其內部，這時風流與水流在曝氣構件4內部交匯混合，並從曝氣構件4的上埠44釋放，由此曝氣構件4釋放出來的氣液兩相流體自膜絲束內部向膜絲束外部穿行於膜絲與膜絲之間，實現對膜絲空氣攪拌衝洗和水衝洗。

由此可見，實施上述膜生物反應器的結構，與現有技術相比較，具有如下有益效果：首先，採用篩網板對每根膜絲進行間隔定位，並通過在注膠層6內注膠，使膠水流入膜絲與膜絲之間的間隙中，充分地粘固每根膜絲，有效地解決目前一捆式結構的膜絲束在機器運行過程中因長時間左右前後擺動而引起膜絲脫落的現象，同時這樣的設計可使每根膜絲都能得到充分利用，膜通量高；其次，曝氣構件4設置在膜絲束的中心區域，曝氣構件4釋放出來的氣液兩相流體能夠自膜絲束內部向膜絲束外部穿行於膜絲與膜絲之間，實現對膜絲空氣攪拌衝洗和水衝洗，過程中位於膜絲束中心區域的膜絲也得到有效的衝洗，無衝洗不到的地方，衝洗效率高，膜汙染防治效果好，過濾性能穩定；第三，將原來單純用風機來攪拌衝洗變成空氣攪拌衝洗+水衝洗，大大節約風機能耗；最後，將注膠層6、出水層7、進氣層8和曝氣構件4的設計結合到同一構件(即殼體1)，不需要單獨設計底部曝氣系統，結構簡單，成本低，且易於管理和維修。

進一步地，本實施例中，所述第一篩網板2和第二篩網板3均由多塊大小相同的方形的篩網板單元21依次拼接成型，每一所述篩網板單元21上設有多個用於穿接所述膜絲的篩孔9，所述篩孔9呈陣列均勻布置。這樣的設計，有利於產品模塊化生產，滿足不同客戶的需要。

進一步地，本實施例中，為了方便第一篩網板2、第二篩網板3和曝氣構件4裝配，所述殼體1的底部設有與所述下埠45配合連接的進水口10，所述第一篩網板2中的每一所述篩網板單元21的中心位置設有與所述上埠44配合連接的氣液混合出口11，所述第二篩網板3中的每一所述篩網板單元21的中心位置設有可供所述上埠44穿過的第一連接孔12，所述隔板5設有可供所述下埠45穿過的第二連接孔13。所述曝氣構件4為階梯型管件結構，其包括依次連接的上管部41、中管部42和下管部43，所述上管部41的外徑小於所述中管部42的外徑，所述中管部42的外徑小於所述下管部43的外徑。所述上管部41貫穿於所述第一篩網板2與所述第二篩網板3之間，所述上管部41的上端(即曝氣構件4的上埠44)與所述氣液混合出口11配合，所述上管部41的下端與所述第一連接孔12配合；所述中管部42貫穿於所述第二篩網板3與所述隔板5之間；所述下管部43貫穿於所述隔板5與所述殼體1的底部之間，所述下管部43的上端與所述第二連接孔13配合且密封，所述下管部43的下端(即曝氣構件4的下埠45)與所述進水口10配合且密封。所述中管部42與下管部43的連接處設有擋板47，所述擋板47的外徑大於所述第二連接孔13的內徑。所述殼體1的上端開口的內緣設有與所述第一篩網板2卡合的第一卡位15；所述殼體1的內壁上設有與所述第二篩網板3卡合的第二卡位16。裝配時，先將曝氣構件4的下埠45穿過第二連接孔13插至進水口10中，這時擋板47正好被在隔板5的上表面阻擋，實現曝氣構件4的軸向定位，然後將第二篩網板3通過其上的第一連接孔12對準曝氣構件4的上埠44套入至預設位置(也即上管部41與中管部42之間的臺肩位置)，這時第二篩網板3正好被第二卡位16卡住，最後將第一篩網板2通過其上的氣液混合出口11對準曝氣構件4的上埠44套入，這時第一篩網板2正好被第一卡位15卡住，由此完成第一篩網板2、第二篩網板3和曝氣構件4裝配。

進一步地，本實施例中，所述上管部41的管壁上均勻設置有多個可供膠水注入的凹槽48。具體的，所述凹槽48設有4個，在所述上管部41的管壁上呈兩側上下兩個對稱設置。這樣的設計能使每個由篩網板單元21和穿接在其上的膜絲組成的膜塊牢牢固定，從而提高了整個產品結構的穩定性和可靠性。

進一步地，本實施例中，所述進氣孔46自所述曝氣構件4的外部向內部傾斜向上設置。這樣的設計能夠確保在水壓情況下不會有空氣往曝氣構件4的下埠45跑、漏氣。

進一步地，本實施例中，所述殼體1的兩端敞開，其中一端設有出水構件，另一端設有進氣構件；所述出水構件包括蓋設於所述殼體1的一端的第一端蓋板17以及設置於所述第一端蓋板17上的出水接口18，所述出水接口18與所述出水層7連通；所述進氣構件包括蓋設於所述殼體1的另一端的第二端蓋板19以及設置於所述第二端蓋板19上的進氣接口20，所述進氣接口20與所述進氣層8連通。這樣的設計，優化了殼體1的組成結構，出水構件和進氣構件能夠分離於殼體1，使殼體1的生產製造更加簡單，同時可根據客戶的要求，結合模塊化的篩網板單元21來設計不同長度規格的殼體1，而出水構件和進氣構件作為兩端端蓋的結構不變，有利於在後續不同規格產品中沿用，節省生產成本，生產更加方便、準確、快捷。

以上所揭露的僅為本發明的較佳實施例而已，當然不能以此來限定本發明之權利範圍，因此依本發明申請專利範圍所作的等同變化，仍屬本發明所涵蓋的範圍。