一種脈衝射流型膜生物反應器的方法與裝置的製作方法

2023-05-04 10:18:11

專利名稱：一種脈衝射流型膜生物反應器的方法與裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種脈衝射流型膜生物反應器的方法及實現該方法的裝置，屬於汙水處理與 回用，以及膜生物反應器技術領域。
背景技術：
隨著經濟發展和人口增長，我國城市規模不斷擴大，用水量持續增加，水資源供應日益 不足。城市化水平的不斷提高和工業的迅猛發展使水環境汙染日趨嚴重。為解決水資源短缺 和水環境汙染問題，許多國家相繼開展了汙水再生回用的研究。膜生物反應器(Membrane Bioreactor， MBR)由於出水水質優良穩定，受到廣泛的關注。MBR的研究始於20世紀60年 代，作為一種新型高效的汙水處理技術，經過幾十年的發展，MBR已成為城市汙水和工業廢 水處理和回用方面一種很有吸引力和競爭力的選擇，並被視為"最佳實用技術(Best Available Technology) "。 MBR的市場正在加速成長，在過去5年間，全球MBR市場的規模增長了一倍。 目前，全世界投入運行或在建的MBR系統己超過2500套。
早期的MBR均為分置式構型(又稱外置式)，稱為第一代MBR。為了控制膜汙染，需要 在膜組件內保持高的錯流流速，運行能耗很高。1989年Yamamoto等將中空纖維膜組件置於生 物反應池內，開創出浸沒式MBR (又稱內置式、 一體式)，稱為第二代MBR。浸沒式MBR 與分置式MBR最大的不同是膜組件置於反應器內部，浸沒式MBR體積較小、結構緊湊，目前 市場上已經商業化的MBR系統中，大部分為浸沒式MBR。
MBR運行時汙泥濃度較高，要求反應器內有足夠的溶解氧來保持汙泥的好氧狀態和汙泥 活性。浸沒式MBR的膜組件易受汙染，需要提高錯流速率來控制膜汙染，這就需要提高曝氣 量。因此控制膜汙染和保證MBR供氧成為MBR運行的關鍵因素，針對這兩個問題開發相應的 技術對膜生物反應器的推廣應用具有重要意義。傳統MBR工藝一般採用鼓風機曝氣的方式， 但實際應用中發現，該方式運行能耗較高，初期投資費用較高，運行時噪音較大。
在200710146309.1號中國專利中，發明人將射流器引入浸沒式膜生物反應器中，對生物 池進行曝氣，以提高氧利用率，控制膜汙染，降低系統運行能耗。由於採用連續射流曝氣， 只能通過調整曝氣量來進一步控制膜汙染，且因其採用閘閥控制循環泵流量，操作不便。本 發明專利中，申請人提出一種脈衝射流型膜生物反應器(Pulsed Jet Membrane Bioreactor， PJ-MBR)，採用射流器替代鼓風機，將其用於MBR體系中，利用循環混合液在射流器中產生的高速液流引入並切割空氣，形成高速氣液兩相流，採用PLC智能控制系統，根據系統運 行中的不同曝氣需求量及跨膜壓差TMP的變化情況調整混合液循環流量和氣液混合流的脈衝 頻率，改善對膜組件的衝刷效果，控制膜汙染。由於針對不同的曝氣量和膜汙染狀況採用不 同的循環流量和脈衝頻率，提高了循環泵的能量利用率，節省運行能耗。此外射流器的使用 還提高了氧的利用率，增加了水中溶解氧的含量，充分滿足池內微生物對氧的需求。本發明 可有效降低膜汙染狀況，減小設備運行能耗，曝氣系統初期投資費用及運行噪音，使MBR運 行更穩定，更高效。

發明內容
本發明的目的在於提供一種脈衝射流型膜生物反應器的方法，該方法採用膜生物反應器 工藝，通過射流器實現對生物反應池的曝氣作用，與傳統鼓風曝氣工藝相比，大大降低了運 行能耗和曝氣系統初期投資費用；循環液在射流器內高速流過，產生負壓吸入空氣，形成高 速氣液兩相紊流，並通過擴散布氣裝置在生物反應池內底部以脈衝方式噴射，在膜表面形成 較大的錯流速率，有效降低膜汙染，延長膜使用壽命；根據系統運行過程中所需的不同曝氣 量和跨膜壓差TMP的變化情況，PLC系統控制脈衝頻率及混合液循環流量，從而調整氣液兩 相流在膜表面的錯流狀態，改善空氣衝刷效果，進一步控制膜汙染。由於針對不同的膜汙染 狀況採用不同的循環流量和脈衝頻率，提高了循環泵的能量利用率，避免能量浪費。射流器 中混合液對空氣的巻吸作用使空氣摻混到水中，提高了傳質效率，增加水中溶解氧的含量， 改善微生物降解速率。
本發明的另一目的在於提供一種脈衝射流型膜生物反應器的裝置，射流器的使用避免了 傳統鼓風曝氣機能耗高的缺點，減小了曝氣系統初期投資費用。該裝置採用射流器，通過水 射流對空氣的巻吸作用而抽吸空氣，又通過紊動水流的質量交換和動量交換使空氣摻混到水 中，該氣液混合流具有橫向和縱向的能量，改善氣水混合液流場分布和紊流情況，有利於提 高氣液兩相流在膜表面的錯流速率，大大延緩膜汙染的形成。射流器的進氣口安裝有閥門， 通過定時開啟和關閉闊門來控制空氣的吸入，形成一種脈衝的射流曝氣方式。裝置設計有PLC 自動控制系統，通過控制脈衝頻率和混合液循環流量來調整氣液兩相流在膜表面的錯流狀態， 改善對膜表面的空氣衝刷效果，進一步控制膜汙染，提高循環泵的能量利用率。射流器的使 用還提高了氧的利用率，增加水中溶解氧的含量，提高生化反應速率。
本發明是通過以下技術方案加以實現的
一種脈衝射流型膜生物反應器裝置，包括進水泵，出水泵，循環泵，射流器，閥門，變頻器，PLC控制系統，生物反應池，膜組件，布氣裝置。其特徵在於循環泵入口與生物反 應池相連，循環泵出水管路上安裝有射流器，射流器後反應池內底部設計擴散布氣裝置，使 氣液混合流均勻噴射至生物反應池內，PLC控制系統通過變頻器與循環泵相連，控制循環流 量，PLC控制系統還與進氣口閥門相連，控制閥門開啟和關閉，膜組件浸沒於生物反應池內， 膜出水管路與出水泵相連。
本發明還提供了一種脈衝射流型膜生物反應器的方法，其特徵在於包括以下過程
(1) 生物反應池內的部分汙泥混合液經循環泵加壓後進入射流器；
(2) 射流器內循環液流動產生高速紊流，由PLC系統控制開啟和關閉閥門，循環液巻吸空
氣流，形成一定脈衝頻率的劇烈攪動的氣液混合流，通過擴散布氣裝置對生物反應池內汙泥
混合液進行曝氣並對膜組件進行衝刷，延緩膜汙染的形成，出水泵抽吸膜組件產生出水；
(3) 根據系統運行過程中所需的不同曝氣量，以及跨膜壓差TMP的變化情況，PLC控制 系統改變混合液循環流量以及氣液兩相流脈衝頻率，調整膜表面錯流狀態，進一步控制膜汙 染，提高循環泵的能量利用效率，節省能耗。
本發明與現有技術相比具有以下優點及突出性效果採用射流器代替傳統鼓風機對生物 反應池進行曝氣，降低了設備運行能耗、投資費用及噪音汙染；射流器內形成的高速氣液兩 相流加大了氣液攪動程度，從而提高膜表面錯流速率，有效控制膜汙染，且由於氣液兩相紊 流形成劇烈攪動，提高膜表面錯流速率，降低膜汙染。PLC控制系統通過改變循環流量和脈 衝頻率來調整氣液兩相流在膜表面的錯流狀態，改善空氣衝刷效果，進一步控制膜汙染，提 高循環泵能量利用效率，節省能耗。射流器的使用還提高了氧的利用率，提高生化反應速率。 本發明運行能耗和運行噪音低，膜汙染程度輕，曝氣系統初期投資費用少，裝置結構簡單， 佔地面積較小，操作簡潔，便於自動化操作控制。


附圖為本發明所述工藝流程圖。
圖中l-進水泵，2-出水泵，3-循環泵，4-射流器，5-閥門，6-變頻器，7-PLC控制系統， 8-生物反應池，9-膜組件，10-布氣裝置。
具體實施例方式
下面結合附圖對本發明所述原理、結構和工藝過程作進一步的說明。如圖所示，待處理汙水經進水泵1提升至生物反應池8內，反應池8內的部分汙泥混合 液經循環泵3加壓後進入射流器4,射流器4內循環液流動產生紊流，定時開啟和關閉空氣 入口處的閥門5,使循環液巻吸空氣流，形成一定脈衝頻率的劇烈攪動的氣液混合流，通過 擴散布氣裝置10對生物反應池8內汙泥混合液進行曝氣並對膜組件9進行衝刷，出水泵2抽 吸膜組件9產生出水。根據系統運行過程中所需的不同曝氣量，以及跨膜壓差TMP的變化情 況，PLC控制系統7改變混合液循環流量以及氣液兩相流脈衝頻率，調整膜表面錯流狀態， 進一步控制膜汙染，提高循環泵3的能量利用效率，節省能耗。
以下列舉幾個實例來說明本發明的效果，但本發明的權利要求範圍並非僅限於此。
實施例l:食品加工廢水處理與回用項目小試，處理量為600m3/(1，原水CODer為200 500 mg/L， BOD為100 200 mg/L， SS為150 200 mg/L。經脈衝射流型MBR處理後，出 水CODcr小於50 mg/L，濁度小於1 NTU，能耗為0.60 kW'h /m3。該系統運行1個月，跨膜 壓差(TMP)由8kPa升至10kPa，膜壓差上昇平穩。
實施例2:生活汙水處理與中水回用項目，處理量為2000 m3/d， 原水CODcr為 500~1000mg/L， BOD為150~400 mg/L， SS為200 450 mg/L。經脈衝射流型MBR處理後， 出水CODcr小於50mg/L，濁度小於1NTU，能耗為0.55 kW七/m3。該系統運行2個月，跨膜 壓差(TMP)由7kPa升至12.6kPa，膜壓差上昇平穩，運行穩定。
權利要求
1.一種脈衝射流型膜生物反應器的方法與裝置，其特徵在於包括以下過程(1)生物反應池內的部分汙泥混合液經循環泵加壓後進入射流器；(2)射流器內循環液流動產生高速紊流，PLC控制開啟和關閉閥門，循環液卷吸空氣流，形成一定脈衝頻率的劇烈攪動的氣液混合流，通過擴散布氣裝置對生物反應池內汙泥混合液進行曝氣並對膜組件進行衝刷，延緩膜汙染的形成，出水泵抽吸膜組件產生出水；(3)根據系統運行過程中所需的不同曝氣量，以及跨膜壓差TMP的變化情況，PLC控制系統通過控制變頻器改變混合液循環流量，通過控制閥門開啟和關閉調整氣液兩相流脈衝頻率，從而調整膜表面錯流狀態，進一步控制膜汙染，提高循環泵能量利用效率，節省能耗。
2. 根據權利要求3所述的一種脈衝射流型膜生物反應器的方法與裝置，其特徵在於所 述射流器的進氣口管路上設有的閥門與PLC自動控制系統相連接。
3. 根據權利要求1所述的一種脈衝射流型膜生物反應器的方法與裝置，其特徵在於所述循環泵與PLC自動控制系統相連接。
4. 根據權利要求1所述的一種脈衝射流型膜生物反應器的方法與裝置，其特徵在於所 述PLC自動控制系統通過控制循環泵變頻器來控制循環流量。
5. 根據權利要求1所述的一種脈衝射流型膜生物反應器的方法與裝置，其特徵在於所 述的跨膜壓差TMP與PLC自動控制系統相連接。
全文摘要
本發明提供了一種脈衝射流型膜生物反應器的方法及實現該方法的裝置。採用射流器代替傳統鼓風機來實現膜組件錯流衝刷作用，循環液在射流器內高速流過，空氣通過PLC控制的閥門以脈衝形式進入射流器，並通過擴散布氣裝置在底部噴射。PLC系統通過改變循環流量和脈衝頻率來調整氣液兩相流在膜表面的錯流狀態，改善空氣對膜表面的衝刷效果，進一步控制膜汙染，提高循環泵的能量利用效率，節省能耗。射流器的使用還提高了氧的利用率，改善汙泥降解效果。本發明運行能耗和運行噪音低，膜汙染程度輕，設備初期投資費省，裝置結構簡單，佔地面積小、操作簡便、便於自動化運行與控制。
文檔編號C02F3/12GK101293705SQ20081011094
公開日2008年10月29日 申請日期2008年6月18日 優先權日2008年6月18日
發明者範正虹, 邢林林, 陳福泰, 麻麗峰 申請人:北京清大國華環保科技有限公司