申请日 20200114
公开（公告）日 20201124
IPC分类号 C02F3/10; C02F3/28
摘要
本实用新型公开了一种用于污水处理的膜组件及其膜生物膜反应器装置，属于污水处理设备领域。该装置包括：反应器壳体；内部膜组件，该内部膜组件包括多根中空纤维膜，所述内部膜组件还包括辐条，用于中空纤维膜的固定，所述内部膜组件还具有通气机构，该通气机构具有第一通气管和第二通气管，每根通气管具有至少一个通气口用于气体的通入或吹出，其中，多根中空纤维膜的第一端口密封于第一通气管中，第二端口密封于第二通气管中，且保证通气管中的气体能从多根中空纤维膜的端口进入腔内；pH自动调节机构，该调节机构具有pH电极和控制电路以及加药装置；以及用于在装置中曝气的机构。
权利要求书
1.一种用于污水处理的膜组件，其特征在于，所述膜组件包括中空纤维膜列、辐条和通气机构；所述中空纤维膜列由若干中空纤维膜并行排列而成，中空纤维膜列的中部位置贴合于至少一条辐条的侧面上进行辅助固定；每条所述中空纤维膜的膜丝两端分别设有第一端口和第二端口；所述通气机构包括第一通气管和第二通气管，两根通气管均具有至少一个进气口，且所述中空纤维膜的第一端口密封于第一通气管中，第二端口密封于第二通气管中；两根通气管中至少设有一个可控开闭的排气口；所述第一通气管和第二通气管用于对中空纤维膜两端同时进气。
2.根据权利要求1所述的膜组件，其特征在于，每一组中空纤维膜列固定于两条平行且间隔的辐条上。
3.根据权利要求1所述的膜组件，其特征在于，所述辐条的两个相对的侧面上，分别固定有一组中空纤维膜列。
4.根据权利要求1所述的膜组件，其特征在于，所述的第一通气管和第二通气管均包括管体和连接槽，连接槽固定于管体的底部且其槽腔与管体的内腔连通，所述中空纤维膜列中的中空纤维膜端部伸入连接槽并通过灌封胶固定在连接槽内，且中空纤维膜的端部连通所述管体的内腔。
5.一种用于污水处理的膜生物膜反应器装置，该装置包括反应器壳体，所述反应器壳体具有至少一个进水口，以及至少一个出水口；其特征在于，所述反应器壳体的内腔中设有1组或多组如权利要求1~4任一所述的膜组件；所述第一通气管和第二通气管的通气口连通外部气源，所述外部气源用于向两根通气管中同时通入气体，使中空纤维膜两端同时进气。
6.根据权利要求5所述的膜生物膜反应器装置，其特征在于，所述反应器壳体中具有多组膜组件，各中空纤维膜列的排列面平行且保持间隔。
7.根据权利要求6所述的膜生物膜反应器装置，其特征在于，多组膜组件共用同一通气机构。
8.根据权利要求5所述的膜生物膜反应器装置，其特征在于，所述反应器壳体上具有至少两个通过循环管路相连的循环口，用于反应器壳体内部液体的内循环；所述反应器壳体的侧面底部或底面设有至少一个排泥口。
9.根据权利要求5所述的膜生物膜反应器装置，其特征在于，还包含pH自动调节机构，所述pH自动调节机构包括pH电极、控制装置以及加药装置，所述pH电极置于所述反应器壳体内腔，用于检测反应器中废水的pH；所述pH电极、加药装置均与控制装置相连并构成反馈控制，用于根据pH电极的检测数据控制向反应器内加入的药剂的量；所述的加药装置包括CO2气源、pH调节膜组件和气路，所述pH调节膜组件置于反应器壳体内腔的液面以下，pH调节膜组件中的中空纤维膜一端封闭，另一端通过气路连通CO2气源，且所述气路上设有由控制装置控制开闭的电磁阀。
10.根据权利要求6所述的膜生物膜反应器装置，其特征在于，还包含曝气机构，所述曝气机构具有至少一根穿孔管、曝气管路和曝气气源；所述曝气气源通过曝气管路连接穿孔管，所述穿孔管布置于反应器壳体的内腔底部，且位于所述的膜组件下方，使曝气上升时经过所述中空纤维膜列。
说明书
一种用于污水处理的膜组件及其膜生物膜反应器装置
技术领域
本实用新型属于污水处理设备领域，具体涉及一种用于污水处理的膜组件及其膜生物膜反应器装置。
背景技术
随着我国对污、废水的管控标准日益提高以及社会对更低的基建、运作成本的水处理方法的需求的升温，生物膜工艺正在经历快速的升级和发展。生物膜工艺的优势在于功能微生物以生物膜的形式留在反应体系中而不随着出水流出体系，从而能够维持较高的生物质浓度，进而获得较高的容积反应速率，在各类污、废水处理中有着广泛的运用。
膜生物膜反应器(MBfR)法是基于生物膜工艺的一种新颖的水处理方法。该反应器利用中空纤维膜为生物膜提供生长表面。同时将气体通入中空纤维膜的腔内，气体从中空纤维膜的膜壁扩散到腔外，从而直接接触附着在纤维膜壁上的生物膜，为微生物生长所利用。此处通入的气体可以是作为电子供体的还原性气体，包括但不限于氢气、甲烷、一氧化碳等；也可以是氧化性气体，例如空气，氧气等。通过膜壁扩散的气体不会形成气泡，从而保证了极高的气体利用效率，同时还避免了将水中的挥发性污染物吹脱进入大气的风险。
膜生物膜反应器相对于传统的生物膜技术有如下优势：
(1)与传统的生物滤池相比，膜生物膜反应器省去了大量的基建费用，同时占地面积小，节约了处理用地。
(2)在利用膜生物反应器投加某些还原性气体，如氢气，甲烷等气体时，可以不必再投加外部有机碳源，如乙酸，乙醇等，就可以实现氧化性污染物的去除。
(3)能够通过压力调节阀自由调整通入中空纤维膜膜内的气体压力，从而根据需要改变进入反应器的气体的通量，实现对不同污染负荷污水的针对处理。
(4)膜生物膜反应器的气体扩散出中空纤维膜的膜壁之后能够直接进入生物膜，从而能够较少受到生物膜外的水力条件的影响。
(5)无泡曝气提供了极高的底物利用效率，由此可以实现资源的节约。
(6)由于气体底物和溶解性底物分别从生物膜的内侧和外侧扩散进入，故两种底物浓度都较高的生物活性部分存在生物膜内部某处，这有助于微生物菌落的分层，实现更丰富的净化能力。
(7)由于气体底物从生物膜的内部向外扩散，有助于某些生长周期长的功能微生物优先存在于中空纤维膜-生物膜界面上，并且受到外层生物膜的保护，不易流失。
提高膜生物膜反应器(MBfR)的效率的关键在于提高反应器内的中空纤维膜丝的填充密度，但是过高的填充密度又会导致生物污染，影响出水水质及污染物的去除效率。同时，在膜生物膜反应器(MBfR)在工作过程往往伴随着pH 值的变化和生物膜厚度的变化。维持pH值和生物膜厚度在合适的范围内对反应器的去除效果也是极其重要的。因此，对膜生物膜反应器的设计需要实现对中空纤维膜填充密度及排布的合理控制，以及对反应器内高效降解环境的维持。
但是，目前的膜生物膜反应器大多停留在实验室阶段，处理能力和处理效果均无法达到工程实践的水平，例如申请号200810202126.1的中国专利申请。该专利受到反应器大小的限制，膜丝根数有限从而无法获得很高的处理能力。同时膜丝过长，氢气在传输过程中受到沿程阻力影响而扩散不均，从而导致生物膜在中空纤维膜上不均匀生长，污染物去除效果不佳。膜组件与反应器壳体连接，离线清洗或者更换膜组件需要拆卸反应器，工作量较大，影响反应器连续稳定运行。
发明内容
本实用新型专利的目的在于充分考虑上述膜生物膜反应器(MBfR)的设计关键，并至少克服一项上述所提到的问题而提供一种新型的膜生物膜反应器。
为实现以上目的，本实用新型专利采取以下的技术方案。下文描述的实施方式是示例性和阐释性的，而非对本实用新型的范围进行限制。
一方面，本实用新型提供了一种用于污水处理的膜组件，所述膜组件包括中空纤维膜列、辐条和通气机构；所述中空纤维膜列由若干中空纤维膜并行排列而成，中空纤维膜列的中部位置贴合于至少一条辐条的侧面上进行辅助固定；每条所述中空纤维膜的膜丝两端分别设有第一端口和第二端口；所述通气机构包括第一通气管和第二通气管，两根通气管均具有至少一个进气口，且所述中空纤维膜的第一端口密封于第一通气管中，第二端口密封于第二通气管中；两根通气管中至少设有一个可控开闭的排气口；所述第一通气管和第二通气管用于对中空纤维膜两端同时进气。
作为上述第一方面的优选，每一组中空纤维膜列优选固定于两条平行且间隔的辐条上。
作为上述第一方面的优选，所述辐条的两个相对的侧面上，分别固定有一组中空纤维膜列。
作为上述第一方面的优选，所述的第一通气管和第二通气管均包括管体和连接槽，连接槽固定于管体的底部且其槽腔与管体的内腔连通，所述中空纤维膜列中的中空纤维膜端部伸入连接槽并通过灌封胶固定在连接槽内，且中空纤维膜的端部连通所述管体的内腔。
作为上述第一方面的优选，所述中空纤维膜由选自聚酯、三乙酸纤维素、聚乙烯和聚氨酯复合材料，聚丙烯、聚氯乙烯或聚对苯二甲酸乙二醇酯的材料制成。
作为上述第一方面的优选，所述中空纤维膜结构是复合膜(compositemembrane)，或者是多孔膜(porous membrane)，又或者是致密膜(dense membrane)。进一步的，所述中空纤维膜的外径为0.015～5.5mm，膜壁厚为 0.005～1.5mm，膜孔径为0～0.55μm。以上所述范围均包括端点值。
第二方面，本实用新型提供了一种用于污水处理的膜生物膜反应器(MBfR) 装置，该装置包括反应器壳体，所述反应器壳体具有至少一个进水口，以及至少一个出水口；所述反应器壳体的内腔中设有1组或多组如上述第一方面任一方案所述的膜组件；所述第一通气管和第二通气管的通气口连通外部气源，所述外部气源用于向两根通气管中同时通入气体，使中空纤维膜两端同时进气。
作为上述第二方面的优选，所述反应器壳体中具有多组膜组件，各中空纤维膜列的排列面平行且保持间隔。进一步的，多组膜组件共用同一通气机构。
作为上述第二方面的优选，所述反应器壳体上具有至少两个通过循环管路相连的循环口，用于反应器壳体内部液体的内循环。进一步的，两个循环口分别位于两个不同的侧面，且具有显著的高度差。
作为上述第二方面的优选，所述反应器壳体的侧面底部或底面设有至少一个排泥口。进一步的，排泥口的结构为铜质水管弯头，在接头处接上塑胶软管，平时以止水夹密封。
作为上述第二方面的优选，反应器壳体为长方体，且宽度显著小于长度和高度。这有利于提高反应器内纤维膜的填充密度，并且能优化水力条件。
作为上述第二方面的优选，还包含pH自动调节机构，所述pH自动调节机构包括pH电极、控制装置以及加药装置，所述pH电极置于所述反应器壳体内腔，用于检测反应器中废水的pH；所述pH电极、加药装置均与控制装置相连并构成反馈控制，用于根据pH电极的检测数据控制向反应器内加入的药剂的量。
进一步的，所述的加药装置包括CO2气源、pH调节膜组件和气路，所述pH 调节膜组件置于反应器壳体内腔的液面以下，pH调节膜组件中的中空纤维膜一端封闭，另一端通过气路连通CO2气源，且所述气路上设有由控制装置控制开闭的电磁阀。
更进一步的，CO2气源采用CO2气瓶，其中CO2气瓶处于常开的状态，利用控制电路控制电磁阀的通断来调控CO2气体通入浸入反应器内部的pH调节中空纤维膜，从而对反应器内部的pH进行调节，同时向反应器内提供了无机碳源。
作为上述第二方面的优选，还包含曝气机构，所述曝气机构具有至少一根穿孔管、曝气管路和曝气气源；所述曝气气源通过曝气管路连接穿孔管，所述穿孔管布置于反应器壳体的内腔底部，且位于所述的膜组件下方，使曝气上升时经过所述中空纤维膜列。
作为上述第二方面的优选，所述反应器壳体中，中空纤维膜的数量为 20～50000根。
作为上述第二方面的优选，所述污水处理的膜生物膜反应器装置有多组，可通过串联或并联方式运行。
与现有的膜生物膜反应器(MBfR)相比，本实用新型专利的主要优点如下：
(1)本实用新型的膜组件采用两端供气的方式，并设置了用于中空纤维膜腔内惰性气体排出的吹出口，在反应器运行过程中能保证中空纤维膜腔内的气体受沿程阻力的影响较小，且具有较高的纯度。
(2)本实用新型提供了一种新颖的中空纤维膜排布方式，可以通过调整缠绕密度来调整一层辐条上中空纤维膜的数量；也可以通过辐条的层数来调整整个反应器中空纤维膜的数量，从而使反应器具有合适的中空纤维膜装填密度。
(3)本实用新型提供了一种获得较优水力条件的方法，通过显著减少反应器壳体的宽度，并在两个侧面安装循环口的方式使反应器内部液体能够充分混匀。通过减少单根辐条的厚度可以避免反应器壳体宽度的减少带来的中空纤维膜装填密度减少的问题。
(4)本实用新型设置了pH自动调节机构，能够自动进行pH的调节，以维持反应器在适宜的pH条件下运行。
(5)本实用新型设置了底部曝气机构，能够通过产生气泡的方式提高生物膜受到的剪切力，从而控制生物膜的厚度。
(6)本实用新型反应器壳体与内部膜组件可以互相分离，膜组件的离线清洗，维护以及膜组件的更换十分方便。
(7)本实用新型为模块化设计且结构简单，占地较小。反应器规模可根据生产规模调节，并可以任意串联并联，易于大规模工程化应用。
发明人 （赵和平;李子言;）
