[发明专利]一种脉冲射流型膜生物反应器的方法与装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种脉冲射流型膜生物反应器的装置及使用方法，属于污水处理与回用，以及膜生物反应器技术领域。

背景技术

随着经济发展和人口增长，我国城市规模不断扩大，用水量持续增加，水资源供应日益不足。城市化水平的不断提高和工业的迅猛发展使水环境污染日趋严重。为解决水资源短缺和水环境污染问题，许多国家相继开展了污水再生回用的研究。膜生物反应器(MembraneBioreactor，MBR)由于出水水质优良稳定，受到广泛的关注。MBR的研究始于20世纪60年代，作为一种新型高效的污水处理技术，经过几十年的发展，MBR已成为城市污水和工业废水处理和回用方面一种很有吸引力和竞争力的选择，并被视为“最佳实用技术(Best AvailableTechnology)”。MBR的市场正在加速成长，在过去5年间，全球MBR市场的规模增长了一倍。目前，全世界投入运行或在建的MBR系统已超过2500套。

早期的MBR均为分置式构型(又称外置式)，称为第一代MBR。为了控制膜污染，需要在膜组件内保持高的错流流速，运行能耗很高。1989年Yamamoto等将中空纤维膜组件置于生物反应池内，开创出浸没式MBR(又称内置式、一体式)，称为第二代MBR。浸没式MBR与分置式MBR最大的不同是膜组件置于反应器内部，浸没式MBR体积较小、结构紧凑，目前市场上已经商业化的MBR系统中，大部分为浸没式MBR。

MBR运行时污泥浓度较高，要求反应器内有足够的溶解氧来保持污泥的好氧状态和污泥活性。浸没式MBR的膜组件易受污染，需要提高错流速率来控制膜污染，这就需要提高曝气量。因此控制膜污染和保证MBR供氧成为MBR运行的关键因素，针对这两个问题开发相应的技术对膜生物反应器的推广应用具有重要意义。传统MBR工艺一般采用鼓风机曝气的方式，但实际应用中发现，该方式运行能耗较高，初期投资费用较高，运行时噪音较大。

在200710146309.1号中国专利中，发明人将射流器引入浸没式膜生物反应器中，对生物池进行曝气，以提高氧利用率，控制膜污染，降低系统运行能耗。由于采用连续射流曝气，只能通过调整曝气量来进一步控制膜污染，且因其采用闸阀控制循环泵流量，操作不便。本发明专利中，申请人提出一种脉冲射流型膜生物反应器(Pulsed Jet Membrane Bioreactor，PJ-MBR)，采用射流器替代鼓风机，将其用于MBR体系中，利用循环混合液在射流器中产生的高速液流引入并切割空气，形成高速气液两相流，采用PLC智能控制系统，根据系统运行中的不同曝气需求量及跨膜压差TMP的变化情况调整混合液循环流量和气液混合流的脉冲频率，改善对膜组件的冲刷效果，控制膜污染。由于针对不同的曝气量和膜污染状况采用不同的循环流量和脉冲频率，提高了循环泵的能量利用率，节省运行能耗。此外射流器的使用还提高了氧的利用率，增加了水中溶解氧的含量，充分满足池内微生物对氧的需求。本发明可有效降低膜污染状况，减小设备运行能耗，曝气系统初期投资费用及运行噪音，使MBR运行更稳定，更高效。

发明内容

本发明的目的在于提供一种脉冲射流型膜生物反应器的方法，该方法采用膜生物反应器工艺，通过射流器实现对生物反应池的曝气作用，与传统鼓风曝气工艺相比，大大降低了运行能耗和曝气系统初期投资费用；循环液在射流器内高速流过，产生负压吸入空气，形成高速气液两相紊流，并通过扩散布气装置在生物反应池内底部以脉冲方式喷射，在膜表面形成较大的错流速率，有效降低膜污染，延长膜使用寿命；根据系统运行过程中所需的不同曝气量和跨膜压差TMP的变化情况，PLC系统控制脉冲频率及混合液循环流量，从而调整气液两相流在膜表面的错流状态，改善空气冲刷效果，进一步控制膜污染。由于针对不同的膜污染状况采用不同的循环流量和脉冲频率，提高了循环泵的能量利用率，避免能量浪费。射流器中混合液对空气的卷吸作用使空气掺混到水中，提高了传质效率，增加水中溶解氧的含量，改善微生物降解速率。