[发明专利]高通量低能耗在线自清洗柔性膜-生物反应器

说明书

技术领域

高通量低能耗在线自清洗柔性膜-生物反应器，涉及膜-生物反应器污水处理技术，适用于对可生化处理的微污染水、生活污水及工业废水进行净化处理。

背景技术

浸没式膜-生物反应器（Submerged Membrane Bioreactor，简称SMBR）将膜组件直接置于活性污泥生物反应器，用负压抽吸或重力水头使透过液通过膜面实现固液分离，在膜组件下方曝气冲刷膜组件防止污泥粘附到膜面形成泥饼层，并在一定程度上抑制凝胶层污染的发展。浸没式膜-生物反应器具有出水浊度低（小于1 NTU）、处理水质好、结构紧凑、占地面积小、剩余污泥排放少等优点，使其在污水处理领域竞争力日趋提高。

目前，限制浸没式膜-生物反应器进一步工程应用的主要原因在于膜污染和较高的能耗。浸没式膜-生物反应器在长期运行过程中的膜污染可分为两个阶段，第一阶段是污泥中的胶体及大分子物质在堵塞膜孔、在膜表面吸附和沉积，这时膜污染发展缓慢，抽吸压力上升平稳，通量基本不衰减；第二阶段由于膜面沉积的胶体及大分子物质改变了膜面性质，使得颗粒物质和污泥絮体更容易粘附于膜面，膜污染加剧，抽吸压力迅速上升，通量明显衰减，此时需要对膜组件进行清洗以恢复通量。

膜污染的宏观表现形式可分为凝胶层污染和泥饼层污染。泥饼层污染是由污泥絮体在膜面大量沉积并在膜的抽吸作用下不断压实而形成的，合理的膜-生物反应器设计和曝气水力冲刷可以控制或避免泥饼层的形成。凝胶层污染主要是由于活性污泥体系中小颗粒物质包括胞外聚合物 (EPS)、微生物溶解性产物 (SMP)、糖类和蛋白质等一些有机物质的污染，而这些污染是不可避免的。

在实际运行中，为了控制膜污染浸没式膜-生物反应器所采用的曝气量远高于生化反应所需曝气量，气水比数倍于常规活性污泥法，其吨水电耗在0.7元/吨以上，远大于常规活性污泥法的电耗，使浸没式膜-生物反应器的运行成本大幅提高，在经济性上较难被接受。另外，为了延长膜组件的稳定运行周期，膜组件采用次临界通量运行，造成了膜面积不必要的浪费，增加了投资费用，扩大了占地面积，弱化了浸没式膜-生物反应器的经济性优势。高电耗和不必要的膜组件投资限制了浸没式膜-生物反应器的大规模应用。

因此，如何降低浸没式膜-生物反应器的运行电耗、降低膜组件投资以及提高膜面积的有效利用，对于其发展前景具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种膜组件投资省、组装方便、操作通量高、运行能耗低、可全自动在线清洗的高通量低能耗在线自清洗柔性膜-生物反应器。

本发明由设置在膜-生物反应器内的拉链式柔性膜组件、链条、齿轮辊轴、V型刮刀及微孔曝气管和设置在膜-生物反应器外的两个清洗水箱组成，通过分别对两个清洗水箱存水或排水，以改变两个清洗水箱位置而获得的势能转变为动能驱动运行拉链式柔性膜组件，实现膜组件的在线自清洗。其中拉链式柔性膜组件垂向安装在膜-生物反应器内，不使用传统平板膜中的导流板及框架结构，膜腔内部由填充层和导流网组成，膜的四边密封，上下两端由硬质塑料条保持膜片的展开并安装出水管，膜片的左右两侧设置半侧拉链，与固定在链条上的半侧拉链咬合后将柔性膜组件固定在链条上。链条设置在齿轮辊轴上，在线清洗时拉链式柔性膜组件随着链条围绕齿轮辊轴上下折转运动。膜组件重量轻、成本低、安装方便。对于不同的处理对象和用途，如生活污水、工业废水、垃圾渗滤液和浓缩污泥，膜组件运行通量均达到或高于膜组件的临界通量。

微孔曝气管配置于柔性膜组件正下方，曝气充氧并对柔性膜组件冲刷，曝气的气量仅是维持正常生化反应所需的气量，由于微孔曝气管氧利用率高于穿孔管，气水比在10:1左右，根据处理水质的不同，气水比可以进行适当调整。由此，曝气电耗大幅下降，与传统浸没式膜-生物反应器相比，吨水电耗降低一半以上。

由于本发明采用高通量及小气量微孔曝气，膜污染相比传统浸没式膜-生物反应器可能会加重，为了有效控制膜面污染，使得膜组件能够长期稳定运行，为此，本发明采用在线物理清洗。固定柔性膜组件的链条通过齿轮辊轴折叠以提高装填密度，链条的两端分别与清洗水箱连接，膜出水在电磁阀和继电器的控制下轮流注入两个清洗水箱，利用出水重力拉动链条及拉链式柔性膜组件在齿轮辊轴的导向下上下运动，运动过程中膜组件穿过V型刮刀。当膜片上行穿过V型刮刀时，刮刀向两边翻起，让膜片通过刮刀；当膜片下行穿过V型刮刀时，刮刀在摩擦阻力的作用下紧贴膜面将膜面污染物刮落至V型槽内，收集后排出反应器。

本发明具有以下优点：