[发明专利]低能耗涡旋流膜生物反应器

说明书

技术领域

本发明的技术方案涉及水、废水或污水的物理过滤和生物处理，具体地说是低能耗涡旋流膜生物反应器。

背景技术

现有膜生物反应器(简称为MBR)技术是活性污泥法和膜分离技术相结合的一种污水处理新工艺，其反应器主要由生物处理反应器和膜组件构成。膜生物反应器技术具有占地面积小、去除效率高和出水水质好的优点。近年来，随着膜技术的发展，MBR越来越广泛地应用于污水处理中。

传统的MBR工艺为缓减膜污染，常采用较大的曝气量，以加强膜组件表面的水力冲刷，这虽然能在一定程度上缓减膜污染，同时使混合液具有较高的溶解氧，但导致该技术运行能耗高，从而制约了该技术的进一步推广应用。

201010514341公开了一种低能耗免曝气膜生物反应器，运行过程中无需人工曝气，而是让微生物直接与空气相接触，克服了传统膜生物反应器所要求的高曝气量带来的高能耗和膜寿命短的缺点，该发明采用陶瓷膜管，不但膜造价较高，而且依靠膜管内高雷诺数下的高错流流速的湍流流态减缓膜污染，势必造成运行能耗较高。CN200610014449公开了一种低能耗膜生物反应器，由生物处理系统和自动控制系统两部分构成，生物处理系统由中空纤维膜组件、穿孔曝气管、进、出水泵、曝气泵和压力表组成；自控系统由液位计、时间继电器、A/D-D/A-I/O转换装置、PC机和变频器组成，该发明通过分配不同阶段的气水比，减小曝气能耗，稳定膜通量，避免持续较大的曝气强度对污泥混合液可滤性造成的负面影响。CN200620043204公开了带有膜清洗装置的膜生物反应器，主要是一个带有膜清洗装置的膜生物反应器，包括有膜组件、超声波换能器、曝气系统、反冲水洗系统、液位控制器和电路控制系统，主要是通过曝气系统维持生物反应器较高的溶解氧浓度，反冲水洗系统控制膜污染，系统运行能耗相对较高。

上述现有技术的主要问题是，膜污染依然是影响膜生物反应器长期稳定运行的关键因素，高错流流速、高曝气量、气-水联合反冲洗等技术均会造成膜生物反应器运行能耗的增高。因此，目前许多企事业单位所应用的现有膜生物反应器技术的污水处理回用设施均处于半停滞状态，给膜生物反应器的实际运行效果带来了一系列严重的负面影响。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种低能耗涡旋流膜生物反应器，将生物膜法与膜分离技术相结合，并通过膜组件的结构设计以及循环水泵的脉冲扰动，促使膜管内水流形成一种较低雷诺数下的涡旋波流动形式，达到在层流状态下强化传质效果的目的，提高膜表面的对流传输，抑制浓差极化，缓解膜污染，克服了传统管式膜内水流的高雷诺数湍流模式，从而降低系统运行能耗。

本发明解决该技术问题所采用的技术方案是：低能耗涡旋流膜生物反应器，由循环水箱、循环水泵、膜组件、膜支架、生物反应器、出水口、控制阀、压力表、连通管和滤网组成，循环水箱通过给水管与循环水泵连接，循环水泵又通过给水管与膜组件相连接，在循环水泵和膜组件之间的管路上安装压力表和控制阀，压力表安装于膜组件之前，控制阀安装于连接循环水泵与压力表之间给水管上的任意位置，膜组件被固定于膜支架上，膜支架固定于生物反应器中，循环水箱与膜组件之间有回水管连通，出水口设置于生物反应器一侧距底部30mm之上，100目的不锈钢滤网固定于距膜组件底部20cm的位置，生物反应器、循环水箱和循环水泵被固定于设定的建筑基座上。所述膜组件是由膜管通过连通管连接构成，膜管是在PVC螺旋状支撑结构外侧包裹聚丙烯无纺布加工而成，螺旋状支撑结构PVC材料直径1.5mm，螺旋节距3mm，螺旋管内径15mm，螺旋管长度1000mm。聚丙烯无纺布的膜孔径为4.0μm。

上述低能耗涡旋流膜生物反应器，其中所述膜管内涡旋流的形成方法，通过蠕动往复型循环泵转速调节脉冲频率，控制阀调节膜管内液流速度。当蠕动泵转速为75rpm，脉冲频率Ω为1.25Hz不变条件下，通过阀门调节流量，使管内流速由小逐渐增大，当膜管内液流速度达在0.05～0.12m/s范围时，通过PIV(particle image velocimetry)系统测试，膜管内水流形成了稳定的涡旋波流。

上述膜组件中聚丙烯无纺布膜外侧管壁生物膜的挂膜方法是：生活污水通过蠕动往复泵自循环水箱泵入膜组件，使膜管内水流流速维持在0.05～0.12m/s的涡旋流状态，压力表读数维持在0.01～0.03MPa，污水中微生物菌种及污水中营养物质渗透过无纺布膜，并附着与膜管壁外侧，经过20天左右的培养，膜管外侧管壁产生一层薄薄的黄褐色生物膜，即生物膜的挂膜成功。