[发明专利]一种附加微通道湍流促进器的浸没式平板膜生物反应器

说明书

本发明公开了一种附加微通道湍流促进器的浸没式平板膜生物反应器。微通道湍流促进器以一定的间距和排列方式放置在浸没式平板膜生物反应器中，通过曝气器产生的气体和其携带的液体组成混合流体，在膜与微通道湍流促进器之间的通道中上升，来产生节涌流；微通道湍流促进器增加膜表面的湍流程度，在膜表面进一步产生剪切力，降低边界层厚度，缓减浓差极化。污水通过微通道湍流促进器时，污泥颗粒由吸附、架桥等作用在微通道内被截留，不易造成膜孔堵塞；微通道湍流促进器上所布大量的微孔可使悬浮液颗粒在膜表面沉积后，形成抗压缩性更好、孔隙率更高的滤饼层，促进沉积在膜表面滤饼层的脱落，降低滤饼层的积累速度，改善膜通量且相应地缓减膜污染。

技术领域

本发明涉及一种附加微通道湍流促进器的浸没式平板膜生物反应器。

背景技术

膜生物反应器是一种新型、高效的污水处理技术，鉴于其具有传统处理工艺所无法比拟的诸多优点(如：出水水质好、污泥浓度高、可承受的有机负荷高、占地少、污泥产量低、易于实现自动控制、操作管理方便等)，近年来备受学者和水处理从业人员的大力推崇和关注。尤其是浸没式膜生物反应器，它的结构更加紧凑、操作压力更小、能耗更低，是现在膜生物反应器研究和应用的焦点。与管式膜、卷式膜、帘式膜和束式膜相比，平板膜由于其通量高、抗污染能力强和水力学条件易于控制的优点，在国外的膜生物反应器领域中得到了较好的研究和应用，而我国的平板膜生物反应器的研究还处于起步阶段。

此外，和其它膜工艺一样，膜污染和浓差极化依然是制约膜生物反应器应用范围和程度的主要因素。特别是浸没式膜生物反应器是在内环气升式生物反应器基础上改进的一种高效的生物处理与膜处理相结合的反应器，但其有明显的缺陷，如膜污染严重、水通量下降快、需定期清洗等，严重影响了浸没式膜生物反应器在工程中的推广与普及，也制约了其处理能力的进一步提高。所以开发一种减缓浸没式膜生物反应器膜污染的技术是非常重要的。

赵宗艾等人采用管式陶瓷膜中附加湍流促进器的不稳定流态方式对酵母液进行微滤，来探索不稳定流动的影响规律，以求改善陶瓷膜的污染问题。实验用的湍流促进器有3种：螺旋式、缠绕式、变截面式。在附加湍流促进器强化陶瓷膜微滤过程的实验中，试验和比较了不同主体流速和膜滤压差等工艺条件下的膜滤速率及能耗，研究表明，流体不稳定流动可以促进膜面与主流体的对流传质和减少膜面的沉积污染，特别在低主体流速和高滤压差下，可以减少能耗并提高过滤速度。Yeh等人通过缠绕螺旋线组件和不锈钢杆插件改善管式超滤膜的性能，结果表明其可提高流体速度，减小浓差极化阻力，改善超滤膜的通量。Xu等人在附加湍流促进器的陶瓷膜生物反应器在市政污水回用的应用研究中最早提出用不同形状(圆柱式、螺旋式和缠绕式)、材料为不锈钢的湍流促进器来改善膜生物反应器的膜通量，通过分析实验室规模的陶瓷膜生物反应器运行30天的数据，表明加入湍流促进器可以改善渗透通量，其中间距为10mm，直径为1.6mm的缠绕式湍流促进器效果最好；在同样的运行条件下，相对于不加湍流促进器，加入湍流促进器通量从70增加到175L/h·m²，实验结果表明加入缠绕式湍流促进器可以增大渗透通量，出水质量没有下降。Ahmad等人探讨螺旋折流板在微滤过程中对渗透通量的影响以及对螺旋折流板几何形状的变化进行了研究。发现螺旋折流板会增加流体速度和壁面剪切力，产生二次流动或流体的不稳定流动状态，减缓和抑制膜污染，从而增加渗透通量。等人对静态湍流促进器在脱酯牛奶的错流过滤中的应用研究发现静态混合器可引起径向混合和二次流，除此之外，左和右交替的螺旋结构会产生涡流，增加膜表面的剪切速率，降低浓差极化和滤饼层厚度，减缓膜污染，从而显著提高渗透通量。陈日志等人在湍流促进器对液固一体式膜反应器中膜过滤性能影响的研究的实验中设计了3种外置式(推进式、螺旋式和圆柱式)湍流促进器进行膜过滤强化实验，考察了湍流促进器的构型、旋转速度等因素对膜通量的影响。结果表明推进式湍流促进器效果最明显，且随着湍流促进器旋转速度的增加，膜通量也相应增加，即使在较高的悬浮液质量浓度下，所设计的外置式湍流促进器也不会使膜管的某些部位形成流动死区和滞留区，同样会提高膜通量。镇祥华等人在附加湍流器强化油田采出水超滤过程的研究以及使用湍流促进器来提高超滤过中的通量，设计了4种不同结构形式(圆柱式、变截面圆柱式、缠绕式和螺旋式)的湍流器并进行膜过滤强化试验，考察了湍流器的构型、螺距等对膜通量及单位产水能耗的影响。Wu等人在湍流促进器强化陶瓷膜生物反应器的微混效率的研究中得出微混效率随着雷诺数和渗透速率的增加而增加，特别是湍流促进器的加入，可起到扰流作用，明显提高微混效率。不同的湍流促进器对微混效率的提高的顺序依次为静态混合器、螺旋式的湍流促进器、圆柱式的湍流促进器。