CN100544808C - 一种射流膜-生物反应器的方法与装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种射流膜-生物反应器运行方法及装置，即将一部分污泥混合液通过水泵加压后进入管线，经过射流器的喷嘴形成的高速水流卷吸周围空气，通过掺混与切割作用将一部分空气溶入到混合液中，形成气液喷射流，通过扩散布气板对污泥混合液进行充氧并对膜组件进行冲刷；同时气液混合流带动反应器内的污泥混合液在反应器内形成内循环，有助于传质和传氧，加速生化反应，提高处理效率。该装置可同时实现膜污染控制和提高氧利用率；并且能耗低、噪音小、节省空间；装置结构简单、运行稳定，便于自动化操作与控制。

Description

一种射流膜-生物反应器的方法与装置
技术领域
本发明涉及一种新型处理水和废水的一体式膜-生物反应器(Membrane Bioreactor，MBR)曝气混合方法及装置，具体地说涉及一种MBR的射流混合曝气方法及实现该方法的装置。
背景技术
水资源短缺问题已成为阻碍社会经济可持续发展以及影响社会生活稳定的重要制约因素。我国人均水资源量只相当世界人均水资源占有量的1/4，居世界第110位，而且时空分布很不均匀。据报道我国的668个城市中，缺水城市约400个，严重缺水的城市超过100个。尤其近年来，随着社会经济的快速发展，工农业用水需求量迅速增长，水资源浪费以及水资源污染问题日趋严重，使我国水资源短缺问题更加突出。
MBR具有出水水质良好，出水可直接回用，设备占地面积小、剩余污泥产量低和便于自动控制等优点，它的应用与推广是解决我国水资源短缺问题的有效手段。但MBR运行过程中产生的膜污染会造成膜通量降低或膜过滤阻力上升，直接影响***的产水率并增大运行能耗；同时膜污染程度还决定了膜的稳定运行时间，影响膜清洗等运行费用。可见膜污染是影响膜技术推广应用的最为关键因素之一，因此研究控制膜污染的策略和技术就显得尤为重要。
由于MBR采用微滤或超滤膜组件取代二沉池，可使生物反应器内获得比普通的活性污泥法高很多的污泥浓度，极大的提高废水处理能力，且经膜分离之后可得到更高质量的出水。而高污泥浓度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，这就需要提高曝气量或提高氧利用率。显然提高曝气量是以更大的能耗为代价的，因此提高氧利用率成为更可行的方法。
目前实现MBR供氧和反应器内全混流状态主要采用鼓风机曝气的方式，这种曝气方法具有较高的能耗，原因一是由于空气密度远低于污泥混合液的密度，鼓风曝气通过气泡来实现反应器内污泥混合液的完全混合需要较大的能耗；二是鼓风曝气氧传质效率低，为了满足MBR内高浓度活性污泥的需要，需要加大曝气而导致能耗较高。另外，鼓风机运行过程中会产生很大的噪声，影响操作工人的健康和周边环境。所以优化MBR技术需对鼓风曝气的方式进行改进。
为了解决以上问题，国内外研究者先后作了大量研究并取得了一定进展，但这些手段都存在一定的不足之处，在实际应用中真正有效的仍是较少。因此，针对这些问题开发相应的技术将对MBR的推广应用具有重要意义。
射流器通过高速水射流对空气的卷吸作用而引入空气，又通过紊动水流的质量交换和动量交换使空气掺混到水中，达到增加水中溶解氧含量的要求，充分满足池内微生物对氧的需求。同时可以加大反应器内泥水混合程度，显著增加膜表面错流速度，有利于在膜组件表面形成较好的紊动而大大延缓膜污染的形成。此外，采用射流器喷射出的气液混合流来实现反应器内全混流，相对于鼓风机曝气来实现此目的能耗大为降低。而且射流器还是一种低噪声设备，可以优化设备间的工作环境。
在98243066.3号中国专利中，发明人将射流器引入MBR，仅用其为外置式MBR的生物反应器进行曝气来提高氧利用率。谭泽等也提出对一体式MBR采用射流曝气，即用泵引出反应器内混合液，经外置式射流器形成气液混合流再进入反应器。由于射流器外置必须处于高位，所以运行能耗较大。另外，射流器放置在反应器外面，需要占据一定的空间，增大了占地面积。而在本发明中，申请人提出了将射流器内置于MBR反应器内，使其处于低位，所以可以降低能耗并节省空间；提出并实现了扩散布气板进行气水均匀分布，可以对膜面产生良好的错流冲刷；并且本发明采用高效的内循环设计，使得经射流器喷射出的气液混合流带动污泥混合液在反应器内循环流动，加速传质。因此本发明不仅可以有效地控制膜污染和提高氧利用率，而且还可以提高生化反应速率，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MBR射流混合曝气的方法，该方法采用内置式射流器，通过反应器内污泥混合液的射流对空气的卷吸作用而引入空气，通过紊动混合液流的质量交换和动量交换使空气掺混到水中，扩散布气板形成的气液混合流可有效对污泥混合液进行充氧，并带动其在反应器内循环流动。另外，本发明采用内循环设计，利用污泥混合液的内循环流动和射流器带来的湍动，在膜表面形成较大的剪切力，可有效地控制膜污染；并能提高传质和传氧速率，促进污染物降解。
本发明的另一目的在于提供一种实施射流MBR混合曝气的装置，该装置采用外置式循环水泵将部分污泥混合液引入内置式射流器内，同时抽吸空气形成气液混合流通过扩散布气板进入MBR的生物反应器内。本装置的扩散布气板上开有小孔，使其喷射出的气液混合流在膜表面形成高速错流，并可以实现反应器内的合理布水和布气。同时由于折流板的设计，使气液混合流带动污泥混合液在反应器内形成内循环流动。本装置可以延缓膜污染、提高氧利用率、降低能耗、减轻噪音，进而可以使MBR操作简便、运行稳定。
本发明的技术方案如下：
射流MBR装置，含有进水泵、生物反应器、设置在生物反应器内的膜组件、与膜组件相连接的出水泵、折流板、射流器、扩散布气板、循环水泵、空气管，其特征在于：反应器内设置折流板，并通过循环水泵将污泥混合液导入与其相连的射流器，同时通过空气管路抽吸外界空气；射流器形成的气液混合流经扩散布气板喷射至膜组件上，并由于折流板的设置使污泥混合液在反应器内形成循环；扩散布气板上开有小孔。
本发明还提供了一种采用射流MBR装置的方法，该方法包括下列步骤：
(1)待处理原水由进水泵提升到生物反应器内，膜组件经出水泵抽吸出水；
(2)开启循环水泵，一部分污泥混合液通过循环水泵加压后进入管线，经过射流器的喷嘴形成的高速水流卷吸周围空气，通过掺混与切割作用将一部分空气溶入到水中，形成气液混合流，由扩散布气板喷射而出，对污泥混合液进行充氧并对膜组件进行冲刷；
(3)扩散布气板喷射出的气液混合流带动反应器内的污泥混合液在折流板的周围流动，在反应器内形成循环。
本发明与原有技术相比具有以下优点及突出性效果：本发明外置循环水泵，便于检修并可以强化反应器内污泥混合液的循环；内置式射流器能耗低、节省占地面积；扩散布气板可将气液混合液有效喷射至反应器内，布水布气均匀，产生很好的错流速度，可同时实现膜污染控制和提高氧利用率；在射流曝气的同时由于折流板的存在可以实现生物反应器内流体的循环，有助于MBR内传质，加速生化反应，提高处理效率。本发明操作程序简便，装置结构简单、占地面积小、运行稳定，便于自动化操作与控制。
附图说明
图1是本发明所述装置的正面剖面图。
图2是本发明所述装置内污泥混合液循环流动示意图。
图中：1-原水，2-进水泵，3-生物反应器，4-折流板，5-膜组件，6-出水泵，7-出水，8-循环水泵，9-射流器，10-扩散布气板，11-空气管，12-闸阀。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的原理、结构和工作过程作进一步的说明。
如图所示，一部分曝气池中的污泥混合液作经过循环水泵8进入射流器9中，通过射流器9的卷吸、掺混与切割作用，将外界空气引射空气吸入并溶解到水中，而另一部分则以气泡的形式存在。当这一部分气液混合液通过扩散布气板10进入反应器3中，形成高速的气液混合流对膜组件5进行冲刷，气液混合流带动反应器内的污泥混合液在折流板4周围循环流动。
以下再列举几个实施例用来说明本发明的效果，但本发明的权利要求范围并非仅限于此。
实施例1：生活污水处理小试，处理量为10L/d，原水CODcr为400～500mg/L，SS为100～200mg/L。经射流MBR处理后，出水CODcr小于50mg/L，SS小于5mg/L，能耗为0.6kW·h/m3。MBR运行一个月，跨膜压差(TMP)由8kPa升至10kPa，膜压差上升平稳。
实施例2：烟草废水处理小试，处理量为10L/d，原水CODcr为450～1200mg/L，SS为100～450mg/L。经射流MBR处理后，出水CODcr小于50mg/L，SS小于5mg/L，能耗为0.7kW·h/m3。MBR运行一个月，过膜压差(TMP)由8kPa升至10.6kPa，膜压差上升平稳，运行稳定。

Claims (3)

1.一种射流膜生物反应器装置，包括：
一个循环水泵，用于产生高压水，置于反应器外部，一端连接反应器，另一端通过闸阀连接射流器；
一个射流器，用于引射空气并将其部分掺混、切割及溶解，内置于生物反应器，一端通过闸阀连接循环水泵，另一端通过曝气管路连接扩散管；
一个空气管，用于将外界空气引入射流器，一端连接射流器，另一端直接与外界空气相通；
一个闸阀，用于调节污泥混合液的循环流量，一端连接循环水泵，另一端连接射流器；
一个扩散布气板，上面开有小孔，用于气液混合流的分配和喷射，通过曝气管路连接射流器；
一个折流板，用于在反应器内形成循环，垂直设置于反应器内，上下留有水流通道。
2.一种膜-生物反应器的射流曝气方法，该方法包括下列步骤：
(1)待处理原水由进水泵提升到生物反应器内，膜组件经出水泵抽吸出水；
(2)开启循环水泵，一部分污泥混合液通过水泵加压后进入管线，经过射流器的喷嘴形成的高速水流卷吸周围空气，通过掺混与切割作用将一部分空气溶入到水中，形成气液混合流，由扩散布气板喷射而出，对污泥混合液进行充氧并对膜组件进行冲刷；
(3)扩散布气板喷射出的气液混合流带动反应器内的污泥混合液在折流板的周围流动，在反应器内形成循环。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于射流器内置于生物反应器，循环水泵外置于生物反应器，扩散布气板内置于生物反应器。
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