CN101935138A - 一种具有自动在线清洗功能的浸没式膜生物反应器 - Google Patents

Abstract

一种具有自动在线清洗功能的浸没式膜生物反应器，由生物处理***、臭氧发生***和自动控制***三部分构成。生物处理***由进水泵、穿孔曝气管、中空纤维膜组件、曝气泵、出水泵、电磁阀构成；臭氧发生***由臭氧发生器、气体流量计构成；自控***由可编程控制器、液位计、压力传感器组成。废水经进水泵提升，通过液位计控制进水流量；曝气泵为生化***供氧，并冲刷膜表面，以减缓膜污染；泥水经共混纳米TiO₂的PVDF中空纤维膜丝过滤后，在出水泵负压下出水，膜污染的程度由压力传感器传送给可变程序控制器，当膜需要清洗时，臭氧发生器产生臭氧，电磁阀关闭，臭氧经气体流量计控制流量，进入中空纤维膜丝内腔，此过程臭氧经TiO₂催化，与膜内腔及表面的污染物发生异相催化臭氧化反应，以达到清洗的目的。

Description

一种具有自动在线清洗功能的浸没式膜生物反应器

技术领域

本发明涉及一种废水处理技术，更确切地说属于一种具有自动在线清洗功能的浸没式膜生物反应器。

背景技术

浸没式膜生物反应器(SMBR)是一种高效膜分离技术与活性污泥法相结合的污水处理工艺。与传统生化处理工艺(CAS)相比，该工艺具有较高的生物降解效率和较低的污泥产率，占地面积小，硝化能力强，出水水质稳定等特点，因而SMBR在废水资源化及中水回用方面受到了国内外的普遍关注。然而SMBR工艺的膜污染问题，严重影响了该工艺的稳定性与经济性，是限制该工艺广泛推广应用的主要问题。

由于SMBR工艺在运行过程中，污泥混合液中的主要污染物质，如溶解性有机物(SMP)和胞外聚合物(EPS)，会不可避免的对膜内部及外部造成污染，从而降低膜通量，造成SMBR工艺频繁的膜清洗。对于膜的外部污染(可逆污染)，可以通过增大曝气量、频繁反冲洗等措施在线完成；对于膜的内部污染，目前只能通过离线条件下的化学清洗，才能有效地消除膜的内部污染，从而恢复膜通量。化学清洗具有工作量大，化学清洗剂有可能造成二次污染等弊端，因而离线化学清洗增加了SMBR膜清洗的费用，降低了SMBR自动化程度，制约了该工艺的大规模应用。现有的SMBR在线清洗技术无法达到长期稳定膜通量的目的，因而寻求新的在线清洗方法成为SMBR工艺亟待解决的问题。鉴于SMBR在实际运行中膜污染特性，本发明提出利用臭氧在纳米TiO₂催化下，产生强氧化性自由基来氧化膜内部及表面有机污染物，实现臭氧在线清洗SMBR污染膜。

发明内容

本发明的目的是提出一种具有自动在线清洗功能的浸没式膜生物反应器，通过纳米TiO₂共混入聚偏氟乙烯(PVDF)中空纤维膜中，利用纳米TiO₂对臭氧的催化特性，实现催化臭氧化技术在SMBR在线清洗中的应用。

一种具有自动清洗功能的SMBR，由生物处理***、臭氧发生***和自动控制***三部分构成，其特征在于所述的生物处理***由进水泵、穿孔曝气管、由共混纳米TiO₂的聚偏氟乙烯的中空纤维膜丝构成的中空纤维膜组件、曝气泵、出水泵及入口管上的电磁阀构成；穿孔曝气管位于处在曝气池中的中空纤维膜组件的下方，并与曝气泵出口端相连；出水泵进口接于所述的中空纤维膜组件的上端；进水泵的出口管口处在曝气池上部；臭氧发生***由臭氧发生器、气体流量计构成，二者通过管线相连；气体流量计出口接于出水泵与所述的中空纤维膜组件顶端连接管线上；自控***由可编程控制器、处在曝气池上部的液位计、压力传感器组成；上述的进水泵、出水泵及其上的电磁阀、压力传感器、液位计、臭氧发生器分别通过信号线与可编程控制器连接；液位计与压力传感器之间以信号线连接并与可编程控制器相连。

上述的一种具有自动清洗功能的SMBR，其所述的中空纤维膜组件中纳米TiO₂与聚偏氟乙烯的质量比为0.5～2％。

上述的一种具有自动清洗功能的SMBR，其所述的压力传感器设定压力范围为30～60kPa。

上述的一种具有自动清洗功能的SMBR，其控制臭氧发生器开启时间的可编程控制器，其设定的清洗时间范围为15～30min。

本发明与现有技术相比具有突出的实质性特点和显著的进步及积极的效果：

(1)本发明废水经进水泵提升，通过液位计控制进水流量；SMBR内污泥与污水混合物经共混纳米TiO₂的PVDF中空纤维膜丝过滤后，经出水泵负压下出水，膜污染的程度由压力传感器传送给可变程序控制器，当膜需要清洗时，臭氧发生器产生臭氧，电磁阀关闭，臭氧经气体流量计控制流量，进入中空纤维膜丝内腔，此过程臭氧经TiO₂催化，与膜内腔及表面的污染物发生异相催化臭氧化反应，从而氧化污染物质，达到清洗的目的；

(2)纳米TiO₂共混入有机膜中，可增强共混膜的亲水性能，减缓膜运行过程中的膜污染，从而延长膜的清洗周期；

(3)纳米TiO₂催化剂能增加臭氧的溶解度并可引发臭氧分解反应，产生的羟基自由基具有较高的氧化还原电位，对有机物污染物质的氧化不具有选择性，可显著地提高膜的清洗效率；

(4)纳米TiO₂催化臭氧化技术可完成由膜内部到膜表面的清洗过程，减小了清洗过程对SMBR污泥活性的影响，可在线完成膜通量的恢复，从而明显地提高了SMBR工艺自控水平。

附图说明

图1为本发明专利的装置图。图中，

1-进水泵    2-穿孔曝气管    3-中空纤维膜组件    4-曝气泵    5-出水泵6-电磁阀    7-臭氧发生器    8-气体流量计    9-可编程控制器    10-液位计    11-压力传感器。

实施具体方式

以下结合附图通过实施例对本发明做进一步的说明。

从附图可见，本发明一种具有自动清洗功能的SMBR，由生物处理***、臭氧发生***和自动控制***三部分构成。所述的生物处理***由进水泵1、穿孔曝气管2、由共混纳米TiO₂的聚偏氟乙烯的中空纤维膜丝构成的中空纤维膜组件3、曝气泵4、出水泵5及入口管上的电磁阀6构成；穿孔曝气管2位于上述的中空纤维膜组件3的下方，与曝气泵4出口端相连(图中以实线表示管线，以下同)；出水泵5进口接于所述的中空纤维膜组件3的上端；进水泵1的出口管口处于曝气池上方；臭氧发生***由臭氧发生器7、气体流量计8构成，二者通过管线相连，气体流量计8出口接于出水泵5与所述的中空纤维膜组件3顶端连接管线上；自控***由可编程控制器9、处在曝气池上部的液位计10、压力传感器11组成。上述的进水泵1、出水泵5及其上的电磁阀6、压力传感器11、液位计10、臭氧发生器7分别通过信号线(图中以虚线表示，以下同)与可编程控制器9相连；液位计10与压力传感器1以信号线连接并与可编程控制器9相连接。

上述的一种具有自动清洗功能的SMBR，其所述的中空纤维膜组件3中纳米TiO₂与聚偏氟乙烯的质量比为0.5～2％。

上述的一种具有自动清洗功能的SMBR，其所述的压力传感器11设定压力范围为30～60kPa。

上述的一种具有自动清洗功能的SMBR，其控制臭氧发生器7开启时间的可编程控制器9，其控制清洗时间设定值为15～30min。

本发明废水经进水泵泵至曝气池中，液位计输出液位高度信号，传入自动控制***的可编程控制器，控制进水泵的开启、进水量；反应器内的污泥、泥水混合物经中空纤维膜组件内的共混纳米TiO₂的PVDF中空纤维膜丝过滤后，经出水泵负压下出水，膜污染的程度由设定压力值为30～60kPa的压力传感器传送给可变程序控制器，当膜需要清洗时，电磁阀关闭；当压力传感器压力＞60kPa时，在可变程序控制器的作用下臭氧发生器开启，臭氧经气体流量计控制流量，进入中空纤维膜丝内腔，此过程臭氧经TiO₂催化，与膜内腔及表面的污染物发生异相催化臭氧化反应，以达到对膜内腔及表面清洗，清洗时间由可编程控制器控制为15～30min。

Claims (4)

1.一种具有自动在线清洗功能的浸没式膜生物反应器，由生物处理***、臭氧发生***和自动控制***三部分构成；其特征在于所述的生物处理***由进水泵(1)、穿孔曝气管(2)、由共混纳米TiO₂的聚偏氟乙烯的中空纤维膜丝构成的中空纤维膜组件(3)、曝气泵(4)、出水泵(5)及入口管上的电磁阀(6)构成；穿孔曝气管(2)位于处在曝气池中的中空纤维膜组件(3)的下方，并与曝气泵(4)出口端相连；出水泵(5)进口接于所述的中空纤维膜组件(3)的上端；进水泵(1)的出口管口处在曝气池上部；臭氧发生***由臭氧发生器(7)、气体流量计(8)构成，二者通过管线相连，气体流量计(8)出口接于出水泵(5)与所述的中空纤维膜组件(3)顶端连接管线上；自控***由可编程控制器(9)、处在曝气池上部的液位计(10)、压力传感器(11)组成；上述的进水泵(1)、出水泵(5)及其上的电磁阀(6)、压力传感器(11)、液位计(10)、臭氧发生器(7)分别通过信号线与可编程控制器(9)连接；液位计(10)与压力传感器(11)之间以信号线连接并与可编程控制器(9)相连。

2.根据权利要求1所述的一种具有自动在线清洗功能的浸没式膜生物反应器，其特征在于所述的中空纤维膜组件(3)中的纳米TiO₂与聚偏氟乙烯的质量比为0.5～2％。

3.根据权利要求1所述的一种具有自动在线清洗功能的浸没式膜生物反应器，其特征在于所述的压力传感器(11)设定压力范围为30～60kPa。

4.根据权利要求1所述的一种具有自动在线清洗功能的浸没式膜生物反应器，其特征在于控制臭氧发生器(7)的开启时间的可编程控制器(9)设定的清洗时间范围为15～30min。

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