CN205700173U - 变角度多频超声波膜组件清洗设备 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及变角度多频超声波膜组件清洗设备，有效解决提高酶活性，减少浓差极化、提高水通量，延长定期清洗时间和生物膜的使用寿命问题，其结构是，反应容器体内装有生物膜组件，反应容器体上端部装有电机，电机上装有转动轴，转动轴穿过生物膜组件与超声波发生盘相连；超声波发生盘正下方装有与超声波发生盘相对应的曝气盘，曝气盘与置于反应容器体外的曝气泵相连通；超声波发生盘的上表面与生物膜组件下表面相对应；所述超声波发生盘上设置有多个不同频率的超声波发生器；生物膜组件与置于反应容器体外的出水‑反冲洗泵相连通，本实用新型控制清洗全过程，提高酶活性，减少浓差极化、提高水通量，延长定期清洗时间和生物膜的使用寿命。
Description
技术领域
本实用新型涉及污水处理设备，特别是一种变角度多频超声波膜组件清洗设备。
背景技术
随着近年来我国高度重视污水处理领域，膜生物反应器作为一种由膜分离和生物处理单元相结合的新型高效污水处理与回用技术受到广泛重视，市场需求巨大。然而，由于其在长期运行过程中，膜组件容易受到污染，造成膜通量下降、渗透压增加而降低分离效率，影响了膜组件的稳定运行。与此同时，传统的膜清洗方式需要离线清洗，操作程序复杂并且成本较高，因此在膜的实际应用中，膜污染成为限制MBR应用的瓶颈问题，阻碍了其在实际中的广泛应用。
对于上述问题，国内外研究者做了相关研究和实验，并取得一些进展。近年来，超声波技术作为一种新型物理清洗技术不断应用到特殊材料的清洗中，具有高效、经济的特点。由于超声波具有特殊的机械效应和空化效应，能冲蚀、分散在膜表面形成的固体和液体薄膜，还能作用到死角、孔隙，同时具有一定程度强化生物酶活性和减少浓度差极化的功能，使得超声波清洗技术在膜法水处理中引起了越来越多的研究兴趣。将超声波清洗技术应用于膜生物反应器是可行的，但是目前多集中在实验室阶段，其实际应用有一定难度。
现有技术中的空纤维膜组件的清洗方法，一般是超声波工业处理机的换能器直接安装在膜生物反应器中，直接对膜组件进行超声清洗，可用微机控制，通过在线监测装置，可随机控制清洗时间，亦可一个运行周期结束后再进行离线清洗，具有工艺简单、操作方便、性能稳定可靠、使用寿命长、应用范围广、清洗效果好的特点。但是，超声清洗采用单频，清洗效果不如多频超声；只是单纯地超声清洗，膜污染物容易清洗不彻底；清洗后的污泥没有进行处理，在后续工艺中造成负担。因此，设备上的改进和创新势在必行。
实用新型内容
针对上述情况，为克服现有技术之缺陷，本实用新型之目的就是提供一种变角度多频超声波膜组件清洗设备，可有效解决提高酶活性，减少浓差极化、提高水通量，延长定期清洗时间和生物膜的使用寿命问题。
本实用新型的变角度多频超声波膜组件清洗设备，包括反应容器体2、生物膜组件3、电机、超声波发生盘、曝气盘8和曝气泵13；反应容器体2内装有生物膜组件3，反应容器体上端部2装有电机5，电机5上装有转动轴6，转动轴6穿过生物膜组件3与超声波发生盘7相连；超声波发生盘7正下方装有与超声波发生盘7相对应的曝气盘8，曝气盘8与置于反应容器体2外的曝气泵13相连通；超声波发生盘7的上表面与生物膜组件3下表面相对应；所述超声波发生盘7上设置有多个不同频率的超声波发生器；生物膜组件3与置于反应容器体2外的出水-反冲洗泵12相连通。
其中，所述变角度多频超声波膜组件清洗设备还包括：污泥泵10；所述应容器体2底部设置有污泥管道，所述污泥泵10通过所述污泥管道与所述应容器体2底部相连；所述污泥管道上装有超声波污泥处理装置9。
其中，反应容器体2内装有在线的浊度仪1，反应容器体2外设置有控制器4；浊度仪1、电机5、出水-反冲洗泵12和曝气泵13，均与所述控制器4电连接。
其中，反应容器体2的给水口经管道与给水泵11相连通；给水泵11与所述控制器4电连接。
反应容器体的给水口经管道与给水泵相连通，浊度仪、电机、出水-反冲洗泵、曝气泵、给水泵和污泥泵均与控制器相连通，构成变角度多频超声波膜组件的清洗结构。
本实用新型主要目的在于针对生物膜污染的特殊性以及超声波清洗技术自身的特色，提出的一种工业应用上确实可行的解决膜污染设备，采用独创的动态多频超声辐射清洗设备并结合在线清洗监测控制技术控制清洗全过程，进而有效提高酶活性，减少浓差极化、提高水通量，延长定期清洗时间和生物膜的使用寿命，经济和社会效益显著。
附图说明
图1为本实用新型的结构图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的具体实施方式作详细说明。
由图1所示，本实用新型包括反应容器体、生物膜组件、电机、超声波发生盘和污泥泵，反应容器体2内装有生物膜组件3，生物膜组件3上装有转动轴6，转动轴伸出生物膜组件3和反应容器体2的上端部上装有电机5，转动轴伸出生物膜组件3的下端部上装有超声波发生盘7，超声波发生盘7正下方的污泥出口处装有与超声波发生盘相对应的曝气盘8，曝气盘与置于反应容器体2外的曝气泵13相连通，生物膜组件3与置于反应容器体2外的出水-反冲洗泵12相连通，反应容器体2上装有在线的浊度仪1，反应容器体2的底部的污泥出口经管道与污泥泵10相连通，反应容器体2的给水口经管道与给水泵11相连通，浊度仪1、电机5、出水-反冲洗泵12、曝气泵13、给水泵11和污泥泵10均与控制器4相连通，构成变角度多频超声波膜组件的清洗结构。
为了保证使用效果和使用方便，所述的超声波发生盘7是由盘体和盘体上装的多个不同频率的超声波发生器组成，构成混合频率超声场，频率范围为20-30kHz，超声波发生盘的上表面与生物膜组件下表面相对应。所述的应容器体2底部的污泥出口的管道上装有用于对污泥进行超声辐射的超声波污泥处理装置。
所述的超声波发生盘上的超声波发生器、污泥出口管道上的超声波发生器均与控制器4相连（电路连接）；所述的控制器为可编程逻辑控制器（PLC）；所述的超声波发生盘7、电机5、转动轴6、出水-反冲洗泵12、曝气泵13构成联动耦合控制结构，超声方向与曝气方向同向。
要指出的是，上面给出的仅仅是实施例，是用于说明本实用新型的具体实施情况，并不是用于本实用新型的保护范围，因此，凡是经等同或等效替换所做出的在本质上与本实用新型相同的技术方案，均属于本实用新型的保护范围。
由上述可以看出，本实用新型的工艺方案的实现包括以下部分：反应容器体2器体2、生物膜组件3、电机5、超声波发生盘7、曝气盘8和曝气泵13；
反应容器体2内装有生物膜组件3，反应容器体上端部2装有电机5，电机5上装有转动轴6，转动轴6穿过生物膜组件3与超声波发生盘7相连；超声波发生盘7正下方装有与超声波发生盘7相对应的曝气盘8，曝气盘8与置于反应容器体2外的曝气泵13相连通；超声波发生盘7的上表面与生物膜组件3下表面相对应；所述超声波发生盘7上设置有多个不同频率的超声波发生器；生物膜组件3与置于反应容器体2外的出水-反冲洗泵12相连通。
其中，所述变角度多频超声波膜组件清洗设备还包括：污泥泵10；所述反应容器体2底部设置有污泥管道，所述污泥泵10通过所述污泥管道与所述应容器体2底部相连；所述污泥管道上装有超声波污泥处理装置9。
其中，反应容器体2内装有在线的浊度仪1，反应容器体2外设置有控制器4；浊度仪1、电机5、出水-反冲洗泵12和曝气泵13，均与所述控制器4电连接。
其中，反应容器体2的给水口经管道与给水泵1相连通；给水泵11与所述控制器4电连接。
根据功能区域可以分为：变角度多频路超声清洗单元，生物膜反应单元，在线浊度检测反馈单元，清洗污泥超声减量单元；
所述的变角度多频路超声清洗单元包括超声波发生盘7，电机5，转动轴6，出水-反冲洗泵12及曝气泵13联动耦合控制装置，并且超声方向与曝气方向同向；运行时开启变角度多频路超声***进行旋转辐射；所述的超声波发生盘由多种频率的超声发生器组成，构成混合频率超声场，超声场优选频率范围20KHz-30KHz。
电动机驱动转动轴，转动轴底端固定超声波发生盘7，超声波发生盘上表面设置多个频率不同的超声发生器；超声波发生盘在电动机的驱动下旋转，且超声波发生盘的上表面与生物膜反应器相对应。曝气泵13设置在超声波发生盘下方，且位于生物膜反应器内。生物膜反应器内的底部还可以设置出水-反冲洗泵12。
在上述结构基础上，停用清洗时同时开启曝气、超声和反冲洗实现耦合强化清洗；另外，生物膜反应器内的底部还可以设置超声波污泥处理装置9，超声波污泥处理装置9上连接有污泥泵10。所述的清洗污泥超声减量单元（包括污泥泵10和超声波污泥处理装置9），在污泥泵10前安装超声波污泥处理装置，在排泥水时进行超声辐射。
在上述结构基础上，在自动控制方面，所述的在线浊度检测反馈单元安装在线浊度仪2及控制器 4构成的反馈***，实时检测污水中的浊度值，并通过超声波和反冲洗水泵进行间断性清洗，达到稳定微生物浓度和膜通量的平衡。
在生物膜反应运行阶段和停用阶段，清洗过程可分别选用在线清洗和停车清洗；同时，清洗过程可选择水力冲洗和超声波辐射间断交替运行或同时运行模式。
本方案考虑到生物膜污泥中多聚糖等粘性污泥的难处理情况，在设备末端增加有污泥泵10和超声波污泥处理装置构成的清洗污泥超声减量单元，在污泥泵10出口前安装超声波污泥处理装置，超声波污泥处理装置包括两块不同频率超声波金属板构成的混响声场，清洗后的大量污泥进行超声稳定化后排至下一环节。
本实用新型经实地测试和应用，效果非常好，有关资料如下：
对中空纤维膜组件安装旋转超声辐射盘，辐射面积0.82m2,采用双频超声，频率分别为20KHz和29KHz。
***运行间隔采用传统间隙出水并结合超声连续双频辐射，出水时间10分钟，停歇时间1分钟，强化曝气1分钟，超声辐射连续。停止抽水时，膜两侧压差减少，附着表面的污染物特别是胞外聚合物更容易在超声和曝气共同作用下扰动脱落。通过跨膜压差比较：经过50天运行后，膜通量保持在90%以上，效果好于未应用该技术的数据，因此使清洗周期得到延长。
在应用清洗时该工艺采用反洗、曝气、超声三种技术进行耦合清洗，清洗过程由在线浊度检测***全程检测，PLC全程控制，清洗结束时间比传统时间提高0.8小时，膜通量恢复90%以上。
本实用新型与现有技术相比，具有以下突出的实质性特点：
1）曝气盘产生的曝气方向与超声波发生盘的超声方向一致（图中均向上），可以协同处理膜组件，提高处理效率及效果；
2）超声波发生盘上有8个超声波发生器，频率分别为20KHz和29KHz，等量交替布置在盘中，可以双频超声辐射，最大程度发挥超声清洗膜组件的效果；同时电机通过转动轴连接到超声波发生盘，节约成本；
3）出水-反冲洗泵12在设备停车时，与曝气、超声协同清洗膜组件，又可以作为出水泵，将设备处理好的废水导出；这样可以一泵双用，节约成本；
4）由于生物膜污泥中多聚糖等粘性污泥的难处理，在工艺末端增加装置9（超声波污泥处理装置），利用超声波的机械效应、空化效应等作用，使多聚糖等粘性污泥不断被压缩和膨胀，对污泥絮体结构产生破坏，使污泥的性质发生改变，有效降低污泥的含水及粘度，有利于后续的污泥处置。
本实用新型有益技术效果为：1. 通过动态多角度混合频率的超声波辐射，实现均匀的空化作用，从而在生物膜反应过程中即可均匀扰动膜表面滤饼层，防止污染物沉积，减少浓差极化现象，使膜通量大大增加，产生强化膜过滤效应；2. 通过实验发现该过程在一定条件下可有效提高微生物酶活性，增加生化反应速度；3. 在通用清洗阶段，通过超声、反洗、曝气三种方式的强化物理耦合工艺，提高整个清洗效率，使膜通量快速恢复到90%；4.最后降低后续污泥处理难度，经济和社会效益显著。
Claims (8)
1.一种变角度多频超声波膜组件清洗设备，其特征在于，包括反应容器体（2）、生物膜组件（3）、电机、超声波发生盘、曝气盘（8）和曝气泵（13）；
反应容器体（2）内装有生物膜组件（3），反应容器体（2）上端部装有电机（5），电机（5）上装有转动轴（6），转动轴（6）穿过生物膜组件（3）与超声波发生盘（7）相连；
超声波发生盘（7）正下方装有与超声波发生盘（7）相对应的曝气盘（8），曝气盘（8）与置于反应容器体（2）外的曝气泵（13）相连通；超声波发生盘（7）的上表面与生物膜组件（3）下表面相对应；所述超声波发生盘（7）上设置有多个不同频率的超声波发生器；
生物膜组件（3）与置于反应容器体（2）外的出水-反冲洗泵（12）相连通。
2.根据权利要求1所述的变角度多频超声波膜组件清洗设备，其特征在于，所述变角度多频超声波膜组件清洗设备还包括：污泥泵（10）；
所述应容器体（2）底部设置有污泥管道，所述污泥泵（10）通过所述污泥管道与所述应容器体（2）底部相连；所述污泥管道上装有超声波污泥处理装置（9）。
3.根据权利要求2所述的变角度多频超声波膜组件清洗设备，其特征在于，反应容器体（2）内装有在线的浊度仪（1），反应容器体（2）外设置有控制器（4）；
浊度仪（1）、电机（5）、出水-反冲洗泵（12）和曝气泵（13），均与所述控制器（4）电连接。
4.根据权利要求3所述的变角度多频超声波膜组件清洗设备，其特征在于，反应容器体（2）的给水口经管道与给水泵（11）相连通；给水泵（11）与所述控制器（4）电连接。
5.根据权利要求1所述的变角度多频超声波膜组件清洗设备，其特征在于，所述超声波发生盘（7）是由盘体和盘体上装的多个不同频率的超声波发生器组成，构成混合频率超声场，频率范围为20-30kHz，超声波发生盘的上表面与生物膜组件下表面相对应。
6.根据权利要求3所述的变角度多频超声波膜组件清洗设备，其特征在于，所述的超声波发生盘上的超声波发生器和超声波污泥处理装置（9）均与控制器（4）相连。
7.根据权利要求3所述的变角度多频超声波膜组件清洗设备，其特征在于，所述的控制器为可编程逻辑控制器。
8.根据权利要求1所述的变角度多频超声波膜组件清洗设备，其特征在于，所述的超声波发生盘（7）、电机（5）、转动轴（6）、出水-反冲洗泵（12）、曝气泵（13）构成联动耦合控制结构，超声方向与曝气方向同向。
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| CP01 | Change in the name or title of a patent holder | ||
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Effective date of registration: 20181221 Address after: 475300 No. 11 Yifeng Road, Lankao County, Kaifeng City, Henan Province Patentee after: Lankao Qingshan Green Water Paper Co.,Ltd. Address before: 456400 South Section of Civilization Road, Huaxian County, Anyang City, Henan Province Patentee before: Henan Watson Ultrasonic Technology Co.,Ltd. |
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| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20200119 Address after: 456400 Intersection of Civilization Road and Huazhou Road at Huaxian Road Crossing, Anyang City, Henan Province Patentee after: Henan Jinshan Yinshan Biomass Technology Co.,Ltd. Address before: 475300 No. 11 Yifeng Road, Lankao County, Kaifeng City, Henan Province Patentee before: Lankao Qingshan Green Water Paper Co.,Ltd. |
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| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20200601 Address after: 341300 guantian Industrial Park, guantian Town, Chongyi County, Ganzhou City, Jiangxi Province Patentee after: Jiangxi Zhongzhu Biomass Technology Co.,Ltd. Address before: 456400 Intersection of Civilization Road and Huazhou Road at Huaxian Road Crossing, Anyang City, Henan Province Patentee before: Henan Jinshan Yinshan Biomass Technology Co.,Ltd. |
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
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