[实用新型]一种集成曝气式膜组件

说明书

技术领域：

本实用新型为一种用于膜生物反应器水处理技术的集成曝气式膜组件，用它可以减缓污泥在膜面和膜丝间隙的沉积，从而减缓了膜污染，提高膜生物反应器运行的稳定性，降低了运行成本。

背景技术：

膜生物反应器(Membrane Bioreactor-MBR)是一种将膜分离技术与传统污水生物处理工艺有机结合的新型高效污水处理与回用技术，近年来在国内外水处理技术领域日益得到广泛的应用。该技术通过膜的高效分离作用，大大提高了泥水分离效率，并且由于曝气池中活性污泥浓度的增大和污泥中特效菌的出现，提高了生化反应速率。和传统生物处理技术相比，膜生物反应器具有明显的优势：(1)能高效地进行固液分离，其分离效果好于传统的沉淀池，出水水质良好，可以直接回用；(2)由于膜的高效截留作用，可使微生物完全截留在生物反应器内，实现反应器水力停留时间(HRT)和污泥龄(SRT)的完全分离，使运行控制更加灵活稳定；(3)生物反应器内能维持高浓度的微生物量，处理装置容积负荷高，节省占地面积；(4)有利于增殖缓慢的微生物如硝化细菌的截留和生长，系统硝化效率得以提高。也可截流一些难降解有机物，有利于难降解有机物降解效率的提高；(5)膜-生物反应器一般都在高容积负荷、低污泥负荷下运行，剩余污泥产量低，降低了污泥处理费用；(6)易于实现自动控制，操作管理方便。

尽管膜生物反应器技术在水的处理与回用方面优势明显，但是由于MBR本身在应用过程中存在着一些有待解决的技术难点，导致其不能迅速完全地取代传统水处理技术而在水处理界处于主导地位。

(1)膜造价较高，导致总体投资比常规生物处理法偏大。

但随着科学技术的发展，制膜工艺不断改进、膜材料的价格会日益下降，因此膜成本不是限制该技术发展的主要因素。

(2)膜污染严重，使得运行成本增加。

真正影响MBR大规模推广的主要因素是膜污染，膜污染的存在不仅给运行带来不便，而增加运行成本。因此，膜污染形成机理的研究与控制是MBR技术的研究重点。

所谓膜污染，是指处理物料中的微粒、胶体粒子或溶质大分子有机物等，由于与膜发生物理化学相互作用或机械作用，而在膜表面和膜孔内吸附、沉淀，造成膜孔径变小或堵塞，使水通透膜的阻力增大，妨碍了膜面上的溶解和扩散，导致膜通量不可逆下降的现象。大量研究表明膜污染主要来源于三个方面。它们分别是滤饼层、溶解性有机物和微生物污染。滤饼层主要是水透过膜被截流下来的部分活性污泥和胶体物质，没来得及送走就在滤压差和透过水流的作用下堆积在膜表面，形成膜污染。属于可逆污染，其形成主要与料液的悬浮物浓度(MLSS)有关，Defrance等研究了混合液中各组分对膜污染的影响，实验表明：悬浮物部分、胶体部分和溶解性部分对膜过滤阻力的影响分别为65％、30％和5％；Yasutoshi研究表明，膜通量随着MLSS浓度的升高而降低；Takeshi研究了污泥浓度(MLSS)、溶解性有机物及混合液黏度对膜通量的综合影响，给出了膜过滤阻力(R)与这些因素的关系：R＝842.7P·MLSS^0.926·COD^1.368·U^0.326；黄霞等研究表明，当MLSS浓度过高时，污泥在膜表面沉积形成较后污泥层，导致阻力升高和膜通量下降。

综上可知，膜污染是限制膜生物反应器推广应用的关键。在膜污染的构成中，混合液中污泥絮体在膜面和膜丝间隙形成的泥饼层占主导作用。因此，如何预防污泥在膜面和膜丝间隙的沉积是控制膜污染的主要目标，天津大学进行了投加粉末活性炭形成较大污泥絮体以防止膜污染的研究，清华大学采用水动力学的方式来控制污泥在膜面的沉积；此外，许多研究者采用间歇操作、次临界操作、加强曝气等手段以减缓膜污染的进程。除了以上膜污染的影响因素外，膜组件的构型、膜丝方向、曝气管的相对位置等也对膜污染产生重要影响。由于膜组件本身的构型限制，曝气管位置不能够有效设置，影响了曝气对膜丝的冲刷效果，常常会存在得不到曝气的死区问题，从而加剧了膜污染的发展。因此，研制和开发一种可以减缓膜污染的新型膜组件，对提高膜生物反应器运行的稳定性和经济性都具有十分重要的现实意义。

发明内容：

结合目前关于膜污染形成机理的研究成果以及膜组件构型与性能的现状，笔者提出一种用于MBR系统的集成曝气式膜组件，旨在减缓膜生物反应器的膜污染进程，提高系统运行的稳定性，降低运行成本，以更好地发挥膜生物反应器在我国污水处理与回用领域的作用。