[发明专利]一种新型高效膜生物反应器膜组件

说明书

[技术领域]

本发明涉及膜分离技术领域，具体地说是一种新型高效膜生物反应器膜组件。

[背景技术]

膜分离技术是在20世纪初出现，20世纪60年代后迅速崛起的一门分离新技术，在最近20年的时间里取得了工业领域的迅速发展。近年来，随着国家环保政策的推行，与水处理相关的市场需求急速增长，膜技术的市场需求更是以每年近30%的速度递增，由此基于膜技术的膜生物反应器(MBR)市场不断扩大。然而，在大型膜生物反应器应用中，经常遇到膜污染、通量小、效率低、占地大、能耗高等难题，阻碍了膜技术在我国“十二五”期间的加快推广及应用。

膜生物反应器（MBR）是现代膜分离技术与生物技术有机结合的新型废水处理技术。它主要由生物反应器和膜组件构成，利用膜分离设备将活性污泥和大分子有机物质有效截留，替代二沉池，节约了工程占地面积，具有处理效果好，运行成本低等优点。根据膜组件的设置位置，现有MBR分为内置式（也称为一体式、浸没式）和外置式两种。

内置式MBR是指将膜组件放置于生物反应池中，通过负压抽吸或虹吸得到过滤液，膜表面的污染由曝气产生的紊流来延缓。内置式MBR多采用外压式中空纤维膜或平板膜，由于是负压抽空操作模式，因此水透量很低；同时由于膜组件浸没于生化池，膜丝始终受气泡冲刷，因此断丝率较高继而导致产水水质变差。同时，内置式中空纤维MBR系统存在气液分布不均，中空纤维易被污泥粘连，清洗操作繁琐，难以就地清洗，中空纤维膜组件修补维护困难，中空纤维膜易被异物损坏等问题，从而造成膜的使用寿命降低。另外，为保持生物反应池内一定的溶解氧浓度及防止膜丝污堵，需不断给生物反应池曝气，因而能耗较高。目前应用的内置式膜生物反应器单位水量的处理能耗约1.0~2.4kwh/m3（顾平等，2000，中国给水排水Vol.16(3)，5-8；Tatsuki Ueda and Kenji Hata1999，water research，33，2888-2892）。

外置式MBR是指将膜组件与生物反应池分置，由水泵将混合液送至膜组件，过滤液作为出水，浓缩液循环回生物反应池，膜表面的污染由于循环混合液在膜表面的剪切作用而被大大延缓。现有外置式MBR采用内压式管式膜，采用正压操作模式，因此水透量可以较高；但为延缓膜丝内壁的污染，必须保持进水高流速和大回流比，因而能耗很高（一般是内置式MBR的4~6倍），同时由于管式膜组件的装填密度较低，因此膜组件的有效分离面积不大。

[发明内容]

本发明的目的就是要解决上述的不足，设计一种悬垂式外压中空纤维膜组件，从而提供一种高效新型的外置式膜生物反应器，并通过设定膜组件壳体的高径比、膜丝的长径比、膜组件的装填密度、优化膜丝的封装工艺、创新性设计组件底部三相分布器来合理优化气、水、污泥的运动轨迹和流态，膜组件流道设计更合理，料液分布更均匀，内部无死角，膜过滤性能更加稳定，同时采用正压操作，使膜组件在高通量状态下运行，结合定时气水反冲洗的清洗方式，显著提高膜组件在外置膜生物反应器中的应用能力，并提高污染后的恢复性能。本发明可在采用较低能耗的情况下，维持较高的膜通量，同时有效延缓膜污染，实现外置式膜生物反应器系统膜组件的长期稳定运行。

为实现上述目的设计一种新型高效膜生物反应器膜组件，包括上端盖6、膜组件外壳5、下端盖3、软性浇注材料9及中空纤维膜丝10，所述上端盖6上设有产水口7、循环回流口8，所述上端盖6密封连接膜组件外壳5的上端，所述下端盖3上设有进水口1，所述下端盖3密封连接膜组件外壳5的下端，所述若干根中空纤维膜丝10的上端通过软性浇注材料9密封粘合在膜组件外壳5内部上端口，所述中空纤维膜丝10的下端自由垂落在膜组件外壳5的内部，形成悬垂式结构，所述中空纤维膜丝10的底端设有封堵头11。

所述中空纤维膜丝10的支撑层21为海绵状结构，所述中空纤维膜丝10的外表面上设有膜分离孔。

所述下端盖3上设有进气口2，所述下端盖3的内部设有一使进水口1进入的泥水预分离以及进气口2进入的气体均匀分布的三相分布器4。

所述中空纤维膜丝10采用聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯、聚醚砜、聚砜或聚丙烯材料制成。

所述膜分离孔的内径为0.001-2um。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：

（1）悬垂式膜丝设计，不易污堵，更易清洗，易维护；

（2）正压操作，膜通量大，处理水量大，占地小；

（3）外压式膜丝更耐污染；

（4）适宜更高活性污泥浓度，处理效率更高；