[发明专利]一种柱式膜组件

说明书

本申请是申请日为2008.04.18、发明名称为“一种柱式膜组件”、申请号为200810104465.6的发明的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种膜分离水处理设备，尤其涉及一种应用于水处理的柱式膜组件、利用此柱式膜组件的膜生物反应器和水处理设备，属于水处理技术领域。

背景技术

膜生物反应器（Membrane Bioreactor，MBR）工艺是一种将膜分离技术与传统生物处理技术有机结合的高效污水处理与回用技术，与其他污水处理工艺相比，具有出水水质优良稳定、占地面积小、抗冲击负荷能力强、剩余污泥产量低等突出优点，是极具发展潜力的水处理工艺，尤其在污水再生利用方面，MBR工艺可以将生活污水、城市污水或与之相近的工业废水一步到位地处理成可以作为城市杂用水、工业循环冷却水等用途的优质再生水，目前在全世界范围内正日益受到广泛的学术关注，大规模的工程应用也逐渐增多。

根据膜组件的设置位置，膜生物反应器可分为外置式（或称分体式、分置式）膜生物反应器和内置式（或称浸入式、一体式、浸没式）膜生物反应器两大类。

外置式膜生物反应器是把膜组件和生物反应器分开设置，生物反应器中的混合液经循环泵增压后送至膜组件的过滤端，在压力作用下混合液中的液体透过膜，成为系统处理出水，固形物、大分子物质等则被膜截留，随浓缩液回流到生物反应器内。外置式膜生物反应器的特点是运行稳定可靠，易于膜的清洗、更换及增设，而且膜通量普遍较大，但一般条件下，为减少污染物在膜表面的沉积，延长膜的清洗周期，需要用循环泵提供较高的膜面错流流速，致使循环泵的水流循环量和所需扬程增大，动力费用增高，吨水能耗高达2-10kWh/m³，并且泵的高速旋转产生的剪切力会使某些微生物菌体产生失活现象。

内置式膜生物反应器是把膜组件浸没于生物反应器的液位以下，原水进入膜生物反应器后，其中的大部分污染物被混合液中的活性污泥分解或转化，再在抽吸泵提供的负压作用下或者在水位差的作用下由膜过滤出水，曝气系统设置在膜组件下方，一方面给微生物分解有机物提供了所必需的氧气，另一方面利用气提原理，使气水二相流对膜外表面进行水力冲刷，以此来抑制膜面污泥层的沉积。内置式膜生物反应器较之外置式膜生物反应器省去了混合液循环系统，结构更为紧凑，占地面积小，并且靠抽吸出水，吨水能耗相对较低，降至1-2.4kWh/m³（千瓦时/立方米）。目前世界上已经投入使用的膜生物反应器实际工程当中，大多数都选用内置式膜生物反应器工艺。但内置式膜生物反应器存在两个主要问题：一是膜组件的安装、检修、清洗很不方便，清洗劳动强度大；二是曝气量偏高，气水比为30-40：1，是目前较为成熟的其他污水生物处理工艺的3-4倍，这使得其吨水能耗仍然显著高于其他工艺。

中国专利03121949.7公开了一种可气冲的外压柱式中空纤维膜组件，该膜组件在倒U形中空纤维膜丝外设置壳体，壳体顶部有料液出口，底部有料液进口和透过水出口，在中空纤维膜束的底部设有气冲部件。该膜组件可以与生物反应器组成外置式膜生物反应器，但与常规外置式膜生物反应器不同的是，系统处理出水不是由循环泵增压获得，而是由增设的抽吸泵提供的负压获得，这样循环泵的流量和扬程大幅降低。同时膜组件内有气冲部件进行曝气，该壳体的设置大幅缩小了气提断面，使得曝气时形成的气水二相流被束缚在壳体内部沿着膜丝的轴线方向上升，避免了气泡在上升过程中逐渐向外扩散，因此以较小的曝气量就可以在中空纤维膜束中得到较高的曝气强度，使气水二相流对膜丝外表面具有更好的水力冲刷效果，可以较好地抑制膜污染的发展，在一定程度上节约了曝气能耗，这使得系统总体能耗低于常规内置式膜生物反应器，但采用了常规外置式膜生物反应器的外部形式，方便了膜组件的安装和检修。因此该种型式的膜生物反应器很好地将外置式和内置式两种型式的膜生物反应器有机地结合起来，取各自所长，补各自所短。但该专利的一个不足之处在于，壳体内部液流的流态不好，膜组件端部容易出现积泥现象。原因是膜丝固定端与壳体的下部完全粘接为一个整体，料液进口设于壳体的侧面，待过滤的液体从侧面进入壳体内部后陡然转向，壳体底部侧壁上未开孔位置容易出现死角，并发生积泥现象。对于由多个过滤单元组成的膜组件，则过滤单元端部同样容易出现积泥现象。而此专利所述的外压柱式中空纤维膜组件可以看作是一个过滤单元。