本技术介绍了一种新型波形振动膜生物反应器,其结构包括反应器本体、静态横型膜组件、振动波形膜组件、振动机构、电机、曲轴连杆及连杆臂。反应器中固定有静态横型膜组件,两侧装配有振动波形膜组件。振动机构连接两波形膜组件,顶部与曲轴连杆相连,曲轴连杆通过反应器盖与连杆臂连接,电机驱动连杆臂使曲轴连杆进行往复运动。波形膜组件由多根中空纤维膜横向排列构成,膜侧面呈正弦曲线排列。该技术通过局部振动减少能耗,提高膜污染控制效果,实现自清洁,且产水通量高,有效浓缩污水中的污染物。
背景技术
我国人口众多,生活污水产量巨大,污水处理同时进行资源回收成为当前可持续化发展的重要体现,亦是一种解决资源和能源短缺的重要策略。厌氧生物处理技术不仅可以将有机物转化为可回收利用的能源甲烷,同时由于反应过程无曝气要求且污泥产量较低,从而减少了污水处理厂的运营费用,因此厌氧生物处理是各种污水处理的重要过程之一。然而,传统的厌氧生物处理系统受制于污泥流失量大、反应时间长、出水水质差等瓶颈问题。厌氧膜生物反应器(AnMBR)是厌氧消化与膜过滤单元耦合的污水处理新技术,具有更小的占地面积,完整的生物质保留,更高的有机负载率和生物能源生产能力和灵活性的独特优势,是城市废水管理领域的高效技术之一。
AnMBR在污水处理中应用广泛,如工业废水、污泥消化和市政污水等。AnMBR通过膜截流作用,防止菌种流失,部分有机物也能被截留在反应期内得到充分的降解,提高了出水水质。同时,AnMBR可将水力停留时间大大缩短,较小的反应容积也节省了处理成本。市政污水水量较大,但浓度较低,需要较短的水力停留时间,传统厌氧生物处理技术较难实现。AnMBR可应用于市政污水的处理,防止因水力停留时间短而导致的污泥流失问题,其能耗也远低于好氧工艺。
虽然AnMBR应用广泛、优势突出,但其自身不可忽视的膜污染问题成为了限制这一技术的瓶颈。膜生物反应器中的膜污染是指在膜过滤过程中,由于水中悬浮固体、微生物、有机质、盐离子等有机或无机物质在膜表面或膜孔内吸附沉积,所引起的膜堵塞、膜过滤阻力变大及膜通量下降现象。
传统AnMBR膜污染控制技术主要是通过将生物气回曝至反应器内,通过曝气冲刷抑制膜表面污染物的沉积行为。然而,曝气能量很大一部分被耗散,没有达到膜表面附近用于控制膜污染。同时,在AnMBR中使用自产的沼气做循环曝气,会导致其在反应器溶液内的进一步溶解,使得本已存在于沼气能量回收问题中的甲烷自溶问题更加恶化,间接损失和浪费了系统能源。
膜振动已被证明是一种有效的膜污染控制方式,通过振动或振荡膜组件来增加膜表面剪切速率和湍流,可服务于AnMBR中用于膜污染控制,常用的膜振动装置为浸没式中空纤维膜振动系统。研究发现,将中空纤维膜横向排列可更好的降低膜污染发生;在膜振动的辅助下,临界通量值显著提高,即使在混合液体悬浮固体浓度较高的情况下,振动系统仍能显著减少污垢。重要的是,膜振动系统可提高沼气回收率,产生最少的溶解甲烷,从而在废水处理过程中产生更多的净能量,其良好性能使其成为取代传统污水处理厂作为下一代资源回收设施的一项有前途的技术。
现有技术主要是振动式膜生物反应器,其装置特点主要是将传统膜生物反应器中的膜组件进行整体振动,实现膜污染减缓的目的。现有技术如下:
中国发明专利:一种延长序批式膜生物反应器膜使用寿命的方法及装置,申请号:CN201610115510.2;
中国实用新型专利:一种膜生物反应器膜组件,申请号:CN201320708972.7;
中国发明专利:振动式膜生物反应器,申请号:CN200910026843.8。
上述现有技术的缺点是(1)膜组件整理被振动,振动物体质量大、运行能耗高,;(2)膜组件中的中空纤维膜没有波形排列设计,在振动时所产生的湍流效果较弱,膜污染控制效果不好,也不能产生膜自清洁效应;(3)膜组件内所有中空纤维膜的出水通量一致,无法实现部分膜组件的高通量快速处理。同时,由于市政污水中COD浓度较低,不利于厌氧微生物的生长代谢,已有发明专利无法实现反应器内的污染物快速浓缩,强化生物处理过程。
实现思路