專利名稱：一種脈沖射流型膜生物反應(yīng)器的方法與裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種脈沖射流型膜生物反應(yīng)器的方法及實(shí)現(xiàn)該方法的裝置，屬于污水處理與 回用，以及膜生物反應(yīng)器技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人口增長(zhǎng)，我國(guó)城市規(guī)模不斷擴(kuò)大，用水量持續(xù)增加，水資源供應(yīng)日益 不足。城市化水平的不斷提高和工業(yè)的迅猛發(fā)展使水環(huán)境污染日趨嚴(yán)重。為解決水資源短缺 和水環(huán)境污染問(wèn)題，許多國(guó)家相繼開(kāi)展了污水再生回用的研究。膜生物反應(yīng)器(Membrane Bioreactor， MBR)由于出水水質(zhì)優(yōu)良穩(wěn)定，受到廣泛的關(guān)注。MBR的研究始于20世紀(jì)60年 代，作為一種新型高效的污水處理技術(shù)，經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，MBR已成為城市污水和工業(yè)廢 水處理和回用方面一種很有吸引力和競(jìng)爭(zhēng)力的選擇，并被視為"最佳實(shí)用技術(shù)(Best Available Technology) "。 MBR的市場(chǎng)正在加速成長(zhǎng)，在過(guò)去5年間，全球MBR市場(chǎng)的規(guī)模增長(zhǎng)了一倍。 目前，全世界投入運(yùn)行或在建的MBR系統(tǒng)己超過(guò)2500套。
早期的MBR均為分置式構(gòu)型(又稱外置式)，稱為第一代MBR。為了控制膜污染，需要 在膜組件內(nèi)保持高的錯(cuò)流流速，運(yùn)行能耗很高。1989年Yamamoto等將中空纖維膜組件置于生 物反應(yīng)池內(nèi)，開(kāi)創(chuàng)出浸沒(méi)式MBR (又稱內(nèi)置式、 一體式)，稱為第二代MBR。浸沒(méi)式MBR 與分置式MBR最大的不同是膜組件置于反應(yīng)器內(nèi)部，浸沒(méi)式MBR體積較小、結(jié)構(gòu)緊湊，目前 市場(chǎng)上已經(jīng)商業(yè)化的MBR系統(tǒng)中，大部分為浸沒(méi)式MBR。
MBR運(yùn)行時(shí)污泥濃度較高，要求反應(yīng)器內(nèi)有足夠的溶解氧來(lái)保持污泥的好氧狀態(tài)和污泥 活性。浸沒(méi)式MBR的膜組件易受污染，需要提高錯(cuò)流速率來(lái)控制膜污染，這就需要提高曝氣 量。因此控制膜污染和保證MBR供氧成為MBR運(yùn)行的關(guān)鍵因素，針對(duì)這兩個(gè)問(wèn)題開(kāi)發(fā)相應(yīng)的 技術(shù)對(duì)膜生物反應(yīng)器的推廣應(yīng)用具有重要意義。傳統(tǒng)MBR工藝一般采用鼓風(fēng)機(jī)曝氣的方式， 但實(shí)際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，該方式運(yùn)行能耗較高，初期投資費(fèi)用較高，運(yùn)行時(shí)噪音較大。
在200710146309.1號(hào)中國(guó)專利中，發(fā)明人將射流器引入浸沒(méi)式膜生物反應(yīng)器中，對(duì)生物 池進(jìn)行曝氣，以提高氧利用率，控制膜污染，降低系統(tǒng)運(yùn)行能耗。由于采用連續(xù)射流曝氣， 只能通過(guò)調(diào)整曝氣量來(lái)進(jìn)一步控制膜污染，且因其采用閘閥控制循環(huán)泵流量，操作不便。本 發(fā)明專利中，申請(qǐng)人提出一種脈沖射流型膜生物反應(yīng)器(Pulsed Jet Membrane Bioreactor， PJ-MBR)，采用射流器替代鼓風(fēng)機(jī)，將其用于MBR體系中，利用循環(huán)混合液在射流器中產(chǎn)生的高速液流引入并切割空氣，形成高速氣液兩相流，采用PLC智能控制系統(tǒng)，根據(jù)系統(tǒng)運(yùn) 行中的不同曝氣需求量及跨膜壓差TMP的變化情況調(diào)整混合液循環(huán)流量和氣液混合流的脈沖 頻率，改善對(duì)膜組件的沖刷效果，控制膜污染。由于針對(duì)不同的曝氣量和膜污染狀況采用不 同的循環(huán)流量和脈沖頻率，提高了循環(huán)泵的能量利用率，節(jié)省運(yùn)行能耗。此外射流器的使用 還提高了氧的利用率，增加了水中溶解氧的含量，充分滿足池內(nèi)微生物對(duì)氧的需求。本發(fā)明 可有效降低膜污染狀況，減小設(shè)備運(yùn)行能耗，曝氣系統(tǒng)初期投資費(fèi)用及運(yùn)行噪音，使MBR運(yùn) 行更穩(wěn)定，更高效。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種脈沖射流型膜生物反應(yīng)器的方法，該方法采用膜生物反應(yīng)器 工藝，通過(guò)射流器實(shí)現(xiàn)對(duì)生物反應(yīng)池的曝氣作用，與傳統(tǒng)鼓風(fēng)曝氣工藝相比，大大降低了運(yùn) 行能耗和曝氣系統(tǒng)初期投資費(fèi)用；循環(huán)液在射流器內(nèi)高速流過(guò)，產(chǎn)生負(fù)壓吸入空氣，形成高 速氣液兩相紊流，并通過(guò)擴(kuò)散布?xì)庋b置在生物反應(yīng)池內(nèi)底部以脈沖方式噴射，在膜表面形成 較大的錯(cuò)流速率，有效降低膜污染，延長(zhǎng)膜使用壽命；根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中所需的不同曝氣 量和跨膜壓差TMP的變化情況，PLC系統(tǒng)控制脈沖頻率及混合液循環(huán)流量，從而調(diào)整氣液兩 相流在膜表面的錯(cuò)流狀態(tài)，改善空氣沖刷效果，進(jìn)一步控制膜污染。由于針對(duì)不同的膜污染 狀況采用不同的循環(huán)流量和脈沖頻率，提高了循環(huán)泵的能量利用率，避免能量浪費(fèi)。射流器 中混合液對(duì)空氣的巻吸作用使空氣摻混到水中，提高了傳質(zhì)效率，增加水中溶解氧的含量， 改善微生物降解速率。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種脈沖射流型膜生物反應(yīng)器的裝置，射流器的使用避免了 傳統(tǒng)鼓風(fēng)曝氣機(jī)能耗高的缺點(diǎn)，減小了曝氣系統(tǒng)初期投資費(fèi)用。該裝置采用射流器，通過(guò)水 射流對(duì)空氣的巻吸作用而抽吸空氣，又通過(guò)紊動(dòng)水流的質(zhì)量交換和動(dòng)量交換使空氣摻混到水 中，該氣液混合流具有橫向和縱向的能量，改善氣水混合液流場(chǎng)分布和紊流情況，有利于提 高氣液兩相流在膜表面的錯(cuò)流速率，大大延緩膜污染的形成。射流器的進(jìn)氣口安裝有閥門， 通過(guò)定時(shí)開(kāi)啟和關(guān)閉闊門來(lái)控制空氣的吸入，形成一種脈沖的射流曝氣方式。裝置設(shè)計(jì)有PLC 自動(dòng)控制系統(tǒng)，通過(guò)控制脈沖頻率和混合液循環(huán)流量來(lái)調(diào)整氣液兩相流在膜表面的錯(cuò)流狀態(tài)， 改善對(duì)膜表面的空氣沖刷效果，進(jìn)一步控制膜污染，提高循環(huán)泵的能量利用率。射流器的使 用還提高了氧的利用率，增加水中溶解氧的含量，提高生化反應(yīng)速率。
本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案加以實(shí)現(xiàn)的
一種脈沖射流型膜生物反應(yīng)器裝置，包括進(jìn)水泵，出水泵，循環(huán)泵，射流器，閥門，變頻器，PLC控制系統(tǒng)，生物反應(yīng)池，膜組件，布?xì)庋b置。其特征在于循環(huán)泵入口與生物反 應(yīng)池相連，循環(huán)泵出水管路上安裝有射流器，射流器后反應(yīng)池內(nèi)底部設(shè)計(jì)擴(kuò)散布?xì)庋b置，使 氣液混合流均勻噴射至生物反應(yīng)池內(nèi)，PLC控制系統(tǒng)通過(guò)變頻器與循環(huán)泵相連，控制循環(huán)流 量，PLC控制系統(tǒng)還與進(jìn)氣口閥門相連，控制閥門開(kāi)啟和關(guān)閉，膜組件浸沒(méi)于生物反應(yīng)池內(nèi)， 膜出水管路與出水泵相連。
本發(fā)明還提供了一種脈沖射流型膜生物反應(yīng)器的方法，其特征在于包括以下過(guò)程
(1) 生物反應(yīng)池內(nèi)的部分污泥混合液經(jīng)循環(huán)泵加壓后進(jìn)入射流器；
(2) 射流器內(nèi)循環(huán)液流動(dòng)產(chǎn)生高速紊流，由PLC系統(tǒng)控制開(kāi)啟和關(guān)閉閥門，循環(huán)液巻吸空
氣流，形成一定脈沖頻率的劇烈攪動(dòng)的氣液混合流，通過(guò)擴(kuò)散布?xì)庋b置對(duì)生物反應(yīng)池內(nèi)污泥
混合液進(jìn)行曝氣并對(duì)膜組件進(jìn)行沖刷，延緩膜污染的形成，出水泵抽吸膜組件產(chǎn)生出水；
(3) 根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中所需的不同曝氣量，以及跨膜壓差TMP的變化情況，PLC控制 系統(tǒng)改變混合液循環(huán)流量以及氣液兩相流脈沖頻率，調(diào)整膜表面錯(cuò)流狀態(tài)，進(jìn)一步控制膜污 染，提高循環(huán)泵的能量利用效率，節(jié)省能耗。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)及突出性效果采用射流器代替?zhèn)鹘y(tǒng)鼓風(fēng)機(jī)對(duì)生物 反應(yīng)池進(jìn)行曝氣，降低了設(shè)備運(yùn)行能耗、投資費(fèi)用及噪音污染；射流器內(nèi)形成的高速氣液兩 相流加大了氣液攪動(dòng)程度，從而提高膜表面錯(cuò)流速率，有效控制膜污染，且由于氣液兩相紊 流形成劇烈攪動(dòng)，提高膜表面錯(cuò)流速率，降低膜污染。PLC控制系統(tǒng)通過(guò)改變循環(huán)流量和脈 沖頻率來(lái)調(diào)整氣液兩相流在膜表面的錯(cuò)流狀態(tài)，改善空氣沖刷效果，進(jìn)一步控制膜污染，提 高循環(huán)泵能量利用效率，節(jié)省能耗。射流器的使用還提高了氧的利用率，提高生化反應(yīng)速率。 本發(fā)明運(yùn)行能耗和運(yùn)行噪音低，膜污染程度輕，曝氣系統(tǒng)初期投資費(fèi)用少，裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單， 占地面積較小，操作簡(jiǎn)潔，便于自動(dòng)化操作控制。


附圖為本發(fā)明所述工藝流程圖。
圖中l(wèi)-進(jìn)水泵，2-出水泵，3-循環(huán)泵，4-射流器，5-閥門，6-變頻器，7-PLC控制系統(tǒng)， 8-生物反應(yīng)池，9-膜組件，10-布?xì)庋b置。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明所述原理、結(jié)構(gòu)和工藝過(guò)程作進(jìn)一步的說(shuō)明。如圖所示，待處理污水經(jīng)進(jìn)水泵1提升至生物反應(yīng)池8內(nèi)，反應(yīng)池8內(nèi)的部分污泥混合 液經(jīng)循環(huán)泵3加壓后進(jìn)入射流器4,射流器4內(nèi)循環(huán)液流動(dòng)產(chǎn)生紊流，定時(shí)開(kāi)啟和關(guān)閉空氣 入口處的閥門5,使循環(huán)液巻吸空氣流，形成一定脈沖頻率的劇烈攪動(dòng)的氣液混合流，通過(guò) 擴(kuò)散布?xì)庋b置10對(duì)生物反應(yīng)池8內(nèi)污泥混合液進(jìn)行曝氣并對(duì)膜組件9進(jìn)行沖刷，出水泵2抽 吸膜組件9產(chǎn)生出水。根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中所需的不同曝氣量，以及跨膜壓差TMP的變化情 況，PLC控制系統(tǒng)7改變混合液循環(huán)流量以及氣液兩相流脈沖頻率，調(diào)整膜表面錯(cuò)流狀態(tài)， 進(jìn)一步控制膜污染，提高循環(huán)泵3的能量利用效率，節(jié)省能耗。
以下列舉幾個(gè)實(shí)例來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的效果，但本發(fā)明的權(quán)利要求范圍并非僅限于此。
實(shí)施例l:食品加工廢水處理與回用項(xiàng)目小試，處理量為600m3/(1，原水CODer為200 500 mg/L， BOD為100 200 mg/L， SS為150 200 mg/L。經(jīng)脈沖射流型MBR處理后，出 水CODcr小于50 mg/L，濁度小于1 NTU，能耗為0.60 kW'h /m3。該系統(tǒng)運(yùn)行1個(gè)月，跨膜 壓差(TMP)由8kPa升至10kPa，膜壓差上升平穩(wěn)。
實(shí)施例2:生活污水處理與中水回用項(xiàng)目，處理量為2000 m3/d， 原水CODcr為 500~1000mg/L， BOD為150~400 mg/L， SS為200 450 mg/L。經(jīng)脈沖射流型MBR處理后， 出水CODcr小于50mg/L，濁度小于1NTU，能耗為0.55 kW七/m3。該系統(tǒng)運(yùn)行2個(gè)月，跨膜 壓差(TMP)由7kPa升至12.6kPa，膜壓差上升平穩(wěn)，運(yùn)行穩(wěn)定。
權(quán)利要求
1.一種脈沖射流型膜生物反應(yīng)器的方法與裝置，其特征在于包括以下過(guò)程(1)生物反應(yīng)池內(nèi)的部分污泥混合液經(jīng)循環(huán)泵加壓后進(jìn)入射流器；(2)射流器內(nèi)循環(huán)液流動(dòng)產(chǎn)生高速紊流，PLC控制開(kāi)啟和關(guān)閉閥門，循環(huán)液卷吸空氣流，形成一定脈沖頻率的劇烈攪動(dòng)的氣液混合流，通過(guò)擴(kuò)散布?xì)庋b置對(duì)生物反應(yīng)池內(nèi)污泥混合液進(jìn)行曝氣并對(duì)膜組件進(jìn)行沖刷，延緩膜污染的形成，出水泵抽吸膜組件產(chǎn)生出水；(3)根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中所需的不同曝氣量，以及跨膜壓差TMP的變化情況，PLC控制系統(tǒng)通過(guò)控制變頻器改變混合液循環(huán)流量，通過(guò)控制閥門開(kāi)啟和關(guān)閉調(diào)整氣液兩相流脈沖頻率，從而調(diào)整膜表面錯(cuò)流狀態(tài)，進(jìn)一步控制膜污染，提高循環(huán)泵能量利用效率，節(jié)省能耗。
2. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種脈沖射流型膜生物反應(yīng)器的方法與裝置，其特征在于所 述射流器的進(jìn)氣口管路上設(shè)有的閥門與PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)相連接。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種脈沖射流型膜生物反應(yīng)器的方法與裝置，其特征在于所述循環(huán)泵與PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)相連接。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種脈沖射流型膜生物反應(yīng)器的方法與裝置，其特征在于所 述PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)通過(guò)控制循環(huán)泵變頻器來(lái)控制循環(huán)流量。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種脈沖射流型膜生物反應(yīng)器的方法與裝置，其特征在于所 述的跨膜壓差TMP與PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)相連接。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種脈沖射流型膜生物反應(yīng)器的方法及實(shí)現(xiàn)該方法的裝置。采用射流器代替?zhèn)鹘y(tǒng)鼓風(fēng)機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)膜組件錯(cuò)流沖刷作用，循環(huán)液在射流器內(nèi)高速流過(guò)，空氣通過(guò)PLC控制的閥門以脈沖形式進(jìn)入射流器，并通過(guò)擴(kuò)散布?xì)庋b置在底部噴射。PLC系統(tǒng)通過(guò)改變循環(huán)流量和脈沖頻率來(lái)調(diào)整氣液兩相流在膜表面的錯(cuò)流狀態(tài)，改善空氣對(duì)膜表面的沖刷效果，進(jìn)一步控制膜污染，提高循環(huán)泵的能量利用效率，節(jié)省能耗。射流器的使用還提高了氧的利用率，改善污泥降解效果。本發(fā)明運(yùn)行能耗和運(yùn)行噪音低，膜污染程度輕，設(shè)備初期投資費(fèi)省，裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，占地面積小、操作簡(jiǎn)便、便于自動(dòng)化運(yùn)行與控制。
文檔編號(hào)C02F3/12GK101293705SQ20081011094
公開(kāi)日2008年10月29日 申請(qǐng)日期2008年6月18日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月18日
發(fā)明者范正虹, 邢林林, 陳福泰, 麻麗峰 申請(qǐng)人:北京清大國(guó)華環(huán)保科技有限公司