一種新的向水中充氧的裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種向水中充氧的裝置，特別涉及污水處理過程中為微生物提供溶解氧。
【背景技術(shù)】
[0002]好氧生化處理工藝是污水處理的主要工藝過程，微生物種群利用水中的溶解氧降解污水中的有機污染物。工藝曝氣設(shè)備的氧利用率和污泥濃度的高低影響到污水處理廠占地、工程投資及運行費用。曝氣設(shè)備產(chǎn)生的氣泡大則相同曝氣量時相對氣液兩相接觸面積小，氣泡在液相停留的相對時間短，大部分氧隨氣泡逸出水面。近年來污水處理領(lǐng)域致力于設(shè)法減小氣泡的直徑，增加氣液接觸停留時間和面積，取得一定效果。微孔曝氣器相比于其它散流式及大、中氣泡的鼓風曝氣擴散設(shè)備具有溶解氧利用率高、服務(wù)面積大、節(jié)省鼓風機運行電耗的優(yōu)點。但隨著膜生物反應(yīng)器等以高濃度絮狀活性污泥為主的好氧工藝的發(fā)展和以好氧顆粒污泥為主的污水處理新技術(shù)的開發(fā)，這些工藝技術(shù)中反應(yīng)器中污泥濃度要遠遠高于普通活性污泥法，氧的需求量也就更大，如果還是從增加曝氣量的方法來解決，不僅要增加動力消耗和設(shè)備費用，還會產(chǎn)生大量泡沫，影響生化反應(yīng)系統(tǒng)和固液分離系統(tǒng)的正常運轉(zhuǎn)。近年新開發(fā)的生化工藝膜——曝氣生物膜反應(yīng)器MABR采用一種新穎的供氧方式，氣相中的空氣或純氧在透氣性致密膜如硅橡膠膜或微孔膜如疏水性聚合膜的管腔內(nèi)流動，而液相中的廢水在管外流動，在膜兩側(cè)氧分壓差的推動下，管腔內(nèi)的氧透過膜面或膜壁上的微孔擴散進入管外的液體中，在保持氧分壓低于泡點壓力的情況下，可實現(xiàn)向生物反應(yīng)器的無泡供氧。膜曝氣生物膜反應(yīng)器MABR是以生物膜生長到膜組件上使氧直接以分子狀態(tài)擴散進入生物膜直接對生物膜供氧為目的，追求接近100%的氧利用率和高的生物膜活性。但是為解決反應(yīng)器內(nèi)由于流量不均衡和傳質(zhì)能力較差的缺點需要增加動力消耗來提高反應(yīng)器內(nèi)的液體流速，實際上節(jié)能效果不明顯。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了提高水中充氧的氧利用率，節(jié)省曝氣電能消耗，適應(yīng)單位體積高的氧負荷，本發(fā)明提供一種與目前曝氣設(shè)備運行原理不同的新發(fā)明——一種新的向水中充氧的裝置。
[0004]實現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)方案是:在鼓風充氧系統(tǒng)中，由微孔膜充氧組件與壓力調(diào)節(jié)裝置組成的充氧裝置，通過壓力調(diào)節(jié)裝置的壓力調(diào)節(jié)，使作用到具體微孔膜充氧組件的供氣壓力周期變化，微孔膜充氧組件的工作過程包括:氣泡產(chǎn)生及膨脹過程，在曝氣時的某個時段氣泡在微孔膜的表面產(chǎn)生并不斷膨脹，但膨脹的過程使絕大多數(shù)的氣泡不脫離微孔膜表面逸入水中；氣泡維持過程，用供氣的壓力維持氣泡的膨脹狀態(tài)，該狀態(tài)下氣泡的大小和形狀因為外界因素不斷改變而變化，供氣壓力調(diào)整過程中氣泡最大膨脹程度也使絕大多數(shù)的氣泡不脫離微孔膜表面逸入水中；氣沖洗過程，周期性地在氣泡維持過程中增加供氣壓力，氣泡快速膨脹使大部分在微孔膜表面的氣泡迅速脫離微孔膜表面進入水中。下面是微孔膜充氧組件工作的原理。氣體自微孔膜表面以氣泡形式進入液體時有以下特點:只有當氣體的壓力大于膜孔內(nèi)的毛細管壓力和表面張力之和時，液體才能被壓出膜孔，也就是說具有起泡點壓力。膜的材質(zhì)、膜的結(jié)構(gòu)、孔徑大小、表面張力、溫度都是起泡點壓力的影響因素。其中膜的親水性/憎水性對起泡點壓力和生物粘附性都有影響；孔徑愈小則壓縮空氣通過而產(chǎn)生氣泡所需的壓力愈高。氣泡脫離微孔膜組件進入水體過程包括氣泡膨脹過程和脫離過程，在一定壓力范圍內(nèi)氣泡可以一直不脫離膜表面。脫離前氣泡具有很大的比表面積。氣泡維持過程氣泡的大小和形狀因為以下因素不斷改變:由于供氣增壓設(shè)備固有頻率的運行導(dǎo)致供氣管道壓力的不斷變化；好氧池水位變化帶來的微孔膜表面的壓力變化；由于氣流、水流等在膜表面的流動導(dǎo)致的內(nèi)外壓差的變化，這些引起了氣泡的膨脹或收縮。供氣的壓力調(diào)整過程應(yīng)使氣泡最大膨脹程度時絕大多數(shù)的氣泡不脫離微孔膜表面逸入水中，這要求膜組件具有一定的起泡點壓力。而氣泡維持過程的氣泡收縮則可以使氣泡很小，甚至可以使氣泡縮小到微孔膜表面無明顯氣泡；氣沖洗過程排出低氧濃度的氣體的同時實現(xiàn)微孔膜的沖洗。氣沖洗過程之后通過壓力調(diào)節(jié)又進入氣泡維持過程。
[0005]上述過程都伴隨氣相中的氧傳遞到水中，水中的二氧化碳等析出到氣相中的傳質(zhì)過程。本發(fā)明注重微孔膜表面的氣泡維持過程，提供大面積的氣液接觸表面，并且接觸表面在不斷的更新，更加快了氧在氣液兩相中的傳遞，又因為過程中很少或沒有氣泡逸入液體中并最終排入大氣，這樣極大的延長了氣液接觸的時間，有效地提高了氧的利用率，節(jié)省了曝氣電能消耗。單位面積充氧能力的提高可以通過在立面上增加微孔膜充氧組件的高度或單位體積內(nèi)微孔膜充氧組件的數(shù)量來實現(xiàn)，充氧能力可以適應(yīng)好氧顆粒污泥等生化工藝單位容積很高氧負荷的需求。在污水處理的好氧曝氣過程中應(yīng)用以上原理可以提高氧的利用率，適應(yīng)某些生化工藝單位體積氧負荷很高的需要，并節(jié)省曝氣電能消耗，這就是本發(fā)明的核心內(nèi)容。
[0006]上述微孔膜充氧組件的氣體用于污水處理曝氣過程可以是純氧氣，可以是空氣，也可以是氧氣和空氣同時使用。氣體在微孔膜充氧組件內(nèi)的流動方向可以是水平方向也可以是豎直方向，也可以是其它方向，豎直方向的流動使膜組件結(jié)構(gòu)更簡單、微孔膜充氧組件受力更好且反清洗更容易，是較好的選擇。微孔膜充氧組件的供氣管道可以位于微孔膜充氧組件的上部、下部和其他部位，都在本發(fā)明的保護范圍。如有尾氣管道，則其安裝方位可以在微孔膜充氧組件的上部、下部和其他部位，布置最好與供氣管道的方向相反，可以稍微提聞氧的利用率。
[0007]實現(xiàn)上述過程所需的壓力控制的方法有很多，其中在微孔膜充氧組件供氣管進行壓力提前調(diào)節(jié)的方法和在微孔膜充氧組件后增加一路尾氣排放管道，尾氣排放管道上串聯(lián)一個尾氣調(diào)壓裝置的方法都比較合理，這兩種方法可單獨也可同時應(yīng)用。在微孔膜充氧組件供氣管進行壓力調(diào)節(jié)較好的方法是采用自力式減壓閥取閥后壓力進行調(diào)節(jié)，也可以采用壓力傳感器與調(diào)節(jié)閥聯(lián)動進行壓力調(diào)節(jié)，采用風機供氣時還可以采用對風機變頻調(diào)節(jié)的方式。在微孔膜充氧組件后的尾氣調(diào)壓裝置可以間歇或連續(xù)排放尾氣，較好的形式有:采用有間歇開關(guān)或開度變化作用的機械裝置進行調(diào)節(jié)，采用卸壓閥進行調(diào)節(jié)，采用壓力傳感器與調(diào)節(jié)閥聯(lián)動進行調(diào)節(jié)，也可以采用限流孔板進行調(diào)節(jié)。氣沖洗過程增加壓力的方法可以采用在微孔膜充氧組件供氣管上的供氣前調(diào)壓裝置旁路并聯(lián)一個反洗控制閥，反沖洗過程打開此閥，以增加供氣壓力的方法，也可以采用把氣沖洗氣源通過空氣輔助沖洗管道與微孔膜充氧組件上與供氣進口處于位置相對的尾氣排放管相連，進行氣沖洗的方法，后一種方法在管道配置上更加合理。以上具體調(diào)壓方式的說明不縮小本發(fā)明的保護范圍。
[0008]在微孔膜充氧組件后串聯(lián)一個尾氣調(diào)壓裝置通過排出部分氣體降低微孔膜充氧組件內(nèi)的壓力。尾氣調(diào)壓裝置排出低氧濃度的尾氣可以直接排入大氣，也可以通入底部輔助曝氣裝置進一步利用低氧濃度尾氣中的殘余氧氣進行充氧，同時也增強了好氧池內(nèi)的攪拌作用并加強了對微孔膜充氧組件表面的沖刷。
[0009]本發(fā)明的微孔膜可以采用中空纖維絲狀膜、中空纖維簾式膜、平板膜的形式，也可以采用其它形式的膜組件。中空纖維簾式膜和平板膜由于表面較規(guī)則，微生物附著后更容易脫附。采用中空纖維絲狀膜和中空纖維簾式膜時，單根膜絲的斷面積很小，即使少量膜絲斷開或破裂也對整體的氧利用率和充氧能力影響不大。
[0010]本發(fā)明的微孔膜材料可以是親水性的，也可以是憎水性的，也可以采用憎水性膜外敷硅膠涂層來提高起泡點壓力。親水膜的生物附著性較差，對于膜污染有更好的抗性，但起泡點壓力較高。憎水膜起泡點壓力較低，可通過減小膜孔的當量直徑增加膜的起泡點壓力。
[0011]作為本發(fā)明的進一步改進，采用成膜技術(shù)使同樣的供氣壓力下不同深度的相同孔徑的微孔在水下可以同時膨脹，而且在氣沖洗過程中同時脫離膜表面進入水中。這就要使微孔膜充氧組件上微孔的使起泡點壓力在橫向上大致相等，起泡點壓力在深度方向按照上大下小逐漸變化，兩個微孔的起泡點壓力差值與這兩個孔由水深差值而引起的水壓差值基本相等。要達到這樣的效果可以通過以下方式的一種或幾種實現(xiàn):一是利用微孔膜成孔技術(shù)使微孔膜充氧組件的微孔孔徑自上而下逐漸變大，使起泡點壓力差值與膜孔所處的水壓差值接近；二是利用微孔膜成膜技術(shù)使有均勻膜孔徑的微孔膜充氧組件的壁厚上厚下薄，以實現(xiàn)起泡點壓力的變化；三是通過硅膠等材料做微孔膜的薄膜涂層，且依靠涂層厚度上厚下薄的漸變來實現(xiàn)起泡點壓力的變化；四是通過微孔膜內(nèi)通道阻力的變化來實現(xiàn)起泡點壓力的變化。
[0012]作為本發(fā)明的進一步改進，可以間歇把微孔膜充氧組件作為MBR出水過濾裝置，出水時利用池內(nèi)壓力自流或利用MBR出水泵抽吸出水,使曝氣和出水間歇輪換運行。
[0013]本發(fā)明的有益效果是充氧的氧利用率高，節(jié)省曝氣電能消耗，充氧能力強，可適應(yīng)高的污泥負荷，方便實現(xiàn)自動沖洗，滿足曝氣系統(tǒng)穩(wěn)定運行的需要。
【附圖說明】
[0014]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。
[0015]圖1是本發(fā)明的工藝原理圖。
[0016]圖2是本發(fā)明的第一個實施例的工藝流程圖。
[0017]圖3是本發(fā)明的第二個實施例的工藝流程圖。
[0018]圖4是本發(fā)明的微孔膜充氧