本實(shí)用新型涉及水處理技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種無(wú)泡膜曝氣生物(MABR)反應(yīng)器。

背景技術(shù)：

我國(guó)平均年水資源總量約為2.81×1012m³，居世界第六位。雖然水資源總量多，但人均水資源量?jī)H為2400m³左右，不足世界人均占有量的1/4，被列為13個(gè)缺水國(guó)家之一。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展、人口的增加以及水資源保護(hù)措施的缺乏，大量城市污水和工業(yè)廢水未經(jīng)妥善處理排入水體，再加上農(nóng)田化肥農(nóng)藥流失，使水環(huán)境污染情況日益嚴(yán)重，不少河段的有毒有害物質(zhì)含量已超出地面水標(biāo)準(zhǔn)，無(wú)法正常飲用或用于生產(chǎn)。

水環(huán)境質(zhì)量的嚴(yán)重惡化和經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，迫切要求開(kāi)發(fā)適合時(shí)代發(fā)展的污水資源再利用技術(shù)，以緩解水資源的短缺。目前常用的污水處理技術(shù)主要有“混凝沉降”、“氣浮”和“生化處理”等，這些方法雖然成本不高，但往往存在處理效率低、能耗高等缺點(diǎn)。因此，近年來(lái)各種新型、改良型的高效廢水處理技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，其中膜技術(shù)和生物水處理技術(shù)的結(jié)合產(chǎn)生了三類膜生物反應(yīng)器，即截留微生物和懸浮固體的膜生物反應(yīng)器(MBR)、無(wú)泡膜曝氣生物反應(yīng)器(MABR)和萃取膜生物反應(yīng)器(EMBR)。

在市政污水處理方面，MBR已經(jīng)實(shí)現(xiàn)商業(yè)化，但仍存在能耗高、氧利用率低、膜污染嚴(yán)重等不足之處，使其應(yīng)用范圍受到限制。隨著膜工業(yè)的發(fā)展和人們對(duì)膜技術(shù)認(rèn)識(shí)的深入，膜技術(shù)和生物處理技術(shù)交叉與結(jié)合開(kāi)辟了水處理技術(shù)研究和應(yīng)用的新領(lǐng)域，使得MABR逐漸進(jìn)入人們的視線。MABR工藝是采用透氣性膜作為微生物生長(zhǎng)的載體，同時(shí)又利用其為附著生長(zhǎng)的微生物供氧的新工藝。膜的比表面積特別大，尤其是中空纖維膜的比表面積可高達(dá)5108m²/m³，因此，以膜為載體可以在很小的空間內(nèi)為微生物的生長(zhǎng)提供很大的面積。這樣大大提高了單位空間內(nèi)的污泥濃度。此外，由于MABR采取的是無(wú)泡曝氣，它的氧氣傳質(zhì)效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)的曝氣系統(tǒng)，這樣就能在滿足微生物對(duì)氧的需求的同時(shí)節(jié)約能源。由于MABR相對(duì)于MBR和傳統(tǒng)的生物膜法工藝具有上述優(yōu)勢(shì)，因此引起了相關(guān)領(lǐng)域研究者的興趣與關(guān)注。

如今的MABR反應(yīng)器主要通過(guò)水的循環(huán)來(lái)實(shí)現(xiàn)反應(yīng)器內(nèi)基質(zhì)的混合，且循環(huán)速度都較快，水循環(huán)所耗的能源已經(jīng)成為MABR工藝的主要能耗部分。因此，如何降低此過(guò)程的能耗成為了MABR研究的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

(一)要解決的技術(shù)問(wèn)題

本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)缺陷，提供一種能夠降低MABR工藝能耗，同時(shí)增強(qiáng)傳質(zhì)效率，并且能夠進(jìn)行靈活調(diào)控的旋轉(zhuǎn)式MABR反應(yīng)器。

(二)技術(shù)方案

本實(shí)用新型技術(shù)方案如下：

本實(shí)用新型提供了一種旋轉(zhuǎn)式MABR反應(yīng)器，包括中空纖維膜組件，其特征在于它還包括中空轉(zhuǎn)動(dòng)軸，所述中空纖維膜組件固定在中空轉(zhuǎn)動(dòng)軸上，所述中空轉(zhuǎn)動(dòng)軸能夠轉(zhuǎn)動(dòng)，并帶動(dòng)中空纖維膜組件轉(zhuǎn)動(dòng)。

所述中空纖維膜組件設(shè)有排氣閥。所述中空纖維膜組件是平面簾式中空纖維膜組件。所述平面簾式中空纖維膜組件具有進(jìn)氣集氣管與排氣集氣管；所述進(jìn)氣集氣管與排氣集氣管通過(guò)支撐柱連接并保持穩(wěn)定；所述進(jìn)氣集氣管與排氣集氣管之間固定有中空纖維膜；所述中空纖維膜呈平行或交叉簾狀布置。所述的中空纖維膜是微孔膜、致密膜或復(fù)合膜，微孔膜的材料包括聚烯烴類、聚乙烯類、聚丙烯腈、聚砜類、芳香族聚酰胺、含氟聚合物、陶瓷；致密膜是硅膠膜或碳管膜；復(fù)合膜包括外表面覆蓋有致密膜的微孔膜。所述中空纖維孔膜的膜孔徑為0.01～0.4μm，孔隙率為40～85％，泡點(diǎn)為0.05～1.00Mpa。所述中空纖維膜組件橫向或縱向排列。所述中空纖維膜組件中的中空纖維膜為單層或多層。所述中空纖維膜組件之間串聯(lián)或并聯(lián)。

(三)有益效果

1、本實(shí)用新型利用中空纖維膜組件轉(zhuǎn)動(dòng)攪拌來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)MABR工藝的快速的水循環(huán)，具有以下優(yōu)點(diǎn)：與快速的水循環(huán)相比，用機(jī)械攪拌方式混合降低了能耗；同時(shí)增加與水流之間的相對(duì)速度，提高了傳質(zhì)效率，與通過(guò)水循環(huán)實(shí)現(xiàn)反應(yīng)器中水的混勻相比，機(jī)械攪拌方式更不容易出現(xiàn)流動(dòng)死角。

2、中空纖維膜組件既是曝氣設(shè)備也是生物載體，與傳統(tǒng)好氧活性污泥法相比，既有無(wú)泡曝氣充分利用曝氣的優(yōu)點(diǎn)，又兼具生物膜法的生物量大、食物鏈長(zhǎng)、微生物不易流失的優(yōu)點(diǎn)。

3、采用平面簾式中空纖維組件，使水流方向與中空纖維膜組件方向垂直，有利于傳質(zhì)。

4、中空纖維膜組件設(shè)有排氣閥，可以根據(jù)需要靈活選取死端式或者貫通式這兩種曝氣方式。

5、通過(guò)調(diào)速電機(jī)調(diào)節(jié)中空纖維膜組件的轉(zhuǎn)動(dòng)速度，進(jìn)而控制反應(yīng)器中水流對(duì)生物膜的剪切力，可以有效的控制中空纖維膜上附著的生物膜的厚度。

附圖說(shuō)明

圖1是根據(jù)本實(shí)用新型的一種旋轉(zhuǎn)式MABR反應(yīng)器系統(tǒng)實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的固定有平行簾狀中空纖維膜的膜組件；

圖3為根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的固定有交叉簾狀中空纖維膜的膜組件；

圖中：空壓機(jī)1 儲(chǔ)氣罐2 減壓閥3 氣體流量計(jì)4 氣壓表5 旋轉(zhuǎn)接頭6 傳送帶7 調(diào)速電機(jī)8 中空轉(zhuǎn)動(dòng)軸9 主反應(yīng)器10 進(jìn)氣軟管11 進(jìn)氣集氣管12 排氣集氣管13 中空纖維膜14 支撐柱15 排氣閥16 原水箱17 進(jìn)水調(diào)節(jié)閥18 液體流量計(jì)19 進(jìn)水泵20 排水閥21

具體實(shí)施方式

為使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。

本實(shí)用新型的旋轉(zhuǎn)式MABR反應(yīng)器將中空纖維膜組件固定在能夠轉(zhuǎn)動(dòng)的中空纖維軸上，通過(guò)中空纖維軸的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)中空纖維膜組件的轉(zhuǎn)動(dòng)。

本實(shí)用新型在中空纖維膜組件上設(shè)有排氣閥，可以根據(jù)需要靈活選取死端式或者貫通式這兩種曝氣方式。純粹的貫通式曝氣雖然傳質(zhì)效率高，但會(huì)不可避免的損失掉一部分氣體，使氣體中的氧不能得到充分利用；純粹的死端曝氣雖然不損失氣體，但有一部分溶解在水體中給的氮?dú)狻⒍趸己退魵夥聪驍U(kuò)散到中空纖維膜管內(nèi)，直至達(dá)到飽和狀態(tài)，最后積累在管的末段，減小有效的傳熱面積。本實(shí)用新型通過(guò)在中空纖維膜組件上設(shè)置排氣閥，根據(jù)進(jìn)入中空纖維膜組件的氣體利用情況，靈活選取死端式或者貫通式曝氣模式，能夠充分利用氣體中的氧，提高系統(tǒng)的利用率。

本實(shí)用新型的中空纖維膜組件采用平面簾式組件，具有進(jìn)氣集氣管與排氣集氣管兩段集氣管，兩集氣管之間呈平行或交叉簾狀固定有中空纖維膜。平面簾式纖維膜組件的中空纖維膜與中空轉(zhuǎn)動(dòng)軸在一個(gè)平面上，轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)保證了水流方向與中空纖維膜組件方向垂直，有利于傳質(zhì)。同時(shí)平面簾式纖維膜組件與水流接觸面積大，有利于與水流的充分接觸。

本實(shí)用新型中空纖維膜組件中的中空纖維膜可以是微孔膜、致密膜或復(fù)合膜，微孔膜的材料包括聚烯烴類、聚乙烯類、聚丙烯腈、聚砜類、芳香族聚酰胺、含氟聚合物、陶瓷；致密膜是硅膠膜或碳管膜；復(fù)合膜包括外表面覆蓋有致密膜的微孔膜。中空纖維孔膜的膜孔徑為0.01～0.4μm，孔隙率為40～85％，泡點(diǎn)為0.05～1Mpa。

本實(shí)用新型的旋轉(zhuǎn)式MABR反應(yīng)器的中空纖維膜組件可以是一個(gè)或多個(gè)。中空纖維膜組件可以橫向或縱向排列。中空纖維膜組件橫向排列是指所有中空纖維膜組件固定在中空轉(zhuǎn)動(dòng)軸上，并與地面平行；縱向排列是指所有中空纖維膜組件固定在中空轉(zhuǎn)動(dòng)軸上，且與地面垂直。中空纖維膜組件中固定的中空纖維膜可以是單層或多層。當(dāng)有多個(gè)中空纖維膜組件時(shí)，中空纖維膜組件之間串聯(lián)或并聯(lián)。串聯(lián)是指前一個(gè)中空纖維膜組件的排氣口與后一個(gè)中空膜組件的進(jìn)氣口連接，并聯(lián)是指中空纖維膜組件的進(jìn)氣口都與中空轉(zhuǎn)動(dòng)軸上的進(jìn)氣口連接。實(shí)際應(yīng)用中，可以根據(jù)需要靈活設(shè)計(jì)進(jìn)行中空纖維膜組件的安裝和設(shè)計(jì)，以保證適應(yīng)具體的情況。例如，規(guī)模小一點(diǎn)的反應(yīng)器可以使用單層保證傳質(zhì)效果，而規(guī)模大一些的反應(yīng)器需要多層保證整體的強(qiáng)度。規(guī)模小的反應(yīng)器可以串聯(lián)，規(guī)模大的反應(yīng)器就必須并聯(lián)。

本實(shí)用新型所述旋轉(zhuǎn)式MABR反應(yīng)器的運(yùn)行方法是：將原水通入MABR反應(yīng)器，中空轉(zhuǎn)動(dòng)軸帶動(dòng)中空纖維膜組件轉(zhuǎn)動(dòng)，中空轉(zhuǎn)動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速控制在5～100r/min，充氧過(guò)程中采取連續(xù)進(jìn)氣的方式，根據(jù)需要靈活控制排氣閥的的開(kāi)關(guān)，控制供氣壓力在中空纖維膜泡點(diǎn)以下，氧氣在濃差和壓差的驅(qū)動(dòng)下，在中空纖維膜表面迅速溶解并擴(kuò)散到附著在纖維膜表面的生物膜中。

本實(shí)用新型供氣壓力為0.05～1Mpa，污水在反應(yīng)器中的水利停留時(shí)間為2～24小時(shí)，出水可直接達(dá)到排放要求。

本實(shí)用新型旋轉(zhuǎn)式MABR反應(yīng)器系統(tǒng)的技術(shù)原理為：利用供排水系統(tǒng)中的水泵將水箱中的污水注入主反應(yīng)器的底端，最終通過(guò)出水口溢流出水；通過(guò)電氣系統(tǒng)帶動(dòng)MABR反應(yīng)器的中空纖維膜組件旋轉(zhuǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)水的混合；通過(guò)曝氣系統(tǒng)來(lái)控制進(jìn)入中空纖維膜組件的空氣的壓力，達(dá)到好氧反應(yīng)對(duì)于氧傳質(zhì)的需要；微生物緊緊附著在MABR反應(yīng)器的中空纖維膜組件上生長(zhǎng)，生物膜與中空纖維膜的接觸面主要生長(zhǎng)好氧細(xì)菌，而厭氧或缺氧菌主要生長(zhǎng)在膜與水流的接觸面。

本實(shí)用新型通過(guò)中空纖維膜組件的轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)MABR工藝過(guò)程中的基質(zhì)融合，利用機(jī)械攪拌方式代替?zhèn)鹘y(tǒng)的快速水循環(huán)，提高了MABR工藝中基質(zhì)的融合效率和混合均勻程度，降低了MABR工藝的能耗，減少了系統(tǒng)工作中的死角。

實(shí)施例1

圖1是根據(jù)本實(shí)用新型的一種旋轉(zhuǎn)式MABR反應(yīng)器系統(tǒng)實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的固定有平行簾狀中空纖維膜的膜組件；圖3為根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的固定有交叉簾狀中空纖維膜的膜組件；如圖2、3所示中空纖維膜組件是固定有平行或交叉簾狀中空纖維膜的膜組件。其中固定有平行簾狀中空纖維膜的中空纖維膜組件有上、下兩段集氣管，兩集氣管之間呈平行簾狀固定有中空纖維膜微孔膜。固定有交叉簾狀中空纖維膜的中空纖維膜組件具有上、下兩段集氣管，兩集氣管之間呈束狀固定有中空纖維膜微孔膜。

如圖1所示，一種旋轉(zhuǎn)式MABR反應(yīng)器系統(tǒng)包括曝氣系統(tǒng)、MABR反應(yīng)器、供水排水系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)。曝氣系統(tǒng)包括空壓機(jī)1、儲(chǔ)氣罐2、減壓閥3、氣體流量計(jì)4、氣壓表5、旋轉(zhuǎn)接頭6?？諌簷C(jī)1依次與儲(chǔ)氣罐2、減壓閥3、氣體流量計(jì)4、氣壓表5、旋轉(zhuǎn)接頭6、中空轉(zhuǎn)動(dòng)軸9、中空纖維膜組件相連接。供水排水系統(tǒng)包括原水箱17、進(jìn)水調(diào)節(jié)閥18、液體流量計(jì)19、進(jìn)水泵20、主反應(yīng)器10、排水閥21。原水箱17依次與進(jìn)水調(diào)節(jié)閥18、液體流量計(jì)19、進(jìn)水泵20、主反應(yīng)器10、排水閥21相連接。主反應(yīng)器10內(nèi)設(shè)有一個(gè)或多個(gè)中空纖維膜組件。MABR反應(yīng)器包括中空轉(zhuǎn)動(dòng)軸和中空纖維膜組件，其中中空纖維膜組件包括進(jìn)氣軟管11、進(jìn)氣集氣管12、排氣集氣管13、中空纖維膜14、支撐柱15、排氣閥16，。進(jìn)氣集氣管12依次與中空纖維膜14、排氣集氣管13、排氣閥16相連接，進(jìn)氣集氣管12固定在中空轉(zhuǎn)動(dòng)軸9上，進(jìn)氣集氣管12上端通過(guò)進(jìn)氣軟管11與中空轉(zhuǎn)動(dòng)軸9相連，進(jìn)氣集氣管12與排氣集氣管13之間連接有支撐柱15保持穩(wěn)定。電氣系統(tǒng)包括調(diào)速電機(jī)8和傳送帶7，調(diào)速電機(jī)8通過(guò)傳送帶7與中空轉(zhuǎn)動(dòng)軸9相連接。

中空纖維膜組件是平面簾式中空纖維膜組件。平面簾式中空纖維膜組件具有進(jìn)氣集氣管12與排氣集氣管13兩段集氣管，兩集氣管之間呈平行或交叉簾狀固定有中空纖維膜。本實(shí)施例中中空纖維膜組件為縱向排列，系統(tǒng)中總共包括4個(gè)中空纖維膜組件，中空纖維膜組件之間以串聯(lián)或者并聯(lián)的方式進(jìn)行無(wú)泡曝氣。調(diào)速電機(jī)8通過(guò)傳送帶7帶動(dòng)中空轉(zhuǎn)動(dòng)軸9以一定的速度轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)速控制在5～100r/min，保證主反應(yīng)器10內(nèi)液體的混勻和液體與中空纖維膜有充分的接觸，并通過(guò)水流對(duì)生物膜的剪切力，有效的控制中控空纖維膜14上附著的生物膜的厚度。

實(shí)施例2

利用實(shí)施例1所述系統(tǒng)處理模擬生活污水。

中空纖維膜14選用疏水性聚偏氟乙烯膜(PVDF)材質(zhì)，膜絲孔徑0.1μm，膜絲內(nèi)外徑2.4mm/1.6mm，膜絲的有效長(zhǎng)度為180mm，單個(gè)中空纖維膜元件的有效面積0.4m²，整個(gè)旋轉(zhuǎn)式MABR反應(yīng)器的總膜面積1.6m²。

本實(shí)用新型的運(yùn)行參數(shù)如下：主反應(yīng)器10體積為50L，水力停留時(shí)間為8h，進(jìn)水COD濃度為200mg/L，進(jìn)水NH₄⁺-N濃度為30mg/L，中空轉(zhuǎn)動(dòng)軸9轉(zhuǎn)速為20r/min。具體使用過(guò)程如下：水泵將原水箱17中的污水注入主反應(yīng)器10的底端，經(jīng)過(guò)附著在中空纖維膜14上的生物膜的生物降解作用后，從出水口溢流出水；通過(guò)電氣系統(tǒng)帶動(dòng)膜組件的旋轉(zhuǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)水的混合；通過(guò)曝氣系統(tǒng)來(lái)控制進(jìn)入膜組件的空氣的壓力，達(dá)到好氧反應(yīng)對(duì)于傳質(zhì)的需要，同時(shí)不影響缺氧反應(yīng)，使反應(yīng)器內(nèi)實(shí)現(xiàn)同步硝化反硝化高效脫氮除COD；開(kāi)啟排氣閥16，防止反應(yīng)器中氮?dú)馀c水蒸氣的積累影響氧氣的傳遞。

本實(shí)施例沒(méi)有以往MABR反應(yīng)器的循環(huán)泵，而是換成了機(jī)械攪拌，大大降低了能耗。與傳統(tǒng)的活性污泥法相比，利用無(wú)泡曝氣技術(shù)大幅度提高了氧氣的利用效率，進(jìn)而降低了曝氣的費(fèi)用。并且水的流向與中空纖維膜膜絲表面垂直，傳質(zhì)效率高。當(dāng)生物膜過(guò)厚導(dǎo)致氧的傳質(zhì)效率過(guò)低，影響同步硝化反硝化時(shí)，通過(guò)適當(dāng)調(diào)高轉(zhuǎn)速即可增強(qiáng)傳質(zhì)并使加快生物膜的脫落。

以上所述的具體實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，應(yīng)理解的是，以上所述僅為本實(shí)用新型的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本實(shí)用新型，凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。