公布日：2024.05.28
申请日：2024.03.28
分类号：C02F3/12(2023.01)I
摘要
本发明公开了一种多功能复合式曝气的膜生物反应设备，包括平板膜生物反应器、空气压缩机、污水池、水池，平板膜生物反应器的上部设有污水进口，平板膜生物反应器的下部设有活性污泥进口，平板膜生物反应器的底部设有活性污泥出口，平板膜生物反应器内设有平板膜组和复合曝气装置，复合曝气装置位于平板膜组下方，复合曝气装置包括剪切曝气器和微孔曝气排管，剪切曝气器和微孔曝气排管分别通过管路连通上游的空气压缩机，平板膜组顶部设有处理水出口，出口通过管路连通下游的出水池，污水池的管路经由污水泵后分为两条支路，支路一连通污水进口，支路二连接厌氧污泥脱硝罐后与剪切曝气器的污水进口连通；本发明具有反应速率高，清洗效果好等优点。
权利要求书
1.一种多功能复合式曝气的膜生物反应设备，包括平板膜生物反应器(1)、空气压缩机(14)、污水池(6)、水池(21)，其特征在于，所述平板膜生物反应器(1)的上部设有污水进口(8)，平板膜生物反应器(1)的下部设有活性污泥进口(18)，平板膜生物反应器(1)的底部设有活性污泥出口(13)，平板膜生物反应器(1)内设有平板膜组(2)和复合曝气装置，复合曝气装置位于平板膜组(2)下方，复合曝气装置包括剪切曝气器(3)和微孔曝气排管(4)，剪切曝气器(3)和微孔曝气排管(4)分别通过管路连通上游的空气压缩机(14)，平板膜组(2)顶部设有处理水出口，出口通过管路连通下游的出水池(21)，污水池(6)的出水管路经由污水泵(7)后分为两条支路，支路一连通污水进口(8)，支路二连接厌氧污泥脱硝罐(9)后与剪切曝气器(3)的污水进口连通。
2.根据权利要求1所述的多功能复合式曝气的膜生物反应设备，其特征在于，所述活性污泥出口(13)连接管路后分为两条支路，支路一经由一回路离心泵(10)后连接活性污泥进口(18)，支路二依次串联污泥浓缩离心机(12)、二回路离心泵(11)后连接污水进口(8)。
3.根据权利要求1所述的多功能复合式曝气的膜生物反应设备，其特征在于，所述平板膜组(2)包括数个单列平板膜元件(2 1)，单列平板膜元件(2 1)为中空结构，单列平板膜元件(2 1)的顶部设有出水管(19 1)，出水管(19 1)均连接至集水管(19)，集水管(19)下游连接真空泵(20)后与出水池(21)连通。
4.根据权利要求1所述的多功能复合式曝气的膜生物反应设备，其特征在于，所述微孔曝气排管(4)位于旋流剪切曝气器(3)的下方。
5.根据权利要求1所述的多功能复合式曝气的膜生物反应设备，其特征在于，所述旋流剪切曝气器(3)包括曝气芯管(3 1)，曝气芯管(3 1)的侧壁设有与壁面相切的曝气芯管污水进口(3 2)，底端设有曝气芯管进气口(3 3)，顶部设有曝气出口(3 4)。
6.根据权利要求5所述的多功能复合式曝气的膜生物反应设备，其特征在于，所述剪切曝气器(3)的污水进口为曝气芯管污水进口(3 2)。
7.根据权利要求1所述的多功能复合式曝气的膜生物反应设备，其特征在于，所述各连通管路上均设有阀门。
8.根据权利要求1所述的多功能复合式曝气的膜生物反应设备，其特征在于，所述剪切曝气器(3)和微孔曝气排管(4)连通至空气压缩机(14)的管路上分别安装有分管路气体流量计(17)，分管路气体流量计(17)与空气压缩机(14)之间的主管路上安装有主管路气体流量计(15)。
9.根据权利要求1所述的多功能复合式曝气的膜生物反应设备，其特征在于，所述微孔曝气排管4的微孔开孔方向朝下。
10.根据权利要求1 9所述的多功能复合式曝气的膜生物反应设备进行污水处理的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、启动污水泵(7)，将污水池(6)中的污水输送至平板膜生物反应器(1)内；S2、启动空气压缩机(14)，再开启微孔曝气排管(4)，微孔曝气排管(4)产生大尺度气泡喷入平板膜生物反应器(1)底部，使大尺度气泡被气泡分割组件(5)分割为中尺度气泡后与污水充分混合；S3、开启旋流剪切曝气器(3)，将部分污水通过厌氧污泥脱硝罐(9)后输送至旋流剪切曝气器(3)的曝气芯管污水进口(3 2)；S4、将空气通入曝气芯管进气口(3 3)，使空气和污水形成混合气液两相流，产生微尺度气泡喷入平板膜生物反应器(1)中；S5、调节微孔曝气排管(4)的进气流量，使微孔曝气排管(4)与旋流剪切曝气器(3)的进气流量为1:3左右；S6、启动真空泵(20)，将处理后的污水从平板膜组(2)顶部连接的集水管(19)排出至出水池(21)。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明提供了一种多功能复合式曝气的膜生物反应设备及污水处理方法，结合旋流剪切曝气器和微孔曝气排管两种气泡发生装置，采用多尺度气泡的复合式曝气方式，并将好氧生化反应和膜组件清洗一体化，以实现更高效、低能耗、氧气利用率高、膜组件清洗环保高效的污水处理。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
针对现有技术存在的不足，本发明提供了一种多功能复合式曝气的膜生物反应设备，包括平板膜生物反应器、空气压缩机、污水池、水池，平板膜生物反应器的上部设有污水进口，平板膜生物反应器的下部设有活性污泥进口，平板膜生物反应器的底部设有活性污泥出口，平板膜生物反应器内设有平板膜组和复合曝气装置，复合曝气装置位于平板膜组下方，复合曝气装置包括剪切曝气器和微孔曝气排管，剪切曝气器和微孔曝气排管分别通过管路连通上游的空气压缩机，平板膜组顶部设有处理水出口，出口通过管路连通下游的出水池，污水池的管路经由污水泵后分为两条支路，支路一连通污水进口，支路二连接厌氧污泥脱硝罐后与剪切曝气器的污水进口连通；
作为本发明优选的技术方案；所述活性污泥出口连接管路后分为两条支路，支路一经由一回路离心泵后连接活性污泥进口，支路二依次串联污泥浓缩离心机、二回路离心泵后连接污水进口；
作为本发明优选的技术方案；所述平板膜组包括数个单列平板膜元件，单列平板膜元件为中空结构，单列平板膜元件的顶部设有出水管，出水管均连接至集水管，集水管下游连接真空泵后与出水池连通；
作为本发明优选的技术方案；所述微孔曝气排管位于旋流剪切曝气器的下方；
作为本发明优选的技术方案；所述旋流剪切曝气器包括曝气芯管，曝气芯管的侧壁设有与壁面相切的曝气芯管污水进口，底端设有曝气芯管进气口，顶部设有曝气出口；
作为本发明优选的技术方案；剪切曝气器的污水进口为曝气芯管污水进口；
作为本发明优选的技术方案；所述各连通管路上均设有阀门；
作为本发明优选的技术方案；所述剪切曝气器和微孔曝气排管连通至空气压缩机的管路上分别安装有分管路气体流量计，分管路气体流量计与空气压缩机之间的主管路上安装有主管路气体流量计；
作为本发明优选的技术方案；所述微孔曝气排管的微孔开孔方向朝下；
作为本发明优选的技术方案；包括以下步骤：
S1、启动污水泵，将污水池中的污水输送至平板膜生物反应器内；
S2、启动空气压缩机，再开启微孔曝气排管，微孔曝气排管产生大尺度气泡喷入平板膜生物反应器底部，使大尺度气泡被气泡分割组件分割为中尺度气泡后与污水充分混合；
S3、开启旋流剪切曝气器，将部分污水通过厌氧污泥脱硝罐后输送至旋流剪切曝气器的曝气芯管污水进口；
S4、将空气通入曝气芯管进气口，使空气和污水形成混合气液两相流，产生微尺度气泡喷入平板膜生物反应器中；
S5、调节微孔曝气排管的进气流量，使微孔曝气排管与旋流剪切曝气器的进气流量为1:3左右；
S6、启动真空泵，将处理后的污水从平板膜组顶部连接的集水管排出至出水池。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
(1)本发明针对平板膜生物反应器污水处理中好氧生化反应和平板膜组清洗两个阶段对应产生优化尺寸气泡，将好氧生化反应和膜组件清洗一体化，具有反应速率高，清洗效果好等优点，解决了传统膜生物反应器曝气、膜清洗、沉降、排水需要分别进行的弊端，极大提高了污水处理效率。
(2)本发明结合旋流剪切曝气器和微孔曝气排管的发生特征，并结合气泡分割组件，提供了适用于平板膜生物反应设备的复合式气泡发生方法，其中，所述微孔曝气排管产生厘米尺度的大尺度气泡，通过其运动变形产生的涡流搅拌作用，强化底部沉降的污泥悬浮；所述气泡分割组件将产生的厘米尺度的大尺度气泡分割为与膜间距尺寸相当的毫米尺度的中尺度气泡，在膜间气升运动中受到浮力作用形成均质高速柱塞流；所述旋流剪切曝气器利用高速射流对气泡剪切及拖曳的原理，产生微米尺度、空间分布均匀的微尺度气泡，微尺度气泡增加比表面积以增大气液传质面积，同时，微尺度气泡上升速度较慢，可延长氧气溶解时间，使水与氧气充分接触，促进氧气转移；中尺度气泡加强液体局部湍流，提高液相一侧传质系数。两者协同强化气液传质速率，提高好氧生化反应效果，同时可以显著降低单位曝气能耗。
(3)本发明采用的微孔曝气排管上的微孔产生大尺度气泡持续喷入平板膜生物反应器，冲击反应器底部活性污泥使污水与活性污泥充分混合，产生的大尺度气泡经过平板膜组底部的气泡分割组件后变为中尺度气泡，在膜间气升运动中受到浮力作用形成均质高速柱塞流，强化膜表面液体剪切作用，在不损伤膜组件的同时提升膜表面附着污泥清理效果。
（发明人：何庆生;杨强;范景福;袁方;王贵宾;吴振虎）