高效节能一体化MBR装置及其污水处理方法与流程

本发明涉及污水处理领域，尤其涉及一种高效节能一体化mbr装置及其污水处理方法。

背景技术：

膜生物反应器(mbr)是一种由膜分离单元与生物处理单元相结合的新型水处理技术。近年来，由于水处理标准的提高，mbr工艺因其稳定高效的处理效果，逐渐得到行业的认可，其工程应用呈逐年增加的趋势。但是，与其他生物处理方法相比，因有效控制膜污染导致能耗较高，这一定程度上又限制了mbr工艺的推广应用。

目前，膜污染控制基本采用物理手段和化学清洗方法进行。采用鼓风机向膜组件底部安装的穿孔管曝气，既向活性污泥供氧，又是mbr最主要的物理清洗手段。通过过量曝气以冲脱沉积在膜表面上的污泥层，以延长化学清洗周期。对于市政污水，在实际运行中为保证较好的擦洗效果，膜池采用穿孔管曝气，气水比高达20以上，约占整个mbr系统总能耗的65％左右，与传统活性污泥法气水比6～8相比相差巨大，这是造成mbr能耗较高、运行费用高的主要原因。

公开号为cn105948389a的中国专利文献公开了一种具有往复运动装置的mbr膜组器及mbr系统，其往复驱动装置由气缸和活塞杆组成，一端与建筑物连接，另一端与膜组器支架连接，通过膜组器的往复运动带动膜丝往复运动，以实现对膜表面沉积的污泥进行擦洗控制膜污染。该技术方案通过气缸驱动实现膜组器的往复运动，在降低膜组器的运行能耗方面有一定作用。但是，膜组器只有一个驱动点，运行一段时间，由于污染及污泥沉积，膜组器重量分布将不平衡，会有偏心现象发生，导致气缸和活塞杆不能正常工作。同时，由于运动偏心问题存在，会造成膜组器往复行程不同，行程偏小部位的膜丝存在污染加快问题。

美国专利申请us2014097132公开了一种mbr系统，其将膜组器安装在轨道上，通过电机驱动偏心轮，然后通过一个连杆与膜组器连接，使膜组器能够在轨道上水平往复运动。膜丝在膜组器的带动下在膜池中往复运动，通过膜丝运动而控制膜污染。然而，由于只有一个连杆驱动膜组器，长期运行，因膜组器重量分布不均匀，导致钢轮在轨道上偏斜，加快磨损，严重时甚至导致轨道与滑轮卡死丧失往复运动能力，将对膜组器造成严重污染。

此外，上述技术方案中均只考虑水平运动擦洗防止膜污染，垂直方向对膜面擦洗均未考虑。因垂直方向上膜池中的泥水混合液无对流运动，会导致混合液中污泥弄对不均，下层污泥浓度高，上层污泥浓度低，呈现出分层现象，这将导致垂直方向上不同深度的膜丝污染程度差异情况发生。

技术实现要素：

基于现有技术所存在的问题，本发明的目的是提供一种高效节能一体化mbr装置及其污水处理方法，能解决浸没式膜生物反应器污染控制过程中能源利用率低以及膜组件装填密度低的问题。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明实施方式提供一种高效节能一体化mbr装置，包括：

膜池、mbr膜组件、行走装置、轨道支撑组件、往复驱动装置、产水支管、产水总管、状态检测装置、脉冲曝气装置和控制装置；其中，所述mbr膜组件设在所述膜池内，所述mbr膜组件上方设置所述轨道支撑组件，所述行走装置设在所述轨道支撑组件上，所述mbr膜组件上端与所述行走装置固定连接，所述行走装置与所述往复驱动装置连接，在所述往复驱动装置能驱动所述行走装置带动所述mbr膜组件在所述膜池内规律化水平往复运动；

所述膜池上分别连接有混合液回流管和排泥管；

所述mbr膜组件顶部设置的出水口经产水支管与产水总管8连接，所述产水总管上设置状态检测装置，能检测所述mbr膜组件的运行状态变化；

所述mbr膜组件下方的所述膜池内设置所述脉冲曝气装置，所述脉冲曝气装置的曝气方向对应于所述mbr膜组件，能曝气对所述mbr膜组件1进行竖直方向曝气擦洗以及进行所述膜池内的泥水混合；

所述控制装置，分别与所述往复驱动装置、脉冲曝气装置和状态检测装置电气连接，能根据所述压力检测装置检测的所述mbr膜组件的运行状态变化控制所述往复驱动装置驱动所述mbr膜组件运行，以及控制所述脉冲曝气装置的曝气量。

本发明实施方式提供一种高效节能一体化mbr装置的污水处理方法，采用本发明所述的一体化mbr装置，包括以下步骤：

步骤1，使所处理的好氧池泥水混合液经进入到所述一体化mbr装置的膜池，所述一体化mbr装置的mbr膜组件完全浸没在所述膜池内的泥水混合液中，液面至少高出该mbr膜组件顶部15cm；

步骤2，运行时，通过所述一体化mbr装置的控制装置控制往复驱动装置和行走装置驱动所述mbr膜组件在所述膜池6内规律化水平往复运动，对该mbr膜组件的膜表面进行水平擦洗；通过所述一体化mbr装置的控制装置控制所述mbr膜组件底部的脉冲曝气装置脉冲曝气进行泥水混合，保持污泥悬浮状态并使污泥浓度均匀，并对所述mbr膜组件1的膜表面进行竖直方向擦洗；

步骤3，处理后的污水由所述一体化mbr装置的产水总管8排出膜池，剩余污泥由所述一体化mbr装置的排泥管排出膜池，回流污泥由所述一体化mbr装置的混合液回流管回流至生化处理单元前端。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明实施例提供的高效节能一体化mbr装置及其污水处理方法，其有益效果为：

通过设置有机连接相互配合的行走装置、轨道支撑组件、往复驱动装置，能驱动mbr膜组件在膜池内规律化水平往复运动，通过水平往复运动擦洗代替或部分代替传统技术的曝气擦洗方式，有效降低了膜池的曝气量。与传统曝气擦洗方式相比，该一体化mbr装置运行能耗可降低40％以上。而且通过设置往复驱动装置，使mbr膜组件与膜池中泥水混合液的相对运动变得可控，可以根据实际运行情况，经控制装置随时调节往复运动的频率和幅度，以最大限度地减缓膜表面沉积层的形成速度，减少水流过膜阻力，保持膜表面微孔的渗透性。并且，通过设置经控制装置控制的处于mbr膜组件下方的脉冲曝气装置，能在竖直方向对mbr膜组件擦洗，实现了往复运动擦洗和曝气擦洗两种防止膜污染的组合方式，并且两种方式的能耗输入均可根据实际运行情况进行调整，以主动和可控的方式减缓膜污染。并且通过控制适当的运行参数，在保证膜污染得到有效控制的前提下，同时达到最佳的节能效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

图1为本发明实施例提供的高效节能一体化mbr装置的结构示意图；

图2为图1中的a-a处剖面示意图；

图3为图1中的b-b处剖面示意图；

图4为本发明实施例提供的高效节能一体化mbr装置的运行状态示意图；

图中：1、mbr膜组件；2、曲柄滑块机构；3、驱动电机；4、轨道及支撑；5、行走装置；6、膜池；7、进水管；8、产水总管；9、产水支管；10、混合液回流管；11、排泥管；12、曝气管、13、微孔曝气器；14、压力传感器；15、电磁流量计；

21、曲柄；22、曲柄连杆；23、滑动连杆；24、滑动连杆固定座；51、框架；52、行走滑轮。

具体实施方式

下面结合本发明的具体内容，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

如图1至4所示，本发明实施例提供一种高效节能一体化mbr装置，能很好的解决浸没式膜生物反应器污染控制过程中能源利用率低以及膜组件装填密度低的不足，包括：

膜池6、mbr膜组件1、行走装置5、轨道支撑组件4、往复驱动装置、产水支管9、产水总管8、状态检测装置、脉冲曝气装置和控制装置；其中，所述mbr膜组件1设在所述膜池6内，所述mbr膜组件1上方设置所述轨道支撑组件4，所述行走装置5设在所述轨道支撑组件4上，所述mbr膜组件1上端与所述行走装置5固定连接，所述行走装置5与所述往复驱动装置连接，在所述往复驱动装置能驱动所述行走装置5带动所述mbr膜组件1在所述膜池6内规律化水平往复运动；

所述膜池6上分别连接有混合液回流管10和排泥管11；

所述mbr膜组件1顶部设置的出水口经产水支管9与产水总管8连接，所述产水总管8上设置状态检测装置，能检测所述mbr膜组件1的运行状态变化；

所述mbr膜组件1下方的所述膜池6内设置所述脉冲曝气装置，所述脉冲曝气装置的曝气方向对应于所述mbr膜组件1，能曝气对所述mbr膜组件1进行竖直方向曝气擦洗以及进行所述膜池6内的泥水混合；

所述控制装置，分别与所述往复驱动装置、脉冲曝气装置和状态检测装置电气连接，能根据所述压力检测装置检测的所述mbr膜组件1的运行状态变化控制所述往复驱动装置驱动所述mbr膜组件1运行，以及控制所述脉冲曝气装置的曝气量。

具体的，上述一体化mbr装置中设置往复驱动装置与行走装置5相连，使膜池内泥水混合液与mbr膜组件1进行有规律的相对水平运动，从而实现膜丝表面的水平方向擦洗。膜组件顶部的出水口与产水支管9、压力传感器14、电磁流量计15依次相连；往复式驱动装置通过电机驱动；压力传感器14检测膜组件运行的压力变化；mbr装置底部设有脉冲曝气管12，曝气管12上设有数个微孔曝气器13，通过脉冲间歇曝气，实现对膜丝表面的竖直方向的擦洗，并保证膜池泥水混合液是一个均相体系。

上述一体化mbr装置中，往复驱动装置包括：

驱动电机3和曲柄滑块机构2；

所述曲柄滑块机构2一端与所述驱动电机3连接，该曲柄滑块机构2另一端由两根滑动连杆23与所述行走装置5连接，两根滑动连杆23在所述曲柄滑块机构2和所述行走装置5之间平行安装。这种结构可避免行走装置5在往复运行中因mbr膜组件1重量分布不均而发生偏斜或卡死问题。其中，曲柄滑块机构2包括：曲柄21、曲柄连杆22、滑动连杆23和滑动连杆固定座24；曲柄的一端连接驱动电机3的输出端，另一端与曲柄连杆通过铰链连接；滑动连杆的一端与曲柄连杆通过铰链连接，另一端连接行走装置5；滑动连杆固定座24安装在滑动连杆23上。

上述一体化mbr装置中，驱动电机3采用低频率驱动电机。

上述一体化mbr装置中，mbr膜组件1为多组，行走装置5为与所述mbr膜组件1数量相同的多个，每个mbr膜组件1上端均配套连接一个行走装置5，各行走装置5均设置在所述轨道支撑组件4，并均与所述往复驱动装置连接。

通过上述设置，往复驱动装置可以驱动一个至数个mbr膜组件1。每个mbr膜组件1配套一个行走装置5，多个行走装置5用螺栓固定在一起，即可由一套往复驱动装置驱动运行。一套驱动装置驱动多套mbr膜组件1，可以极大的提高膜组件的装填密度，有效降低膜池6的占地面积。在驱动电机3的驱动下，往复驱动装置使安装在行走装置5上的mbr膜组件1在液面下沿水平方向有规律的往复运动，从而带动膜丝或膜片往复运动，使之与膜池中泥水混合液产生往复相对运动，实现对膜丝有节奏有规律的擦洗。

上述一体化mbr装置中，脉冲曝气装置包括：脉冲曝气器、脉冲曝气管12、多个微孔曝气器13和控制装置；其中，

所述脉冲曝气管12设在所述mbr膜组件1的下方，该脉冲曝气管12上均匀设有多个微孔曝气器13；

所述脉冲曝气管12与所述脉冲曝气器连接，所述控制装置与所述脉冲曝气器电气连接；

所述状态检测装置包括依次设置在所述产水总管8上的压力传感器14和电磁流量计15。

上述一体化mbr装置中，mbr膜组件1为由框架和固定在所述框架内部的浸没式膜丝或膜片构成的中空纤维膜组件或板式膜组件。具体的，本发明中的mbr膜组件1可采用现有技术膜生物反应器中常用膜组件，包括中空纤维膜组件和板式膜组件，mbr膜组件1一般包括过滤膜和用于支撑过滤膜的固定膜架或固定框。浸没式膜丝或膜片固定设置在mbr膜组件的框架的内部，并通过产水支管9最终连接到mbr装置的产水总管8。运行状态下，膜丝或膜片需全部浸没在水中。膜丝或膜片、产水支管9与膜组件框架的连接时本领域的常规技术，在此不做赘述。

上述一体化mbr装置中，行走装置5包括：顶部框架51和设在该顶部框架51上的行走滑轮52，顶部框架51设有吊点；

mbr膜组件支架的顶部对称设有多个支架吊装点，位置与所述行走装置的顶部框架51的吊点的位置相对应。

本发明的一体化mbr装置中，脉冲曝气装置所需的曝气量远小于传统mbr装置曝气擦洗运行方式所需的曝气量，此曝气方式为脉冲曝气，其只需保持泥水混合液在膜池混合均匀，使膜池内介质均匀即可。同时，为达到相同效果，所述的微孔曝气器13所需的曝气量也远小于现有技术中的mbr穿孔管曝气方式。一般采用膜片式微孔曝气器、盘式曝气器等。

本发明所说的水平擦洗是指膜丝表面与泥水混合液相对运动，通过膜丝表面与泥水混合液相互摩擦、刮蹭，以防止膜表面的污垢沉积，减小浓差极化层厚度，实现对膜的连续擦洗，使膜过滤能力保持较高的水平。所说的竖直擦洗是指鼓风机从膜池底部采取脉冲曝气方式鼓入空气和膜丝表面接触，通过空气和膜丝的相互摩擦、刮蹭以防止下部膜丝表面污垢沉积。同时，鼓入空气的另一个作用是防止出现膜池6内下部污泥浓度高、顶部污泥浓度低的不均匀情况，以保证整个膜池是一个均相体系，使全部膜面积均能保持较高的过滤能力。

本发明实施例还提供一种高效节能一体化mbr装置的污水处理方法，采用上述的一体化mbr装置，包括以下步骤：

步骤1，使所处理的好氧池泥水混合液经进入到所述一体化mbr装置的膜池6，所述一体化mbr装置的mbr膜组件1完全浸没在所述膜池6内的泥水混合液中，液面至少高出该mbr膜组件1顶部15cm；

步骤2，运行时，通过所述一体化mbr装置的控制装置控制往复驱动装置和行走装置5驱动所述mbr膜组件1在所述膜池6内规律化水平往复运动，对该mbr膜组件1的膜表面进行水平擦洗；通过所述一体化mbr装置的控制装置控制所述mbr膜组件1底部的脉冲曝气装置脉冲曝气进行泥水混合，保持污泥悬浮状态并使污泥浓度均匀，并对所述mbr膜组件1的膜表面进行竖直方向擦洗；具体的，运行时，往复驱动装置(包含驱动电机3和曲柄滑块机构2)和行走装置5控制mbr膜组件1有规律的往复运动，对膜表面进行水平擦洗。底部少量脉冲曝气进行泥水混合，使污泥保持悬浮状态并污泥浓度均匀，同时对膜表面进行竖直方向擦洗。通过压力传感器14检测膜组件运行压力变化情况，通过产水电磁流量计15检测膜组件运行通量变化情况。上述信号反馈至控制系统，以便控制系统对往复驱动装置的频率和/或幅度做出适当调整；

步骤3，处理后的污水由所述一体化mbr装置的产水总管8排出膜池6，剩余污泥由所述一体化mbr装置的排泥管11排出膜池6，回流污泥由所述一体化mbr装置的混合液回流管10回流至生化处理单元前端。

上述污水处理方法中，mbr膜组件1在所述膜池6内规律化水平往复运动的频率为0.2次/s～0.5次/s，往复运动幅度为0.1m～0.3m。

上述污水处理方法的步骤2中，在所述往复驱动装置驱动所述mbr膜组件1水平往复运动的动力输入满足膜表面擦洗和泥水混合液混合均匀的前提下，减小或关闭脉冲曝气装置。

本发明的有益效果如下：

(1)通过往复运动擦洗代替或部分代替传统技术的曝气擦洗方式，有效降低了膜池的曝气量。与传统曝气擦洗方式相比，高效节能一体化mbr装置运行能耗可降低40％以上。通过一体化mbr装置中设置往复驱动装置，使膜组件与膜池中泥水混合液的相对运动变得可控，可以根据实际运行情况，随时调节往复运动的频率和幅度，以最大限度地减缓膜表面沉积层的形成速度，减少水流过膜阻力，保持膜表面微孔的渗透性。

(2)本发明采取往复运动擦洗和曝气擦洗两种防止膜污染的组合方式，并且两种方式的能耗输入均可根据实际运行情况进行调整，以主动和可控的方式减缓膜污染。并且通过控制适当的运行参数，在保证膜污染得到有效控制的前提下，同时达到最佳的节能效果。

下面结合附图对本发明实施例具体作进一步地详细描述。

如图1至4所示的mbr污水处理方法，包括膜池6、mbr膜组件1、往复驱动装置(包含驱动电机3和曲柄滑块机构2)、行走装置5、轨道及支撑4以及用于固定膜组件的连接机构。

膜池具有常规设置的进水管7和产水总管8，产水总管8通过产水支管9连接到mbr膜组件1上。膜池6侧壁上安装有运行轨道和轨道支撑装置，轨道支撑装置与预埋钢板焊接在一起以保证承重性能。

mbr膜组件1采用中空纤维膜，包括常规设置的膜组件支架和膜丝，此外每个膜组件还新增了行走装置5。mbr膜组件1悬挂在行走装置下方，以保证mbr膜组件1全部浸没于液面以下。往复运动驱动装置安装于一组膜组件旁，通过曲柄滑块机构2与膜组件的行走装置5连接。

膜丝采用加强型中空纤维制成，抗拉强度大，耐腐蚀性能好。

行走装置5包括顶部框架51和行走滑轮52；顶部框架包括与往复运动方向垂直的前梁和后梁。

膜组件支架的顶部对称地设有多个支架吊装点；行走装置框架吊点的设置位置与支架吊装点的设置位置相对应，以利于将膜组件平衡地吊装在行走装置上。

曲柄滑块机构2包括曲柄21、曲柄连杆22、滑动连杆23和滑动连杆固定座24；曲柄的一端连接驱动电机3的输出端，另一端与曲柄连杆通过铰链连接；滑动连杆的一端与曲柄连杆通过铰链连接，另一端连接行走装置5；滑动连杆固定座24安装在滑动连杆23上。

膜池底部安装有曝气管12和微孔曝气器13，曝气器采用微孔曝气盘，曝气采用脉冲曝气方式。

运动方式方面，通过变频器控制驱动电机3带动曲柄滑块机构2往复运动，可通过压力变送器14检测的压力变化调整往复频率，正常运行时往复频率为0.25次/s。驱动装置往复移动幅度为0.1m。

曝气控制方面，汽水比为5：1，脉冲曝气间隔周期为30s，每个周期曝气5s。

产水运行方式与传统曝气mbr系统设计参数相同，均为周期运行方式，即产水9min，间歇1min，周期往复运行。

为保证mbr膜正常运行的污泥浓度要求，有效控制膜池内污泥浓度，设计混合液回流比为200％。

综上所述，在运行状态下，膜池中的污水在产水总管8负压抽吸下，清水通过膜丝表面进入中空纤维膜内腔，经产水支管9进入产水总管8。污泥被截留在膜丝外表面，通过往复运动摆动、剐蹭以及曝气擦洗使之与脱离膜丝表面，实现膜污染的有效控制。

本发明的高效节能一体化mbr装置，设置的往复驱动装置和行走装置，往复驱动装置由驱动电机和曲柄滑块机构组成，通过滑动连杆与mbr膜组件的行走装置相连，使膜池内的泥水混合液与mbr膜组件进行有规律、可控的相对运动进行膜擦洗，同时辅以少量的底部脉冲曝气擦洗。通过往复运动擦洗替代或部分替代传统技术的曝气擦洗技术，膜丝之间通过膜组件的往复运动产生剧烈的相对运动，在相互冲击、碰撞、摩擦等作用下，使吸附在膜丝表面的污泥与膜表面分离，减少水流过膜阻力，保持膜丝表面微孔的渗透性能。使mbr装置水平方向和垂直方向的污染得到有效控制，并且两种方式的能耗输入均可根据实际运行情况进行调整，以主动和可控的方式减缓膜污染。同时能实现通过控制适当的运行参数，达到最佳的节能效果。

本发明有效降低了mbr装置擦洗的曝气量，从原来的汽水比20：1可降低到5：1，且运行时只有1/6的时间需要曝气，综合计算，需要的曝气量可降低至传统设计值的1/20或者根本无需曝气。正常运行时，往复驱动装置的功率约为传统曝气擦洗鼓风机功率的40％，总体来说，本发明较传统曝气擦洗mbr装置相比，膜系统运行能耗可降低50％左右。

此外，行走装置与mbr膜组件采用一体化设计固定，技术集成度高，膜面积装填密度大。一套往复驱动装置可以根据设计需要带动一台至数台膜组件往复运行，同时每台膜组件可单独吊装、检修和维护，运行管理十分方便。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。