透氣膜、膜片、反應器及污水過濾工藝的制作方法

本發(fā)明涉及污水處理技術領域，尤其是涉及一種透氣膜、膜片、反應器及污水過濾工藝。

背景技術：

膜曝氣生物膜反應器(membraneaeratedbiofilmreactor–mabr)是將膜曝氣技術和生物處理技術有機相結合的一種新型、高效的污水處理技術，是膜生物反應器的一種。其技術基本原理為：微生物膜附著在透氣膜表面，從透氣膜表面直接獲得氧；污水在透氣膜周圍流動時，水體中的污染物在濃差驅(qū)動和微生物吸附等作用下進入生物膜內(nèi)，經(jīng)過生物代謝和增殖被微生物利用，使水體中的污染物同化為微生物菌體固定在生物膜上或分解成無機代謝產(chǎn)物，從而實現(xiàn)對水體的凈化。

mabr過程中采用的膜為：透氣性致密膜或微孔膜，膜材料本身同時起到供氧和生物膜載體的作用。mabr技術特點有：(1)無泡曝氣；(2)附著在膜材料上的生物膜具有內(nèi)層好氧、中間兼氧和外層厭氧的微生物群落結構，同時進行硝化和反硝化作用，對污染物進行吸附和分解，實現(xiàn)水體高效凈化；(3)通過控制膜曝氣強度，對生物膜功能層實現(xiàn)人工篩選和馴化。

膜曝氣生物膜反應器(mabr)運行過程中存在的問題如下：

在運行過程初期，要使生物膜附著在膜表面并不斷生長，但是在這個過程中，生物膜的附著和生長往往需要較長的時間，甚至如果材料的生物親和性或者表面結構不利于微生物附著生長，那么在生物反應器掛膜和啟動階段將會耗費大量的時間，使mabr過程不能正常運行；

在運行過程中，附著在透氣膜表面的生物膜隨著生命活動不斷的新陳代謝，老化細胞和分泌物不斷的從生物膜內(nèi)脫落進入產(chǎn)水中，導致產(chǎn)水濁度較高，達不到排放要求。需要在后處理階段加入二沉池，或者是在后續(xù)階段加入膜池進行膜過濾，保證產(chǎn)水水質(zhì)；

在mabr運行過程中，流速是影響過程去除效果的重要因素。在同樣的停留時間下，污水中有機物質(zhì)和氨氮的去除率隨流速的增大而增大。流速過慢不但會使生物膜反應器處理效果不佳，同時會導致生物膜較快生長，反應器運行周期縮短，清洗減厚生物膜頻率增加；而流速加快雖然改善了流體流動條件，提升了生化處理效率，但會導致生物膜脫落和損失；同時增大流速，在同樣的停留時間下，就要增大池容，增大占地面積，使建設成本和運行能耗同時增大。

由于生物膜不斷的生長，在運行過程后期，會導致生物膜過厚而不能達到理想的去除效果，這個時候需要將過厚的生物膜去除；一般常采用膜外曝氣的方法去除生物膜，但這個方法很可能會導致生物膜去除過多，而要重新生長和啟動生物膜則需要較長時間，影響mabr過程正常運行。

現(xiàn)有技術的缺點：運行初期生物膜掛膜和反應器啟動時間較長；運行過程水質(zhì)不穩(wěn)定；污水流體力學條件影響運行效果和成本；運行周期較短，在每一個運行周期后期需要去除過厚的生物膜，而如果生物膜去除較多，則影響生物膜反應器的正常運行。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的之一在于提供一種透氣膜，該透氣膜能夠增大微生物與膜本體接觸面積，縮短掛膜及啟動時間。

本發(fā)明的目的之二在于提供一種膜片，該膜片能夠進行通、排氣為透氣膜進行供氣，進而實現(xiàn)為微生物供氧。

本發(fā)明的目的之三在于提供一種反應器，該反應器能夠使膜片在水中擺動的形式，與污水產(chǎn)生合理的相對運動，改善生物膜表面的流體力學條件，使mabr過程即使在較低的運行流速下也可以達到較好的生化處理效果。

本發(fā)明的目的之四在于提供一種污水過濾工藝，能夠利用膜片機械運動的方式，改善反應器內(nèi)的流體流動條件，保證mabr的運行效果，同時延長反應器的運行周期，減少了mabr過程的清洗頻率；采用機械運動結合膜外曝氣的形式，合理控制生物膜減量，保證mabr過程正常運行。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供以下技術方案：

一種透氣膜，包括膜本體；所述膜本體的表面編織或者涂覆有生物親和性材料，以利于微生物快速附著和生長。

進一步的，所述生物親和性材料制成纖維狀，并且呈網(wǎng)狀結構編織在所述膜本體的表面。

進一步的，所述生物親和性的材料包括但不限于多巴胺類或海藻酸鈉。

一種膜片，包括上封頭、下封頭以及設置在所述上封頭和下封頭之間的支撐桿和多個權利要求1-3任一項所述的透氣膜；

所述上封頭和下封頭內(nèi)設有空腔，且所述上封頭設有與所述空腔連通的排氣口；

其中一個所述支撐桿內(nèi)部設有用以連通下封頭內(nèi)空腔的通道；

所述透氣膜的兩端口分別連通上封頭和下封頭內(nèi)的空腔。

一種反應器，包括容器、進水管和排水管；還包括設置在所述容器中的震動裝置、供氣裝置、支撐框架以及權利要求4所述的膜片；

所述支撐框架上間隔設置多個所述膜片；

所述震動裝置與所述支撐框架連接，用以提供震動力；

所述供氣裝置通過主供氣管道以及與所述主供氣管道連通的多個分支供氣管道與多個膜片上的內(nèi)部具有通道的支撐桿連通；

各個所述膜片中上封頭上的排氣口分別連通排氣管道。

進一步的，至少一個膜片上的分支供氣管道與排氣管道之間連通有抽水管道，所述抽水管道連通有抽取裝置。

進一步的，還包括曝氣裝置，所述曝氣裝置設置在所述膜片底部，所述曝氣裝置與所述供氣裝置通過管道連通。

進一步的，多個所述分支供氣管道上分別設置供氣閥門；

多個所述排氣管道上分別設置排氣閥門；

所述抽水管道上設置抽水閥門；

所述供氣裝置與所述曝氣裝置連通的管道上設置曝氣閥門。

進一步的，所述震動裝置包括電機和曲柄連桿機構，曲柄連桿機構輸入端與所述電機連接，輸出端與所述支撐框架連接，所述電機驅(qū)動曲柄連桿機構帶動所述支撐框架往復運動。

一種污水過濾工藝，包括如下步驟：

步驟1，微生物掛膜工序

通過進水管向容器內(nèi)通水至預設液位，通過供氣裝置向各個膜片中供氣，同時利用膜片的排氣管道適當排氣，控制膜片中透氣膜內(nèi)部壓力達預設值，以使膜片作為供氧和微生物載體，運行膜生物反應器的作用；

步驟2，膜過濾工序

啟動震動裝置使支撐框架以一定頻率和幅度震動，其中一部分膜片正常曝氣運行膜生物反應器的作用；

另一部分膜片停止排氣，增大該部分膜片供氣量使其以超泡點壓力運行一定時間以吹掃膜片上的生物膜；然后停止供氣，開啟抽取裝置對該部分膜片進行抽濾，在抽濾到一定水位結束抽濾，調(diào)整該部分膜片運行膜生物反應器的作用，繼續(xù)進行下一個運行周期。

步驟3，反應器清洗工序

各個膜片停止排氣，控制對各個膜片的供氣壓力使膜片以泡點運行，向容器內(nèi)通入清洗水，同時利用曝氣裝置進行曝氣，調(diào)節(jié)震動裝置加大支撐框架的震動頻率和幅度，對生物膜進行減量清洗，開啟排水管排液。

結合以上技術方案，本發(fā)明提供的透氣膜，采用一種新的膜材料形式，即在透氣膜中膜本體的表面編織或者涂覆一種具有生物親和性的材料(多巴胺類、海藻酸鈉等)，有利于微生物快速附著和生長，使反應器快速啟動、掛膜運行。

本發(fā)明提供的膜片，能夠通過支撐桿和下封頭為透氣膜進行供氣，進而實現(xiàn)為微生物供氧，利用上封頭的排氣口不僅實現(xiàn)排氣功能，還能夠利用該排氣口進行液體抽取，使膜片外部液體通過透氣膜由排氣口排出，實現(xiàn)膜過濾功能。

本發(fā)明提供的反應器，采用新型的透氣膜，縮短mabr掛膜和啟動時間，使反應器快速啟動；保證產(chǎn)水水質(zhì)的同時，不增加后處理單元或不另外增加后處理工藝，將污水生化處理和膜分離技術在一個反應器中同時或先后運行，同時節(jié)約占地和能耗；mabr采用機械運動的新型運行方式，改善反應器內(nèi)的流體流動條件，保證mabr的運行效果，同時延長反應器的運行周期，減少了mabr過程的清洗頻率；采用機械運動結合膜外曝氣的形式，合理控制生物膜減量，保證mabr過程正常運行。

本發(fā)明采用污水處理工藝；能夠利用膜片機械運動的方式，改善反應器內(nèi)的流體流動條件，保證mabr的運行效果，同時延長反應器的運行周期，減少了mabr過程的清洗頻率；采用機械運動結合膜外曝氣的形式，合理控制生物膜減量，保證mabr過程正常運行。

同時，將mabr技術和膜超濾技術有機結合，直接采用超濾-透氣膜進行mabr過程，在生化階段膜起到生物載體和供氣的作用，在污水生化處理進行的同時或者處理后進行膜過濾，有效的保證了出水水質(zhì)，同時大大減少了成本、減小了占地面積，即一膜兩用，節(jié)約了占地和能耗。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明具體實施方式或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對具體實施方式或現(xiàn)有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實施方式，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明提供的透氣膜的結構示意圖；

圖2為本發(fā)明提供的透氣膜的掛膜狀態(tài)示意圖；

圖3為現(xiàn)有技術中透氣膜的結構示意圖；

圖4為現(xiàn)有技術中透氣膜的掛膜狀態(tài)示意圖；

圖5為本發(fā)明提供的膜片的結構示意圖；

圖6為本發(fā)明提供的反應器的結構示意圖。

圖標：

100-透氣膜；101-膜本體；102-生物親和性材料；200-膜片；201-上封頭；202-下封頭；203-支撐桿；204-空腔；205-排氣口；300-反應器；301-容器；302-進水管；303-排水管；304-震動裝置；305-供氣裝置；306-支撐框架；307-主供氣管道；308-分支供氣管道；309-排氣管道；310-電機；311-曲柄；312-連桿；313-抽水管道；314-抽取裝置；400-曝氣裝置。

具體實施方式

下面將結合附圖對本發(fā)明的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

請參見圖1和圖2所示；

本發(fā)明提供的透氣膜100，包括膜本體101；所述膜本體101的表面編織或者涂覆有生物親和性材料102，以利于微生物快速附著和生長。

本發(fā)明的優(yōu)選實施方案中，膜本體101采用管狀結構。

本發(fā)明的優(yōu)選實施方案中，該生物親和性材料102制成纖維狀，并且呈網(wǎng)狀結構編織在管狀的膜本體101的表面。

上述的生物親和性的材料包括但不限于多巴胺類或海藻酸鈉。

請參照圖3和圖4；傳統(tǒng)的mabr中，直接將透氣膜100放入污泥池中或在膜反應池中加入足量的污泥，然后在膜內(nèi)腔曝氣的情況下，提供微生物有利的生存環(huán)境，使微生物逐漸從污泥中轉移并附著在透氣膜100表面，直至附著的生物量足夠多。但是在很多應用場合，掛膜階段不能提供或沒有條件提供足夠的掛膜污泥，或者是透氣膜100表面粗糙度不夠，致使污泥不能充分與透氣膜100接觸，則微生物附著周期長，生物反應器300啟動時間較長；甚至在運行過程中，生物膜也會由于正常的新陳代謝脫落，那么重新生長也要經(jīng)過較長時間，影響過程正常運行。

請參照圖1和圖2；本發(fā)明中，在膜本體101表面(即外壁)編織或者涂覆一種或幾種生物親和性的材料(如多巴胺類、海藻酸鈉類等)，優(yōu)選將上述生物親和性的材料纖維呈網(wǎng)狀編織在膜本體101的表面，當采用一定性質(zhì)的污泥對上述結構的透氣膜100進行掛膜時，污泥能夠很好的堆積在網(wǎng)孔中，微生物充分與膜本體101及親和性材料接觸，增大了生物反應器300面積，同時大大縮短了掛膜時間，使生物反應器300能夠很快啟動及運行。

請參照圖5；本發(fā)明提供的一種膜片200，包括上封頭201、下封頭202以及設置在所述上封頭201和下封頭202之間的支撐桿203和多個上述的透氣膜100；

上封頭201和下封頭202內(nèi)設有空腔204，且所述上封頭201設有與所述空腔204連通的排氣口205；

其中一個所述支撐桿203內(nèi)部設有用以連通下封頭202內(nèi)空腔204的通道；

透氣膜100的兩端口分別連通上封頭201和下封頭202內(nèi)的空腔204。

本發(fā)明的優(yōu)選實施方案中，上封頭201還設置有用于容納具有通道的支撐桿203的安裝孔，該安裝孔不與上封頭201內(nèi)的空腔204連通，在實際裝配時，將支撐桿203上端穿入該安裝孔內(nèi)，同時，支撐桿203下端插入下封頭202的空腔204中，以實現(xiàn)支撐桿203與上封頭201和下封頭202的連接。

本發(fā)明的優(yōu)選實施方案中，支撐桿203設有兩根，兩根支撐桿203分別設置在上封頭201和下封頭202兩端位置，其中一根為上述的具有通道的支撐桿203，另一根為實體支撐桿203，并且該實體支撐桿203不與下封頭202的空腔204連通，僅起到支撐作用。

在應用時，氣體從一側具有通道的支撐桿203流向下封頭202的空腔204內(nèi)，然后由空腔204進入管狀的各根透氣膜100的膜本體101，大量氣體透過透氣膜100進入處理液一側為微生物供氧，利用上封頭201的排氣口205將空腔204內(nèi)的氣體流出。

本發(fā)明提供的膜片200，能夠通過支撐桿203和下封頭202為透氣膜100進行供氣，進而實現(xiàn)為微生物供氧，利用上封頭201的排氣口205不僅實現(xiàn)排氣功能，還能夠利用該排氣口205進行液體抽取，使膜片200外部液體通過透氣膜100由排氣口205排出，實現(xiàn)膜過濾功能。

請參照圖6；本發(fā)明提供的反應器300，包括容器301、進水管302和排水管303；進水管302用于對容器301內(nèi)進行供液，排水管303用于對容器301進行排液。

該反應器300還包括設置在容器301中的震動裝置304、供氣裝置305、支撐框架306以及上述的膜片200；

支撐框架306通過支架活動安裝在容器301的內(nèi)壁上，在支撐框架306上間隔設置多個膜片200；優(yōu)選地，各個膜片200依次等間隔進行布置。

震動裝置304與支撐框架306連接，用以提供震動力；

供氣裝置305通過主供氣管道307以及與該主供氣管道307連通的多個分支供氣管道308與多個膜片200上的內(nèi)部具有通道的支撐桿203連通，用以向透氣膜100進行供氣。

各個膜片200中上封頭201上的排氣口205分別連通排氣管道309。

本發(fā)明的優(yōu)選實施方案中，震動裝置304包括電機310和曲柄311連桿312機構，曲柄311連桿312機構輸入端與所述電機310連接，輸出端與支撐框架306連接，電機310驅(qū)動曲柄311連桿312機構帶動支撐框架306往復運動。

該曲柄311連桿312機構包括曲柄311和連桿312，電機310驅(qū)動曲柄311轉動，連桿312與曲柄311連接，曲柄311的轉動帶動連桿312往復運動，連桿312的往復運動帶動支撐框架306往復運動。

該電機310優(yōu)選采用變頻電機310，通過變頻器控制該變頻電機310，實現(xiàn)支撐框架306帶動膜片200的運動頻率的可調(diào)節(jié)性。連桿312在曲柄311上的固定位置與曲柄311軸心的距離可以調(diào)節(jié)。頻率與振幅的結合實現(xiàn)了裝置運行速度的可調(diào)節(jié)。

本發(fā)明的優(yōu)選實施方案中，至少一個膜片200上的分支供氣管道308與排氣管道309之間連通有抽水管道313，并且該抽水管道313連通有抽取裝置314。利用該抽取裝置314，可以通過抽水管道313、透氣膜100對容器301中的凈化水進行抽濾。并且，該抽水管道313分別與分支供氣管道308與排氣管道309連通，一部分過濾水可以通過透氣膜100進入支撐桿203內(nèi)部通道及分支供氣管道308；另一部分過濾水可以通過透氣膜100進入上端頭，由上端頭的相應的排氣管道309。上述的布局方式可以使膜片200中透氣膜100提供充分抽吸過濾功能。

本發(fā)明的優(yōu)選實施方案中，還包括曝氣裝置400，曝氣裝置400設置在膜片200底部(即支撐框架306底部)，曝氣裝置400與供氣裝置305通過管道連通。

本發(fā)明的優(yōu)選實施方案中，多個所述分支供氣管道308上分別設置供氣閥門；

多個所述排氣管道309上分別設置排氣閥門；

所述抽水管道313上設置抽水閥門；

所述供氣裝置305與所述曝氣裝置400連通的管道上設置曝氣閥門。

本發(fā)明提供的反應器300，采用新型的透氣膜100，縮短mabr掛膜和啟動時間，使反應器300快速啟動；保證產(chǎn)水水質(zhì)的同時，不增加后處理單元或不另外增加后處理工藝，將污水生化處理和膜分離技術在一個反應器300中同時或先后運行，同時節(jié)約占地和能耗；mabr采用機械運動的新型運行方式，改善反應器300內(nèi)的流體流動條件，保證mabr的運行效果，同時延長反應器300的運行周期，減少了mabr過程的清洗頻率；采用機械運動結合膜外曝氣的形式，合理控制生物膜減量，保證mabr過程正常運行。

本發(fā)明還提供了一種污水過濾工藝，該工藝具體是針對上述的反應器300進行污水處理的工藝。該工藝包括如下步驟：

步驟1，微生物掛膜工序

通過進水管302向容器301內(nèi)通水至預設液位，打開各個供氣閥門，通過供氣裝置305向各個膜片200中供氣，同時利用膜片200的排氣管道309適當排氣，控制膜片200中透氣膜100內(nèi)部壓力達預設值，以使膜片200作為供氧和微生物載體，運行膜生物反應器300的作用。通過透氣膜100外表面附著生長的微生物進行生化反應起到污水去除營養(yǎng)及凈化作用。

在步驟1中需要說明的是，未提及的組成部分視為關閉狀態(tài)，即，震動裝置304、各個抽水閥門、曝氣閥門、排水管303均處于關閉狀態(tài)。

步驟2，膜過濾工序

啟動震動裝置304使支撐框架306以一定頻率和幅度震動，改善流體流動狀況，其中一部分膜片200(圖示中的三個膜片200)正常曝氣運行膜生物反應器300的作用；

另一部分膜片200(圖示中的帶有抽水管道313的一個膜片200)停止排氣(即關閉該膜片200的排氣閥門)，增大該部分膜片200供氣量使其以超泡點壓力運行一定時間以吹掃膜片200上的生物膜；然后停止供氣，開啟抽取裝置314對該部分膜片200進行抽濾，在抽濾到一定水位結束抽濾，調(diào)整該部分膜片200運行膜生物反應器300的作用(即，開啟相應的排氣閥門和供氣閥門)，繼續(xù)進行下一個運行周期。

該步驟中需要說明的是，反應器300中其中一部分膜片200(圖示中的三個膜片200)作用為供氧和微生物載體；另一部分膜片200(圖示中的帶有抽水管道313的一個膜片200)為膜過濾分離作用。

步驟3，反應器300清洗工序

當生物膜增厚到一定程度時，各個膜片200停止排氣，控制對各個膜片200的供氣壓力使膜片200以泡點運行，向容器301內(nèi)通入清洗水，同時利用曝氣裝置400進行曝氣，調(diào)節(jié)震動裝置304加大支撐框架306的震動頻率和幅度，對生物膜進行減量清洗，開啟排水管303排液。

本發(fā)明采用的反應器以及污水處理過程中去除生物膜工藝，具有的優(yōu)點有：

1.采用一種新的膜材料形式，即在透氣膜100中膜本體101的表面編織或者涂覆一種具有生物親和性的材料(多巴胺類、海藻酸鈉等)，有利于微生物快速附著和生長，使反應器300快速啟動、掛膜運行。

2.將mabr(membraneaeratedbiofilmreactor)技術和膜超濾(membraneultrafiltration)技術有機結合，直接采用超濾-透氣膜100進行mabr過程，在生化階段膜起到生物載體和供氣的作用，在污水生化處理進行的同時或者處理后進行膜過濾，有效的保證了出水水質(zhì)，同時大大減少了成本、減小了占地面積，即一膜兩用。

3.利用震動裝置304帶動支撐框架306及膜片200在水中擺動的形式，使膜片200與污水產(chǎn)生合理的相對運動，改善生物膜表面的流體力學條件，使mabr過程即使在較低的運行流速下也可以達到較好的生化處理效果，同時不會增大池容和占地面積，使mabr過程連續(xù)正常運行。

4.合理增大擺動頻率和幅度，同時少量曝氣，減量去除膜表面附著的生物膜，避免生物膜去除過多，保證mabr過程正常運行。

最后應說明的是：以上各實施例僅用以說明本發(fā)明的技術方案，而非對其限制；盡管參照前述各實施例對發(fā)明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分或者全部技術特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應技術方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實施例技術方案的范圍。