浸沒式膜分離裝置及其運行方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種浸沒式膜分離裝置及其運行方法，尤其涉及用于膜分離過程中膜污染控制的浸沒式膜分離裝置及其運行方法。
【背景技術】
[0002]已有技術的膜生物反應器是傳統活性污泥法與新興的膜分離技術相結合的產物，它利用膜分離組件代替了傳統工藝中的二沉池，不僅可以大大減小占地面積，還顯著提高了固液分離的效率，使出水水質得到明顯改善。膜化學反應器是將化學反應過程與膜分離過程集成一體，如在自來水凈化過程的化學絮凝與膜分離過程集成一體，或將生物發酵反應與膜分離過程集成一體，膜反應器包括膜生物反應器和膜化學反應器，做為其主體的膜分離裝置，一般都是將膜單元浸沒在需要分離處理的液體中，膜單元是由至少一個外壓浸沒式中空纖維膜組件并行排列連接而成。目前用于膜分離裝置的污染控制方法，從原水水質方面是進行適當的原水預處理；從膜材料方面主要是進行材料的化學改性以提高抗污染能力；從膜組件方面主要是進行膜組件的流體結構優化設計；從浸沒式膜分離裝置的工程運行方面，主要是通過大量曝氣來控制膜污染。曝氣是將壓縮空氣從膜單元下方鼓入中空纖維膜絲間，利用氣液兩相流的沖刷擾動作用，控制污染物在中空纖維膜表面和中空纖維膜膜絲間的堆積。
[0003]目前，在浸沒式膜分離裝置的工程運行方面，通用的膜污染控制方法就是通入大量壓縮空氣進行曝氣，一方面，使壓縮空氣在中空纖維膜絲間均勻分布，并且實現各膜單元間均勻曝氣是技術難點，另一方面，不均勻曝氣容易導致局部膜絲受力過大，發生斷絲問題。同時，膜生分離裝置的主要運行成本產生于產生壓縮空氣的鼓風機耗電。另外，采用鼓風曝氣的方式，無法實現厭氧膜分離過程，使膜生物反應器技術的應用領域受到限制，如不能用于厭氧膜生物反應過程。
[0004]在本發明人提出的申請號為2014104880176的專利申請《浸沒式膜分離裝置及其運行方法》中，提出了一種浸沒式分離膜裝置，其膜單元的特征在于膜絲的上端部在牽引電機的提升下，進行上下提升運動，使膜單元的中空纖維膜絲與水體發生機械沖刷作用，從而防止污染物在中空纖維膜表面和中空纖維膜膜絲間的堆積。但膜絲的上端部僅進行上下提升運動，對于膜絲間的相互摩擦作用還不夠強。
【發明內容】
[0005]本發明的目的是提供一種浸沒式膜分離裝置及其運行方法，該膜分離裝置及其膜污染控制方法，可以實現膜分離裝置更低成本的穩定運行。
[0006]本發明的目的是由以下技術方案實現的。
[0007]本發明浸沒式分離膜裝置，包括水槽、產水抽出栗、數個膜單元、膜單元框架、擺動滑輪和牽引電機；數個膜單元分別浸沒設置在水槽內，產水抽出栗與水槽的膜單元通過產水管連接；數個膜單元中的多個膜單元之間通過平衡桿連接構成一個平衡組，多個平衡組之間通過聯動繩構成一個聯動組；牽引電機通過牽引部件與連接膜單元的平衡桿連接，
[0008]在該牽引電機的提升下，連接繩沿著本發明所設置的擺動滑輪移動，使膜單元的上端部進行蛇形擺動上下提升運動；膜單元的下端部則固定在膜框架底部。
[0009]前述牽引電機設置在膜單元上或者設置在水槽外部，該牽引電機為一臺或者數臺，每臺牽引電機輸出端連接一個或者數個牽引部件。
[0010]前述的浸沒式分離膜裝置，其中:該平衡桿的兩個懸臂端分別通過轉動連接件與兩個膜單元上端連接；該聯動繩的兩懸臂端分別通過轉動連接件與相鄰兩個平衡桿的相鄰端連接。
[0011]本發明浸沒式膜分離裝置的運行方法，通過牽引電機的機械牽引和擺動滑輪的導引作用，使位于水槽內的數個膜單元的上端部在周期性縱向上下運動的同時，還發生橫向蛇形擺動，強化膜單元的中空纖維膜絲與水體的機械沖刷作用，從而防止污染物在中空纖維膜表面和中空纖維膜膜絲間的堆積，該膜單元分別置于各自的膜單元框架內；在牽引電機的提升下，連接膜單元的上端部與平衡桿的連接繩，沿著擺動滑輪提升，從而使膜單元的上端部進行蛇形向上提升運動；膜單元的下端部則固定在膜框架底部；與此同時，膜單元的上端部在重力作用下，向下進行蛇形下降運動；當牽引電機停止牽引時，在平衡配重的重力作用下，膜單元的上端部在重力作用下，向下進行蛇形下降運動，與此相應地，膜單元的上端部被重力提升進行蛇形向上運動，隨著電機的周期性牽引，此過程循環進行。
[0012]前述的浸沒式膜分離裝置的運行方法，所述牽引電機牽引膜單元的上端部，上下縱向升降的速度為30至300厘米/秒，上下縱向位移量為20至100厘米；通過擺動滑輪11的斜槽角度及其槽徑的設置，使上端部的左右橫向位移量為10至50厘米，橫向位移速度為20至200厘米/秒。
[0013]本發明浸沒式膜分離裝置及其運行方法的有益效果是:取消了浸沒式膜裝置常規的鼓風機設置，代之以機械牽引膜絲運動，利用蹺蹺板重力平衡原理，大幅減少了膜單元運動所需的提升力，從而大幅減少了膜裝置的運行電耗，同時，通過膜單元的上端部蛇形提升運動，進一步強化了膜絲間流體沖刷和膜絲間相互摩擦效果，膜分離過程中膜污染控制效果好。傳統鼓風曝氣方式下，要求使膜池中的水體發生整體翻滾運動以控制膜污染，因此能耗大，且膜污染嚴重，本發明的機械提升方式只使與膜絲接觸部分的水體運動，實現膜絲表面的沖刷，因而能耗低，且水體中的污染物可在重力作用下自然沉降在池底，與膜絲接觸的水體較為干凈，對膜絲的污染程度低。本發明可以應用于耗氧膜生物反應器、厭氧膜生物反應器、膜化學反應器及其其它浸沒式膜分離裝置。
【附圖說明】
[0014]圖1為本發明的膜分離裝置結構示意圖
[0015]圖中:
[0016]1:水槽2、21、22、23膜單元框架
[0017]3:轉動接頭4:平衡桿，
[0018]12:膜單元的上端部20:連接繩
[0019]11:擺動滑輪5:平衡桿的重力平衡支點
[0020]6:牽引聯動繩7:牽引部件
[0021]8:牽引電機9:產水引出管
[0022]10:產水抽出栗13、14、15、16:膜單元
[0023]17:膜單元的下端部18:膜單元框架底部
[0024]31:支架A:產水。
【具體實施方式】
[0025]下面結合附圖和【具體實施方式】對本發明浸沒式膜分離裝置及其運行方法作進一步詳細說明:
[0026]實施例一，如圖1所示:膜單元框架設置有多個，圖示為第一膜框架2、第二膜框架21、第三膜框架22、第四膜框架23，它們分別浸沒在水槽I中；平衡桿4的兩個懸臂端分別通過可轉動的連接件3與膜單元13和膜單元14中的上端部12、24連接構成一個平衡組；5為平衡桿的重力平衡支點，固定于支架31上；同樣借助另一個平衡桿連接膜單元15和膜單元16構成另一個平衡組；兩個平衡組通過聯動繩6和牽引部件7與牽引電機8構成一個聯動組。其改進之處是:取消已有技術的高能耗的鼓風機配置，改為設置牽引電機，支架31垂直豎立固定于水槽內，也可以橫向安裝在水槽側壁，也可以安裝在水槽外的地面上，懸探于水槽上方，只要能為平衡桿提供支點5即可。膜單元的下端部17固定于膜框架的底部18，膜框架底部18置于水槽I的底部。
[0027]產水由產水抽出栗10經產水引出管9抽出。連接膜單元13的上端部12與平衡桿4的連接繩20繞經擺動滑輪11。擺動滑輪11可以固定在膜框架2、21、22、23的下方或上方，如圖1所示的是下方，擺動滑輪11上設置有斜槽，當連接繩20被向上提升時，膜單元框架2中膜單元13的上端部12，不僅被提升向上運動，同時還在擺動滑輪斜槽的導引下發生橫向擺動運動，這樣就使得膜單元13的上端部12蛇形上升。
[0028]在牽引電機8的提升下，連接膜單元14的上端部24與平衡桿4的連接繩20，沿著擺動滑輪11提升，從而使膜單元的上端部24進行蛇形向上提升運動；膜單元的下端17部則固定在膜框架底部18 ;與此同時，膜單元13的上端部12在重力作用下，向下進行蛇形下降運動；當牽引電機8停止牽引時，在平衡配重的重力作用下，膜單元14的上端部24在重力作用下，向下進行蛇形下降運動，與此相應地，膜單元13的上端部12被重力提升進行蛇形向上運動。隨著電機的周期性牽引，此過程循環進行。
[0029]當膜單元13的上端部12上升時，膜絲不僅縱向相對運動，從彎曲變為近于伸直，且由于擺動滑輪11斜槽的導引，還有橫向蛇形擺動；當膜單元13的上端部12下降時，膜絲不僅縱向相對運動，從近于伸直變為彎曲，且由于擺動滑輪11斜槽的導引，還有橫向蛇形擺動。在電機的牽引力和平衡配重的重力作用下，膜單元13的上端部12周期性上下蛇形運動，這樣，從而可強化中空纖維膜絲與水體之間的機械沖刷作用，進而防止污染物在中空纖維膜表面和中空纖維膜膜絲間的堆積。相比于單純的上下提升，本發明增加的橫向擺動運動，進一步強化了膜絲間流體沖刷和膜絲間相互摩擦效果，可以更好地防止污染物在中空纖維膜膜絲間的堆積。與空