CN109574410A - 一种污水生物处理用动态膜装置及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种污水生物处理用动态膜装置及使用方法。所述装置包括动态膜组件、出水管、由气缸连接刮擦横杆和刮擦竖杆组成的往复刮擦驱动系统、由桨轴电机连接桨轴连接套构成的旋流驱动系统。所述动态膜装置以不锈钢条缝筛为动态膜组件的过滤基材，通过可调节清洗强度的刮擦和冲刷的联合清洗方法，消除膜组件的不可逆污染，提高动态膜的运行通量，恢复基材的过滤性能，延长动态膜组件的使用寿命，适应不同的污水水质和处理工艺条件。

Description

一种污水生物处理用动态膜装置及使用方法

技术领域

本发明涉及污水生物处理技术领域，尤指一种采用不锈钢材料制成的条缝筛筒作为固液分离基材，利用水中微生物和其它颗粒物附着在基材外表面形成的动态膜，对生物反应器污水进行过滤的一种污水生物处理用动态膜装置及使用方法。

背景技术

膜生物反应器(Membrane Biological Reactor，或，Membrane Bio-Reactor，简写为MBR)将膜材料用于生物反应器的固液分离，使膜分离技术与活性污泥法有机结合，是污水生物处理的重大技术创新，被认为是21世纪最有发展前景的污水处理技术之一。

适用于膜生物反应器中的膜的孔径为0.05-1μm。膜生物反应器采用膜组件作为泥水分离单元，完全取代二次沉淀池，提高了生物反应器内的微生物浓度、延长了污泥的停留时间，具有出水水质可靠、操作方式便捷，以及占地面积小等特点。

膜生物反应器在应用过程中，存在膜组件成本高及膜污染严重等问题，其中，膜污染缩短了膜组件的使用寿命，降低了膜组件的处理效率，增大了运行成本。

膜生物反应器中膜组件的清洗多采用向水中鼓气，利用气泡上升的裹挟力，清除膜污染的方法。以往还采用了各类刮、擦、刷等不同方式，中国专利“一种柔性平板膜在线自动物理清洗装置”(CN103331103 B)公开了使用刮刀进行膜表面清理的方法。中国专利“一种膜-生物反应器在线清洗方法”(CN102258944 B)公开了采用毛刷或海绵等软质材料清理膜污染的方法。

动态膜技术是解决膜组件价格昂贵和膜污染问题严重的重要途径，基本原理是，采用孔径为微米级的过滤介质作为基材，将其置于生物反应器中，污泥颗粒附着在基材的外表面上，形成过滤精度大于基材本体的动态膜，从而实现水中悬浮颗粒的高精度分离，使出水悬浮物浓度接近常规膜生物反应器的固液分离效果。

动态膜一词是在反渗透膜技术的基础上提出的。1960年，Leob和Sourirajan以醋酸纤维素为原料，在多孔支撑衬底材料上制成极薄的致密脱盐层，具有优异的脱盐效果，这种特殊构造的材料被称为反渗透膜。1966年，Marcinkowsky采用多孔陶瓷片和多孔烧结玻璃片等作为基材(其作用与反渗透膜的多孔支撑层相近)，从溶液中将氧氯化锆(Zirconiumoxychloride)微粒预涂沉积在基材表面，该材料用于水的过滤时，出水水质达到了脱盐级别。由于该材料在动态运行时的分离性能与反渗透膜相近，Marcinkowsky将这种新材料命名为动态膜，参见文献：Marcinkowsky,A.E.,Kraus,et al.Hyperfiltration studiesIV.Salt rejection by dynamically formed hydrous oxide membranes.Journal ofthe American Chemical Society.1966.88(24),5744–5750。

根据膜分离技术的分类，如果在多孔支撑层表面形成的多孔分离薄层是固定的，叫固定膜，简称膜，英文是Membrane，是实体材料，例如RO膜、纳滤膜、微滤膜等。

动态膜技术应用于污水生物处理领域的特点是，利用基材的过滤性能，拦截生物反应器中的微生物(也称污泥)和胶体物质，形成细小颗粒堆积而成的薄层，获得高质量的出水水质。当薄层堵塞，出水水量下降时，采用清洗的方法，恢复基材的滤水性能。这种将动态膜与污水生物处理过程结合的装置称为“动态膜生物反应器”(Dynamic Membrane Bio-Reactor)，简称DMBR。

关于动态膜和动态膜生物反应器污水处理技术的起源和发展历程，详见于文献：Mustafa E.E.,Hale O.et al.A review on dynamic membrane filtration:Materials,applications and future perspectives.Bioresource Technology.2012.(122),196-206。

动态膜生物反应器的三个要素是：①具有过滤性能的基材，用于拦截污泥颗粒；②细微的污泥颗粒在基材上附着，形成比基材本体孔道更加致密的多孔薄层；③通过冲刷或刮擦措施，更新基材表面上的附着薄层，恢复过滤性能。

基材是动态膜反应器的关键材料，英文称作Support Materials，也可译作“支撑材料”或“支持材料”。

现有技术中，动态膜基材选择多样，性能不同。从材质上看，既可采用尼龙、涤纶、聚乙烯等有机材料，也可采用陶瓷和金属等无机材料。从制造方法上看，动态膜基材包括多种类型：采用编织法制成的尼龙网、涤纶网、不锈钢网等，采用织造法生产的各类立体织布、尼龙织造布、复合织造滤布等三维滤布，采用特种制造法制成的无纺布，以及聚乙烯微孔烧结管和多孔陶瓷管等。从孔径大小上看，基材的孔径为几微米-几十微米，最大为100-500μm；从孔的形状上看，网状材料的孔型多为规则的方形或菱形，织造布和无纺布呈不规则的形状，烧结材料的孔形呈圆形或多边形；从孔道构造特点上看，无纺布和多孔烧结材料的孔道呈弯曲状，一旦被颗粒物堵塞，将难以清洗，无法恢复过滤性能。从基材构造和结构上看，尼龙网、涤纶网和不锈钢网等网状基材的材质柔软，表面耐磨性差；多孔烧结聚乙烯管与多孔陶瓷管质地脆，需要有一定的厚度保证结构强度。

微细的污泥颗粒在基材上的附着性能取决于基材的孔径和孔道构造。孔径过大，污泥颗粒不易在基材上附着，导致出水中悬浮物浓度大；孔径过小，基材本体容易堵塞，导致膜污染，造成出水量下降，如果缺乏有效的清洗措施，动态膜装置将无法长期使用。对于织造织物和无纺布基材，因孔道弯曲而且复杂，基材的堵塞情况更加严重。现有动态膜技术采用的基材中，尼龙网、涤纶网的孔径范围为5-200μm；立体织布、无纺布、尼龙织造布、复合织造滤布等三维滤布的孔径分布不均匀，孔道弯曲且复杂，颗粒物易深入到无纺布内部，无法清除；烧结聚乙烯管的孔径范围在5-120μm，多孔陶瓷管孔径范围0.1-1μm，孔道弯曲，易造成颗粒物在孔道内部的镶嵌现象，过滤性能难以恢复。

现有动态基材过滤性能的恢复方法主要采用鼓气冲刷法(简称气冲)，具体为，向水中通入压缩空气，利用气泡上升时挟带水流的作用力，对基材表面附着的污泥颗粒进行冲刷。基材表面的其它物理清洗方法包括：将膜组件从反应器中取出后，利用水流进行水力冲洗、利用刷子或刮片进行机械擦洗、或利用超声设备进行超声清洗等。对于污染特别严重的基材，多采用投加消毒剂和洗涤剂的化学清洗法。

动态膜装置的使用效果由基材、颗粒物附着和基材清洗三个要素共同决定，这三个要素的关系是，基材的材质和构造决定了相应的清洗方法，基材的孔径和孔道构造决定了附着微生物的性能和出水悬浮物浓度，清洗方法决定了基材过滤性能的恢复程度。

现有技术中，动态膜生物反应器通过多种方法解决三个要素之间的制约关系。文献(Wastewater treatment performance of a filtration bio-reactor equipped witha mesh as a filter material.Water Res.2000.34(17),4143–4150)描述了采用尼龙网作为动态膜基材的研究结果，尼龙网的孔径为100-500μm，清洗方法为向水中鼓气，利用气泡上升的裹挟力，清除膜污染。文献(Characteristics of bio-diatomite dynamicmembrane process for municipal wastewater treatment.J.MembraneScience.2008.325,271–276)描述了采用不锈钢丝网作为动态膜基材的试验数据，不锈钢网的拦截颗粒粒径为74μm，采用空气和水流反冲洗方式清除膜污染。中国专利(CN1363526A，2008年8月14日)公开了“应用动态膜对生物反应器进行过滤的方法和装置”，选用0.1-0.5毫米筛分孔径的金属网、尼龙网、涤纶网或无纺布作为基材，通过曝气产生高速膜面错流，利用加大膜面错流速度的方式清除污染。文献“过滤/曝气两用型膜-生物反应器试验研究”(环境污染治理技术与设备，2004，Vol.5，No.4，18-22)研究了聚乙烯微孔管作为基材的动态膜生物反应器，烧结聚乙烯微孔管孔径为5-120μm，采用向微孔管内部通入压缩空气的方法，进行膜曝气，以清除膜组件外表面的泥饼层。

现有技术中，动态膜装置存在两个突出的技术问题：第一，污泥颗粒在基材孔道内的镶嵌堵塞问题；第二，基材内外表面及孔隙的清洗问题。

污泥颗粒在基材孔道内镶嵌堵塞问题的成因是，现有基材上孔的形状成方形、多边形或圆形，孔道构造呈弯曲状，极易导致被拦截颗粒在基材上形成镶嵌性堵塞，亦即，颗粒因孔形约束或孔道弯曲约束而嵌入基材本体之中，结果是难以清洗除去，造成基材过滤性能的不可逆污染。

动态膜组件在使用过程中，基材的内表面和外表面均可被微生物附着，因此，基材的内表面和外表面均需进行清洗，并且，内外表面的清洗要求是不同的，外表面污染程度重，要求清洗频繁，内表面污染程度轻，要求的清洗强度低，现有动态膜技术的鼓气清洗方法或水冲清洗方法均不能解决这一难题。

发明内容

针对动态膜的颗粒镶嵌堵塞问题和内外表面清洗问题，本发明的目的是提供一种动态膜装置及使用方法，以不锈钢条缝筛筒为动态膜组件的过滤基材，通过刮擦筛筒外壁和旋流冲刷内壁的联合清洗方法，消除膜组件的不可逆污染。

本发明是通过如下技术方案实现的：

本发明提供了一种污水生物处理用动态膜装置，包括动态膜组件，所述动态膜组件由一个或多个串联的动态膜元件构成；

在本发明提供的污水生物处理用动态膜装置中，所述动态膜元件包含条缝筛网，污水从条缝筛网的一侧经条缝筛网的缝隙流向条缝筛网的另一侧；在水流过程中，水中的微生物和颗粒物呈架桥状被拦截在缝隙一侧形成动态膜，利用条缝筛网两侧的水头压差对污水进行过滤。

在本发明提供的污水生物处理用动态膜装置中，所述条缝筛网为筒形的条缝筛筒、条缝筛筒两端为密封结构，在密封处开设有出水口排出条缝筛筒内的水。

在本发明提供的污水生物处理用动态膜装置中，条缝筛筒的顶部密封结构，包括压盖，顶部密封法兰和带孔圆垫与顶法兰形成密封结构；

在本发明提供的污水生物处理用动态膜装置中，条缝筛筒的底部密封结构，包括衬环、底部出水口、底部螺套环和底法兰形成密封结构；

在本发明提供的污水生物处理用动态膜装置中，顶部密封结构和连接法兰通过螺柱、螺母和密封筒连接；

在本发明提供的污水生物处理用动态膜装置中，底部密封结构和连接法兰通过螺柱、螺母、压垫和底部密封筒连接；

在本发明提供的污水生物处理用动态膜装置中，可选的，当多个所述动态膜元件串联时，相邻两个条缝筛筒之间通过连接法兰和连接柱连接；

在本发明提供的污水生物处理用动态膜装置中，所述连接法兰设置有贯通的出水孔，条缝筛筒内的过滤后的水经连接法兰上的出水孔流出，通过底部密封结构经出水管流出。

在本发明提供的污水生物处理用动态膜装置中，所述动态膜元件包括，条缝筛筒、刮擦器和内桨；所述刮擦器用于条缝筛筒外壁清洗，所述内桨用于条缝筛筒内壁清洗。

在本发明提供的污水生物处理用动态膜装置中，所述刮擦器通过刮擦接杆器与刮擦竖杆连接；所述刮擦竖杆通过刮擦横杆与往复驱动装置连接；

在本发明提供的污水生物处理用动态膜装置中，所述内桨的一端通过连轴套与桨轴连接套连接，所述桨轴连接套与转动驱动装置连接；所述桨轴连接套通过压盖、顶部密封法兰、带孔圆垫与顶法兰形成密封安装；内桨的另一端与底封连接，所述底封为内桨的封头，底封经卡环与连轴套连接，连轴套安装在连接法兰中心孔内，底部的连轴套与连接法兰通过方头锁扣接头使连轴套与连接法兰固定，在固定底部的连轴套时方头锁扣接头可以是无孔的，将方头锁扣接头的开孔部分磨去即可。所述连接法兰中的出水孔与底部密封筒、底部出水口、底部螺套环、衬环与底法兰的中心开孔形成出水通道；

在本发明提供的污水生物处理用动态膜装置中，当多个动态膜元件串联时，内桨之间通过连轴套互相接合，使得多个动态膜元件的内桨共同旋转。

在本发明提供的污水生物处理用动态膜装置中，所述往复驱动装置为气缸；所述刮擦器在气缸的往复动作的作用下，通过刮擦横杆和刮擦竖杆，沿条缝筛筒轴向作往复运动；

在本发明提供的污水生物处理用动态膜装置中，所述转动驱动装置为桨轴电机；通过连轴套连接的内桨在桨轴电机的作用下以相同的转速旋转。

在本发明提供的污水生物处理用动态膜装置中，刮擦器上设有刮擦片，所述刮擦片与条缝筛筒的外壁接触，沿条缝筛筒的外壁作轴向作往复运动；

在本发明提供的污水生物处理用动态膜装置中，所述刮擦片为圆环形；或者，所述刮擦片为圆环的一部分，由两个以上的刮擦片拼接成完整的圆环形；

在本发明提供的污水生物处理用动态膜装置中，所述刮擦片为异型断面零件，最小厚度为0.5-3mm；

在本发明提供的污水生物处理用动态膜装置中，所述刮擦片材质为橡胶。

在本发明提供的污水生物处理用动态膜装置中，所述内桨的桨叶材质为不锈钢；外形呈H形，通过转动引起旋流冲刷条缝筛筒。

在本发明提供的污水生物处理用动态膜装置中，所述刮擦片的刮擦速度小于60mm/s，刮擦频率为1-24次/天，每次刮擦运行时间为2-60分钟。

在本发明提供的污水生物处理用动态膜装置中，所述内桨的运行方式为，转速50-500rpm，运行频率为1-10次/每周，每次运行时间为1-30分钟。

在本发明提供的污水生物处理用动态膜装置中，所述条缝筛网缝隙宽度为3-10μm。

在本发明提供的污水生物处理用动态膜装置中，其特征在于，所述条缝筛筒缝隙宽度为3-10μm；高100-300mm，外径50-300mm；

在本发明提供的污水生物处理用动态膜装置中，条缝筛网除了筒状外，也可以是其他可在领域内大规模应用的形状，例如锥体、台阶形不等径筛筒等。

在本发明提供的污水生物处理用动态膜装置中，提供了一种条缝筛网作为动态膜基材的应用。此外，所述条缝筛网也可以应用于预涂层过滤，通过在一侧沉积非活体微生物颗粒形成薄层，从而得到澄清的滤液。

在本发明提供的污水生物处理用动态膜装置中，所述条缝筛筒材质为不锈钢或者其他耐刮擦冲洗的硬质材料。

另一方面，本发明提供了一种上述动态膜装置在污水生物处理中的应用，具体的应用步骤为：

1)所述动态膜装置置于污水或生物反应器中；

2)动态膜装置中的所述动态膜组件浸于水面下，条缝筛筒外的水经狭窄缝隙进入条缝筛筒内部；

3)动态膜组件中的条缝筛筒内外两侧具有一定的水头差，压差范围10-50kPa，条缝筛筒外水中的颗粒物呈架桥状拦截在条缝筛筒的外表面，形成动态膜；

4)条缝筛筒内的水经过出水孔、密封筒、底部出水口与出水管流出条缝筛筒。

动态膜的定义是：在基材上利用微细颗粒，堆积形成的多孔分离薄层称为动态膜，英文是Dynamic Membrane，简记DM。

根据微细颗粒来源，动态膜可分为两类：第一类，动态膜是由反应体系外加入的微细颗粒所形成，称为预涂层动态膜；第二类，动态膜是由反应体系中的微细颗粒所形成，称作自生动态膜，污水生物处理中采用的动态膜是典型的自生动态膜，其中，微细颗粒主要为微生物颗粒(也称为污泥颗粒)，也包含水中各类胶体物质。

本发明中，除特别说明外，“动态膜”一词均指自生动态膜。

条缝筛筒的定义是：条缝筛筒用缠绕焊接工艺制造，采用横断面类似楔子的楔形不锈钢丝，在呈圆周式排列的一组支撑丝上缠绕焊制而成，绕丝通过焊接与支撑丝连接在一起，整体上形成管状或筒状过滤元件，筛筒外壁光滑，外表面为楔形丝的底面。依照长径比不同，过滤元件的名称亦不同，通常，呈细长形状的称为筛管，呈短粗形状的称为筛筒。

本发明的装置及使用方法在两个方面显著区别于现有动态膜的技术特征：第一，动态膜组件的过滤基材采用条缝筛筒，显著区别于现有动态膜基材的孔形和孔道；第二，条缝筛筒的清洗采用刮擦外壁和旋流冲刷内壁的联合方法，显著区别于现有动态膜技术的单一清洗方法。

条缝筛筒又称“不锈钢焊接筛管”，外形和结构参见文献：“不锈钢焊接筛管的制造技术”(选煤技术，2002，No.3，30～31)。条缝筛筒也称“全焊式绕丝筛管”、“焊接式楔形金属丝管”、“不锈钢梯形绕丝筛管”等。

条缝筛筒的应用特点是，正向过滤和反向清洗充分利用了楔形丝构造上的优点。正向过滤时，水流由外表面向筛筒内流动，水流通道呈狭窄的缝隙，水中的颗粒物呈架桥状拦截在筛筒外壁的窄缝一端，污泥颗粒附着在基材外表面形成动态膜；反向清洗时，由于缝隙为相邻楔形丝的斜面所构成，因此，缝隙由内到外逐渐变小，对反洗水流形成约束作用，使得缝隙越窄，受到的水流冲击力越大，利于冲洗和排出缝隙间的污染物。

为解决污泥颗粒在基材孔道内的镶嵌堵塞问题，本发明的动态膜基材为不锈钢材料制成的条缝筛筒，过滤水流通道呈狭窄的缝隙，水中的颗粒物呈架桥状拦截。动态膜基材条缝筛筒的缝隙宽度为3～10μm，既可拦截水中大部分颗粒物，实现水的高精度过滤，又利于在清洗时，颗粒物在刮擦和水流冲击作用下，从缝隙间脱除。

为解决基材内外表面及孔隙的清洗问题，本发明采用刮擦条缝筛筒外表面和旋流冲刷内表面及缝隙的联合清洗方法，通过改变刮擦和旋流的速度、频率和频度，可调节清洗强度，对不同污染程度的基材进行清洗，迅速恢复基材的过滤性能，适应不同的污水水质和处理工艺条件。

本发明的污水生物处理动态膜装置及使用方法可用于好氧生物处理，也可用于厌氧生物处理，具有以下优点：

本发明的动态膜装置是浸没式污水生物处理装置，动态膜组件浸没在污水水面以下使用。过滤时，条缝筛筒上的水流通道呈狭窄的缝隙，水中的颗粒物呈架桥状拦截，易于刮擦清洗和水流冲刷清洗，提高动态膜的运行通量，避免了动态膜基材的不可逆污染。

本发明的刮擦片刮擦外壁和内桨旋流冲刷内壁联合清洗方法，可针对条缝筛筒的不同污染程度，通过调节清洗强度，恢复基材的过滤性能，延长动态膜组件的使用寿命，适应不同的污水水质和处理工艺条件。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图用来提供对本发明技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本发明的技术方案，并不构成对本发明技术方案的限制。

图1是本发明的动态膜元件侧向俯视图；

图2是本发明的动态膜元件侧向仰视图；

图3是本发明的动态膜组件构造图；

图4是本发明的动态膜装置构造图；

图5是是本发明的刮擦器构造图；

图6是本发明的刮擦片示意图；

图7是本发明的内桨连接件示意图；

图8是本发明的桨轴联接套构造图；

图9是本发明的动态膜组件组装图；

图10是本发明的动态膜组件过滤工况下水流流动方向示意图；

图11是本发明的动态膜装置在污水好氧生物处理池中的实施例示意图；

图12是本发明的动态膜装置与膜过滤池串联使用条件下的实施例示意图；

图13是本发明的动态膜组件并联成组使用示意图。

其中，1-底法兰；2-底部螺套环；3-衬环；4-底部出水口；5-螺柱；6-底部密封筒；7-底封；8-卡环；9-连接法兰；10-连接柱；11-条缝筛筒；12-内桨；13-螺母；14-压垫；15-密封筒；16-顶法兰；17-压盖；18-桨轴连接套；19-顶部密封法兰；20-带孔圆垫；21-连轴套；22-出水孔；23-出水管；24-动态膜组件；25-动态膜装置；26-曝气鼓风机；27-桨轴电机；28-刮擦横杆；29-刮擦器；30-刮擦片；33-气缸；34-刮擦竖杆；36-刮擦接杆器；37-拨叉上压板；38-拨叉下垫板；39-开槽螺母；40-拨叉；41-紧定螺钉；42-压板；43-桨叶；44-方头接头；45-C型挡圈；46-中心轴；47-圆销；48-方头锁扣接头；49-密封圈座；50-桨轴；51-动态膜元件；52-空气压缩机；53-出水泵；54-污泥回流泵；55-好氧生物处理池；56-充气泵；57-膜过滤池；58-膜组件；59-充气管；60-进水管；61-抽吸泵；62-框架。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。

下面结合附图进一步叙述本发明。

在本发明的实施例中，如图1和图2所示，采用不锈钢材料制成的条缝筛筒11作为动态膜基材，包含连接法兰9和连接柱10组装成动态膜元件51。在动态膜元件51上，还安装有用于条缝筛筒11外壁清洁的刮擦器29和用于条缝筛筒11内壁及缝隙清洗的内桨12，刮擦器29通过刮擦接杆器36与往复驱动系统连接。多个动态膜元件51串接时，相邻内桨12通过与连轴套21互相接合，使得多个动态膜元件的内桨12共同旋转，自内而外冲洗条缝筛筒11缝隙内的污泥颗粒，连接法兰9上的出水孔22用于使水流联通各个动态膜元件51。

在本发明的实施例中，如图3所示，动态膜组件24由多个动态膜元件51串接构成，每个动态膜组件24由2-20个动态膜元件51串接构成。由上至下依次为，桨轴连接套18用于与旋转驱动电机连接，并通过压盖17、顶部密封法兰19和带孔圆垫20与顶法兰16形成密封安装。顶法兰16和连接法兰9通过螺柱5、螺母13、压垫14、密封筒15连接。连接法兰9之间由连接柱10连接，刮擦器29上安装刮擦片30，内桨12安装在动态膜组件24的内部，动态膜组件24内部由连接法兰9上的出水孔22联通，通向底部出水口4。条缝筛筒11作为动态膜基材，缝隙宽度为3-10μm，呈筒状结构，高度100-300mm，断面为圆环型，外径50-300mm，通过连接法兰9和连接柱10固定。刮擦接杆器36用于将刮擦器29与往复驱动系统连接。底部密封筒6和底部出水口4通过螺柱5、底部螺套环2和衬环3与底法兰1形成密封连接。

在本发明的实施例中，如图4所示，动态膜装置25由四个部分组成，分别为：动态膜组件24、出水管23、由气缸33连接刮擦横杆28和刮擦竖杆34组成的往复刮擦驱动系统、由桨轴电机27连接桨轴连接套18构成的旋流驱动系统。图中的动态膜组件24由10个动态膜元件51串接构成。每个动态膜元件51的刮擦片30由刮擦器29带动，并通过刮擦接杆器36与刮擦竖杆34接合。气缸33的往复动作经刮擦横杆28和刮擦竖杆34传递给刮擦片30，形成同步轴向往复动作，对条缝筛筒11的外壁进行刮擦清洗。刮擦片的运动速度及频率根据动态膜的过滤通量变化情况进行调节，刮擦片30的刮擦速度小于60mm/s，刮擦频率为1-24次/天，每次刮擦运行时间为2-60分钟。桨轴电机27的转速范围为50-500rpm，运行频率为1-10次/每周，每次运行时间为1-30分钟。

在本发明的实施例中，如图5所示，刮擦器29通过刮擦接杆器36与刮擦竖杆34接合，用紧定螺钉41紧固。刮擦接杆器36连接拨叉40，经由拨叉上压板37和拨叉下垫板38，利用压板42压紧刮擦片30，用开槽螺母39紧固拨叉上压板37和拨叉下垫板38。

在本发明的实施例中，如图6所示，圆环形的刮擦片30由两个半圆环形橡胶片组成，刮擦片30为异型断面，最小厚度为0.5-3毫米。

在本发明的实施例中，如图7所示，内桨12由桨叶43、中心轴46、方头接头44和方头锁扣接头48构成。桨叶43的材质为不锈钢，外形呈H形。桨叶43与中心轴46由圆销47和C型挡圈45连接，中心轴46的两端分别与方头接头44和方头锁扣接头48连接，方头锁扣接头48通过卡环8与连轴套21形成防松连接。连接后，多个内桨12可同时以相同的转速旋转，产生水流冲击力，清洗条缝筛筒11的内壁，并将条缝筛筒11缝隙间的颗粒污染物排出，内桨12的转速范围为50-500rpm，运行频率为1-10次/每周，每次运行时间为1-30分钟。

在本发明的实施例中，如图8所示，桨轴连接套18用于与桨轴电机27连接。桨轴连接套18由桨轴50、密封圈座49和方头接头44组成，桨轴50与方头接头44由圆销47和C型挡圈45连接。

图9中，桨轴连接套18通过压盖17、顶部密封法兰19和带孔圆垫20与顶法兰16形成密封安装，并与连轴套21连接。顶法兰16和连接法兰9通过螺柱5、螺母13、压垫14、密封筒15连接。条缝筛筒11通过连接柱10固定在相邻的连接法兰9之间。连接法兰9上有出水孔22，构成内部水流通道，通向底部出水口4。内桨12安装在条缝筛筒11的内部，条缝筛筒11作为动态膜基材，缝隙宽度为3-10μm，呈筒状结构，长度100-300mm，断面为圆环型，外径50-300mm。卡环8用于内桨12与连轴套21之间形成防松连接。底封7是内桨12的封头，经卡环8与连轴套21连接，连轴套安装在连接法兰中心孔内。底部密封筒6和底部出水口4通过螺柱5和底部螺套环2、衬环3与底法兰1形成密封连接。连接法兰的出水孔与底部密封筒、底部出水口、底部螺套环、衬环与底法兰的中心开孔形成出水通道；

在本发明的实施例中，如图10所示，动态膜装置25在过滤时，水流由条缝筛筒11的外表面向内流动，水流通道呈狭窄的缝隙，水中的颗粒物呈架桥状拦截在条缝筛筒11的外表面，颗粒附着在条缝筛筒11外表面形成的动态膜，利用动态膜两侧的水头压差对污水进行过滤，压差范围10-50kPa。经过滤后的水流流过连接法兰9上的出水孔22，汇集后经底部出水口4接出水管23排出，得到产品水。

在本发明的实施例中，动态膜装置25在污水好氧生物处理池中的实施例如图11所示。动态膜装置25置于好氧生物处理池55中，污水经进水管60流入好氧生物处理池55，动态膜装置25浸没在好氧生物处理池55水面以下，曝气鼓风机26向水中充入空气，维持好氧生物处理池55中的好氧条件。过滤时，水流向条缝筛筒11的内部流动，水流通道呈狭窄的缝隙，水中的颗粒物呈架桥状拦截在条缝筛筒11的外表面，颗粒附着在条缝筛筒11外表面形成动态膜，利用动态膜两侧的水头压差对污水进行过滤，压差范围10-50kPa。经过滤后的水流经出水孔22，经底部接出水管23汇集，由出水泵53输送产品水。空气压缩机52为气缸33提供动力，实现往复刮擦动作，桨轴电机27驱动内桨12旋转，产生水流冲击力，清洗条缝筛筒11的内表面及缝隙。

在本发明的实施例中，图12是动态膜装置25与膜过滤池57串联使用条件下的实施例示意图。动态膜装置25置于好氧生物处理池55中，污水经进水管60流入好氧生物处理池55，动态膜装置25浸没在好氧生物处理池55水面以下，曝气鼓风机26向水中充入空气，维持好氧生物处理池55中的好氧条件。过滤时，水流向条缝筛筒11的内部流动，水流通道呈狭窄的缝隙，水中的颗粒物呈架桥状拦截在条缝筛筒11的外表面，颗粒附着在条缝筛筒11外表面形成的动态膜，利用动态膜两侧的水头压差对污水进行过滤，压差范围10-50kPa。经过滤后的水流经出水孔22，经底部接出水管23汇集，由出水泵53输送至后续的膜过滤池57。空气压缩机52为气缸33提供动力，实现往复刮擦动作，桨轴电机27驱动内桨12旋转，产生水流冲击力，清洗条缝筛筒11的内表面及缝隙。膜过滤池57的作用是对水进行深度处理，进一步提高出水水质，以达到更严格的水质标准，动态膜装置25的出水经膜组件58深度处理，抽吸泵61排出产品水。充气泵56通过充气管59向膜过滤池57鼓气，气泡在上升过程中，搅动池水，对膜组件58形成冲刷作用。随着膜过滤池57中的污泥不断累积，为避免膜过滤池57的污泥浓度过高，造成膜组件堵塞，设置污泥回流泵54，将膜过滤池57中的污泥部分回流至好氧生物处理池55中。

在本发明的实施例中，图13是两组动态膜装置25成组使用的示意图，相当于动态膜组件的并联使用。动态膜装置通过框架62固定在一起，通过联通的出水管以及统一的驱动装置来实现大规模的动态膜装置应用。

实施例1：本发明的动态膜装置及技术参数。

本发明的动态膜装置25由动态膜组件24、出水管23、气缸33连接刮擦横杆28和刮擦竖杆34组成的往复驱动系统、桨轴电机27经桨轴连接套18构成的内桨12旋流驱动系统所构成。动态膜组件24总长2.8m，由10个动态膜元件51串联连接所组成。每个动态膜元件51均由条缝筛筒11、连接法兰9和连接柱10、刮擦器29和内桨12组成。

作为动态膜基材，条缝筛筒11由牌号为316的不锈钢材料制成，缝隙宽度为5μm，高度200mm，呈筒状结构，断面为圆环型，外径150mm。

圆环形的刮擦片30由两个半圆形橡胶片组成，刮擦片30与条缝筛筒11外壁的接触处的厚度为1毫米。

内桨12的桨叶43材质为不锈钢，牌号为304，外形呈H形。

气缸33为通用双行程气缸。

桨轴电机27为标准减速电机。

实施例2：本发明的动态膜装置在污水好氧生物处理池中的实施例。

本发明实施例1中的动态膜装置25置于好氧生物处理池55(即生物反应器)中，动态膜组件24浸没于水面以下，污水经进水管60流入好氧生物处理池55。

进水污水的水质：COD为40-450mg/L，BOD₅为20-280mg/L，氨氮为50-130mg/L，SS为30-150mg/L。污水池水深3.2m，污泥浓度(MLSS)为10g/L，溶解氧浓度为4mg/L，水温12-32℃，pH6.2-8.3。

过滤时，污水由条缝筛筒11的外表面向内流动，水中活性污泥颗粒呈架桥状拦截在条缝筛筒11的外表面，形成动态膜。利用动态膜两侧的水头压差对污水进行过滤，压差为30kPa。经过滤后的水经底部接出水管23排出动态膜装置25，得到产品水。出水水质为：COD40-50mg/L，BOD₅ 8-10mg/L，氨氮5-8mg/L，SS小于10mg/L。

随着过滤的持续进行，污泥颗粒在条缝筛筒11上不断浓集，出水流量逐渐降低。采用刮擦片30刮擦条缝筛筒11外壁和内桨12旋流冲刷条缝筛筒11内壁及缝隙的联合清洗方法，清除条缝筛筒11上附着的污泥颗粒。

刮擦片30沿条缝筛筒11的外壁圆周作轴向往复刮擦运动，最大刮擦速度为50mm/s，刮擦频率为18次/天。内桨12的转速为250rpm，运行频率为7次/每周，每天运行1次，每次运行时间为10分钟。

采用本发明的装置和使用方法，动态膜装置51的初始膜通量为300L/m²·h，当单独使用刮擦片30刮擦条缝筛筒11外壁的清洗方法时，膜通量的长期运行范围为100-150L/m²·h，说明刮擦清洗方法可有效地恢复膜通量。当单独使用内桨12旋流冲刷条缝筛筒11内壁的清洗方法时，膜通量的长期运行范围为50-100L/m²·h，说明单独旋流方法的清洗效率低于刮擦方法。采用刮擦片30刮擦条缝筛筒11外壁和内桨12旋流冲刷条缝筛筒11内壁的联合清洗方法时，初次运行和多次清洗后出水水质数值接近，在出水水质没有显著变化的条件下，出水水量的衰减程度较轻(或出水量没有显著降低)。膜通量的长期运行范围为200-250L/m²·h，长期运行后出水水质为：COD 40-50mg/L，BOD₅ 8-10mg/L，氨氮5-8mg/L，SS小于10mg/L；说明联合清洗方法的清洗效果和效率大于单一清洗方法，联合清洗的方法可维持较高的出水通量，动态膜阻力增长缓慢，出水水质稳定性高。

实施例3：本发明的动态膜装置与膜过滤串联使用条件下的实施例。

为进一步提高出水水质，以满足更严格的水质标准，在实施例2的基础上，增设膜过滤池57，对动态膜装置25的出水进行深度处理。

原水水质与实施例2相同，动态膜装置25出水流进膜过滤池57，经膜组件58固液分离，抽吸泵61排除产品水，膜组件58采用市售氯化聚乙烯平板膜组件，膜的孔径为0.4μm。充气泵56通过充气管59向膜过滤池57鼓气，气泡在上升过程中，搅动池水，对膜组件58形成冲刷作用，起到对膜表面的清洗作用。膜过滤池57的污泥不断累积，污泥浓度增大，为避免膜过滤池57的污泥浓度过高，造成膜组件堵塞，设置污泥回流泵54，将膜过滤池57中的污泥部分回流至好氧生物处理池55(即生物反应器)中，控制膜过滤池57中的污泥浓度(MLSS)为0.5-1.5g/L，溶解氧浓度不小于3.5mg/L。

动态膜装置25与膜组件58串联使用条件下，抽吸泵61的出水水质显著提高，COD≤30mg/L，BOD₅≤6mg/L，氨氮≤1.5mg/L，SS≤1mg/L。

对比例1：无纺布基材动态膜装置在污水好氧生物反应器中的运行。

箱式动态膜装置，基材为工业无纺布，过滤精度(名义孔径)15μm。

进水污水的水质：COD为330-490mg/L，氨氮为14-39mg/L。污泥浓度(MLSS)为1.78g/L，溶解氧浓度为2-4mg/L，水温17-20℃，pH6.5-7.5。

出水水质为：COD 30-60mg/L，氨氮2-10mg/L，SS小于10mg/L。

膜通量是无纺布动态膜生物反应器的重要运行参数，决定了装置的产水率。

动态膜两侧的水头压差为1.5kPa时，初始膜通量为85L/m²·h，运行4小时后，下降至35L/m²·h。采用压缩空气气冲清洗法，经50个过滤-清洗循环后，运行周期内膜通量降至40L/m²·h～20L/m²·h。当膜通量降至初始值的30-50％时，一般多采用将膜组件从池中取出后人工刷洗，或直接更换的方法处置。

对比例代表的现有技术方案与本发明的技术方案，存在以下的区别，第一，膜通量是动态膜生物反应器的重要运行参数，决定了单位面积装置的产水率，本发明的基材上，水中细颗粒呈架桥状拦截，而不是多边约束的镶嵌型拦截，因而膜通量大为增加，约为现有技术的4-10倍；第二，洗净程度高，运行膜通量可达初始膜通量的67％-83％(取决于污泥浓度)，历经数百个运行周期，膜通量不再降低，现有技术的运行膜通量往往降至初始膜通量的30％-50％以下，由于现有技术的动态膜强度较低，并需要频繁(约50个运行周期)从反应器中取出，进行人工刷洗，既增加了日常操作的作业量，又易对基材造成额外磨损，从而降低基材使用寿命。由于现有技术中的动态膜堵塞和清洗条件不同，因而出水水量变化较大，导致动态膜装置的运行稳定性较差。

虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容仅为便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式及细节上进行任何的修改与变化，但本发明的保护范围仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (13)

1.一种污水生物处理用动态膜装置，包括动态膜组件，所述动态膜组件由一个或多个串联的动态膜元件构成；

所述动态膜元件包含条缝筛网，污水从条缝筛网的一侧经条缝筛网的缝隙流向条缝筛网的另一侧；在水流过程中，水中的微生物和颗粒物呈架桥状被拦截在缝隙一侧形成动态膜，利用条缝筛网两侧的水头压差对污水进行过滤。

2.根据权利要求1所述的污水生物处理用动态膜装置，其特征在于，

所述条缝筛网为筒形的条缝筛筒、条缝筛筒两端为密封结构，在密封处开设有出水口排出条缝筛筒内的水。

3.根据权利要求2所述的污水生物处理用动态膜装置，其特征在于，

条缝筛筒的顶部密封结构，包括压盖，顶部密封法兰和带孔圆垫与顶法兰形成密封结构；

条缝筛筒的底部密封结构，包括衬环、底部出水口、底部螺套环和底法兰形成密封结构；

顶部密封结构和连接法兰通过螺柱、螺母、压垫和密封筒连接；

底部密封结构和连接法兰通过螺柱、螺母、压垫和底部密封筒连接；

可选地，当多个所述动态膜元件串联时，相邻两个条缝筛筒之间通过连接法兰和连接柱连接；

所述连接法兰设置有贯通的出水孔，条缝筛筒内的过滤后的水经连接法兰上的出水孔流出，通过底部密封结构经出水管流出。

4.根据权利要求1所述的污水生物处理用动态膜装置，其特征在于，

所述动态膜元件包括，条缝筛筒、刮擦器和内桨；所述刮擦器用于条缝筛筒外壁清洗，所述内桨用于条缝筛筒内壁清洗。

5.根据权利要求4所述的污水生物处理用动态膜装置，其特征在于，

所述刮擦器通过刮擦接杆器与刮擦竖杆连接；所述刮擦竖杆通过刮擦横杆与往复驱动装置连接；

所述内桨的一端通过连轴套与桨轴连接套连接，所述桨轴连接套与转动驱动装置连接；所述桨轴连接套通过压盖、顶部密封法兰、带孔圆垫与顶法兰形成密封安装；内桨的另一端与底封连接，所述底封为内桨的封头，底封经卡环与连轴套连接，连轴套安装在连接法兰中心孔内，所述连接法兰中的出水孔与底部密封筒、底部出水口、底部螺套环、衬环与底法兰的中心开孔形成出水通道；

当多个动态膜元件串联时，内桨之间通过连轴套互相接合，使得多个动态膜元件的内桨共同旋转。

6.根据权利要求5所述的污水生物处理用动态膜装置，其特征在于，

所述往复驱动装置为气缸；所述刮擦器在气缸的往复动作的作用下，通过刮擦横杆和刮擦竖杆，沿条缝筛筒轴向作往复运动；

所述转动驱动装置为桨轴电机；通过连轴套连接的内桨在桨轴电机的作用下以相同的转速旋转。

7.根据权利要求4至6中任一项所述的污水生物处理用动态膜装置，其特征在于，

刮擦器上设有刮擦片，所述刮擦片与条缝筛筒的外壁接触，沿条缝筛筒的外壁作轴向作往复运动；

所述刮擦片为圆环形；或者，所述刮擦片为圆环的一部分，由两个以上的刮擦片拼接成完整的圆环形；

所述刮擦片为异型断面零件，最小厚度为0.5-3mm，

所述刮擦片材质为橡胶。

8.根据权利要求4至6中任一项所述的污水生物处理用动态膜装置，其特征在于，所述内桨的桨叶材质为不锈钢；外形呈H形，通过转动引起旋流冲刷条缝筛筒。

9.根据权利要求7所述的污水生物处理用动态膜装置，其特征在于，所述刮擦片的刮擦速度小于60mm/s，刮擦频率为1-24次/天，每次刮擦运行时间为2-60分钟。

10.根据权利要求4至6中任一项所述的污水生物处理用动态膜装置，其特征在于，所述内桨的运行方式为，转速50-500rpm，运行频率为1-10次/每周，每次运行时间为1-30分钟。

11.根据权利要求1所述的污水生物处理用动态膜装置，其特征在于，所述条缝筛网缝隙宽度为3-10μm。

12.根据权利要求2所述的污水生物处理用动态膜装置，其特征在于，所述条缝筛筒缝隙宽度为3-10μm；高100-300mm，外径50-300mm；

所述条缝筛筒材质为不锈钢。

13.权利要求1-12中任一项所述的动态膜装置在污水生物处理中的应用，其特征在于，

1)所述动态膜装置置于污水或生物反应器中；

2)动态膜装置中的所述动态膜组件浸于水面下，条缝筛筒外的水经狭窄缝隙进入条缝筛筒内部；

3)动态膜组件中的条缝筛筒内外两侧具有一定的水头差，压差范围10-50kPa，条缝筛筒外水中的颗粒物呈架桥状拦截在条缝筛筒的外表面，形成动态膜；

4)条缝筛筒内的水经过出水孔、密封筒、底部出水口与出水管流出条缝筛筒。