CN101618925B - 一种污水处理装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种污水处理装置,包括生物反应池和膜滤池,在所述膜滤池内有膜分离设备和曝气设备,所述生物反应池与所述膜滤池有共同的侧壁,在所述共同的侧壁上有第一通孔和第二通孔,第一通孔处有推流设备。本发明与现有技术相比,生物反应池和膜滤池之间不再采用管道连通,而是将生物反应池和膜滤池共壁设置,并在共同的侧壁上开设第一通孔和第二通孔,在第一通孔处设置推流设备,推流设备的推流即可以使得生物反应池和膜滤池之间进行液体的交换和循环,可以实现以较低的循环能耗提供较高的循环流量,进一步降低负压外置式膜生物反应器的总体能耗水平,使膜生物反应器工艺可以在大型污水处理工程中推广应用。

Description

一种污水处理装置
技术领域
本发明涉及一种污水处理装置,属于水处理技术领域。
背景技术
膜生物反应器(Membrane Bioreactor,MBR)工艺是一种将膜分离技术与传统生物处理技术有机结合的高效污水处理与回用技术。在膜生物反应器系统中,污水中的各类污染物主要通过微生物的生物化学作用加以去除,但与传统生物处理工艺不同的是,膜分离设备替代了二沉池以其高效分离作用使泥水彻底分离,这使得SRT(污泥停留时间或者称之为生物固体停留时间)和HRT(水力停留时间)可以相互独立控制,生化反应池中活性污泥浓度的增大和活性污泥中特效菌的积累,提高了生化反应速率。微生物与水的分离不再通过重力沉淀,而是在压力的驱动下,水分子和部分其他小分子物质能够透过膜,微生物和大分子物质则被膜截留在反应池内,从而使系统获得了优良的出水水质。膜生物反应器工艺基本解决了传统污水处理工艺普遍存在的出水水质不稳定、占地面积大、工艺控制复杂等突出问题,是极具发展潜力的水处理工艺,尤其在污水再生利用方面,膜生物反应器工艺可以将生活污水、城市污水或与之相近的工业废水一步到位地处理成可以作为城市杂用水、工业循环冷却水等用途的优质再生水,目前在全世界范围内正日益受到广泛的学术关注,大规模的工程应用也逐渐增多。
根据膜分离设备的设置位置,膜生物反应器可分为外置式(或称分体式、分置式)膜生物反应器和内置式(或称浸入式、一体式、浸没式)膜生物反应器两大类。
外置式膜生物反应器是膜生物反应器工艺自二十世纪六七十年代诞生后的早期发展形式,是把膜分离设备和生物反应器分开设置,生物反应器中的混合液经循环泵增压后送至膜分离设备的过滤端,在压力作用下混合液中的液体透过膜,成为系统处理出水,固形物、大分子物质等则被膜截留,随浓缩液回流到生物反应器内。外置式膜生物反应器的特点是运行稳定可靠,易于膜的清洗、更换及增设,而且膜通量普遍较大,但一般条件下,为减少污染物在膜表面的沉积,延长膜的清洗周期,需要用循环泵提供较高的膜面错流流速,致使循环泵的水流循环量和所需扬程增大,动力费用增高,吨水能耗高达2-10kWh/m3(千瓦时每立方米),并且泵的高速旋转产生的剪切力会使某些微生物菌体产生失活现象。
内置式膜生物反应器自二十世纪八十年代末发展起来并逐渐成为目前膜生物反应器工艺的主流形式,是把膜分离设备浸没于生物反应器的液位以下,原水进入膜生物反应器后,其中的大部分污染物被混合液中的活性污泥分解或转化,再在抽吸泵提供的负压作用下或者在水位差的作用下由膜过滤出水,曝气系统设置在膜组件下方,一方面给微生物分解有机物提供了所必需的氧气,另一方面利用气提原理,使气水二相流对膜外表面进行水力冲刷,以此来抑制膜面污泥层的沉积。内置式膜生物反应器较之外置式膜生物反应器省去了混合液循环系统,结构更为紧凑,占地面积小,并且靠负压抽吸或者水位差出水,吨水能耗相对较低,降至1-2.4kWh/m3。本发明中生物反应池也可以称为生物反应器。
尽管目前世界上已经投入使用的膜生物反应器实际工程当中,大多数都选用内置式膜生物反应器工艺。但内置式膜生物反应器仍然存在两个突出问题,一是膜分离设备的安装、检修、清洗很不方便,清洗劳动强度大,二是曝气量偏高,气水比为30~40∶1,是目前较为成熟的其他污水生物处理工艺如传统活性污泥法、序批式活性污泥法等工艺的3~4倍,这使得其吨水能耗仍然显著高于其他工艺。同时由于目前膜分离设备的造价又较高,这使得膜生物反应器工艺的基建投资也显著高于其他工艺。以上三个突出问题使得膜生物反应器工艺目前仍然难于替代现有技术而成为水处理领域的主流技术之一。
为了进一步降低内置式膜生物反应器的曝气能耗,并提高膜分离设备安装、检修和清洗的方便程度,近年出现了另外一种外置式膜生物反应器,例如中国专利及专利申请01123900.X、200410039006.6、200510069410.2、200710064736.5。该种类型的膜生物反应器在构型上类似于常规外置式膜生物反应器,所选用的由帘式或束式中空纤维膜组件所组成的膜分离设备浸没于与生物反应器相独立的另外一个较小的专用于安装膜组件的膜滤池(箱)之内,或者仍然选用常规外置式膜生物反应器中常用的由柱式中空纤维膜组件或管式膜组件所组成并带有封闭外壳的膜分离设备,但与常规外置式膜生物反应器不同的是,系统处理出水不再由循环泵增压获得,而是由增设的抽吸泵提供的负压获得,这样循环泵的流量和扬程大幅降低。同时膜滤池(箱)或者带有封闭外壳的膜分离设备之内也设有曝气部件,由于膜组件排布的面积已较之常规内置式膜生物反应器大幅减小,所以气提断面也随之大幅缩小,因此以较小的曝气量就可以在膜组件所安装的区域中得到较高的曝气强度,使气水二相流对膜外表面具有更好的水力冲刷效果,可以较好地抑制膜污染的发展,在一定程度上节约了曝气能耗,这使得系统总体能耗低于常规内置式膜生物反应器,但采用了常规外置式膜生物反应器的外部形式,膜分离设备在生物反应器之外安装,避免了浸没于生物反应器液面以下安装时不易清洗和检修的问题,而且方便了对膜分离设备进行在线化学药剂浸泡清洗,相对于常规内置式膜生物反应器必须通过起吊设备将膜分离设备从生物反应器中吊出后放入外部的药液池进行离线化学药剂浸泡,不但劳动强度大幅降低,而且也能够将清洗药剂的用量降到较低的程度,避免了化学药剂的浪费和处置问题,因此在很大程度上提高了膜分离设备安装、检修和清洗的方便程度。可见,该种型式的膜生物反应器很好地将外置式和内置式两种型式的膜生物反应器有机地结合起来,取各自所长,补各自所短。相对于常规外置式膜生物反应器靠正压获得系统出水,这种新型的外置式膜生物反应器则靠负压获得系统出水,因此二者可以分别称为“正压外置式膜生物反应器”和“负压外置式膜生物反应器”加以区别。
尽管负压外置式膜生物反应器的气水比可以较之常规内置式膜生物反应器下降一半左右,即为15-20∶1,但仍然高于传统活性污泥法等其他污水生物处理工艺的7-10∶1,这主要是由于即便仅在已大幅缩小了气提断面的膜滤池(箱)或者带有封闭外壳的膜分离设备内部通过曝气为膜组件提供表面错流,相应的气水比通常也已高达7-15∶1。由于作为去除有机污染物主要功能单元的生物反应器仍然需要与5-10∶1的气水比相对应的曝气量来完成碳氧化和硝化过程,并且生物反应器也需要曝气作为搅拌手段来实现污水、活性微生物以及氧的充分混合和接触,因此负压外置式膜生物反应器总的曝气量仍然居高不下,这使得其在吨水能耗方面仍然具有一定的劣势,尤其限制了其在大型污水处理工程中的推广应用。
为了进一步降低负压外置式膜生物反应器污水处理系统的运行能耗,本发明人于2008年5月20日提出了中国专利申请200810111976.0,该专利申请在生物反应池内部设置混合设备,生物反应池与膜分离设备或者盛装膜分离设备的容器之间形成混合液的循环流动,从膜分离设备或者盛装膜分离设备的容器回流入生物反应池的浓缩液在混合设备的作用下,与生物反应池内的混合液充分混合,这使得从膜分离设备或者盛装膜分离设备的容器回流的溶解氧浓度较高(一般高达3~5mg/L)的浓缩液在一定程度上补充了生物反应池内的混合液中微生物生化反应所需要的氧气,从而避免了现有其他负压外置式膜生物反应器普遍存在的膜滤池内高强度曝气能耗的浪费现象,这样可以从总体上使得膜生物反应器的气水比下降至12∶1甚至10∶1以下,基本上接近传统活性污泥法等其他污水生物处理工艺,使污水处理系统的运行能耗能够维持在一个较低的水平。但该专利申请还存在以下不足:所述膜分离设备或者盛装膜分离设备的容器和生物反应池通过管路相连通,一般只能通过在该管路上设置循环泵才能实现生物反应池与膜分离设备或者盛装膜分离设备的容器之间形成混合液的循环流动,尽管系统整体的曝气能耗有所降低,但由于生物反应池与膜分离设备或者盛装膜分离设备的容器之间混合液的循环流量一般需高达系统产水流量的10~20倍,因此循环泵的能耗仍然相当可观,整个负压外置式膜生物反应器污水处理系统的整体能耗水平仍然高于常规工艺。
发明内容
本发明的目的是提供一种污水处理装置,采用该装置处理污水可以降低膜生物反应器污水处理系统的运行能耗。
为了实现上述发明目的,本发明采用以下的技术方案:
主要的技术方案为:一种污水处理装置,包括生物反应池和膜滤池,在所述膜滤池内有膜分离设备和曝气设备,所述生物反应池与所述膜滤池有共同的侧壁,在所述共同的侧壁上有第一通孔和第二通孔,第一通孔处有推流设备。
优选地,所述推流设备为潜水搅拌机。
作为对上述主要的技术方案的第一种改进,改进之处在于,所述第一通孔在所述共同的侧壁的上部,所述第一通孔与第一导流管连通,所述第一导流管通向所述生物反应池的下部,所述第二通孔在所述共同的侧壁的下部。
对于第一种改进,优选地,所述第二通孔与第二导流管连通,所述第二导流管的管口朝上,所述第二导流管的管口与所述共同的侧壁的距离大于所述第一导流管的管口与所述共同的侧壁的距离。
对于第一种改进,优选地,所述第一导流管的管口与所述第二导流管的管口分别位于所述生物反应池的两侧。
作为对上述主要的技术方案的第二种改进,改进之处在于,所述膜滤池中有第一隔墙,所述第一隔墙将所述膜滤池分为第一部分和第二部分,所述第一通孔与第一部分相通,所述膜分离设备和所述曝气设备在第二部分内,所述第二通孔与第二部分连通,所述第二通孔在所述共同的侧壁的上部,所述污水处理装置还包括第二导流管,所述第二导流管穿过所述第二通孔,所述第二导流管的在所述第二部分中的管口在膜滤池的底部,所述第一通孔和所述第二通孔位于所述共同的侧壁的两侧。
对于第二种改进,优选地,所述第一通孔在所述共同的侧壁的下部。
对于第二种改进,优选地,所述生物反应池内有混合设备。
作为对上述主要的技术方案的第三种改进,改进之处在于,所述膜滤池中有第一隔墙和第二隔墙,所述膜分离设备和所述曝气设备在所述第一隔墙和所述第二隔墙之间,所述第一隔墙的上部有第三通孔,所述第二隔墙的底部有第四通孔,所述第一通孔在所述共同的侧壁的下部,所述第二通孔在所述共同的侧壁的上部,从上往下看水处理装置,所述第一通孔靠近第三通孔而远离第二通孔,所述第二通孔靠近第四通孔而远离第一通孔。
对于第三种改进,优选地,所述生物反应池内有混合设备。
本发明与现有技术相比,生物反应池和膜滤池之间不再采用管道连通,而是将生物反应池和膜滤池共壁设置,并在共同的侧壁上开设第一通孔和第二通孔,在第一通孔处设置推流设备,推流设备的推流即可以使得生物反应池和膜滤池之间进行液体的交换和循环,可以实现以较低的循环能耗提供较高的循环流量,进一步降低负压外置式膜生物反应器的总体能耗水平,使膜生物反应器工艺可以在大型污水处理工程中推广应用。
附图说明
图1a为本发明的实施例1所述的污水处理装置的平面布置示意图。
图1b为图1a中的A-A处的剖面图。
图1c为图1a中的B-B处的剖面图。
图1d为图1a中的C-C处的剖面图。
图2a本发明的实施例2所述的污水处理装置的平面布置示意图。
图2b为图2a中的A-A处的剖面图。
图2c为图2a中的B-B处的剖面图。
图2d为图2a中的C-C处的剖面图。
图2e为图2a中的D-D处的剖面图。
图3a本发明的实施例3所述的污水处理装置的平面布置示意图。
图3b为图3a中的A-A处的剖面图。
图3c为图3a中的B-B处的剖面图。
图3d为图3a中的C-C处的剖面图。
图3e为图3a中的D-D处的剖面图。
图3f为图3a中的E-E处的剖面图。
附图中各个标记的说明:
1——生物反应池;2——膜滤池;3——膜分离设备;4——曝气设备;5——第一隔墙;6——第一通孔;7——第二通孔;8——推流设备;9——第一导流管;10——第二导流管;11——第二隔墙;12——第三通孔;13——第三隔墙;14——第四通孔。
具体实施方式
下面对上述技术方案进行详细的阐述和说明,并且对于其他涉及的技术细节进行详细的阐述和说明:
一种污水处理装置,包括生物反应池和膜滤池,在所述膜滤池内有膜分离设备和曝气设备,所述生物反应池与所述膜滤池有共同的侧壁,在所述共同的侧壁上有第一通孔和第二通孔,第一通孔处有推流设备。
所述膜分离设备放置于所述膜滤池当中,这样可以使得所述膜分离设备不再像常规内置式膜生物反应器那样被放置在容积远大于其自身体积的生物反应池内,如此可以很方便地直接在膜滤池内对膜分离设备进行在线化学药剂浸泡清洗,以较为彻底地恢复膜分离设备的过滤单元的过滤性能。
所述生物反应池与所述膜滤池有共同的侧壁,在所述共同的侧壁上设有第一通孔和第二通孔,这样不但可以实现混合液在生物反应池和膜滤池之间的循环流动,而且使得整个污水处理装置结构更为紧凑,可以节省占地面积。
在常规的正压外置式膜生物反应器或负压外置式膜生物反应器中,所述膜分离设备或者膜滤池与所述生物反应池均通过两个管路相连通(其中料液供给系统可以称为料液供给管,料液回流系统可以称为料液回流管),并且均在料液供给管上设置循环泵以完成混合液在所述生物反应池和所述膜分离设备或膜滤池之间的循环流动。为了保证外置式膜生物反应器(不管是正压外置式还是负压外置式)的正常运行,生物反应池与膜分离设备或者膜滤池之间混合液的循环流量一般需高达系统产水流量的10~20倍。在常规正压外置式膜生物反应器中,循环泵不但需要提供上述循环流量,而且还必须提供高达0.1~2MPa的跨膜压差以作为获得膜过滤出水的驱动力,因此循环泵的能耗高达2-10kWh/m3。在常规负压外置式膜生物反应器中,循环泵仅需要提供上述循环流量,膜过滤出水靠增设的小功率的抽吸泵提供的负压获得,因此系统整体的能耗下降至1~2kWh/m3甚至更低的水平。但由于二者在生物反应池内均未设置混合设备,从膜分离设备或者膜滤池回流至生物反应池的浓缩液只与生物反应池表层的混合液相混合,未能充分将浓缩液所携带的溶解氧予以利用,因此二者的曝气能耗仍然显著高于传统活性污泥法等传统生物处理工艺。本发明人在2008年5月20日提出的中国专利申请200810111976.0中提出了一种改进的做法,即在生物反应池内部设置混合设备,从膜分离设备或者膜滤池回流入生物反应池的浓缩液在混合设备的作用下,与生物反应池内的混合液充分相混合,这使得从膜分离设备或者膜滤池回流的溶解氧浓度较高(一般高达3~5mg/L)的浓缩液在一定程度上补充了生物反应池内的混合液中微生物生化反应所需要的氧气,从而避免了现有其他负压外置式膜生物反应器普遍存在的膜滤池内高强度曝气能耗的浪费现象,这样可以从总体上使得膜生物反应器的气水比下降至12∶1甚至10∶1以下,基本上接近传统活性污泥法等其他污水生物处理工艺。但由于循环泵仍然需要提供高达系统产水流量10~20倍的循环流量,这使得由于曝气量下降所节省的鼓风机能耗有相当一部分为循环泵所浪费,因此这种新型的负压外置式膜生物反应器污水处理系统总体的运行能耗仍然高于传统活性污泥法等传统生物处理工艺。本发明在所述第一通孔处设有推流设备,采用潜水搅拌机(尤其是液下推流式潜水搅拌机)等大流量、低扬程、低功率的推流设备使生物反应池与膜滤池之间形成混合液的循环流动,实现了以较低的循环能耗提供较高的循环流量,可以在本发明人于2008年5月20日提出的旨在降低曝气能耗的中国专利申请200810111976.0的基础上,进一步降低负压外置式膜生物反应器的总体能耗水平,可以使其单位水量运行能耗降至0.6kW·h/m3甚至更低的水平,基本上接近传统活性污泥法等其他污水生物处理工艺,使膜生物反应器工艺可以在大型污水处理工程中推广应用。
所述推流设备可以采用水处理领域两类设备,即液下推流式潜水搅拌机和射流曝气机,也可以为其他各种新型的推流设备。
所述第一通孔和所述第二通孔可以同处于所述共同的侧壁的上部或下部,也可以分别处于所述共同的侧壁的上部、下部或者下部、上部。作为优选,所述第一通孔和所述第二通孔分别处于所述共同的侧壁的上部、下部或者下部、上部,这样可以使得膜滤池内部避免出现水流的死区。
所述推流设备的推流方向可以朝向所述生物反应池,也可以朝向所述膜滤池。当所述推流设备的推流方向朝向所述膜滤池时,所述膜滤池内的浓缩液通过重力自流回生物反应池,所述生物反应池内的混合液则通过推流设备增压后进入膜滤池内。当所述推流设备的推流方向朝向所述生物反应池时,所述生物反应池内的混合液通过重力自流进入膜滤池内,而膜滤池内的浓缩液则通过推流设备增压后进入生物反应池内。作为优选,所述推流设备的推流方向朝向所述生物反应池。这样可以利用推流设备将膜滤池内的浓缩液增压后进入生物反应池的底部,并使得浓缩液与混合液更好地相混合,从而使得浓缩液所携带的溶解氧更多地补充到生物反应池,可以在一定程度上降低生物反应池的曝气量,节省系统的曝气能耗。
作为对上述主要的技术方案的第一种改进,所述第一通孔在所述共同的侧壁的上部,所述第一通孔与第一导流管连通,所述第一导流管通向所述生物反应池的下部,所述第二通孔在所述共同的侧壁的下部。这样当所述污水处理装置运行时,所述膜滤池内的混合液与曝气设备所扩散出来的气流均为上向流,不但可以有效避免固形物在膜滤池内的沉积,而且混合液在膜滤池的上部被所述推流设备增压后经由所述第一导流管回流至生物反应池的底部,与生物反应池内的混合液充分相混合,从而使得浓缩液所携带的溶解氧更多地补充到生物反应池,可以在一定程度上降低生物反应池的曝气量,节省系统的曝气能耗。
为了避免生物反应池内出现水流的短流,并且使得生物反应池内的流态得到改善,作为优选,所述第二通孔与第二导流管连通,所述第二导流管的管口朝上,所述第二导流管的管口与所述共同的侧壁的距离大于所述第一导流管的管口与所述共同的侧壁的距离。这样在所述第一导流管和第二导流管的共同作用下,生物反应池上部的混合液经由第二导流管穿过第二通孔进入膜滤池,膜滤池内的浓缩液被推流设备增压后穿过第一通孔经由第一导流管回流入生物反应池的底部,与生物反应池底部的混合液充分相混合后,生物反应池底部的混合液则会自动涌向上部,如此形成混合液在生物反应池和膜滤池之间的循环流动,而且水流在生物反应池内的分布也较为均匀。作为更优选,所述第一导流管的管口与所述第二导流管的管口分别位于所述生物反应池的两侧,这样可以使得生物反应池内的水流流态无论在平面上还是竖向上都较为均匀,最大限度地提高生物反应池的空间利用率。
作为对上述主要的技术方案的第二种改进,在所述膜滤池中设有第一隔墙,所述第一隔墙将所述膜滤池分为第一部分和第二部分,所述第一通孔与第一部分连通,所述膜分离设备和所述曝气设备在第二部分内,所述第二通孔与第二部分连通,所述第二通孔在所述共同的侧壁的上部,所述污水处理装置还包括第二导流管,所述第二导流管穿过所述第二通孔,所述第二导流管的在所述第二部分中的管口在膜滤池的底部,所述第一通孔和所述第二通孔位于所述共同的侧壁的两侧。所述第一隔墙的上部有第三通孔,从上往下看水处理装置,所述第一通孔靠近第三通孔而远离第二通孔。这样当所述污水处理装置运行时,在所述膜滤池的第二部分内,即安装有所述膜分离设备和所述曝气设备的区域,混合液与曝气设备所扩散出来的气流均为上向流,不但可以有效避免固形物在膜滤池内的沉积,而且混合液在膜滤池的第二部分的上部经由所述第一隔墙的顶部或者所述第一隔墙上开设的第三通孔跌落入所述膜滤池的第一部分,混合液在所述膜滤池的第一部分内为下向流,当其流至所述膜滤池的第一部分的底部时,被安装在所述第一通孔处的所述推流设备增压后回流至生物反应池的底部,与生物反应池底部的混合液充分相混合,而生物反应池上部的混合液则被所述第二导流管导引入所述膜滤池的第二部分的底部,从而完成混合液在生物反应池和膜滤池之间的循环流动。
所述第一通孔可以位于所述共同的侧壁的上部,也可以位于下部。作为优选,所述第一通孔位于所述共同的侧壁的下部,这样可以将所述膜滤池内第一部分内的混合液直接推流至生物反应池的底部,不需要设置第一导流管与第一通孔连通以对从膜滤池回流入生物反应池的混合液进行流向的导引。此时,所述膜滤池的第一部分实际上起到了第一种改进的技术方案中所述第一导流管的作用。相比之下,在膜滤池内设置第一隔墙的做法较之设置第一导流管的做法在工程实际当中更容易实施。
作为对上述主要的技术方案的第三种改进,在所述膜滤池中设有第一隔墙和第二隔墙,所述第一隔墙和所述第二隔墙将所述膜滤池分为第一部分、第二部分和第三部分,所述第一通孔与第一部分连通,所述第二通孔与第二部分连通,所述膜分离设备和所述曝气设备在第三部分内,所述第一隔墙的上部有第三通孔,所述第二隔墙的底部有第四通孔,所述第一通孔在所述共同的侧壁的下部,所述第二通孔在所述共同的侧壁的上部,从上往下看水处理装置,所述第一通孔靠近第三通孔而远离第二通孔,所述第二通孔靠近第四通孔而远离第一通孔。这样当所述污水处理装置运行时,在所述膜滤池的第三部分内,即安装有所述膜分离设备和所述曝气设备的区域,混合液与曝气设备所扩散出来的气流均为上向流,不但可以有效避免固形物在膜滤池内的沉积,而且混合液在膜滤池的第三部分的上部经由所述第一隔墙的顶部或者所述第一隔墙上开设的第三通孔跌落入所述膜滤池的第一部分,混合液在所述膜滤池的第一部分内为下向流,当其流至所述膜滤池的第一部分的底部时,被安装在所述第一通孔处的所述推流设备增压后回流至生物反应池的底部,与生物反应池底部的混合液充分相混合,而生物反应池上部的混合液则从所述第二通孔自流入所述膜滤池的第二部分,混合液在所述膜滤池的第二部分内为下向流,当其流至所述膜滤池的第二部分的底部时,将经由所述第二隔墙上开设的第四通孔进一步流入所述膜滤池的第三部分的底部,从而完成混合液在生物反应池和膜滤池之间的循环流动。在本改进的技术方案中,所述膜滤池的第一部分和第二部分实际上分别起到了第一种改进的技术方案中所述第一导流管和所述第二导流管的作用。
在前述第二种和第三种改进的技术方案中,由于缺少了所述第一导流管甚至所述第二导流管,所述生物反应池内的水流流态难以在平面上达到较为均匀的状态,为了尽最大可能提高生物反应池的空间利用率,将膜滤池内浓缩液所携带的溶解氧充分地补充到所述生物反应池内,可以在生物反应池内设有混合设备,在混合设备的作用下,浓缩液和混合液可以达到最好的混合效果,尽最大可能降低生物反应池的曝气量。
所述混合设备可以采用水处理领域两类设备,即搅拌设备和机械曝气设备。所述搅拌设备可以为安装于液下的潜水搅拌机,也可以为轴垂直安装的立式搅拌器,也可以为其他各类的搅拌设备。所述机械曝气设备,可以为转刷曝气机或转盘曝气机等轴水平安装型的表面曝气机,也可以为轴垂直安装型的立式表面曝气机,也可以为潜水曝气机等各类水下曝气设备。
按照生物反应池内微生物的生长类型,所述生物反应池可以为悬浮生长型的活性污泥反应器,也可以为附着生长型的生物膜反应器,也可以为既有悬浮生长型的活性污泥又有附着生长型的生物膜的复合反应器。作为优选,所述生物反应池为悬浮生长型的活性污泥反应器。按照反应器内的物料流态,所述生物反应池可以为推流反应器,也可以为完全混合反应器,也可以采用类似于氧化沟(Oxidation Ditch)那样既有推流流态又有完全混合流态的反应器设计。按照反应器的进料方式,所述生物反应池可以为间歇式、半间歇式,也可以为连续式。
所述生物反应池或所述膜滤池平行于水平面的横断面可以为矩形,也可以为圆形、椭圆形或其他任一形状。
所述膜分离设备内部具有一个或者一个以上的过滤单元。所述过滤单元是指具有过滤作用的组件,可以是中空纤维束式膜组件、中空纤维帘式膜组件、板框式平板膜组件、毛细管式膜组件、管式膜组件以及微孔过滤管等水处理领域可以用到的各类过滤单元。
所述膜分离设备可以利用膜滤池内部的液面与其透过液出口之间的液位差实现自流出水,也可以在与其透过液出口相连通的出水泵提供的负压的作用下抽吸出水。作为优选,所述的膜分离设备在与其透过液出口相连通的出水泵提供的负压的作用下抽吸出水。这样当贮存系统最终处理出水的产水贮存池内的液面高于所述膜滤池内的液面或者低于后者的高度差不足以使透过液自流排出时,出水泵可以使得膜分离设备的产水流量更为稳定。作为更优选,连接所述膜分离设备的透过液出口与产水贮存池的管路分为两个支路,其中一个支路与所述出水泵的进水口相连,所述出水泵的出水口通过管路与产水贮存池相连,另一个支路直接与产水贮存池相连。这样两个支路为并联关系,二者之间通过阀门的控制可以相互替换使用。
所述曝气设备可以是由鼓风机提供气源的管状、盘状或其他各类形状的曝气器,也可以是射流式潜水曝气机等各类机械曝气设备。作为优选,所述的为膜滤池提供氧气的曝气设备为由鼓风机提供气源的管状、盘状或其他各类形状的曝气器。生物反应池内部的曝气设备可以为由鼓风机提供气源的管状、盘状或其他各类形状的曝气器,也可以为潜水曝气机、表面曝气机等各类机械曝气设备。
所述曝气设备可以连续工作,也可以间歇工作。当所述曝气设备连续工作时,可以通过实时监测生物反应池或膜滤池内的DO浓度或氧化还原电位(ORP)来动态调整所述曝气设备的频率或其输出的气量,这样可以进一步节省能耗。
在所述污水处理装置的前段可以设有预处理装置,所述预处理装置由格栅、筛网、毛发聚集器、沉砂池、初沉池、调节池、隔油池、pH调整设备、离子交换设备、吸附设备、混凝沉淀设备、气浮设备、厌氧反应设备(包括但不限于水解酸化、升流式厌氧污泥床、颗粒状厌氧污泥膨胀床、内循环反应器等)、高级氧化设备(包括但不限于常温催化氧化、高温催化氧化、光催化氧化、高温湿式氧化等)、电解设备、微波设备之中的任何一个或两个以上构成,用以除去污水中的大块漂浮物、悬浮物、长纤维物质、泥砂、油脂、对微生物有害的重金属以及微生物难以降解的有机污染物,使预处理后的水温保持在10-40℃之间,pH值保持在6-9之间,BOD5(五日生化需氧量)与COD(化学需氧量)的比值保持在0.3以上。预处理后的污水进入生物反应池。
在所述污水处理装置的后段可以设有后处理装置,所述后处理装置由氯化消毒设备(消毒剂包括但不限于氯气、次氯酸钠、二氧化氯等)、紫外线消毒设备、臭氧设备、曝气生物滤池、人工湿地、土壤渗滤系统、稳定塘、水生植物净化塘、吸附设备、混凝沉淀设备、絮凝过滤设备、活性炭设备(活性炭为颗粒状或粉末状,曝气或不曝气)、离子交换设备、超滤设备、纳滤设备、反渗透设备、电渗析设备、电除盐设备之中的任何一个或两个以上构成,用以对膜分离所获得的产水进行进一步的消毒、脱色,或者进一步去除产水中仍然残留的小分子有机物和无机盐。后处理后的产水进入产水贮存池。
优选地,在所述污水处理装置的前段和后段可以同时设有所述的预处理装置和后处理装置。
下面结合附图和实施例,对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
实施例1
如图1a、图1b、图1c、图1d所示,一种污水处理装置,包括生物反应池1和膜滤池2,在膜滤池2内安装有膜分离设备3和曝气设备4,生物反应池1与膜滤池2净宽相等,二者之间设有共同的侧壁5,在共同的侧壁5上有第一通孔6和第二通孔7,在第一通孔6处设有推流设备8,在生物反应池1内有第一导流管9和第二导流管10,第一导流管9与第一通孔6连通,第二导流管10与第二通孔7连通。
生物反应池1的内部净尺寸为5m(米)(宽)×6.5m(长)×3.5m(深),有效水深为3.0m,有效容积为97.5m3。膜滤池2的内部净尺寸为5m(宽)×2.0m(长)×3.5m(深),有效水深为3.0m,有效容积为30.0m3。第一通孔6为直径是400mm的圆洞,洞中心距离生物反应池1和膜滤池2的侧壁500mm,距离二者池底2600mm。第二通孔7为边长是300mm×300mm的方洞,洞中心距离生物反应池1和膜滤池2的另一侧侧壁400mm,距离二者池底350mm。第一导流管9为断面是400mm×400mm的方管,与第一通孔6连接处为一水平管段,在管中心偏离共同的侧壁5距离为800mm处为一90度弯头,然后竖直向下伸向生物反应池1底部,管口距生物反应池1底部距离为200mm。第二导流管10为断面为300mm×300mm的方管,与第二通孔7连接处为一水平管段,在管中心偏离共同的侧壁5距离为6m处为一90度弯头,然后竖直向上伸向生物反应池1上部,管口距正常水面距离为500mm。
膜分离设备3是由中空纤维帘式膜组件过滤单元组成的,共有6个,分2排放置,每排3个,每个膜分离设备3的外形尺寸均为1000mm(长)×1000mm(宽)×1800mm(高),内部集成中空纤维帘式膜组件,中空纤维膜的平均膜孔径为0.4μm,材质为聚偏氟乙烯。
推流设备8为低速潜水推进器,其搅拌叶轮直径260mm,推流速度v=0.4m/s(米每秒),功率0.85kW。本污水处理装置可以配有流量为25m3/h,扬程为10m,功率为1.1kW的出水泵,其吸水口通过管路与膜分离设备3的出水口相连通,另外配有风量为3.30m3/min(立方米每分钟),风压为39.2kPa(千帕),功率为4kW的鼓风机,其出风口通过管路与生物反应池1及膜滤池2内的曝气设备的进风口相连通。
针对混合生活污水,本发明的污水处理装置可以达到的处理能力为20.8m3/h,日处理规模为500m3/d(立方米每天),生物反应池1的水力停留时间约为4.68小时,膜滤池2的水力停留时间约为1.44h,生物反应池1和膜滤池2的总水力停留时间约为6.12h。
当本发明的污水处理装置运行时,系统为连续进水连续出水,生物反应池1内的曝气量为48m3/h,气水比为2.3∶1,膜滤池2内的曝气量为150m3/h,气水比为7.2∶1,生物反应池1与膜滤池2的总曝气量为198m3/h,总气水比为9.5∶1。
经预处理后的污水首先进入生物反应池1,鼓风机提供的压缩空气经生物反应池1内安装的曝气设备扩散出来,使得污水与生物反应池1内的活性污泥混合液充分接触,好氧异养菌对有机物进行生物降解,硝化菌则将污水中的氨氮转化成硝酸盐氮,随后生物反应池1内的活性污泥混合液从其上部进入第二导流管10并经由第二通孔7进入膜滤池2的底部,在出水泵提供的负压作用下,活性污泥混合液由于膜分离设备3的高效分离作用而彻底实现固液分离,净化后的水经由膜分离设备3的出水口被出水泵抽出成为系统处理出水,鼓风机提供的压缩空气经膜滤池2内的曝气设备4扩散出来,膜滤池2内由于气提作用形成上升液流,涌向膜滤池2上部的浓缩液被安装在第一通孔6处的推流设备8推流进入第一导流管9,最终从第一导流管9的伸向生物反应池1底部的管口流出,重新与生物反应池1内的活性污泥混合液相混合,既完成了混合液在生物反应池1和膜滤池2之间的循环流动,同时也将膜滤池2内高强度曝气所形成的富氧水带回入生物反应池1,避免了浓缩液在膜滤池2顶部直接回流入生物反应池1顶部时所造成的损失溶解氧的问题。
实施例2
如图2a、图2b、图2c、图2d、图2e所示,一种污水处理装置,大部分结构与实施例1相同,所不同的是,在膜滤池2内增设有第一隔墙11,第一隔墙11垂直于共同的侧壁5,将膜滤池2分为第一部分和第二部分,第一隔墙11的中心线距离膜滤池2与其平行的两个侧壁内侧的距离分别为1.3m和3.7m,第一隔墙11的顶部位于正常水面以下400mm,第一通孔6与第一部分连通,膜分离设备3和曝气设备4在第二部分内,在生物反应池1内仅有第二导流管10,不再设第一导流管9,第二导流管10为断面是300mm×300mm的方管,在生物反应池1内为一水平管段,其一端距离生物反应池的与共同的侧壁5相对的侧壁300mm,另一端穿过第二通孔7后连接有一90度弯头,然后竖直向下伸向膜滤池2底部,管口距膜滤池2底部的距离为200mm。第一通孔6的洞中心距离生物反应池1和膜滤池2的侧壁500mm,距离二者池底400mm。第二通孔7的洞中心距离生物反应池1和膜滤池2的另一侧侧壁400mm,距离二者池底2600mm。
当本发明的污水处理装置运行时,生物反应池1内的活性污泥混合液从其上部进入第二导流管10并经由第二通孔7进入膜滤池2的第二部分的底部,膜滤池2的第二部分内由于气提作用形成上升液流,涌向膜滤池2的第二部分的上部的浓缩液从第一隔墙11顶部跌落入膜滤池2的第一部分,由此在膜滤池2的第一部分形成下降液流,继而被安装在第一通孔6处的推流设备8直接推流回生物反应池1的底部,重新与生物反应池1内的活性污泥混合液相混合,从而完成混合液在生物反应池1和膜滤池2之间的循环流动。实施例3
如图3a、图3b、图3c、图3d、图3e、图3f所示,一种污水处理装置,大部分结构与实施例1相同,所不同的是,在膜滤池2内增设有第一隔墙11和第二隔墙13,第一隔墙11与第二隔墙13均垂直于共同的侧壁5,将膜滤池2依次分为第一部分、第三部分和第二部分,第一隔墙11的上部设有第三通孔12,第二隔墙13的底部设有第四通孔14,第一隔墙11和第二隔墙13中心线之间的距离为3.2m,二者的中心线距离膜滤池2与其平行的临近的侧壁内侧的距离均为0.9m,第一隔墙11和第二隔墙13的顶部均超出正常水面400mm,第一通孔6与第一部分连通,膜分离设备3和曝气设备4在第三部分内,第二通孔7与第二部分连通,在生物反应池1内不再设有第一导流管9和第二导流管10。第一通孔6的洞中心距离生物反应池1和膜滤池2的侧壁500mm,距离二者池底400mm。第二通孔7为边长是800mm×300mm的矩形洞,洞中心距离生物反应池1和膜滤池2的另一侧侧壁400mm,距离二者池底2750mm,第三通孔12和第四通孔14均为边长是2000mm×300mm的矩形洞,其中第三通孔12的洞中心距离膜滤池2的底部2950mm,第四通孔14的洞中心距离膜滤池2的底部150mm。
当本发明的污水处理装置运行时,生物反应池1内的活性污泥混合液从其上部经由第二通孔7直接自流进入膜滤池2的第二部分的上部,膜滤池2的第三部分内由于气提作用形成上升液流,由此使得膜滤池2的第二部分和第一部分内均形成下降液流,膜滤池2的第二部分内的混合液从第二隔墙13下部的第四通孔14流入膜滤池2的第三部分的底部,涌向膜滤池2的第三部分的上部的浓缩液从第一隔墙11上部的第三通孔12跌落入膜滤池2的第一部分,继而被安装在第一通孔6处的推流设备8直接推流回生物反应池1的底部,重新与生物反应池1内的活性污泥混合液相混合,从而完成混合液在生物反应池1和膜滤池2之间的循环流动。
以上对本发明所提供的污水处理装置进行了详细介绍。本说明书中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述,对于本领域的一般技术人员,依据本发明的思想在具体实施方式及应用范围上可能在实施过程中会有改变之处。因此,本说明书记载的内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种污水处理装置,包括生物反应池和膜滤池,在所述膜滤池内有膜分离设备和曝气设备,其特征在于,所述生物反应池与所述膜滤池有共同的侧壁,在所述共同的侧壁上有第一通孔和第二通孔,第一通孔处有推流设备,所述第一通孔在所述共同的侧壁的上部,所述第一通孔与第一导流管连通,所述第一导流管通向所述生物反应池的下部,所述第二通孔在所述共同的侧壁的下部。
2.根据权利要求1所述的污水处理装置,其特征在于,所述推流设备为潜水搅拌机。
3.根据权利要求1所述的污水处理装置,其特征在于,所述第二通孔与第二导流管连通,所述第二导流管的管口朝上,所述第二导流管的管口与所述共同的侧壁的距离大于所述第一导流管的管口与所述共同的侧壁的距离。
4.根据权利要求3所述的污水处理装置,其特征在于,所述第一导流管的管口与所述第二导流管的管口分别位于所述生物反应池的两侧。
5.一种污水处理装置,包括生物反应池和膜滤池,在所述膜滤池内有膜分离设备和曝气设备,其特征在于,所述生物反应池与所述膜滤池有共同的侧壁,在所述共同的侧壁上有第一通孔和第二通孔,第一通孔处有推流设备,所述膜滤池中有第一隔墙,所述第一隔墙将所述膜滤池分为第一部分和第二部分,所述第一通孔与第一部分相通,所述膜分离设备和所述曝气设备在第二部分内,所述第二通孔与第二部分连通,所述第二通孔在所述共同的侧壁的上部,所述污水处理装置还包括第二导流管,所述第二导流管穿过所述第二通孔,所述第二导流管的在所述第二部分中的管口在膜滤池的底部,所述第一通孔和所述第二通孔位于所述共同的侧壁的两侧。
6.根据权利要求5所述的水处理装置,其特征在于,所述第一通孔在所述共同的侧壁的下部。
7.根据权利要求6所述的水处理装置,其特征在于,所述生物反应池内有混合设备。
8.一种污水处理装置,包括生物反应池和膜滤池,在所述膜滤池内有膜分离设备和曝气设备,其特征在于,所述生物反应池与所述膜滤池有共同的侧壁,在所述共同的侧壁上有第一通孔和第二通孔,第一通孔处有推流设备,所述膜滤池中有第一隔墙和第二隔墙,所述膜分离设备和所述曝气设备在所述第一隔墙和所述第二隔墙之间,所述第一隔墙的上部有第三通孔,所述第二隔墙的底部有第四通孔,所述第一通孔在所述共同的侧壁的下部,所述第二通孔在所述共同的侧壁的上部,从上往下看水处理装置,所述第一通孔靠近第三通孔而远离第二通孔,所述第二通孔靠近第四通孔而远离第一通孔。
9.根据权利要求8所述的水处理装置,其特征在于,所述生物反应池内有混合设备。
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