CN103922468A - 一种低能耗无曝气生活污水再利用装置 - Google Patents

Abstract

一种低能耗无曝气生活污水再利用装置，其主要是：设有搅拌器的厌氧反应器壳体底部设有进水管和排泥和放空管，壳体内设有外导流罩，在外导流罩下面内设内导流罩，在壳体上盖设有排气孔，在壳体上部外延部分设有内外竖直挡板，一端与外竖直挡板外侧相连的排水管路另一端与膜组件进水口相连，膜组件上部设有净水出口，膜组件浓水排放管路一个支管与浓水排放口相连，另一个浓水支管与壳体上盖的进水管相连，在壳体内设有PH/ORP/温度监测仪的传感器。液位自动控制系统由压力传感器、液位控制器、电动执行器、污水泵及电磁阀组成，压力传感器放置在反应器中。本发明处理掉生活污水既能达标，又能保留生活污水中氮磷钾等营养物质。

Description

一种低能耗无曝气生活污水再利用装置

技术领域

本发明涉及一种生活污水再利用装置。

背景技术

当前，农业水资源缺乏和城市生活污水痕量微污染物存在的危害成为我国资源领域的严峻问题，采用生活污水灌溉开辟一条城市污水处置和农业用水的途径是我国解决这些问题的关键所在。但是，生活污水灌溉存在很大的问题，灌溉的水质严重超标、污水处理工艺水平低、污水灌溉管理工作混乱、污水灌溉只求面积的发展、污水灌溉相应的技术以及科研工作严重滞后。为了科学的进行生活污水进行农田的灌溉，当务之急是要形成城市与农业之间合理物质能量循环体系，统筹兼顾，优化配置。在生活污水处理的现有技术中，大多数采用传统的厌氧技术加好氧工艺的方法。厌氧处理机理大致分为三个阶段：第一阶段是水解酸化阶段，生活污水中复杂的大分子、不溶性有机物在细菌胞外酶的作用下经过发酵细菌分解分别转化为氨基酸、葡萄糖和甘油等水溶性的小分子有机物、溶解性有机物，然后，渗入细胞体内，分解产生挥发性有机酸、醇、醛类等。第二阶段是产氢产乙酸阶段。包括两次的酸化过程。在产氢产乙酸细菌的作用下，发酵细菌将小分子有机物进一步转化为两类简单有机物，一类为能被甲烷细菌直接利用的有机物，如丙酸、丁酸、乳酸、乙酸等。不完全厌氧消化或酸发酵结束。另一类是产氢产乙酸细菌将继续分解有机物，进一步转化为氢气和乙酸。第三阶段是产甲烷阶段。产甲烷细菌将甲酸、乙酸、甲胺、甲醇和二氧化碳、氢气等基质通过不同的路径转化为甲烷，其中最重要的为乙酸、二氧化碳和氢气。这个过程由两组生理上不同的产甲烷菌完成，一组把氢和二氧化碳转化为甲烷，另一组从乙酸或乙酸盐脱酸产生甲烷。随着厌氧机理的不断发展，研究内容不断深入，应用于生活污水或低浓度难降解污水处理的厌氧工艺也在不断的改进创新，从普通的厌氧池到厌氧膨胀颗粒污泥床（EGSB）、厌氧内循环反应器（IC）。厌氧处理工艺的处理效果不断增强、稳定性提高、抗冲击负荷不断增强、使用范围得到扩大。与此同时，现有厌氧技术的弊端也逐渐浮现，比如单相厌氧反应器中产甲烷菌和产酸菌在同一系统中完成消化过程，但是两者的特性和生存环境要求有很大的不同，不可能实现最佳的处理效果状态。

发明内容

本发明的目的在于提供一种既能解决传统厌氧反应器的处理效果不易达到生活污水处理标准的问题，同时又能保留生活污水中氮磷钾等营养物质的一种低能耗无曝气生活污水再利用装置。

本发明主要包括：厌氧反应器、膜组件、泵、流量计及阀门。其中，厌氧反应器有上下端封闭的圆筒形壳体，壳体底部设有通过蠕动泵与配水罐相连的进水管，该壳体底部还设有通过排泥泵与外界相连的排泥和放空管。最好壳体底部设有上端与壳体内壁相连便于排泥的倒截锥形内底，进水管、排泥管与内底通孔相连。壳体上盖中部设有搅拌轴穿过的通孔，该搅拌轴上端与传动机构及电动机相连，下端与搅拌叶片相连，该搅拌叶片位于壳体中部。在反应器壳体内设有与其有间隙的圆筒形外导流罩，其开口小的上端固定在壳体上盖上，其开口大的下端为自由端。在外导流罩下面内设与其有间隙的内导流罩该内导流罩顶端封闭，下端敞开，通过连接筋与壳体上盖或外导流罩相连。最好内导流罩上部与外导流罩形状相似，下部近似呈鼓形。所述内外导流罩与壳体构成气液固三相分离器。该三相分离器可将生物气自反应器顶部导出，厌氧污泥自动滑落沉降至反应器底部，废水从澄清区出水。这样不仅能够减少厌氧污泥流失，提高反应器内厌氧污泥浓度，还能减少出水中污泥含量和污泥粘度，进而有效减轻膜污染。在壳体上盖设有排气孔，其通过排气管道与气体流量计及气体贮存机构相连。最好在排气管道上设有水封箱，该水封箱有一个封闭的中空壳体，反应器排气管道穿过水封箱壳体顶部通孔插到水封箱下部，出气管与水封箱顶板上的通孔相连，水封箱底部设有带阀的放空管。最好水封箱上部设有带盖的检查孔。在反应器壳体上部大于下部内径的外延部分设有环形内竖直挡板，其上端与壳体上盖相连，下自由端与壳体周壁有间隙；在内竖直挡板外侧与上部壳体壁之间设有环形外竖直挡板，其下端固定在反应器外延的壳体壁上，上自由端高于内竖直挡板的下端边。在反应器壳体壁上部的外竖直挡板外侧设有排水口，最好附设取样口，一端与外竖直挡板外侧相连的排水管路上设有蠕动泵、电磁阀、螺杆泵和变频转换器，该管路另一端与膜组件进水口相连，膜组件上部设有经膜过滤的净水出口，与该出口相连的净水管路上设有流量计、输水泵，另一端与净水储水箱相连。上述膜组件主要是截留厌氧污泥，并回流至主体反应器中，以增加主体反应器中污泥浓度，同时进一步去除水中悬浮物以及大颗粒物质，保证良好的出水水质。最好在壳体出水管上设一端与其相连的回流支管，该设有止回阀的支管另一端与膜组件净水出水管相连，使未达标净水返回到膜组件重新净化，为防止出水管的原水未经膜组件直接排除，最好在该管路上设止回阀。上述膜组件浓水排放管路一个支管与浓水排放口相连，另一个浓水支管与反应器壳体上盖的进水管相连，该浓水支管上设有压力表、背压阀、液体流量计。最好在该浓水支管上设一端与其相连的分管，该分管另一端与反应器壳体原水排水管路相连。

在壳体内设有PH/ORP/温度监测仪的传感器，其通过导线与设在壳体外的监测仪相连。液位自动控制系统由压力传感器、液位控制器（数显仪表）、电动执行器、污水泵及电磁阀组成。压力传感器放置在反应器中，其余部分设在反应器壳体外，传感器把压力（液体深度）信号送给液位控制器，由液位控制器控制电动执行器，带动污水泵和电磁阀进行工作。根据待控液体的深度确定数显仪表的极限位置，分为上限和下限。上限和下限可以控制中间继电器，由中间继电器控制电动执行器工作，带动电磁阀和污水泵进行液位自动调节。

该装置设有药物清洗和反冲洗机构，其中药物清洗机构有贮存配制好药液的药液箱，与其配合的药液泵出口通过设有阀门的药液管路与膜组件进水口相连，药液回流管路为两条，一条从浓水回流支管引出进入药液箱，另一条从膜组件净水回流支管引出进入药液箱。反冲洗机构有与净水储存箱相连的反冲洗泵，该反冲洗泵的出水口与设有阀门的反冲洗管路一端相连，该反冲洗管路另一端与膜组件净水出口相连。在膜组件进水口前部设有反冲洗排水管及阀门。

本发明装置的工作过程大致如下：储存在配水箱中的待处理废水经蠕动泵2由反应器底部进入，自下向上通过反应器；可以通过调节蠕动泵转速来改变流量，进而改变废水在反应器的停留时间（HRT）。反应器出来的原水经蠕动泵17、螺杆泵19和可变式变频器20进入管式膜组件。跨膜压力（TMP）由背压阀（直动式）25来动态调整。流量计29和30用来测定进水和出水流量。压力表23用来测定压力。酸碱度/氧化还原电位/温度测控仪用来测定反应器中pH、碱度、氧化还原电位（ORP）和温度。运行温度使用加热和冷却循环系统控制；液位自动控制系统用来控制反应器（AnMBR）中的液位。运行方式采用次临界通量运行，即在一定的操作条件下，使膜通量维持在临界通量以下，来获得反应器的稳定运行。临界通量即保持一个恒定的膜通量，低于此值运行时，操作压力保持稳定，没有显著的膜污染产生；而当膜通量高于此值运行时，操作压力急剧升高，膜污染随之迅速上升。临界通量采用通量阶梯式递增法进行测量。即在一定的操作条件下，控制反应器在恒定的低通量下连续运行，观测操作压力ΔP在一定时间段ΔT (至少 10 min)内的变化，若ΔP保持稳定，可认为此时的通量低于临界通量，再使膜通量增加一个阶量，重复上述试验。通过逐步提高膜通量，当反应器刚好高于某个通量运行时，ΔP急剧变化，不能稳定运行，可认为此时的通量已高于临界通量。当反应器无论如何调整操作压力ΔP（即已达到操作压力上限）时，膜通量均高于临界通量（即设计膜通量），此时需要进行反冲洗。采用等压冲洗和化学清洗（CIP）的组合式脉冲方法。等压冲洗即关闭膜组件净水出水阀41，全开背压阀25，使原水以快于正常工作状态时的流速冲刷膜表面，去除污垢。化学清洗是用药液泵将药液箱内的清洗液经药液管路送入膜组件进水口，对膜组件进行清洗和浸泡，靠化学药品的作用去除膜表面的污垢，以恢复膜的产水能力，维持设计流量要求。当膜组件内外两侧的压差达到设定的反冲洗差压，控制系统会发出反冲洗指令，逐组冲洗管式膜组件，每次自动在线冲洗60~300s。反冲洗时关闭进水阀17和19，启动反冲洗泵，将净水箱中的水从净水排放口打入膜组件，使净水按正常过滤的反方向透过膜，冲刷掉膜表面的污染物，并使其从浓水排放口和膜组件进水口处所设的反冲洗排水管及阀门排出。反冲洗后，马上进行等压冲洗，能更有效地将被截留的污染物排出。可以反冲与正冲同时进行，大大加强了管式膜的再生效果。在冲洗部分管式膜组件时，其余的管式膜组件仍然处于过滤工作状态，从而保证了处理水量基本保持不变。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

    1、本发明取消了传统生活污水处理工艺中的曝气装置，采用厌氧反应器与耦合膜过滤，使出水可以达到GB5084-2005的农田灌溉标准，实现出水再利用，经过本发明的处理后的城市生活污水含有大量的氮、磷、钾等有机营养物质，还含有部分植物生长必须的微量元素，如铜、锌、锰等。这些营养物质经处理后控制在一定的范围内进入农田，可以促进作物生长，改良土壤，提高作物产量，达到了资源的综合利用。还可实现对生活污水中痕量微污染物最大限度的去除，回收污水中有用的氮磷资源和系统中的能源（CH₄）。

2、将厌氧反应器与管式膜组件联合应用，占地空间较少，减少占地面积1/3~3/4，节约土地资源。

3、减少能量供给，节省能耗，节约运行成本30%~40%。

4、本发明产泥率低、减少剩余污泥量30~60%。

5、本发明无曝气设备，无需鼓风机，很大程度上减少噪音。

6、本发明无需进行颗粒污泥的培养，操作管理方便，同时处理效果好。在其他厌氧反应器中，如升流式厌氧污泥床（UASB）、厌氧折流板（ABR）等，反应器中的污泥需为颗粒污泥。而颗粒污泥培养条件苛刻，如废水中营养元素和微量元素要充足，液体上升流速需要控制在2.5～3.0m/d之间，由絮状污泥作为种泥的初次启动时，污泥负荷率应控制在0.1～0.25kgCOD/(kgVSS·d)，温度应控制在33℃～41℃。且在反应器运行过程中，要不断投加无机絮凝剂或高聚物、细微颗粒物如粘土、陶粒、颗粒活性炭等惰性物质和金属离子等。而在本发明中，无需这些苛刻的运行条件，无需进行颗粒污泥培养，反应器中保持良好的絮状厌氧污泥即可。且有膜的截留作用，本发明效果要好于其他厌氧装置，如UASB，ABR等。本发明处理生活污水，在进水COD为500mg/L时，出水COD为22.5 ± 6.9mg/L，COD去除率为95.5%，而UASB去除率为79.8%，ABR去除率为76.6%。

 

附图说明

图1是本发明的主视示意简图。

图2是本发明水封箱主视剖面示意简图。

图3是本发明液位控制系统示意简图。

图4是图3中数显仪表及压力传感器连接示意简图。

图中：1-完全混合式厌氧反应器，2-进水管，3-管式膜组件，4-pH、ORP和温度检测探头，5-pH和ORP检测探头，6-蠕动泵，7-排泥、放空管，8-内导流罩，9-外导流罩，10-搅拌器，11-水封箱，12-取样口，13-膜组件支架，14-浓水排放口15-净水排放口，16-排泥泵，17-蠕动泵，18-电磁阀，19-螺杆泵，20-可变式变频器，21-止回阀，22-螺杆泵，23-压力表，24-液体流量计，25-背压阀，26-气体流量计，27-配水箱，28-三相分离器，29-进水流量计，30-出水流量计，31-液位自动控制系统，32-内底，33-内竖直挡板，34-外竖直挡板，35-药液箱，36-净水储存箱，37-药液泵，38-反冲洗泵，39-药液阀门，40-化学药剂清洗回流阀门，41-膜组件出水阀门，42-药液回流阀门，43-清水反冲洗阀门，44-反洗出水口阀门，45-反洗出水口，46-反应器排气管，47-出气管，48-放空管，49-检查孔，50-压力传感器，51-液位控制器，52-电动执行器，53-污水泵及电磁阀。

具体实施方式

 在图1所示的一种低能耗无曝气生活污水再利用装置的主视示意简图中，厌氧反应器有上下端封闭的圆筒形壳体，壳体底部设有通过蠕动泵与配水罐相连的进水管，该壳体底部还设有通过排泥泵与外界相连的排泥和放空管。壳体底部设有上端与壳体内壁相连的倒截锥形内底，进水管、排泥管与内底通孔相连。壳体上盖中部设有搅拌轴穿过的通孔，该搅拌轴上端与传动机构及电动机相连，下端与搅拌叶片相连，该搅拌叶片位于壳体中部。在反应器壳体内设有与其有间隙的圆筒形外导流罩，其开口小的上端固定在壳体上盖上，其开口大的下端为自由端。在外导流罩下面内设与其有间隙的内导流罩该内导流罩顶端封闭，下端敞开，通过连接筋与壳体上盖或外导流罩相连。内导流罩上部与外导流罩形状相似，下部近似呈鼓形。所述内外导流罩与壳体构成气液固三相分离器。在壳体上盖设有排气孔，其通过排气管道与气体流量计及气体贮存机构相连。在排气管道上设有水封箱，如图2所示，该有机玻璃水封箱有一个封闭的中空壳体，反应器排气管道穿过水封箱壳体顶部通孔插到水封箱下部，出气管与水封箱顶板上的通孔相连，水封箱底部设有带阀的放空管。水封箱上部设有带盖的检查孔。在反应器壳体上部大于下部内径的外延部分设有环形内竖直挡板，其上端与壳体上盖相连，下自由端与壳体周壁有间隙；在内竖直挡板外侧与上部壳体壁之间设有环形外竖直挡板，其下端固定在反应器外延的壳体壁上，上自由端高于内竖直挡板的下端边。在反应器壳体壁上部的外竖直挡板外侧设有排水口，并附设取样口，一端与外竖直挡板外侧相连的排水管路上设有蠕动泵、电磁阀、螺杆泵和变频转换器，该管路另一端与膜组件进水口相连，膜组件上部设有经膜过滤的净水出口，与该出口相连的净水管路上设有流量计、输水泵，另一端与净水储水箱相连。在壳体出水管上设一端与其相连的回流支管，该设有止回阀的支管另一端与膜组件净水出水管相连，在该管路上设止回阀。上述膜组件浓水排放管路一个支管与浓水排放口相连，另一个浓水支管与反应器壳体上盖的进水管相连，该浓水支管上设有压力表、背压阀、液体流量计。在该浓水支管上设一端与其相连的分管，该分管另一端与反应器壳体原水排水管路相连。

在壳体内设有PH/ORP/温度监测仪的传感器，其通过导线与设在壳体外的监测仪相连。液位自动控制系统如图3所示由压力传感器、液位控制器（数显仪表）、电动执行器、污水泵及电磁阀组成。压力传感器放置在反应器中，其余部分设在反应器壳体外，根据待控液体的深度确定数显仪表的极限位置，分为上限和下限，如图4所示。

该装置设有药物清洗和反冲洗机构，其中药物清洗机构有贮存配制好药液的药液箱，与其配合的药液泵出口通过设有阀门的药液管路与膜组件进水口相连，药液回流管路为两条，一条从浓水回流支管引出进入药液箱，另一条从膜组件净水回流支管引出进入药液箱。反冲洗机构有与净水储存箱相连的反冲洗泵，该反冲洗泵的出水口与设有阀门的反冲洗管路一端相连，该反冲洗管路另一端与膜组件净水出口相连。在膜组件进水口前部设有反冲洗排水管及阀门。

Claims (8)

1.一种低能耗无曝气生活污水再利用装置，其特征在于：厌氧反应器有上下端封闭的圆筒形壳体，壳体底部设有通过蠕动泵与配水罐相连的进水管，该壳体底部还设有通过排泥泵与外界相连的排泥和放空管，壳体上盖中部设有搅拌轴穿过的通孔，该搅拌轴上端与传动机构及电动机相连，下端与搅拌叶片相连，该搅拌叶片位于壳体中部，在反应器壳体内设有与其有间隙的圆筒形外导流罩，其开口小的上端固定在壳体上盖上，其开口大的下端为自由端，在外导流罩下面内设与其有间隙的内导流罩，该内导流罩顶端封闭，下端敞开，通过连接筋与壳体上盖或外导流罩相连，在壳体上盖设有排气孔，其通过排气管道与气体流量计及气体贮存机构相连，在反应器壳体上部大于下部内径的外延部分设有环形内竖直挡板，其上端与壳体上盖相连，下自由端与壳体周壁有间隙；在内竖直挡板外侧与上部壳体壁之间设有环形外竖直挡板，其下端固定在反应器外延的壳体壁上，上自由端高于内竖直挡板的下端边，一端与外竖直挡板外侧相连的排水管路上设有蠕动泵、电磁阀、螺杆泵和变频转换器，该管路另一端与膜组件进水口相连，膜组件上部设有经膜过滤的净水出口，与该出口相连的净水管路上设有流量计、输水泵，另一端与净水储水箱相连，上述膜组件浓水排放管路一个支管与浓水排放口相连，另一个浓水支管与反应器壳体上盖的进水管相连，该浓水支管上设有压力表、背压阀、液体流量计；在壳体内设有PH/ORP/温度监测仪的传感器，其通过导线与设在壳体外的监测仪相连，液位自动控制系统由压力传感器、液位控制器、电动执行器、污水泵及电磁阀组成，压力传感器放置在反应器中，其余部分设在反应器壳体外。

2.根据权利要求1所述的低能耗无曝气生活污水再利用装置，其特征在于：该装置设有药物清洗和反冲洗机构，其中药物清洗机构有贮存配制好药液的药液箱，与其配合的药液泵出口通过设有阀门的药液管路与膜组件进水口相连，药液回流管路为两条，一条从浓水回流支管引出进入药液箱，另一条从膜组件净水回流支管引出进入药液箱；反冲洗机构有与净水储存箱相连的反冲洗泵，该反冲洗泵的出水口与设有阀门的反冲洗管路一端相连，该反冲洗管路另一端与膜组件净水出口相连，在膜组件进水口前部设有反冲洗排水管及阀门。

3.根据权利要求2所述的低能耗无曝气生活污水再利用装置，其特征在于：反应器壳体壁上部的外竖直挡板外侧的排水口附设取样口。

4.根据权利要求2所述的低能耗无曝气生活污水再利用装置，其特征在于：壳体底部设有上端与壳体内壁相连的倒截锥形内底，进水管、排泥管与内底通孔相连。

5.根据权利要求2所述的低能耗无曝气生活污水再利用装置，其特征在于：在排气管道上设有水封箱。

6.根据权利要求2所述的低能耗无曝气生活污水再利用装置，其特征在于：在壳体出水管上设一端与其相连的回流支管，该设有止回阀的支管另一端与膜组件净水出水管相连，在该管路上设止回阀。

7.根据权利要求2所述的低能耗无曝气生活污水再利用装置，其特征在于：在该浓水支管上设一端与其相连的分管，该分管另一端与反应器壳体原水排水管路相连。

8.根据权利要求2所述的低能耗无曝气生活污水再利用装置，其特征在于：内导流罩上部与外导流罩形状相似，下部近似呈鼓形。