CN105036304A - 一种微动力一体化膜法污水再生器及处理工艺 - Google Patents

一种微动力一体化膜法污水再生器及处理工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种微动力一体化膜法污水再生器及处理工艺，包括供电系统及污水处理系统；所述污水处理系统包括调节池、一体化污水处理罐体及虹吸装置；一体化污水处理罐体内设有无泡曝气区及膜生物反应区；无泡曝气区内设有风机、监测设备、曝气设备及曝气池；曝气设备包括若干曝气填料；该曝气填料包括中心座及与中心座内部连通的若干膜结构；该若干膜结构围绕中心座外围周向间隔布置以呈花瓣式结构；该若干曝气填料相互串接以使中心座内部相互连通且形成过气通道；膜生物反应区内设有膜组件；虹吸装置包括中间水箱和密闭式的收集池。本发明具有曝气效率高，有效节省能源，适用范围广的优点。

Description

一种微动力一体化膜法污水再生器及处理工艺
技术领域
本发明涉及一种微动力一体化膜法污水再生器及处理工艺。
背景技术
无泡曝气膜生物反应器(MembraneAerationBiofilmReactor，MABR)，由中空纤维膜填料部分和水流部分组成。中空纤维膜不仅向生物膜供氧，同时又是附着生物膜的载体。纯氧或空气通过中空纤维膜的微孔为生物膜进行无泡曝气，在中空纤维膜的外侧形成的生物膜与废水充分接触，废水中所含的有机物被生物膜吸附和氧化分解，从而使废水得到净化。MABR是一种新型的反应器，其显著特点是无泡供氧，即将供氧压强控制在泡点(曝气时纤维膜壁上产生气泡的最低气体压强)以下，供氧过程中没有肉眼可见的气泡形成，可以提高曝气效率。但是常规无泡曝气膜生物反应器的中空纤维膜丝为简单的布置，如《无泡曝气膜生物反应器去除高氨氮废水的试验研究》(刘鹏飞，朱文亭，刘旦玉等，给水排水2006，32(8)，48-51)中公开的无泡曝气膜生物反应器，存在填充密度不高、曝气效率低的缺陷，且需要发电机，风机等耗能设备，耗较高。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供了一种微动力一体化膜法污水再生器及处理工艺，曝气效率高，有效节省能源，适用范围广。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案之一是：
一种微动力一体化膜法污水再生器，包括供电系统及污水处理系统；所述污水处理系统包括调节池、无泡曝气区、膜生物反应区及虹吸装置；
调节池内的水通过输水管路进入一体化处理罐体；
无泡曝气区内设有风机、监测设备、曝气设备及曝气池；该风机、监测设备及曝气设备通过输气管路连通，监测设备设在风机与曝气设备之间；曝气设备包括若干曝气填料，该曝气填料包括中心座及与中心座内部连通的若干膜结构，该若干膜结构围绕中心座外围周向间隔布置以呈花瓣式结构；该若干曝气填料相互串接以使中心座内部相互连通且形成过气通道；风机产生的气体由输气管路依次经过监测设备、中心座进入膜结构并通过膜结构向曝气池中曝气；
膜生物反应区内设有用于固液分离的膜组件，所述无泡曝气区之部分曝气设备延伸至膜生物反应区内；
虹吸装置包括通过输水管路连通的中间水箱和密闭式的收集池；中间水箱与膜生物反应区高度齐平且通过输水管路相互连通；收集池高度低于膜生物反应区；膜生物反应区与中间水箱均通过设有第一阀门的输水管路连通外部水源；膜生物反应区与中间水箱间设有第二阀门；膜生物反应区与收集池间设有第三阀门；收集池上设有出气口，出气口上设有第四阀门，出气口通过输气管路分别连通膜生物反应区内的曝气设备及风机；出气口与膜生物反应区内曝气设备间设有第五阀门；出气口与风机间设有第六阀门。
一实施例中：所述曝气填料包括气母管及若干中空膜丝，该气母管即构成上述之中心座，该中空膜丝即为上述之膜结构，该若干中空膜丝围绕气母管外围周向间隔布置构成上述之花瓣式结构；每一中空膜丝弯曲呈U型且其两端均与气母管连通以使中空膜丝内部与气母管内部连通；每一曝气填料之气母管上端口直接或通过连接管与上一个曝气填料之气母管下端口连通，最上方的曝气填料之气母管上端口与输气管路连通，最下方的曝气填料之气母管下端口装接有一堵头。
一实施例中：所述曝气填料包括母接管及若干膜单元，该母接管即构成上述之中心座；该膜单元即为上述之膜结构，该若干膜单元围绕母接管周向间隔设置构成上述之花瓣式结构；该膜单元包括气母管及若干中空膜丝；气母管与母接管内部连通；每一中空膜丝弯曲呈U型且其两端均与气母管连通以使中空膜丝内部与气母管内部连通；中空膜丝中部的弯曲段通过一固定结构固定在膜单元之自由端；每一曝气填料之母接管上端口直接或通过连接管与上一个曝气填料之母接管下端口连通，最上方的曝气填料之母接管上端口直接或通过连接管与输气管路连通，最下方的曝气填料之母接管下端口装接有一堵头。
一实施例中：所述无泡曝气区及膜生物反应区均设在污水处理罐内以构成一体化污水处理罐体。
一实施例中：所述中空膜丝为纤维膜制成，该纤维膜由从内到外的疏水层、支撑层、亲水层依次层合在一起形成；所述中空膜丝的膜孔径小于3μm。
一实施例中：所述曝气设备包括若干相互并联的曝气填料组，每一曝气填料组包括至少两个相互串接的曝气填料；所述监测设备为至少两个，各一曝气填料组对应各一监测设备。
一实施例中：所述曝气设备还包括普通填料，普通填料设于曝气填料之上方。
一实施例中：所述收集池与膜生物反应区的高度差为至少5m；所述膜组件为低压膜组件。
一实施例中：所述监测设备为转子式或气体流量计式；所述供电系统为太阳能供电系统，包括太阳能发电机与蓄电池；所述风机电接蓄电池。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案之二是：
一种微动力一体化膜法污水再生器的处理工艺，曝气量为气水比10～15；曝气方式为间歇曝气，每次曝气30～40min，每天总共曝气6～12h；曝气填料与普通填料个数比例为2:1，曝气填料与普通填料呈矩阵分布，相邻曝气填料、相邻普通填料、相邻的曝气填料与普通填料间的间距均为200mm；中空膜丝之比表面积大于600cm2/cm3；无泡曝气区容积负荷为0.6～1.0m3/(m2·d)；一体化污水处理罐体处理水量0～500m3/d。
本技术方案与背景技术相比，它具有如下优点：
1.本发明的曝气填料采用了纤维膜制成的中空膜丝，在曝气的同时，纤维膜还可以作为微生物生长的载体，利用微生物摄取污水中的污染物作为营养来净化废水，曝气还可以为附着在膜上的微生物供氧，相比传统不具有曝气功能的普通填料净化废水的效率更高。
2.常规曝气往往形成大量的空气泡，空气泡上升到水体表面，扩散到大气中，氧气的利用率低，而本发明的曝气填料的中空膜丝的膜孔径小于3μm，孔径小，产生的气泡小，且实际操作时可以将供氧压强控制在泡点(曝气时纤维膜壁上产生气泡的最低气体压强)以下，使得供氧过程中没有肉眼可见的气泡形成，以实现无泡曝气，无泡曝气能够使得大部分的氧气转化为水体中的溶解氧，水中溶氧能达到0.5-4mg/L，大大提高氧气利用率，氧气传质效率高，节约能源。
3.曝气填料中若干膜结构围绕中心座外围周向间隔布置以呈花瓣式结构，填充密度高，提高了气体的利用率，进一步提高曝气效率。
4.本发明在风机与曝气填料之间设有监测设备，通过观察监测设备可以实时了解填料的运行情况。
5.本发明采用太阳能发电供给无泡曝气，采用虹吸排水，充分利用太阳能及重力势能，节省水泵，减少电能使用，具有微动力的优点，节约能耗；适用于山地、郊区等远离城市的农村偏远地方水处理，也可用于城市缺地区域，还可以通过多层建造方式，用于可建楼的污水处理厂站。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1为本发明的一种微动力一体化膜法污水再生器示意图。
图2为本发明实施例1中的曝气填料剖面示意图。
图3为本发明实施例1中的曝气填料侧视示意图。
图4为本发明实施例1中的曝气填料俯视示意图。
图5为本发明实施例2中的曝气填料侧视示意图。
图6为本发明实施例2中的曝气填料俯视示意图。
图7为本发明实施例3中的曝气填料整体外观示意图。
图8为本发明实施例3中的膜单元结构示意图。
图9为本发明实施例3中相互串接的曝气填料示意图。
附图标记：供电系统10，太阳能发电机11，蓄电池12；污水处理系统20，调节池21，一体化污水处理罐体22，风机221，监测设备222，曝气填料223，气母管2231、2231’，中空膜丝2232、2232’，连接管2233、2233’，母接管2234，膜单元2235，固定结构2236；膜组件224，普通填料225；虹吸装置23，中间水箱231，收集池232，第一阀门a，第二阀门b，第三阀门c，第四阀门d，第五阀门e，第六阀门f。
具体实施方式
下面通过实施例具体说明本发明的内容：
请查阅图1，一种微动力一体化膜法污水再生器，包括供电系统10及污水处理系统20；所述供电系统10为太阳能供电系统，包括太阳能发电机11与蓄电池12；所述污水处理系统20包括调节池21、一体化污水处理罐体22及虹吸装置23；调节池21内的水通过输水管路进入一体化处理罐体22；一体化污水处理罐体22内设有无泡曝气区及膜生物反应区；无泡曝气区内设有风机221、监测设备222、曝气设备及曝气池；该风机221、监测设备222及曝气设备通过输气管路连通；所述风机221电接蓄电池12；曝气设备包括若干相互并联的曝气填料组，每一曝气填料组包括至少两个相互串接的曝气填料223；所述监测设备222为至少两个，设在风机221与曝气填料组之间；各一曝气填料组对应各一监测设备222；该曝气填料223包括中心座及与中心座内部连通的若干膜结构，该若干膜结构围绕中心座外围周向间隔布置以呈花瓣式结构；每一曝气填料组中相互串接的曝气填料223之中心座内部相互连通且形成过气通道；风机221产生的气体由输气管路依次经过监测设备222、中心座进入膜结构并通过膜结构向曝气池中曝气；膜生物反应区内设有用于固液分离的膜组件224，所述无泡曝气区之部分曝气设备延伸至膜生物反应区内；
虹吸装置23包括通过输水管路连通的中间水箱231和密闭式的收集池232；中间水箱231与膜生物反应区高度齐平且通过输水管路相互连通；收集池232高度低于膜生物反应区；膜生物反应区与中间水箱231均通过设有第一阀门a的输水管路连通外部水源；膜生物反应区与中间水箱231间设有第二阀门b；膜生物反应区与收集池232间设有第三阀门c；收集池232上设有出气口，出气口上设有第四阀门d，出气口通过输气管路分别连通膜生物反应区内的曝气设备及风机221；出气口与膜生物反应区内曝气设备间设有第五阀门e；出气口与风机221间设有第六阀门f。
本实施例之中，所述曝气填料223包括气母管2231及若干中空膜丝2232，该气母管2231即构成上述之中心座，该中空膜丝2232即为上述之膜结构，该若干中空膜丝2232围绕气母管2231外围周向间隔布置构成上述之花瓣式结构；每一中空膜丝2232弯曲呈U型且其两端均与气母管2231连通以使中空膜丝2232内部与气母管2231内部连通；且中空膜丝2232两端与气母管2231之连通处位于同一层面，即中空膜丝2232弯曲呈U型后U型之两臂位于同一层(如图3-4所示)；每一曝气填料组中，每一曝气填料223之气母管2231上端口直接或通过连接管2233与上一个曝气填料223之气母管2231下端口连通，最上方的曝气填料223之气母管2231上端口与输气管路连通，最下方的曝气填料223之气母管2231下端口装接有一堵头。
本实施例之中，所述中空膜丝2232为纤维膜制成，作为微生物生长的载体，该纤维膜由从内到外的疏水层、支撑层、亲水层依次层合在一起形成，且所述中空膜丝2232的膜孔径小于3μm，孔径小，实际操作时将供氧压强控制在泡点(曝气时纤维膜壁上产生气泡的最低气体压强)以下，使得供氧过程中没有肉眼可见的气泡形成，以实现无泡曝气，提高氧气利用率，在曝气的同时为附着在膜上的微生物供氧，利用微生物摄取污水中的污染物作为营养来净化废水。
本实施例之中，所述曝气设备中可以全部设为曝气填料223，也可以包括不带有曝气功能的普通填料225，普通填料225设于曝气填料223之上方；这样，运行时，根据需要，可以使无泡曝气区整个区域都曝气，也可以使无泡曝气区上部不曝气而下部曝气，可以节约曝气量，降低能耗。
本实施例之中，所述收集池232与膜生物反应区的高度差为至少5m，以形成充分的重力势能，便于中间水箱231中的水进入收集池232。
所述膜组件224为低压膜组件，孔径较大，抽取水时所需的压力较低，可以是微滤形式或超滤形式，优选微滤形式。
本实施例之中，所述监测设备222可以为转子式，即监测设备222内有转子，当气流通过的时候，转子可以转动，如果中空膜丝2232堵塞，不能透气，则转子不动；如果转子转动迅速，说明气体流量很大，说明中空膜丝2232有可能破损；通过观察转子的转动，可以了解曝气填料223运行情况。所述监测设备222也可以为气体流量计式，根据气体流量计的监测观察，可以据此推断中空膜丝2232的污染堵塞或破损情况：中空膜丝2232破损，则气体流量大；中空膜丝2232污染堵塞，则气体流量很小；曝气填料223正常运行，则气体流量在正常范围内。
本实施例实际使用时，通过太阳能供电系统供电，待处理的水，经调节池21收集、调节，然后进入一体化污水处理罐体22，首先在无泡曝气区进行生化处理，风机221产生的气体由输气管路依次经过监测设备222进入曝气填料223之气母管2231、通过气母管2231进入中空膜丝2232，再通过中空膜丝2232上的膜孔向曝气池中曝气，提高水中的溶解氧，消除水体的缺氧状态，强化水体的自净作用；中空膜丝2232本身作为微生物附着生长的载体，利用微生物的作用进一步加强对待处理的水的净化作用；之后进入膜生物反应区进行固液分离，分离后的水通过虹吸装置排出至收集池232；曝气量为气水比10～15；曝气方式为间歇曝气，每次曝气30～40min，每天总共曝气6～12h；曝气填料与普通填料个数比例为2:1，曝气填料与普通填料呈矩阵分布，相邻曝气填料、相邻普通填料、相邻的曝气填料与普通填料间的间距均为200mm；无泡曝气区容积负荷为0.6～1.0m3/(m2·d)；一体化污水处理罐体处理水量0～500m3/d；
其中，虹吸过程如下：
启动：开启阀门a，b，闭合阀门c，从阀门a上通过外部水源手动用水灌满整个输水管路，直到中间水箱231的水位和膜生物反应区内的水位平齐；
运行：闭合b，闭合a，开启c、d、e，这时膜生物反应区内的水，将在重力势能作用下，虹吸到收集池232中，收集池232中的空气，在水流压力下，通过阀门e被挤压到膜生物反应区底部，作为膜生物反应区内曝气设备曝气的补充，增大该区域的曝气量，曝气量增大也可使该区的水位上升，增大液位差，有利于增强虹吸出水；当收集池232空气空间变小，所需压出压力升高时，闭合e、开启f，利用风机221的抽吸为收集池232收水提供能量，增强虹吸动力，将收集池232水位达到一定高度后，停止；
停止：闭合c，开启b；下次运行时，闭合b，开启c，即可实现虹吸出水。
实施例2
请查阅图5-图6，本实施例与实施例1所不同之处在于，中空膜丝2232两端与气母管2231之连通处位于不同层面，即中空膜丝2232弯曲呈U型后U型之两臂一臂在上层一臂在下层。其余同实施例1。
实施例3
请查阅图7至图9，本实施例与实施例1所不同之处在于，所述曝气填料223包括母接管2234及若干膜单元2235，该母接管2234即构成上述之中心座；该膜单元2235即为上述之膜结构，该若干膜单元2235围绕母接管2234周向间隔设置构成上述之花瓣式结构；该膜单元2235包括气母管2231’及若干中空膜丝2232’；气母管2231’与母接管2234内部连通；每一中空膜丝2232’弯曲呈U型且其两端均与气母管2231’连通以使中空膜丝2232’内部与气母管2231’内部连通；中空膜丝2232’中部的弯曲段通过一固定结构2236固定在膜单元2235之自由端；每一曝气填料组中，每一曝气填料223之母接管2234上端口直接或通过连接管2233’与上一个曝气填料223之母接管2234下端口连通，最上方的曝气填料223之母接管2234上端口直接或通过连接管2233’与输气管路连通，最下方的曝气填料223之母接管2234下端口装接有一堵头。实际在无泡曝气区进行生化处理时，风机221产生的气体由输气管路依次经过监测设备222进入曝气填料223之母接管2234、通过母接管2234进入各膜单元2235之气母管2231’，通过气母管2231’进入中空膜丝2232’，再通过中空膜丝2232’上的膜孔向曝气池中曝气，提高水中的溶解氧，消除水体的缺氧状态，强化水体的自净作用；中空膜丝2232’本身作为微生物附着生长的载体，利用微生物的作用进一步加强对废水的净化作用；曝气量为气水比10～15；曝气方式为间歇曝气，每次曝气30～40min，每天总共曝气6～12h；曝气填料与普通填料个数比例为2:1，曝气填料与普通填料呈矩阵分布，相邻曝气填料、相邻普通填料、相邻的曝气填料与普通填料间的间距均为200mm；中空膜丝之比表面积大于600cm2/cm3；无泡曝气区容积负荷为0.6～1.0m3/(m2·d)；一体化污水处理罐体处理水量0～500m3/d。其余操作方法同实施例1。
以上所述，仅为本发明较佳实施例而已，故不能依此限定本发明实施的范围，即依本发明专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖的范围内。

Claims (10)

1.一种微动力一体化膜法污水再生器，其特征在于：包括供电系统及污水处理系统；所述污水处理系统包括调节池、无泡曝气区、膜生物反应区及虹吸装置；
调节池内的水通过输水管路进入一体化处理罐体；
无泡曝气区内设有风机、监测设备、曝气设备及曝气池；该风机、监测设备及曝气设备通过输气管路连通，监测设备设在风机与曝气设备之间；曝气设备包括若干曝气填料，该曝气填料包括中心座及与中心座内部连通的若干膜结构，该若干膜结构围绕中心座外围周向间隔布置以呈花瓣式结构；该若干曝气填料相互串接以使中心座内部相互连通且形成过气通道；风机产生的气体由输气管路依次经过监测设备、中心座进入膜结构并通过膜结构向曝气池中曝气；
膜生物反应区内设有用于固液分离的膜组件，所述无泡曝气区之部分曝气设备延伸至膜生物反应区内；
虹吸装置包括通过输水管路连通的中间水箱和密闭式的收集池；中间水箱与膜生物反应区高度齐平且通过输水管路相互连通；收集池高度低于膜生物反应区；膜生物反应区与中间水箱均通过设有第一阀门的输水管路连通外部水源；膜生物反应区与中间水箱间设有第二阀门；膜生物反应区与收集池间设有第三阀门；收集池上设有出气口，出气口上设有第四阀门，出气口通过输气管路分别连通膜生物反应区内的曝气设备及风机；出气口与膜生物反应区内曝气设备间设有第五阀门；出气口与风机间设有第六阀门。
2.根据权利要求1所述的一种微动力一体化膜法污水再生器，其特征在于：所述曝气填料包括气母管及若干中空膜丝，该气母管即构成上述之中心座，该中空膜丝即为上述之膜结构，该若干中空膜丝围绕气母管外围周向间隔布置构成上述之花瓣式结构；每一中空膜丝弯曲呈U型且其两端均与气母管连通以使中空膜丝内部与气母管内部连通；每一曝气填料之气母管上端口直接或通过连接管与上一个曝气填料之气母管下端口连通，最上方的曝气填料之气母管上端口与输气管路连通，最下方的曝气填料之气母管下端口装接有一堵头。
3.根据权利要求1所述的一种微动力一体化膜法污水再生器，其特征在于：所述曝气填料包括母接管及若干膜单元，该母接管即构成上述之中心座；该膜单元即为上述之膜结构，该若干膜单元围绕母接管周向间隔设置构成上述之花瓣式结构；该膜单元包括气母管及若干中空膜丝；气母管与母接管内部连通；每一中空膜丝弯曲呈U型且其两端均与气母管连通以使中空膜丝内部与气母管内部连通；中空膜丝中部的弯曲段通过一固定结构固定在膜单元之自由端；每一曝气填料之母接管上端口直接或通过连接管与上一个曝气填料之母接管下端口连通，最上方的曝气填料之母接管上端口直接或通过连接管与输气管路连通，最下方的曝气填料之母接管下端口装接有一堵头。
4.根据权利要求1所述的一种微动力一体化膜法污水再生器，其特征在于：所述无泡曝气区及膜生物反应区均设在污水处理罐内以构成一体化污水处理罐体。
5.根据权利要求2或3所述的一种微动力一体化膜法污水再生器，其特征在于：所述中空膜丝为纤维膜制成，该纤维膜由从内到外的疏水层、支撑层、亲水层依次层合在一起形成；所述中空膜丝的膜孔径小于3μm。
6.根据权利要求2或3所述的一种微动力一体化膜法污水再生器，其特征在于：所述曝气设备包括若干相互并联的曝气填料组，每一曝气填料组包括至少两个相互串接的曝气填料；所述监测设备为至少两个，各一曝气填料组对应各一监测设备。
7.根据权利要求6所述的一种微动力一体化膜法污水再生器，其特征在于：所述曝气设备还包括普通填料，普通填料设于曝气填料之上方。
8.根据权利要求1所述的一种微动力一体化膜法污水再生器，其特征在于：所述收集池与膜生物反应区的高度差为至少5m；所述膜组件为低压膜组件。
9.根据权利要求1所述的一种微动力一体化膜法污水再生器，其特征在于：所述监测设备为转子式或气体流量计式；所述供电系统为太阳能供电系统，包括太阳能发电机与蓄电池；所述风机电接蓄电池。
10.根据权利要求7所述的一种微动力一体化膜法污水再生器的处理工艺，其特征在于：曝气量为气水比10～15；曝气方式为间歇曝气，每次曝气30～40min，每天总共曝气6～12h；曝气填料与普通填料个数比例为2:1，曝气填料与普通填料呈矩阵分布，相邻曝气填料、相邻普通填料、相邻的曝气填料与普通填料间的间距均为200mm；中空膜丝之比表面积大于600cm2/cm3；无泡曝气区容积负荷为0.6～1.0m3/(m2·d)；一体化污水处理罐体处理水量0～500m3/d。
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