CN108430938A - 生物膜反应器废水处理模块 - Google Patents

Abstract

一种生物膜反应器废水处理模块，包括：呈柔性的透氧且不透水材料的套管形式的过滤芯，套管的内部限定了空气通道，并且套管螺旋缠绕在大致垂直的中央空气管道周围，空气通过该中央空气管道被引入到套管中，其中在套管的相邻层之间限定了废水通道，并且套管被配置为在其外表面上支撑生物膜以用于处理通过废水通道的废水，并且提供用空气向套管施压的装置，以便空气沿着套管经过并穿过套管的壁并与生物膜接触；壳体，在该壳体中限定在所述过滤芯下面的蓄水箱；以及一个废水通道，使废水可以经过生物膜进行处理；其中所述蓄水箱与所述分配系统液体连通以用于将水从所述蓄水箱返回到所述分配系统以逐步处理所述废水。

Description

生物膜反应器废水处理模块

技术领域

本发明涉及生物膜反应器废水处理模块。

背景技术

先前已经提出使用微生物(细菌)来产生酶，其催化水中不需要的物质的降解以处理污水，如下水道系统。实现这一点的一种方式是通过提供透氧且不透水的膜，在其上支撑生物膜以促进通过膜的废水的有氧处理。该技术已被用于许多不同配置的系统中，其结果各不相同。一些以前的系统一直难以操作和控制，安装昂贵且提供可变的结果。由于需要大量的处理区域以有效地处理废水，并希望最小化所需设备的尺寸，所以过滤芯可以紧密填充，通常在使用过程中造成堵塞。例如，一些先前的布置使用紧密填充的套管，其填充有易于堵塞并且难以清洁的废水。其他布置使用需要手动组装和大处理区域的平面片材。

2003年5月6日发给Zeonon Environmetal Inc.的US3558549描述了一种膜模块，其具有透氧但液体不能渗透的膜，该膜具有氧和缺氧生物膜用于处理废水。尽管该膜可以螺旋缠绕以安装在罐或管中，但鉴于该系统的被动特性，可能难以可靠地将具有不同成分的废水处理成所需的标准。

类似地，2003年6月5日公布的US2003/0104192公开了一种用于从水介质中去除有机物质和/或氮源的设备，该设备具有用于空气通过的片材并且可以螺旋卷绕以形成废水可以通过的缝隙。再一次，鉴于该系统的被动特性，可能难以可靠地将具有不同成分的废水处理成所需的标准。

为了解决堵塞膜的问题，2009年10月8日公布的US2009/0250394提出使用并排布置的平面膜，然而，这种布置可能需要大量的空间来实施。

2015年1月27日发给Emefcy有限公司(Emefcy Group Limited)的US8,940,171涉及使用包括螺旋缠绕的大致水平的废水通道的处理单元，其间层被定义为垂直气流通道。多个相似的单元垂直堆叠以提供足够的处理体积。尽管可以提供更大的处理区域，但是除了废水通道因为必须保持水密性而难以制造以外，由于其小尺寸它易于堵塞，因此维持和控制微生物群体可能是困难的，由此使得难以可靠地控制废水处理系统的处理效果。

发明人已经观察到，将废水通过紧密填充的套管是一种低效率的解决方案，其难以维护并且可以提供可变的结果，特别是因为之前提出的处理系统仅允许单次通过处理系统，因此需要并联多个单元以确保进行充分的处理。而且，大多数有氧系统使用鼓风扇向悬浮生物质供应空气，这可能会降低水泵的效率。

本发明的实例试图解决或至少改善先前的生物膜反应器废水处理模块的一个或多个缺点。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供了一种生物膜反应器废水处理模块，其包括：

过滤芯，呈柔性的透氧且不透水材料的套管形式，所述套管的内部限定了空气通道，并且所述套管螺旋缠绕在大致垂直的中央空气管道周围，空气通过所述空气管道被引入到所述套管中，其中在所述套管的相邻层之间限定了废水通道，所述套管被配置为在其外表面上支撑生物膜以用于处理通过所述废水通道的废水，其中所述套管至少沿其上边缘密封，并且提供用空气向套管施压的装置，以便空气沿着所述套管通过并穿过所述套管的壁并与所述生物膜接触；

壳体，所述过滤芯布置在所述壳体中，所述壳体的下部限定在所述过滤芯下方的蓄水箱；以及

废水分配系统，用于将废水分配到所述过滤芯的上部并进入所述废水通道，使得废水可以经过所述生物膜进行处理；

其中所述蓄水箱与所述分配系统液体连通以用于将水从所述蓄水箱返回到所述分配系统以逐步处理所述废水。

根据本发明的一个优选实施例，所述模块还包括在所述蓄水箱内的入口，处理过的水通过所述入口进行收集以从所述模块排出，所述入口被布置为从所述蓄水箱的上部收集处理过的水。

所述入口在所述蓄水箱内浮动。优选地，所述入口可以选择性地打开以分批处理废水。

优选地，所述模块还包括布置在所述蓄水箱中的再循环泵，其用于将处理过的水返回到所述分配系统。所述过滤芯通过从所述空气管道径向向外延伸的支撑构件被支撑在所述蓄水箱上方。

优选地，所述套管沿着下边缘打开。在其他实施例中，所述套管沿着上、下和最外边缘密封。优选地，所述空气管道形成有与所述套管连通的纵向延伸的狭槽。

在一些实施例中，所述壳体具有由HDPE塑料形成的外部部分。

根据本发明的另一方面，提供了一种包括多个上述类型的模块的废水处理设备。

根据本发明的另一个方面，提供了一种处理废水的批处理方法，包括以下步骤：

提供至少一个上述类型的模块；

用待处理的废水填充模块的蓄水箱；

通过模块循环废水以逐步处理废水；以及

经过预定时间后，从模块排出处理过的水。

优选地，至少5％的所述蓄水箱容积保留在所述蓄水箱中，用于与随后批次中的废水混合。

在一些实施方案中，该方法还可以包括使处理过的水通过澄清器的步骤。在替代实施例中，所述方法还包括允许所述处理过的水沉积在所述蓄水箱中并且从所述蓄水箱的上部排出处理过的水的步骤。

优选地，处理过的水通过漂浮抽出装置排出，所述漂浮抽出装置漂浮在所述蓄水箱内的处理过的水上。

本发明的优选实施例提供了用于处理废水的集成模块，其可以在几乎不需要外部基础设施的情况下独立操作。因此，在现有基础设施不可用时，所述模块可用于与临时住房或定居项目、或灾难恢复情况相关的紧急情况下的偏远位置。

附图说明

参考相应附图，仅通过非限制性示例的方式进一步描述本发明的优选实施例，其中：

图1为本发明一个实施例的生物膜反应器废水处理模块的透视截面图，为清楚起见，移除了过滤芯；

图2为该模块的另一透视截面图，其中，壳体的上部被移除以示出废水分配系统并且原位示出该过滤芯；

图3为模块的截面侧视示意图；

图4为过滤芯的封闭的截面图，示出了空气通道和废水通道；

图5为模块的过滤芯的侧视图；

图6为图5的过滤芯的截面图；以及

图7至图10为图5的过滤芯的不同的截面平面图。

具体实施方式

参考图1，示出了废水处理模块10。模块10使用生物膜反应器来处理废水。

如图1至图3所示，模块10包括过滤芯12(参见图2)，壳体14，废水分配系统16，风扇18形式的用于对过滤芯12施压的装置，以及用于收集处理过的水的蓄水箱20。

过滤芯12呈柔性的透氧且不透水材料的套管13的形式。套管13的内部限定了空气通道(参见图4中的22)。为了形成过滤芯12，套管13螺旋缠绕在中央空气管道24周围，空气通过中央空气管道24被引入到套管13中。废水通道26限定在套管13的相邻层之间，并且套管13被配置为在其外表面上支撑生物膜以用于处理通过所述废水通道26的废水。

套管13至少沿其上边缘密封，并且设有风扇18形式的装置，用于用空气向套管13施压，使得空气沿着套管13通过并穿过套管13的壁与生物膜接触以向生物膜提供氧气，并且在废水通过废水通道26时支持废水的有氧处理。为了向风扇供应空气，在壳体14的上部形成空气入口19。风扇18优选是低压感应风扇，但应该理解的是，也可以使用用于循环空气的其他装置。在另一种形式中，模块10可以简单地设置有加压空气源。

过滤芯12布置在壳体14中。壳体14的下部在过滤芯下方限定了蓄水箱20，在其中可以收集处理过的水。通过从空气管道24径向向外延伸的支撑构件30，过滤芯12可以被支撑在蓄水箱20上方。

壳体14具有由HDPE塑料形成的外部部分，但应该理解，可以同样地使用其他可商购的材料。有利的是，模块10可以形成为密封且整体的单元，具有成本效益并且具有现有的制造技术。可以减少来自模块10的难闻气味，并且模块10可以包括用于操作的所有必要设备，几乎不需要外部基础设施来进行操作。

废水分配系统16配置为用于将废水分配到过滤芯12的上部并进入废水通道26中，使得废水可以经过生物膜进行处理。在一些实施例中，分配系统16分配少量废水，使得模块10可以作为滴式过滤器运行。分配系统16包括在壳体14内并在过滤芯12上方延伸的大致为环形的导管，用于在过滤芯12上大致均匀地分配废水。分配系统16设置有多个喷嘴(未示出)，用于以足够的水速从歧管(未示出)喷洒废水，使得在生物膜生长时进行自我清洁。有利地，可以减少并且可能避免分配系统16和废水通道26的堵塞。

蓄水箱20与分配系统16液体连通，用于将水从蓄水箱20返回到分配系统16以逐步处理废水。就此而言，提供导管32，其在空气管道24内从蓄水箱20向上延伸至分配系统16。再循环泵34布置在蓄水箱20中，用于将处理过的水返回到分配系统16。再循环泵34的操作规范将根据模块10的尺寸、通过废水处理通道26的所需流量和喷嘴处所需的压力来选择。

提供蓄水箱20内的入口(未示出)，通过该入口收集处理过的水以从模块10排出。入口被布置为从蓄水箱20的上部收集处理过的水，并且可以是漂浮入口的形式，其漂浮在蓄水箱内的处理过的水上，以确保从蓄水箱20的最上部收集处理过的水，从而减少从模块10排出的水中的沉积物的量。该入口可选择性地打开以批次处理废水。

在这方面，在操作中，模块10填充有废水，废水通过模块10进行循环并被逐步处理。在预定的时间量过去之后，再循环泵34可以停止，并且水在通过次级泵(未示出)排出之前可以进行沉淀。在另一种形式中，处理过的水可以在再循环泵34已经停止后直接排出，即无需沉淀，并且被转移到澄清器或其他类似装置以帮助去除沉积物。

在使用中，至少5％，优选5％至10％之间的蓄水箱容积被保留在蓄水箱中作为活性污泥用于处理下一批次。有利地，由于用新批次建立微生物群体所需的时间减少，可以改善废水的处理。积聚的污泥的去除可以通过操作再循环泵并转移出口以从模块10排出富含沉淀物的水来进行。应该理解，次级泵也可以配置为用于该用途，还可以为此目的提供另外的泵。或者，模块10可设置有出入口以允许从模块10手动取出污泥。

过滤芯12配置为使得空气沿着空气通道22通过。在一些实施例中，套管13沿着上、下和最外边缘密封，使得空气在风扇18的作用下从空气管道24通过，沿着套管13，穿过膜并到达生物膜。空气管道24形成有与套管13连通的纵向延伸的狭槽25，以便于空气从空气管道24进入套管13。在其他实施例中，套管13沿着最下边缘打开，从而简化了制造过程并且允许空气除了沿着套管13流动之外还从基部的废水排出。

由于套管13的柔韧性，它起到膜囊的作用，即一旦加压就会膨胀。应该理解的是，套管13被配置为当其膨胀时，废水通道26具有足够的空间以允许获得期望的废水流量并实现目标处理体积。如图4所示，空气通道支架36设置在套管13内，以便将空气通道22保持在打开状态。而且，废水通道支架38设置在套管13的相邻层之间，以便将废水通道26保持在打开状态。可以理解的是，废水通道支架38配置为减少由于废水中的沉积物而导致的废水通道的堵塞。

图5至10更详细地说明了过滤芯12。参照图7，可以看到，提供了下板40，下板40具有形成在其中的多个狭槽42，使得水在通过废水通道26进行处理之后可以通过下板。如图9所示，过滤芯12在使用中设置在下板40上。

也可以提供具有形成在其中的多个孔的顶部分配板44，作为用于在过滤芯12的上部分配水的喷射系统的替代方案。通过分配板44，待处理的水可以由泵34简单地向上泵送至分配板44上，使得在过滤芯12之上均匀分布而不需要喷射系统。可以理解，选择孔的数量和尺寸以向过滤芯12提供预定流量的水。

图10示出了过滤芯12的基部46。基部46具有多个支撑件48，在示例中数量为6，虽然可以类似地使用不同数量的支撑件(或者更多或者更少)。支撑件48从中央圆柱部分50延伸，中央圆柱部分50限定了空气管道24的下部部分，泵34可以布置在该中央圆柱部分中。

模块10可以提供几乎不需要外部基础设施的综合废水处理解决方案。模块10可以设置有用于操作风扇18、再循环泵34和次级泵的太阳能电池板(未示出)。再循环泵34和/或次级泵可以被用于将废水抽入模块10中，使得仅需要入口导管或软管就可以将模块10连接到待处理的水源。

模块10可以用作独立单元或者可以组合的多个单元以形成废水处理设备，如果需要额外的处理容量。由于这种模块化的特性，使得用户在建立废水处理设施时具有更大的灵活性，并大大降低了用于调试小型设施的资本支出，所述小型设施可以在以后升级。

本公开的实施例可以提供用于处理废水的集成模块，其可以在几乎不需要外部基础设施的情况下独立操作。因此，在现有基础设施不可用时，所述模块可以用于与临时住房或定居项目或灾难恢复情况相关的紧急情况下的偏远位置。

这些实施例仅通过举例的方式进行了描述，并且在本公开的发明的范围内可以进行修改。

Claims (16)

1.一种生物膜反应器废水处理模块，包括：

过滤芯，呈柔性的透氧且不透水材料的套管形式，所述套管的内部限定了空气通道，并且所述套管螺旋缠绕在大致垂直的中央空气管道周围，空气通过所述空气管道被引入到所述套管中，其中在所述套管的相邻层之间限定了废水通道，所述套管被配置为在其外表面上支撑生物膜以用于处理通过所述废水通道的废水，其中所述套管至少沿其上边缘密封，并且提供用空气向所述套管施压的装置，以便空气沿着所述套管通过并穿过所述套管的壁并与所述生物膜接触；

壳体，所述过滤芯布置在所述壳体中，所述壳体的下部限定了在所述过滤芯下方的蓄水箱；以及

废水分配系统，用于将废水分配到所述过滤芯的上部并进入所述废水通道，使得废水可以经过所述生物膜进行处理；

其中所述蓄水箱与所述分配系统液体连通以用于将水从所述蓄水箱返回到所述分配系统以逐步处理所述废水。

2.根据权利要求1所述的模块，还包括在所述蓄水箱内的入口，处理过的水通过所述入口进行收集以从所述模块排出，所述入口被布置为从所述蓄水箱的上部收集处理过的水。

3.根据权利要求2所述的模块，其中，所述入口在所述蓄水箱内浮动。

4.根据权利要求2或3所述的模块，其中，所述入口可以选择性地打开以批次处理废水。

5.根据前述权利要求中任一项所述的模块，还包括布置在所述蓄水箱中的再循环泵，用于将处理过的水返回到所述分配系统。

6.根据前述权利要求中任一项所述的模块，其中，所述套管沿着上、下和最外边缘密封。

7.根据前述权利要求中任一项所述的模块，其中，用于给所述套管施压的所述装置是风扇。

8.根据前述权利要求中任一项所述的模块，其中，所述过滤芯通过从所述空气管道径向向外延伸的支撑构件被支撑在所述蓄水箱上方。

9.根据前述权利要求中任一项所述的模块，其中，所述空气管道形成有与所述套管连通的纵向延伸的狭槽。

10.根据前述权利要求中任一项所述的模块，其中，所述壳体具有由HDPE塑料形成的外部部分。

11.一种废水处理设备，包括根据前述权利要求中任一项所述的多个模块。

12.一种处理废水的批处理方法，包括以下步骤：

提供根据权利要求1至11中任一项所述的至少一个模块；

用待处理的废水填充所述模块的蓄水箱；

通过所述模块循环废水以逐步处理废水；以及

经过预定时间后，从所述模块排出处理过的水。

13.根据权利要求12所述的方法，其中，至少5％的所述蓄水箱容积保留在所述蓄水箱中，用于与随后批次中的废水混合。

14.根据权利要求12或13的方法，还包括使处理过的水通过澄清器的步骤。

15.根据权利要求12至14中任一项所述的方法，还包括允许所述处理过的水沉积在所述蓄水箱中并且从所述蓄水箱的上部排出所述处理过的水的步骤。

16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述处理过的水通过漂浮抽出装置排出，所述漂浮抽出装置漂浮在所述蓄水箱内的处理过的水上。