CN108975489A - 基于物联网的一体式mbbr-mbr耦合污水处理系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及基于物联网的一体式MBBR‑MBR耦合污水处理系统，包括通过管路依次连接的进水容器、进水蠕动泵、MBBR反应器、出水蠕动泵、第一电动阀门、出水容器，MBBR反应器内设置膜组件，膜组件包括膜丝及“门”字型冲洗管路，还包括MBBR水质检测模块、系统运行参数监测模块、控制处理模块，MBBR水质检测模块、系统运行参数监测模块、压力记录仪将检测的数据经过数据处理模块处理后发送到通信模块，通信模块将处理后的数据发送到控制处理模块，控制处理模块将数据通过通信模块上传到物联网云平台，物联网云平台与管理终端通信连接；本发明能提高反应系统处理污水的能力，且对系统内部各个子系统的实际情况进行实时监测。

Description

基于物联网的一体式MBBR-MBR耦合污水处理系统

技术领域

本发明属于污水处理技术领域，尤其涉及基于物联网的一体式MBBR-MBR耦合污水处理系统。

背景技术

传统的污水处理各单元相互独立，没有根据各自的运行状况相互调节，使整个系统相对孤立，污水处理的自动化和信息化程度较低，相互隔离沟通存在障碍。随着我国城镇化的不断推进，物联网技术的不断完善和普及，污水处理的自动化和数据化成为将来发展的趋势。全球各地都在发展建设智慧城市，随着物联网、大数据、云计算及移动互联网等新技术不断融入传统行业的各个环节，新兴技术和智能工业的不断融合，污水处理也将迎来崭新的时代，全面应用新科技和互联网思维是当前能源管理部门促进和带动能源管理现代化、提升公共服务能力、保障能源可持续发展的必然选择。

MBR是膜分离技术与活性污泥法的结合，它是通过活性污泥来去除水中可生物降解的污染物，然后采用膜将净化后的水和活性污泥进行固液分离。可是在MBR中总氮去除率低及膜污染的问题却不可避免。近年来，随着污水处理厂出水水质要求的不断提高，很多学者开始寻求耦合工艺来改善MBR的弊端，其中移动床生物膜反应器(MBBR)因其独特的优点使其成为MBR较为合适的耦合工艺。MBBR是综合了活性污泥法和生物膜法两者的优点并在此基础上发展起来的一种高效的污水处理工艺，通过向反应器中投加一定数量的悬浮载体，提高反应器的生物量及生物种类，从而提高其中的处理效率。两者结合弥补各自的不足，强化处理效果。因此，针对MBBR与MBR反应器的弊端，利用彼此的优势互相弥补进行耦合，并基于物联网技术实时检测MBBR-MBR耦合系统中各个子系统的实际运行状况，具有重要的现实意义。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种针对MBBR与MBR反应器的弊端，利用彼此的优势互相弥补进行耦合，并基于物联网技术实时检测MBBR-MBR耦合系统中各个子系统的实际运行状况的一体式MBBR-MBR耦合污水处理系统。

本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：

基于物联网的一体式MBBR-MBR耦合污水处理系统，包括通过管路依次连接的进水容器、进水蠕动泵、MBBR反应器、出水蠕动泵、第一电动阀门、出水容器，所述MBBR反应器的底部设有空气扩散器，并通过曝气泵向空气扩散器内泵入气体，所述MBBR反应器内设置膜组件，所述膜组件包括若干根膜丝及“门”字型冲洗管路，所述膜丝两端分别水平插入冲洗管路并与之固定连接，所述膜组件通过与冲洗管路固定连接的竖直固定管路与MBBR反应器顶板固定连接，在出水蠕动泵与固定管路之间的管路上通过三通管路连接反冲洗蠕动泵，反冲洗蠕动泵通过管路连接反冲洗水箱，反冲洗蠕动泵与反冲洗水箱之间的管路上设有第二电动阀门，所述固定管路顶部设有压力记录仪；

还包括MBBR水质检测模块、系统运行参数监测模块、控制处理模块，所述MBBR水质检测模块分别对溶解氧DO、酸碱度PH、氨氮浓度、硝氮浓度、混合液悬浮固体浓度MLSS、污泥粒径、固体悬浮物浓度SS、总有机碳浓度、粘度进行检测，所述系统运行参数监测模块分别通过系统配备的蠕动泵设置参数反馈监测MBBR水力停留时间、MBBR进水水量，压力记录仪反馈跨膜压差，所述MBBR水质检测模块、系统运行参数监测模块、压力记录仪将检测的数据经过数据处理模块处理后发送到通信模块，通信模块将处理后的数据发送到控制处理模块，控制处理模块将数据通过通信模块上传到物联网云平台，物联网云平台与管理终端通信连接；

所述控制处理模块包括存储器和处理器，所述存储器中预先存储污水处理系统运行正常时的水质参数范围及系统运行参数范围，当采集到的任意一个水质参数或系统运行参数出现超阈值情况时，处理器驱动报警模块报警，所述处理器并将故障信息通过通信模块发送至物联网云平台,并由物联网云平台向管理终端进行故障提醒；

并且，当压力记录仪中监测的跨膜压差大于正常参数上限值，所述处理器控制第一电动阀门关闭，第二电动阀门打开，并控制所述反冲洗蠕动泵对膜组件进行反冲水工作。

需要说明的是，所述溶解氧测定采用溶解氧哈希DO电极、酸碱度测定采用哈希PH电极，混合液悬浮固体浓度MLSS、污泥粒径、固体悬浮物浓度SS采用在线浊度仪TS-726测定，氨氮硝氮浓度由WTW硝氮/氨氮在线测量仪VARiON plus测定，Sievers M9TOC在线测定仪测定总有机碳浓度，粘度在线监测仪实时监测反应器内部污水的粘度。

并且，所述MBBR水质检测模块中的检测电极或者探头经防水处理后可拆卸的安装在反应器内部；控制处理模块及通信模块一体化设置，并安装在MBBR反应器外壁。

所述MBBR反应器外壁上均设有报警模块，且位于MBBR反应器外壁上的报警模块采用声音报警器或者闪光报警器。

所述MBBR反应器内的悬浮载体采用聚氨酯海绵。

所述管理终端包括电脑终端和手机终端；所述报警模块还包括网页报警提示、短信报警提示，在电脑终端通过网页端报警，在手机端通过短信报警。

本发明的优点和积极效果是：

1、本发明膜组件内置于MBBR反应器当中，以竖板的形态平行于反应器两壁插入流动的污水中,与反应器中污水的迹线平行，不但减小了反应器中聚氨酯海绵转动的阻力，避免了因为需要提供足够的动力而导致溶解氧过高、反硝化差等问题，同时聚氨酯海绵会不断地与膜组件面板进行碰撞，不断破坏着膜丝表面的滤饼层污染，延缓了膜污染的进程，大大的增长膜组件的使用寿命；

2、本发明通过实时检测了解、分析、控制工艺流程中各个环节，积累数据形成数据库，可以后续开发智能处理核心，实现MBBR-MBR耦合系统的自动化和智能化，从而为污水处理工艺系统从简单的数据监测向故障诊断、智能分析等深层次应用转变提供支持。

附图说明

以下将结合附图和实施例来对本发明的技术方案作进一步的详细描述，但是应当知道，这些附图仅是为解释目的而设计的，因此不作为本发明范围的限定。此外，除非特别指出，这些附图仅意在概念性地说明此处描述的结构构造，而不必要依比例进行绘制。

图1为本发明实施例提供的一体式MBBR-MBR耦合污水处理装置的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的污水处理系统的电路连接示意图；

图3为本发明实施例提供的MBBR反应器出水及反冲洗部分的结构示意图；

图中：

1、进水容器 2、进水蠕动泵 3、MBBR反应器

4、出水蠕动泵 5、第一电动阀门 6、出水容器

7、空气扩散器 8、曝气泵 9、膜丝

10、冲洗管路 11、固定管路 12、反冲洗蠕动泵

13、反冲洗水箱 14、第二电动阀门 15、压力记录仪

16、聚氨酯海绵

具体实施方式

首先，需要说明的是，以下将以示例方式来具体说明本发明的具体结构、特点和优点等，然而所有的描述仅是用来进行说明的，而不应将其理解为对本发明形成任何限制。此外，在本文所提及各实施例中予以描述或隐含的任意单个技术特征，仍然可在这些技术特征(或其等同物)之间继续进行任意组合或删减，从而获得可能未在本文中直接提及的本发明的更多其他实施例。需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

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组合。

下面就结合图1至图3来具体说明本发明。

实施例1

图1为本发明实施例提供的一体式MBBR-MBR耦合污水处理装置的结构示意图；图2为本发明实施例提供的污水处理系统的电路连接示意图；图3为本发明实施例提供的MBBR反应器出水及反冲洗部分的结构示意图；如图1～3所示，本实施例提供的基于物联网的一体式MBBR-MBR耦合污水处理系统，包括通过管路依次连接的进水容器1、进水蠕动泵2、MBBR反应器3、出水蠕动泵4、第一电动阀门5、出水容器6，所述MBBR反应器3的底部设有空气扩散器7，并通过曝气泵8向空气扩散器7内泵入气体，所述MBBR反应器3内设置膜组件，所述膜组件包括若干根膜丝9及“门”字型冲洗管路10，所述膜丝9两端分别水平插入冲洗管路10并与之固定连接，所述膜组件通过与冲洗管路10固定连接的竖直固定管路11与MBBR反应器3顶板固定连接，在出水蠕动泵4与固定管路11之间的管路上通过三通管路连接反冲洗蠕动泵12，反冲洗蠕动泵12通过管路连接反冲洗水箱13，反冲洗蠕动泵12与反冲洗水箱13之间的管路上设有第二电动阀门14，所述固定管路11顶部设有压力记录仪15；

还包括MBBR水质检测模块、系统运行参数监测模块、控制处理模块，所述MBBR水质检测模块分别对溶解氧DO、酸碱度PH、氨氮浓度、硝氮浓度、混合液悬浮固体浓度MLSS、污泥粒径、固体悬浮物浓度SS、总有机碳浓度、粘度进行检测，所述系统运行参数监测模块分别通过系统配备的蠕动泵设置参数反馈监测MBBR水力停留时间、MBBR进水水量，压力记录仪反馈跨膜压差，所述MBBR水质检测模块、系统运行参数监测模块、压力记录仪将检测的数据经过数据处理模块处理后发送到通信模块，通信模块将处理后的数据发送到控制处理模块，控制处理模块将数据通过通信模块上传到物联网云平台，物联网云平台与管理终端通信连接；

所述控制处理模块包括存储器和处理器，所述存储器中预先存储污水处理系统运行正常时的水质参数范围及系统运行参数范围，当采集到的任意一个水质参数或系统运行参数出现超阈值情况时，处理器驱动报警模块报警，所述处理器并将故障信息通过通信模块发送至物联网云平台,并由物联网云平台向管理终端进行故障提醒；

并且，当压力记录仪中监测的跨膜压差大于正常参数上限值，所述处理器控制第一电动阀门关闭，第二电动阀门打开，并控制所述反冲洗蠕动泵对膜组件进行反冲水工作。

其中，通信模块支持多种通信方式，包括3G/GPRS、以太网、Zigbee及WIFI；具体的，在本实施例中，处理器可采用ARM处理器等市场上常见的处理器。

需要说明的是，所述溶解氧测定采用溶解氧哈希DO电极、酸碱度测定采用哈希PH电极，混合液悬浮固体浓度MLSS、污泥粒径、固体悬浮物浓度SS采用在线浊度仪TS-726测定，氨氮硝氮浓度由WTW硝氮/氨氮在线测量仪VARiON plus测定，Sievers M9TOC在线测定仪测定总有机碳浓度，粘度在线监测仪实时监测反应器内部污水的粘度。

并且，为了方便拆卸及防水，所述MBBR水质检测模块中的检测电极或者探头经防水处理后可拆卸的安装在反应器内部；控制处理模块及通信模块一体化设置，并安装在MBBR反应器外壁。

所述MBBR反应器外壁上均设有报警模块，且位于MBBR反应器外壁上的报警模块采用声音报警器或者闪光报警器，可以现场提醒工作人员进行故障查看。

更进一步来讲，还可以在本发明中考虑，所述MBBR反应器内的悬浮载体采用聚氨酯海绵16，聚氨酯海绵具备更高的机械强度，容易形成更加丰富的生物群落，使反应器内部具备更高的生物丰富度，强化了生物降解的效果，同时也增加的传质的效率；并且在MBBR反应器内远离空气扩散器的角落固定设置一斜板，可避免形成死角；与此同时水中的水质在线检测设备实时监测水中的溶解氧浓度，根据溶解氧浓度可以更好的实时改变曝气泵的曝气量，从而使反应器内部的聚氨酯海绵处于流态的状态下，增加传质效率,有效的避免了因为在微生物不同阶段细胞活性不同造成水中粘滞力增大，形成聚氨酯海绵载体沉积、微生物大量死亡脱落的现象。

需要指出的是，所述管理终端包括电脑终端和手机终端；所述报警模块还包括网页报警提示、短信报警提示，在电脑终端通过网页端报警，在手机端通过短信报警；例如，在网页端根据具体情况设置不同的报警显示方式，如超越参数范围最大值显示为橙色，低于参数范围最小值显示为红色。

作为举例，在本发明的MBBR反应器内部，由于MBBR水质检测模块与物联网系统的存在，MBBR内部的脱氮能力得到实时的反馈，当污水处理系统内部的水质变差：氨氮、硝氮等含量大幅度变化时，可以通过调节进水情况改变进水的无机盐含量、C源营养物与曝气强度，具体的是：通过进水蠕动泵改变进水流量，从而改变单位时间内MBBR反应器内部的营养液注入量，从而改变无机盐和C源的含量，无机盐与C源可提前配置好并加入到进水容器中，从调节MBBR-MBR系统内部环境，改善水质。例如：当系统中出水氨氮升高，即微生物的硝化作用减弱，更多的氨氮无法没被氧化为硝态氮，此时系统可通过空气扩散器增加曝气，并增加MBBR进水蠕动泵的进水量，增加C源提供电子进行氧化，随着硝化作用的增强，可以根据MBBR水质检测模块的反馈逐渐减小进水与曝气强度，使得MBBR中聚氨酯海绵载体以流态的形式稳定运行，从而水质得到改善。

在本发明中，容易造成膜污染的水质因素有：SMP(溶解性有机物)、EPS(胞外聚合物)，SMP(溶解性有机物)对于膜组件的危害是致命的，是造成膜组件永久性污染的重要原因，这是因为水质中的SMP(溶解性有机物)在膜组织运行初期过高，造成膜微孔的阻塞。由于底物浓度、有毒外源物、温度以及污泥停留时间长短会影响SMP的生成，在本实施例中，使用的人工合成废水，所以底物浓度是影响SMP的主要因素，且底物使用葡萄糖配置，即TOC(总有机碳浓度)成为反馈SMP的最重要指标，当系统TOC升高势必会使得反应器内部的SMP增加，通过水质检测模块与物联网系统的反馈，通过对系统内部的水质情况进行调节，例如，增加曝气强度，提高系统内部的物质传质效率，增加膜丝周围水的扰动，使得膜丝相互碰撞，减缓了膜污染进程及减缓对膜组件的永久性污染，并且将反应器内部实时运行状况传达至管理终端，由终端管理人员安排检测员进行取样检测SMP真实浓度，从而有效降低膜组件的永久性污染的概率。

水质检测模块与反冲洗管路，大大增加膜丝寿命。由于EPS(胞外聚合物)是造成膜组件污染的主要原因，EPS(胞外聚合物)在膜组件表面形成滤饼层，从而减少膜通量，增加了TMP(跨膜压差),膜组件使用寿命大幅度减少，EPS由多糖和蛋白构成，所以EPS在水中非常难容，多数以聚团的形式存在水中，大量的EPS抱团会造成污水中的粘度大幅度增加，当粘度在线监测仪反馈到粘度大幅度增加时，即做出EPS增多判定，当水中的EPS(胞外聚合物)增加时，分别通过系统配备的蠕动泵设置流量参数来改变HRT(水力停留时间)、SRT(污泥停留时间)，快速改变水中的水质条件，降低反应器内部的EPS(胞外聚合物)，从而延长了膜组件的使用寿命；此外，当膜组件的TMP(跨膜压差)大于正常运行范围最大值时，反冲洗蠕动泵将反向转动进行膜组件反冲洗，恢复膜组件的使用寿命。

在本发明中，MBBR反应器中的聚氨酯海绵载体对污水处理能力势必会影响膜组件的运行情况，水质在线监测设备与物联网系统同时也可以协调MBBR中聚氨酯海绵载体统与膜组件的相互协调，当MBBR-MBR耦合反应器处理水质变差，污水的粘滞力增加，这势必会加速膜组件的污染进程，通过水质在线监测设备与物联网系统可以自动做出判断，调节MBBR-MBR系统的进水蠕动泵的进水量，更改MBBR-MBR系统的水利条件与营养条件，调节MBBR中聚氨酯海绵处理污水的能力与状态。绝大部分处理工艺追求处理效果，希望将各项指标尽早去除，但是并不意味着各个整个系统各项指标越低越好，限制性缺氮也会造成MBBR系统内部水质变差，污泥中丝状菌的相对含量增加，丝状菌把颗粒状污泥捆扎、束缚在其立体网状结构中,滤层结构变得更加致密,孔隙度减小,增加了膜污染阻力，膜组件内置于MBBR反应器中相当于增加了膜组件的水环境中的氨氮浓度，使其不易于发生丝状菌过量繁殖，并造成膜污染，即使MBBR中聚氨酯海绵载体的活性极高，使MBBR内部的微生物的脱氮能力大于进水的氨氮浓度时，物联网系统将给进水蠕动泵做出增加进水的指示，适当增加MBBR-MBR进水的量来增加反应器中的氨氮浓度，这样不但可以有利于增加膜组件的使用寿命，并且强化了污水降解的能力，单位时间的污水处理量得到增加。

以上实施例对本发明进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (8)

1.基于物联网的一体式MBBR-MBR耦合污水处理系统，其特征在于：包括通过管路依次连接的进水容器、进水蠕动泵、MBBR反应器、出水蠕动泵、第一电动阀门、出水容器，所述MBBR反应器的底部设有空气扩散器，并通过曝气泵向空气扩散器内泵入气体，所述MBBR反应器内设置膜组件，所述膜组件包括若干根膜丝及“门”字型冲洗管路，所述膜丝两端分别水平插入冲洗管路并与之固定连接，所述膜组件通过与冲洗管路固定连接的竖直固定管路与MBBR反应器顶板固定连接，在出水蠕动泵与固定管路之间的管路上通过三通管路连接反冲洗蠕动泵，反冲洗蠕动泵通过管路连接反冲洗水箱，反冲洗蠕动泵与反冲洗水箱之间的管路上设有第二电动阀门，所述固定管路顶部设有压力记录仪；

还包括MBBR水质检测模块、系统运行参数监测模块、控制处理模块，所述MBBR水质检测模块分别对溶解氧DO、酸碱度PH、氨氮浓度、硝氮浓度、混合液悬浮固体浓度MLSS、污泥粒径、固体悬浮物浓度SS、总有机碳浓度、粘度进行检测，所述系统运行参数监测模块分别通过系统配备的蠕动泵设置参数反馈监测MBBR水力停留时间、MBBR进水水量，压力记录仪反馈跨膜压差，所述MBBR水质检测模块、系统运行参数监测模块、压力记录仪将检测的数据经过数据处理模块处理后发送到通信模块，通信模块将处理后的数据发送到控制处理模块，控制处理模块将数据通过通信模块上传到物联网云平台，物联网云平台与管理终端通信连接；

所述控制处理模块包括存储器和处理器，所述存储器中预先存储污水处理系统运行正常时的水质参数范围及系统运行参数范围，当采集到的任意一个水质参数或系统运行参数出现超阈值情况时，处理器驱动报警模块报警，所述处理器并将故障信息通过通信模块发送至物联网云平台,并由物联网云平台向管理终端进行故障提醒；

并且，当压力记录仪中监测的跨膜压差大于正常参数上限值，所述处理器控制第一电动阀门关闭，第二电动阀门打开，并控制所述反冲洗蠕动泵对膜组件进行反冲水工作。

2.根据权利要求1所述的基于物联网的一体式MBBR-MBR耦合污水处理系统，其特征在于：所述溶解氧测定采用溶解氧哈希DO电极、酸碱度测定采用哈希PH电极，混合液悬浮固体浓度MLSS、污泥粒径、固体悬浮物浓度SS采用在线浊度仪TS-726测定，氨氮硝氮浓度由WTW硝氮/氨氮在线测量仪VARiONplus测定，SieversM9TOC在线测定仪测定总有机碳浓度，粘度在线监测仪实时监测反应器内部污水的粘度。

3.根据权利要求1所述的基于物联网的一体式MBBR-MBR耦合污水处理系统，其特征在于：所述MBBR水质检测模块中的检测电极或者探头经防水处理后可拆卸的安装在反应器内部。

4.根据权利要求3所述的基于物联网的一体式MBBR-MBR耦合污水处理系统，其特征在于：控制处理模块及通信模块一体化设置，并安装在MBBR反应器外壁。

5.根据权利要求1所述的基于物联网的一体式MBBR-MBR耦合污水处理系统，其特征在于：所述MBBR反应器外壁上均设有报警模块，且位于MBBR反应器外壁上的报警模块采用声音报警器或者闪光报警器。

6.根据权利要求1所述的基于物联网的一体式MBBR-MBR耦合污水处理系统，其特征在于：所述MBBR反应器内的悬浮载体采用聚氨酯海绵。

7.根据权利要求1所述的基于物联网的一体式MBBR-MBR耦合污水处理系统，其特征在于：所述管理终端包括电脑终端和手机终端。

8.根据权利要求7所述的基于物联网的一体式MBBR-MBR耦合污水处理系统，其特征在于：所述报警模块还包括网页报警提示、短信报警提示，在电脑终端通过网页端报警，在手机端通过短信报警。