CN112225315A

CN112225315A - 一种填料流态化分散式污水处理装置

Info

Publication number: CN112225315A
Application number: CN201910633182.9A
Authority: CN
Inventors: 宋宝华; 霍崇; 张文婷; 李冬芳; 董艳强
Original assignee: Cecep L&t Environmental Technology Co ltd
Current assignee: Cecep L&t Environmental Technology Co ltd
Priority date: 2019-07-15
Filing date: 2019-07-15
Publication date: 2021-01-15

Abstract

本发明公开了一种填料流态化分散式污水处理装置，包括流态化生物填料、微孔曝气系统、MBR膜组件、MBR膜生物反应池、三相分离器、污水污泥循环系统；所述的MBR膜组件位于MBR膜生物反应池中部；所述的流态化生物填料填充于整个MBR膜生物反应池；所述的微孔曝气系统位于MBR膜生物反应池的底部；所述的三相分离器位于污水处理装置顶部，其功能是将气相、液相、固相分离；所述的污水污泥循环系统包括循环泵、循环管路和污泥抽吸管组成；所述的循环管路起始端设置填料隔离装置。本发明耐冲击负荷能力强，污染物去除效果好；污泥内源消耗大，产生的剩余污泥量小；通过流态化填料技术，可以使膜污堵风险大幅减小，空气擦洗所需曝气量大大降低，运行效率高，节能效果明显；自动化程度高、运行管理方便。特别适合于各类农村、乡镇、军营、学校等分散式生活污水的处理。

Description

一种填料流态化分散式污水处理装置

技术领域

本发明涉及污水处理技术领域，尤其涉及一种填料流态化分散式污水处理装置。该装置适合不同地区的分散式生活污水的处理。

背景技术

国内广大农村地区的污水收集及相关处理设施建设缓慢，大量农村生活污水未经收集或处理随意排放。自2015年以来，国家陆续出台多项政策及法规，明确提出改善农村人居环境，提高农村生态环境保护建设的水平。目前，国内各地区都在出台针对性的农村污水排放标准，污水收集及处理设施也在紧锣密鼓的建设中，但是各地区缺乏统一的标准，污水处理装置五花八门，种类繁多。在该背景下，农村污水治理领域面临着很大的挑战。

现阶段，影响我国农村生活污水处理装置正常运行的因素主要有以下几个方面：1、农村地区经济基础薄弱，装置运行电费高昂，与农村地区实际情况不符，导致处理装置无法正常运行。2、农村地区污水处理装置数量众多，农村地区人员技术水平低，无法满足正常的运行管理需要。3、第三方运营单位参与的积极性低，主要原因是各类处理装置达标运行时能耗太高，超出政府财政支付能力，现阶段运营收益无法保障。4、随着各地区农村污水排放标准的提高，采用MBR工艺的一体化设备使用越来越广泛。为了防止MBR膜组件的污堵，保证设备正常运行，各类装置通常需要大量增加鼓风机曝气量，用空气擦洗MBR膜组件的表面，以减缓膜的污堵。增加的曝气量远远超出了活性污泥系统正常需要的曝气量，故导致MBR工艺的电耗居高不下。

为了改变农村生活污水处理装置的现状，同时也为了满足各环境敏感农村地区对污水排放标准提高的需求，急需要研究开发出运行电耗低、自动化程度高、排放水质好的分散式污水处理装置与技术。

发明内容

为解决目前我国农村污水处理的问题和不足，本发明提供了一种填料流态化分散式污水处理装置，该装置是根据农村污水的特点进行设计与开发，重点解决了节约能耗与确保出水水质同时需要的问题。

一种填料流态化分散式污水处理装置，由流态化生物填料、微孔曝气系统、MBR膜组件、MBR膜生物反应池、三相分离器、污水污泥循环系统组成，其特征在于，所述的填料流态化的分散式污水处理装置为一体化结构，自下而上依次是微孔曝气系统、流态化生物填料、MBR膜组件、三相分离器，污水污泥循环系统。

所述的流态化生物填料的外形为立方体，边长为10～50mm，直接投掷于MBR膜生物反应池内，一方面作为微生物的载体，另一方面，在池底微孔曝气系统的空气搅拌作用下，还可以形成流态化，摩擦MBR膜的表面，形成流态化擦洗，可以减少曝气擦洗的强度，节约曝气电耗。填料投加比例为池容积的30～70％。

所述的微孔曝气系统水平布置在MBR膜组件的正下方，位于MBR膜组件垂直投影区内。单支曝气器的曝气强度优选为1.5～2m³/h。微孔曝气系统的进气来自于鼓风机，采用变频联锁控制。联锁指标为MBR膜生物反应池的溶解氧含量和MBR膜的跨膜压差，通过PLC系统进行自动联锁运行。

所述的微孔曝气系统由鼓风机、曝气管和微孔曝气器组成，曝气管中心距离池底20-30cm。鼓风机采用变频运行方式，并与池内溶解氧含量及MBR膜跨膜压差联锁，在溶解氧含量低时和MBR跨膜压差增加时，提高曝气量，反之则降低曝气量。

所述的MBR膜生物反应池采用模块式设计，可以根据规模分组布置。MBR膜采用平板膜形式，其孔径为0.01～0.04μm。

所述的三相分离器位于MBR膜组件上部400～500mm，用于分离空气、污水、污泥三相，由中心筒、过水堰组成。中心筒的中部为圆形管道式结构，上部和下部为锥形喇叭孔形式，喇叭孔与中心筒中部夹角均为135°，详见附图3。过水堰采用圆筒形结构，与MBR膜生物反应池的池壁采用一体式设计。

所述的污水污泥循环系统位于MBR膜生物反应池外部，由循环管、循环泵、污泥负压抽吸管组成。循环管的进水端位于装置上部，进水端设有填料隔离装置，避免反应池填料进入循环管；循环管出水端位于装置底部。在循环管进入装置前与污泥负压抽吸管连接，通过污泥负压抽吸管从污泥储存池抽吸污泥进入MBR膜生物反应池。

MBR膜生物反应池内的混合液在抽吸泵及外部水压的共同作用下通过膜过滤而出水，微生物被截流在生物反应器内，维持系统内较高的微生物浓度，提高硝化效率及有机污染物的去除效率。同时通过污泥回流系统，进一步提高内源降解污泥的比例，使装置剩余污泥产量低，降低了污泥处理费用。

为延缓膜污染，本装置优选了板式膜组件，并投加生物填料。相较于其他类型的膜组件，板式膜具有膜通量更高、跨膜压差更小、膜清洗周期长的特点，更容易通过在线物理清洗的方法使膜通量得到维持和恢复。生物填料可以吸附一部分引起膜污染的胶体和溶解性物质；改善污泥絮体的性质，提高混合液的可过滤性；同时，在池底曝气系统的作用下与膜表面碰撞摩擦，可破坏MBR膜表面沉积层的形成，并且在已经形成沉积层后，还可以使其摩擦变薄直至脱落，减缓膜污染。

MBR膜组件采用间歇式出水方式，有利于沉积层物质的浸泡和自身松散，能够有效减缓膜污染。出水的抽停比为8min∶2min。MBR膜组件还设有化学在线清洗设备，化学清洗药剂采用次氯酸钠、柠檬酸、盐酸和氢氧化钠。

所述的一种填料流态化分散式污水处理装置采用可编程序控制器(PLC)自动控制，可全程实现无人值守，也可实现远程监控，运行管理方便。

附图说明

图1是本发明的填料流态化分散式污水处理装置结构示意图。

图2是本发明的填料流态化分散式污水处理装置的平面示意图。

图3是本发明的填料流态化分散式污水处理装置三相分离器构造示意图。

图中，1-进水管，2-进气管，3-微孔曝气系统，4-循环泵，5-污泥负压抽吸管，6-污泥排放管，7-污水污泥循环管，8-抽吸泵，9-出水管，10-排泥管，11-过水堰，12-三相分离器，13-膜组件，14-生物填料，15-填料隔离装置。

具体实施方式

为了详细说明发明的技术内容、内部结构特征、实现目标及效果，以下例举实施例进行详述：

如图1所示，所述的一种填料流态化分散式污水处理装置，由流态化生物填料14、微孔曝气系统3、MBR膜组件13、三相分离器12、污水污泥循环管7、循环泵4组成。自下而上依次是微孔曝气系统14、MBR膜组件13、三相分离器12，外部是污水污泥循环管7和循环泵4。进水管1和进气管2位于装置底部，并与装置连接。污水污泥循环管7上部及下部均与装置连接，且上部起始端设置有填料隔离装置15，该装置通过固定机构固定于MBR反应器的内壁。污泥负压抽吸管5与污水污泥循环管7连接。

污水由进水管1进入装置底部，压缩空气由进气管2进入装置底部，通过微孔曝气器3的曝气搅拌作用，生物填料14在装置内形成上下旋流的流态化形态，具体表现形式是从MBR膜组件13垂直投影区上升，上升流速控制在1～2m/s，至水面位置后沿膜组件四周向下流动。生物填料14一方面可以在填料表面及内部形成生物膜，作为生物载体形式而存在；另一方面，在流态化的过程中，可以不断地与MBR膜组件13表面进行物理摩擦，减少MBR膜表面沉积层的形成，同时可以使已经形成的沉积层摩擦松动直至脱落，可以有效减少膜表面的污染。生物填料14的外形为立方体，边长为10～50mm，投加比例为池容积的30～70％。

生物填料14可以为装置中的大量微生物提供附着载体，在填料表面形成生物膜来固定生物量，提高反应器中的有机物处理能力，同时提高反应器的脱氮除磷效果。生物填料由外至内可以依次形成好氧层、缺氧层和厌氧层，为好氧菌、硝化菌及反硝化细菌提供良好的生物膜环境，使其活性得到提高，代谢速度加快，反硝化作用更加高效、稳定。

微孔曝气系统3在满足好氧条件的前提下，充分发挥空气搅拌的作用，使生物填料14处于流化状态，提高填料与MBR膜组件13的摩擦，减少膜表面的污堵。同时，该生物填料14借助曝气和水流的提升作用在反应器内处于流化状态，生物膜与水体中的污染物可以充分接触并将其分解，一部分有机污染物用于合成新的细胞，另一部分有机污染物被分解代谢以提供细胞合成所需的能量，其最终产物是CO₂和H₂O等物质。同时，废水中的氨氮被硝化菌氧化为亚硝酸盐和硝酸盐。

为延缓膜污染，本装置选择板式MBR膜组件13，并投加生物填料14。相较于其他类型的膜组件，板式膜具有膜通量更高、跨膜压差更小、膜清洗周期长等特点，更容易通过在线清洗的方式使膜通量得到恢复。生物填料14可以吸附部分引起膜污染的胶体和溶解性物质；改善污泥絮体性质，提高混合液的可过滤性；同时，在微孔曝气系统3的作用下与膜表面碰撞摩擦，可抑制沉积层的快速形成，并且在沉积层形成后可能使其摩擦变薄甚至脱落，减缓膜污染。MBR膜组件13采用自吸泵8间歇式抽吸出水的方式，有利于沉积层物质的浸泡和松动、解体，能够有效减缓膜污染，抽停比为8min：2min。出水通过出水管9排至指定位置。除了曝气和填料擦洗，MBR膜组件13也可以采用化学方法在线清洗，同时也可以选择离线方式浸泡清洗。

通过三相分离器12分离出的污泥通过排泥管10进入污泥储存池，然后一部分污泥通过污泥排放管6排出装置，另一部分污泥通过污泥负压抽吸管5进入污水污泥循环管7，并再次进入装置内，进行污染物降解及自身的呼吸消耗，在进一步去除污染物的同时，降低污泥自身的产量。

污水污泥循环系统由污水污泥循环管7和循环泵4及污泥负压抽吸管5、填料隔离装置15组成。循环比R＝50～100％，循环泵4采用变频控制，循环比可以自动调节，也可手动调节。

整个装置采用可编程序控制器(PLC)自动控制，同时可以进行触摸面板操作，可全程自动化控制，也可实现远程监控，运行管理方便。可确保出水水质达到排放标准的要求。与普通MBR一体化处理设备相比，本装置可实现污泥产量减少30～50％，节约能耗20～30％，占地面积减少20～30％，实施效果良好。

以上实施例仅为更加清晰的说明本发明的技术内容，使之便于理解，但不代表本发明的实施方式仅限于此，任何依据本发明进行的延伸或改造、升级，均受本发明保护。

Claims

1.一种填料流态化分散式污水处理装置，由流态化生物填料、微孔曝气系统、MBR膜组件、MBR膜生物反应池、三相分离器、污水污泥循环系统组成。所述的填料流态化是通过污水污泥循环系统增加反应器内的上升流速形成的。所述的污水污泥循环系统由填料隔离装置、循环管、循环泵、污泥负压抽吸管组成。所述的MBR膜组件选择板式MBR膜。

2.根据权利要求1所述的一种填料流态化分散式污水处理装置，其特征在于，其生物填料的外形为立方体，边长为10～50mm。所述的生物填料投掷于MBR膜生物反应池内，投掷比例为池容积的30～70％。

3.根据权利要求1所述的一种填料流态化分散式污水处理装置，其特征在于，所述的填料流态化是通过污水污泥循环系统进行反应器内部和外部循环实现的，循环比是50％～100％，反应器内污水呈中间上升、四周下降的旋流状态，其中反应器中部的上升流速为1～2m/s。

4.根据权利要求1所述的一种填料流态化分散式污水处理装置，其特征在于，所述的MBR膜组件的物理清洗是通过鼓风曝气擦洗和生物填料流态化擦洗共同实现的，鼓风曝气擦洗强度为30～50Nm³/m³·h。

5.根据权利要求1所述的一种填料流态化分散式污水处理装置，其特征在于，所述的三相分离器由中心筒、过水堰组成，且位于MBR膜组件上部400～500mm。三相分离器分离出的多余气体从中心筒直接排出设备，分离出的污水进入污水污泥循环系统管路，分离出的污泥通过污泥管排入污泥储存室。

6.根据权利要求5所述的三相分离器，其特征在于中心筒的中部为圆形管道式结构，上部和下部为锥形喇叭孔形式，喇叭孔与中心筒中部的圆形管道式结构的夹角均为135°。过水堰采用圆筒形结构，与MBR膜生物反应池的池壁采用一体式设计。

7.根据权利要求1所述的一种填料流态化分散式污水处理装置，其特征在于，所述的污水污泥循环系统由循环管、循环水泵、污泥负压抽吸管组成。循环管起始端设置有填料隔离装置，装置孔径为5～10mm。填料隔离装置横向、竖向截面均为长方形，由固定装置固定于循环管起始端。