CN112551697A - 一种环隙式自循环污水处理系统 - Google Patents
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Abstract
一种环隙式自循环污水处理系统，涉及污水处理设备技术领域，采用环隙式膜生物反应器，外筒内设置有内筒，内筒的侧面底端设置有狭缝，内筒和外筒之间的区域为缺氧单元，内筒内部的区域为好氧MBR单元；外筒的左侧设置进水管，右侧设置溢水管。本发明的有益效果在于：本发明提供的污水处理系统，形成一种环隙式自循环模式，在曝气驱动下，污水在好氧区与缺氧区形成的环隙结构中充分进行多级好氧‑缺氧处理，处理后水通过膜分离由清水管排出。不需要使用回流泵即可实现自主回流，而常规系统通常需要最少设置一组回流泵来实现好氧区混合液向缺氧区的回流。
Description
技术领域
本发明涉及污水处理设备领域，具体为一种环隙式自循环污水处理系统。
背景技术
相对于污水的集中处理，分散式污水处理主要是指将污水进行原位处理，以达到排放标准。我们平时所说的市政污水处理系统其实就是集中式处理系统，将划定的排污范围内的污水收集后，通过管网系统输送到污水处理厂进行统一集中处理。集中处理方式中，市政管网的投资占到污水处理投资的60-70%，如果某个地区比较偏僻，且其产生的污水量比较小，将其污水也接入管网的话，管网部分投资可能过大，这时就可以对这部分污水进行单独的处理，相对于大规模的集中处理，这部分污水的处理就是分散式的处理。
我国农村水体污染普遍呈现出污水排放量小、排放分散、N、P等营养成分含量高、污水排放流量和有机负荷波动性大等特点。由于农村的基础设施建设严重不足，几乎没有系统的收集和输送生活污水的管道，同时知识文化水平普遍不高，操作管理能力较弱。常规集中式污水处理设备存在管网投资大、建设周期长、运营成本高、运营维护难的缺点，不能适应居住分散的农村污水处理场所。这个时候分散式处理就是一个比较好的选择。另外旅游景区，别墅度假区，距离城市较远，且水质水量变化较大，也适合使用分散式的污水处理方式。
现有的分散式污水处理方式主要有净化槽、人工湿地、自然曝气的生物膜法、生物氧化塘等。在水质水量稳定，专人运维的情况下，现有的处理方式能够达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》要求。但结合分散式污水主要特点：1）污水的水质水量不稳定；2）难以配备专业人员进行维护，运行维护难度大；3）剩余污泥处置成本较高。发现现有的分散式污水处理方式有以下缺点：需要有专业人员进行维护；运行费用较高；出水水质难以实时检测，不能根据水质情况及时调整运行参数。这些缺点导致一些分散式污水处理设备不能长期稳定运行，甚至停运。
因此，开发具有投资低、操作管理要求低且稳定高效的分散式污水处理装置具有非常重要的意义。
发明内容
为了克服现有技术存在的缺点，本发明提出了一种占地面积小、使用寿命长、易安装维护、节能、处理效果稳定、可集成化和规模化生产的环隙式自循环污水处理系统。
本发明提供一种环隙式自循环污水处理系统，采用环隙式膜生物反应器，其结构为，外筒（2）内设置有内筒（7），内筒（7）的侧面底端设置有狭缝（9），内筒（7）和外筒（2）之间的区域为缺氧单元，内筒（7）内部的区域为好氧MBR单元；外筒（2）的左侧设置进水管（1），右侧设置溢水管（6）；污水通过进水管（1）进入缺氧单元，然后通过内筒（7）底部的狭缝（9）进入好氧MBR单元，好氧MBR单元的污水经曝气后可溢流至外环的缺氧单元。整个过程可形成一种环隙式自循环模式。
所述的污水处理系统还设置有曝气系统，包括曝气盘（10）和曝气管（4）、止回阀、曝气风机、电动阀C、压力平衡管，具体为，内筒（7）的底部设置有6-12组曝气盘（10），曝气盘（10）通过内筒（7）底部开设的通孔与曝气管（4）对应密封连接；曝气管（4）数量与曝气盘（10）相等，与曝气盘（10）一一对应，多组曝气管（4）均设置止回阀，然后同时接入配气盘，配气盘连接曝气风机，配气盘额外连接电动阀C，电动阀C连接压力平衡管。
氧气在曝气风机的作用下通过配气盘进入好氧MBR单元底部的曝气盘（10），曝气风机设置为常开。配气盘另外由一个电动阀C连接一组压力平衡管。电动阀C的自动控制如下：间隔设定时长取样“溶解氧监测器数值”，与“预设溶解氧数值”进行比对，若取样值＞预设值，阀门打开，反之阀门关闭。电动阀C与压力平衡管的作用是根据好氧MBR单元溶解氧数值反馈控制曝气量。溶解氧采样值超过预设值时，电动阀C打开，使曝气风机的部分风量通过压力平衡管排入大气，降低好氧MBR单元溶解氧含量。采样值小于预设值时电动阀C关闭，曝气风机送风全部进入MBR单元。
在曝气系统和环隙式结构的协同作用下，不需要使用回流泵即可实现自主回流，而常规系统通常需要最少设置一组回流泵来实现好氧区混合液向缺氧区的回流。
所述缺氧单元用于反硝化脱氮、降解COD，同时在聚磷菌作用下实现磷的释放。具体为，反硝化菌将硝态氮转化成氮气，兼氧微生物将污水中的有机氮分解成氨氮，同时利用部分有机物和氨氮合成新的细胞物质，降解部分COD，同时在聚磷菌作用下实现磷的释放。
所述的好氧MBR单元，正常情况下，曝气开启，进行好氧反应，硝化菌进行硝化反应，首先将氨态氮氧化成亚硝态氮和硝态氮，以利于后续进一步脱氮，聚磷菌在好氧状态下过量吸磷，实现磷的去除，同时好氧状态去除COD、BOD等有机物质。采用内筒底部开孔曝气方式。污泥在曝气作用下处于悬浮流化状态，不会沉积到好氧MBR单元底部。
内筒（7）内设置有膜组件（8），膜组件（8）上方设置有清水管（5）；膜组件（8）用于固液分离；将活性污泥拦截在好氧MBR单元中，提高了活性污泥的利用率，显著降低出水悬浮固体含量。
内筒（7）的高度低于外筒（2），但高于进水管（1）设置的高度。
内筒（7）底部还设置有排空管（3）；排空管（3）连接电磁阀，组成排空系统，电磁阀具有自控装置，可以在间隔设定时长启动，运行设定时长后停止。电磁阀安装于垂直方向，避免污泥淤积与大尺寸颗粒物堵塞。排空系统主要是为了避免好氧MBR单元中污泥浓度过高影响污染物去除效率，可定期通过排空系统进行排泥。另外，排空系统亦可在系统需要停运时进行系统内污水放空。
所述的内筒（7）和外筒（2）之间设置有焊接支架（11）。
所述的环隙式膜生物反应器，采用不锈钢或防腐碳钢板焊接制成，整个主体结构为圆筒形，外筒（2）上部分直径1300mm，高1540mm，距底部260mm为上宽下窄的圆柱体，上端直径同外筒（2），下端直径同底部直径，倾斜角60度，底部直径为1000mm；内筒（7）为一块直径1000mm的圆柱形隔板，好氧MBR单元直径为1000mm，缺氧单元和好氧MBR单元高度分别为1600mm和1500mm。在外筒（2）高为1400mm处架设进水管（1）；在外筒（2）高1700mm处设置溢水管（6）。底部中央敷设排空管（3）。
所述的污水处理系统采用PLC控制柜进行控制，设有触屏显示，可以进行进水量、出水量、回流比、pH、溶解氧、氧化还原电位、风机运行状态、反冲洗触发压力监测、液位监测和设备运行状态的控制和调节。
所述的进水管（1）依次连接进水提升泵、球阀，组成进水单元，污水在进水提升泵的作用下通过进水管（1）进入缺氧单元，进水提升泵设有自控装置，可以在间隔设定时长启动，运行设定时长后停止。
所述的清水管（5）连接三通，三通分别连接反冲洗系统和出水单元，三通依次连接电动阀A、泄压阀、反冲洗增压泵，组成反冲洗系统；三通依次连接电动阀B、压力变送器、出水增压泵，包括液位开关，组成出水单元。
所述的反冲洗系统，主要是在反冲洗增压泵的作用下进行间歇反冲洗。反冲洗增压泵设有自控装置，当出水单元中的压力变送器压力小于预设值时，反冲洗增压泵启动，运行设定时长后停止。电动阀A设有自控装置，反冲洗增压泵启动前1秒提前开启，反冲洗增压泵停止后1秒延迟关闭。泄压阀主要是在调试或运行时手动调整泄压阀将水压调至0.1MP以下。在发生膜污染时，打开反冲洗系统进行冲洗缓解膜污染。
所述的出水单元，在出水增压泵作用下通过液位开关控制间歇出水。液位开关设有自控装置，液位到达低水位时，液位开关关闭，出水增压泵相关自控程序暂停，停止出水；液位到达高水位时，出水增压泵相关自控程序恢复运行。出水增压泵可以在间隔设定时长启动，运行设定时长后停止。电动阀B设有自控装置，出水增压泵启动前1秒提前开启，出水增压泵停止后1秒延迟关闭。压力变送器实时显示出水管路压力。
所述的溢水管（6）、反冲洗增压泵、球阀、出水增压泵、电磁阀均连接有外丝头。
还设置有水质监测系统，包括溶解氧监测器、pH监测器和氧化还原电位监测器，可以通过PLC实时显示三种监测器监测数值。所述水质监测系统用于控制曝气量和水质检测。
所述的污水处理系统还单独设置有深度除磷系统，溶药池罐中设置有搅拌器和脉冲泵，搅拌器用来加速溶解聚合氯化铝，脉冲泵连接管道，管道从环隙式膜生物反应器的上方进入内筒（7），并延伸至内筒（7）下部，脉冲泵将氯化铝溶液打入内筒（7），实现深度除磷。
本发明的有益效果在于：膜生物反应器是现代膜分离技术与传统生物处理技术有机结合而产生的一种全新的高效污水处理工艺。不仅省去了二沉池的建设，而且大大提高了固液分离效率，而且由于曝气池中活性污泥质量浓度的增大和污泥中特效菌（特别是优势菌群）的出现，提高了生化反应速率。同时，通过降低F/M比减少剩余污泥产生量（甚至为零），从而基本解决了传统活性污泥法存在的许多突出问题。
本发明基于膜生物反应器，设计出该环隙式自循环污水处理系统，整个污水处理过程形成一种环隙式自循环模式，在曝气驱动下，污水在缺氧单元和好氧MBR单元组成的环隙结构中充分实现多级好氧-缺氧处理，处理后污水通过膜分离由清水管排出。不需要使用回流泵即可实现自主回流，而常规系统通常需要最少设置一组回流泵来实现好氧区混合液向缺氧区的回流。
该系统可以设置成集装箱式的一体化设备，其方便移动，占地而积小，安装方便，施工快，适用于分散式污水处理。设备外部只留一个进水口和一个出水口，实现了分散式污水处理的集成化，且可以规模化生产。兼具多级AO工艺和MBR工艺优点，同时整个处理过程为环隙式自循环模式，通过曝气系统同步实现溶解氧充氧与好氧/缺氧环境交替，脱氮除磷效果好，出水排放标准高，出水可用于灌溉或院落内冲洗回用。
附图说明
图1为本发明环隙式自循环膜生物反应器的结构主视图；
图2为本发明环隙式自循环膜生物反应器的剖视图；
图3为图1的俯视图；
图4为环隙式自循环膜生物反应器污水处理系统示意图；
1、进水管，2、外筒，3、排空管、4、曝气管，5、清水管，6、溢水管，7、内筒，8、膜组件，9、狭缝，10、曝气盘，11、焊接支架。
具体实施方式
实施例1，本发明提供一种环隙式自循环污水处理系统，包括环隙式自循环膜生物反应器、进水单元、排空系统、曝气系统、出水单元、反冲洗系统、水质监测系统。
所述的污水处理系统采用PLC控制柜进行控制，设有触屏显示；可以进行进水量、出水量、回流比、pH、溶解氧、氧化还原电位、风机运行状态、反冲洗触发压力监测、液位监测和设备运行状态的控制和调节。
所述的环隙式自循环膜生物反应器的结构为，外筒（2）内设置有内筒（7），内筒（7）的侧面底端设置有狭缝（9），外筒（2）的左侧设置进水管（1），右侧设置溢水管（6）；内筒（7）内设置有膜组件（8），膜组件（8）上方设置有清水管（5）；内筒（7）的底部设置有6-12组曝气盘（10）曝气盘（10）通过内筒（7）底部开设的通孔与曝气管（4）对应密封连接；所述的内筒（7）底部还设置有排空管（3）。
内筒（7）和外筒（2）之间的区域为缺氧单元，内筒（7）内部的区域为好氧MBR单元；污水通过进水管（1）进入缺氧单元，然后通过内筒（7）底部的狭缝（9）进入好氧MBR单元，好氧MBR单元的污水经曝气后可溢流至外环的缺氧单元。整个过程可形成一种环隙式自循环模式。
所述缺氧单元用于反硝化脱氮、降解COD，同时在聚磷菌作用下实现磷的释放。具体为，反硝化菌将硝态氮转化成氮气，兼氧微生物将污水中的有机氮分解成氨氮，同时利用部分有机物和氨氮合成新的细胞物质，降解部分COD，同时在聚磷菌作用下实现磷的释放。
所述的好氧MBR单元，正常情况下，曝气开启，进行好氧反应，硝化菌进行硝化反应，首先将氨态氮氧化成亚硝态氮和硝态氮，以利于后续进一步脱氮，聚磷菌在好氧状态下过量吸磷，实现磷的去除，同时好氧状态去除COD、BOD等有机物质。采用内筒底部开孔曝气方式。污泥在曝气作用下处于悬浮流化状态，不会沉积到好氧MBR单元底部。
所述的膜组件（8）用于固液分离；将活性污泥拦截在好氧MBR单元中，提高了活性污泥的利用率，显著降低出水悬浮固体含量。
所述的曝气系统，包括曝气盘（10）和曝气管（4）、止回阀、曝气风机、电动阀C、压力平衡管，曝气管（4）数量与曝气盘（10）相等，与曝气盘（10）一一对应，多组曝气管（4）均设置止回阀，然后同时接入配气盘，配气盘连接曝气风机，配气盘额外连接电动阀C，电动阀C连接压力平衡管。
氧气在曝气风机的作用下通过配气盘进入好氧MBR单元底部的曝气盘（10），曝气风机设置为常开。配气盘另外由一个电动阀C连接一组压力平衡管。电动阀C的自动控制如下：间隔设定时长取样“溶解氧监测器数值”，与“预设溶解氧数值”进行比对，若取样值＞预设值，阀门打开，反之阀门关闭。电动阀C与压力平衡管的作用是根据好氧MBR单元溶解氧数值反馈控制曝气量。溶解氧采样值超过预设值时，电动阀C打开，使曝气风机的部分风量通过压力平衡管排入大气，降低好氧MBR单元溶解氧含量。采样值小于预设值时电动阀C关闭，曝气风机送风全部进入MBR单元
在曝气系统和环隙式结构的协同作用下，不需要使用回流泵即可实现自主回流，而常规系统通常需要最少设置一组回流泵来实现好氧区混合液向缺氧区的回流。
所述的内筒（7）的高度低于外筒（2），但高于进水管（1）设置的高度。
排空管（3）连接电磁阀，组成排空系统，电磁阀具有自控装置，可以在间隔设定时长启动，运行设定时长后停止。电磁阀安装于垂直方向，避免污泥淤积与大尺寸颗粒物堵塞。排空系统主要是为了避免好氧MBR单元中污泥浓度过高影响污染物去除效率，可定期通过排空系统进行排泥。另外，排空系统亦可在系统需要停运时进行系统内污水放空。
所述的内筒（7）和外筒（2）之间设置有焊接支架（11）。
所述的环隙式膜生物反应器，采用不锈钢或防腐碳钢板焊接制成，整个主体结构为圆筒形，外筒（2）上部分直径1300mm，高1540mm，距底部260mm为上宽下窄的圆柱体，上端直径同外筒（2），下端直径同底部直径，倾斜角60度，底部直径为1000mm；内筒（7）为一块直径1000mm的圆柱形隔板，好氧MBR单元直径为1000mm，缺氧单元和好氧MBR单元高度分别为1600mm和1500mm。在外筒（2）高为1400mm处架设进水管（1）；在外筒（2）高1700mm处设置溢水管（6）。底部中央敷设排空管（3）。
所述的进水管（1）依次连接进水提升泵、球阀，组成进水单元，污水在进水提升泵的作用下通过进水管（1）进入缺氧单元，进水提升泵设有自控装置，可以在间隔设定时长启动，运行设定时长后停止。
所述的清水管（5）连接三通，三通分别连接反冲洗系统和出水单元，三通依次连接电动阀A、泄压阀、反冲洗增压泵，组成反冲洗系统；三通依次连接电动阀B、压力变送器、出水增压泵，包括液位开关，组成出水单元。
所述的反冲洗系统，主要是在反冲洗增压泵的作用下进行间歇反冲洗。反冲洗增压泵设有自控装置，当出水单元中的压力变送器压力小于预设值时，反冲洗增压泵启动，运行设定时长后停止。电动阀A设有自控装置，反冲洗增压泵启动前1秒提前开启，反冲洗增压泵停止后1秒延迟关闭。泄压阀主要是在调试或运行时手动调整泄压阀将水压调至0.1MP以下。在发生膜污染时，打开反冲洗系统进行冲洗缓解膜污染。
所述的出水单元，在出水增压泵作用下通过液位开关控制间歇出水。液位开关设有自控装置，液位到达低水位时，液位开关关闭，出水增压泵相关自控程序暂停，停止出水；液位到达高水位时，出水增压泵相关自控程序恢复运行。出水增压泵可以在间隔设定时长启动，运行设定时长后停止。电动阀B设有自控装置，出水增压泵启动前1秒提前开启，出水增压泵停止后1秒延迟关闭。压力变送器实时显示出水管路压力。
所述的溢水管（6）、反冲洗增压泵、球阀、出水增压泵、电磁阀均连接有外丝头。
所述的水质监测系统包括溶解氧监测器、pH监测器和氧化还原电位监测器，可以通过PLC实时显示三种监测器监测数值。所述水质监测系统用于控制曝气量和水质检测。
所述的污水处理系统还单独设置有深度除磷系统，溶药池罐中设置有搅拌器和脉冲泵，搅拌器用来加速溶解聚合氯化铝，脉冲泵连接管道，管道从环隙式膜生物反应器的上方进入内筒（7），并延伸至内筒（7）下部，脉冲泵将氯化铝溶液打入内筒（7），实现深度除磷。
Claims (9)
1.一种环隙式自循环污水处理系统，其特征在于，采用环隙式膜生物反应器，其结构为，外筒（2）内设置有内筒（7），内筒（7）的侧面底端设置有狭缝（9），内筒（7）和外筒（2）之间的区域为缺氧单元，内筒（7）内部的区域为好氧MBR单元；外筒（2）的左侧设置进水管（1），右侧设置溢水管（6）；污水通过进水管（1）进入缺氧单元，然后通过内筒（7）底部的狭缝（9）进入好氧MBR单元，好氧MBR单元的污水经曝气后可溢流至外环的缺氧单元。
2.根据权利要求1所述的一种环隙式自循环污水处理系统，其特征在于，所述的污水处理系统还设置有曝气系统，包括曝气盘（10）和曝气管（4）、止回阀、曝气风机、电动阀C、压力平衡管，具体为，内筒（7）的底部设置有6-12组曝气盘（10），曝气盘（10）通过内筒（7）底部开设的通孔与曝气管（4）对应密封连接；曝气管（4）数量与曝气盘（10）相等，与曝气盘（10）一一对应，多组曝气管（4）均设置止回阀，然后同时接入配气盘，配气盘连接曝气风机，配气盘额外连接电动阀C，电动阀C连接压力平衡管。
3.根据权利要求2所述的一种环隙式自循环污水处理系统，其特征在于，内筒（7）内设置有膜组件（8），膜组件（8）上方设置有清水管（5）。
4.根据权利要求3所述的一种环隙式自循环污水处理系统，其特征在于，内筒（7）底部还设置有排空管（3）；排空管（3）连接电磁阀，组成排空系统，电磁阀具有自控装置，可以在间隔设定时长启动，运行设定时长后停止。
5.根据权利要求4所述的一种环隙式自循环污水处理系统，其特征在于，所述的清水管（5）连接三通，三通分别连接反冲洗系统和出水单元，三通依次连接电动阀A、泄压阀、反冲洗增压泵，组成反冲洗系统；三通依次连接电动阀B、压力变送器、出水增压泵，包括液位开关，组成出水单元。
6.根据权利要求5所述的一种环隙式自循环污水处理系统，其特征在于，所述的反冲洗系统，主要是在反冲洗增压泵的作用下进行间歇反冲洗；反冲洗增压泵设有自控装置，当出水单元中的压力变送器压力小于预设值时，反冲洗增压泵启动，运行设定时长后停止；电动阀A设有自控装置，反冲洗增压泵启动前1秒提前开启，反冲洗增压泵停止后1秒延迟关闭。
7.根据权利要求6所述的一种环隙式自循环污水处理系统，其特征在于，所述的出水单元，在出水增压泵作用下通过液位开关控制间歇出水；液位开关设有自控装置，液位到达低水位时，液位开关关闭，出水增压泵相关自控程序暂停，停止出水；液位到达高水位时，出水增压泵相关自控程序恢复运行；出水增压泵可以在间隔设定时长启动，运行设定时长后停止；电动阀B设有自控装置，出水增压泵启动前1秒提前开启，出水增压泵停止后1秒延迟关闭。
8.根据权利要求7所述的一种环隙式自循环污水处理系统，其特征在于，所述的污水处理系统还单独设置有深度除磷系统，溶药池罐中设置有搅拌器和脉冲泵，搅拌器用来加速溶解聚合氯化铝，脉冲泵连接管道，管道从环隙式膜生物反应器的上方进入内筒（7），并延伸至内筒（7）下部，脉冲泵将氯化铝溶液打入内筒（7），实现深度除磷。
9.根据权利要求8所述的一种环隙式自循环污水处理系统，其特征在于，所述的环隙式膜生物反应器，采用不锈钢或防腐碳钢板焊接制成，整个主体结构为圆筒形，外筒（2）上部分直径1300mm，高1540mm，距底部260mm为上宽下窄的圆柱体，倾斜角60度，底部直径为1000mm；内筒（7）为一块直径1000mm的圆柱形隔板，好氧MBR单元直径为1000mm，缺氧单元和好氧MBR单元高度分别为1600mm和1500mm；在外筒（2）高为1400mm处架设进水管（1），在外筒（2）高1700mm处设置溢水管（6），底部中央敷设排空管（3）。
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