CN113200603A - 用于灰水原位处理的反应器及净化系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于灰水原位处理的反应器及净化系统，该反应器包括容器本体和膜组件；容器本体包括筒体，筒体顶部为开口设置，底部为封闭设置，筒体顶部连接有可拆卸的容器盖；膜组件安装于筒体内，膜组件包括膜丝、第一固定管和第二固定管，膜丝的一开口端固定连接于第一固定管的一端，第一固定管的另一端贯通于筒体底部形成进气口，膜丝的另一开口端固定连接于第二固定管的一端，第二固定管的另一端贯通于容器盖形成出气口；筒体底部开设有进水口，侧壁开设出水口。本申请能够在曝气过程中不会产生大量的气泡，氧气利用率高，能耗低，并且反应器内的微生物不易流失。

Description

用于灰水原位处理的反应器及净化系统

技术领域

本申请涉及灰水生物处理的技术领域，尤其是涉及一种用于灰水原位处理的膜-生物膜反应器及净化系统。

背景技术

目前，灰水的体积占生活废水的50-80％，通常含有机物、氮以及来自肥皂、洗发水和牙膏等其他护肤品的高浓度表面活性剂；灰水中的表面活性剂主要成分为直链烷基苯磺酸纳(LAS)，高浓度的LAS直接排入水生环境会对人类健康、污水生物处理系统和生态环境产生不利影响。

灰水生物处理过程中，好氧处理可以高效去除灰水中有机物、氮及浊度，但是仍然存在一些问题；首先，灰水中包含大量表面活性剂，而传统好氧工艺通常使用鼓风曝气来供氧，该过程会产生大量的气泡，从而引起大量微生物的不受控流失，进而影响系统的处理效果，且氧气的利用率极低。

生物膜法处理灰水在实验室使用较多，如申请号200910250341.3的专利，该专利处理灰水的膜生物反应器(MBR)净化系统包括预处理器和膜生物反应器，灰水进入预处理器先与混凝剂及回流污泥混合形成泥水混合液，然后自流进入高效澄清区实现灰水和絮体的分离，经固液分离后的灰水流入底部设有微孔曝气器的MBR生物氧化区中，污染物经活性污泥上的微生物代谢分解，生物处理后的混合液经超滤膜分离装置过滤出水；虽然该膜生物反应器处理灰水的运行稳定，但存在一些问题：由于供氧方式仍为传统的曝气方式，氧气的利用率较低，灰水中存在的高浓度表面活性剂在曝气过程会产生大量的气泡，引起反应器内微生物的流失，进而影响系统的稳定性；并且膜丝表面由于过滤堆积和微生物生长而导致生物膜生长速度快，过厚的生物膜易引起膜污染，影响系统处理效果，对总氮的去除效率不高，并且装置不易拆卸，更换膜丝。因此，针对现有的生物膜处理方式，本发明人认为还存在进一步的改进空间。

发明内容

为了克服现有技术的缺陷，本申请提供一种用于灰水原位处理的反应器及净化系统，通过在反应器的筒体内设有通氧气的膜组件，便于净化污水时氧气以无泡扩散的方式穿过膜丝中的纤维膜被生物膜利用，曝气过程中不会产生大量的气泡，氧气利用率高，能耗低，并且反应器内的微生物不易流失。

第一方面，本申请提供一种用于灰水处理的反应器，所述反应器包括容器本体和膜组件；所述容器本体包括筒体，所述筒体顶部为开口设置，底部为封闭设置，所述筒体顶部连接有可拆卸的容器盖；所述膜组件安装于筒体内，所述膜组件包括膜丝、第一固定管和第二固定管，所述膜丝的一开口端固定连接于所述第一固定管的一端，所述第一固定管的另一端贯通于筒体底部形成进气口，所述膜丝的另一开口端固定连接于所述第二固定管的一端，所述第二固定管的另一端贯通于所述容器盖形成出气口；所述筒体底部开设有进水口，侧壁开设出水口。

可选的，所述筒体的侧壁开设有第一回流口和第二回流口，所述第二回流口距离筒体底部的高度低于第一回流口距离筒体底部的高度，所述第一回流口距离筒体底部的高度低于所述出水口距离所述筒体底部的高度。

可选的，所述第一固定管包括第一套筒和第一渐缩管；所述第二固定管包括第二套筒和第二渐缩管；

所述膜丝的一开口端连接于所述第一套筒内，另一开口端连接于第二套筒内；所述第一套筒与第一渐缩管螺纹连接，所述第一渐缩管连接有一进气管，所述进气管贯穿于所述进气口；所述第二套筒与所述第二渐缩管螺纹连接，所述第二渐缩管连接有一出气管，所述出气管贯穿于所述出气口。

可选的，所述膜丝采用若干根中空纤维膜，且所述中空纤维膜两端为开口状态。

可选的，所述膜丝的两端分别与第一套筒内部、第二套筒内部存有间隙，所述间隙采用填充剂填充。

可选的，所述容器本体还包括第一法兰盘和第二法兰盘，所述第一法兰盘固定连接于筒体的底端形成所述筒体底部，所述第二法兰盘固定连接于筒体的顶端且形成开口状态，所述容器盖可拆卸连接于所述第二法兰盘的表面；

所述容器本体还包括固定架，所述固定架包括固定板和若干个支撑柱，所述支撑柱固定连接于固定板表面，所述固定板开设有第一通孔和第二通孔；所述第一法兰盘固定连接于所述固定板远离支撑架的一表面，所述第一通孔与所述筒体底部的进气口贯通，所述第二通孔与所述筒体底部的进水口贯通。

可选的，所述固定板与第一法兰盘的对应位置贯穿开设有若干第一固定孔，每个所述第一固定孔螺纹连接有第一螺栓；所述容器盖与所述第二法兰盘的对应位置贯穿开设有若干第二固定孔，每个所述第二固定孔螺纹连接有第二螺栓。

可选的，所述容器盖和第二法兰盘之间装有一垫圈。

可选的，所述容器盖开设有第三通孔和第四通孔，所述第三通孔贯穿有一溶解氧测定仪，所述第四通孔贯穿有一pH计。

第二方面，本申请提供一种用于灰水原位处理的净化系统，所述净化系统包括所述用于灰水原位处理的反应器，以及进水泵、回流泵、空气泵、进水管、出水管、回流管、进气管和出气管；

所述进水管经所述进水泵连接于所述反应器的进水口，所述进水管的管路上设有进水阀；

所述出水管连接于所述反应器的出水口，所述出水管的管路上设有出水阀；

所述进气管的一端连接所述空气泵，另一端连接于所述反应器的进气口；所述进气管的管路上设有气体流量计和压力计；

所述出气管连接于所述反应器的出气口，所述出气管的管路上设有出气阀；

所述回流管经所述回流泵，且两端分别连接于反应器的第一回流口和第二回流口；所述回流管靠近第一回流口的管路上设有第一回流阀，所述回流罐靠近第二回流口的管路上设有第二回流阀。

本申请包括以下有益技术效果：

将反应器的筒体内设有通氧气的膜组件，便于净化污水时氧气以无泡扩散的方式穿过膜丝中的纤维膜被生物膜利用，曝气过程中不会产生大量的气泡，氧气利用率高，能耗低，并且反应器内的微生物不易流失。此外，容器盖可拆卸地固定于筒体顶部，从而方便将清洗、更换膜组件和筒体。

附图说明

图1是本发明提供的用于灰水处理的反应器一种实施例的剖面图；

图2是本发明提供的容器本体一种实施例的剖面图；

图3是本发明提供的膜组件一种实施例的结构示意图；

图4是本发明提供的用于灰水处理的反应器一种实施例的俯视图；

图5是本发明提供的用于灰水处理的净化系统一种实施例的原理图；

附图标记说明：1、容器本体；11、筒体；111、进水口；112、出水口；113、第一回流口；114、第二回流口；115、进气口；116、出气口；12、第一法兰盘；121、第一螺栓；13、第二法兰盘；14、容器盖；141、第二螺栓；142、第三通孔；143、第四通孔；15、固定架；151、固定板；152、支撑柱；2、膜组件；21、膜丝；22、第一固定管；221、第一套筒；222、第一渐缩管；23、第二固定管；231、第二套筒；232、第二渐缩管。

具体实施方式

以下结合附图1-5对本申请作进一步详细说明。

本申请实施例公开一种用于灰水处理的反应器，参照图1，该反应器包括容器本体1和膜组件2；容器本体1包括筒体11、第一法兰盘12、第二法兰盘13，第一法兰盘12固定连接于筒体11的底端形成筒体11底部，第二法兰盘13固定连接于筒体11的顶端且形成开口状态；膜组件2用于通氧气，安装于筒体11内；筒体11顶部连接有可拆卸的容器盖14；筒体11底部开设有进水口111和进气口115，侧壁开设出水口112，容器盖14可设有出气口116。

在本实施例中，筒体11、第一法兰盘12和第二法兰盘13可以采用有机玻璃材料制成并通过焊接工艺连接为一个整体；此外，筒体11采用圆柱形筒，在其他实施例中，筒体11也可以采用方距形筒体11等。在本实施例的实验室中，采用筒体11有效容积为1.46L，筒体11内径为6cm，高为70cm，在其他实施例中，可以根据净化需求对筒体11的尺寸做适应性调整。

进一步地，参照图2，筒体11的侧壁开设有第一回流口113和第二回流口114，第二回流口114距离筒体11底部的高度低于第一回流口113距离筒体11底部的高度，第一回流口113距离筒体11底部的高度低于出水口112距离筒体11底部的高度。在本实施例中，可以在筒体11的进水口111、出水口112、第一回流口113及第二回流口114的位置焊接短管，以方便引流。此外，需要说明的是，出气口116与进气口115之间的中心连线垂直于筒体11底部。

进一步地，参照图2，容器本体1还包括固定架15，该固定架15包括固定板151和四个支撑柱152，支撑柱152焊接于固定板151表面，在本实施例中，固定板151可以采用方形或圆形的金属板，在其他实施例中，也可以采用塑料板；固定板151和支撑柱152均采用实心材料。

进一步地，将筒体11固定于固定板151，具体地，第一法兰盘12与固定板151的边缘对应位置贯穿开设有四个对称的第一固定孔(图中未示意)，每个第一固定孔螺纹连接有第一螺栓121，从而将第一法兰盘12与固定板151固定。进一步地，固定板151靠近中心位置开设有第一通孔和第二通孔(图中未示意)，第一法兰盘12开设进气口115与固定板151上的第一通孔贯通，进水口111与第二通孔贯通。在本实施例中，第一法兰盘12和固定板151可以采用相同平面尺寸的方形板，在其他实施例中，也可以采用圆形板。

参照图3，膜组件2包括膜丝21、第一固定管22和第二固定管23，第一固定管22包括第一套筒221和第一渐缩管222，第二固定管23包括第二套筒231和第二渐缩管232；膜丝21的一开口端套入第一套筒221内，另一开口端套入第二套筒231内，第一套筒221与第一渐缩管222螺纹连接，第一渐缩管222连接有一进气管，第二套筒231与第二渐缩管232螺纹连接，第二渐缩管232连接有一出气管；在本实施例中，在第一套筒221与第一渐缩管222的接口处用胶布缠绕加固密封，在第二套筒231与第二渐缩管232的接口处用胶带缠绕加固密封；在进行反应器的组装时，将膜组件2竖直置于筒体11内，第一渐缩管222连接进气并管贯通筒体11的进气口115，第二渐缩管232连接出气管并贯通筒体11的出气口116；在本实施例中，在第一渐缩管222和进气管的接口处用胶布缠绕密封固定，在第二渐缩管232和出气管的接口处用胶布缠绕密封固定。需要说明的是，筒体11内设有通氧气的膜组件2，在净化时，便于氧气以无泡扩散的方式穿过纤维膜被生物膜利用，曝气过程中不会产生大量的气泡，氧气利用率高，能耗低。

在本实施例中，参照图3和图4，膜丝21采用PVDF中空纤维膜，外径2.0mm，内径1.6mm，平均膜孔径0.05μm，膜组件有120根中空纤维膜，膜组件的总有效膜面积为0.408m²，在其他实施例中，可以根据净化需求对中空纤维膜的参数和数量做适应性调整。此外，中空纤维膜的两端即膜丝的两端分别套入第一套筒221和第二套筒231，且中空纤维膜的两端间距与筒体的高度相匹配。进一步地，采用填充剂填充膜丝的两端与对应套管之间的空隙，在本实施例中，填充剂可以采用环氧树脂胶，从而保证膜丝与套筒之间粘结牢固且无缝隙，同时每根中空纤维膜两端开口不密封，使得氧气可以进入中空纤维膜内部，再由表面的膜孔扩散到膜外。需要说明的是，中空纤维膜的两端粘结在对应套筒内，膜丝21分布均匀，比表面积大，后期净化时，有利于膜丝21表面与污水充分接触，有利于好氧-缺氧-厌氧多功能动态生物膜的形成；此外，膜组件结构简单，方便操作，易于大规模工程化应用。

进一步地，容器盖14固定于第二法兰盘13，具体地，在容器盖14和第二法兰盘13的四周贯穿开设有四个对称的第二固定孔(图中未示意)，每个第二固定孔螺纹连接有第二螺栓141。在本实施例中，第二法兰盘13和容器盖14采用相同平面尺寸的圆形金属板，在其他实施例中，也可以采用方形金属板。进一步地，可以在第二法兰盘13和容器盖14之间加上一垫圈，起到防漏的作用。需要说明的是，容器盖14通过螺栓固定于第二法兰盘13上，方便将容器盖14从第二法兰盘13拆卸，从而方便将清洗、更换膜组件2和筒体11。

进一步地，参照图4，容器盖14开设有第三通孔142和第四通孔143，第三通孔142贯穿有一溶解氧测定仪(图中未示意)，第二通孔贯穿有一PH计(图中未示意)；在本实施例中，容器盖14可以为一法兰盘，第三通孔142和第四通孔143可以为法兰孔。

本实施例用于灰水处理的反应器的工作原理如下：

将膜组件2组装好后，放入筒体11时，将进气管与膜组件2的第一渐缩管222连接，在接口处用胶布缠绕固定，然后将出气管与膜组件2的第二渐缩管232连接，并在接口处用胶布缠绕固定，然后将筒体11的第一法兰盘12通过螺栓固定于固定架15上，将容器盖14通过螺栓固定于筒体11的第二法兰盘13，然后将溶解氧测定仪通过容器盖14的第三通孔142插入筒体11内，将PH计通过容器盖14的第四通孔143插入筒体11内。

本申请实施例还公开一种用于灰水处理的净化系统，参照图5，该净化系统包括本实施例用于灰水原位处理的反应器，以及进水泵、回流泵、空气泵、进水管、出水管、回流管、进气管和出气管。

进水管经进水泵连接于反应器的进水口，进水管的管路上设有进水阀；出水管连接于反应器的出水口，出水管的管路上设有出水阀；进气管的一端连接空气泵，另一端连接于反应器的进气口；进气管的管路上设有气体流量计和压力计；出气管连接于反应器的出气口，出气管的管路上设有出气阀；回流管经回流泵，且两端分别连接于反应器的第一回流口和第二回流口；回流管靠近第一回流口的管路上设有第一回流阀，回流罐靠近第二回流口的管路上设有第二回流阀。在本实施例中，进水泵选用蠕动泵。此外，反应器的进气口进气，出气口利用出气阀定时放气，使得膜组件一端通气，一端定时放气，调节膜丝内部的氧气分压，增大氧气供应驱动力。

本实施例用于灰水处理的净化系统的工作原理为：

净化系统运行时，空气以一定压强通过进气管路，由下到上进入中空纤维膜内部，氧气从中空纤维膜内部通过无泡扩散方式扩散到膜外。进水泵以恒定流速将污水从反应器进水口连续进入反应器内，同时第一回流口和第二回流口由回流管连接，中间经回流泵提供动力，使得筒体内形成完全混合流。氧气由膜丝表面的生物膜层向外层扩散过程中浓度逐步降低，由内到外可形成好氧-缺氧-厌氧生物膜。与此同时，通过控制进气气压，结合气体由膜丝内部沿程扩散而导致的浓度降低，通气方向的膜丝表面生物膜亦可形成好氧-缺氧-厌氧层。微生物膜附着在中空纤维膜丝外层，氧气经中空纤维膜表面由生物膜的内部向外部扩散，同时水中的污染物从生物膜外部向内部扩散，基质逆向扩散可提高氧气和污染底物的反应速率。在膜丝表面形成的横向/纵向好氧-缺氧-厌氧的三维多功能动态生物膜，该三维多功能动态生物膜以向膜内扩散的污染物为底物，利用从中空纤维膜表面扩散的氧气分子作为电子受体，将灰水中有机物和氮等污染物同步去除降解，并且反应器内的微生物不易流失，系统运行稳定。

下面详细说明关于本申请的一个具体实验实例：

采用含有高表面活性剂的模拟灰水，水量为2.3L/d，进水的TCOD为511±13mg/L，LAS为335±13mgCOD/L，TN为13.5±0.6mg/L，pH为7.02±0.03。本实施例净化系统的供气压力为0.80psi。驯化期接种城市污水处理厂的好氧活性污泥，接种量约为1.5mL/L。接种污泥用灭菌注射器打入反应器内，将含有接种污泥的污水在反应器中循环5天，以确保生物膜附着在膜表面，然后进行30天的灰水驯化启动阶段。保持反应器内溶解氧浓度为0.4mg/L和水力停留时间为7.5h，出水中COD、LAS和TN的去除率分别为89.7％、99.1％、78.1％，出水pH在7-7.5之间，出水水质达到生活污水一级排放标准。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于灰水处理的反应器，其特征在于：所述反应器包括容器本体和膜组件；所述容器本体包括筒体，所述筒体顶部为开口设置，底部为封闭设置，所述筒体顶部连接有可拆卸的容器盖；所述膜组件安装于筒体内，所述膜组件包括膜丝、第一固定管和第二固定管，所述膜丝的一开口端固定连接于所述第一固定管的一端，所述第一固定管的另一端贯通于筒体底部形成进气口，所述膜丝的另一开口端固定连接于所述第二固定管的一端，所述第二固定管的另一端贯通于所述容器盖形成出气口；所述筒体底部开设有进水口，侧壁开设出水口。

2.根据权利要求1所述的用于灰水处理的反应器，其特征在于：所述筒体的侧壁开设有第一回流口和第二回流口，所述第二回流口距离筒体底部的高度低于第一回流口距离筒体底部的高度，所述第一回流口距离筒体底部的高度低于所述出水口距离所述筒体底部的高度。

3.根据权利要求1所述的用于灰水处理的反应器，其特征在于：所述第一固定管包括第一套筒和第一渐缩管；所述第二固定管包括第二套筒和第二渐缩管；

所述膜丝的一开口端连接于所述第一套筒内，另一开口端连接于第二套筒内；所述第一套筒与第一渐缩管螺纹连接，所述第一渐缩管连接有一进气管，所述进气管贯穿于所述进气口；所述第二套筒与所述第二渐缩管螺纹连接，所述第二渐缩管连接有一出气管，所述出气管贯穿于所述出气口。

4.根据权利要求3所述的用于灰水处理的反应器，其特征在于：所述膜丝采用若干根中空纤维膜，且所述中空纤维膜两端为开口状态。

5.根据权利要求1任一项所述的用于灰水处理的反应器，其特征在于：所述膜丝的两端分别与第一套筒内部、第二套筒内部存有间隙，所述间隙采用填充剂填充。

6.根据权利要求1所述的用于灰水处理的反应器，其特征在于：所述容器本体还包括第一法兰盘和第二法兰盘，所述第一法兰盘固定连接于筒体的底端形成所述筒体底部，所述第二法兰盘固定连接于筒体的顶端且形成开口状态，所述容器盖可拆卸连接于所述第二法兰盘的表面；

所述容器本体还包括固定架，所述固定架包括固定板和若干个支撑柱，所述支撑柱固定连接于固定板表面，所述固定板开设有第一通孔和第二通孔；所述第一法兰盘固定连接于所述固定板远离支撑架的表面，所述第一通孔与所述筒体底部的进气口贯通，所述第二通孔与所述筒体底部的进水口贯通。

7.根据权利要求6所述的用于灰水处理的反应器，其特征在于：所述固定板与第一法兰盘的对应位置贯穿开设有若干第一固定孔，每个所述第一固定孔螺纹连接有第一螺栓；所述容器盖与所述第二法兰盘的对应位置贯穿开设有若干第二固定孔，每个所述第二固定孔螺纹连接有第二螺栓。

8.根据权利要求7所述的用于灰水处理的反应器，其特征在于：所述容器盖和第二法兰盘之间装有一垫圈。

9.根据权利要求1所述的用于灰水处理的反应器，其特征在于：所述容器盖开设有第三通孔和第四通孔，所述第三通孔贯穿有一溶解氧测定仪，所述第四通孔贯穿有一pH计。

10.一种用于灰水原位处理的净化系统，其特征在于：所述净化系统包括权利要求1到9任一项所述用于灰水原位处理的反应器，以及进水泵、回流泵、空气泵、进水管、出水管、回流管、进气管和出气管；

所述进水管经所述进水泵连接于所述反应器的进水口，所述进水管的管路上设有进水阀；

所述出水管连接于所述反应器的出水口，所述出水管的管路上设有出水阀；

所述进气管的一端连接所述空气泵，另一端连接于所述反应器的进气口；所述进气管的管路上设有气体流量计和压力计；

所述出气管连接于所述反应器的出气口，所述出气管的管路上设有出气阀；

所述回流管经所述回流泵，且两端分别连接于反应器的第一回流口和第二回流口；所述回流管靠近第一回流口的管路上设有第一回流阀，所述回流罐靠近第二回流口的管路上设有第二回流阀。

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