CN115057522B - 一种自清洁萃取膜生物污水处理装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自清洁萃取膜生物污水处理装置，包括生物泥液化器、萃取膜生物反应器，和控制系统，所述生物泥液化器包括曝气模块和固定有曝气模块出口的泥浆泵，曝气模块用于搅动生物泥混合成生物泥与水的混合液，泥浆泵用于将混合液供给萃取生物反应器；所述萃取生物反应器包括圆筒状壳体，壳体内插设有若干萃取管，萃取管的表面包覆着萃取膜。有益效果是：通过与传统的萃取膜生物反应器相反的生物泥和污水的通过方式，生物泥混合液在萃取管内流动，污水在管外的桶状壳体内流动，通过自然搅动和回流的方式，大幅提高萃取膜与污水的接触面积和概率，使更多的有机污染物能够及时地被萃取降解，提高降解效率。

Description

一种自清洁萃取膜生物污水处理装置

技术领域

本发明属于污水处理技术领域中的有机物污染物萃取处理的技术范畴，尤其涉及一种自清洁萃取膜生物污水处理装置。

背景技术

污水的萃取膜生物反应技术EMBR概念最早由英国帝国理工大学Livingston 教授于20世纪90年代提出，该工艺将膜萃取技术和生物降解技术有效结合.采用选择性透过膜将废水循环单元和生物降解单元完全隔开，从而具有其独特的原理和优：:废水中只有毒性高的 疏水性的目标有机物污染物透过膜，进入生物降解单元，进而被专性降解菌降解；而废水中其他无机 组分（如酸、碱、盐、重金属等）仍在废水循环单元， 不会对微生物代谢产生影；;生物降解单元中微生物对难降解有机物的降解可选择在最优化的条件下进行，这使得EMBR非常适合处理强酸、强碱、高盐度、生物有毒物质存在等不宜与微生物直接接触的，以及在传统好氧活性污泥处理中容易随曝气气 流挥发从而造成二次污染的含挥发和半挥发性有机物的废水，

其中，中国专利CN201210087329.7公开了一种萃取膜生物反应器及其污水处理方法。该萃取膜生物反应器包括生物反应池及安装在所述生物反应池中的膜组机构；膜组机构由若干片平行排列的平板式萃取膜组件、膜架、固定在所述膜架上且与所述平板式萃取膜组件内部的水流通道形成相互连通流路的底端通水管和顶端通水管组成。萃取膜生物反应器的污水处理方法：在所述生物反应池中充满活性污泥混合，,使液面淹没膜组机构，经过预处理除去悬浮物 后的污水经底端的通水管进入平板式萃取膜组件内腔，污水中的溶解性污染物通过平板式萃取膜组件上的膜孔扩散进入生物反应池中被微生物所降，,平板式萃取膜组件内的净化水经顶端的通水管开口端直接流出。

该专利技术中，污水经底端通水管开口端流入、平行经过各平板式萃取膜组件内部的水流通道、各平板式萃取膜组件内部出来的净化水经汇集于顶端通水管的出口端所形成的互通流路流出，并设有回水泵，用于洗平板式萃取膜组件的内部，以清除内部滋生的污，,保证处理效率不降低。

该项技术的不足之处在于，污水在板式萃取组件中流过，有机污染物被萃取膜萃取在板式萃取组件附近集中，而生物泥则分散在整个容器中，造成局部有机污染物过多，而其他地方过少，在增加搅动设备的前提下可以实现容器内的生物均匀地接触触有机污染物，并需要在容器内增加曝气装置，给生物泥中的生物提供充足的氧气，这样就增加了污水处理设备的运行成本。

而据统计，大量的污水处理设备因为运行维护成本过高而遭到闲置，无法发挥其污水处理功用。

发明内容

本发明要实现的目标是：实现萃取膜生物污水处理装置结构简化和低成本运行。

为了实现上述目标，本发明提供一种自清洁萃取膜生物污水处理装置。

本发明所采用的具体技术方案为：

一种自清洁萃取膜生物污水处理装置，包括生物泥液化器、萃取膜生物反应器，和控制系统 ：

所述生物泥液化器包括曝气模块和固定有曝气模块出口的泥浆泵，曝气模块用于搅动生物泥混合成生物泥与水的混合液，泥浆泵用于将混合液供给萃取生物反应器；

所述萃取生物反应器包括圆筒状壳体，壳体内插设有若干萃取管，萃取管的表面包覆着萃取膜，萃取管固定在若干圆形固定盘上，圆形固定盘的外圆周卡接在壳体的内壁上，圆形固定盘设有若干过水缺口，萃取管外侧套设有环状毛刷，毛刷设有浮力球，可随着污水的水位改变而上下移动；

所述混合液从所述萃取管中流过，待处理的污水从萃取管与壳体之间的空腔流过，污水中的待处理污染成分被萃取膜萃取进入萃取管，由混合液中生物获取分解。

由于壳体内插设有若干萃取管，萃取管固定在若干圆形固定盘上，圆形固定盘的外圆周卡接在壳体的内壁上，这样的结构可以将萃取管直接从圆筒状壳体中整体抽出，用于清理萃取管内的污物；

特别的，若干个圆形固定盘均设有若干过水缺口，当污水穿过过水缺口时，由于流水的流体特性，其流向，流速均发生改变，并伴有回流现象，使得污水每经过一个固定盘后就会发生自然搅拌混合，使得污水中的有机污染物能够有更多的机会接触萃取管，而被萃取到萃取管内；

进一步的，萃取管外侧套设有环状毛刷，毛刷设有浮力球，可随着污水的水位改变而上下移动，通过这样的设计，在每次污水进入壳体内时，相邻的固定盘之间污水推动浮力球运动，进而带动环状毛刷沿着萃取管的外壁滑动，由于环状毛刷的刷毛与萃取管的外壁相接处，这样就实现了将附着在萃取管外的污物清除，而污水每经过一个固定盘后就会发生自然搅拌混合，这种回流作用遇到毛刷时，又将毛刷从萃取管外壁清理下的污物冲刷冲走，进一步提高了清洁效果；

而生物泥液化器包括曝气模块和固定有曝气模块出口的泥浆泵，曝气模块用于搅动生物泥混合成生物泥与水的混合液，泥浆泵用于将混合液供给萃取生物反应器，生物泥与水的混合液中生物泥与水的体积比为1:4至1:10，优选为1:6，这样可以使混合液顺利地通过萃取管而不与萃取管发生粘连，这样的设计的好处还在于，通过萃取管萃取得到有机污染物被混合液中的生物泥捕捉降解，而没有被及时捕捉降解的有机污染物直接被混合液带走，再循环到生物泥液化器中，在这一过程中被降解处理，同时生物泥返回生物泥液化器中重复下一个循环。

作为本发明的进一步改进，所述过水缺口成扇形。作为过水缺口优选形状，扇形的缺口，可以使得缺口的不同位置进水量不同，更有利于改变原来污水的流向和流速，更有利于形成水的回流现象。

作为本发明的进一步改进，相邻的过水缺口之间的固定盘边缘凸起部分与固定盘的基体成角度A。角度A的范围为10°至60°作为过水缺口优选角度范围，最优选为30°，采用这一角度时，污水通过过水缺口后，在固定盘的后方形成涡流，进一步强化污水每经过一个固定盘后就会发生自然搅拌混合的效果。

作为本发明的进一步改进，所述浮力球内设有位移传感器，用于检测毛刷的位置并发送给控制系统。

通过位移传感器检测毛刷的位置并发送给控制系统，一方面可以检测毛刷是否正常工作，另一方面检测污水在圆筒状壳体液面位置，便于控制系统试试控制进入圆筒状壳体的污水量，实现最优的处理效果。

作为本发明的进一步改进，所述萃取管的入口处设有螺旋导流板，用于保持萃取管内的混合液流向为非直线状态。

通过螺旋导流板的导流，由泥浆泵输送过来的混合液在导流板处形成斜切的流行冲击到萃取管的内壁上，在内壁上形成环绕内壁的涡流，这样带来的优点是，能让更多的混合液中的生物泥接触到有萃取管萃取过来的有机污染，同时形成涡流还能够保持对萃取管内壁的冲刷，起到清洁的作用。

作为本发明的进一步改进，所述螺旋导流板卡接在萃取管的入口。

由于本发明中的萃取管可以直接从圆筒状壳体中整体抽出，用于清理萃取管内的污物，采用螺旋导流板卡接在萃取管的入口的设计，可以实现在清理萃取管的时候将螺旋导流板拆下来，便于对萃取管内部的清理养护。

作为本发明的进一步改进，所述壳体沿着轴线分为两个腔体，所述混合液和污水的入口和出口均设置在壳体的同一端。

作为优选的结构，壳体沿着轴线分为两个腔体，一端采用半球形的封堵面封堵，两个腔体在半球形封堵处相通，使得其内部设置的萃取管以及萃取管和壳体之间的空间相互联通，保证污水和混合液均能顺利地循环，同时使得混合液和污水的入口和出口均设置在壳体的同一端，便于设备在管道井或者地下室内安装时布置管路。

作为本发明的进一步改进，所述生物泥液化器内设有搅动器，搅动器的顶部设有混合液的回流口，混合液从回流口进入生物泥液化器并冲击搅动器，驱动搅动器转动，生物泥与水始终保持混合液的状态，并实现曝气。

采用这样的设计，搅动器由回流口处进入生物泥液化器混合液冲击驱动，充分利用了混合液的回流时的动能，在实现物泥与水始终保持混合的情况下，还实现了曝气功能，节省了使用电动机或者内燃机驱动搅动器的能源，达到了节能降耗的目的。

作为本发明的进一步改进，所述搅动器设有若干扇齿状搅动板，搅动板的端部设有伸缩毛刷。

相应地，生物泥液化器的底部为半圆弧状，搅动器由回流口处进入生物泥液化器混合液冲击驱动，进行转动，搅动器设有若干扇齿状搅动板，搅动板的端部设有伸缩毛刷，这些伸缩毛刷与生物泥液化器的底部相接处，每次转动时，毛刷刷过生物泥液化器的底部，对底部进行清扫，充分搅动生物泥液化器中的生物泥，使之与水充分混合形成混合液，因此本改进，在实现充分混合生物泥和水的同时，又实现了对生物泥液化器底部的清洁。

作为本发明的进一步改进，所述搅动器的两端设有螺旋绞龙，用于收集废弃的生物泥和添加新的生物泥。

搅动器与生物泥液化器的两侧的侧壁之间存在安装间隙，上一改进的伸缩毛刷将底部的生物刮擦搅动的同时，一部分没有活力的生物泥被挤到两侧，这部分生物泥即失去净化污水能力的生物形成沉降团，在此位置设置螺旋绞龙，定时的启动可以将这部分生物泥抽出生物泥液化器，相应的绞龙的底部设有凹陷的形状便于没有活力的生物泥在此沉降，利于螺旋绞龙将其收集抽出。

此外，该螺旋绞龙反转时，还可以实现向生物泥液化器中添加新的生物泥，用来补充损失的生物泥，保持污水池里的持续性和稳定性。

作为本发明的进一步改进，所述搅动器设有辅助旋转装置，所述萃取管的出口设有溶解氧检测器，控制系统接收溶解氧检测器的反馈并控制辅助旋转装置的转动。

当污水处理中有机污染物过多时，生物泥对有机污染物的分解量相应的增加，对于溶解氧的需求量也相应的增加，此时仅靠由回流口处进入生物泥液化器混合液冲击驱动搅动器，提供的曝气量无法满足生物泥对溶解氧的需求，辅助旋转装置，在控制系统的控制下，根据溶解氧检测器的反馈，适时地开启或停止转动，来辅助实现混合液中溶解氧的实时调整，满足生物泥的降解需求。

本发明的积极效果是：

通过与传统的萃取膜生物反应器相反的生物泥和污水的通过方式，生物泥混合液在萃取管内流动，污水在管外的桶状壳体内流动，同时设置固定盘，通过自然搅动和回流的方式，大幅提高萃取膜与污水的接触面积和概率，使更多的有机污染物能够及时地被萃取降解，而流动生物泥混合液进一步增加了降解的时间和生物泥的可活动空间，可以获得充足的溶解氧，提高降解效率。

通过萃取管外侧套设有环状毛刷，毛刷设有浮力球，实时的实现萃取管的表面清理，与传统的萃取膜生物反应器相比，减少了回水冲洗的工艺步骤，减少了回水泵及其相关的辅助结构，在结构简化了装置的构造，运行维护上节省了电能和对泵体及其相关的辅助结构维护保养，

3.由于壳体内插设有若干萃取管，萃取管固定在若干圆形固定盘上，圆形固定盘的外圆周卡接在壳体的内壁上，这样的结构可以将萃取管直接从圆筒状壳体中整体抽出，用于清理萃取管内的污物，这样的结构更适合在定期的大修维护中拆装和彻底清洗，提供维护保养的效率，节省传统回水充冲洗的电能和水资源，同时可视的直观地展示清洁效果，达到彻底清洁的效果。

附图说明

图1是本发明一种自清洁萃取膜生物污水处理装置的三维示意图；

图2是图1中所示本发明一种自清洁萃取膜生物污水处理装置第二个角度的三维示意图；

图3是图2中所示本发明一种自清洁萃取膜生物污水处理装置的萃取膜生物反应器结构示意图；

图4是图2中所示本发明一种自清洁萃取膜生物污水处理装置的萃取膜生物反应器第二种结构示意图；

图5是图4本发明一种自清洁萃取膜生物污水处理装置的萃取膜生物反应器C-C向剖视图；

图6是图4中所示一种自清洁萃取膜生物污水处理装置固定盘的结构示意图；

图7是图6中所示一种自清洁萃取膜生物污水处理装置固定盘的侧向视图；

图8是图2中所示一种自清洁萃取膜生物污水处理装置生物泥液化器的结构示意图。

图例说明：1—生物泥液化器，1001—混合液回水口，1002—螺旋绞龙，1003—转轴，1004—输送管，1005—绞龙笼头，1006—搅动板，1007—伸缩毛刷，1008—带座轴承，2—基座， 3—控制柜，4—第一萃取膜生物反应器，5—第二萃取膜生物反应器， 501—混合液进口， 502—混合液出口， 6—污水进水管，601—污水出水管，7—泥浆泵， 8—曝气窗，9—混合液第一进口， 10—第一积液腔， 11—第一密封盘， 12—萃取管，13—污水空腔，14—污水第一进水口， 15—固定盘，1501—过水缺口，1502—凸缘，1503—环状毛刷，1504—浮力球， 16—第一排气阀， 17—第二积液腔， 18—第二排气阀， 19—混合液第一出口， 20—污水第一出水口， 21—固定座， 22—混合液第二出口， 23—第三积液腔，24—隔板， 25—第二密封盘。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述：

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底” “内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

以下结合具体实施例对本发明的具体实现进行详细描述。

具体实施例一：

一种自清洁萃取膜生物污水处理装置，包括基座2，基座2的左侧设有生物泥液化器1，基座2的右侧设有两个萃取膜生物反应器，分别为第一萃取膜生物反应器4和第二萃取膜生物反应器5，基座2的中部设有控制柜3，控制柜内安装有本发明的控制系统，生物泥液化器1由泥浆泵7通过管道将第一萃取膜生物反应器4和第二萃取膜生物反应器5依次连接，第二萃取膜生物反应器5的顶部设有污水进水管6，第一萃取膜生物反应器4的侧方设有污水出水管601，污水在第二萃取膜生物反应器5和第一萃取膜生物反应器4的壳体内依次流过后从污水出水管601流出，污水的流向与生物泥混合液的流向相反。

以如图4为例，取膜生物反应器包括壳体，壳体内设有六个固定盘15，如图6所示，固定盘15的边缘设有过水缺口1501，和凸缘1502，凸缘1502的工作面与固定盘15的端面成夹角A,A=45°，固定盘卡接在壳体的内部，固定盘的中部插设有若干萃取管12，萃取管12与壳体之间形成污水的流过的通道，即污水空腔13，壳体内还设有隔板24，将壳体内的空腔分为两部分，两部分的污水流向相反，混合液的流向也相反，如图4所示，污水空腔13两端设有第一密封盘11和第二密封盘25，将污水空腔13与混合液的流道隔开。

萃取管12外侧套设有环状毛刷1503，毛刷固定在固定盘15形状相同的浮力盘上，浮力盘上的边缘设有若干浮力球1504，可随着污水的水位改变而上下移动。

如图8所示，生物泥液化器1设有三个混合液回水口1001，其下方设有搅动器，搅动器包括转轴1003，转轴上设有六个扇形的搅动板1006，搅动板1006的端部设有伸缩毛刷1007，伸缩毛刷1007与搅动板1006为活动插接的连接方式，其连接处设有弹簧，用于实现伸缩毛刷的伸缩动作，该动作为被动的，即遇到障碍物时才会收缩，平常时处于舒张状态，转轴1003通过带座轴承1008固定在生物泥液化器1侧壁上，搅动器的两侧分别设有一个螺旋绞龙1002，以左侧的螺旋绞龙为例，其底部连接有输送管1004，输送管1004内设有螺杆，螺旋绞龙1002的电机转动，带动螺杆转动，将生物泥液化器1两侧生物泥通过绞龙笼头1005吸入输送管1004内，并在螺杆的旋转带动下，由顶部送出。

具体使用时：

控制系统接收污水系统的指令，控制生物泥液化器1和第一萃取膜生物反应器4启动，具体的开启生物泥液化器1，第一萃取膜生物反应器4和第二萃取膜生物反应器5进口和出口管道上的电动执行器，使管路畅通；

启动泥浆泵7，抽取生物泥液化器1的混合液，通过管道送入依次第一萃取膜生物反应器4和第二萃取膜生物反应器5以图4为例，混合液从第一萃取膜生物反应器4的混合液第一进口9进入第一积液腔10，然后分别进入图5所示的顶部空腔内各个萃取管，到达另一端的第三积液腔23，后从图5所示底部空腔内各个萃取管，返回第一积液腔10下方的空腔，再从混合液第二出口22流出，然后通过管道进入第二萃取膜生物反应器5循环；

外部污水从第一萃取膜生物反应器4的污水第一进水口14进入污水空腔13，依次穿过六个固定盘15，固定盘均设有若干过水缺口，当污水穿过过水缺口时，由于流水的流体特性，其流向，流速均发生改变，并伴有回流现象，使得污水每经过一个固定盘后就会发生自然搅拌混合，使得污水中的有机污染物能够有更多的机会接触萃取管，而被萃取到萃取管内；在最右端的固定盘15后方，隔板24设有通孔，用于将污水引入下方空腔，然后从混合液第一出口19流出，然后进入第二萃取膜生物反应器5循环。

其中当污水进入相邻的固定盘15之间的空间时，污水的浮力带动浮力球1504运动，在每次污水进入壳体内时，相邻的固定盘之间污水推动浮力球运动，进而带动环状毛刷沿着萃取管的外壁滑动，由于环状毛刷的刷毛与萃取管的外壁相接处，这样就实现了将附着在萃取管外的污物清除，而污水每经过一个固定盘后就会发生自然搅拌混合，这种回流作用遇到毛刷时，又将毛刷从萃取管外壁清理下的污物冲刷冲走，进一步提高了清洁效果。

具体实施例二：在具体实施例一的基础上，第一萃取膜生物反应器4和第二萃取膜生物反应器5结构如图3所示，区别仅在于，取消了隔板24，混合液第一出口19和污水第一出水口20设置在了右端。

具体实施力三：在具体实施例一或具体实施例二的基础上，搅动器设有辅助旋转装置，辅助旋转装置为有控制系统控制的电动机，与转轴1003固定连接，萃取管12的出口设有溶解氧检测器，控制系统接收溶解氧检测器的反馈并控制辅助旋转装置的转动，当污水处理中有机污染物过多时，生物泥对有机污染物的分解量相应的增加，对于溶解氧的需求量也相应的增加，此时仅靠由回流口处进入生物泥液化器混合液冲击驱动搅动器，提供的曝气量无法满足生物泥对溶解氧的需求，辅助旋转装置，在控制系统的控制下，根据溶解氧检测器的反馈，适时的开启或停止转动，来辅助实现混合液中溶解氧的实时调整，满足生物泥的降解需求。

具体实施例四：

在具体实施例一或具体实施例二的基础上，过水缺口成扇形。作为过水缺口优选形状，扇形的缺口，可以使得缺口的不同位置进水量不同，更有利于改变原来污水的流向和流速，更有利于形成水的回流现象。

具体实施例五：

在具体实施例一或具体实施例二的基础上，浮力球内设有位移传感器，用于检测毛刷的位置并发送给控制系统。通过位移传感器检测毛刷的位置并发送给控制系统，一方面可以检测毛刷是否正常工作，另一方面检测污水在圆筒状壳体液面位置，便于控制系统试试控制进入圆筒状壳体的污水量，实现最优的处理效果。

前述内容已经宽泛地概述出各个实施例的一些方面和特征，其应该被解释为仅是各个潜在应用的说明。其他有益结果可以通过以不同方式应用公开的信息或通过组合公开的实施例的各个方面来获得。在由权利要求限定的范围的基础上，结合附图地参考对示例性实施例的具体描述可获得其他方面和更全面的理解。

上述实施例对本发明做了详细说明。当然，上述说明并非对本发明的限制，本发明也不仅限于上述例子，相关技术人员在本发明的实质范围内所作出的变化、改型、添加或减少、替换，也属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种自清洁萃取膜生物污水处理装置，包括生物泥液化器、萃取膜生物反应器，和控制系统，其特征在于：

所述生物泥液化器包括曝气模块和固定有曝气模块出口的泥浆泵，曝气模块用于搅动生物泥混合成生物泥与水的混合液，泥浆泵用于将混合液供给萃取生物反应器；

所述萃取生物反应器包括圆筒状壳体，壳体内插设有若干萃取管，萃取管的表面包覆着萃取膜，萃取管固定在若干圆形固定盘上，圆形固定盘的外圆周卡接在壳体的内壁上，圆形固定盘设有若干过水缺口，所述过水缺口成扇形，相邻的过水缺口之间的固定盘边缘凸起部分与固定盘的基体成角度A，角度A的范围为10°至60°；萃取管外侧套设有环状毛刷，毛刷设有浮力球，可随着污水的水位改变而上下移动，污水每经过一个固定盘后可发生自然搅拌混合，回流遇到毛刷，将毛刷从萃取管外壁清理下的污物冲走；

所述混合液从所述萃取管中流过，待处理的污水从萃取管与壳体之间的空腔流过，污水中的待处理污染成分被萃取膜萃取进入萃取管，由混合液中生物获取分解；

所述生物泥液化器内设有搅动器，搅动器的顶部设有混合液的回流口，混合液从回流口进入生物泥液化器并冲击搅动器，驱动搅动器转动，生物泥与水始终保持混合液的状态，并实现曝气；

所述搅动器设有若干扇齿状搅动板，搅动板的端部设有伸缩毛刷；

所述搅动器的两端设有螺旋绞龙，用于收集废弃的生物泥和添加新的生物泥；

所述搅动器设有辅助旋转装置，所述萃取管的出口设有溶解氧检测器，控制系统接收溶解氧检测器的反馈并控制辅助旋转装置的转动。

2.根据权利要求1所述一种自清洁萃取膜生物污水处理装置，其特征在于，所述浮力球内设有位移传感器，用于检测毛刷的位置并发送给控制系统。

3.根据权利要求2所述一种自清洁萃取膜生物污水处理装置，其特征在于，所述萃取管的入口处设有螺旋导流板，用于保持萃取管内的混合液流向为非直线状态。

4.根据权利要求3所述一种自清洁萃取膜生物污水处理装置，其特征在于，所述螺旋导流板卡接在萃取管的入口。