CN1919750A - 一种智能型中水回用设备及其清洗方法 - Google Patents

Abstract

一种涉及生物化学的智能型中水回用设备及其清洗方法，包括生物反应池、膜组件和清水池、用于生物反应池进水或排放的进水排放管道装置、从清水池输出清水的出水管道装置、由膜组件向清水池输送清水的产水管道装置，以及用于膜组件清洗的第一曝气管道装置，其特征在于：还包括一个膜滤池和反冲管道装置，膜组件置于膜滤池中，反冲管道装置用于对膜滤池反冲洗，由出水管道装置连通至膜组件以及膜组件上方，其方法为：A.检测产水管道装置的工作信号，根据工作信号接通第一曝气管道装置或反冲管道装置，对膜组件反冲洗，B.结束反冲洗，恢复正常运行状态，本发明操作简便，清洗效果好，实用性强，可靠性高。

Description

一种智能型中水回用设备及其清洗方法

技术领域

本发明涉及生物化学，尤其涉及一种智能型中水回用设备及其清洗方法。

背景技术

水问题已经成为国家经济可持续发展的制约因素，实现污水资源化具有明显的环境效益、经济效益和社会效益，是保护水资源和使水资源增值的有效途径，同时也会大大地缓解水资源的紧缺。

膜生物反应器(MBR：Membrane Bio-reactor)是一种由膜分离单元与生物处理单元相结合的新型水处理技术。

相对于传统的生化水处理技术，MBR具有出水水质好，设备紧凑、占地面积小；易实现自动控制、运行管理简单等特点。但MBR工艺也存在一些不足之处，为控制膜污染，恢复膜组件的设计水通量，对膜组件进行清洗是实际应用中必须解决的难题。

在实际应用中，目前对膜组件的清洗方法主要有两种方法：物理清洗与化学清洗。

物理清洗一般采用穿孔曝气方式，利用上升气水混合流的剪切力作用于膜组件的表面，对沉积在膜表面污染物进行冲刷，但对于膜孔及膜管内部污染物则难于清除，此种方式清洗时所需曝气量大，能量消耗也大，清洗时间长，清洗效果较差。

化学清洗是往清水中加入适当的酸、碱、氧化剂等清洗剂，用反洗泵将清洗药剂溶液泵入膜孔径及膜管内部。此种清洗由于药剂浓度高，对膜生物反应器内的活性污泥有毒害作用，膜生物反应器恢复正常运行需较长时间。将膜组件浸泡在药剂溶液中，进行彻底清洗，可最大程度恢复膜组件膜通量，实现膜组件的再生；但是，此种清洗方式需将膜组件从膜生物反应器中取出，操作复杂且费力费时。

也有联合采用物理清洗与化学清洗方式的，先将膜组件从反应器中取出，浸入化学溶液中，同时采用穿孔管曝气方式进行清洗，从而实现膜组件的彻底清洗再生。

以上几种清洗方法均有缺点，采用物理清洗曝气方法，清洗效果不彻底；而采用化学清洗方法则需将膜组件从膜生物反应器中取出，操作繁琐复杂。

发明内容

本发明的目的在于提供一种操作简便且清洗效果好的智能型中水回用设备及其清洗方法，以解决现有技术中清洗效果不彻底，操作繁琐复杂的问题。

本发明所采用的智能型中水回用设备，包括生物反应池、膜组件和清水池、用于生物反应池进水或排放的进水排放管道装置、从清水池输出清水的出水管道装置、由膜组件向清水池输送清水的产水管道装置，以及用于膜组件清洗的第一曝气管道装置，其特征在于：还包括一个膜滤池和反冲管道装置，所述的膜组件置于膜滤池中，所述的反冲管道装置用于对膜滤池反冲洗，由出水管道装置连通至膜组件以及膜组件上方。

所述的生物反应池中设置一块隔板，由隔板所分出的相对小的空间为膜滤池，生物反应池中的水漫过隔板的顶部流至膜滤池。

所述的膜滤池中设置污泥回流管道装置，所述的污泥回流管道装置连通至进水排放管道装置和生物反应池。

所述系统中还包括控制模块，所述的控制模块根据设定数据或产水管道装置的工作信号，控制各管道装置的工作状态。

所述的产水管道装置包括产水管道、自吸泵、电磁阀和压力表，其中，

所述的产水管道由膜组件连通至清水池；

所述的自吸泵、电磁阀和压力表安装于产水管道中；

所述的压力表测试自吸泵的自吸压力，并将压力信号传递至控制模块；

控制模块根据所接收到压力信号判断膜组件的工作状态，可相应启动对膜组件的物理或化学反冲洗。

本发明所采用的智能型中水回用设备清洗方法采用如下步骤：

A、检测产水管道装置的工作信号，根据工作信号接通第一曝气管道装置或反冲管道装置，对膜组件反冲洗；

B、结束反冲洗，恢复正常运行状态。

所述的步骤A之前还包括如下步骤A0：

A0、设定一个定时时间周期T0，当该定时时间周期T0到达时，启动污泥回流，即启动污泥回流管道装置。

所述的步骤A0包括如下步骤：

A01、系统启动，进入正常工作状态；

A02、设定一个定时时间周期T0；

A03、当该定时时间周期T0到达时，启动污泥回流与启动曝气按定时时间周期T0交替进行，所述的启动曝气即开启第一曝气管道装置和第二曝气管道装置。

所述的步骤A包括如下步骤：

A1、控制模块接收压力表的压力信号；

A2、根据该压力信号所反映的自吸泵的自吸压力和一设定的压力阀值F1进行如下操作：

A21、当自吸压力大于压力阀值F1时，关闭正常工作状态，启动第一曝气管道装置和反冲管道装置，对膜组件进行物理反冲洗，继续步骤B；

A22、否则，返回步骤A1。

所述的步骤A21中，首先根据所述压力阀值F1被超出的频度和一设定的频度阀值f1相比较，若超出的频度大于频度阀值f1，则对膜组件进行化学反冲洗。

本发明的有益效果为：在本发明中，通过膜滤池与生物反应池分离设置，并设立用于膜组件清洗的第一曝气管道装置和反冲管道装置，可以实现对膜滤池内膜组件的物理或化学反冲/清洗再生，无需将膜组件取出，相对于现有技术，本发明大大简化了操作流程，而且，本发明对膜组件进行清洗再生时，不会对生物反应池内的污泥活性产生影响(几乎可以实现清洗与正常运作之间的无缝操作)，很快就可恢复MBR的正常运行，本发明的这种第一曝气管道装置和反冲管道装置集成方式，则无论对于采用物理(曝气)反冲洗或化学反冲洗，或采用两者结合方式，都简便易行，可以实现彻底清洗的效果，使膜组件可得到最大程度再生，因此，本发明操作简便而且清洗效果好。

在本发明中，生物反应池中设置一块隔板，由隔板所分出的相对小的空间作为膜滤池，生物反应池中的水漫过隔板的顶部流至膜滤池，由这种采用隔板分离出膜滤池，可以实现对现有的污水处理系统(如普通活性污泥处理装置、氧化沟处理装置、接触氧化处理装置等)进行改造，其改造、升级简便易行，成本低，提高了本发明的实用性。

在本发明中，膜滤池中设置污泥回流管道装置，污泥回流管道装置连通至进水排放管道装置，就可以对膜滤池内高浓度污泥进行回流，降低了膜滤池内污泥浓度，减轻了污泥浓度过高对膜组件的污染，进一步提高本发明的实用性和工作可靠性。

在本发明中，通过使用控制模块根据设定数据或产水管道装置的工作信号，控制各管道装置的工作状态，可以实现工艺操作的自动化，提高操作效率，有助于MBR设备定型化与标准化，使本发明适合于大规模的工业量产，从而提高生产效率，降低成本，同时，通过控制模块的设定规程操作，这对于工艺操作的个性化需求又较易满足(仅直观体现于控制模块内部控制数据、流程的编辑、修改等)，因此，这种通过控制模块实现自动操作的方式具有良好的经济效益和广阔的市场前景，具有相当的实用性。

附图说明

图1为本发明系统结构示意图；

图2为本发明电控制原理示意图；

图3为本发明隔板顶部凹型槽口局部放大示意图；

图4为本发明基本控制流程示意图；

具体实施方式

下面根据附图和实施例对本发明作进一步详细说明：

根据图1和图2，本发明包括生物反应池1、膜组件2、清水池3、膜滤池4、进水排放管道装置11、产水管道装置21、出水管道装置31、第一曝气管道装置22、第二曝气管道装置12、反冲管道装置23、污泥回流管道装置41和控制模块6。

在本实施例中，如图1所示，生物反应池1与膜滤池4原本处于同一个池中，在生物反应池1中设置一块隔板5，由隔板5所分出的相对小的空间作为膜滤池4，生物反应池1中的水漫过隔板5的顶部流至膜滤池4。隔板5所分出的生物反应池1与膜滤池4之间的空间容积比例为1∶1至10∶1，在本实施例中，该空间容积比例采用较佳值3∶1。膜组件2置于膜滤池4中。

如图3所示，隔板5的顶部设置凹型槽口51，这种凹型槽口51类似于锯齿状。

如图1所示，进水排放管道装置11用于生物反应池1的进水或排放，进水排放管道装置11包括进水管道111、排水管道112、电磁阀M0和电磁阀M1，电磁阀M0安装于进水管道111中，电磁阀M1安装于排水管道112中。

如图1所示，出水管道装置31将清水从清水池3输出，出水管道装置31包括出水管道311、清水泵312和电磁阀M9，清水泵312和电磁阀M9安装于出水管道311中。

如图1所示，产水管道装置21包括产水管道211、自吸泵212、电磁阀M8和压力表P，产水管道211由膜组件2连通至清水池3，自吸泵212、手动阀H8、电磁阀M8和压力表P安装于产水管道211中，如图2所示，压力表P测试自吸泵212的自吸压力，并将压力信号传递至控制模块6。

如图1所示，本发明设置有第一曝气管道装置22和第二曝气管道装置12，第一曝气管道装置22用于对膜组件2曝气，第二曝气管道装置12用于在生物反应池1中曝气。

第一曝气管道装置22包括第一曝气管道221、电磁阀M5和手动阀H5，电磁阀M5和手动阀H5安装于第一曝气管道221中，第一曝气管道221通向膜组件2的底部。

第二曝气管道装置12包括第二曝气管道121、电磁阀M3和手动阀H3，电磁阀M3和手动阀H3安装于第二曝气管道121中，第二曝气管道121通向生物反应池1的底部，第一曝气管道221和第二曝气管道121具有共同的入口。

如图1所示，反冲管道装置23用于对膜滤池4反冲洗，由出水管道装置31连通至膜组件2以及膜组件2上方。

具体地，如图1所示，反冲管道装置23包括反冲管道231、第一反冲支管232、第二反冲支管233、电磁阀M6、电磁阀M7和手动阀H6。

如图1所示，反冲管道231一端与出水管道311连接，反冲管道231的另一端为第一反冲支管232和第二反冲支管233的公共端，第一反冲支管232连通至膜组件2的上方，第二反冲支管233与产水管道211相连通至膜组件2内部。

如图1所示，电磁阀M6安装于第一反冲支管232中，电磁阀M7安装于第二反冲支管233中，手动阀H6安装于反冲管道231中。

如图1所示，污泥回流管道装置41设置于膜滤池4中，污泥回流管道装置41连通至进水排放管道装置11和生物反应池1。

具体地，如图1所示，污泥回流管道装置41包括回流管道411、第一回流支管412、第二回流支管413、回流泵414、电磁阀M2和电磁阀M4。

如图1所示，回流泵414安置于膜滤池4的底部，回流泵414连接回流管道411，回流管道411的另一端为第一回流支管412和第二回流支管413的公共端，第一回流支管412连通至生物反应池1的上部，第二回流支管413连通至进水排放管道装置11的排水管道112。

如图1所示，电磁阀M4安装于第一回流支管412中，电磁阀M2安装于第二回流支管413中。

如图2所示，控制模块6根据设定数据或产水管道装置21的工作信号，控制进水排放管道装置11、产水管道装置21、出水管道装置31、第一曝气管道装置22、反冲管道装置23或污泥回流管道装置41的工作状态，设定数据包括定时时间周期T0、系统停机延时时间T1、设定的压力阀值F1以及设定的频度阀值f1等，产水管道装置21的工作信号具体包括压力表P的压力信号等，控制模块6根据所接收到压力信号判断膜组件2的工作状态，可相应启动对膜组件2的物理或化学反冲洗。如图2所示，控制模块6直接控制电磁阀M0、电磁阀M1、电磁阀M2、电磁阀M3、电磁阀M4、电磁阀M5、电磁阀M6、电磁阀M7、电磁阀M8、电磁阀M9、自吸泵212、清水泵312和回流泵414的工作状态。

如图1和图2所示，在本发明的正常工作状态中，常开的电器元件有回流泵414、自吸泵212与清水泵312，电磁阀M4、电磁阀M3与电磁阀M5、电磁阀M8、电磁阀M9，其余阀门均为常闭，可用手动调节手动阀H3、手动阀H5、手动阀H6以分别调节气体流量与输出清水流量。正常连续运行时，由生物反应池1的进水管道111进水，污水经生物处理后，再由膜滤池4中膜组件2过滤产生清水。

如图4所示，本发明的基本控制流程如下：

i、系统启动，进入正常工作状态。

ii、设定一个定时时间周期T0，该定时时间周期T0可以保存于控制模块6中。

iii、当定时时间周期T0到达时，在实际应用中，首先停止整个系统运行，经设定的系统停机延时时间T1后，会在膜滤池4的底部沉淀污泥，这样，系统经过T1时间的污泥沉淀，有助于提高污泥回流的操作效果，此时控制模块6启动污泥回流，即，控制模块6启动污泥回流管道装置41，控制模块6使回流泵414工作及电磁阀M4导通，使膜滤池4中的污泥回流到生物反应池1的前部，回流泵414运行一段时间即可停机。

iv、控制模块6检测产水管道装置21的工作信号，根据工作信号接通第一曝气管道装置22或/和反冲管道装置23，对膜组件2进行物理或化学反冲洗。

v、结束反冲洗后，在控制模块6的控制下，恢复正常运行状态，返回步骤iii。

如图5所示，本发明采用如下的具体控制流程：

1.系统启动，进入正常工作状态。

2.设定一个定时时间周期T0，该定时时间周期T0可以保存于控制模块6中。

3.控制模块6计时，判断是否到达定时时间周期T0，进行如下操作：

31.若未到达定时时间周期T0，继续如下步骤4。

32.若已到达定时时间周期T0，控制模块6检测是否已启动污泥回流，对于这种检测，控制模块6可通过从回流泵414取得运行信号而得到检测结果，或在控制模块6中直接保存污泥回流的启动记录，至于其具体操作过程、方法，这对于本领域普通技术人员来说可以不需要付出创造性劳动即可实施，此处不再赘述。控制模块6根据检测结果进行如下操作：

321.若经一段沉淀时间T1后，污泥回流已完毕，则停止污泥回流，启动曝气，即，使第一曝气管道装置22和第二曝气管道装置12开启，控制模块6控制第一曝气管道装置22和第二曝气管道装置12中的电磁阀M5和电磁阀M3导通，气体通过第一曝气管道221和第二曝气管道121分别导入膜组件2和生物反应池1的底部，继续如下步骤4。

322.否则，控制模块6检测是否已启动曝气，控制模块6可通过检测电磁阀M5和电磁阀M3的导通状态而得到检测结果，当然，也可以采用其它方法，本领域普通技术人员可以不需要付出创造性劳动予以多种实施，此处不再赘述。控制模块6根据检测结果进行如下操作：

3221.若曝气已启动，则停止曝气，经一段沉淀时间T1后，启动污泥回流，继续如下步骤4。

3222.否则，则直接启动污泥回流，继续如下步骤4。

4.控制模块6接收压力表P的压力信号，压力信号反映了自吸泵212的自吸压力，一个设定的压力阀值F1可以预先保存于控制模块6中，压力阀值F1可设定为+0.04～-0.04Mpa，控制模块6对压力信号反映的自吸压力与压力阀值F1相比较，进行如下操作：

41.若自吸压力大于压力阀值F1，说明膜组件2已产生了污染堵塞情况。

这时，控制模块6根据压力阀值F1被超出的频度作进一步的判断，这里所说的频度是指自吸泵212的自吸压力达到压力阀值F1的频繁度，这种频繁度过高，就说明膜组件2的膜污染堵塞加剧，膜通量明显下降，膜组件2需要进行彻底清洗，至于频度的计算方法，控制模块6可以将上一次自吸压力达到压力阀值F1的时间予以保存，用本次自吸压力达到压力阀值F1的时间与上一次的时间相减后计算倒数，即可计算出频度，在控制模块6中保存一个设定的频度阀值f1，控制模块6将计算出的频度(即超出的频度)与频度阀值f1相比较，进行如下操作：

411.若超出的频度大于频度阀值f1，控制模块6关闭正常工作状态，对膜组件2进行化学反冲洗，继续如下步骤5。

412.否则，控制模块6关闭正常工作状态，启动第一曝气管道装置22和反冲管道装置23，对膜组件2进行物理反冲洗，继续如下步骤5。

42.否则，返回步骤3。

5.结束反冲洗后，在控制模块6的控制下，恢复正常运行状态，返回步骤3。

这样，通过上述步骤32、步骤321、步骤322、步骤3221和步骤3222实现了启动污泥回流与启动曝气按定时时间周期T0交替进行。通过上述步骤4、步骤41、步骤411和步骤412可以使本发明在总体上实现了物理反冲洗和化学反冲洗相结合，而且不需要将膜组件2从膜滤池4内取出，即可取得良好的清洗效果。

在本发明中，物理反冲洗的过程如下：

控制模块6启动电磁阀M5、电磁阀M7与清水泵312，清水泵312向膜组件2中的膜管与膜孔内输送过滤清水，进行膜组件反冲洗；同时在膜组件2下方进行鼓风曝气，清洗膜组件2上膜表面沉积的污染物；此过程持续2～10分钟。

在本发明中，化学反冲洗的过程如下：

1)在清水池3内加入清洗化学药剂，如酸、碱、氧化剂(次氯酸钠)等，生物反应池1与膜滤池4静置5-15分钟(本实施例采用10分钟)。

2)控制模块6开启电磁阀M1，排放生物反应池1内上部清水，再关闭电磁阀M1。

3)控制模块6开启污泥回流泵414与电磁阀M4，将膜滤池4内活性污泥回流至生物反应池1内。

4)回流结束后，控制模块6关闭电磁阀M4，同时开启电磁阀M2，用污泥回流泵414将膜滤池4上部清水向外排放。

5)排空膜滤池4后，关闭污泥回流泵414。

6)控制模块6开启清水泵312与电磁阀M6，往膜滤池4内注入(步骤1)中的)带有清洗化学药剂溶液，对膜组件2进行浸泡。

7)当注入的清洗化学药剂溶液浸没膜组件2后，控制模块6关闭电磁M6，开启电磁阀M5与电磁阀M7，对膜组件2进行化学药液反冲洗，同时，进行曝气冲刷膜表面。

8)经过一段时间后，控制模块6关闭电磁阀M5、电磁阀M7与清水泵312，开启污泥回流泵414与电磁阀M2，将膜滤池4内化学药剂溶液排空，再关闭回流泵414与电磁阀M2。

当然，上述对于物理反冲洗和化学反冲洗的具体过程的详细说明并不意谓着对本发明中物理反冲洗和化学反冲洗的限定，对于本领域普通技术人员来说，可以不需要付出创造性劳动即可实施多种变换/替代形式或组合，此处不再赘述。

综上所述，尽管本发明的基本结构、原理、方法通过上述实施例予以具体阐述，在不脱离本发明要旨的前提下，根据以上所述的启发，本领域普通技术人员可以不需要付出创造性劳动即可实施多种变换/替代形式或组合，此处不再赘述。

Claims (10)

1.一种智能型中水回用设备，包括生物反应池、膜组件和清水池、用于生物反应池进水或排放的进水排放管道装置、从清水池输出清水的出水管道装置、由膜组件向清水池输送清水的产水管道装置，以及用于膜组件清洗的第一曝气管道装置，其特征在于：还包括一个膜滤池和反冲管道装置，所述的膜组件置于膜滤池中，所述的反冲管道装置用于对膜滤池反冲洗，由出水管道装置连通至膜组件以及膜组件上方。

2.根据权利要求1所述的智能型中水回用设备，其特征在于：所述的生物反应池中设置一块隔板，由隔板所分出的相对小的空间为膜滤池，生物反应池中的水漫过隔板的顶部流至膜滤池。

3.根据权利要求1或2所述的智能型中水回用设备，其特征在于：所述的膜滤池中设置污泥回流管道装置，所述的污泥回流管道装置连通至进水排放管道装置和生物反应池。

4.根据权利要求3所述的智能型中水回用设备，其特征在于：所述系统中还包括控制模块，所述的控制模块根据设定数据或产水管道装置的工作信号，控制各管道装置的工作状态。

5.根据权利要求4所述的智能型中水回用设备，其特征在于：所述的产水管道装置包括产水管道、自吸泵、电磁阀和压力表，其中，

所述的膜组件由产水管道连通至清水池；

所述的自吸泵、电磁阀和压力表安装于产水管道中；

所述的压力表测试自吸泵的自吸压力，并将压力信号传递至控制模块；

控制模块根据所接收到压力信号判断膜组件的工作状态，可相应启动对膜组件的物理或化学反冲洗。

6.一种智能型中水回用设备清洗方法，其特征在于：它采用如下步骤：

A、检测产水管道装置的工作信号，根据工作信号接通第一曝气管道装置或反冲管道装置，对膜组件反冲洗；

B、结束反冲洗，恢复正常运行状态。

7.根据权利要求6所述的智能型中水回用设备清洗方法，其特征在于：所述的步骤A之前还包括如下步骤A0：

A0、设定一个定时时间周期，当该定时时间周期到达时，启动污泥回流，即，启动污泥回流管道装置。

8.根据权利要求7所述的智能型中水回用设备清洗方法，其特征在于：所述的步骤A0包括如下步骤：

A01、系统启动，进入正常工作状态；

A02、设定一个定时时间周期；

A03、当该定时时间周期到达时，启动污泥回流与启动曝气按定时时间周期交替进行，所述的启动曝气即开启第一曝气管道装置和第二曝气管道装置。

9.根据权利要求6或7或8所述的智能型中水回用设备清洗方法，其特征在于：所述的步骤A包括如下步骤：

A1、控制模块接收压力表的压力信号；

A2、根据该压力信号所反映的自吸泵的自吸压力和一设定的压力阀值进行如下操作：

A21、当自吸压力大于压力阀值时，关闭正常工作状态，启动第一曝气管道装置和反冲管道装置，对膜组件进行物理反冲洗，继续步骤B；

A22、否则，返回步骤A1。

10.权利要求9所述的智能型中水回用设备清洗方法，其特征在于：所述的步骤A21中，首先根据所述压力阀值被超出的频度和一设定的频度阀值相比较，若超出的频度大于频度阀值，则对膜组件进行化学反冲洗。

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