CN213388228U - 一种太阳能光伏发电联合膜生物反应器一体式装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于膜生物反应器技术领域。为了解决现有膜生物反应器运行过程中，存在大曝气量对膜组件冲击破坏以及成本高和能耗大的问题，本实用新型公开了一种太阳能光伏发电联合膜生物反应器一体式装置。该装置包括缺氧池、好氧池、膜组件、加热板组件和太阳能光伏发电单元；缺氧池设有进液管，好氧池位于缺氧池的下游并且两者通过连接管连通，将缺氧池中的液体引流至好氧池中；加热板位于缺氧池中，太阳能光伏发电单元与加热板连接，以提供电能驱动加热板组件释放热量；膜组件位于好氧池中，好氧池还设有出水管用于将经过膜组件处理的水引出。采用本实用新型的太阳能光伏发电联合膜生物反应器一体式装置可以提高对膜组件的保护，降低成本和能耗。

Description

一种太阳能光伏发电联合膜生物反应器一体式装置

技术领域

本实用新型属于膜生物反应器技术领域，具体涉及一种太阳能光伏发电联合膜生物反应器一体式装置。

背景技术

在现有的膜生物反应器中，为了降低和减缓膜污染，通常采用添加吸附剂的方法去除有机物，从而减少进入膜组件中的有机物数量，降低滤饼层阻力、减少膜污染，这种方法不仅见效快，可以减缓膜污染，而且还不需要进行大规模的改造。尤其是在冬季水温较低的环境中进行污水处理时，由于微生物活性下降、反应器运行效率降低会导致出水水质不达标，此时通过增加吸附剂的添加量，可以直接利用吸附剂实现对更多有机物吸附去除，从而达到替代微生物对有机物的吸附处理效果，保证出水水质。

然而，随着吸附剂添加量的增加，必然会导致膜表面形成较厚的滤饼层，从而堵塞膜孔，加剧膜污染进程。此时，主要借助位于膜组件正下方的曝气装置，对膜组件的表面进行大曝气量的冲刷，从而达到对膜表面滤饼层的冲击破碎，缓解对膜孔的堵塞。但是，在实际运行中发现，长时间对膜组件进行大曝气量的冲刷，不仅由于曝气冲击会造成对膜组件的直接破坏，例如针对中空纤维膜就会直接造成膜丝断裂而使膜组件直接失效，而且曝气冲击对污泥絮体的强烈冲击会使其破碎形成大量微颗粒，而大量微颗粒再次进入膜孔造成的堵塞或强制穿过会对膜组件造成二次破坏，降低膜组件的截留效果，这样不仅增加了膜组件的更换频率，提高维护成本，而且长时间的大曝气量也会增加能耗，提高运行成本。

实用新型内容

为了解决在现有膜生物反应器运行过程中，存在的上述大曝气量冲击破坏以及成本高和能耗大的问题，本实用新型提出了一种太阳能光伏发电联合膜生物反应器一体式装置。该太阳能光伏发电联合膜生物反应器一体式装置，包括缺氧池、好氧池、膜组件、加热板组件和太阳能光伏发电单元；其中，所述缺氧池设有进液管，用于引入待处理污水；所述好氧池位于所述缺氧池的下游，并且两者通过连接管进行连通，将所述缺氧池中的液体引流至所述好氧池中；所述加热板组件位于所述缺氧池中，所述太阳能光伏发电单元与所述加热板组件连接，以提供电能驱动所述加热板组件释放热量；所述膜组件位于所述好氧池中，所述好氧池设有出水管，用于将经过所述膜组件处理的水引出。

优选的，所述加热板组件由多个加热板组成，其中多个所述加热板之间依次平行间隔固定在安装柱上，并且每一个所述加热板上开设有多个圆孔。

优选的，上述太阳能光伏发电联合膜生物反应器一体式装置还包括挡板；所述挡板沿竖直方向插装至所述好氧池中，并且将所述好氧池分割为左区和右区；所述挡板的上方设有上通道，所述挡板的下方均设有下通道，所述上通道和所述下通道将所述左区和所述右区连通；所述连接管的出口位于所述左区并且沿水平方向指向所述下通道，所述膜组件位于所述右区。

进一步优选的，所述挡板与所述好氧池活动连接，可以沿竖直方向往复移动，调整所述下通道的过流面积。

进一步优选的，还包括回流管；所述回流管的进口位于所述右区，所述回流管的出口位于所述缺氧区。

优选的，上述太阳能光伏发电联合膜生物反应器一体式装置还包括曝气装置；所述曝气装置位于所述膜组件的下方位置。

进一步优选的，所述缺氧池和所述好氧池中均设有曝气装置。

进一步优选的，所述太阳能光伏发电单元与所述曝气装置中的曝气泵连接，以提供电能驱动所述曝气泵运行。

优选的，所述进液管的出口沿水平方向布置，并且与所述缺氧池的底部保持间隔设置。

优选的，上述太阳能光伏发电联合膜生物反应器一体式装置还包括药剂投放单元；所述药剂投放单元与所述缺氧池连通，用于投放药剂至所述缺氧池中。

与现有的膜生物反应器相比较，本实用新型的太阳能光伏发电联合膜生物反应器一体式装置，具有以下有益效果：

1、在本实用新型中，通过设置缺氧池和好氧池并且借助连接管和回流管进行缺氧池和好氧池的双向循环连通，从而形成液体在缺氧池和好氧池之间的交替流动。这样，在缺氧池中由反硝化菌对污水中的有机碳进行利用，可以减轻下游好氧池的有机负荷，而反硝化反应产生的碱度又可以补偿好氧池中进行硝化反应对碱度的需求，同时在缺氧池的异养菌可以将污水中的淀粉、纤维以及碳水化合物等悬浮污染物和可溶性有机物水解为有机酸，使大分子有机物分解为小分子有机物，将不溶性的有机物转化成可溶性有机物，从而当这些经缺氧水解的产物进入好氧池进行好氧处理时，就又可以提高污水的可生化性，提高氧的效率，进一步促进对好氧池中反硝化残留的有机污染物的去除效果，提高最终的出水水质。

2、在本实用新型中，通过在缺氧池中布设加热板组件，并且设置太阳能光伏发电单元进行电能供给。这样，在利用太阳能光伏发电单元提供清洁廉价电能的情况下，可以将缺氧池中的污水低成本的预热并维持在适宜的中、高温厌氧环境，从而有利于产甲烷菌和脱氮菌等微生物的生长，使整个装置可以在外界低温环境中始终保持正常高效的污水处理效果，彻底解决了通过添加大量添加剂弥补微生物活性低问题而导致膜组件被污染的问题并且大大降低了能耗和成本。同时，通过在加热板上开设圆孔，可以对流经的水流形成剪切作用，使得水流呈现紊流状态，从而增加了缺氧区的物质混合程度，使污水中基质与微生物之间的传质作用加强，有利于实现对水中有机物质的降解以及反硝化去除硝态氮的作用。

3、在本实用新型中，通过在好氧池设置挡板形成双向连通的左区和右区，从而可以在连接管出口水平设置的情况下，由水流的推动自动形成绕挡板的水循环，从而减小好氧区的水力死区，为预热后的污水与污泥提供了混合接触，同时对膜表面形成自然水流冲刷效果，避免滤饼层的沉积形成。

4、在本实用新型中，通过在膜组件下方布设曝气装置，并且开启小曝气量与水循环在膜组件表面产生相互作用形成错流流速。这样，不仅可以对膜组件表面形成进一步的冲刷效果，保证膜组件的高效截留效果，而且还可以有效控制对膜组件的冲刷力度，降低对膜组件表面污泥絮体的强烈冲击，使其保持絮状体而不破碎，从而避免了破碎颗粒对膜组件的堵塞和二次破坏，提高对膜组件的保护和使用寿命，降低整个污水处理的成本。

附图说明

图1为本实施例太阳能光伏发电联合膜生物反应器一体式装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型的技术方案进行详细介绍。

结合图1所示，本实施例的太阳能光伏发电联合膜生物反应器一体式装置，包括缺氧池1、好氧池2、膜组件3、加热板组件4和太阳能光伏发电单元5。

缺氧池1中设有一个进液管6，用于引入待处理的污水。借助缺氧池内生长的异养菌可以将污水中的淀粉、纤维以及碳水化合物等悬浮污染物和可溶性有机物水解为有机酸，使大分子有机物分解为小分子有机物，不溶性的有机物转化成可溶性有机物。

好氧池2位于缺氧池1的下游位置，并且两者之间通过连接管7进行连通。此时，通过连接管7可以将缺氧池1中经缺氧水解的产物引流至好氧池2中进行好氧处理，提高污水的可生化性，提高好氧处理效率。同时，好氧池还可以使反硝化残留的有机污染物得到进一步去除，提高出水水质。

膜组件3位于好氧池2中，并且在好氧池2中还设有一个出水管8，用于将经过膜组件3处理的水引出，例如产水箱。加热板组件4则位于缺氧池2中，并且与太阳能光伏发电单元5连接，通过太阳能光伏发电单元5直接获得电能，从而进行热量释放维持缺氧池的水温，保持缺氧池中微生物的活性。

此时，通过加热板组件释放热量可以维持缺氧池中的水温，达到保持缺氧池中微生物的活性，从而维持整个膜生物反应器的生物处理效率，保证出水水质，这样就可以大大减少吸附剂的使用量，缓解在膜表面所形成的滤饼层，减少甚至省去对膜组件表面滤饼层进行的大曝气量冲刷，提高对膜组件的保护，延长膜组件的使用寿命。同时，借助太阳能光伏发电单元将太阳能转换为电能进行加热板组件的供能和热量释放，不仅可以降低获得电能过程对环境的污染，而且可以大大降低能耗成本，实现整个膜生物反应器的低污染、低能耗运行，提高对环境的保护。

结合图1所示，在本实施例中，加热板组件4由两个加热板组成。其中，两个加热板之间保持相互平行并且间隔固定在安装柱上，同时在每一个加热板上开设有多个圆孔。此时，在相互平行且间隔布设的两个加热板以及多个圆孔的作用下，不仅可以形成一个均匀分布在加热板周围的温度梯度场，从而将缺氧池中的污水温度维持在(20±5)℃，保持适宜的厌氧温度，促进甲烷菌和脱氮菌的生长，使整个装置在外界低温环境中同样可以稳定发挥水处理效果，而且借助相邻加热板上布设的圆孔，还可以对周围水流形成剪切作用，使水流呈紊流状态，提高缺氧区中污水的混合程度，加强污水中基质与微生物之间的传质作用，提高对污水中有机物质的降解效果以及反硝化去除硝态氮的效果。

同样，在其他实施例中，根据缺氧池的容积尺寸以及深度尺寸可以调整加热板组件中加热板的数量和分布情况，甚至是加热板组件的数量，从而保证对缺氧池中污水温度的精准控制，保持适宜的厌氧温度。

结合图1所示，在本实施例的好氧池中，还设有一个挡板9。其中，挡板9沿竖直方向插装固定在好氧池2中，并且将好氧池2分割为左区10和右区11，同时在挡板9的上方设有上通道12，在挡板9的下方均设有下通道13，而上通道12和下通道13则分别将左区10和右区11连通。与此同时，连接管7的出口位于左区10并且沿水平方向指向下通道13，而膜组件3则位于右区11。

此时，缺氧池中的污水通过连接管流入好氧池后，在沿水平方向流动的作用下穿过下通道流入膜组件所在的右区，而右区中的污水则在水流的推动作用下，通过上通道流入至左区，从而形成绕挡板在左区和右区之间循环流动的水循环。这样，不仅可以利用水循环减小好氧区的水力死区，使预热后的污水与污泥形成充分混合接触，提高对污水的生物处理效果，而且还可以利用水循环对膜组件的表面形成冲刷效果，从运行的开始阶段就减少甚至避免膜组件表面滤饼层的形成，从而保持膜组件的过滤效果，同时还避免了现有技术中由于膜组件长时间过滤过程中在其表面沉积而形成的滤饼层以及针对滤饼层采取的大曝气量冲刷操作，提高了对膜组件的保护，延长了膜组件的使用寿命，省去了进行大曝气量冲刷的能耗，降低了整个装置运行的成本。

优选的，在本实施例中，挡板与好氧池采用活动式固定连接。例如，将挡板设计为长度小于好氧池深度的长板形结构，同时在好氧池的内壁开设沿竖直方向的插槽，将挡板插装至插槽的过程中，通过改变挡板的固定位置就可以调整下通道的过流面积。此时，根据通过连接管流入好氧池的污水流量就可以调整挡板的位置改变下通道的过流面积,从而控制绕挡板形成的水循环强度，这样在保证预热后的污水与污泥形成充分混合情况下，根据膜表面滤饼层的形成速度可以调整水循环强度，从而对膜表面形成持续有效的稳定冲刷效果，保证膜组件的有效持续工作。同样，在污水处理量较低的情况下，就可以减少下通道的过流面积，使污水和污泥在左区内部形成长时间的混合接触，保持微生物对污水的处理效果。

此外，结合图1所示，在本实施例的缺氧区1和右区11之间还设有一个回流管14，并且回流管14的进口位于右区11，而回流管14的出口则位于缺氧区1。这样，借助回流管可以将右区中的浓液引回至缺氧池，提升缺氧池中微生物含量，提高微生物利用率。

结合图1所示，在本实施例的太阳能光伏发电联合膜生物反应器一体式装置中，还设有曝气装置15，并且曝气装置15分布在缺氧池1的底部位置以及好氧池2中左区10和右区11的底部位置。此时，位于右区中膜组件下方位置的曝气装置不仅可以在膜组件进行反冲洗操作中提供大曝气量，而且还可以在污水处理过程中持续提供小曝气量，从而与通过挡板形成的水循环在膜表面产生相互作用形成错流流速，进一步提高由单向水循环对膜表面进行清洁的效果。

同时，相较于现有技术中由曝气装置只是提供大曝气量进行膜表面冲刷并且对污泥絮体造成冲击破碎的情况，通过水循环和小曝气量结合形成的错流效果，可以大大降低对污泥絮体的冲击强度，使污泥保持絮状体结构，避免发生破碎释放大量微颗粒而对膜组件造成二次破坏，从而提高对膜组件的保护和使用寿命。

此外，位于缺氧池和好氧池中的曝气装置，可以提供氧气，准确控制污水中的溶氧量，例如将缺氧池中的溶解氧含量控制在0.1～0.2mg/L，将好氧池中的溶解氧含量控制在3～4mg/L，从而保证微生物的有效生长和活性，而且位于缺氧区的曝气装置在曝气的过程中形成的气泡可以通过加热板上的圆孔向上流动，从而带动水流流态的转变，从而使污泥处于悬浮状态，提高污泥与污染物的接触程度，使更多的溶解氧快速有效的渗透至颗粒污泥内部，达到有效的反硝化处理。

结合图1所示，在本实施例中，将位于缺氧区1中进液管6的出口设计为沿水平方向布置，并且与缺氧池1的底部保持间隔设置，例如位于距离缺氧池底部5～10cm的位置。此时，通过水平设置进液管的出口，使进入缺氧池的污水沿水平方向流动，可以避免沿向下设置而对已经沉积在缺氧池底部的污泥层造成直接冲击，从而使沉积污泥重新飘散悬浮而与微生物形成二次结合，降低微生物对新流入污水的结合率和处理效果，进而达到提高缺氧池中微生物与污水的结合率和处理效果。

进一步，结合图1所示，在本实施例的太阳能光伏发电联合膜生物反应器一体式装置中，还设置了一个药剂投放单元16。其中，药剂投放单元16与缺氧池1连通，用于投放药剂至缺氧池1中，例如根据实际情况可以通过投加絮凝剂(铁盐、铝盐等)，使絮凝剂与污水中的磷发生化学反应，形成较大的絮凝体，进而可以通过好氧区的膜组件直接进行过滤去除，完成对污水中的磷处理，提高对污水的处理效果。

另外，在本实施例中，无论是曝气装置中的曝气泵，还是药剂投放单元中用于精准投放药剂的蠕动泵，亦或者是位于回流管中的驱动泵均与太阳能光伏发电单元进行连接，并由太阳能光伏发电单元进行电能的直接供应，从而使整个膜生物反应器获得太阳能光伏发电供能，降低能耗成本，提高对环境的保护。

接下来，采用本实施例的太阳能光伏发电联合膜生物反应器一体式装置进行污水处理的过程为：

步骤一，通过进液管将待处理的污水输入至缺氧池中，同时开启位于缺氧池底部的曝气装置，向缺氧池中输入氧气。在此过程中，根据待处理污水的情况，例如污水量和污水清洁程度，通过调整曝气量和曝气时间来控制微生物的生长周期，使缺氧池中的微生物可以快速有效完成对污水的处理。与此同时，根据待处理污水的温度，可以选择开启加热板组件进行热量释放，维持和增加微生物活性，提高微生物的处理效果。

步骤二，通过连接管将位于缺氧池中的处理液引流至好氧池中，并使处理液在挡板处形成水循环。借助由此形成的水循环，一方面可以使预热后的污水与污泥形成充分混合接触，另一方面对膜表面进行冲刷避免滤饼层的沉积形成。同时根据好氧池中微生物的生长情况，还可以调整左区的曝气装置以控制溶解氧含量，保证微生物对污水的有效处理。

步骤三，将经过膜组件高效分离处理后形成的水通过出水管引流至产水箱，而被膜组件高效分离截留后存在于混合液中的微生物和未处理完的污染物则通过回流管引流至厌氧池中，再次进行处理。

步骤四，经过长时间连续污水处理后，对膜组件进行反冲洗操作。此时，开启位于膜组件底部的曝气装置，利用大曝气量对膜组件表面进行直接冲刷作用，使附着在膜表面的生物膜脱落，促进新生物膜的生长，形成生物的新陈代谢，同时脱落的生物膜可以通过回流管再次回流至缺氧池，提高缺氧池中的生物量。

其中，在以上污水处理过程中，根据污水处理量以及膜表面滤饼层的沉积情况，实时调整挡板的位置以及膜组件下方曝气装置的曝气量。当进行常规污水量的处理时，提升挡板高度，打开下通道，利用连接管流出的水流在挡板位置直接形成的水循环对膜表面进行轻微冲刷，同时带动好氧池中污水和污泥的混合接触，保持微生物对污水的处理。当需要进行处理的污水量较低时，连接管流出的水流无法在挡板位置形成有效水循环时，降低挡板高度，同时开启左区中曝气装置的小曝气量，辅助连接管输出的水流维持水流循环，保持微生物活性。当需要进行处理的污水量较大时，开启膜组件下方曝气装置的小曝气量，使水流和曝气在膜表面产生相互作用形成错流流速，提高对膜表面的冲刷效果，维持膜组件的高效截留过滤效果。当完成阶段性污水处理需要进行反冲洗时，开启膜组件下方曝气装置的大曝气量并配合产水箱中收集的水进行反冲洗操作。

接下来，利用本实施例的太阳能光伏发电联合膜生物反应器一体式装置对甘肃地区某小区生活污水进行处理以验证其水处理效果。

其中，将缺氧池设计为0.6m×0.3m×0.5m的方形池，将好氧池设计为1.0m×0.3m×0.5m的方形池，挡板将好氧池分割为右区长度为0.6m、左区长度为0.4m，待处理污水量为5.6m³/d，污水在缺氧池内停留时间为2h，在好氧池中停留时间为8h，进水管距离缺氧池底部的距离为0.1m，加热板距离该缺氧池底部的距离为0.08m，相邻两个加热板之间的间距为0.08m，挡板的底部距离好氧池底部的初始距离为0.1m，挡板的顶部距离好氧池边缘的初始距离为0.15m。

在污水处理过程中，将太阳能光伏发电单元提供的功率控制在20kw左右，使污水在缺氧池内处于中、高温反应状态，并且开启膜组件下方曝气装置的小曝气量，从而与水循环相互作用形成对膜组件表面错流流速。在污水处理运行一定时间后，对处于不同阶段的水质进行监测，获得如下数据。其中，表1为缺氧池水质在加热和不加热两种状态下的比对数据，表2为在加热状态下，缺氧池出水水质与出水管出水水质的比对数据。

表1

检测项目	原水	不加热状态	加热状态
				COD(mg/L)	380	183	146
BOD(mg/L)	175	84	47
				总氮(mg/L)	68.2	56.4	43.2

表2

检测项目	原水	缺氧池出水	出水管出水
				COD(mg/L)	380	146	29.3
BOD(mg/L)	175	47	8.5
				总氮(mg/L)	68.2	43.2	12.3

根据表1数据可知，在原水水质参数分别为COD：380mg/L、BOD：175mg/L、总氮：68.2mg/L的情况下，经过对缺氧池进行温度控制，可以使缺氧池中微生物处理水质的效果得到明显提高，相较于自然温度下的水质处理，其中COD去除率提高了9.8％、BOD去除率提高了21％、总氮去除率提高了19.4％。因此，与常温状态下的污水处理相比较，通过使缺氧池中的污水保持在中、高温反应状态，可以大大提高缺氧池中微生物对污水的处理效果。

根据表2数据可知，通过在好氧池中设置挡板，从而借助连接管输出的水流形成水循环，使整个好氧区中的微生物与污水形成流动混合效果，同时配合膜组件下方开启的小曝气量，使水循环和小曝气量在膜表面相互作用形成错流流速，形成对膜组件表面的有效持续冲刷，从而在提高微生物对污水处理效果的情况下，保证了膜组件的高效截留效果，这样不仅进一步大幅度提高对污水的处理效果，使COD的去除率达到了92.3％、BOD的去除率达到了95.1％、总氮的去除率达到了82.0％，最终出水符合国家一级A排放标准，同时还有效地减缓了膜污染，达到减少膜组件更换频率以及降低运行成本的效果。

Claims (10)

1.一种太阳能光伏发电联合膜生物反应器一体式装置，其特征在于，包括缺氧池、好氧池、膜组件、加热板组件和太阳能光伏发电单元；其中，所述缺氧池设有进液管，用于引入待处理污水；所述好氧池位于所述缺氧池的下游，并且两者通过连接管进行连通，将所述缺氧池中的液体引流至所述好氧池中；所述加热板组件位于所述缺氧池中，所述太阳能光伏发电单元与所述加热板组件连接，以提供电能驱动所述加热板组件释放热量；所述膜组件位于所述好氧池中，所述好氧池设有出水管，用于将经过所述膜组件处理的水引出。

2.根据权利要求1所述的太阳能光伏发电联合膜生物反应器一体式装置，其特征在于，所述加热板组件由多个加热板组成，其中多个所述加热板之间依次平行间隔固定在安装柱上，并且每一个所述加热板上开设有多个圆孔。

3.根据权利要求1所述的太阳能光伏发电联合膜生物反应器一体式装置，其特征在于，还包括挡板；所述挡板沿竖直方向插装至所述好氧池中，并且将所述好氧池分割为左区和右区；所述挡板的上方设有上通道，所述挡板的下方均设有下通道，所述上通道和所述下通道将所述左区和所述右区连通；所述连接管的出口位于所述左区并且沿水平方向指向所述下通道，所述膜组件位于所述右区。

4.根据权利要求3所述的太阳能光伏发电联合膜生物反应器一体式装置，其特征在于，所述挡板与所述好氧池活动连接，可以沿竖直方向往复移动，调整所述下通道的过流面积。

5.根据权利要求3所述的太阳能光伏发电联合膜生物反应器一体式装置，其特征在于，还包括回流管；所述回流管的进口位于所述右区，所述回流管的出口位于所述缺氧池。

6.根据权利要求1-5中任意一项所述的太阳能光伏发电联合膜生物反应器一体式装置，其特征在于，还包括曝气装置；所述曝气装置位于所述膜组件的下方位置。

7.根据权利要求6所述的太阳能光伏发电联合膜生物反应器一体式装置，其特征在于，所述缺氧池和所述好氧池中均设有曝气装置。

8.根据权利要求6所述的太阳能光伏发电联合膜生物反应器一体式装置，其特征在于，所述太阳能光伏发电单元与所述曝气装置中的曝气泵连接，以提供电能驱动所述曝气泵运行。

9.根据权利要求1-5中任意一项所述的太阳能光伏发电联合膜生物反应器一体式装置，其特征在于，所述进液管的出口沿水平方向布置，并且与所述缺氧池的底部保持间隔设置。

10.根据权利要求1-5中任意一项所述的太阳能光伏发电联合膜生物反应器一体式装置，其特征在于，还包括药剂投放单元；所述药剂投放单元与所述缺氧池连通，用于投放药剂至所述缺氧池中。

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