CN217709013U

CN217709013U - 污水处理一体化装置

Info

Publication number: CN217709013U
Application number: CN202221524771.7U
Authority: CN
Inventors: 施春红; 严博; 李子富; 左向萌; 王程; 朱立新; 关晓琳
Original assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Current assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Priority date: 2022-06-17
Filing date: 2022-06-17
Publication date: 2022-11-01
Anticipated expiration: 2032-06-17

Abstract

污水处理一体化装置，包括：预处理系统、缓冲池、复合式MBR膜反应器，预处理系统与缓冲池相连接，缓冲池与复合式MBR膜反应器相连接，其中，复合式MBR膜反应器包括反应器以及置于反应器内的膜组件，在反应器的上部设有进水口，在反应器内、膜组件下方设置曝气元件，聚氨酯填料置于反应器内。本实用新型的污水处理一体化装置对农村污水具有很好的处理效果，处理后能够达到或者高于农田灌溉以及排放标准。针对农村污水排放特点，可实现集中时段处理与排放，占地面积小，自动化程度高、降低了维护费用，值得推广应用。

Description

污水处理一体化装置

技术领域

本实用新型涉及污水处理装置，具体涉及基于复合式MBR的污水处理装置，适用于农村分散式污水处理，属于环境保护领域。

背景技术

我国农村地区布局分散，人口众多，随着自来水和卫生设施的普及，农村地区污水排放量不断增加。然而，农村污水直排乱排现象较为严重，严重影响农村人居环境和地下水及流域环境安全。

目前，农村污水排放具有点源分散、水质水量波动大等特点，且农村地区经济发展水平较低。因此，需要因地制宜，处理效果好、操作简单、运行费用低的污水处理设施处理农村生活污水。

近年来，随着我国制膜工艺的不断发展，膜性能不断提高，膜材料本身成本不断下降。MBR具有高度集成化、占地面积小、操作简单、处理效果好等优点，已在各类污水处理领域得到广泛的应用。然而膜污染是限制MBR应用的瓶颈之一。

实用新型内容

本实用新型的第一目的是为了方便处理农村污水，提供一种基于复合式MBR的污水处理一体化装置，该装置有效克服了农村污水水量小、排放分散的特点，具有占地面积小等优点。

本实用新型的另一个目的是提高污水处理效率以及净化率。

本申请的污水处理一体化装置，包括预处理系统、缓冲池、复合式MBR膜反应器，预处理系统与缓冲池相连接，缓冲池与复合式MBR膜反应器相连接，其中，复合式MBR膜反应器包括反应器以及置于反应器内的膜组件，在反应器的上部设有进水口，在反应器内、膜组件下方设置曝气元件，聚氨酯填料置于反应器内。

本实用新型的MBR膜反应器内，结合上进水以及下部的曝气，水流向下运动，气体经反应器下部通入向上运动，向下运动的水流结合向上运动的气流可以有效的搅动反应器内的活性污泥，污泥与污水充分的接触反应；进一步地，复合式MBR膜反应器中含有一定的聚氨酯填料，气泡水流以及填料会在系统内部形成紊流，冲刷膜表面，破坏滤饼层，进而缓解膜污染，提高的处理效率。

附图说明

图1为污水处理的工艺流程图

图2为污水处理一体化装置的结构示意图

图3复合式MBR反应器的示意图

具体实施方式

下面对本实用新型的基于复合式MBR的污水处理一体化装置进一步详细叙述。并不限定本申请的保护范围，其保护范围以权利要求书界定。某些公开的具体细节对各个公开的实施方案提供全面理解。然而，相关领域的技术人员知道，不采用一个或多个这些具体的细节，而采用其他的材料等的情况也可实现实施方案。

除非上下文另有要求，在说明书以及权利要求书中，术语“包括”、“包含”应理解为开放式的、包括的含义，即为“包括，但不限于”。

本说明书中，使用“数值A～数值B”表示的数值范围是指包括端点数值A、B的范围。

本说明书中，使用“以上”或“以下”表示的数值范围是指包括本数的数值范围。

在说明书中所提及的“实施方案”、“一实施方案/优选的实施方案”、“另一实施方案/优选的实施方案”或“某些实施方案”等是指与所述实施方案相关的所描述的特定要素(例如：具体涉及的特征、结构或特性)包括在至少一个实施方案中。因此，“实施方案”、“一实施方案”、“另一实施方案”或“某些实施方案”没有必要均指相同的实施方案。且，具体的特征、结构或者特性可以在一种或多种实施方案中以任何的方式相结合。说明书中所揭示的各个特征，可以任何可提供相同、均等或相似目的的替代性特征取代。因此除有特别说明，所揭示的特征仅为均等或相似特征的一般性例子。

定义：术语“MBR膜反应器”：为膜分离技术与生物处理技术有机结合的系统。

本实用新型针对农村污水分散性，农村污水水质水量波动大、传统MBR反应器抗污染能力差的特点，设计了缓冲池以及聚氨酯填料复合式MBR膜反应器。预处理系统和复合式MBR反应器间设置缓冲池，调节水质、水量，通过基于复合式MBR膜的污水处理一体化装置可实现农村污水定时定点处理，降低运行建设和运行成本，对农村人居环境的提升、乡村振兴战略的实施、农村环境治理、分散式污水处理及其资源化等方面具有重要意义。包括如下实施方案。

一方面，污水处理一体化装置，包括预处理系统、缓冲池、复合式MBR膜反应器，预处理系统与缓冲池相连接，缓冲池与复合式MBR膜反应器相连接，其中，复合式MBR膜反应器包括反应器以及置于反应器内的膜组件，在反应器的上部设有进水口，在反应器内、膜组件下方设置曝气元件，聚氨酯填料置于反应器内。

在某些实施方式中，膜组件的出水口与产水系统相连，在产水系统的管线上依次设有泵以及压力计。

优选的，膜组件的上部设置出水口。

产水系统上泵抽吸复合式MBR膜反应器内的膜组件形成负压环境，利用负压进行膜过滤。在产水系统上设置压力计可以监测跨膜压差变化，判断膜组件是否被堵塞。进一步，在产水系统上安装流量计，可以获知膜组件的膜通量。

在某些实施方式中，膜组件为超滤膜组件。

在某些实施方式中，膜组件为PVDF中空纤维膜，膜孔径0.05-0.1μm。

PVDF中空纤维膜的接触角为60-80°。采用PVDF材质的中空纤维膜，由于PVDF材料具有良好的化学耐受性，因此可以避免化学清洗对膜的损伤；中空纤维膜丝在水中可以实现自由摆动，有效减少膜污染。通过中空纤维膜截留水体中的微生物，有效避免了微生物外排，从而增加了整个系统的生物量，使其对农村污水水质水量变化较大的特性具有较强的适应性。另一方面，由于膜的有效截留，使得膜生物反应器具有较高的生物活性，对污水中的有机物进行充分降解，使处理后的水中COD、TP、NH₃-N指标达到排放甚至是回用要求。

在某些实施方式中，聚氨酯填料的颗粒的最大长度为小于膜组件的相邻膜片之间距离。

聚氨酯填料的总体积占复合式MBR膜反应器体积的15～25％。

复合式MBR膜反应器内部投加聚氨酯填料，在曝气以及水流的搅动下带动填料在反应器在运动，填料可冲刷膜表面，抑制在过滤膜上形成滤饼层，减缓膜污染。同时，可提高对氮磷等污染物的去除效率。再者，投加填料可优化微生物群落结构，提高功能微生物的丰度，提高生物处理效率。同时聚氨酯填料对反应器内微生物产生的胞外聚合物和溶解性有机物有一定吸附作用，降低系统内浓度从而减缓膜污染。因此，基于复合式MBR分散式农村污水处理装置不仅可保留MBR的优点，更具有操作周期长、抗污染能力强，处理效果好的优势。

在某些实施方式中，所述的曝气元件的结构为穿孔曝气器。

优选的，曝气元件包括管道，在管道的管壁上设置多个曝气孔。

在某些实施方式上，在管壁的轴向上开设两列曝气孔。

曝气元件的管道放置在复合式MBR膜反应器底部，管道的中心轴线与底部平行，两列曝气孔分别位于通过管道中心轴线的纵截面的两侧。

优选的，每列曝气孔位于通过管道中心轴线的横截面的下方；更优选的，每列曝气孔与管道通过管道中心轴线的横截面的夹角约为45°。

在某些实施方式中，所述的预处理系统包括一级过滤装置、二级过滤装置以及反冲洗系统，一级过滤装置的孔径大于二级过滤装置的孔径。

反冲洗设备和产水设备均为产水泵，产水泵可实现正反转，正转为产水，反转为反冲洗，泵由PLC系统控制，每隔30min反洗一次。

一级、二级过滤装置可以为现有技术任何结构，譬如格栅结构。

具体的，一级过滤装置为粗格栅，粗格栅的栅条间距为16-25mm。二级过滤装置为细格栅，栅条间距为3-10mm。

生活污水经过粗格栅、细格栅，将粗大颗粒过滤阻拦。污水反洗系统定期冲洗格栅上，将附着在格栅上的污染物质去除。

在某些实施方式中，基于复合式MBR膜的污水处理一体化装置还包括消毒池，消毒池与产水系统相连。经复合式MBR膜反应器的处理后的水排放到消毒池内，经消毒池处理后的水可循环利用或者直接排放。

消毒罐内部设置通气孔连接外部空气保证通风良好。消毒罐外部设置加药罐，消毒罐内部设置搅拌器和加药泵实现加药消毒，经过消毒后达标的污水根据需求可外排或回用。譬如，经处理后的水质可以达到农田灌溉标准以及城镇杂用再生水标准。

在某些实施方式中，基于复合式MBR分散式农村污水处理装置，包括预处理系统、缓冲池、进水系统、控制阀、自动控制系统、曝气系统、复合式MBR膜反应器、产水系统、压力计、加药罐、加药泵、消毒池、排泥系统、出水系统；

其中，预处理系统连接缓冲池；缓冲池连接复合式MBR膜反应器，在缓冲池、复合式MBR膜反应器之间设置进水系统以及控制阀；复合式MBR膜反应器和消毒池连接，在复合式MBR膜反应器和消毒池之间设置产水系统和压力计；复合式MBR膜反应器内曝气元件连接曝气系统，复合式MBR膜反应器连接排泥系统；消毒池连接加药泵和加药罐，消毒池连接出水系统；自动控制系统分别与产水系统、曝气系统、和产水系统相连。

所述的产水系统包括离心泵和管线；进水系统包括离心泵和管线；曝气系统包括鼓风曝气机和管线。

通过自动控制系统控制水流速度、曝气模式或者曝气速度，进而自动化控制整个污水处理装置。

在某些实施方式中，所述的自动控制系统由时间继电器、电源适配器、电源保护器、液晶显示面板等组成。

在某些实施方式中，所述的出水系统包括溢流堰、巴氏计量槽以及水质在线监测装置等组成。

所述的排泥系统由离心泵、排泥罐等组成。

另一方面，利用上述基于复合式MBR膜的污水处理一体化装置的操作流程，包括：

1)农村生活污水通过预处理系统进入缓冲池；

2)预处理后的污水通过进水系统将缓冲池内的污水注入复合式MBR膜反应器进行处理；

3)经过在复合式MBR膜反应器处理后的再生水进入消毒罐，经过消毒后的再生水可回用或者排放。

在复合式MBR膜反应器内，根据进水流量以及水力停留时间确定产水速率，并由自动控制系统调节曝气时间、曝气速率、以及产水系统产水速率，根据污泥停留时间确定排泥量并通过排泥系统进行排泥。

在某些实施方式中，污水在复合式MBR膜反应器内的停留时间为6h-8h。

MBR膜产水通量应在其次临界通量下运行，进水水量根据池容、产水量以及水力停留时间决定。该一体化装置采取连续进水、连续出水的运行模式，每天根据来水量来确定产水操作时间。在每天非产水阶段，曝气系统根据设定时间间隔向反应器内曝气供给微生物代谢需要的溶解氧、且改变产水泵的顺逆开关对膜组件进行在线清洗，并可缓解膜污染恢复过滤通量。操作一定周期，跨膜压差超过一定值时，取出膜组件进行离线清洗。

本实用新型的基于复合式MBR膜的污水处理一体化装置与现有技术相比，具有如下优势：

采用本实用新型的复合式MBR膜反应器的进水、曝气方式以及加入聚氨酯填料，可有效将污水中的污染物去除，显著的降低了膜污染速率，延长操作周期，降低运营维护成本，系统优化和节能降耗。

本实用新型的一体化装置增设了缓冲池，便于适用于农村的分散式污水排放的处理，可有效解决农村污水水量低、处理难度大以及运行维护复杂等问题，同时，也能获得较高品质的再生水。根据来水和出水的标准设定水力停留时间，可根据来水量选择产水方式，可实现分散式污水的定时定点处理。

下面采用具体的实例来进一步说明本实用新型的基于复合式MBR膜的污水处理一体化装置。

如图2所示，一种基于复合式MBR膜的污水处理一体化装置，包括预处理系统1、缓冲池2、进水系统的离心泵3、控制阀4、自动控制系统5、鼓风曝气机6、复合式MBR膜反应器7、产水系统的离心泵8、电子压力计9、加药罐10、加药泵11、消毒池12、排泥系统13、出水系统14。其中，预处理系统1与缓冲池2相连；缓冲池2通过进水系统的管线与复合式MBR膜反应器7相连；复合式MBR膜反应器7通过产水系统的管线与消毒池12相连。进水系统的离心泵3和控制阀4设在进水系统的管线上，产水系统的离心泵8和电子压力计9设在产水系统的管线上。鼓风曝气机6、排泥系统13分别与复合式MBR膜反应器7相连。消毒池12与加药罐10相连，加药泵11设在消毒池12与加药罐10之间管线上，出水系统14与加药罐14相连。自动控制系统5分别与进水系统的离心泵3、控制阀4、产水系统的离心泵8、鼓风曝气机6相连。

预处理系统1包括16-25mm的粗格栅、3-10mm的细格栅，污水经过格栅处理，将大块的固体颗粒去除。

如图3所示，复合式MBR膜反应器7的上段部设有进水口15，进水口通过管线与缓冲池2相连。在复合式MBR膜反应器7内设置膜组件17，膜组件17的下方设置曝气元件16，曝气元件16与复合式MBR膜反应器7外的鼓风曝气机6相连。复合式MBR膜反应器内部投加体积比为20％的聚氨酯填料。

曝气元件16包括管道，在管道的管壁上对称设置两列的曝气孔。曝气元件16的管道放置在复合式MBR膜反应器底部，管道的中心轴线与底部平行，两列曝气孔位于通过管道中心轴线的横截面的下方。每列曝气孔与管道通过管道中心轴线的横截面的夹角约为45°。

在本实施例中，管道为管径约为5mm的PVC管制成的，其中每隔2cm设一个曝气孔。管径的大小以及曝气孔之间的距离根据反应器的大小来决定。

曝气元件的管道放置在膜组件的正下方，与膜组件的框架相平行方式。

本实用新型操作具体流程(参考附图1)：农村污水通过预处理系统1进入缓冲池2；预处理后的污水通过进水系统由缓冲池2输送至复合式MBR膜反应器7进行生物处理和膜过滤；产水系统中的离心泵8抽吸复合式MBR膜反应器内的膜组件形成负压环境，利用负压进行膜过滤，膜过滤后污水进入消毒池12。产水系统中的离心泵8和消毒池12之间设置电子压力计9监测跨膜压差变化。消毒剂由加药泵11投入消毒池实现污水消毒，消毒后的污水由出水系统14排出回用或排放。复合式MBR膜反应器7内的剩余污泥通过排泥系统13进行浓缩、排出。通过以上流程实现复合式MBR反应器处理分散式农村生活污水的处理从而达到污水排放及再生水回用标准的目的。

进水系统主要由缓冲池、复合式MBR膜反应器、液位计、进水系统的离心泵等构成、并由自动控制系统控制。缓冲池和复合式MBR膜反应器内液位设置在一定高度，缓冲池液位高于设置液位、复合式MBR膜反应器液位低于设置液位时，系统进水。

复合式MBR膜反应器内部设置超滤膜组件，下部安装有曝气管线连接鼓风曝气机的曝气系统，曝气系统由自动控制系统控制曝气模式和曝气速率，根据跨膜压差以及出水量来调整曝气参数保证跨膜压差以及产水量保持在核实区间。复合式MBR反应器内部投加体积比为20％的聚氨酯填料构成复合式MBR膜反应器，聚氨酯填料在曝气作用下会对膜表面形成机械冲刷控制膜滤饼层厚度，滤饼层厚度过厚会影响出水量以及增加动力消耗。

产水系统主要由离心泵、液位计构成、并由自动控制系统控制，在复合式MBR膜反应器内部设置一定液位，低于一定液位时产水泵停止工作防止干抽。

产水均收集于消毒池内，加药罐内设置一定浓度的NaClO溶液，由加药泵进行加药完成消毒。在每个操作阶段结束后，由排泥系统13进行排泥，并通过0.5％的NaClO溶液对膜组件进行离线清洗。基于复合式MBR膜反应器克服了分散式污水水量小，排放分散的缺点，可采用连续进水连续出水的出水方式，可每天在一定时间集中处理，同时利用在非产水阶段向系统曝气提供溶解氧时会去除一部分滤饼层进而通量可恢复至原通量的60％-70％，因此可有效解决农村分散式污水处理问题。

Claims

1.一种污水处理一体化装置，包括：预处理系统、缓冲池、复合式MBR膜反应器，预处理系统与缓冲池相连接，缓冲池与复合式MBR膜反应器相连接，其中，复合式MBR膜反应器包括反应器以及置于反应器内的膜组件，在反应器的上部设有进水口，在反应器内、膜组件下方设置曝气元件，聚氨酯填料置于反应器内。

2.根据权利要求1所述的污水处理一体化装置，其特征在于，膜组件的出水口与产水系统相连，在产水系统的管线上依次设有泵以及压力计。

3.根据权利要求1所述的污水处理一体化装置，其特征在于，膜组件的上部设置出水口。

4.根据权利要求1所述的污水处理一体化装置，其特征在于，聚氨酯填料的颗粒的最大长度小于膜组件的相邻膜片之间距离；

聚氨酯填料的总体积占复合式MBR膜反应器体积的15～25％。

5.根据权利要求1所述的污水处理一体化装置，其特征在于，所述的曝气元件为穿孔曝气器，曝气元件包括管道，在管壁的轴向上开设两列曝气孔。

6.根据权利要求5所述的污水处理一体化装置，其特征在于，曝气元件的管道放置在复合式MBR膜反应器底部，管道的中心轴线与底部平行，两列曝气孔分别位于通过管道中心轴线的纵截面的两侧；

每列曝气孔位于通过管道中心轴线的横截面的下方，每列曝气孔与管道通过管道中心轴线的横截面的夹角为45°。

7.根据权利要求1所述的污水处理一体化装置，其特征在于，膜组件为超滤膜组件，膜组件形式为中空纤维帘式膜组件，膜材质为PVDF，膜孔径0.05-0.1μm。

8.根据权利要求1-6任一项所述的污水处理一体化装置，其特征在于，所述的预处理系统包括一级过滤装置、二级过滤装置以及反冲洗系统，一级过滤装置的孔径大于二级过滤装置的孔径。

9.根据权利要求1-6任一项所述的污水处理一体化装置，其特征在于，基于复合式MBR膜的污水处理一体化装置还包括消毒池，消毒池与产水系统相连。

10.一种污水处理一体化装置，其特征在于，包括预处理系统、缓冲池、进水系统、控制阀、自动控制系统、曝气系统、复合式MBR膜反应器、产水系统、压力计、加药罐、加药泵、消毒池、排泥系统、出水系统；

其中，预处理系统连接缓冲池；缓冲池连接复合式MBR膜反应器，在缓冲池、复合式MBR膜反应器之间设置进水系统以及控制阀；复合式MBR膜反应器和消毒池连接，在复合式MBR膜反应器和消毒池之间设置产水系统和压力计；复合式MBR膜反应器内曝气元件连接曝气系统，复合式MBR膜反应器连接排泥系统；消毒池连接加药泵和加药罐，消毒池连接出水系统；自动控制系统分别与产水系统、曝气系统和进水系统相连。