一種一體化中水回用設備的製作方法
2023-08-06 18:19:01 2
專利名稱：一種一體化中水回用設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種汙水處理設備，特別是涉及一種一體化中水回用設備，屬於環保水處理技術，適於城市在處理生活汙水時使用。
背景技術：
隨著社會經濟的發展和人口的增長，水資源短缺已成為一個全球化的問題，而我國的缺水形勢更為嚴峻。與此同時，水環境汙染日趨嚴重。全國7大重點流域地表水有機物汙染普遍，特別是流經城市的河段有機物汙染嚴重，主要湖泊富營養化問題突出。水資源短缺和環境汙染已成為制約我國經濟和社會發展的重要因素。
水環境質量的惡化和經濟的高速發展，迫切要求適合時代發展的汙水資源化技術，以緩解水資源的短缺狀況。因此，近年來各種新型、改良型的高效廢水處理技術應運而生，其中的膜分離技術，特別是膜生物反應器(Membrane Bioreactor，簡稱MBR)組合工藝在廢水處理重的應用格外引人注目。該工藝與傳統廢水處理技術相比，具有出水水質好，出水可直接回用，設備佔地面積小，活性汙泥濃度高，剩餘汙泥濃度低和便於自動控制等優點。雖然目前能耗還很高，但隨著膜技術的發展和膜製造成本的下降以及新型膜組件和膜生物反應器的開發，膜生物反應器技術在廢水處理中會得到更多的應用。
膜生物反應器是膜技術和生物處理技術相結合的廢水處理新工藝，其產生和發展是這兩種技術應用和發展的必然結果。膜技術和生物處理技術的學科交叉、結合，開闢了汙水處理技術研究和應用的新領域。
雖然膜生物反應器具有傳統活性汙泥法所不能比擬的特點，但在實際中卻沒能得到大規模的廣泛應用，這主要是因為膜生物反應器有其缺點即膜組件造價高和膜生物反應器運轉費用高。但其能耗偏高，噸水處理成本高，使這項技術的大規模推廣應用受到限制。
據研究計算，維持膜生物反應器的有效運行，其運轉費用有96％以上用於鼓風機的的能耗。這是由於膜生物反應器必須有足夠的爆氣強度來維持較高的膜面流速，從而減少膜汙染和膜堵塞，維持較高的膜通量。所以，為促使膜生物反應器得以廣泛應用，除了完善制膜工藝，降低膜造價以外，最重要的措施就是在膜生物反應器的運行過程中，儘量減少膜汙染和膜堵塞，減緩膜通量的降低，儘量提高和維持膜通量。
目前序批式活性汙泥法設備大部分是採用潷水器出水，潷水器有垂直升降式潷水器、螺杆旋轉式潷水器和浮筒式潷水器等。多數生化主體反應器採用負荷法、曝氣時間內負荷法、動力學設計法進行設計。上述各種潷水器動力消耗高，而且自動化要求較高，實際生產中的潷水器往往很難完全達到設計的要求，而且出水濁度較高，經常帶有懸浮物質，出水水質不能保證。
發明內容
本發明的目的在於克服現有技術存在的上述不足，通過研究改進，給出一種設備結構緊湊、運行成本較低、全自動控制的新型汙水處理工藝及一體化中水回用設備。該設備具有結構緊湊、運行成本較低和全自動控制的特點，在城市汙水處理與回用、中水回用、生活汙水、醫院廢水、屠宰場廢水、高濃度工業廢水等處理中將得到廣泛的應用，既可緩解水資源短缺所引起的矛盾，又保護了環境，促進經濟的可持續性發展。
本發明給出的技術解決方案是這種一體化中水回用設備包括有生化反應池、水平懸浮濾膜系統和單板機自動控制系統，其特點是所述的生化反應池包括有生物選擇區、缺氧區和好氧區，其中生物選擇區在生化反應池的一側，生物選擇區之後為缺氧區，好氧區在生化反應池的另一側，待處理的汙水先進入生物選擇區，缺氧區在生物選擇區之後，最後由提升泵將汙水提升至好氧區，其體積比為1∶5∶30。生物選擇區為微生物創造高濃度、高負荷的競爭環境，選擇出適應該環境的微生物，活性汙泥快速吸附有機汙染物，對難降解的有機物水解。缺氧區輔助生物選擇區的緩衝作用，釋放磷，強化反硝化。好氧區設計採用總汙泥量綜合設計法，以提供反應池好氧區一定的活性汙泥量為前提，並滿足適合的SVI條件，保證在沉降階段歷時和排水階段歷時內的沉降距離和沉澱面積，據此推算出最低水深下的最小汙泥沉降所需的體積，然後根據最大周期進水量求算貯水容積，兩者之和即為所求生化池容。並由此驗算曝氣時間內的活性汙泥濃度及最低水深下的汙泥濃度，以判別計算結果的合理性。
所述的水平懸浮濾膜系統設置在生化反應池的好氧區內，包括有水平懸浮濾膜組件、膜組件懸浮球、膜組件集水管路框架、框架滑軌和塑料耐壓軟管。其中水平懸浮濾膜組件為偏氟聚乙烯中空纖維膜組件，主要是起到截留上清液中的懸浮物，過濾出水的作用，中空纖維膜絲較細，有較好的柔韌性，能保持較長的壽命，即使有膜絲破損的現象發生，由於膜絲內徑僅為270μm，可被汙泥迅速堵住，對處理水質完全沒有影響；膜組件懸浮球一般由PVC塑料製成，呈半球狀，懸浮球內充滿空氣，產生一定的浮力，均勻分布在膜組件塑料框架上，使水平懸浮濾膜組件始終保持在保護高度(距水面0.3～0.5m)的液面以下；膜組件集水管路框架由U-PVC塑料管連接而成，它把多層水平放置的膜組件固定為一體，並且膜濾出水通過此管路由泵吸出；框架滑軌由兩條相對的、嵌入池體的「L」型不鏽鋼鋼條製成，內形成倒「T」字槽，連接在膜組件集水管路框架上的「T」字型不鏽鋼體在其中滑動；塑料耐壓軟管是連接在集水管路框架上的輸水管，可隨著集水管路框架的升降而自由伸縮。
所述的單片機自動控制系統包括有單片機控制部分、輸入通道、輸出通道及控制面板，其中單片機控制部分由8031晶片、2732晶片、74L373晶片和晶振電路組成，2732晶片構成4KB的外擴展程序存儲器，74L373晶片作為地址鎖存器；輸入通道由超聲波液位探測器和自製液位探測器構成，輸出通道由光電耦合器和繼電器構成，超聲波液位探測器實時監控上清液高度、沉澱汙泥層高度和混合液的高度，自製液位探測器實時監控膜組件在混合液中的位置，當膜組件露出水面後，自製液位探測器斷開並發出警報，系統停止運行。
為更好地實現本發明的目的，所述的水平懸浮濾膜系統中的偏氟聚乙烯中空纖維膜組件，其膜組件公稱孔徑為0.2μm，是懸浮固體、膠體等的有效屏障。
為更好地實現本發明的目的，所述的水平懸浮濾膜系統作為生化反應池的出水裝置，即水平懸浮濾膜系統通過分布在其兩側的可自由伸縮的塑料耐壓軟管出水。
為更好地實現本發明的目的，所述的水平懸浮濾膜系統通過膜組件懸浮球產生的浮力懸浮於混合液面下的保護高度。
為更好地實現本發明的目的，所述的水平懸浮濾膜系統的膜組件為水平方式。
為更好地實現本發明的目的，所述的水平懸浮濾膜系統通過框架滑軌隨混合液液面上下運動。
以上單片機控制部分、輸入通道、輸出通道、輸出通道、及控制面板等電子設備和電子元件在市場上均可購得。
本發明的設備尺寸隨著日處理量的不同而不同。主體反應池採用汙泥總量法設計，保證汙泥的沉降性能。水平懸浮濾膜組件的獨特結構保證了出水的回用要求。
與現有技術相比，本發明的有益效果是1.設備結構緊湊，製造方便。
2.運行成本較低，實現全自動控制。
3.設備出水水質好，出水濁度可到ONTU，達到建設部中水回用標準。
4.生物反應器內能維持高濃度的微生物量，使處理裝置容積負荷提高，佔地面積大幅度減小。
5.膜的截留可以延長增殖速度緩慢的微生物如硝化細菌在反應器中的停留時間，有利於提高系統硝化效率。同時，還可以延長一些難降解有機物在系統中的停留時間，有利於提高難降解有機物的降解效率。
6.剩餘汙泥產量低，汙泥處理費用少。
7.耐衝擊負荷，易於擴容。
8.易於實現自動控制，操作管理方便。
圖1是一體化中水回用設備的反應池平面圖；圖2是一體化水回用設備的反應池I-I剖面圖；圖3是一體化中水回用設備的反應池IV-IV剖面圖；圖4是一體化中水回用設備的反應池好氧區II-II剖面圖；圖5是一體化中水回用設備的反應池缺氧區III-III剖面圖；圖6是一體化中水回用設備的反應池及水管路框架與框架滑軌連接圖；圖7是一體化中水回用設備的控制系統原理框圖；圖8是一體化中水回用設備的自動控制流程圖；圖9是COD，NH3-N系統去除率示意圖；圖10是膜阻力的變化情況示意圖。
圖中標記為1為膜組件，2為微孔曝氣頭，3為止水套管，4為蝶閥，5為提升泵，6為閘閥，7為止回閥，8為膜組件懸浮球，9為膜組件集水管路框架，10為框架滑軌。11為自製液位探測器，12為超聲波液位探測器，13為塑料耐壓軟管，14為生物選擇區，15為缺氧區，16為好氧區，17為汙泥回流管道。
具體實施例方式
如圖1～圖3所示，本發明給出的這種一體化中水回用設備包括有生化反應池、水平懸浮濾膜系統和單板機自動控制系統，其中的生化反應池包括有生物選擇區14、缺氧區15和好氧區16，待處理的汙水先進入生物選擇區14，缺氧區15在生物選擇區14之後，最後由提升泵5將汙水提升至好氧區16，其體積比為1∶5∶30。其中膜組件1和超聲波液位探測器12位於好氧區16中。圖1還包括I-I剖面圖即圖2，II-II剖面圖即圖4，III-III剖面圖即圖5。在圖2中微孔曝氣頭2平鋪於好氧區16底部，止水套管3位於缺氧區15和好氧區16之間，提升泵5位於缺氧區15，起到提升汙水至好氧區16的作用，膜組件懸浮球8位於好氧區16上部，隨膜組件1上下運動，膜組件集水管路框架9位於膜組件懸浮球8之下，起到支撐膜組件的作用，框架滑軌10位於好氧區16的兩側池壁，供膜組件1上下運動之用，自製液位探測器11位於膜組件集水管路框架9上，圖2還包括IV-IV剖面圖即圖3。圖3為一體化中水回用設備反應池的平面圖，包括生物選擇區14，缺氧區15和好氧區16的平面圖。
如圖4所示，圖4是一體化中水回用設備的反應池好氧區II-II剖面圖。(8)膜組件懸浮球，(9)膜組件集水管路框架，(10)框架滑軌，三者組成一體，位於好氧區的末端。
如圖5所示，圖5是一體化中水回用設備的反應池缺氧區III-III剖面圖。(5)提升泵位於缺氧區。
如圖6所示，圖6是一體化中水回用設備的反應池及水管路框架與框架滑軌連接圖。位於(16)好氧區的池壁上。
現以處理量為10t/d的一體化中水回用設備為例對圖7～圖10進行說明。其中圖7和圖8是控制系統的原理框圖和流程圖，圖9和圖10則是根據實驗數值繪製而成的COD，NH3-N系統去除率示意圖和膜阻力的變化情況示意圖。
該實施例的運行過程為緊接著上一個運行周期的最後一道工序，出水階段結束後，自動控制系統自動開啟進水提升泵5和空氣壓縮機，初始化開始。進水和反應池內的活性汙泥在曝氣的作用下充分混合，超聲波探測器12實時傳送混合液深度，當反應器內混合液深度大於設定值H1＝3.3m時，提升泵5停止工作。反應器的活性汙泥在曝氣的條件下進行生物降解作用，經過水力停留時間T1＝3h，混合液中的有機汙染物被分解，汙水得以淨化。自動控制系統發出信號，停止曝氣。經過沉澱時間T2＝0.5h後，反應池中混合液在重力的作用下泥水分離，池體上部為上清液，上清液水深H2＝2.3m，池體下部為因重力沉澱壓縮的活性汙泥，其沉澱厚度為H3＝0.8m。此時由超聲波探測器12對反應池內上清液的高度進行探測，並向自動控制系統發出信號，自動控制系統接受信號後，發出啟動出水泵的信號，出水泵在自動控制系統控制下開啟，抽取反應池內的上清液。水平懸浮濾膜系統隨著水位的下降而沿滑軌下滑，分布在膜組件集水管路框架的塑料耐壓軟管沿出水方向伸長。當排水高度達到H2-h＝2.3-0.5＝1.8m(h為保護高度)，超聲波探測器12向自動控制系統傳輸關閉出水泵的信號，自動控制系統接受信號後，發出停止出水泵的信號，出水泵在自動控制系統控制下停止抽水。同時自動控制系統發出啟動空氣壓縮機和提升泵的信號，反應池內開始曝氣並且同時進水，開始下一周期的動作。
試驗平均進水的COD為378.5mg/L，平均進水的NH3-N為33.28mg/L，平均出水的COD為29.31mg/L，平均出水NH3-N為4.25mg/L，從圖9可以看出本發明表現出良好的去除率。由圖10可以看出，膜汙染程度很小，膜阻力上升速率緩慢，保持較高的膜通量。而本發明在保持一定的膜通量時的膜傳遞壓差(TMP)為4.0×10-2MPa，遠遠小於膜設計極限傳遞壓差10.0×10-2MPa。
故障處理1.出水過程中單片機通過超聲波液面探測器監控當前時刻和設定時刻t前的上清液液面的變化情況，若無變化停止出水，並發出警報。
2.進水過程中單片機通過超聲波液面探測器監控當前時刻和設定時刻t後的上清液液面的變化情況，若無變化停止進水，並發出警報。
3.靜止沉澱後，超聲波液面探測器檢測上清液深度，若該值小於設定值發出警報。
4.自製液位探測器斷開發出警報後，實施人工幹預，調節水平懸浮濾膜組件在反應池的位置，使之保持在液面以下保護高度h。
權利要求
1.一種一體化中水回用設備，包括有生化反應池、水平懸浮濾膜系統和單板機自動控制系統，其特徵在於所述的生化反應池包括有生物選擇區、缺氧區和好氧區，生物選擇區在生化反應池的一側，生物選擇區之後為缺氧區，好氧區在生化反應池的另一側，生物選擇區、缺氧區和好氧區的體積比為1∶5∶30；所述的水平懸浮濾膜系統設置在生化反應池的好氧區內，包括有水平懸浮濾膜組件、膜組件懸浮球、膜組件集水管路框架、框架滑軌和塑料耐壓軟管，其中水平懸浮濾膜組件為偏氟聚乙烯中空纖維膜組件，膜組件懸浮球由PVC塑料製成，呈半球狀，懸浮球內充滿空氣，均勻分布在膜組件塑料框架上，膜組件集水管路框架由U-PVC塑料管連接而成，並將多層水平放置的膜組件固定為一體；框架滑軌由兩條相對的、嵌入池體的「L」型不鏽鋼鋼條製成，內形成倒「T」字槽，連接在膜組件集水管路框架上的「T」字型不鏽鋼體在其中滑動，塑料耐壓軟管連接在集水管路框架上，並隨著集水管路框架的升降而自由伸縮；所述的單片機自動控制系統包括有單片機控制部分、輸入通道、輸出通道及控制面板，其中單片機控制部分由8031晶片、2732晶片、74L373晶片和晶振電路組成，2732晶片構成4KB的外擴展程序存儲器，74L373晶片作為地址鎖存器，輸入通道由超聲波液位探測器和自製液位探測器構成，輸出通道由光電耦合器和繼電器構成。
2.根據權利要求1所述的一種一體化中水回用設備，其特徵在於所述的偏氟聚乙烯中空纖維膜組件的公稱孔徑為0.2μm。
3.根據權利要求1所述的一種一體化中水回用設備，其特徵在於所述的水平懸浮濾膜系統通過分布在其兩側的可自由伸縮的塑料耐壓軟管出水。
4.根據權利要求1所述的一種一體化中水回用設備，其特徵在於所述的水平懸浮濾膜系統通過膜組件懸浮球產生的浮力懸浮於混合液面下的保護高度。
5.根據權利要求1所述的一種一體化中水回用設備，其特徵在於所述的水平懸浮濾膜系統的膜組件為水平方式。
6.根據權利要求1所述的一種一體化中水回用設備，其特徵在於所述的水平懸浮濾膜系統通過框架滑軌隨混合液液面做上下移動。
全文摘要
一種一體化中水回用設備，屬於環保水處理技術，包括有生化反應池、水平懸浮濾膜系統和單板機自動控制系統，其特點呈生化反應池包括有生物選擇區、缺氧區和好氧區，水平懸浮濾膜系統設置在生化反應池的好氧區內，包括有水平懸浮濾膜組件、膜組件懸浮球、膜組件集水管路框架、框架滑軌和塑料耐壓軟管，單片機自動控制系統包括有單片機控制部分、輸入通道、輸出通道及控制面板。本發明具有設備結構緊湊、運行成本較低、出水水質好、佔地面積小、剩餘汙泥產量低，汙泥處理費用少、易於實現自動控制和操作管理方便等特點，在城市汙水處理與回用、中水回用、生活汙水、高濃度工業廢水等處理中將得到廣泛的應用。
文檔編號C02F3/30GK1640828SQ20041008291
公開日2005年7月20日 申請日期2004年12月10日 優先權日2004年12月10日
發明者蘇錦明, 周晴, 傅金祥 申請人:瀋陽建築大學