一种浸没式膜过滤系统的产水装置及其产水方法与流程

本发明涉及污水处理，特别涉及一种浸没式膜过滤系统的产水装置及其产水方法。

背景技术：

1、在浸没式膜过滤系统中，膜组器浸没安装于膜池内的待处理液体中，通过产水泵在膜产水侧形成负压驱动出水，处理后的净水从膜组件产水通道排出。产水泵的运行稳定性直接影响系统的生产连续性。

2、在工程应用中，产水泵的安装位置通常依据其泵轴中心标高与膜组器工作区域液位标高的相对关系，可分为以下两种设计方式：

3、第一种方式是产水泵泵轴中心标高低于膜组器工作区域液位。这种方式被认为是最有利于抽吸产水的布置形式，因此在地上污水处理厂（站）中较为常见。然而，当该方式应用于地埋式或半地埋式污水处理厂（站）时，由于产水泵及相关动设备需布置于地下，运行中暴露出诸多问题：暴雨期间外部雨水容易倒灌进入地下机房，导致水泵、搅拌器等机械设备被水淹没而无法正常工作；地埋式结构使得有毒有害气体不易及时排出，存在爆炸和中毒的安全隐患；地下机房空间受限导致设备维护、检修和更换作业困难；地下机房环境湿度较高且腐蚀性气体聚集，对金属部件和电气设备造成严重腐蚀，设备寿命受到显著影响。上述缺陷制约了地埋式污水处理厂（站）的普及性和适用性。

4、第二种方式是将产水泵泵轴中心标高设置为高于膜组器工作区域液位，即膜池等池体位于低位（地埋或半地埋），而产水泵、鼓风机、电控柜等核心设备布置于地上。这种方式有效避免了设备被水淹没的安全隐患，降低了设备腐蚀风险，也便于日常维护检修。然而，这种布置方式产生了新的技术问题：当产水泵长时间停机后再次启动时，经常出现无法形成负压进行吸水的情况。其原因在于，产水泵的安装位置高于膜组器工作区域液位，停机期间产水泵进水管（即上游管路）内的水在重力作用下回流至膜池，管路中积存了大量空气。当产水泵需要重新启动时，泵腔内和进水管路中充满空气，无法建立足够的真空度，导致产水泵空转、无法正常抽水。在实际工程中，这一现象在产水泵泵轴中心标高与膜组器液位高差较大时尤为突出。

5、由此可见，如何在确保产水泵高位布置的同时，实现产水泵长期停机后的可靠自启动，且无需复杂的辅助设备和较高的工程投入，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、本发明的第一个目的在于提供一种浸没式膜过滤系统的产水装置，以确保产水泵高位布置的同时，实现产水泵长期停机后的可靠启动，且无需复杂的辅助设备和较高的工程投入。

2、本发明的第二个目的在于提供一种上述浸没式膜过滤系统的产水装置的产水方法。

3、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

4、在本技术的第一方面，提供了一种浸没式膜过滤系统的产水装置，包括：

5、膜池；

6、清水池，所述清水池的工作液位在竖直方向上高于所述膜池的工作液位；

7、膜组器，浸没于所述膜池内；

8、产水泵，其泵轴中心线在竖直方向上的高度高于所述膜池的工作液位，且低于所述清水池的工作液位；

9、管道组件，包括第一管件、第二管件以及第三管件，所述第一管件的第一端连接于所述膜组器，所述第二管件以及所述第三管件的第一端并联于所述第一管件的第二端，所述产水泵串联设置于所述第一管件，所述第二管件以及所述第三管件的第二端分别与所述清水池连通，且所述第二管件与所述清水池连通位置高于所述第三管件与所述清水池连通位置，所述第三管件上串联有控制阀门。

10、基于第一方面，一种可能的实现方式中，所述控制阀门为自动阀门，所述自动阀门以及所述产水泵分别与所述浸没式膜过滤系统的产水装置的控制系统通信连接，所述控制系统被配置为当所述产水泵的持续停机时间达到预设时长阈值且接收到所述产水泵的再次启动信号时，在启动所述产水泵之前，控制所述自动阀门打开以导通所述第三管件，并在满足预设条件后关闭所述自动阀门，启动所述产水泵。

11、基于第一方面，一种可能的实现方式中，所述预设条件为所述自动阀门开启时长达到预设开启时长，或者，所述预设条件为所述清水池中的水量减少值大于或等于所述第一管件、所述第三管件以及所述产水泵的泵腔容积之和。

12、基于第一方面，一种可能的实现方式中，所述清水池设有溢流管，所述清水池通过所述溢流管溢流排水；

13、或者，所述清水池连接有外排泵和/或底排管，且所述清水池内设有用于检测其液位的液位检测件，所述清水池具有补水口，所述液位检测件与所述浸没式膜过滤系统的产水装置的控制系统通信连接。

14、基于第一方面，一种可能的实现方式中，所述清水池的有效水量满足以下条件时，所述自动阀门具有开启条件：

15、v清水池≥ n×（v第一管件+ v第三管件+ v泵腔）；

16、其中，v清水池为所述清水池的有效水量，定义为所述清水池的当前液位与所述第三管件连接所述清水池的接口标高之间的水量；v第一管件为所述第一管件的容积；v第三管件为所述第三管件的容积；v泵腔为所述产水泵的泵腔容积；n为大于1的有理数。

17、基于第一方面，一种可能的实现方式中，n满足n≥1.5。

18、基于第一方面，一种可能的实现方式中，所述清水池的液位标高l清水池、所述第三管件连接所述清水池的接口标高l第三管件以及所述产水泵的泵轴中心高度满足：

19、l清水池＞ l第三管件＞ 所述产水泵的泵轴中心高度。

20、基于第一方面，一种可能的实现方式中，所述产水泵的泵轴中心的安装高度满足：

21、zs= [hs]-v1²/2g-∑hs

22、其中，zs为所述产水泵的泵轴中心的标高与所述膜池的工作液位的标高之差，单位为m；[hs]为所述产水泵的允许吸上真空高度；v1为所述产水泵的吸入口的流速；∑hs为所述第一管件在所述产水泵的上游管段的沿程及局部水头损失之和；g为重力加速度。

23、基于第一方面，一种可能的实现方式中，所述第一管件在所述产水泵的上游管段的沿程及局部水头损失之和满足：

24、∑hs=il+∑ξv²/2g

25、其中，i为单位长度沿程阻力系数，l为所述第一管件在所述产水泵的上游管段的长度，ξ为局部阻力系数，v为所述第一管件在所述产水泵的上游管段中的流速。

26、由以上技术方案可以看出，本发明提供的浸没式膜过滤系统的产水装置，包括膜池、清水池、膜组器、产水泵以及管道组件，其中，膜池用于容纳待处理的污水/泥水混合物，清水池用于容纳经过膜组器过滤后的产水（清水），清水池的工作液位在竖直方向上高于膜池的工作液位，膜组器浸没于膜池内，产水泵的泵轴中心线在竖直方向上的高度高于膜池的工作液位，且低于清水池的工作液位；管道组件包括第一管件、第二管件以及第三管件，第一管件的第一端连接于膜组器，第二管件以及第三管件的第一端并联于第一管件的第二端，产水泵串联设置于第一管件，第二管件以及第三管件的第二端分别与清水池连通，且第二管件与清水池连通位置高于第三管件与清水池连通位置，第三管件上串联有控制阀门。

27、本技术实施例提供的浸没式膜过滤系统的产水装置仅在第三管件上设置了一个控制阀门，无需设置抽真空装置等其他辅助设备，结构简单，设备数量少，有利于降低系统的初期建设成本和长期运行维护成本，尤其适用于占地受限、投资预算有限的分散式或小型污水处理站。

28、当产水泵需要启动时，仅需打开控制阀门，清水池中的水在重力作用下自动经第三管件、控制阀门、第一管件反向流入产水泵泵腔，将第一管件和产水泵的泵腔内的空气排出，使产水泵具备再次启动所需的真空吸水条件。整个过程无需外部引水装置，无需额外消耗电能进行抽真空操作，具有节能优势。

29、本技术的浸没式膜过滤系统的产水装置中的产水泵可布置于地上，避免了地埋式布置带来的雨水倒灌淹没、腐蚀性气体侵蚀、检修操作困难等安全性和可靠性问题。同时，借助清水池重力补水和控制阀门的联动控制，即使产水泵长时间停机后进水管路中积存大量空气，也能在再次启动前自动完成排气和灌水，确保产水泵启动后能够建立足够的负压实现正常产水，从而兼顾了设备布置的安全性和运行启动的可靠性。

30、本技术中的产水泵以及控制阀门的工作全过程可以实现全自动，无需人工干预，有利于实现污水处理站的少人值守或无人值守运行。

31、在本技术的第二方面，提供了一种如第一方面及其可能的实现方式中所述的浸没式膜过滤系统的产水装置的产水方法，包括步骤：

32、当浸没式膜过滤系统的产水装置的产水泵持续停机达到预设时长阈值且接收到再次启动信号时，先打开第三管件上的控制阀门进行重力灌水排气，满足预设条件后再关闭阀门，启动产水泵。

33、由于该产水方法基于第一方面及其可能的实现方式中所述的浸没式膜过滤系统的产水装置实现，因此该产水方法理应具有与浸没式膜过滤系统的产水装置相同的有益效果，在此不再赘述。