一种采用往复运动膜过滤的间歇曝气清洁的水处理系统的制作方法

1.本实用新型属于污水处理技术领域，具体涉及采用往复运动膜过滤的间歇曝气清洁的水处理系统。


背景技术：

2.膜生物反应器mbr是代替传统的污水处理工艺中的二沉池一种技术，该技术不仅具有处理效率高、出水优良稳定、占地面积小的优势，同时，该技术通过将水中微生物截留在膜单元池中，大大提高生化系统处理能力。
3.目前市场上普遍应用的系统为空气吹扫控制膜污染的mbr系统，成套的污水处理系统多采用厌氧(a) 缺氧(a) 好氧(o) 空气吹扫膜过滤系统，为方便表述，将该工艺简称为aao 空气吹扫膜过滤系统；该工艺在应用过程中存在诸多问题，包括：
4.(1)采用高曝气冲刷膜丝表面造成系统运行能耗高，aao 空气吹扫膜过滤系统的能耗在0.1～0.2kwh/m3，占整个污水处理厂能耗的25％～30％。
5.(2)mbr膜池长期处于高曝气状态下，膜池溶解氧含量大于5mg/l，造成膜池生化条件的变化，导致出水水质总氮略有升高，大大影响整个系统的反硝化效果。
6.(3)持续曝气造成毛发积累在膜丝根部，导致膜污染加剧，需要定期进行在线维护清洗，来延缓膜污染加剧，以及通过膜组件离线清洗来去除累积膜丝根部的物质，进行控制膜污染，但上述清洗耗费大量人工费用和时间。
7.(4)采用高曝气冲刷膜丝表面破坏了污泥絮体释放更小尺寸的颗粒物造成膜污染加剧，同时造成膜运行通量降低。
8.(5)采用多级回流，膜池回流到好氧池，好氧池回流到缺氧池、缺氧池回流到厌氧池，每级回流需1台回流泵，并且每级回流的回流比400％以上，多级回流导致投资成本高，运行能耗高。
9.(6)控制单元单一，只有数据采集功能，没有数据分析和反馈功能，降低了系统运行的高效性和时效性。
10.近年来，随着往复式mbr新型技术开发与试验，往复式mbr解决了空气吹扫控制膜污染的mbr系统存在的一些问题，但往复式mbr技术应用又面临新的技术问题，包括：往复式mbr系统的膜池没有曝气，导致污泥沉降分层严重，即膜池上、下部污泥浓度极化严重，4m高膜组器上下浓度差40％～60％，造成膜丝污染不均匀，加剧膜污染。以及控制单元单一，只有数据采集功能，没有数据分析和反馈功能，降低了系统运行的高效性和时效性。


技术实现要素：

11.实用新型目的：为解决现有aao 空气吹扫膜过滤系统中存在的问题，以及解决现有往复式mbr系统中存在的问题，本实用新型提出了采用往复运动膜过滤的间歇曝气清洁的水处理系统。
12.技术方案：一种采用往复运动膜过滤的间歇曝气清洁的水处理系统，包括进水泵、
厌氧池、缺氧池、好氧池、往复运动膜生物反应器膜池、产水泵；在往复运动膜生物反应器膜池内设有膜组器，在膜组器内设有膜丝；进水泵的出水口与厌氧池的入口连接；厌氧池的出口与缺氧池的入口连接；缺氧池的出口与好氧池的入口连接；好氧池的出口与往复运动膜生物反应器膜池的入口连接；产水泵与往复运动膜生物反应器膜池连接；还包括污泥回流泵、曝气系统、数据监测系统和plc控制器；
13.所述污泥回流泵设置在往复运动膜生物反应器膜池内，该污泥回流泵的出口与厌氧池的入口连接，以及与缺氧池的入口连接，用于将往复运动膜生物反应器膜池中的混合液回流至厌氧池和缺氧池；
14.所述曝气系统包括风机、第一电动调节阀和第二电动调节阀，风机通过第一电动调节阀给好氧池供气，风机通过第二电动调节阀给往复运动膜生物反应器膜池供气；
15.所述数据监测系统包括溶解氧监测仪、污泥浓度监测仪、氨氮监测仪和总氮监测仪；其中，溶解氧监测仪用于获取监测点的溶解氧溶度；污泥浓度监测仪用于获取监测点的污泥浓度；氨氮监测仪用于获取出水氨氮浓度；总氮监测仪用于获取出水总氮浓度；所述监测点为多个，从上至下等间隔设置在往复运动膜生物反应器膜池内；
16.所述数据监测系统、第一电动调节阀、第二电动调节阀与plc控制器信号连接；
17.所述plc控制器，用于接收来自溶解氧监测仪的各监测点的溶解氧溶度、来自污泥浓度监测仪的各监测点的污泥浓度、来自氨氮监测仪的出水氨氮浓度、来自总氮监测仪的出水总氮浓度；以及用于根据各监测点的溶解氧溶度、各监测点的污泥浓度、出水氨氮浓度和出水总氮浓度，向第一电动调节阀和第二电动调节阀发送开度调节指令。
18.本实用新型采用plc间歇曝气清洁的气量控制，通过曝气短暂的开启和关闭，调节污泥浓度极化问题，解决了往复运动膜生物反应器膜池上、下部活性污泥浓度极化严重，造成膜丝污染不均匀，加剧膜污染问题。
19.本实用新型通过去掉好氧池向缺氧池、缺氧池向厌氧池的回流泵，将膜池的回流回到厌氧池，解决了现有aao 空气吹扫膜过滤系统污水处理工艺混合液逐级回流过程中污泥泵的投资成本的问题。
20.进一步的，污泥回流泵的污泥回流比为200％。本实用新型通过降低其回流比，解决了现有aao 空气吹扫膜过滤系统污水处理工艺混合液逐级回流过程中运行能耗高的问题。
21.进一步的，还包括往复运动装置和用于驱动往复运动装置进行往复运动的减速电机；所述往复运动装置与模组器连接，用于带动模组器在往复运动膜生物反应器膜池内进行往复运动。
22.进一步的，所述膜丝为ptfe膜丝或者带衬pvdf膜丝。
23.进一步的，在往复运动膜生物反应器膜池内部设有微孔曝气管，该微孔曝气管通过第二电动调节阀与风机连接。
24.本实用新型采用间歇曝气清洁的微氧控制，控制膜池溶解氧的浓度，解决了复运动膜生物反应器过滤系统前端好氧池硝化效果不佳，造成的膜池出水总氮升高问题。
25.进一步的，在厌氧池内设置有第二搅拌器。
26.进一步的，在缺氧池内设置有第一搅拌器。
27.有益效果：本实用新型与现有技术相比，具有以下优点：
28.(1)本实用新型解决了现有aao 空气吹扫膜过滤系统因高曝气引的诸多问题导致的膜污染控制运行能耗高，膜污染严重，运行通量低等问题，本实用新型的吨水能耗比现有aao 空气吹扫膜过滤系统节省85％以上，吨水能耗在0.015～0.023kwh/m3；以及本实用新型的运行通量可维持在20lmh～28lmh的通量，比现有aao 空气吹扫膜过滤系统的通量提高10％左右；
29.(2)本实用新型通过去掉好氧池向缺氧池、缺氧池向厌氧池的回流泵，节省了2台回流泵的投资成泵，并将膜池污泥回流的回流比由原来的400％降到200％，又降低了回流的运行能耗；
30.(3)本实用新型通过将膜池充当脱气罐，使膜池混合液一直处于低溶解氧状态，解决了现有aao 空气吹扫膜过滤系统污水处理工艺污泥回流到厌氧池导致溶解氧含量过高，阻碍硝酸氮的还原，降低总氮去除率等问题；
31.(4)采用间歇曝气清洁的微氧控制，控制膜池溶解氧的浓度，使膜池产水氨氮和总氮的比值小于0.2，大大提高总氮的去除效果；本实用新型与现有aao 空气吹扫膜过滤系统相比，出水总氮降低3～5mg/l；
32.(5)采用plc间歇曝气清洁的气量控制，通过曝气短暂的开启和关闭，膜池混合液混合到一起，调节污泥浓度极化问题，解决了往复运动膜生物反应器膜池上、下部活性污泥浓度极化严重，造成膜丝污染不均匀，加剧膜污染问题，降低了加速膜污染的风险，并大大提高膜抗污染性能；本实用新型比现有aao 空气吹扫膜过滤系统的抗污染性能提高15～25％，即膜离线清洗时间延长15～25％；
33.(6)采用多点监测设置，通过plc控制计算单元的数据采集和计算分析，实时反馈给污水处理系统，进行系统工况的调节，解决传统aao 空气吹扫膜过滤系统或者aao 往复式膜过滤系统污水处理工艺控制单一，不能及时对数据处理和反馈，降低了系统运行的高效性、时效性等问题，并大大了提高系统运行的高效性、时效性、稳定性和安全性。
附图说明
34.图1为现有空气吹扫mbr膜过滤系统污水处理系统示意图；
35.图2为采用往复运动膜过滤的间歇曝气清洁的水处理系统示意图；
36.图3为往复运动间歇曝气浸没式膜箱结构示意图。
具体实施方式
37.现结合附图和实施例对本实用新型的技术方案做进一步说明。
38.实施例1：
39.如图2所示，本实施例公开了一种采用往复运动膜过滤的间歇曝气清洁的水处理系统，包括进水泵1、厌氧池19、缺氧池16、好氧池17、往复运动膜生物反应器膜池18、产水泵3、污泥回流泵14、曝气系统、数据监测系统和plc控制器。各部件之间的连接关系为：进水泵1的出水口与厌氧池19的入口连接；厌氧池19的出口与缺氧池16的入口连接；缺氧池16的出口与好氧池17的入口连接；好氧池17的出口与往复运动膜生物反应器膜池18的入口连接；产水泵3与往复运动膜生物反应器膜池18连接。在往复运动膜生物反应器膜池18内设有膜组器12，在膜组器12内设有膜丝11。
40.在进行水处理时，在厌氧池19中完成原水水解酸化氨化作用、释磷的过程；在缺氧池16中完成释磷的过程和反硝化除氮过程；在好氧池17中完成硝化去除氨氮的过程和吸磷的过程；本实施例的往复运动膜生物反应器膜池18作为后缺氧池，用于加强脱氮的效果，以及本实施例的往复运动膜生物反应器膜池18充当脱气罐，用于降低污泥回流中的溶解氧，以及加强前端反硝化。
41.本实施例的污泥回流泵14设置在往复运动膜生物反应器膜池18内，该污泥回流泵14的出口与厌氧池19的入口连接，以及与缺氧池16的入口连接，用于将往复运动膜生物反应器膜池18中的混合液回流至厌氧池19和缺氧池16。
42.本实施例的曝气系统包括风机4、第一电动调节阀6和第二电动调节阀5，风机4通过第一电动调节阀6给好氧池17供气，风机4通过第二电动调节阀5给往复运动膜生物反应器膜池18供气。
43.本实施例的数据监测系统包括溶解氧监测仪7、污泥浓度监测仪8、氨氮监测仪9和总氮监测仪10；其中，溶解氧监测仪7用于获取监测点(h0、h1、h2、h3)的溶解氧溶度；污泥浓度监测仪8用于获取监测点(h0、h1、h2、h3)的污泥浓度；氨氮监测仪9用于获取出水氨氮浓度；总氮监测仪10用于获取出水总氮浓度；本实施例的监测点不局限于4个，可以少于4个，也可以多于4个，但至少需要2个监测点，监测点h0、h1、h2、h3从下至上等间隔设置在往复运动膜生物反应器膜池内。
44.本实施例的数据监测系统、第一电动调节阀6、第二电动调节阀5与plc控制器信号连接。plc控制器根据获取到的监测数据，包括监测点的溶解氧溶度、监测点的污泥浓度、出水氨氮浓度和出水总氮浓度，对第一电动调节阀6、第二电动调节阀5的开度进行调节。具体的，plc控制器将获取到的监测数据与预设的相应的数据阈值进行比对，从而对第一电动调节阀6、第二电动调节阀5的开度进行调节，此处的调节包括开度变大、全开、开度变小和关闭。
45.本实施例采用plc间歇曝气清洁的气量控制，通过曝气短暂的开启和关闭，调节污泥浓度极化问题。
46.图1为现有膜生物反应器(mbr)的示意图，典型的膜生物反应器(mbr)工艺包括厌氧池19、缺氧池16、好氧池17和膜池，采用多级回流，膜池通过膜池回流泵23回流到好氧池17，好氧池17通过好氧池回流泵22回流到缺氧池16，缺氧池16通过缺氧池回流泵21回流到厌氧池19，每级回流需1台回流泵。但本实施例去掉了好氧池向缺氧池、缺氧池向厌氧池的回流泵，将膜池的回流回到厌氧池和缺氧区。
47.实施例2：
48.本实施例在实施例1的基础上，增加了往复运动装置13和用于驱动往复运动装置13进行往复运动的减速电机2；本实施例的往复运动装置13与实施例1中的膜组器12连接。其中，本实施例的减速电机2选型速比i＝30～45之间，通过变频器控制其输出频率在0.4～0.6hz之间。往复运动装置13在减速电机2的带动下，带动模组器12在往复运动膜生物反应器膜池18内进行往复运动，使模组器12内的膜丝11与往复运动膜生物反应器膜池18内的混合液形成相对运行，形成剪切力和涡流，从而延缓污泥在膜表面累和凝胶层的形成。在一些实施例中，可采用高抗拉伸强度的膜丝，包括但不限于ptfe膜丝或者带衬pvdf膜丝。
49.本实施例的往复运动方式解决了水处理系统运行能耗高、膜污染严重，运行通量
低等问题，在减少膜污染的同时，大大提高了运行通量和脱氮效率。
50.实施例3：
51.本实施例公开了一种采用往复运动膜过滤的间歇曝气清洁的水处理系统，其主要包括进水泵1、厌氧池19、缺氧池16、好氧池17、往复运动膜生物反应器膜池18、污泥回流泵14、减速电机2、产水泵3、膜丝11、膜组器12、往复运动装置13、数据监测系统和plc控制器。
52.其中，厌氧池19通过第二搅拌器20将进水泵1输送进来的原水、污泥回流泵14回流的混合液与厌氧池19内的厌氧活性污泥进行混合，在一定停留时间内，完成原水水解酸化氨化作用、释磷的过程；其中，污泥回流泵14的水处理系统污泥回流比为200％。
53.其中，缺氧池16用于通过第一搅拌器15将来自厌氧池19的混合液与缺氧池16内的兼氧活性污泥进行混合，在一定停留时间内，完成释磷的过程和反硝化除氮过程。
54.其中，好氧池17用于将来自缺氧池16的混合液通过曝气系统的供氧，完成硝化去除氨氮的过程和吸磷的过程。
55.其中，往复运动膜生物反应器膜池18用于作为后缺氧池加强脱氮的效果和充当脱气罐的降低污泥回流中的溶解氧加强前端反硝化。
56.由缺氧池16、好氧池17、往复式膜生物反应器膜池18和厌氧池19构成生化系统。
57.上述提及的曝气系统主要起供氧和搅拌的作用，其包括风机4、第一电动调节阀6和第二电动调节阀5，通过风机4、第一电动调节阀6和第二电动调节阀5分别给好氧池17和往复运动膜生物反应器膜池18供气。
58.如图3所示，由减速电机2和往复运动装置13构成往复运动膜过滤系统。减速电机2选型速比i＝30～45之间，通过变频器控制其输出频率在0.4～0.6hz之间带动往复运动装置13进行往复运动，而该往复运动装置13与膜组器12连接，当往复运动装置13带动膜组器12进行往复运动时，位于膜组器12内的膜丝11也随之在往复运动膜生物反应器膜池18内进行往复运动，此时膜丝与混合液形成相对运行，形成剪切力和涡流，从而延缓污泥在膜表面累和凝胶层的形成。本实施例的往复运动膜过滤系统通过往复运动向膜施加惯性力来去除形成在分离膜表面上的污垢。本实施例的膜丝11为中空纤维膜，材质为ptfe或者带衬pvdf膜丝，需具有一定高抗拉伸强度。
59.通常情况下现有的mbr工艺中，膜池是在曝气条件下运行的，膜池的溶解氧一直维持在5mg/l，即为好氧条件。传统的空气吹扫膜生物反应器系统为膜清洗提供的是粗空气，膜污染的控制能耗高，并且持续的粗空气冲刷，膜池的微生物系统絮体解散，变成粒径更细小的颗粒，加速了膜污染。而本实施例在往复运动膜生物反应器膜池内部设有微孔曝气管，如图3所示，该微孔曝气管通过第二电动调节阀与风机连接，本实施例微量空气间歇性供给浸没往复式过滤膜下端，使沉积在膜池下部的污泥悬浮，解决了污泥沉淀引起的浓差极化，减少了膜污染，提高了脱氮效果，通过供给硝化所需的的空气，提高了脱氮效率，同时降低了泵和鼓风机投资成本。
60.系统进水通过厌氧池19、缺氧池16、好氧池17进行生物处理，从生物处理池排出的原水进入往复式膜生物反应器膜池18，通过使膜往复运动并施加力惯性力来去除分离膜表面上形成的污染物。厌氧池19通过供水管线提供进水，在缺氧条件下反硝化脱氮。曝气系统向往复运动膜生物反应器膜池18提供微细的空气(好氧池供气量8％，风机向往复运动膜生物反应器膜池18供气量20％)。本实用新型的曝气系统向往复运动膜生物反应器膜池18基
本处于厌氧状态，通过与反硝化作用相关的微生物的反硝化反应脱氮，但在较差的条件下硝化条件(处理水仅当氨氮与水的总氮浓度之比为0.33或更高)膜池通过曝气系统进一步硝化和污泥回流，使缺氧池16更有效地进行反硝化脱氮。膜过滤优选为通过膜从污泥中分离出来的水，即处理后的水，通过排放管排放到外部。
61.为了提高系统运行的高效性、时效性，本实施例引入数据监测系统和plc控制器。
62.本实施例的数据监测系统包括溶解氧监测仪7、污泥浓度监测仪8、氨氮监测仪9和总氮监测仪10。为了实现数据监测，在往复运动膜生物反应器膜池18内设置多个数据监测点。如图2所示，本实施例设置的数据监测点为h0～h3。其中，溶解氧监测仪7读取数据监测点h0～h3的数值，通过监测点h0～h3的溶解氧溶度的反馈，氨氮监测仪9、总氮监测仪10用于确定膜出水氨氮和总氮的比值。
63.本实施例的plc控制器用于对数据监测系统反馈的监测数据进行记录和计算分析，以及根据计算分析结果，控制第一电动调节阀6和第二电动调节阀5正常开停。具体的，plc控制器根据来自溶解氧监测仪7和污泥浓度监测仪8的数据，控制第一电动调节阀6和第二电动调节阀5的开度向往复运动膜生物反应器膜池18内进行供氧和进行混合液搅拌，对往复运动膜生物反应器膜池18内污泥浓度的分层情况进行调节。plc控制器根据氨氮监测仪9和总氮监测仪10的数据，确定出水氨氮和出水总氮的比值，当出水氨氮和出水总氮的比值大于0.33时，说明出水总氮升高，plc控制器控制第一电动调节阀6和第二电动调节阀5的开度向往复运动膜生物反应器膜池18内进行供氧，提高池内硝化效果，降低总氮指标。当出水氨氮和出水总氮的比值小于0.2时，plc控制器控制第一电动调节阀6和第二电动调节阀5停止向往复运动膜生物反应器膜池18内供氧。
64.现结合运行控制流程，对本实施例公开的水处理系统做进一步说明。
65.步骤1：进水阶段，当往复运动膜生物反应器膜池18的液位处于中液位时，开启进水泵1进原水，原水进入厌氧池19，流经缺氧池16和好氧池17，最后到往复运动膜生物反应器膜池18；当往复式膜生物反应器膜池18液位处于高液位时，关闭进水泵1。
66.步骤2：生化阶段，在进水阶段过程中，厌氧池19中的第二搅拌器20和缺氧池16中的第一搅拌器15一直开启，曝气系统只开启风机4和第一电动调节阀6，向好氧池17供气，关闭第二电动调节阀5不向往复运动膜生物反应器膜池18供气，污泥回流泵14开启，将往复运动膜生物反应器膜池18中的混合液回流至厌氧池19，最后完成生化过程。
67.步骤3：产水阶段，当往复运动膜生物反应器膜池18液位处于中液位，减速电机2以0.4～0.6hz输出频率带动膜组器12做往复运动，产水泵3以开启9分钟关闭1分钟进行循环产水；当往复运动膜生物反应器膜池18液位处于低液位时，只关闭产水泵。
68.步骤4：重复步骤1至步骤3，系统连续正常产水。
69.步骤5：在步骤1至步骤3进行时，溶解氧监测仪7、污泥浓度监测仪8监测监测点h0-h3的数据，氨氮监测仪9和总氮监测仪10监测产水的数据，并将数据反馈到plc控制器。
70.步骤6：当监测点h0与h2的污泥浓度值相差40％～60％时，第二电动调节阀5开度开大，第一电动调节阀6开度关小，对往复式膜生物反应器膜池18通过微孔曝气管24进行曝气搅拌；当监测点h0与h2的污泥浓度值相差5％～10％时，第一电动调节阀6和第二电动调节阀5恢复到步骤2的状态，即第一电动调节阀6开启，第二电动调节阀5关闭。
71.步骤7：当氨氮与总氮比值大于0.33时，控制第二电动调节阀5的开度开大，第一电
动调节阀6的开度关小，对往复式膜生物反应器膜池18通过微孔曝气管24进行微曝气供氧；当氨氮与总氮比值降到0.2以下时，第一电动调节阀6和第二电动调节阀5恢复到步骤2的状态，即第一电动调节阀6开启，第二电动调节阀5关闭。此步骤进行时，步骤s6停止。
72.步骤8：当步骤6或者步骤7进行时，同步判断：当溶解氧达到1.2mg/l，第一电动调节阀6和第二电动调节阀5恢复到步骤2的状态，即第一电动调节阀6开启，第二电动调节阀5关闭。当溶解氧小于1.2mg/l时，步骤6或者步骤7继续进行。
73.步骤9：重复步骤1至步骤8。
74.经过试验结果证实，本实施例公开的浸膜往复式膜过滤系统，控制膜污染能耗比传统的空气吹扫膜过滤系统节省85％以上，吨水能耗在0.018kwh/m3；由于去掉了好氧池向厌氧池流泵，缺氧池向厌氧池流泵，因此节省了2台回流泵的投资成泵，并将膜池污泥回流的回流比由原来的400％降到200％，又降低了回流的运行能耗；在23lmh的通量下稳定运行，比传统空气吹扫膜过滤系统通量提高10％左右；微量空气间歇性供给浸没往复式过滤膜下端，使沉积在膜池下部的污泥悬浮，不会发生污泥浓度极化，并进行硝化，提高了脱氮效果，整个浸没往复式膜过滤间歇曝气清洁系统总氮出水比传统的空气吹扫膜生物反应器系统总氮出水低3～5mg/l；以及本实施例采用plc控制，降低了加速膜污染的风险，比传统的空气吹扫膜生物反应器系统运行时间延长1～2月，即抗污染性能提高15～25％，膜离线清洗时间延长15～25％，提高系统运行的高效性、时效性。