本發(fā)明涉及一種機械設(shè)備，尤其是涉及一種低耗能自流式膜生物反應(yīng)器。
背景技術(shù)：
目前常規(guī)的廢水處理工藝根據(jù)實際水質(zhì)需求，大多為A/O-二沉池的生物處理工藝或者為傳統(tǒng)A/O-二沉池的改進或變形工藝，也是目前最為成熟的水處理工藝之一。然而在排放要求和回用要求越來越高的今天，A/O-二沉池工藝已經(jīng)不能滿足高的排放標(biāo)準(zhǔn)和回用的要求。在此背景下，MBR膜工藝也得到了日漸廣泛的應(yīng)用，采用MBR膜組件取代傳統(tǒng)的二沉池，將膜組件置于好氧池末端或者單獨設(shè)置的膜池內(nèi)，通過抽吸泵將產(chǎn)水和活性污泥進行分離，可以獲得良好的產(chǎn)水水質(zhì)。
然而常規(guī)的MBR工藝均將MBR膜置于生化池內(nèi)部，或者在生化池后增加單獨的MBR膜池，而生物池和膜池通常都采用水深在4-6m鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)或更淺的一體化裝置，通過抽吸泵從膜組件中將處理后的水和活性污泥進行分離，活性污泥通過污泥回流泵大比例回流來平衡生物池和膜池的污泥濃度。
因此，常規(guī)的MBR工藝仍然存在以下問題：
1、通常情況下系統(tǒng)的產(chǎn)水需要通過抽吸泵進行抽吸，需要動力消耗；
2、配置的膜擦洗風(fēng)機風(fēng)量需求非常大，用來緩解膜系統(tǒng)的污染，這也是MBR工藝的重要能源消耗來源；
3、為了均衡生物池和膜池的污泥濃度，需要配置大比例的污泥回流；
4、為實現(xiàn)生物脫氮功能，需要設(shè)置大比例的混合液回流；
5、常規(guī)的池深設(shè)計，導(dǎo)致系統(tǒng)的氧轉(zhuǎn)移效率低下；雖然占地面積相對于傳統(tǒng)工藝有很大程度減小，但仍然不能改變現(xiàn)有土地日益匱乏的需求。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的，就是為了解決上述問題，提供一種低耗能自流式膜生物反應(yīng)器。
為了達到上述目的，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：一種低耗能自流式膜生物反應(yīng)器，包括反應(yīng)器罐體、導(dǎo)流筒、曝氣器、MBR膜組件、進水布水系統(tǒng)、MBR風(fēng)機、工藝風(fēng)機、真空抽吸系統(tǒng)、恒流自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)和污泥內(nèi)循環(huán)系統(tǒng)；其中導(dǎo)流筒設(shè)置在反應(yīng)器罐體內(nèi)的下部，曝氣器設(shè)置在導(dǎo)流筒內(nèi)的中部，MBR膜組件設(shè)置在反應(yīng)器罐體內(nèi)的上部，進水布水系統(tǒng)將經(jīng)過預(yù)處理的污水通過進水泵和布水器從導(dǎo)流筒的下部均勻送入導(dǎo)流筒，MBR風(fēng)機通過布風(fēng)管將空氣從MBR膜組件的下方均勻送入MBR膜組件，工藝風(fēng)機通過送風(fēng)管將空氣送入曝氣器，真空抽吸系統(tǒng)和恒流自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)分別通過管道與MBR膜組件的產(chǎn)水管道相連，污泥內(nèi)循環(huán)系統(tǒng)通過循環(huán)泵和集水器將反應(yīng)器罐體底部的污泥抽送到曝氣器與工藝風(fēng)機提供的氣體進行充分混合。
在導(dǎo)流筒上部通過曝氣形成好氧功能區(qū)域，在導(dǎo)流筒底部形成缺氧功能區(qū)域，整個反應(yīng)器成為缺氧/好氧交替的具有脫氮功能的反應(yīng)器。
所述MBR膜組件采用過濾精度為0.01μm-1μm的膜元件，實現(xiàn)活性污泥和濾液的高效分離，確保出水濁度小于1NTU，懸浮物小于5mg/L。
所述真空抽吸系統(tǒng)采用壓力水或空壓機或真空文丘里管將產(chǎn)水管道抽成真空，產(chǎn)水透過MBR膜進入產(chǎn)水管道，待產(chǎn)水管道充滿后，利用產(chǎn)水管道與恒流自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)之間的位差產(chǎn)生虹吸效果，實現(xiàn)連續(xù)產(chǎn)水。
所述恒流自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)通過流量調(diào)節(jié)閥與流量計的聯(lián)動控制實現(xiàn)流量的控制。
下面對各工藝部分和功能進行詳細(xì)介紹：
反應(yīng)器罐體：該部分為整個生化反應(yīng)器的核心和外殼，所有待處理的污水都在反應(yīng)器內(nèi)部進行高效的生物降解，承載了污水處理的場所和內(nèi)部構(gòu)建的安裝位置，本反應(yīng)器罐體高度是常規(guī)生化池的2-3倍池深，根據(jù)工藝需要，至少包含兩個區(qū)域，下部是生物反應(yīng)器區(qū)域，上部是膜分離區(qū)域，這兩個功能區(qū)域從高度空間上進行布置，所以占地面積非常小。
導(dǎo)流筒：設(shè)置在罐體內(nèi)的中部，其目的是為了將進水和回流水按設(shè)定的方向進行流動，在導(dǎo)流筒內(nèi)部向上流動，在導(dǎo)流筒外部向下流動，因此不會出現(xiàn)短流現(xiàn)象。
曝氣器：本曝氣器為射流曝氣，設(shè)置在罐體內(nèi)的中部，其主要功能是將空氣與回流污泥進行混合之后，向系統(tǒng)內(nèi)輸入空氣補充溶解氧，同時將回流水與進水進行均勻混合，可以高效傳質(zhì)和實現(xiàn)不堵塞，便于維護。
MBR膜組件：設(shè)置在反應(yīng)器罐體內(nèi)的上部，反應(yīng)器和MBR膜組件承載了COD、BOD、NH3-N等有機物的去除功能，同時截流SS，將活性污泥法工藝與MBR膜組件進行有機組合，實現(xiàn)出水水質(zhì)優(yōu)于傳統(tǒng)生化工藝。
MBR膜組件結(jié)構(gòu)為管式、平板式、中空纖維簾式或柱式，組件形式根據(jù)實際情況設(shè)置，組件大小根據(jù)實際情況進行定制和組合。
MBR膜組件采用過濾精度為0.01μm-1μm的膜元件，實現(xiàn)活性污泥和上清液的高效分離，確保出水濁度小于1NTU，懸浮物小于5mg/L。膜元件所采用的材料為聚丙烯、聚醚砜、聚砜、芳香性聚砜、聚偏氟乙烯、聚氯乙烯、聚酮、聚醚酮、聚四氟乙烯、聚乙烯或聚酰氨中的一種或幾種的混合物。
進水布水系統(tǒng)：包含進水泵和布水器，其目的是為了保證進水能夠均勻的輸送到反應(yīng)器內(nèi)部，布水器設(shè)置在反應(yīng)器罐體內(nèi)導(dǎo)流筒的下部，通過水泵將經(jīng)過預(yù)處理的進水送入導(dǎo)流筒內(nèi)部向上流動。
工藝風(fēng)機：其主要功能是提供生化降解的溶解氧，通過風(fēng)機將溶解氧送入反應(yīng)器內(nèi)部，與污水進行充分接觸混合，提供生化反應(yīng)所必須的溶解氧，實現(xiàn)有機物的充分降解。另一方面從工藝風(fēng)機輸送的風(fēng)量都會通過布風(fēng)管進入MBR膜的底部，對膜進行擦洗，可以進行二次利用，這樣就可以充分降低膜擦洗所需要風(fēng)量帶來的能耗。
MBR膜風(fēng)機：其主要功能是提供膜組件的擦洗風(fēng)量，延緩膜組件的污染，使其能夠維持良好的過濾功能，維持較高的產(chǎn)水通量。通常情況下的MBR膜風(fēng)機根據(jù)膜廠家提供需求配置，風(fēng)量需求非常大，運行能耗非常高，而本系統(tǒng)內(nèi)的MBR所需風(fēng)量可以大大低于一般的MBR膜風(fēng)機，因為本系統(tǒng)可以二次利用工藝風(fēng)機的曝氣量來實現(xiàn)膜擦洗，節(jié)省膜風(fēng)機的能耗。
真空抽吸系統(tǒng)：利用文丘里管的原理，首先采用壓力水將產(chǎn)水管道抽成真空，則產(chǎn)水就會透過MBR膜進入產(chǎn)水管，待產(chǎn)水管道充滿后就可以實現(xiàn)虹吸的效果，MBR膜就可以實現(xiàn)連續(xù)產(chǎn)水，這種設(shè)計充分利用水力學(xué)的原理無需采用壓縮空氣進行真空抽吸。當(dāng)然真空系統(tǒng)也可以采用空壓機和真空文丘里管，來將產(chǎn)水管道抽成真空，來啟動產(chǎn)水的目的。真空系統(tǒng)根據(jù)現(xiàn)場實際情況確定具體采用哪一種。
恒流自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)：在產(chǎn)水管路上安裝氣動(電動)流量調(diào)節(jié)閥和流量計，設(shè)定好額定工作流量，通過PLC使氣動(電動)流量調(diào)節(jié)閥受流量計的聯(lián)動控制，當(dāng)產(chǎn)水流量大于設(shè)定流量時，將氣動(電動)流量調(diào)節(jié)閥關(guān)小，當(dāng)產(chǎn)水流量計讀數(shù)小于設(shè)定流量時，PLC會自動將氣動(電動)流量調(diào)節(jié)閥開大，即可實現(xiàn)流量恒定和自動調(diào)節(jié)功能。
污泥內(nèi)循環(huán)系統(tǒng)：通過集水器(環(huán)形集水管)進行收集，通過循環(huán)泵將污泥抽送到曝氣器與工藝風(fēng)機提供的氣體進行充分混合?；旌弦簭膶?dǎo)流筒內(nèi)部進行循環(huán)。通常情況下，需要2-4倍循環(huán)流量才能平衡膜池和生物池的污泥濃度；而為了實現(xiàn)脫氮的功能，需要2-4倍硝化液的回流，因此需要兩級大比例回流。本反應(yīng)器將集水器設(shè)置在反應(yīng)器底部，可同時實現(xiàn)污泥濃度的平衡和脫氮的雙重功能。
系統(tǒng)啟動的流程為：啟動工藝風(fēng)機，工藝風(fēng)機通過送風(fēng)管將空氣送入導(dǎo)流筒內(nèi)部的無堵塞曝氣器；啟動MBR風(fēng)機，MBR風(fēng)機通過布風(fēng)管將空氣從MBR膜組件的下方均勻送入MBR膜組件，充分對膜進行擦洗用以延緩膜的污染；進水布水系統(tǒng)將經(jīng)過預(yù)處理的污水通過布水器從導(dǎo)流筒的下部均勻送入導(dǎo)流筒內(nèi)；真空抽吸系統(tǒng)和恒流自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)分別通過管道與MBR膜組件的產(chǎn)水管道相連，產(chǎn)水時啟動真空抽吸系統(tǒng)，排出產(chǎn)水管路里的空氣，然后通過重力實現(xiàn)虹吸自流產(chǎn)水，在產(chǎn)水管道上通過流量計與調(diào)節(jié)閥的聯(lián)動控制，實現(xiàn)恒流產(chǎn)水；啟動污泥內(nèi)循環(huán)系統(tǒng)，通過循環(huán)泵將底部的混合液和工藝風(fēng)機提供的溶解氧輸送到曝氣系統(tǒng)，進行污泥循環(huán)并進行曝氣混合，實現(xiàn)有效傳質(zhì)，因此本系統(tǒng)的抗沖擊負(fù)荷能力強。
相對于現(xiàn)有MBR系統(tǒng)和傳統(tǒng)的二沉池生物系統(tǒng)，本發(fā)明有如下優(yōu)點：
該反應(yīng)器的將生化系統(tǒng)與MBR系統(tǒng)在空間上進行了有機組合，將生化工藝的曝氣進行二次利用，大大降低了膜擦洗所需的能源消耗；MBR膜置于該反應(yīng)器的頂部進行泥水分離，充分利用液位差和重力虹吸的原理，實現(xiàn)無動力產(chǎn)水，并獲得良好的產(chǎn)水水質(zhì)；通過水力真空抽吸系統(tǒng)或負(fù)壓真空抽吸系統(tǒng)，將產(chǎn)水管路形成負(fù)壓，即可啟動產(chǎn)水；通過優(yōu)化的曝氣系統(tǒng)進行高效的水力混合，本反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)可實現(xiàn)好氧區(qū)域高效的氧傳遞效率，且該種曝氣器不容易堵塞，便于維護；將集水器設(shè)置在反應(yīng)器底部，可在反應(yīng)器底部實現(xiàn)缺氧的功能區(qū)域，使整個反應(yīng)器成為具備缺氧/好氧交替的具有脫氮功能的系統(tǒng)；通過流量計和調(diào)節(jié)閥的聯(lián)動控制，在產(chǎn)水啟動之后實現(xiàn)恒流產(chǎn)水；傳統(tǒng)MBR工藝需要脫氮要求是需要兩級回流，一級為平衡膜池污泥濃度的回流，另一級為實現(xiàn)反硝化的混合液回流，而本系統(tǒng)只需一級回流即可實現(xiàn)MBR工藝所需大比例的污泥回流和反硝化所需的混合液回流。相對于MBR工藝，本反應(yīng)器將4-6m池深的結(jié)構(gòu)做成罐體，高度通常為常規(guī)生化池的2-3倍，大大節(jié)省了系統(tǒng)的占地面積。因此本系統(tǒng)真正有效實現(xiàn)了低風(fēng)量需求、高效氧傳遞效率、集缺氧/好氧為一體、無動力產(chǎn)水、無額外動力進行回流、占地面積小的高品質(zhì)產(chǎn)水等有機結(jié)合的高效生化系統(tǒng)工藝。
詳細(xì)介紹如下：
1、減小膜系統(tǒng)的曝氣量：
本反應(yīng)器的工藝風(fēng)機的曝氣設(shè)置在導(dǎo)流筒的中部，MBR膜的曝氣設(shè)置在膜組件底部，工藝風(fēng)機的曝氣氣量在上升過程中可對膜系統(tǒng)進行二次沖刷，因此對于膜而言只需補充膜擦洗所需要的風(fēng)量和工藝曝氣量之差，再考慮一定余量即可，因此可大大降低由于膜擦洗而需要的能源消耗，實現(xiàn)低耗能的目的。
2、無動力產(chǎn)水：
將MBR膜組件置于該反應(yīng)器的頂部，充分利用高度差和重力虹吸的原理即可以實現(xiàn)MBR膜的產(chǎn)水，無需使用常規(guī)MBR工藝的抽吸泵來實現(xiàn)產(chǎn)水，節(jié)省了能源消耗。
3、恒流產(chǎn)水：
本系統(tǒng)由氣動(電動)調(diào)節(jié)閥門和流量計組成，在首次通過真空系統(tǒng)啟動排出產(chǎn)水管路的空氣，產(chǎn)水順利從膜元件流出之后，通過流量計和氣動(電動)調(diào)節(jié)閥的聯(lián)動控制實現(xiàn)恒流產(chǎn)水的目的。
4、高氧傳遞效率：
本生物反應(yīng)器池深較常規(guī)的生化反應(yīng)池要高很多，是常規(guī)生化反應(yīng)池深度的2-3倍，而溶氧效率與池深有緊密關(guān)系，所以相對于傳統(tǒng)的生化系統(tǒng)可以實現(xiàn)高效的氧溶解傳遞效率。
5、生物脫氮功能：
將回流集水管設(shè)置在反應(yīng)器底部(低于導(dǎo)流筒下部)，當(dāng)回流泵開啟之后，則經(jīng)過曝氣之后的混合液通過導(dǎo)流筒的外部向下流動，溶解氧逐步降低，到反應(yīng)器底部從導(dǎo)流筒底部進入導(dǎo)流筒內(nèi)部向上流動，消化液在下降過程中與原水進行充分接觸形成好氧/缺氧交替，充分實現(xiàn)脫氮功能，因此本反應(yīng)器為可以具備缺氧/好氧功能為一體的反應(yīng)器。
6、無需額外污泥回流：
通常為實現(xiàn)脫氮功能，MBR系統(tǒng)需要配置兩個回流系統(tǒng)：一個為MBR的污泥回流(為平衡生物池和膜池的污泥濃度，通常需要3-4倍回流量)，另外一個為實現(xiàn)脫氮功能(根據(jù)脫氮需求，通常也需要2-4倍回流)，均需要進行大比例的混合液回流；而本系統(tǒng)的生物反應(yīng)區(qū)通過污泥內(nèi)循環(huán)系統(tǒng)實現(xiàn)抗沖擊負(fù)荷和脫氮功能能力，無需另外配置MBR系統(tǒng)所需的大比例污泥回流，既可以實現(xiàn)污泥濃度的均衡的同時實現(xiàn)脫氮功能。
7、MBR膜分離系統(tǒng)：
好氧MBR膜組件采用高精度的膜元件，所有的產(chǎn)水都通過膜進行分離，可以確保出水濁度小于1NTU，甚至小于0.2NTU，懸浮物小于5mg/L?？筛鶕?jù)實際情況設(shè)置成各種形式，其組件大小也可根據(jù)實際情況進行定制和組合。
8、組合工藝：
本發(fā)明將生物流化床工藝與MBR膜工藝的有機結(jié)合，真正有效實現(xiàn)了高效氧傳遞效率、集合缺氧/好氧為一體、無動力產(chǎn)水、無額外動力污泥回流的高產(chǎn)水水質(zhì)等有機結(jié)合的高效生化系統(tǒng)，在污水處理領(lǐng)域是一個低能耗的革命性的處理工藝。
附圖說明
圖1是本發(fā)明的基本結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
參見圖1，本發(fā)明低耗能自流式膜生物反應(yīng)器，包括反應(yīng)器罐體1、導(dǎo)流筒2、曝氣器3、MBR膜組件4、進水布水系統(tǒng)5、MBR風(fēng)機6、工藝風(fēng)機7、真空抽吸系統(tǒng)8、恒流自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)9和污泥內(nèi)循環(huán)系統(tǒng)10；導(dǎo)流筒設(shè)置在反應(yīng)器罐體內(nèi)的下部，曝氣器設(shè)置在導(dǎo)流筒內(nèi)的中部，MBR膜組件設(shè)置在反應(yīng)器罐體內(nèi)的上部，進水布水系統(tǒng)將經(jīng)過預(yù)處理的污水通過進水泵和布水器從導(dǎo)流筒的下部均勻送入導(dǎo)流筒，MBR風(fēng)機通過布風(fēng)管將空氣從MBR膜組件的下方均勻送入MBR膜組件，工藝風(fēng)機通過送風(fēng)管將空氣送入曝氣器，真空抽吸系統(tǒng)和恒流自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)分別通過管道與MBR膜組件的出水管路相連，污泥內(nèi)循環(huán)系統(tǒng)通過循環(huán)泵將反應(yīng)器罐體底部的污泥抽送到曝氣器與工藝風(fēng)機提供的氣體進行充分混合。
本發(fā)明中的MBR膜組件采用高精度的膜元件，實現(xiàn)活性污泥和上清液的高效分離，確保出水濁度小于1NTU，通常情況下可以小于0.2NTU，懸浮物小于5mg/L。
本發(fā)明中的MBR膜組件結(jié)構(gòu)為管式、平板式、中空纖維簾式或柱式，組件形式根據(jù)實際情況設(shè)置，組件大小根據(jù)實際情況進行定制和組合。
本發(fā)明的主要工作過程如下：
系統(tǒng)經(jīng)過預(yù)處理的污水通過進水布水系統(tǒng)5進入反應(yīng)器罐體1；
進入反應(yīng)器罐體底部的污水通過布水器從導(dǎo)流筒2內(nèi)部向上流動；
污水在向上流動過程中與曝氣器3接觸，將工藝風(fēng)機7提供的溶解氧與污泥內(nèi)循環(huán)系統(tǒng)10提供的溶解氧傳遞到污水里面，形成好氧區(qū)域，實現(xiàn)大部分有機物的降解；
污水從導(dǎo)流筒2出來后有兩個去向，一個去向是通過位于罐體頂部的MBR膜組件4，產(chǎn)水通過MBR膜進行泥水分離；另一個去向是通過導(dǎo)流筒2的外部向下流動，通過位于下部的污泥內(nèi)循環(huán)的集水管進行收集，再通過污泥內(nèi)循環(huán)系統(tǒng)在反應(yīng)器內(nèi)部進行循環(huán)。MBR風(fēng)機6通過管道與膜組件底部的曝氣管相連，通過空氣進行擦洗緩解膜的污染。
產(chǎn)水透過MBR膜元件，產(chǎn)水時將真空抽吸系統(tǒng)8啟動，排出產(chǎn)水管路里的空氣，然后通過重力虹吸自流產(chǎn)水，在產(chǎn)水管路上通過(恒流自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)9)流量計與調(diào)節(jié)閥的聯(lián)動控制，實現(xiàn)恒流產(chǎn)水的目的。
通過本發(fā)明可以實現(xiàn)：
1)無動力低耗能產(chǎn)水模式，系統(tǒng)在第一次啟動前開啟真空抽吸系統(tǒng)，之后可以通過重力進行式連續(xù)式過濾，并通過恒流自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)進行控制，該系統(tǒng)在運行過程中無需任何額外的產(chǎn)水動力消耗；
2)MBR工藝中耗能最大的是膜擦洗所需要的風(fēng)機能耗，而在本工藝中有效將好氧工藝所使用的曝氣風(fēng)量充分用于膜的沖刷上，MBR風(fēng)機只需要按照膜的額定風(fēng)量與好氧風(fēng)量之差再增加一定安全余量即可，大大降低風(fēng)機的能源消耗；
3)系統(tǒng)的污泥內(nèi)循環(huán)系統(tǒng)一方面可以有效提高抗沖擊負(fù)荷能力和實現(xiàn)脫氮功能，另一方面可以實現(xiàn)MBR系統(tǒng)均衡膜池和生物池的污泥濃度所需的大比例污泥回流，無需額外增加回流的動力成本。
4)將回流集水管設(shè)置在反應(yīng)器底部，可在反應(yīng)器底部實現(xiàn)缺氧功能區(qū)域，來實現(xiàn)生物脫氮功能，使整個反應(yīng)器成為可以具備缺氧/好氧功能為一體的反應(yīng)器。
5)充分利用了MBR膜工藝的高污泥濃度優(yōu)勢，同時反應(yīng)器是常規(guī)生物池的2-3倍高度，可以最大程度減小系統(tǒng)的占地面積，改變目前土地資源匱乏的局面，對企業(yè)新建項目和改造提供非常有效的技術(shù)支撐。
6)由于所有產(chǎn)水都通過了MBR膜進行過濾分離，系統(tǒng)的產(chǎn)水水質(zhì)得到有效保證，確保濁度低于1NTU，通常情況下低于0.2NTU，懸浮物低于5mg/L，對于常規(guī)的印染廢水在好氧工藝進水水質(zhì)為600-800mg/L時，其產(chǎn)水COD可穩(wěn)定低于80mg/L。