用于城市污水资源化预处理的一体化混凝直滤滤布反应器

摘要

本发明涉及一种用于城市污水资源化预处理的一体化混凝直滤滤布反应器，属于水处理设备技术领域，该反应器主要包括箱式池体、进水混凝室、浓缩泥斗，设置在箱式池体中的可旋转滤布组件和自清洗设备；该可旋转滤布组件由纤维滤布、转盘骨架、中空出水轴和传动电机组成，自清洗设备由自清洗布水喷头、自清洗回流管和冲洗泵组成。本发明通过滤布动态膜技术直接分离城市污水，有效浓缩污水中有机碳源利于厌氧技术回收能源，混凝工艺的结合减缓了膜污染速率、节省了能耗，并为后续工艺提供预处理，减轻了后续工艺的处理负荷。

说明书

技术领域

本发明属于水处理设备技术领域，特别涉及一种用于城市污水资源化预处理的一体化 混凝直滤滤布反应器。

背景技术

近年来，中国经济水平和人口数量的快速增长使得城市污水产量大幅增加。目前主流 的城市污水活性污泥法处理工艺，包括沉砂池、初沉池、曝气池和二沉池等主要构筑物， 主体利用曝气池中的好氧活性污泥将城市污水中的有机污染物分解转化，虽然能获得较好 的出水水质，但也具有能耗高、构筑物占地大、CO₂排放量大的缺陷，在全球气候变化加剧 和资源耗竭日益严重的今天逐渐无法满足可持续发展理念的要求。

总体而言，污水可以看成一种资源，除基本水质要求外，污水处理工艺还需要实现节 能减排和水中能源资源回收的目的。厌氧技术将城市污水中的主要有机污染物转化成甲 烷，产出清洁二次能源，是一种极有前景的污水处理技术。但城市污水有机污染物浓度低， 不利于厌氧技术优势的发挥。

有学者提出，利用微滤膜或超滤膜技术先对城市污水进行有机碳源分离浓缩，再利用 厌氧技术回收浓缩液中的能源，同时利用反渗透膜对预处理后污水进行深度处理，可以有 效弥补传统生化处理能耗高、碳排放量大、构筑物占地面积大的缺陷，利于通过厌氧技术 充分挖掘污水中潜在的能源与资源，有助于可持续理念的实现，是一种极有前景的污水处 理思路。但在膜技术应用过程中，膜污染会引起膜通量剧烈下降或者跨膜压差快速上升， 导致运行能耗升高、膜清洗频率增加甚至膜更换，以此带来的经济性问题制约了膜技术的 广泛应用。

利用廉价的大孔径过滤介质作为膜基质的动态膜技术具有造价低、膜污染速率慢的特 点，在保证分离效果的同时可以延长运行周期，减少膜再生或更换频率，有效降低运行费 用。过滤介质主要有金属织物、滤布和多种合成材料。以滤布为过滤介质的转盘过滤设备 以其结构紧凑、占地面积小、反洗水量少、处理费用省等优点已在国外成功应用于城市污 水二级处理后的中水回用领域。国内也有利用滤布在活性污泥法中生成生物动态膜的专利 案例。因此滤布动态膜反应器有望成为一种投资低、效率高和操作简便的污水分离预处理 技术。

混凝吸附过程可以团聚主要引起膜污染的胶体及小分子物质，已在膜生物反应器 （MBR）和微污染水膜法直滤处理中证实有辅助减缓膜污染的效果。目前利用混凝污泥与 滤布形成动态膜的技术多集中于地表水处理和中水回用工艺中，少数用于污水处理的案例 仅强调了对活性污泥法的辅助作用，并未提及对污水中资源的利用。普通滤布滤池设计时 由于更关注水质问题多采用分置式构型。

发明内容

本发明的目的是为克服现有传统活性污泥处理技术的不足，提出一种用于城市污水资 源化预处理的一体化混凝直滤滤布反应器，本发明通过滤布动态膜技术直接分离城市污 水，有效浓缩污水中有机碳源利于厌氧技术回收能源，混凝工艺的结合减缓了膜污染速率、 节省了能耗，并为后续工艺提供预处理，减轻了后续工艺的处理负荷。

本发明提出的一种用于城市污水资源化预处理的一体化混凝直滤滤布反应器，其特征 在于，该反应器主要包括箱式池体、进水混凝室、浓缩泥斗，设置在箱式池体中的可旋转 滤布组件和自清洗设备；该可旋转滤布组件由纤维滤布、转盘骨架、中空出水轴和传动电 机组成，自清洗设备由自清洗布水喷头、自清洗回流管和冲洗泵组成；该箱式池体为扁长 方体，池体一侧窄壁上端设有溢流进水口与进水混凝室的一侧壁连通，进水混凝室中安装 有第一搅拌器，进水混凝室的另一侧壁开有总进水口；箱式池体的另一侧窄壁下部连通自 清洗设备的自清洗回流管；自清洗回流管固定连接池体窄壁上，自清洗回流管一端与冲洗 泵的出口相连，另一端在箱式池体内与自清洗布水喷头连接；该箱式池体底部与浓缩泥斗 上端相连通，在浓缩泥斗下端设置有排泥口，泥斗顶部设有第二搅拌器；所述可旋转滤布 组件的中空出水轴两端固定在箱式池体宽壁的两侧中部，且中空出水轴与箱式池体内连 通；中空出水轴一端封闭并与传动电机连接，另一端与设置在箱式池体壁上的总出水口连 接；所述纤维滤布包裹在转盘骨架外周，转盘骨架与中空出水轴固定连接。

本发明的有益效果是：

本发明同步实现污水预处理及有机碳源浓缩，采用一体化构型，节省了占地。同时， 本技术采用搅拌混合和浓缩液循环清洗的方式，降低了活性污泥法中曝气过程带来的生物 性有机碳源损失，增强了浓缩液中的混凝过程，提高了混凝滤布动态膜系统的稳定性，提 升浓缩效率，有利于污水碳源的富集。

本发明通过混凝过程和过滤过程连用，无需设置沉淀池和大容积曝气池,简化污水处理 流程，提高污水处理效率。混凝过程在滤布表面形成动态膜，提高滤布过滤精度，增加有 机碳源截留浓缩效果，减缓滤布的不可逆污染。同时，动态膜滤饼层带来的可逆污染阻力 可通过自动化和机械化的自清洗设备去除，有效解决滤布过滤过程的污染问题，使反应器 整体维持在较高的通量水平，实现城市污水高效预处理及水中有机碳源的有效浓缩。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。图中：

1．箱式外壳，2.进水混凝室，3.总进水口，4-1.搅拌器，4-2.搅拌器，5.溢流进水口， 6.纤维滤布，7.转盘骨架，8.中空出水轴，9.总出水口，10.传动电机，11.自清洗 布水喷头，12.自清洗回流管，13.冲洗泵，14.溢流口，15.浓缩泥斗，16.排泥口

图2为本发明滤布组件的剖面示意图。图中：

3.总进水口，5.溢流进水口，6.纤维滤布，7.转盘骨架，8.中空出水轴，9.总出水口， 10.传动电机，11.自清洗布水喷头，15.浓缩泥斗

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的结构和特点:

本发明提出的用于城市污水资源化预处理的一体化混凝直滤滤布反应器，其结构如图 1所示，主要由箱式池体1、进水混凝室2、总进水口3、搅拌器4-1、搅拌器4-2、溢流进水 口5、纤维滤布6、转盘骨架7、中空出水轴8、总出水口9、传动电机10、自清洗布水喷头 11、自清洗回流管12、冲洗泵13、溢流口14、浓缩泥斗15和排泥口16构成。其中，纤维滤 布6、转盘骨架7、中空出水轴8和传动电机10组成可旋转滤布组件，自清洗布水喷头11、 自清洗回流管12和冲洗泵13组成自清洗设备。箱式池体1呈扁长方体，池体一侧窄壁上端 由溢流进水口5连通进水混凝室2的一侧壁，进水混凝室2中安装有第一搅拌器4-1进水混凝 室2的另一侧壁开有总进水口3；池体另一侧窄壁下部连通自清洗回流管12而上部设溢流口 14,中空出水轴8固定在箱式池体宽壁的两侧中部，且中空出水轴与箱式池体内连通；该 箱式池体底部与浓缩泥斗15上端相连通，排泥口16设置在浓缩泥斗15下端，泥斗顶部设有 第二搅拌器4-2；纤维滤布6包裹在转盘骨架7外周，转盘骨架7与中空出水轴8固定连接， 中空出水轴8一端封闭并与传动电机10连接，另一端与设置在箱式池体壁上的总出水口9连 接；自清洗回流管12固定连接池体窄壁上，一端与冲洗泵13的出口相连，另一端在池内与 自清洗布水喷头11连接。

上述的一体化混凝直滤滤布反应器的各部件具体实施方式分别说明如下：

池体1及混凝室2由不锈钢板制成，池体1尺寸1150mm*860mm*L，L根据滤布组件数量N 决定，L=200*N。混凝室2的尺寸根据进水流量设计，使进水流量维持停留时间在1~3分钟 即可。搅拌器要求转速可调，转速范围40~1200rpm，例如德国IKA公司生产的搅拌器。

所述的可旋转滤布组件的实施例具体结构如图2所示。转盘骨架由两个圆饼形骨架构 成，转盘直径750mm，转盘外沿设置外骨架，转盘内沿设置内骨架，内骨架与中空出水轴8 连接处的内骨架的通水孔与中空出水轴通水孔连通，使水汇集到中空出水轴中收集，转盘 骨架外周包裹纤维滤布6构成滤布转盘。中空出水轴8设置在池体内，一端与总出水口9连 接，另一端封闭并连接传动电机10，中空出水轴管壁上开有通水孔，与转盘内骨架的通水 孔对应设置。

所述的纤维滤布6，采用涤纶或丙纶制成，选用的滤布型号根据污水中污染物粒径分 布决定。

本发明可旋转滤布组件可以单片或多片滤布转盘同轴联用，各滤布转盘可以同步或异 步转动，转动速度可调,使用滤布转盘的数量及滤布总面积由有机污染物浓度和污水量等 因素确定。

所述的自清洗回流管12,一端与池体窄壁下部连接，另一端从池体同侧窄壁上端接入 池内，同自清洗布水喷头11连接，自清洗回流管中间连接冲洗泵13。

上述的一体化混凝直滤滤布反应器中，所述的自清洗布水喷头11，主体为管式，一端 与自清洗回流管12连接，另一端封闭。管式喷头侧壁开有一列喷水口，喷水口处设尖嘴。

自清洗回流管12,自清洗布水喷头11和冲洗泵13均采用常规产品；

所述的浓缩泥斗15，为在池体敞开的底部由四块斜板拼接而成的漏斗，宽壁侧斜板斜 率在45°~60°之间,窄壁侧斜板斜率在30°~45°之间。

本发明的原理和运行过程是：

原污水从总进水口3进入，经过进水混凝室2投加混凝剂由第一搅拌器4-1搅拌混凝后， 流入反应器池体内部，由第二搅拌器4-2继续搅拌混合，并经可旋转滤布组件进行混凝滤 布动态膜过滤。混凝形成的絮体以及原污水中的悬浮物质被可旋转滤布组件过滤截留，反 应器底部沉泥通过浓缩泥斗15下的排泥口16排出，收集待后续处理。当滤布通量显著降低 时，需要利用自清洗设备进行清洗。清洗过程由自清洗回流管12和自清洗布水喷头11完成， 滤布转盘缓缓转动，利用冲洗泵13回流浓缩液在自清洗布水喷头11处产生高压实现对布片 表面污染层的冲刷，同时加强浓缩液的混合。布片旋转一周后，自清洗过程结束，清洗周 期根据浓缩液性质决定。污水在反应器内停留时间大约0.5~1h，每隔1h进行排泥。过滤后 出水经总出水口9排出。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来 说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也 应视为本发明的保护范围。