公布日：2022.02.15
申请日：2022.01.13
分类号：C02F9/14(2006.01)I;C02F101/16(2006.01)N;C02F101/30(2006.01)N
摘要
本发明公开了一种智能集成式污水处理系统，包括预处理模块，用于过滤颗粒状和纤维状污染物；调节池模块，与预处理模块连通，用于暂存经过预处理的待处理污水；生化反应模块，包括若干生化反应器，生化反应器内部搭载有用于多种微生物共栖生长的共栖生物载体，利用共栖生物载体上共栖生长的多种微生物对污水进行生化处理；回流模块，两端分别与调节池模块和生化反应模块连通，部分经过生化处理的污水经过回流模块流至调节池模块；深度处理模块，与生化反应模块连通，用于对经过生化处理的污水进行高级氧化处理和膜处理；智能感知调节模块，用于对污水的污染物含量进行检测、控制污水进入生化反应模块的周期和体积、对生化反应器的供氧量进行调节。
权利要求书
1.一种智能集成式污水处理系统，其特征在于，包括：预处理模块，用于过滤颗粒状和纤维状污染物；调节池模块，与预处理模块连通，用于暂存经过预处理的待处理污水；待处理污水分批次的进入到生化反应器；生化反应模块，包括与调节池模块连通的若干生化反应器，所述生化反应器内部搭载有用于多种微生物共栖生长的共栖生物载体，利用共栖生物载体上共栖生长的多种微生物对污水进行生化处理；回流模块，两端分别与调节池模块和生化反应模块连通，部分经过生化处理的污水经过回流模块流至调节池模块；深度处理模块，与生化反应模块连通，用于对经过生化处理的污水进行高级氧化处理和膜处理；智能感知调节模块，用于对污水的污染物含量进行检测、控制污水进入生化反应模块的周期和体积、对生化反应器的供氧量进行调节；所述共栖生物载体包括载体部，所述载体部包括两个相对设置的连接条，以及两端分别连接两个连接条上的外层疏松层和内层密织层，所述内层密织层的两侧均设有外层疏松层，所述连接条、外层疏松层和内层密织层均由不导电的聚合物纤维制成；所述外层疏松层和内层密织层之间嵌插有若干用于电子交换的导电纤维；所述的外层疏松层由直径为10μm～60μm的聚合物纤维经纬编织而成；且外层疏松层的纬编织密度为：0根纱线/5cm～50根纱线/5cm，经编织物密度为：60根纱线/5cm～150根纱线/5cm；编织成的外层疏松层的厚度为0.2cm~0.7cm；所述的内层密织层由直径为30μm～120μm的聚合物纤维经纬编制而成；且内层密织层的纬编织密度为0根纱线/5cm～150根纱线/5cm，经编织物密度为：250根纱线/5cm～600根纱线/5cm；编织成的内层密织层的厚度为1.2cm~10cm；所述智能感知调节模块包括智能控制器以及对污水中的污染物含量进行检测的氧化还原电位计、对污水体积进行检测的液位计、控制污水进入调节池模块的周期的定时器；所述氧化还原电位计、液位计以及定时器均与智能控制器通讯连接，所述智能控制器还与生化反应模块的污水入口和污水出口通讯连接；氧化还原电位计对污水中的COD，NH3~N，SS含量进行检测；定时器的打开周期为：0.5~40min；所述生化反应器包括设有进水口和出水口的反应器外壳和风机，所述反应器外壳内设有多个顶部设有缺口的隔板，所述隔板与反应器外壳合围形成若干个反应器分区，各所述反应器分区内均设有用于在液体中产生气泡的穿孔式曝气管，各穿孔式曝气管均通过空气管线与风机连通；所述穿孔式曝气管上方设有用于使气泡均匀分布的气泡均化器，所述气泡均化器上方设有若干相互平行的、用于多种微生物共栖生长的共栖生物载体；所述共栖生物载体填充率为35~85％；所述智能集成式污水处理系统用于处理的污水原水指标：COD为500~20000mg/L，NH3~N为30~120mg/L，SS为150~1500mg/L，色度≤1000倍；所述智能集成式污水处理系统处理后的出水指标：COD≤30mg/L，NH3~N≤0.3mg/L，SS≤5mg/L，色度≤4倍。
2.根据权利要求1所述的智能集成式污水处理系统，其特征在于，所述共栖生物载体还包括用于固定载体部形态的支撑框架，所述支撑框架上设有与连接条、导电纤维连接固定的刚性导电层。
3.根据权利要求1所述的智能集成式污水处理系统，其特征在于，所述风机设有多个工作频率，所述风机与智能控制器通讯连接。
4.根据权利要求1所述的智能集成式污水处理系统，其特征在于，所述回流模块包括两端分别与调节池模块和生化反应模块连通的回流管，所述回流管上靠近生化反应模块的一端设有调节阀门，所述调节阀门与智能控制器通讯连接，所述回流管上还设有用于将生化反应模块中的经过生化处理的污水泵入调节池模块的回流泵、用于监测回流液体流量的流量计。
5.根据权利要求1所述的智能集成式污水处理系统，其特征在于，所述预处理模块包括依次连通的粗格栅、螺旋网筛过滤器、反抽吸排污式过滤器；所述粗格栅、螺旋网筛过滤器、反抽吸排污式过滤器过滤的颗粒污染物的直径依次减小；所述粗格栅上设有污水的进口，反抽吸排污式过滤器上设有与调节池模块连通的污水的出口。
发明内容
为解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种智能集成式污水处理系统。
一种智能集成式污水处理系统，包括：
预处理模块，用于过滤颗粒状和纤维状污染物；
调节池模块，与预处理模块连通，用于暂存经过预处理的待处理污水；
生化反应模块，包括与调节池模块连通的若干生化反应器，所述生化反应器内部搭载有用于多种微生物共栖生长的共栖生物载体，利用共栖生物载体上共栖生长的多种微生物对污水进行生化处理；
回流模块，两端分别与调节池模块和生化反应模块连通，部分经过生化处理的污水经过回流模块流至调节池模块；
深度处理模块，与生化反应模块连通，用于对经过生化处理的污水进行高级氧化处理和膜处理；
智能感知调节模块，用于对污水的污染物含量进行检测、控制污水进入生化反应模块的周期和体积、对生化反应器的供氧量进行调节。
具体的，由于污水中若含有较多的颗粒状和纤维状污染物会影响生化反应的速度，且颗粒状和纤维状污染物会对污水处理系统造成堵塞等问题，因此在对污水进行生化处理之前通常会设置预处理模块过滤掉污水中的大部分的颗粒状和纤维状污染物；
经过预处理的污水暂存在调节池模块中，分批次的进入到生化反应器中进行生化反应，生化反应器中的微生物共栖载体上共栖生长有多种微生物同时对经过预处理的污水进行净化。
生化反应器中少部分的经过生化反应的污水通过回流模块回流至调节池模块中，经过生化反应的污水与未经生化反应的污水充分混合之后，会促进未经过生化反应的污水的反硝化作用，进而提高整个污水处理系统的脱氮能力。
深度处理模块中对经过生化反应的污水进行的高级氧化处理包括，臭氧氧化处理、芬顿氧化处理、电化学氧化处理、光催化氧化处理等，高级氧化处理可进一步降低污水中不可降解的污染物的含量；
对经过生化反应的污水进行膜处理包括，超滤膜处理、纳滤膜处理、反渗透膜处理、电渗析处理等，膜处理可进一步除去污水中的有害离子。
污水中的污染物含量反映了污水被污染的严重程度，不同污染程度的污水处理时长会存在明显区别，污水体积不同时处理时长也会存在区别，因此设置智能感知调节模块对未经处理的污水的污染物感量以及污水体积进行检测是合适的；
另外，现有技术中，在对污水进行处理时，通常污水处于一直流动的状态，然而在利用微生物对污水进行生化处理时，此种方法需要微生物一直保持一个较高的净化速率，这不符合微生物的生活习性，因此本方案设置一个相对稳定的周期，污水批量的进入生化反应器中进行净化，此种方式符合微生物的生活习性，能更好的对污水进行净化。
优选的，所述智能感知调节模块包括智能控制器以及对污水中的污染物含量进行检测的氧化还原电位计、对污水体积进行检测的液位计、控制污水进入调节池模块的周期的定时器，
所述氧化还原电位计、液位计以及定时器均与智能控制器通讯连接，所述智能控制器还与生化反应模块的污水入口通讯连接。
具体的，氧化还原电位计对污水中的COD，NH3~N，SS等污染物的含量进行检测；定时器的打开周期为：0.5~40min；
一定量的污水进入生化反应模块中后，生化反应模块的污水入口关闭，智能控制器根据氧化还原电位计检测的污染物的含量以及液位计检测到的污水的体积确定次批量污水的处理时间，并将时间信号发送至定时器，定时器开始计时，达到预设时间之后，定时器将信号发送至智能控制器，智能控制器随即给生化反应模块的污水出口发送打开信号，待生化反应模块中的污水排出后再给生化反应模块的污水入口发送打开信号，下一批次的污水进入生化反应模块。
优选的，所述生化反应器包括设有进水口和出水口的反应器外壳和风机，所述反应器外壳内设有多个顶部设有缺口的隔板，所述隔板与反应器外壳合围形成若干个反应器分区，
各所述反应器分区内均设有用于在液体中产生气泡的穿孔式曝气管，各穿孔式曝气管均通过空气管线与风机连通；
所述穿孔式曝气管上方设有用于使气泡均匀分布的气泡均化器，所述气泡均化器上方设有若干相互平行的、用于多种微生物共栖生长的共栖生物载体。
具体的，穿孔式曝气管内设置的穿孔为矩形通孔，矩形通孔的宽度的范围为0.5~05mm，相邻的矩形通孔之间的间距为3~27cm。
气泡均化器为多孔板，多孔板上均匀分布有圆形孔洞，圆形孔洞的直径为0.5~6mm，相邻的圆形孔洞之间的间距为1~45cm。
相邻的共栖生物载体之间等间距分布，间距的范围为5~25cm。
各所述反应器分区中共栖生物载体的填充率为：15%~85%。
此种结构下的生化反应器，流体依靠自身的重力，从反应器外壳的进水口流入生化反应器，随后穿过至少一个反应器分区之后从反应器外壳的出口流出，无需额外设置动力循环系统和机械转动部件，极大的简化的生化反应器的结构，进而降低了生化反应器的维护和管理成本、减小了生化反应器的体积。
且风机启动后，风机产生的压缩空气通过空气管线输送到穿孔式曝气管，然后压缩空气通过穿孔式曝气管的矩形通孔释放到水中产生气泡，形成气液两相流，而气泡中的氧气需供共栖生物载体上的微生物利用，因此在共栖生物载体与穿孔式曝气管之间设置使气泡分散更均匀的气泡均化器，以提高氧气的利用率。
此种净化方式下，污水内部污染物的含量，从反应器外壳的入口到反应器外壳的出口逐渐减少，而微生物的含量和供氧量亦是从反应器外壳的入口到反应器外壳出口逐渐减少的；即在净化过程中，微生物和氧气的供求是平衡的。
由于共栖生物载体共栖生长有多种微生物，利用多种微生物对污水进行处理，不会产生剩余污泥，也无需设置泥水分离系统。
此外，由于缺口设于隔板顶部，因此当污水装满前一反应器分区时，污水会通过缺口流入下一反应器分区。
优选的，所述共栖生物载体包括载体部，所述载体部包括两个相对设置的连接条，以及两端分别连接两个连接条上的外层疏松层和内层密织层，所述内层密织层的两侧均设有外层疏松层，所述连接条、外层疏松层和内层密织层均由不导电的聚合物纤维制成；所述外层疏松层和内层密织层之间嵌插有若干用于电子交换的导电纤维；
所述共栖生物载体还包括用于固定载体部形态的支撑框架，所述支撑框架上设有与连接条、导电纤维连接固定的刚性导电层。
更优选的，还设有方便将带有载体部的支撑框架安装在反应器外壳上的导轨支架，所述导轨支架上设有便于将导轨支架安装在反应器外壳上的安装孔。
且，外层疏松层和内层密织层共同构成共栖生物载体的载体平面；液体的流动方向与载体平面之间形成夹角α，且60°≤α≤90°；
各穿孔式曝气管形成的平面与气泡均化器所在的平面之间形成夹角β，且0°≤β≤30°。
具体的，外层疏松层上生长有好氧微生物，内层密织层上设有缺氧微生物和厌氧微生物，此种能使多种微生物共栖生长的结构，使得生化反应器内部的微生物浓度是常规生化反应器中微生物浓度的2~16倍，微生物浓度最高可达到20g/L。
在对污水进行处理的过程中，厌氧微生物的代谢产物被缺氧微生物利用，缺氧微生物的产物被好氧微生物利用，从而使不同类型的微生物能够生长在同一区域环境中同时对污水进行净化，由于不同类型的微生物能够在载体部上共栖生存、协同净化污水中的污染物；且没有厌氧区间，不会产生恶臭气体。
外层疏松层上的微生物进行生物降解有机物时会产生电子，内层密织层上的微生物进行生物降解有机物时亦会产生电子，在不导电的外层疏松层和内层密织层之间插入若干导电纤维使得外层疏松层上的电子与内层密织层上的电子能进行交换，进而产生微生物燃料电池效应，实现在提高COD处理率的同时，还能提高总氮的去除效率，即同步实现了除碳脱氮，因此在处理过程中无需增加额外的碳源。
支撑框架通常选择为方形，载体部设于方形的支撑框架内使得柔性的载体部被固定为方形，方便装配；此外，刚性导电层能够提高外层疏松层与内层密织层之间的电子交换的速率，进一步提高污水净化的速率。
优选的，所述的外层疏松层由直径为10μm~60μm的聚合物纤维经纬编织而成；且外层疏松层的纬编织密度为：0根纱线/5cm~50根纱线/5cm，经编织物密度为：60根纱线/5cm~150根纱线/5cm；编织成的外层疏松层的厚度为0.2cm~0.7cm；
所述的内层密织层由直径为30μm~120μm的聚合物纤维经纬编制而成；且内层密织层的纬编织密度为0根纱线/5cm~150根纱线/5cm，经编织物密度为：250根纱线/5cm~600根纱线/5cm；编织成的内层密织层的厚度为1.2cm~10cm。
具体的，对外层疏松层和内层密织层进行经纬编织时，经线的两端分别固定在两个连接条上，因此对于外层疏松层和内层密织层而言，可以没有纬线但一定要有经线；外层疏松层、内层密织层的此种直径条件和编织密度下，微生物容易附着在纤维上，即微生物获得了一个相对稳定的生存环境，且生长有微生物的载体部会形成一个相对稳定的形状，能够更好的对污水进行净化。
优选的，所述风机设有多个工作频率，所述风机与智能控制器通讯连接。
具体的，根据污染物的含量，微生物反应所需要的氧气量是不同的，因此风机设有多个工作频率是合适的。
优选的，所述回流模块包括两端分别与调节池模块和生化反应模块连通的回流管，所述回流管上靠近生化反应模块的一端设有调节阀门，所述调节阀门与智能控制器通讯连接，
所述回流管上还设有用于将生化反应模块中的经过生化处理的污水泵入调节池模块的回流泵、用于监测回流液体流量的流量计。
优选的，所述预处理模块包括依次连通的粗格栅、螺旋网筛过滤器、反抽吸排污式过滤器；[0054]所述粗格栅、螺旋网筛过滤器、反抽吸排污式过滤器过滤的颗粒污染物的直径依次减小；
所述粗格栅上设有污水的进口，反抽吸排污式过滤器上设有与调节池模块连通的污水的出口。
具体的，粗格栅的最高过滤精度为10mm，螺旋网筛过滤器的最高过滤精度为1mm，反抽吸排污式过滤器的最高过滤精度为0.3mm。
与现有技术相比，本发明的有益之处在于：
（1）操作简单：不需要回流污泥，不需要监测污泥状况，不需要人工干预，可以智能化运行，操作简单。
（2）稳定性高：可实现短流程和短周期内对污水实现高效处理，稳定性高，抗冲击能力强。
（3）绿色低碳环保：无需添加化学药剂，不产生剩余活性污泥，没有厌氧单元，不产生二次污染，没有甲烷和氧化亚氮等温室气体排放，绿色低碳环保。
（4）节省成本：应用共栖生物载体，使生化反应的处理负荷率大大提高，水力停留时间显著缩短，占地面积相应减少，节省了工程投资建设成本，同时由于处理效率的提高，降低了运行成本。
（5）脱氮率高：由于在生化反应器内部搭载共栖生物载体，能够使好氧微生物和缺氧微生物以及厌氧微生物协同净化污水，利用短程硝化反硝化来更好地出去污水中的总氮，与现有的活性污泥法相比，脱氮率高，总氮的去除效果佳。
（发明人：刘向阳）