专利名称：交通服务区中基于膜反应器的自适应和自清洗水回用系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及环境保护技术领域，更具体地，本发明涉及一种交通服务区中基于 膜生物反应器的自适应和自清洗水回用系统
背景技术：
随着我国国民经济的高速发展以及对交通运输需求的持续增加，我国公路的总 里程也在大幅增长。截止2009年，我国公路总里程为370万公里，其中高速公路里程 6.5万公里，高速公路服务区作为高速公路的辅助设施，伴随着高速公路建设的迅猛发展 而诞生。据统计，目前，全国正在运营的高速公路服务区已有1600多家，从业人员达20 多万人，主要为过往车辆、司乘人员和旅客提供停车、加油、车辆维修、购物、餐饮、 休息等服务。而我国普通公路的具有加油和餐饮功能的类似服务区的数量则更为庞大。交通服务区会产生大量的水质、水量波动较大的污水，其中氨氮和磷的含量分 另Ij约为20-100mg/L和5-lOmg/L。同时，部分服务区提供的洗浴、洗车等服务又使污水 中的表面活性剂成分含量远远高于普通污水。我国交通服务区污水处理率低，大量污水 未能实现达标排放，排入自然水体后给环境带来了严重的污染，破坏了生态平衡，同时 还给动植物的生长和人类的生活带来了极大的危害。目前对于交通服务区污水的处理采用较多的是传统的厌氧、缺氧和好氧活性污 泥法(A2/0法)、生物接触氧化法以及缺氧和好氧活性污泥法(A/0法)等工艺，这些工 艺抗水质、水量波动的性能较差，出水水质没有保证，构筑物占地面积大，所处理的污 水难以到达回用的目标，造成了环境的污染和大量水资源的浪费。
发明内容
为克服上述交通服务区现存污水处理系统存在的问题，本发明提供一种针对服 务区污水处理和回用的由化学和生物结合的膜生物反应器的系统。根据本发明的一个方面，提供一种交通服务区中基于膜生物反应器的水回用系 统，其特征在于，该系统包括化粪池、调节池、成套膜生物反应器和清水池；其中，调节池内设置液位计；化粪池用于收纳污水，进行较大颗粒物的沉淀和 厌氧硝化反应，出水溢流进入调节池；调节池用于进行水质、水量的混合调节，避免不 同时间段进水的水质水量的大幅波动；其中，成套膜生物反应器，用于对调节池流出的污水通过厌氧区、缺氧区和好 氧区，并且经过膜池进行固液分离；好氧区混合液回流至缺氧区再回流至厌氧区，而不 直接回流至厌氧区；清水池用于收纳膜生物反应器产生的中水，清水池的水由潜水泵提升进入高位 水箱供给服务区进行中水回用。根据本发明的另一个方面，提供了一种交通服务区中基于膜生物反应器的水回 用方法，包括
步骤10)、化粪池收纳污水，进行较大颗粒物的沉淀和厌氧硝化反应，出水溢流 进入调节池；步骤20)、调节池进行水质、水量的混合调节，避免不同时间段进水的水质水量 的大幅波动；步骤30)、成套膜生物反应器对调节池流出的污水通过厌氧区、缺氧区和好氧 区，并且经过膜池进行固液分离，好氧区混合液回流至缺氧区再回流至厌氧区，而不直 接回流至厌氧区；步骤40)、清水池收纳膜生物反应器产生的中水，清水池的水由潜水泵提升进入 高位水箱供给服务区进行中水回用。总的来说，本发明的系统具有良好的适应水质、水量波动性能，能有效去除服 务区污水中的氮磷及表面活性剂等污染物，使出水水质达到中水标准，并实现90%以上 的中水回用的目标。在本发明的系统中，化粪池和调节池可现场施工建设，其他处理单 元为集成成套设备，占地面积小，无需专人管理操作。本申请的系统具有自适应和自清 洗的功能，自动化程度高。
图1为根据本发明的实施例的交通服务区中基于膜生物反应器的水回用系统的 组成结构示意图；
图2为是根据本发明的膜生物反应器的平面示意图；图3为膜生物反应器A剖面图；图4为膜生物反应器B剖面图。图中，所示具体附图标记分别对应为1为厌氧区(厌氧池)；2为缺氧区(缺 氧池)；3为好氧区(好氧池)；4为膜组件区(膜池)；5为控制室(含微电脑自动控制 系统)；6为膜组件；7为膜池曝气系统；8为膜池回流潜水泵；9为厌氧区(厌氧池) 搅拌桨；10为缺氧区(缺氧池)搅拌桨；11为厌氧区(厌氧池)到缺氧区(缺氧池)的 溢流堰口 ； 12为缺氧区(缺氧池)回流潜水泵；13为缺氧区(缺氧池)到好氧区(好氧 池)的连通口 ； 14为好氧区曝气系统；15为好氧区(好氧池)到膜池的溢流堰口 ； 16为 好氧池潜水泵。
具体实施例方式下面结合附图和示例，对本发明提供的一种交通服务区中基于膜生物反应器的 水回用系统作进一步说明。图1示出根据本发明的实施例的交通服务区中基于膜生物反应器的水回用系 统。总的来说，本发明采用厌氧、缺氧和好氧膜生物反应器来处理交通服务区污水，其 中，污水经收集后排入化粪池，在化粪池中利用微生物的代谢产生的相对高温厌氧环境 适量降解部分有机物并杀死有毒的虫卵以及治病菌等。随后污水进入调节池，调节池起 到调节水质水量的作用。过水质调节后，依次通过厌氧、缺氧和好氧膜生物反应区，生 物反应区根据液位计进行处理量的自动调节。具体地，如图1-4所示，该水回用系统包括化粪池、调节池、成套膜生物反应器和清水池，成套膜生物反应器包括厌氧区1、缺氧区2、好氧区3和膜池4。调节池内 设置液位计。进一步结合图1，详细说明系统各组成结构。其中，化粪池用于收纳污水，污水 经过化粪池前端的格栅过滤后，进入化粪池后进行较大颗粒物的沉淀，然后对所沉积的 颗粒物进行厌氧消化反应，出水采用溢流形式进入调节池。化粪池可有效沉积污水中的 大颗粒物质及废纸屑等，并且具有降解有机物及厌氧释磷的功能。调节池用于进行水质、水量的混合调节，避免不同时间段进水的水质水量的大 幅波动，调节池设置搅拌装置来混合调节污水。调节池设置高水位液位计和潜水泵，调 节池经液位计测量高水运行30分钟至1小时后，通过潜水泵增加自吸泵抽吸时间，减少 抽吸间歇时间，以适应服务区用水高峰期的水质水量。调节池处理后的污水经潜水泵提升进入成套膜生物反应器，替代地，对于地埋 式成套膜生物反应器，污水自调节池自流进入，经厌氧池底部的进水管道流入，进水管 道的底部设置逆止阀。厌氧区1的进水来自调节池和之后的缺氧区回流的混合液，如图 3所示，厌氧区1设置搅拌机9，使进水和活性污泥进行完全混合，经厌氧释磷处理后污 水通过厌氧池的溢流口进入缺氧区。如图4所示，缺氧区2包含搅拌机10、潜水泵12和溢流口 11。回流混合液至 厌氧池1，回流量为进水流量的2-4倍。进水主要来自厌氧区出水和好氧区混合液，缺氧 区对污水进行缺氧硝化后，部分经过潜水泵12回流进入厌氧区，来补充厌氧区有机质并 进行深入释磷，其他缺氧区出水经连通口进入好氧区。
如图4所示，好氧区3含连通口 13、曝气系统14、溢流口 15和潜水泵16。污 水经过缺氧处理后，通过缺氧池2和好氧池3的连通口 13进入好氧区3，好氧区3用于降 解水中有机污染物，对氨氮等物质进行好氧硝化并进行好氧吸磷。处理后的混合液经溢 流口 15流入膜池，而部分混合液经潜水泵回流到缺氧池。好氧池1/2池深出设置潜水泵 16用于系统离线化学清洗时将好氧池上清液回排至调节池。曝气系统14的曝气量控制在 较低的水平，在正常运行条件下为好氧池提供好氧硝化所必须的氧气，使好氧池溶解氧 控制在2.5mg/L左右。在系统对膜组件进行离线化学清洗时曝气系统14停止运行。膜池4含膜组件6、曝气系统7和潜水泵8，潜水泵8回流混合液至缺氧池2。 混合液由好氧区溢流进入膜池，膜组件6用于固液分离，过滤掉活性污泥，潜水泵8回流 混合液至缺氧池进行反硝化脱氮反应。膜池内设置高低液位计，在低水位运行超过30分 钟至1小时后自动控制系统增加抽吸间歇时间，减少出水时间以适应当前服务区用水低 谷期的水质水量。调节池和好氧区液位计设置高中低三档，以适应不同时期服务区水量 变化。膜生物反应器产生的中水流入清水池，可用于洗车绿化等。自清水池由潜水泵 提升进入高位水箱供可以给服务区进行中水回用。其中，由于生物处理系统产生的剩余污泥量少，可以不设置专门的污泥池，产 生的少量剩余污泥回流至化粪池，定期清理化粪池达到排泥的效果。生物反应系统将好氧区混合液回流至缺氧区再回流至厌氧区，而不是直接回流 至厌氧区，保证了厌氧区的厌氧环境不被破坏，缺氧区回流混合液至厌氧区对于难于降 解的大分子有机物进行进一步的厌氧降解，易于进行后续的降解。根据污水的氮磷以及表面活性剂等污染物的实际情况，对污染物进行有效的降解，保证了出水水质达到中水 回用标准。所产生的中水可回用为服务区的冲厕水，可节省未回用时冲厕水水量的90%以 上。回用的洗车水可节省大量的自来水资源，中水回用产生的大量中水可以确保服务区 有充足的洗车水而不必使用自来水洗车。服务区每天产生的中水也完全保证区内绿化和 景观水补充的需求，在保证服务区内各方面用水的同时大大降低了对自来水的需求。成套膜生物反应器根据服务区用水高峰期和低谷期进行自动调整运行方式的操 作，保证了该系统不会受到水质水量的较大冲击，同时保证了处理出水的水质达到或超 过中水回用的标准，同时运行方式的调整还可根据水量的变化而改变部分设备的运行方 式，有效节省用电量。膜组件的自动清洗实现了膜组件的自动在线清水反冲洗、在线化学清洗和离线 化学清洗的自动运行，而无需大量的人力和设备操作。同时采用服务区用水量少的夜间 进行，避免了用水量高峰时污水无法处理的缺点。且清洗后系统性能恢复快，不影响出 水水质。其中，在线清水反冲洗每隔48小时于服务区用水低估区的夜间自动进行，出水 自吸泵反转抽取清水池清水进行膜组件的在线清水反冲洗。在线化学清洗每隔一个月或 根据膜组件性能通过实验确定清洗时间，清洗时间段为用水低谷期，在线化学清洗时膜 生物反应器进出水停止，由蠕动泵和加药桶组成的自动化学加药系统启动，由蠕动泵将 人工稀释的化学清洗剂注入膜组件膜丝或平板膜内部进行浸泡，停留一定时间后系统恢 复正常运行。系统的离线化学清洗设计在好氧区进行。离线化学清洗每隔3个月或根据膜组 件性能通过 实验确定，清洗时间段同为水低谷期的夜间进行。离线化学清洗系统启动 后，污水处理系统自动停止，半小时后膜池回流潜水泵及曝气系统启动，膜池潜水泵将 膜池混合液抽吸至缺氧区，位于好氧区1/2高度处的潜水泵抽吸上清液至调节池，连续 运行一到两个小时后膜池混合液完全被抽吸至缺氧区，此时好氧区1/2高度处潜水泵停 止，在线清水反冲洗系统启动，膜池水位达高水位后停止，此时膜池为清水。自动化学 加药系统B (由蠕动泵和加药桶组成)启动，由蠕动泵将符合膜池稀释浓度的化学清洗剂 加入膜池对膜组件进行化学浸泡。清洗完成后由膜池潜水泵经由通往调节池并由电磁阀 控制的管路将膜池含化学清洗剂混合液抽吸至调节池进行稀释，抽吸(时间控制)完成后 液位计控制整个污水处理正常启动恢复运行。实例1某具有餐饮购物洗车等功能的国道服务区，日产生污水200m3，水质指标为 COD值320-650mg/L，氨氮浓度为20_96mg/L，总磷浓度为3.4-1 lmg/L，pH值为 6.5-8.5，表面活性剂(LAS)浓度为19-86mg/L。该服务区日用水高峰期集中在上午10 点至下午2点以及晚上6点左右，夜间用水量较少。膜组件出水系统采用3种运行方式 运行，分别为1，出水12分钟，停2分钟；2，出水10分钟，停4分钟；3，出水8分 钟，停4分钟。3种运行方式分别于上述用水高峰期、平水期和用水低谷期。程序的改 变由位于调节池的液位计控制，在调节池的液位计保持高液位或低液位30分钟后自动调
iF. ο服务区污水经过格栅过滤后进入化粪池进行沉淀和硝化，出水进入调节池，调节池设置机械搅拌装置对进水进行水质水量调节，随后由潜水泵提升进入成套自适应自 清洗膜生物反应器系统，经过厌氧、缺氧和好氧处理后，出水水质达到《城镇污水处理 厂污染物排放标准》GB 18918-2002所规定的一级A标准。出水中20m3提升进入高位 水箱用于补充冲厕废水，20m3用于服务区提供的洗车服务，其他部分出水用于区内绿化 和水体景观的用水补充，剩余处理水排入附近的农田灌溉渠道用于农田灌溉。实例2某高速公路服务区污水经格栅过滤后，分别经过化粪池和调节池后进入成套自 适应自清洗膜生物反应器系统，系统进水管道设置于厌氧池1底部，管道设置逆止阀， 厌氧池设置搅拌机9混合污水与厌氧污泥，经过厌氧释磷后混合液中磷酸盐含量增加， 有机物浓度有所增加，主要为水中的难降解大分子有机物分解为小分子易降解有机物所 致。随后污水经过溢流口 11溢流进入缺氧池2，污水中的硝酸盐和亚硝酸盐经过反硝化 反应形成氮气而被去除，缺氧池2设置搅拌机10和潜水回流泵12，回流混合液至厌氧池 1，回流量为进水流量的2-4倍。污水经过缺氧处理后通过缺氧池2和好氧池3的连通口 13进入好氧池3，在好氧池中进行好氧吸磷已经有机物的降解反应。好氧池1/2池深出 设置潜水泵16用于系统离线化学清洗时将好氧池上清液回排至调节池。曝气系统14在 正常运行条件下为好氧池提供好氧硝化所必须的氧气使好氧池溶解氧控制在2.5mg/L左 右。在系统对膜组件进行离线化学清洗时曝气系统14停止运行。之后污水经过溢流口 15进入膜池，经过膜的过滤作用进行固液分离后出水。膜池设有潜水回流泵8回流好氧 混合液至缺氧池进行反硝化反应。处理出水部分提升至位于服务区楼顶的高位水箱，提 供整个服务区的冲厕、洗车、绿化和景观水补充用水。实例3 某公路服务区自适应自清洗膜生物反应器系统日处理水量150m3。该污水处理 系统采用中空纤维膜组件进行污水的过滤处理。每隔48小时于凌晨0点进行在线清水反 冲洗，反冲洗前系统自动控制系统执行膜池持续出水至最低液位的程序，随后出水泵抽 吸清水池的清水反冲洗膜组件，这一程序反复执行3-5次。在线化学清洗程序每30天执行一次。执行该程序时系统出水泵停止运行，由连 接膜组件的化学加药系统A的蠕动泵将稀释到合适浓度的化学清洗药剂氢氧化钠以及柠 檬酸注入膜丝内部进行浸泡，共4小时后，在线清水反冲洗系统启动将膜组件内部的化 学药剂反冲入膜池。由于膜丝内部的空间有限，所以进入膜池的化学药剂不会对生物处 理系统造成大的影响。每三个月系统执行一次离线化学清洗程序，该步骤设置于用水低谷期的凌晨0 时。程序执行时，生物处理系统进水以及好氧池曝气系统14停止运行，膜组件持续出水 至膜组件池4水位至最低水位，膜池潜水泵8持续运行直至潜水泵自带液位计至最低位。 在离线清洗程序启动1小时后位于好氧池3的潜水泵16运行，将好氧池3上清液抽提回 调节池直至膜组件池潜水泵8停止运行。此后在线清水反冲洗系统启动直至膜池4中水 位至高液位。化学加药系统B启动将化学药剂氢氧化钠注入膜池，在膜池曝气系统7的 作用下混合均勻，此后系统保持此状态3小时，此后膜池潜水泵8的回流至缺氧池的管道 的电磁阀关闭，回流至调节池的电磁阀开启，将清洗液抽提至调节池。此后相同程序运 行，采用柠檬酸对膜组件进行浸泡清洗，程序全部完成后，自适应自清洗膜生物反应器系统恢复正常运行。清洗过程约需要8小时。 最后应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的 技术方案而非对其限制，并 且在应用上可以延伸到其他的修改、变化、应用和实施例，同时认为所有这样的修改、 变化、应用、实施例都在本发明的精神和范围内。
权利要求
1.一种交通服务区中基于膜生物反应器的水回用系统，其特征在于，该系统包括 化粪池、调节池、成套膜生物反应器和清水池；其中，调节池内设置液位计；化粪池用于收纳污水，进行较大颗粒物的沉淀和厌氧 硝化反应，出水溢流进入调节池；调节池用于进行水质、水量的混合调节，避免不同时 间段进水的水质水量的大幅波动；其中，成套膜生物反应器，用于对调节池流出的污水通过厌氧区、缺氧区和好氧 区，并且经过膜池进行固液分离；好氧区混合液回流至缺氧区再回流至厌氧区，而不直 接回流至厌氧区；清水池用于收纳膜生物反应器产生的中水，清水池的水由潜水泵提升进入高位水箱 供给服务区进行中水回用。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，化粪池前端设置格栅，用于过滤污水。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，调节池设置高水位液位计、搅拌装置和 潜水泵，其中搅拌装置用来混合调节污水，高水位液位计用于检测调节池水位，调节池 高水运行30分钟后，通过潜水泵增加自吸泵抽吸时间。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，成套膜生物反应器包括厌氧区、缺氧 区、好氧区和膜池；，厌氧区底部设置进水管道，进水管道的底部设置逆止阀。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，厌氧区的进水来自调节池流出的和后端 缺氧区回流的混合液，厌氧区设置搅拌机，使进水和活性污泥进行混合，经厌氧释磷处 理后污水通过厌氧池的溢流口进入缺氧区。
6.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，缺氧区包含搅拌机、潜水泵和溢流口； 缺氧区的进水来自厌氧区出水和好氧区混合液经搅拌机混合，缺氧区对污水进行缺氧硝 化。
7.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，好氧区包括连通口、曝气系统、溢流口 和潜水泵；污水经过缺氧处理后通过连通口进入，曝气系统用于降解水中有机污染物， 对氨氮等物质进行好氧硝化并进行好氧吸磷，处理后的混合液经溢流口流入膜池，而部 分混合液经1Λ池深处设置的潜水泵回流到缺氧池。
8.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，膜池包括膜组件、曝气系统和潜水泵， 潜水泵用于回流混合液至缺氧池，膜组件用于固液分离，过滤掉活性污泥。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，膜池内设置高低液位计，在低水位运行 超过30分钟后增加抽吸间歇时间，减少出水时间；成套膜生物反应器产生的少量剩余污 泥回流至化粪池；成套膜生物反应器根据服务区用水高峰期和低谷期自动调整。
10.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，系统还包括由蠕动泵和加药桶组成的 自动化学加药系统，蠕动泵将符合膜池稀释浓度的化学清洗剂通过加药桶加入膜池对膜 组件进行化学浸泡。
11.一种交通服务区中基于膜生物反应器的水回用方法，包括步骤10)、化粪池收纳污水，进行较大颗粒物的沉淀和厌氧硝化反应，出水溢流进入 调节池；步骤20)、调节池进行水质、水量的混合调节，避免不同时间段进水的水质水量的大 幅波动；步骤30)、成套膜生物反应器对调节池流出的污水通过厌氧区、缺氧区和好氧区，并 且经过膜池进行固液分离，好氧区混合液回流至缺氧区再回流至厌氧区，而不直接回流 至厌氧区；步骤40)、清水池收纳膜生物反应器产生的中水，清水池的水由潜水泵提升进入高位 水箱供给服务区进行中水回用。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，步骤10)中，化粪池通过前端设置的 格栅过滤污水。
13.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，步骤20)中，调节池中的搅拌装置混 合调节污水，通过高水位液位计检测调节池水位，调节池高水运行30分钟后，通过潜水 泵增加自吸泵抽吸时间。
14.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，步骤30)还包括步骤310)、调节池流出的和后端缺氧区回流的混合液通过厌氧区设置的搅拌机，使 进水和活性污泥进行混合，经厌氧释磷处理后污水通过厌氧池的溢流口进入缺氧区；步骤320)、厌氧区出水和好氧区混合液经搅拌机混合通过缺氧区，对污水进行缺氧 硝化；步骤330)、污水经过缺氧处理后通过连通口进入，降解水中有机污染物，对氨氮等 物质进行好氧硝化并进行好氧吸磷，处理后的混合液经溢流口流入膜池，而部分混合液 经1/2池深处设置的潜水泵回流到缺氧池；步骤340)、通过潜水泵将混合液回流至缺氧池，并且使用膜组件进行固液分离，过 滤掉活性污泥。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，膜池内设置高低液位计，在低水位运 行超过30分钟后增加抽吸间歇时间，减少出水时间；成套膜生物反应器产生的少量剩余 污泥回流至化粪池；成套膜生物反应器根据服务区用水高峰期和低谷期自动调整。
全文摘要
本发明提供一种交通服务区中基于膜生物反应器的水回用系统，包括化粪池、调节池、成套膜生物反应器和清水池；调节池内设置液位计；化粪池用于收纳污水，进行较大颗粒物的沉淀和厌氧硝化反应，出水溢流进入调节池；调节池用于进行水质、水量的混合调节，避免不同时间段进水的水质水量的大幅波动；成套膜生物反应器，用于对调节池流出的污水通过厌氧区、缺氧区和好氧区，并且经过膜池进行固液分离；好氧区混合液回流至缺氧区再回流至厌氧区，而不直接回流至厌氧区；清水池用于收纳膜生物反应器产生的中水，清水池的水由潜水泵提升进入高位水箱供给服务区进行中水回用。
文档编号C02F9/14GK102010098SQ20101052646
公开日2011年4月13日 申请日期2010年10月29日 优先权日2010年10月29日
发明者夏四清, 李俊英, 李继香, 贾仁勇 申请人:上海优博环境工程有限公司