一种再生水处理单元、系统及调控方法与流程

本发明属于非常规水源利用技术领域，更具体地说，是涉及一种再生水处理单元、系统及调控方法。

背景技术：

随着经济社会的快速发展，我国水资源供需矛盾日益尖锐。污水资源化利用作为缓解供需矛盾的有效方法，日益受到关注。

再生水又名中水，是指污水、废水经处理后达到国家相关标准，能在一定范围内使用的非饮用水。再生水具有量大、水质稳定、受季节和气候影响较小等特点。当前再生水主要有集中处理和分散处理两种模式。

目前主要采用集中处理模式，该模式污水管道管网线路较长，管网分布范围广，污水输送主管流量大，难以实现分质使用，从而导致水资源利用率普遍较低，在水资源日益短缺背景下，加大再生水利用已成为我国水资源开发利用与管控的关键问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种再生水处理单元、系统及调控方法，旨在提高再生水利用率。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种再生水处理单元，包括：

进水组件，上设有进水管路及污水管路；

处理组件，与所述进水组件连通，用于净化流入所述处理组件内的污水；以及

出水组件，与所述处理组件连通，所述出水组件上设有回用管路，所述回用管路与所述进水管路连通。

作为本申请另一实施例，所述处理组件包括：

反应器，分别与所述出水组件、所述进水组件连通，所述反应器内包括好氧区、缺氧区以及隔断所述好氧区与缺氧区、且一端与所述好氧区连通，另一端与所述缺氧区连通的导流区；

第一填料，设置于所述好氧区内，用于充当好氧生物膜的载体；

第二填料，设置于所述缺氧区内，用于充当厌氧生物膜的载体；以及

液体提升装置，用于带动进入所述反应器内的液体运动。

作为本申请另一实施例，所述液体提升装置包括：

转动轴，与所述反应器转动连接；

搅拌扇叶，设置于所述转动轴上，用于随着转动轴的转动搅动液体；

供气管路，与所述反应器连接，所述供气管路上设有泄压阀；

空压机，通过所述供气管路向所述反应器内供气；以及

活塞件，设置于所述供气管路内,且与所述供气管路通过回弹件连接，用于在所述空压机的作用下，带动转动轴的转动。

作为本申请另一实施例，所述缺氧区背离所述导流区的一端设有出水槽，所述出水槽与所述出水组件连通。

作为本申请另一实施例，所述出水槽内设有超滤膜。

作为本申请另一实施例，所述出水组件包括：

分水器，用于将经过处理后的再生水分别分配至各需水系统；所述回用管路与所述分水器连通；以及

控制器，分别与所述进水组件、所述处理组件、所述分水器连接。

作为本申请另一实施例，所述出水组件、所述进水组件内分别设有水质检测器；各所述水质检测器分别与所述控制器连接。

本发明提供的一种再生水处理单元的有益效果在于：与现有技术相比，本发明一种再生水处理单元，回用管路与进水管路连通，出水组件会将达标的再生水运输至进水组件内循环使用，提高了再生水利用率，减少了水资源消耗，实现水资源可持续利用。本发明中的再生水处理单元还具有结构简单、运行方便、易于标准化，且能就地对污水进行处理，有效降低污水处理难度的特点。

本发明还提供一种生水处理系统，基于上文任一项实施例的再生水处理单元，其特征在于：该再生水处理系统由若干个所述再生水处理单元通过拼接嵌套的方式构成。

本发明提供的一种再生水处理系统的有益效果在于：与现有技术相比，本发明一种再生水处理系统，根据生产生活实际对污水进行分散式就地处理，能有效降低污水处理难度，大大减轻了污水处理厂和污水管网的规模压力。该再生水处理系统实现了单元模块标准化，能直接进行分质利用和拼接式调配，运行管理方便，兼容性强，既可独立运行，也可整合形成区域性系统进行利用。该再生水处理系统还具有使再生水得到最大限度利用，实现降低水资源消耗、减少废污水与污染物排放，对改善水环境、实现水资源高效利用均具有积极作用的特点。

本发明还提供一种再生水处理系统调控方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：对再生水处理系统中的再生水处理单元进行分区，并分别依据各区处理的污水种类差异构建各区内再生水处理单元结构；

步骤2：通过公式(1)确定再生水处理单元内部产生的污水量，

式中，q进污再生水处理单元内部产生的污水量；f1(x)、f2(y)、…、fn(z)分别为单元内部不同来源污水类型的数量，其中x、y、…、z分别为该算法的自变量，如生活污水对应的人口，生产污水对应的产品产量、产污过程等；q额为再生水处理单元内部污水处理设备的最大处理量；

步骤3：基于水量平衡原理对再生水处理系统产生的再生水进行调配，其中，再生水处理单元产生的再生水调配满足公式(3)

q出外＝q进再+q进污-q弃-q出内(3)

式中，q出外为经过处理后达标用于单元外部的再生水，q进再为再生水处理单元外部进入的再生水，q进污为再生水处理单元内部产生的污水，q出内为经过处理后达标用于单元内部的再生水，q弃为经过处理后不达标排入污水处理厂进行深度处理的弃水。

本发明提供的一种再生水处理系统调控方法的有益效果在于：与现有技术相比，该再生水处理系统调控方法在标准化单元模块组成的系统上运行，调控管理方便，兼容性强，能快速、且准确的调配经由再生水处理系统处理产生的再生水，有效提高了再生水利用率。

附图说明

为了更清楚说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单介绍，显而易见地，如下描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

图1为本发明实施例提供的一种再生水处理单元的立体结构示意图一；

图2为本发明实施例提供的一种再生水处理单元的立体结构示意图二；

图3为本发明实施例提供的一种再生水处理单元的立体结构示意图三；

图4为沿图2中a-a线的剖视结构图(未画出第一填料、第二填料)；

图5为图4中画出第一填料、第二填料结构后的正视结构示意图；

图6为图5中的b处结构的放大示意图图；

图7为本发明实施例提供的一种再生水处理单元的作业流程图；

图8为本发明实施例提供的一种再生水处理单元处理系统的作业流程图。

图中：1、进水组件；11、进水管路；12、污水管路；2、处理组件；21、反应器；211、好氧区；212、缺氧区；213、导流区；214、出水槽；215、超滤膜；22、第一填料；23、第二填料；24、液体提升装置；241、转动轴；242、搅拌扇叶；243、供气管路；244、空压机；245、活塞件；246、回弹件；247、泄压阀；3、出水组件；31、回用管路；32、控制器；33、分水器；331、蓄水腔；334、紫外消毒组件；4、水质检测器。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请一并参阅图1至图7，现对本发明提供的一种再生水处理单元进行说明。所述一种再生水处理单元，包括进水组件1、处理组件2以及出水组件3，进水组件1上设有进水管路11及污水管路12；处理组件2与进水组件1连通，用于净化流入处理组件2内的污水；出水组件3与处理组件2连通，出水组件3上设有回用管路31，回用管路31与进水管路11连通。

污水经由污水管路12进入处理组件2内，并在处理组件2内经过处理达标后，流入出水组件3内并被出水组件3分配，其中，出水组件3会将一部分达标后的再生水通过回用管路31与进水管路11进入进水组件1内被循环使用。

本发明提供的一种再生水处理单元，与现有技术相比，回用管路31与进水管路11连通，出水组件3会将达标的再生水运输至进水组件1内循环使用，提高了再生水利用率，减少了水资源消耗，实现水资源高效利用。本发明中的再生水处理单元还具有结构简单、运行方便、易于标准化，且能就地对污水进行处理，有效降低污水处理难度的特点。

作为本发明实施例的一种具体实施方式，请一并参阅图1至图6，所述处理组件2包括反应器21、第一填料22、第二填料23以及液体提升装置24，反应器21分别与出水组件3、进水组件1连通，反应器21内包括好氧区211、缺氧区212以及隔断好氧区211与缺氧区212、且一端与好氧区211连通，另一端与缺氧区212连通的导流区213；第一填料22设置于好氧区211内，用于充当好氧生物膜的载体；第二填料23设置于缺氧区212内，用于充当厌氧生物膜的载体；液体提升装置24用于带动进入反应器21内的液体运动。

处理组件运行时绝大部分固体生物膜分别附着于第一填料22、第二填料23上，进行生物处理作业。另外，反应器21内也有少量悬浮的2％～5％活性污泥净化有机物。本发明中的处理组件2主要依靠第一填料22、第二填料23及其上分别附着的生物膜的吸附阻留分离、生物链净化这两个方面的作用。微生物分别生长并形成附着在第一填料22、第二填料23表面的生物膜。第一填料22、第二填料23及分别附着在第一填料22、第二填料23的生物膜，对有机污染物具有吸附阻留并分离的作用；其次，微生物的种群结构沿着反应器21内水流方向以及膜的内外层逐渐变化，形成多级生物链，可以分级捕食有机物，对污水中的有机物进行彻底有效的生物降解。

处理组件2反应区内形成了好氧区211、缺氧区212，活性污泥和污水以及鼓入的空气在好氧区211内充分接触、充分混合，吸附并降解污水中有机物，然后通过液体提升装置24提升混合液，使混合液通过缺氧区212进行反硝化后又回流到好氧区211，从而形成了一个内部循环系统。处理组件2将曝气、污泥沉淀与机械污泥回流于一体，高效去除污水中的污染物，可以将微生物好氧、缺氧、厌氧全过程集成于一体，结构简单，处理高效，且管理简单。

在本实施例中，反应器21上部为同心圆结构，由圆心从内向外依次为好氧区211、导流区213和缺氧区212，下部为倒圆台形结构，进水组件1将液体(由污水或/和清水构成)送进反应器21下部，在液体提升装置24的作用下，液体向上流通过好氧区211，然后下向再流过导流区213，并在导流区213下部分为两股水流，一部分流回反应器21的下部，另一部部分还接着向上流过缺氧区212，然后被排出。液体在好氧区211和导流区213之间形成竖向环流，污水从进入反应器21到排出需经过多次内循环，有效提高了处理组件2的抗冲击负荷能力。

在本实施例中，反应器21下端还设有用于排出污泥、砂石颗粒的排污口。

在本实施例中，液体提升装置24包括转动轴241、搅拌扇叶242、供气管路243、空压机244以及活塞件245，转动轴241与反应器21转动连接；搅拌扇叶242设置于转动轴241上，用于随着转动轴241的转动搅动液体；供气管路243与反应器21连接，供气管路243上设有泄压阀247；空压机244通过供气管路243向反应器21内供气；活塞件245设置于供气管路243内，且与供气管路243通过回弹件246连接，用于在空压机244的作用下，带动转动轴241转动。

空压机244向供气管路243内供气，活塞件245随着供气管路243内压强的增大产生移动，活塞件245的移动带动转动轴241的转动，进而带动搅拌扇叶242的转动，完成对液体的提升作业。活塞件245移动至泄压阀247的位置后，会触发泄压阀247将供气管路243内的气体排出。活塞件245移动的过程中会挤压回弹件246，当供气管路243内的气体被泄压阀247排出后，回弹件246会产生回弹作用将活塞件245的推回初始位置。液体提升装置24不仅能带动反应器21内的液体流动，也能为反应器21内提供所需的氧气。

在本实施例中，活塞件245包括位于供气管路243内的活塞以及与活塞连接的活塞杆，活塞杆同时与转动轴241啮合。回弹件246包括弹簧，弹簧一端与供气管路243连接，另一端与活塞连接。

作为本发明实施例的一种具体实施方式，请一并参阅图1至图6，缺氧区212背离导流区213的一端设有出水槽214，出水槽214与出水组件3连通。经处理达标的液体(即再生水)向上流过缺氧区212后，会落至出水槽214内，并进入出水组件3内。出水槽214的设置对经处理达标的液体具有沉淀作用，能有效的减少进入出水组件3的液体含有的颗粒物，提高了进入出水组件3的液体的纯净度。出水槽214还对经处理达标的液体(即再生水)具有储蓄作用。

在本实施例中，出水槽214内设有超滤膜215，超滤膜215对再生水具有过滤作用，能进一步提高再生水水质。具体的是，出水槽214的中下部通过管路结构与出水组件3连通，出水槽214的侧壁上设有与管路结构连通的出水口，超滤膜215设置于出水槽214的出水口位置。

作为本发明实施例的一种具体实施方式，请一并参阅图1至图7，所述出水组件3包括分水器33以及控制器32，分水器33用于将经过处理后的再生水分别分配至各需水系统；回用管路31与分水器33连通；控制器32分别与进水组件1、处理组件2、分水器33通过电路或无线连接。控制器32控制分水器33使得再生水可以进入回用管路31，并最终流入进水组件1内进行使用。控制器32与分水器33的设置，方便了使用人员对再生水的合理分配。

在本实施例中，分水器33包括蓄水腔331、引水管以及控制阀门，引水管设有若干根，各引水管的一端与蓄水腔331连通，另一端与外界的需水系统连通，需要说明的是，各根引水管分别与用于不同用途的需水系统连通，各根引水管上分别设有控制阀门，各控制阀门分别与控制器32通过电路连接，并在控制器32的控制下完成作业状态的改变。

在本实施例中，蓄水腔331内还设有用于对再生水进行消毒的紫外消毒组件334，紫外消毒组件334与控制器32通过电路或无线连接。当蓄水腔331内通水时，控制器32控制紫外消毒组件334打开，紫外消毒组件334利用紫外线完成对蓄水腔331内的再生水的消毒作业。

作为本发明实施例的一种具体实施方式，请一并请参阅图1至图4，所述出水组件3、进水组件1内分别设有水质检测器4；各水质检测器4分别与控制器32通过电路或无线连接。水质检测器4能即时对出水组件3、进水组件1内的液体的水质进行检测，并实时的将检测结果传递给控制器32，使得使用人员能通过控制器32方便、快速的掌握各组件内水质变化。

本发明还提供一种再生水处理系统，该再生水处理系统由若干个上文任一实施例所述的再生水处理单元通过拼接嵌套的方式构成。

具体的是，该再生水处理系统还包括拼接管路网，各再生水处理单元分别与拼接管路网连通，并与拼接管路网之间完成出水或/进水的作业过程。

本发明提供的一种再生水处理系统，与现有技术相比，本发明的再生水处理系统根据生产生活实际对污水进行分散式就地处理，能有效降低污水处理难度，大大减轻了污水处理厂和污水管网的规模压力。该再生水处理系统可进行标准化生产，直接进行分质利用和拼接式调配，运行管理方便，兼容性强，既可独立运行，也可整合形成区域性系统进行利用。该再生水处理系统还具有使再生水得到最大限度利用，实现降低水资源消耗、减少废污水与污染物排放量，对改善水环境、实现水资源高效利用具有积极作用的特点。

本发明还提供一种再生水处理系统调控方法，包括以下步骤：

步骤1：对再生水处理系统中的再生水处理单元进行分区，并分别依据各区处理污水的种类不同构建各区内再生水处理单元结构；

具体的是，根据污水来源、处理工艺、利用特点和规模将若干个再生水处理单元进行分区(z1，z2，…，zn)，然后根据使用该再生系统的用户种类、及用户使用该再生系统的用途等情况，构建各区内的再生水处理单元的具体结构。

示例性的，某一区域污水来源包括生活污水、商业污水、工业废水以及农业废水，该区域使用本再生水处理系统，四种污水分别通过管路与该再生水处理系统连通。具体的是，该再生水处理系统由n个再生水处理单元拼接组成，先将该n个再生水处理单元分为4个区(z1，z2，z3，z4)，然后将各区内的再生水处理单元分别与该区对应种类的污水连通。该再生水处理系统中各区的各再生水处理单元只处理同一类型污水，有效保证了该再生水处理系统的处理效率及专业化程度。

具体的是，属于生活污水区中的各再生水处理单元与用于一一对应，各再生水处理单元只处理一个用户产生的生活污水。同理，其他各区也可以对各类污水进行进一步细化，以提高再生水处理单元的利用率。

需要说明的是，各处理单元中的好氧区211、缺氧区212的面积大小、液体提升装置24的工作频率、液体提升装置24的供氧效率以及要培育的微生物的种类，可以根据各类污水特点自行进行设定，将污水进行分质分级处理，提高了该再生水处理单元的适用范围。

步骤2：通过公式(1)确定再生水处理单元内部产生的污水量，

式中，q进污再生水处理单元内部产生的污水量；f1(x)、f2(y)、…、fn(z)分别为单元内部不同来源污水类型的数量，其中x、y、…、z分别为该算法的自变量，如生活污水对应的人口，生产污水对应的产品产量、产污过程等；q额为再生水处理单元内部污水处理设备的最大处理量；

步骤3：基于水量平衡原理对再生水处理系统产生的再生水进行调配，其中，再生水处理单元产生的再生水的调配满足公式(3)

q出外＝q进再+q进污-q弃-q出内(3)

式中，q出外为经过处理后达标用于单元外部的再生水，q进再为再生水处理单元外部进入的再生水，q进污为再生水处理单元内部产生的污水，q出内为经过处理后达标用于再生水处理单元内部的再生水，q弃为经过处理后不达标排入污水处理厂进行深度处理的弃水量。

在本实施例中，q出内为经过处理后达标用于再生水处理单元内部的再生水，包括再生水处理单元内部的冷却水、厕所冲洗水、城市绿化用水、洗车用水、清扫用水、景观用水、消防用水等。q出外为经过处理后达标用于再生水处理单元外部的再生水，包括用于再生水处理单元外部的冷却水、冲厕用水、城市绿化用水、洗车用水、清扫用水、景观用水、消防用水等。

在步骤3中，再生水处理单元的水量调配根据分类系数法有如下算式确定：w出内＝α绿化w绿化+α冲厕w冲厕+α清扫w清扫+α洗车w洗车+α冷却w冷却+…+αmwm

式中，w出内为再生水处理单元内部再生水内部需求总量；w绿化为单元内部绿化再生水需求量，w绿化＝s绿化*q绿化*ε，s绿化为再生水处理单元内部绿化面积，q绿化为绿化用水定额，ε为浇灌比例；w冲厕为再生水处理单元内部冲厕再生水需求量，w冲厕＝β*q建筑，β为建筑物给水冲厕分项百分率，q建筑为不同建筑类型用水定额；w清扫为再生水处理单元内部清扫再生水需求量，w道路＝s道路*q道路广场*ε，s道路为再生水处理单元内部道路广场面积，q道路为道路广场浇洒用水定额，ε为浇洒比例；w洗车为单元内部洗车再生水需求量，w洗车＝k*q洗车，k为再生水处理单元内部需洗汽车台数，q洗车为洗车用水定额；w冷却为冷却等再生水需求量，由再生水处理单元内部生产工艺确定；wm为单元内部第m个再生水需求量，根据再生水处理单位内部用水需求确定；α绿化、α冲厕、α清扫、α洗车、α冷却、…、αm分别为各用水户的分配系数，取值范围0～1；w出内≤q出内时，各项系数取值为1，w出内≥q出内时，各项系数根据各用水户的重要程度和使用时段取值。

在本实施例中，该再生水处理系统由n个再生水处理单元拼接组成时，该再生水处理系统调配方法的算法公式为具体可采用下表计算。

本发明提供的一种再生水处理系统调控方法，与现有技术相比，该再生水处理系统调控方法，调控管理方便，兼容性强，能快速、且准确的调配经由再生水处理系统处理产生的再生水，实现了再生水处理系统及处理方法的单元模块标准化，有效提高了再生水利用率。

本发明还提供了如下的具体实施例：

实施例一：

如南方某地区生活区域，区域内有医院、小学和酒店等。其中医院1所，小学1所，住宅小区2处，酒店1家。其中：医院占地面积2万m²，规划车辆泊位135个，现有职工659名，其中专业技术人员500名，有临床和医技科室30个，开放床位300张，年门诊量25万人次，年出院病人10000余人次，手术4800余台次；小学占地37131m²，校舍占地面积17111m²，绿化面积5417.2m²。现有教学班56个，学生2949人，教职工163人，学校办学条件先进，功能用房齐备；酒店是集餐饮、住宿为一体的中等规模酒店，客房部内设标准、单、套间，可同时入住120人，餐饮部有宴会大厅及14间包厢，可同时容纳350位客人就餐；住宅小区1总占地28万平米，共10栋楼，住宅用户529户，店面用户32户，入住率100％；住宅小区2共6幢居民楼，住宅用户300户，实际居住人口1068人。本实施例再生水来源主要为生活污水，根据水量平衡过程，再生水利用系统用水计算如下表所示：

实施例一再生水利用系统用水计算表

单位：m³/d

实施例二：

某地区工业园区内有化工企业3家，电子企业3家。1.某纺织企业占地面积为47500平方米，厂房建筑面积为28500m²，成品车间面积为5000m²，企业绿化率为40％，现有员工580余人。主要生产、加工各类针织面料，全棉、涤棉、棉氨纶、绒布类等各种针织面料；2.某饲料有限公司属专业加工饲料添加剂的高新技术企业，厂区呈四边形，生产区、非生产区两个功能区分区明确，四周设置绿化带，建立了废水循环综合利用处理系统；3.某化工企业，占地面积62500m²，现有员工370多人，主要生产、经营染料中间体、涂料(漆)助剂、阻燃剂、表面活性剂、粘合剂等精细化工产品。4.某线缆生产企业，主要产品为漆包线，广泛用于电动机、发电机、电动工具、变压器、整流器、家用电器、通讯设施、电气设施等，其用水主要为冷却和生活用水；5.某电子企业主要从事电源研发、制造和销售，主要产品有开关电源供应器、电源适配器、逆变器、充电器等。本实施例再生水来源主要为生产污水和生活污水，根据水量平衡过程，再生水利用系统用水计算如下表所示：

实施例二再生水利用系统用水计算表

单位：m³/d

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。