一种农村生活污水超滤装置制造方法
【专利摘要】一种农村生活污水超滤装置，属污水的处理类(C02F)。主要解决常规管式超滤装置存在的耗能高、运行管理不方便、滤膜易堵塞，通量快速下降、运行周期短等问题。包括超滤系统和压缩空气动力系统，利用液压装置原理为超滤装置提供外加动力，达到“省力”的效果，并设计压缩空气微孔扩散器装置，利用辐射状高压微细气流高压微细均匀气流对滤膜进行延迟吹脱，提高膜通量，有效延长超滤装置运行周期。具有低耗能、运行周期长、投资运行费用低、操作管理方便、处理高效等优点。尤其适于经化粪池预处理后的中、低浓度农村生活污水的集中处理，对COD、BOD5、NH3-N、SS、浊度等具有极高的去除率。
【专利说明】一种农村生活污水超滤装置
(—)【技术领域】:
[0001]本发明涉及一种农村生活污水的处理方法及装置，尤其适于经化粪池预处理后的中、低浓度农村生活污水的集中处理，属污水的处理类(C02F)。
(二)【背景技术】:
[0002]现有的与本发明接近的超滤装置，其主要缺陷如下:(I)采用高功率原水泵直接将污水泵入管式超滤膜，耗能极高，运行成本难于控制；(2)滤膜易堵塞，致使膜通量快速下降，运行周期短；(3)滤膜堵塞后，清洗复杂，维护成本较高；(4)膜组件内部结构复杂，局部膜管破损后，检修困难，导致整个膜组件报废或返厂。因此，在农村较难推广。
(三)
【发明内容】
:
[0003]本发明提出的一种农村生活污水超滤装置，主要解决常规管式超滤装置存在的耗能高、运行管理不方便、滤膜易堵塞，通量快速下降、运行周期短等问题。利用液压装置原理为超滤装置提供外加动力，达到“省力”的效果，并设计压缩空气微孔扩散器装置，利用辐射状高压微细气流对滤膜进行延迟吹脱，提高膜通量，有效延长超滤装置运行周期，从而实现对中、低浓度农村生活污水的高效处理。具有低耗能、运行周期长、投资运行费用低、操作管理方便、处理高效等优点。其技术方案如下:
[0004]1.见图1, 一种农村生活污水超滤装置，由超滤系统和压缩空气动力系统两大系统构成。其中，(I)超滤系统由污水进水管1.1、进水阀门1.2、观察孔1.3、反应器顶盖1.4、反应器上端法兰接口 1.5、管式超滤膜组件1.6、超滤反应区1.7、过滤出水流向1.8、反应器下端法兰接口 1.9、过滤出水集水槽外缘1.10、过滤出水管1.11、过滤出水集水槽1.12、浓液出水管1.13、浓液出水管阀门1.14、滤渣及浓液1.15、滤渣及浓液存储池1.16、滤渣及浓液阀门1.17、反应器底座1.18、过滤出水集水槽内缘1.19组成；(2)压缩空气动力系统由压缩空气微孔扩散器1.20、压力表1.21、压缩空气阀门1.22、压缩空气管1.23、压缩空气室1.24、气室泄压管1.25、气室泄压阀门1.26、活塞橡胶垫圈1.28、活塞1.29、活塞拉杆1.30、动力装置外壳1.32、小齿轮1.33、大齿轮1.34组成。
[0005]2.见图1，进水装置由污水进水管1.1和进水阀门1.2构成。污水进水管1.1采用抗压不锈钢管，连接于超滤系统反应器上端左侧，污水进水管1.1用进水阀门1.2控制其流量。
[0006]3.见图1，超滤系统的反应器由反应器顶盖1.4和反应器底座1.18构成。在反应器顶盖左侧靠近污水进水管1.1处设观察孔1.3，以方便观察进水位置、底座内部滤渣和浓液位置以及内部情况，观察孔1.3可以密封，以保证系统运行时不泄露。反应器顶盖下端1.5及底座上端1.9周围一圈均设计法兰接口，以便和管式超滤膜的法兰进行对接，接口处加上密封塑料垫圈，以保证系统密闭性。反应器顶盖1.4中央开孔设计压缩空气进气口(图2中2.6)，在该位置安装压缩空气微孔扩散器1.20，并与压缩空气动力系统连通。
[0007]4.见图1，反应器底座1.18由过滤出水集水槽1.12、过滤出水管1.11、滤渣及浓液阀门1.17、滤渣及浓液存储池1.16、浓液出水管1.13、浓液出水管阀门1.14组成。
[0008]5.见图1，当污水在外接压缩空气动力系统的作用下，被挤压经过管式超滤膜组件1.6内的超滤反应区1.7后，超滤出水透过管式超滤膜组件1.6，沿着过滤出水流向1.8向下流入反应器底座1.18周围一圈的过滤出水集水槽1.12，由过滤出水管1.11外排，并进行监测。剩下无法通过超滤膜的高分子溶质或其它乳化胶束团以滤渣和浓液1.15形式被截留，沿着管式超滤膜组件1.6内侧流入反应器底部，经滤渣及浓液阀门1.17控制，导入滤渣及浓液存储池1.16，并定期通过浓液出水管阀门1.14控制，由浓液出水管1.13外排至污水预处理系统，而后再混入超滤系统原液由污水进水管1.1重新进入超滤系统，循环处理。
[0009]6.见图1，超滤系统反应器顶盖1.4、反应器底座1.18各部件均采用抗压不锈钢材料制成，且各部件可以独立拆卸组装，形成模块化和一体化设备。
[0010]7.见图1和图2，超滤系统反应器顶盖1.4和反应器底座1.18直径等尺寸可根据选用的管式超滤膜组件1.6进行量身订做；反应器高度不受限制，可根据安装现场空间大小及选用的管式超滤膜组件1.6长度决定，自由度较大；法兰接口均采用标准化接口，以便随时、随地拆卸组装。
[0011]8.见图1，压缩空气动力系统由压缩空气微孔扩散器1.20、压力表1.21、压缩空气阀门1.22、压缩空气管1.23、压缩空气室1.24、气室泄压管1.25、气室泄压阀门1.26、动力机械装置组成。
[0012]9.见图1和图2，压缩空气动力系统动力装置外壳2.18的顶盖上分别开两个孔，即压缩空气出口 2.14和气室泄压口 2.17，气室泄压口 2.17连接气室泄压管1.25和气室泄压阀门1.26 ;压缩空气出口 2.14通过压缩空气管1.23将压缩空气动力系统与超滤系统连通，并为超滤系统提供外接过滤压力，压缩空气管1.23上安装压力表1.21和压缩空气阀门1.22，以随时监控压力变化情况。
[0013]10.见图1和图3，在超滤系统内室的顶部与压缩空气入口处，安装设计一个压缩空气微孔扩散器1.20，主要起到两个作用:(I)保证高压空气在进入超滤系统后，能够迅速分布成辐射状高压微细气流3.5，以便污水在管式超滤膜组件1.6内均匀受力并快速通过滤膜，提高过滤效率；(2)在第一个运行周期结束后，通过压缩空气微孔扩散器1.20形成的辐射状高压微细气流3.5对管式超滤膜组件1.6内侧进行延迟吹脱，使粘附在滤膜上的滤渣能被去除，提高膜通量，缩短膜堵塞周期，有效延长超滤装置运行周期。
[0014]11.见图3，压缩空气微孔扩散器由压缩空气进气管3.2、支托板3.3、柔性橡胶微孔扩散板3.4组成。压缩空气进气管3.2与支托板3.3连接，支托板3.3上粘结一块柔性橡胶微孔扩散板3.4，柔性橡胶微孔扩散板采用柔性橡胶膜材料制成，膜上用激光均匀开有微孔，鼓风时，空气进入柔性橡胶微孔扩散板3.4与支托板3.3之间，使柔性橡胶微孔扩散板
3.4微微鼓起，孔眼张开，高压空气从孔眼逸出，形成辐射状高压微细气流3.5 ;供气停止，压力消失，在柔性橡胶微孔扩散板3.4的弹性作用下，孔眼自动闭合，且压缩空气微孔扩散器位于超滤装置顶部，在没有压力作用下，反应器内的污水不会倒流，孔眼不会堵塞。此设计有效克服了传统多孔性刚性材料如刚玉、陶瓷等易堵塞的弊病。
[0015]12.见图1和图2，压缩空气动力系统的动力机械装置利用了液压活塞原理，在动力装置外壳2.18底部，安装一套活塞机械动力装置，活塞拉杆1.30 一端连接活塞1.29的中央位置，另一端连接大齿轮1.34，大齿轮1.34与小齿轮1.33咬合，小齿轮1.33的转轴与电机驱动装置或人工转轴连接。当电机或人工用较小的力驱动小齿轮1.33后，小齿轮1.33带动大齿轮1.34转动，再通过活塞拉杆1.30推动活塞1.29，使活塞从a位置1.31运动至b位置1.27，将压缩空气室1.24中的空气压缩后通过压缩空气管1.23进入压缩空气微孔扩散器1.20，进而为超滤系统提供压力。
[0016]13.见图1,压缩空气动力系统中的机械动力装置,采用小齿轮1.33带动大齿轮1.34的两级省力模式设计，以最大限度节省动力，降低能耗。
[0017]14.见图1，本系统采用间歇式运行模式，即，将超滤系统一次性注满污水，然后关闭进水阀门1.2和气室泄压阀门1.26，通过动力系统提供压力，一次性将污水进行过滤，然后再进入第二运行周期。为保证压缩空气动力系统能一次为超滤系统提供足够的压力，完成一个周期的污水过滤，特将压缩空气室1.24的空间设计略大于超滤反应区1.7。
[0018]15.见图1，压缩空气动力系统动力装置外壳2.18采用抗压不锈钢材料制成，以承受系统运行时来自内部的空气压力。活塞1.29周围设计安装一圈高强度活塞橡胶垫圈1.28，以保证活塞运动时的气密性。
[0019]16.见图1，随着超滤过程的不断进行，在膜表面逐渐形成凝胶层，使透过通量下降，当通量达到某一最低数值时，需对膜进行冲洗。本设计根据选用管式超滤膜组件1.6的类型，可通过污水进水管1.1注入清水或专用药剂浸泡后再用清水冲洗。
[0020]本发明有益效果:
[0021](I)本发明利用液压装置原理为超滤装置提供外加动力，采用压缩空气作为动力传输介质，达到“省力”的效果，与传统直接泵入污水相比，能耗优势十分显著。
[0022](2)压缩空气动力系统中的机械动力装置,采用小齿轮带动大齿轮的两级省力模式设计，以最大限度节省动力，降低能耗。
[0023](3)设计压缩空气微孔扩散器装置，使高压空气在进入超滤系统后，能够迅速分布成辐射状高压微细气流，以便污水在管式超滤膜组件内均匀受力并快速通过滤膜，提高过滤效率。
[0024](4)利用辐射状高压微细气流对滤膜进行延迟吹脱，使粘附在滤膜上的滤渣能被去除，提高膜通量，缩短膜堵塞周期，有效延长超滤装置运行周期。
[0025](5)压缩空气微孔扩散器装置的微孔扩散板采用柔性橡胶膜材料制成，利于形成辐射状高压微细气流，膜孔不会堵塞，有效克服了传统多孔性刚性材料如刚玉、陶瓷等易堵塞的弊病。
[0026](6)超滤装置的尺寸可根据农村实际处理水量、水质、选用的管式超滤膜组件进行量身订做，反应器高度不受限制，可根据安装现场空间大小及选用的管式超滤膜组件长度决定，自由度较大，充分考虑跨区域物流需要，方便普通货车载运。
[0027](7)系统实现了工程设备化、一体化、模块化，利于工业化批量生产。
[0028](8)具有工艺简单、投资运行费用低、安装操作管理方便、模块化程度高、处理高效等优点，尤其适于经化粪池预处理后的中、低浓度农村生活污水的集中处理，对COD、BOD5,NH3-N, SS、浊度等具有极高的去除率。
(四)【专利附图】
【附图说明】:
[0029]图1超滤装置剖面图:1.1污水进水管、1.2进水阀门、1.3观察孔、1.4反应器顶盖、1.5反应器上端法兰接口、1.6管式超滤膜组件、1.7超滤反应区、1.8过滤出水流向、1.9反应器下端法兰接口、1.10过滤出水集水槽外缘、1.11过滤出水管、1.12过滤出水集水槽、1.13浓液出水管、1.14浓液出水管阀门、1.15滤渣及浓液、1.16滤渣及浓液存储池、1.17滤渣及浓液阀门、1.18反应器底座、1.19过滤出水集水槽内缘、1.20压缩空气微孔扩散器、1.21压力表、1.22压缩空气阀门、1.23压缩空气管、1.24压缩空气室、1.25气室泄压管、1.26气室泄压阀门、1.27活塞b位置、1.28活塞橡胶垫圈、1.29活塞、1.30活塞拉杆、1.31活塞a位置、1.32动力装置外壳、1.33小齿轮、1.34大齿轮。
[0030]图2超滤装置俯视图:2.1污水进水管、2.2进水阀门、2.3观察孔、2.4浓液出水管、2.5浓液出水管阀门、2.6压缩空气进气口、2.7压缩空气管、2.8过滤出水集水槽、2.9滤过出水管、2.10过滤出水集水槽外缘、2.11过滤出水集水槽内缘、2.12压力表、2.13压缩空气阀门、2.14压缩空气出口、2.15气室泄压阀门、2.16气室泄压管、2.17气室泄压口、2.18
动力装置外壳。
[0031]图3压缩空气微孔扩散器示意图(A剖面图，B俯视图):3.1空气进气方向、3.2压缩空气进气管、3.3支托板、3.4柔性橡胶微孔扩散板、3.5辐射状高压微细气流。
[0032]图4超滤装置实施方案示意图(A单级式、B多级并联式):4.1进水、4.2出水、4.3成套超滤装置。
(五)【具体实施方式】:
[0033]反应器数量可根据当地污水量及出水要求进行(图4)A单级式、B多级并联式分别设计，最终可达到预计的处理效果。并监测出水水样，检查是否达到预期处理效果，以便及时调整系统。
[0034]本系统采用间歇式运行模式，工作过程:
[0035]1、第一运行周期:
[0036](I)见图1，按图1所示，将超滤系统和压缩空气动力系统两大系统分别安装完毕。打开压缩空气阀门1.22和气室泄压阀门1.26，操作外接机械或人工动力装置将活塞1.29退至a位置1.31 ;打开观察孔1.3，关闭压缩空气阀门1.22、气室泄压阀门1.26、浓液出水管阀门1.14、滤渣及浓液阀门1.17四个阀门；检查压力表1.21运行是否正常；系统完成准备阶段。
[0037](2)见图1，打开污水进水阀门1.2，通过观察孔1.3观察污水进水情况，当污水注满后，关闭污水进水阀门1.2和观察孔1.3，完成进水工作。
[0038](3)见图1，打开压缩空气阀门1.22，启动外接机械或人工动力装置，通过小齿轮1.33带动大齿轮1.34转动，再通过活塞拉杆1.30推动活塞1.29，使活塞1.29从a位置1.31运动至b位置1.27，将压缩空气室1.24中的空气压缩后通过压缩空气管1.23进入压缩空气微孔扩散器1.20，在其作用下，迅速分布成辐射状高压微细气流，对超滤反应区1.7中的污水形成巨大稳定气压，在大气压的作用下，清水和低分子物质透过管式超滤膜组件1.6，沿着过滤出水流向1.8进入过滤出水集水槽1.12，由过滤出水管1.11将出水外排；而高分子溶质或其它乳化胶束团等以滤渣及浓液1.15的形式被截留，一部附着在管式超滤膜上，一部分沿着管式超滤膜组件内侧流入反应器底部。
[0039](4)见图1，打开观察孔1.3对超滤反应区1.7进行泄压，打开滤渣及浓液阀门1.17，将反应器底部少量的滤渣及浓液1.15导入滤渣及浓液存储池1.16，至此，完成第一运行周期。
[0040]2、第二运行周期:
[0041](I)见图1，通过观察孔1.3观察反应器底部的滤渣及浓液1.15全部导入滤渣及浓液存储池1.16后，关闭滤渣及浓液阀门1.17。
[0042](2)见图1，打开压缩空气阀门1.22和气室泄压阀门1.26，为压缩空气动力系统泄压，操作外接机械或人工动力装置将活塞1.29退至a位置1.31 ;关闭压缩空气阀门1.22、气室泄压阀门1.26、浓液出水管阀门1.14、滤渣及浓液阀门1.17四个阀门；检查压力表
1.21运行是否正常；系统完成准备阶段。系统循环进入第一周期的(2)、(3)、(4)步骤，如此循环运行。
[0043](3)见图1，循环运行若干周期后，待滤渣及浓液存储池1.16中的浓液装满，定期通过浓液出水管阀门1.14将其外排至污水预处理系统，而后再混入超滤系统原液由污水进水管1.1重新进入超滤系统，循环处理。
[0044]3、超滤膜清洗:
[0045]见图1，循环运行若干周期后，在超滤膜表面逐渐形成凝胶层，使透过通量下降，当通量达到某一最低数值时，需对膜进行冲洗。本设计根据选用管式超滤膜组件1.6的类型，可参照第一运行周期的(I)、(2)、(3)、(4)步骤，通过污水进水管1.1注入清水或专用药剂浸泡后再用清水对超滤膜进行冲洗。
【权利要求】
1.一种农村生活污水超滤装置，由超滤系统和压缩空气动力系统两大系统构成，其特征是: A.超滤系统由污水进水管、进水阀门、观察孔、反应器顶盖、反应器上端法兰接口、管式超滤膜组件、超滤反应区、反应器下端法兰接口、过滤出水集水槽外缘、过滤出水管、过滤出水集水槽、浓液出水管、浓液出水管阀门、滤渣及浓液、滤渣及浓液存储池、滤渣及浓液阀门、反应器底座、过滤出水集水槽内缘组成； B.压缩空气动力系统由压缩空气微孔扩散器、压力表、压缩空气阀门、压缩空气管、压缩空气室、气室泄压管、气室泄压阀门、活塞橡胶垫圈、活塞、活塞拉杆、动力装置外壳、小齿轮、大齿轮组成。
2.权利要求1所述一种农村生活污水超滤装置，其特征是所述污水进水管和进水阀门构成进水装置，污水进水管采用抗压不锈钢管，连接于超滤系统反应器上端左侧，污水进水管用进水阀门控制其流量。
3.权利要求2所述一种农村生活污水超滤装置，其特征是所述反应器顶盖和反应器底座构成超滤系统的反应器。
4.权利要求3所述一种农村生活污水超滤装置，其特征是所述反应器在反应器顶盖左侧靠近污水进水管处设观察孔，以方便观察进水位置、底座内部滤渣和浓液位置以及内部情况，观察孔可以密封，以保证系统运行时不泄露；反应器顶盖下端及底座上端周围一圈均设计法兰接口，以便和管式超滤膜的法兰进行对接，接口处加上密封塑料垫圈，以保证系统密闭性；反应器顶盖中央开孔设计压缩空气进气口，在该位置安装压缩空气微孔扩散器，并与压缩空气动力系统连通。
5.权利要求3所述一种农村生活污水超滤装置，其特征是所述反应器底座由过滤出水集水槽、过滤出水管、滤渣及浓液阀门、滤渣及浓液存储池、浓液出水管、浓液出水管阀门组成。`
6.权利要求1所述一种农村生活污水超滤装置，其特征是所述超滤系统反应器顶盖、反应器底座各部件均采用抗压不锈钢材料制成，且各部件可以独立拆卸组装，形成模块化和一体化设备。
7.权利要求1所述一种农村生活污水超滤装置，其特征是所述压缩空气动力系统由压缩空气微孔扩散器、压力表、压缩空气阀门、压缩空气管、压缩空气室、气室泄压管、气室泄压阀门、动力机械装置组成。
8.权利要求1所述一种农村生活污水超滤装置，其特征是所述压缩空气动力系统动力装置外壳的顶盖上分别开两个孔，即压缩空气出口和气室泄压口，气室泄压口连接气室泄压管和气室泄压阀门；压缩空气出口通过压缩空气管将压缩空气动力系统与超滤系统连通，并为超滤系统提供外接过滤压力，压缩空气管上安装压力表和压缩空气阀门，以随时监控压力变化情况。
9.权利要求7所述一种农村生活污水超滤装置，其特征是所述压缩空气微孔扩散器由压缩空气进气管、支托板、柔性橡胶微孔扩散板组成；压缩空气进气管与支托板连接，支托板上粘结一块柔性橡胶微孔扩散板，柔性橡胶微孔扩散板采用柔性橡胶膜材料制成，膜上用激光均匀开有微孔，鼓风时，空气进入柔性橡胶微孔扩散板与支托板之间，使柔性橡胶微孔扩散板微微鼓起，孔眼张开，高压空气从孔眼逸出，形成辐射状高压微细气流；供气停止，压力消失，在柔性橡胶微孔扩散板的弹性作用下，孔眼自动闭合，且压缩空气微孔扩散器位于超滤装置顶部，在没有压力作用下，反应器内的污水不会倒流，孔眼不会堵塞。此设计有效克服了传统多孔性刚性材料如刚玉、陶瓷等易堵塞的弊病。
10.权利要求1所述一种农村生活污水超滤装置，其特征是所述压缩空气动力系统的动力机械装置利用了液压活塞原理，在动力装置外壳底部，安装一套活塞机械动力装置，活塞拉杆一端连接活塞的中央位置，另一端连接大齿轮，大齿轮与小齿轮咬合，小齿轮的转轴与电机驱动装置或人工转轴连接；当电机或人工用较小的力驱动小齿轮后，小齿轮带动大齿轮转动，再通过活塞拉杆推动活塞，使活塞从a位置运动至b位置，将压缩空气室中的空气压缩后通过压缩空气管进入压缩空气微孔扩散器，进而为超滤系统提供压力。
【文档编号】B01D61/20GK103721569SQ201410001615
【公开日】2014年4月16日 申请日期:2014年1月3日 优先权日:2014年1月3日
【发明者】曾永刚 申请人:曾永刚