申请日2015.10.29
公开(公告)日2016.02.03
IPC分类号C02F3/30
摘要
低能耗膜生物反应器和污水处理方法(LEMB)涉及污水处理技术领域，包括至少一反应渠、至少一膜池A、至少一膜池B;反应渠联通膜池A和膜池B的底部，膜池A和膜池B中部分别设有至少一膜组件、底部分别设有曝气装置;运行时首先向膜池A曝气，膜池B不曝气，气提水流依次流经膜池A、膜池B、反应渠、膜池A，实现多次气提循环;通过膜池曝气为反应渠提供溶解氧，并在反应渠内依次存在好氧、缺氧甚至厌氧环境;定时在膜池A和膜池B之间切换曝气实现膜的双向冲洗和反应区流向转换。本发明膜气冲洗曝气量减少50%，生化曝气量减少70-100%，液体循环泵耗能减少100%，节能效果显著。
摘要附图
权利要求书
1.一种低能耗膜生物反应器，其特征在于包括一个反应池(1)、位于所述反应池(1)中有至少一纵向隔断(2)、所述隔断(2)将所述反应池(1) 分隔成的反应区(4)和膜池(6)，在所述膜池(6)内与所述纵向隔断(2) 垂直设至少一纵向膜池隔断(8)，该膜池隔断(8)将膜池(6)分隔成相等的膜池A(6A)和膜池B(6B)，所述膜池隔断(8)顶端显著低于反应池(1) 顶端，膜池A(6A)和膜池B(6B)中部分别设有至少一膜组件(100);在所述隔断(2)底部联通所述反应区(4)与膜池A(6A)设有至少一联通通道 A(7A);在所述隔断(2)底部联通所述反应区(4)与膜池B(6B)设有至少一联通通道B(7B);在所述反应区(4)内设有至少一反应区隔断(9)，所述反应区隔断(9)将所述反应区(4)分隔成至少一反应渠(5);所述反应渠 (5)将所述膜池A(6A)下设的至少一联通通道A(7A)与所述膜池B(6B) 下设的至少一联通通道B(7B)联通;膜池A(6A)和膜池B(6B)底部分别设有曝气装置A(41A)和曝气装置B(41B)，所述曝气装置A(41A)和曝气装置B(41B)分别与至少一进气管路(40)联接;至少一个产水管路(20) 分别与位于膜池A(6A)和膜池B(6B)内的膜组件(100)产水管路联接;所述反应池(1)上设置的至少一进水管路(10)、至少一溢流管路(11)、至少一排泥管路(30);所述溢流管路(11)位于所述反应池(1)上部并限定了反应区水位(81);低能耗膜生物反应器还包括必要的水泵、风机、阀门、仪表、膜清洗系统和自动控制系统。
2.根据权利要求1所述的低能耗膜生物反应器，其特征在于所述反应渠 (5)内还包括至少一个上流导流板(23)，上流导流板(23)高度低于所述反应区水位(81)。
3.根据权利要求2所述的低能耗膜生物反应器，其特征在于所述反应渠 (5)内在相邻两个上流导流板(23)之间设有一下流导流板(24)，下流导流板(24)底部设有水流通道。
4.根据权利要求1、2或3所述的低能耗膜生物反应器，其特征在于所述反应区(4)内设有生物填料。
5.根据权利要求1、2、3或4所述的低能耗膜生物反应器，其特征在于所述反应区(4)底部还设有微孔曝气装置。
6.低能耗膜生物反应污水处理方法，其特征在于使用权利要求1、2、3、或4所述的低能耗膜生物反应器，其特征还在于通过开启曝气装置A(41A) 向所述膜池A(6A)下部均匀曝气，曝气强度满足膜池A(6A)膜冲洗曝气强度要求，关闭曝气装置B(41B)停止向所述膜池B(6B)下部曝气;气提水流在膜池A(6A)向上流，膜池A水位(83)在气提作用下被提升，膜池 A(6A)内膜表面被上向水流冲洗;在气提作用下膜池B水位(82)低于膜池 A水位(83)，气提水流自膜池A(6A)越过膜池隔断(8)顶端进入膜池B(6B)，然后向下流，膜池B(6B)内膜表面被下向水流冲洗;气提水流经位于所述膜池B(6B)底部联通通道B(7B)进入反应渠(5)并延反应渠(5)流动，然后经膜池A(6A)下设的联通通道A(7A)进入膜池A(6A)底部，并在膜池A(6A)中被气提提升，实现气提循环;产水经膜过滤由至少一产水管路(20) 产出;定时切换曝气，即开启曝气装置B(41B)，向所述膜池B(6B)下部均匀曝气，关闭曝气装置A(41A)，停止向所述膜池A(6A)下部曝气，实现对所述膜组件(100)的双向冲洗和反应区沟渠内水流方向转换。
7.根据权利要求6所述的低能耗膜生物反应污水处理方法，其特征在于使用权利要求5所述的低能耗膜生物反应器，其特征还在于通过开启反应池微孔曝气装置，同时开启曝气装置A(41A)向所述膜池A(6A)下部均匀曝气，曝气强度满足膜池A(6A)膜冲洗曝气强度要求，关闭曝气装置B(41B)停止向所述膜池B(6B)下部曝气;气提水流在膜池A(6A)向上流，膜池A 水位(83)在气提作用下被提升，膜池A(6A)内膜表面被上向水流冲洗;在气提作用下膜池B水位(82)低于膜池A水位(83)，气提水流自膜池A(6A) 越过膜池隔断(8)顶端进入膜池B(6B)，然后向下流，膜池B(6B)内膜表面被下向水流冲洗;气提水流经位于所述膜池B(6B)底部联通通道B(7B) 进入反应渠(5)并延反应渠(5)流动，然后经膜池A(6A)下设的联通通道 A(7A)进入膜池A(6A)底部，并在膜池A(6A)中被气提提升，实现气提循环;产水经膜过滤由至少一产水管路(20)产出;定时切换曝气，即开启曝气装置B(41B)，向所述膜池B(6B)下部均匀曝气，关闭曝气装置A(41A)，停止向所述膜池A(6A)下部曝气，实现对所述膜组件(100)的双向冲洗和反应区沟渠内水流方向转换。
说明书
低能耗膜生物反应器及污水处理方法
技术领域
本发明涉及膜过滤和污水处理技术领域，特别涉及一种低能耗膜生物反应器及污水处理方法。
技术背景
人类在近几十年的活动对地球环境造成了灾难性的污染。人类需要在未来几十年的时间内减少和清理这些污染。其中水污染是最重要的问题之一。在减少和清理水污染的努力中，创新的污水处理技术尤为重要。
将膜过滤与活性污泥污水处理法相结合产生了膜生物反应器(MBR)技术。迄今为止只有好活性污泥法与膜过滤结合获得了较广泛的应用。好氧MBR 污水处理技术比传统的好氧活性污泥法池容效率更高、产水质量更有保证。然而MBR目前存在众多技术问题，好氧MBR技术需要“生化曝气”以提供好氧反应需要的氧气，还需要“膜气冲洗曝气”用以降低膜表面污染，同时还需要在生化池与膜池之间使用“液体循环泵”，这三方面能耗使得好氧MBR技术耗能较高。据报道MBR工艺中膜气冲洗曝气、生化曝气、液体循环泵及其他耗能分别占总耗能的约45%、30%、10%和15%。传统好氧MBR氧气总利用率一般低于5%。
中国专利(专利号20180450526.0)气升式氧化沟型膜生物反应器中处理单元沿水流方向依次形成缺氧区、厌氧区和好氧区;所述好氧区包括第一曝气区、第二曝气区和分离区，膜过滤装置设置在第一曝气区内;运行时分别向第一曝气区和第二曝气区内曝气，较高曝气强度的膜冲洗曝气产生的气升水流推动氧化沟水流，节约了液体循环泵。但是其能量消耗仍然包括了第一曝气区中的膜气冲洗曝气和第二曝气区的生化曝气能耗。
中国专利申请(申请号201510312899.5)一种双向液流冲刷的浸没式膜过滤装置包括一膜池、至少一组膜堆、一个位于膜堆顶部的导流围板、其中所述膜堆由至少两个等高并紧靠一起的膜列组成;使用时向一个膜列爆气，而另一个膜列不爆气，曝气膜列内的液体在气提作用下向上流，直至该膜列顶端，该向上液流在所述导流围板作用下转向，并经不曝气的膜列向下流;一段时间切换曝气膜列和不曝气膜列，从而实现膜的双向液流冲刷。该装置节约了约50%的膜气冲洗耗能，但是膜气冲洗动能在膜池内被消耗。这一技术方案没有解决膜池与生化反应池之间的耦合，没有将膜冲洗曝气中的氧气充分利用，仍然需要生化曝气和液体循环泵的耗能。
本发明的目的是要将MBR膜气冲洗曝气节约50%，避免使用液体循环泵、取消或减低生物曝气，揭示一种低能耗膜生物反应器，节能效果约超过50%。
发明内容
为了达到以上目的，本发明低能耗膜生物反应器(LEMB，LEMBR)(Low EnergyconsumptionMembraneBioreactor)包括一个反应池、位于所述反应池中有至少一纵向隔断、所述隔断将所述反应池分隔成的反应区和膜池，在所述膜池内与所述纵向隔断垂直设至少一纵向膜池隔断，该膜池隔断将膜池分隔成相等的膜池A和膜池B，所述膜池隔断顶端显著低于反应池顶端，膜池A和膜池B中部分别设有至少一膜组件;在所述隔断底部联通所述反应区与膜池A 设有至少一联通通道A;在所述隔断底部联通所述反应区与膜池B设有至少一联通通道B;在所述反应区内设有至少一反应区隔断，所述反应区隔断将所述反应区分隔成至少一反应渠;所述反应渠将所述膜池A下设的至少一联通通道 A与所述膜池B下设的至少一联通通道B联通;膜池A和膜池B底部分别设有曝气装置A和曝气装置B，所述曝气装置A和曝气装置B分别与至少一进气管路联接;至少一个产水管路分别与位于膜池A和膜池B内的膜组件产水管路联接;所述反应池上设置的至少一进水管路、至少一溢流管路、至少一排泥管路;所述溢流管路位于所述反应池上部并限定了反应区水位;低能耗膜生物反应器还包括必要的水泵、风机、阀门、仪表、膜清洗系统和自动控制系统。
所述反应渠内还包括至少一个上流导流板，上流导流板高度低于所述反应区水位。
所述反应渠内在相邻两个上流导流板之间设有一下流导流板，下流导流板底部设有水流通道。
所述反应区内设有生物填料。
使用低能耗膜生物反应器的低能耗膜生物反应污水处理方法，包括通过开启曝气装置A向所述膜池A下部均匀曝气，曝气强度满足膜池A膜冲洗曝气强度要求，关闭曝气装置B停止向所述膜池B下部曝气;气提水流在膜池A 向上流，膜池A水位在气提作用下被提升，膜池A内膜表面被上向水流冲洗;在气提作用下膜池B水位低于膜池A水位，气提水流自膜池A越过膜池隔断顶端进入膜池B，然后向下流，膜池B内膜表面被下向水流冲洗;气提水流经位于所述膜池B底部联通通道B进入反应渠并延反应渠流动，然后经膜池A 下设的联通通道A进入膜池A底部，并在膜池A中被气提提升，实现气提循环;产水经膜过滤由至少一产水管路产出;定时切换曝气，即开启曝气装置B，向所述膜池B下部均匀曝气，关闭曝气装置A，停止向所述膜池A下部曝气，实现对所述膜组件的双向冲洗和反应区沟渠内水流方向转换。
气提水流在膜池A获得溶解氧，溶解氧在此后水流流经膜池B和反应渠过程中被逐步消耗，依次形成好氧、缺氧甚至厌氧环境，再次进入膜池A底部时水流中溶解氧匮乏，有利于气体氧的溶解传质过程。气提循环流量通常是处理流量的几十倍以上，因此污水在该生物反应器中多次循环，并不断将膜冲洗曝气中的氧气带入反应渠，所以一般情况下不需要专门的生化曝气。
低能耗膜生物反应器在所述反应区底部还设有反应池微孔曝气装置。
使用该种包含反应池微孔曝气装置的低能耗膜生物反应器的污水处理方法与上述的低能耗膜生物反应污水处理方法基本相同，不同之处在于还启动反应池微孔曝气装置。
低能耗膜生物反应器及污水处理方法的有益效果包括，将膜冲洗曝气量节约50%，将生物曝气量节约100%，将液体循环泵耗能节约100%，总体节能约为传统MBR膜系统的62.5%，节能效果显著;反应渠内延水流方向气提水流中的溶解氧逐步降低，实现了同步硝化和反硝化，由于好氧、缺氧甚至厌氧环境的同时作用，剩余生物污泥得到有效降解。
针对污染严重的污水，本低能耗膜生物反应器需要开启反应池微孔曝气装置，曝气量约为传统MBR系统处理此类水时生化曝气量的25-30%。