申请日2015.10.22
公开(公告)日2016.01.20
IPC分类号C02F3/30; C02F101/16; C02F101/10
摘要
本发明涉及一种循环流环型多段泥膜共生复合式生物反应器及其污水处理工艺，所述反应器包括厌氧区、两级以上缺氧好氧配套区、沉淀区，所述缺氧好氧配套区包括依次设立的缺氧区和好氧区，所述好氧区内设有悬浮填料区，所述厌氧区设置有污水注入口和污泥注入口，所述缺氧区设置有污水注入口，所述沉淀区设置有污水流出口和污泥排出口，所述污泥排出口通过回流污泥管道连接所述厌氧区的污泥注入口。利用所述循环流环型多段泥膜共生复合式生物反应器污水处理工艺通过反应器的优化组合，能够有效实现高效脱氮除磷、控制池容、减小占地面积、减小工程造价和降低运行费用。
摘要附图
权利要求书
1.一种循环流环型多段泥膜共生复合式生物反应器，其特征在于，选自以下反应器之任一：
反应器一：包括依次设立的厌氧区、两级以上缺氧好氧配套区、沉淀区，所述缺氧好氧配套区包括依次设立的缺氧区和好氧区，相邻两区之间设有隔墙，所述隔墙的一端设有过水孔，所述好氧区内设有悬浮填料区，所述厌氧区设置有污水注入口和污泥注入口，所述缺氧区设置有污水注入口，所述沉淀区设置有污水流出口和污泥排出口，所述污泥排出口通过回流污泥渠道连接所述厌氧区的污泥注入口;
反应器二：包括依次设立的厌氧区和两级以上缺氧好氧配套区，所述缺氧好氧配套区包括依次设立的缺氧区和好氧区，相邻两区之间设有隔墙，所述隔墙的一端设有过水孔，所述好氧区内设有悬浮填料区，所述厌氧区与最后一级好氧区封闭连接而形成的内部空间为沉淀区，所述沉淀区与所述最后一级好氧区接触面设置有过水孔，所述厌氧区设置有污水注入口和污泥注入口，所述缺氧区设置有污水注入口，所述沉淀区设置有污水流出口和污泥排出口，所述污泥排出口通过回流污泥渠道连接所述厌氧区的污泥注入口。
2.如权利要求1所述的循环流环型多段泥膜共生复合式生物反应器，其特征在于，所述反应器二中，所述厌氧区与最后一级好氧区封闭连接而形成圆环，所述圆环的内部空间为沉淀区。
3.如权利要求1所述的循环流环型多段泥膜共生复合式生物反应器，其特征在于，所述厌氧区设置有导流隔墙，通过所述导流隔墙将厌氧区分隔为厌氧区A和厌氧区B;所述导流隔墙的两端设置有两个导流孔。
4.如权利要求1所述的循环流环型多段泥膜共生复合式生物反应器，其特征在于，所述缺氧区设置有导流隔墙，通过所述导流隔墙将所述缺氧区分隔为缺氧区A和缺氧区B;所述导流隔墙的两端设置有两个导流孔。
5.如权利要求1所述的循环流环型多段泥膜共生复合式生物反应器，其特征在于，所述好氧区设置有导流隔墙，通过所述导流隔墙将好氧区分隔为好氧区A和好氧区B;所述导流隔墙的两端设置有两个导流孔。
6.如权利要求1所述的循环流环型多段泥膜共生复合式生物反应器，其特征在于，所述悬浮填料区包含悬浮填料和悬浮填料截留装置。
7.如权利要求1所述的循环流环型多段泥膜共生复合式生物反应器，其特征在于，所述厌氧区和所述缺氧区设置有潜水搅拌器。
8.如权利要求1所述的循环流环型多段泥膜共生复合式生物反应器，其特征在于，所述缺氧区和所述好氧区设置有曝气系统。
9.一种循环流环型多段泥膜共生复合式生物反应器污水处理工艺，其特征在于，为通过权利要求1至8任一所述的循环流环型膜生物反应器进行污水处理;所述污水处理工艺包括以下步骤：
(A)污水通过两部分进入所述反应器，第一部分通过厌氧区的污水注入口进入厌氧区，第二部分通过各级缺氧区的污水注入口分别进入各级缺氧区;
(B)来自厌氧区的污水注入口的污水和来自沉淀区的回流污泥混合，厌氧区内聚磷菌在厌氧环境下释磷，同时转化易降解的有机污染物，并将部分含氮有机物进行氨化;
(C)然后进入两级以上缺氧好氧配套区，各级缺氧区内进行反硝化脱氮，部分有机物在反硝化菌的作用下降解去除;各级好氧区内设有悬浮填料区，进行有机物的进一步降解以及有机氮的氨化硝化和磷的吸收;
(D)最后一级好氧区的出水排至沉淀区，通过泥水分离净化水排出，浓缩污泥一部分回流至厌氧区，另一部分排至污泥浓缩脱水系统。
10.如权利要求9所述的循环流环型多段泥膜共生复合式生物反应器污水处理工艺，其特征在于，所述厌氧区包括厌氧区A和厌氧区B;污水首先进入厌氧区A，在厌氧区A内设置的潜水搅拌器的搅拌推动作用下流动，然后进入厌氧区B中，在厌氧区B内设置的潜水搅拌器的搅拌推动作用下流动;然后一部分循环至厌氧区A内，一部分进入第一级缺氧区。
11.如权利要求9所述的循环流环型多段泥膜共生复合式生物反应器污水处理工艺，其特征在于，各级缺氧区包括缺氧区A和缺氧区B;污水在缺氧区A内设置的潜水搅拌器的搅拌推动作用下流动，然后进入缺氧区B，在缺氧区B内设置的潜水搅拌器的搅拌推动作用下流动，然后一部分循环至缺氧区A内，一部分进入好氧区。
12.如权利要求9所述的循环流环型多段泥膜共生复合式生物反应器污水处理工艺，其特征在于，各级好氧区包括好氧区A和好氧区B;好氧区A和好氧区B设有悬浮填料区;污水首先进入好氧区A，然后进入好氧区B，一部分循环至好氧区A内，一部分进入缺氧区或沉淀区。
13.如权利要求9所述的循环流环型多段泥膜共生复合式生物反应器污水处理工艺，其特征在于，所述悬浮填料区的填充比为30～60%;所述的悬浮填料为聚乙烯、聚丙烯或聚氨酯，粒径为15mm～100mm，堆积比重为0.96±2g/cm3、比表面积>500m2/m3;所述的悬浮填料截留装置由不锈钢多孔截留网组成，截留网圆孔直径8mm～20mm，圆孔中心距为10mm～50mm，截留网两侧基部各安装一排粗气泡扩散器。
14.如权利要求9所述的循环流环型多段泥膜共生复合式生物反应器污水处理工艺，其特征在于，浓缩污泥一部分回流至厌氧区的污泥回流比50～100%;反应区的平均污泥浓度 8000～14000mg/L。
15.如权利要求9所述的循环流环型多段泥膜共生复合式生物反应器污水处理工艺，其特征在于，厌氧区的搅拌强度为4～5W/m3，缺氧区的搅拌强度为1～3W/m3。
16.如权利要求9所述的循环流环型多段泥膜共生复合式生物反应器污水处理工艺，其特征在于，所述好氧区设有曝气系统，好氧区曝气强度为8～10m3/m2.h，其中紧邻好氧区的下一级缺氧区预留10～20%好氧区曝气器。
17.如权利要求9所述的循环流环型多段泥膜共生复合式生物反应器污水处理工艺，其特征在于，所述厌氧区的水力停留时间为1～2h;所述缺氧区的水力停留时间为0.5～3h;所述好氧区的水力停留时间为3.5～5h。
18.如权利要求9所述的循环流环型多段泥膜共生复合式生物反应器污水处理工艺，其特征在于，所述缺氧区的反硝化负荷取值范围为0.03～0.06kgNO3-N/kgMLSS.d;所述污泥负荷取值为0.05～0.15kgBOD5/(kgMLSS.d)。
说明书
一种循环流环型多段泥膜共生复合式生物反应器及其污水处理工艺
技术领域
本发明涉及一种循环流环型多段泥膜共生复合式生物反应器及其污水处理工艺，属于污水处理领域。
背景技术
2015年4月最新发布的《水污染防治行动计划》明确提出，现有城镇污水处理设施，要因地制宜进行改造，2020年底前达到相应排放标准或再生利用要求。敏感区域(重点湖泊、重点水库、近岸海域汇水区域)城镇污水处理设施应于2017年底前全面达到一级A排放标准，建成区水体水质达不到地表水Ⅳ类标准的城市，新建城镇污水处理设施要执行一级A排放标准;到2030年，力争全国水环境质量总体改善，水生态系统功能初步恢复。到本世纪中叶，生态环境质量全面改善，生态系统实现良性循环。由此可知，未来几十年内节能减排要求会越来越高。
一方面，对于当前众多污水处理厂仍是按照污染物排放标准一级B标准设计与运行的现状，随着国家节能减排工作的深入进行，污水处理厂的升级改造与优化运行势在必行。污水处理升级改造中，扩大池容或增加深度处理单元是最常规也是最可靠的方案，但很多污水处理厂没有充足的厂地新建污水处理单元，而且我国严格的耕地保护政策又不允许污水处理厂随意扩大面积，因此迫切需要寻求一个占地面积小、处理能力高的升级方案，当前主要有曝气生物滤池、接触氧化法、膜生物反应器，但这些工艺还存在投资高、能耗与运行成本高等问题，因此，研发高效低耗低成本污水处理提标升级改造技术十分必要。
另一方面，城市的快速发展使得原本远离市区的污水处理厂逐步并入市区，改造或者新建过程中可利用土地有限，因此寻求一种投资省、能够有效控制池容的技术日益迫切。
本技术旨在重点突破改造或新建污水处理厂的提标改造技术，完成废水稳定达标排放。
多段AO：多段AO工艺将生物反应池设计为前端厌氧区/好氧+多级缺氧/好氧区，采用多点配水技术，将污水分多段分别配入到厌氧区和各缺氧区的前端，而回流污泥全部回流到厌氧区前端，创造了更适合聚磷菌、硝化菌及反硝化菌生长繁殖的环境，大大增强了除磷脱氮能力。
IFAS：IFAS工艺是将附着生长的生物膜法与悬浮生长的活性污泥法结合的一种工艺(原理如下图所示)，具体即为在活性污泥工艺中投入悬浮填料，通过悬浮填料上的生物膜和悬浮的活性污泥共同去除水中的污染物，并且由于悬浮填料对气泡的切割作用，可提高水中氧转移效率，增强处理效果。
此外，IFAS工艺通过曝气扰动、液体回流等方式，使填料悬浮在反应器中，由于固定在填料上的生物量不增加活性污泥的混合液浓度，而且生物膜的生长会降低系统SVI，因此下游沉淀池的性能不仅不会受到活性污泥反应器内固体负荷增加的负面影响，而且其性能会得以一定程度的提高。
本发明充分结合多段AO和IFAS两种工艺优势(IFAS占地面积小、提高活性污泥混合液浓度、污泥减量且能提高污泥沉降性能、不增加二沉池负荷、缓冲能力强和多段AO污泥浓度高、碳源利用充分、脱氮效率高、抗冲击负荷能力强、运行费用少、工程投资低等优势)，对污水处理厂的污水进行生化处理，以达到较优的出水水质。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种循环流环型多段泥膜共生复合式生物反应器及其污水处理工艺，利用所述循环流环型多段泥膜共生复合式生物反应器污水处理工艺通过反应器的优化组合，能够有效实现高效脱氮除磷、控制池容、减小占地面积、减小工程造价和降低运行费用。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明第一方面提供一种循环流环型多段泥膜共生复合式生物反应器，选自以下反应器之任一：
反应器一：包括依次设立的厌氧区、两级以上缺氧好氧配套区、沉淀区，所述缺氧好氧配套区包括依次设立的缺氧区和好氧区，相邻两区之间设有隔墙，所述隔墙的一端设有过水孔，所述好氧区内设有悬浮填料区，所述厌氧区设置有污水注入口和污泥注入口，所述缺氧区设置有污水注入口，所述沉淀区设置有污水流出口和污泥排出口，所述污泥排出口通过回流污泥渠道连接所述厌氧区的污泥注入口;
反应器二：包括依次设立的厌氧区和两级以上缺氧好氧配套区，所述缺氧好氧配套区包括依次设立的缺氧区和好氧区，相邻两区之间设有隔墙，所述隔墙的一端设有过水孔，所述好氧区内设有悬浮填料区，所述厌氧区与最后一级好氧区封闭连接而形成的内部空间为沉淀区，所述沉淀区与所述最后一级好氧区接触面设置有过水孔，所述厌氧区设置有污水注入口和污泥注入口，所述缺氧区设置有污水注入口，所述沉淀区设置有污水流出口和污泥排出口，所述污泥排出口通过回流污泥渠道连接所述厌氧区的污泥注入口。
优选的，所述反应器二中，所述厌氧区与最后一级好氧区封闭连接而形成圆环，所述圆环的内部空间为沉淀区。
优选的，所述厌氧区设置有导流隔墙，通过所述导流隔墙将厌氧区分隔为厌氧区A和厌氧区B;所述导流隔墙的两端设置有两个导流孔。
优选的，所述缺氧区设置有导流隔墙，通过所述导流隔墙将所述缺氧区分隔为缺氧区A 和缺氧区B;所述导流隔墙的两端设置有两个导流孔。
优选的，所述好氧区设置有导流隔墙，通过所述导流隔墙将好氧区分隔为好氧区A和好氧区B;所述导流隔墙的两端设置有两个导流孔。
优选的，所述悬浮填料区包含悬浮填料和悬浮填料截留装置。
优选的，所述厌氧区和所述缺氧区设置有潜水搅拌器。更优选的，厌氧区的潜水搅拌器为搅拌型;缺氧区的潜水搅拌器为推流型。
优选的，所述好氧区设置有潜水搅拌器，视曝气强度低或者混合污泥、填料流化状态较差时设置。更优的，好氧区的潜水搅拌器为推流型。
优选的，所述缺氧区和所述好氧区设置有曝气系统。更优选的，所述缺氧区和好氧区的曝气系统由盘式曝气器组成，直径D260(200～300)，单个最大通气量为4m3/h(2.3～5.9);所述的曝气器包含支架，材质ABS，附带双边卡扣。
本发明第二方面提供一种循环流环型多段泥膜共生复合式生物反应器污水处理工艺，为通过上述的循环流环型膜生物反应器进行污水处理;所述污水处理工艺包括以下步骤：
(A)污水通过两部分进入所述反应器，第一部分通过厌氧区的污水注入口进入厌氧区，第二部分通过各级缺氧区的污水注入口分别进入各级缺氧区;
(B)来自厌氧区的污水注入口的污水和来自沉淀区的回流污泥混合，厌氧区内聚磷菌在厌氧环境下释磷，同时转化易降解的有机污染物，并将部分含氮有机物进行氨化;
(C)然后进入两级以上缺氧好氧配套区，各级缺氧区内进行反硝化脱氮，部分有机物在反硝化菌的作用下降解去除;各级好氧区内设有悬浮填料区，进行有机物的进一步降解以及有机氮的氨化硝化和磷的吸收;
(D)最后一级好氧区的出水排至沉淀区，通过泥水分离净化水排出，浓缩污泥一部分回流至厌氧区，另一部分排至污泥浓缩脱水系统。
优选的，所述厌氧区包括厌氧区A和厌氧区B;污水首先进入厌氧区A，在厌氧区A内设置的潜水搅拌器的搅拌推动作用下流动，然后进入厌氧区B中，在厌氧区B内设置的潜水搅拌器的搅拌推动作用下流动;然后一部分循环至厌氧区A内，一部分进入第一级缺氧区。
优选的，各级缺氧区包括缺氧区A和缺氧区B;污水在缺氧区A内设置的潜水搅拌器的搅拌推动作用下流动，然后进入缺氧区B，在缺氧区B内设置的潜水搅拌器的搅拌推动作用下流动，然后一部分循环至缺氧区A内，一部分进入好氧区。
优选的，各级好氧区包括好氧区A和好氧区B;好氧区A和好氧区B设有悬浮填料区;污水首先进入好氧区A，然后进入好氧区B，一部分循环至好氧区A内，一部分进入缺氧区或沉淀区。
更优选的，各级好氧区包括好氧区A和好氧区B;好氧区A和好氧区B设有悬浮填料区;污水首先进入好氧区A，在好氧区A内设置的潜水搅拌器的搅拌推动作用下流动，然后进入好氧区B，在好氧区B内设置的潜水搅拌器的搅拌推动作用下流动，然后一部分循环至好氧区A内，一部分进入缺氧区或沉淀区。
污水进入最后一级好氧区A，在最后一级好氧区A内设置的潜水搅拌器的搅拌推动作用下流动，然后进入最后一级好氧区B，在最后一级好氧区B内设置的潜水搅拌器的搅拌推动作用下流动，然后一部分循环至最后一级好氧区A内，一部分进入沉淀区。
优选的，所述悬浮填料区的填充比为30～60%;所述的悬浮填料为聚乙烯、聚丙烯或聚氨酯，粒径为15mm～100mm，堆积比重为0.96±2g/cm3、比表面积>500m2/m3;所述的悬浮填料截留装置由不锈钢多孔截留网组成，截留网圆孔直径8mm～20mm，圆孔中心距为 10mm～50mm，截留网两侧基部各安装一排粗气泡扩散器。
优选的，浓缩污泥一部分回流至厌氧区的污泥回流比50～100%;反应区的平均污泥浓度 8000～14000mg/L。
优选的，厌氧区的搅拌强度为4～5W/m3，缺氧区的搅拌强度为1～3W/m3。
优选的，所述好氧区设有曝气系统，好氧区曝气强度为8～10m3/m2.h，其中紧邻好氧区的下一级缺氧区预留10～20%好氧区曝气器。
优选的，所述缺氧区设有曝气系统，缺氧区曝气强度为2～10m3/m2.h。
优选的，所述厌氧区的水力停留时间为1～2h;所述缺氧区的水力停留时间为0.5～3h;所述好氧区的水力停留时间为3.5～5h。
优选的，所述缺氧区的反硝化负荷取值范围为0.03～0.06kgNO3-N/kgMLSS.d;所述污泥负荷取值为0.05～0.15kgBOD5/(kgMLSS.d)。
本发明的循环流环型多段泥膜共生复合式生物反应器及其污水处理工艺，具有以下有益效果：
(1)运行方式灵活，脱氮除磷效率高。多点进水方式可使污染物多级分布，各反应区能够可根据污染物特性形成明显的污泥浓度梯度，运行方式灵活;通过反应区的分段创造适宜活性污泥中各类微生物适宜生长的环境，实现高效脱氮除磷;紧邻好氧区的下一级缺氧区设置空气系统，可根据水质还原成常规A2O工艺运行;
(2)水力流态呈“分区循环混合、总体推流”，混合反应效果理想。各区反应器采用循环流的流态，同时具备完全混合式反应器的耐冲击负荷能力和推流式反应器的基质降解推动力;各区反应器采用循环流方式，进水水流分布均匀，反应器内不易产生急流、涡流、短流、死水及积泥现象，水头损失较小，宏观混合的调匀度高、混合反应效果理想;
(3)抗冲击能力强。首先，可通过多点进水方式对污染源进行合理分配，保证各反应区较为适宜的污泥负荷;其次，悬浮填料上的生物膜老化脱落进入混合液时，可以对活性污泥起到接种作用，使反应池的抗冲击负荷能力得以提高;最后，将各种混合方式有机结合，亦能提高系统处理对不同污水水质的适用能力;
(4)污泥沉降性能增强，剩余污泥产量减少。悬浮填料可有效提高反应池污泥浓度，提高的微生物量由于固定在填料载体上，不但不会增加活性污泥的混合液浓度和下游沉淀池的固体负荷，而且可降低SVI，提高污泥沉降性能;同时由于悬浮填料污泥浓度高，污泥泥龄增加，相应剩余污泥产量会减少;
(5)工程投资低。悬浮填料层的生物量使污染物生化处理得以在更小空间内完成，大幅度降低反应池的池容(约45%)，工程投资低(约15%);
(6)运行能耗低。首先，利用多点进水、多级缺氧好氧进行硝化反硝化，优化碳源分配和强化脱氮同时取消传统技术的硝化液回流设施，运行能耗得以降低;其次，采用微孔曝气设备，动力能耗远低于常用的穿孔或中孔曝气系统，并结合循环流水力形式，可解决充氧与搅拌之间的矛盾，有利于对反应池末端溶解氧加以回收利用，能量利用率高;第三，结合推流，反应器中的生物絮凝采用较低的推动力，可节约能耗;
(7)管路系统少，维护检修量小。通过内部渠道叠层结构设计，省去了进水、回流污泥管道系统，维护检修量小。