申请日2015.04.29
公开(公告)日2015.07.29
IPC分类号C02F3/30
摘要
本发明公开了一种多级生物反应器及采用该反应器处理污水的方法,包括一级缺氧生物滤池、好氧曝气生物滤池、二级缺氧生物滤池、好氧膜生物反应池、污水输送管路、空气输送管路和抽吸泵;第一污水输送管与第一滤池的进水口连接，第二污水输送管与第三滤池的进水口之一连接;第二滤池的进水口与第一滤池的出水口连接;第三滤池的进水口之二与第二滤池的出水口连接;第四膜池的进水口与第三滤池的出水口连接;超滤膜组件的出水口通过管道与抽吸泵连接;空气提升器的出水口通过管道与第一滤池内部连接。本发明能够提高脱氮效率,提高生物除磷的效果;滤层结构传质效果好，反应效率高，避免堵塞现象;一体化结构，节省占地面积。
权利要求书
1.一种多级生物反应器，其特征在于：包括一级缺氧生物滤池、 好氧曝气生物滤池、二级缺氧生物滤池、好氧膜生物反应池、污水输 送管路、空气输送管路和抽吸泵;
所述一级缺氧生物滤池包括第一滤池、设置于第一滤池中部的第 一生物滤层结构;所述第一滤池的上部设有进水口，所述第一滤池的 下部设有出水口;
所述好氧曝气生物滤池包括第二滤池、设置于第二滤池中部的第 二生物滤层结构和设置于第二生物滤层结构下方的第一曝气装置;所 述第二滤池的下部设有进水口，所述第二滤池的上部设有出水口;
所述二级缺氧生物滤池包括第三滤池、设置于第三滤池中部的第 三生物滤层结构;所述第三滤池的上部设有进水口，所述第三滤池的 下部设有出水口;
所述好氧膜生物反应池包括第四膜池、设置于第四膜池底部的第 二曝气装置、设置于第四膜池中的超滤膜组件和设置于第四膜池中的 空气提升器;所述第四膜池的下部设有进水口;
所述污水输送管路包括第一污水输送管和第二污水输送管;所述 第一污水输送管与第一滤池的进水口连接，所述第二污水输送管与第 三滤池的进水口之一连接;所述第二滤池的进水口与所述第一滤池的 出水口连接;所述第三滤池的进水口之二与第二滤池的出水口连接; 所述第四膜池的进水口与第三滤池的出水口连接;所述第四膜池中的 超滤膜组件的出水口通过管道与设于第四膜池外部的抽吸泵连接;所 述空气提升器的出水口通过管道与第一滤池内部连接;
所述空气输送管路包括第一空气输送管、第二空气输送管和第三 空气输送管;第一空气输送管与第一曝气装置的进气口连接，所述第 二空气输送管与空气提升器的进气口连接，第三空气输送管与第二曝 气装置的进气口连接。
2.根据权利要求1所述的多级生物反应器，其特征在于：所述第 一生物滤层结构包括上、下两层第一滤板以及设置在两层第一滤板之 间的第一颗粒状生物滤料，上、下两层第一滤板的孔径均小于第一颗 粒状生物滤料的直径。
3.根据权利要求1所述的多级生物反应器，其特征在于：所述第 二生物滤层结构包括上、下两层第二滤板以及设置在两层第二滤板之 间的第二颗粒状生物滤料，上、下两层第二滤板的孔径均小于第二颗 粒状生物滤料的直径。
4.根据权利要求1所述的多级生物反应器，其特征在于：所述第 三生物滤层结构包括上、下两层第三滤板以及设置在两层第三滤板之 间的第三颗粒状生物滤料，上、下两层第三滤板的孔径均小于第三颗 粒状生物滤料的直径。
5.根据权利要求1所述的多级生物反应器，其特征在于：在第二 滤池和第四膜池中分别设置排污管。
6.根据权利要求5所述的多级生物反应器，其特征在于：在第一 污水输送管和第二污水输送管上分别设有一个流量分配仪，流量分配 仪由电控阀门和流量计组成;在抽吸泵的出水管道上设置流量压差在 线测定仪;在第一空气输送管、第二空气输送管和第三空气输送管上 分别设置阀门和气体流量计;在排污管上设置阀门;在第二滤池和第 四滤池中分别设置DO在线检测仪，在第一滤池和第三滤池中分别设 置ORP在线检测仪。
7.根据权利要求1所述的多级生物反应器，其特征在于：所述的 一级缺氧生物滤池、好氧曝气生物滤池、二级缺氧生物滤池、好氧膜 生物反应池为一体化结构，上述四个池体依次沿逆时针或顺时针方向 呈田字形布置，相邻的池体之间共用同一个池壁。
8.根据权利要求1所述的多级生物反应器，其特征在于：所述的 一级缺氧生物滤池、好氧曝气生物滤池、二级缺氧生物滤池、好氧膜 生物反应池为一体化结构，上述四个池体依次沿横向或纵向并排布 置，相邻的池体之间共用同一个池壁。
9.采用根据权利要求1所述的多级生物反应器处理污水的方法， 其特征在于，包括以下步骤：
1)将污水分别通过第一污水输送管和第二污水输送管送入一级 缺氧生物滤池和二级缺氧生物滤池中,分别为第一部分污水和第二部 分污水;
2)第一部分污水在一级缺氧生物滤池进行第一次净化处理，具体 过程为：第一部分污水从第一滤池的上部进水口进入,经过第一生物 滤层结构净化处理后，由第一滤池的下部出水口流出;一级缺氧生物 滤池在缺氧状态下运行;
3)经过第一次净化处理后的第一部分污水在好氧生物滤池进行 第二次净化处理，具体过程为：由第一滤池的下部出水口流出的第一 部分污水进入第二滤池的下部进水口，经过第二生物滤层结构净化处 理后，由第二滤池的上部出水口流出;在净化过程中，控制第一曝气 装置进行连续曝气，使得第二滤池在好氧状态下运行;
4)经过第二次净化处理后的第一部分污水与第二部分污水在二 级生物滤池中汇合，然后进行第三次净化处理，具体过程为：由第二 滤池的上部出水口流出的第一部分污水进入第三滤池的上部进水口 之一;第二部分污水由第二污水输送管进入第三滤池的上部进水口之 二;第一部分污水与第二部分污水汇合并经过第三生物滤层结构净化 处理后，混合液由第三滤池的下部出水口流出;二级缺氧生物滤池在 缺氧状态下运行;
5)经过第三次净化处理后的混合液在好氧膜生物反应池进行第 四次净化处理，具体过程为：由第三滤池的下部出水口流出的污水进 入第四膜池的下部进水口，其中的一部分混合液在空气提升器的作用 下回流到第一滤池中，一部分混合液在抽吸泵的作用下经过超滤膜组 件净化处理后向外排出;在净化过程中，控制第二曝气装置进行连续 曝气，使得第四膜池在好氧状态下运行。
10.根据权利要求9所述的多级生物反应器处理污水的方法，其 特征在于：
在步骤1)中，第一部分污水与第二部分污水的进水流量之比为 6-8:2-4;
在步骤2)中，在第一滤池中的水力停留时间为1.0h,第一生物 滤层结构的滤料填充比为50%，滤料粒径5-8mm，滤板孔径3-5mm;
在步骤3)中，在第二滤池中的水力停留时间为1.5-2.0h,气水 比1-3:1，溶解氧大于1.5-2.0mg/L;第三生物滤层结构的滤料填充 比为50%，滤料粒径5-8mm，滤板孔径3-5mm。
在步骤4)中，在第三滤池中的水力停留时间为0.5-1.0h;第三 生物滤层结构的滤料填充比为50%，滤料粒径5-8mm，滤板孔径3-5mm;
在步骤5)中，在第四滤池中的水力停留时间为1.0-2.0h,污水 回流量与进水量之比为30%-100%，气水比1-3:1，溶解氧大于 2.0mg/L。
说明书
多级生物反应器及采用该反应器处理污水的方法
技术领域
本发明涉及污水处理装置，具体涉及一种多级生物反应器及采用 该反应器处理污水的方法。
背景技术
随着污水处理达标门槛的日益提高，国家对城镇污水排放标准日 益严格，尤其是近期环保部出台的一系列水污染物排放标准(城镇污 水排放须达一级A标准)，原有的城镇污水处理工艺很难实现达标排 放。因此城镇污水处理工艺的提标改造尤为迫切。同时面对日益严重 的水资源短缺问题，全世界都在探索水资源重复利用的新途径，其中 污水处理后再生利用是解决水资源短缺的重要途径之一。因此污水处 理在满足达标排放的前提下，进一步提高出水水质使其达到回用要求 也是污水处理的发展方向。另外，现有的污水处理厂普遍占地面积较 大，对于土地资源紧张、地价昂贵的大中型城市，污水处理的占地面 积已经成为影响污水处理工艺选取的重要影响因素，越来越多的污水 运营企业和工业生产企业在治理污水时将占地面积列为与投资、运行 成本同样重要的经济指标。
曝气生物滤池(BAF)是一种新型的污水生物处理技术，集活性 污泥法、生物接触氧化法的优点于一身，在生物反应器内装填比表面 积大的颗粒状填料，为微生物提供附着生长的载体。由于其具有占地 面积小、投资少、无污泥膨胀、出水水质好等特点，越来越受到重视。 目前曝气生物滤池已广泛应用于污水处理领域。随着排放要求的提高 和污水回用量的增加，目前常规的曝气生物滤池工艺存在的出水悬浮 物浓度偏高、氮磷去除效率不高等问题日显突出，处理水达不到高排 放标准排放和污水再生回用的要求。但我们通过长期研究发现BAF 工艺也存在下列缺点和不足：
1)由于传统的BAF工艺缺乏生物除磷必需的厌氧好氧交替环境， 一般总磷去除率不超过40%。除磷问题一直是限制其工程应用的障 碍。
2)由于冬季气温偏低，微生物活性较差，使污水处理脱氮效率 偏低，两级BAF反应器的对于总氮的去除效果不高，无法满足高标准 脱氮的要求。
3)传统BAF工艺采用上向流的运行方式，在曝气的作用下部分 脱落生物膜会随水排出，影响出水效果，尤其是在辅助加药同步絮凝 时，絮凝颗粒也容易在气泡的扰动随水排走，造成处理效率下降。
4)曝气生物滤池运行中容易出现堵塞现象，增加反冲洗水量和 反冲洗频率，运行管理难度和成本增加。
中国专利申请号为“201220242456.5”的实用新型专利公开了一 种厌氧/好氧BAF-MBR小型集成中水回用装置，包括：原水箱，所述 原水箱依次与好氧BAF，MBR水箱串联连接，所述好氧BAF内设有好氧 BAF曝气头，所述MBR水箱内设有MBR曝气头，顶部设有超滤出水管， 所述好氧BAF曝气头、MBR曝气头与气泵并联连接，所述原水箱与好 氧BAF之间串联厌氧BAF。该装置通过厌氧BAF，截留大分子有机物， 提高污水可生化性，提高在低温、低有机物含量的情况下，去除水中 有机物的能力。但是还存在如下问题：1、该集成中水回用装置将三 个主要净化装置按照工艺串联在一起，各装置之间完全独立分散，并 非一体化装置，占地面积大。2、该集成中水回用装置采用普通滤层 结构，存在传质效果差，反应效率低，易出现堵塞现象的问题。3、 该集成中水回用装置主要是提高了去除水中有机物的能力,而对于氮 磷的去除能力较差。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的是为了提供一种多级生物反 应器及采用该反应器处理污水的方法，该生物反应器能够提高脱氮效 率,提高生物除磷的效果;进一步地,该生物反应器采取特殊设计的滤 层结构,传质效果好，反应效率高，避免了堵塞现象;更进一步地,该 生物反应器为一体化结构，节省占地面积。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种多级生物反应器，其特征在于：包括一级缺氧生物滤池、好 氧曝气生物滤池(好氧BAF)、二级缺氧生物滤池、好氧膜生物反应 池(好氧MBR)、污水输送管路、空气输送管路和抽吸泵;
所述一级缺氧生物滤池包括第一滤池、设置于第一滤池中部的第 一生物滤层结构;所述第一滤池的上部设有进水口，所述第一滤池的 下部设有出水口;
所述好氧曝气生物滤池包括第二滤池、设置于第二滤池中部的第 二生物滤层结构和设置于第二生物滤层结构下方的第一曝气装置;所 述第二滤池的下部设有进水口，所述第二滤池的上部设有出水口;
所述二级缺氧生物滤池包括第三滤池、设置于第三滤池中部的第 三生物滤层结构;所述第三滤池的上部设有进水口，所述第三滤池的 下部设有出水口;
所述好氧膜生物反应池包括第四膜池、设置于第四膜池底部的第 二曝气装置、设置于第四膜池中的超滤膜组件和设置于第四膜池中的 空气提升器;所述第四膜池的下部设有进水口;
所述污水输送管路包括第一污水输送管和第二污水输送管;所述 第一污水输送管与第一滤池的进水口连接，所述第二污水输送管与第 三滤池的进水口之一连接;所述第二滤池的进水口与所述第一滤池的 出水口连接;所述第三滤池的进水口之二与第二滤池的出水口连接; 所述第四膜池的进水口与第三滤池的出水口连接;所述第四膜池中的 超滤膜组件的出水口通过管道与设于第四膜池外部的抽吸泵连接;所 述空气提升器的出水口通过管道与第一滤池内部连接;
所述空气输送管路包括第一空气输送管、第二空气输送管和第三 空气输送管;第一空气输送管与第一曝气装置的进气口连接，所述第 二空气输送管与空气提升器的进气口连接，第三空气输送管与第二曝 气装置的进气口连接。
作为优选，所述第一生物滤层结构包括上、下两层第一滤板以及 设置在两层第一滤板之间的第一颗粒状生物滤料，上、下两层第一滤 板的孔径均小于第一颗粒状生物滤料的直径;
作为优选，第二生物滤层结构包括上、下两层第二滤板以及设置 在两层第二滤板之间的第二颗粒状生物滤料，上、下两层第二滤板的 孔径均小于第二颗粒状生物滤料的直径;
作为优选，所述第三生物滤层结构包括上、下两层第三滤板以及 设置在两层第三滤板之间的第三颗粒状生物滤料，上、下两层第三滤 板的孔径均小于第三颗粒状生物滤料的直径。
作为优选，在第二滤池和第四滤池中分别设置排污管。
作为优选，在第一污水输送管和第二污水输送管上分别设有一个 流量分配仪，流量分配仪由电控阀门和流量计组成，可以自动调节二 条管线上的进水流量分配;在抽吸泵的出水管道上设置流量压差在线 测定仪，实时传输流量和跨膜压差数据;在第一空气输送管、第二空 气输送管和第三空气输送管上分别设置阀门和气体流量计;在排污管 上设置阀门;在第二滤池和第四滤池中分别设置DO在线检测仪，在第 一滤池和第三滤池中分别设置ORP在线检测仪，可根据好氧过程的 DO检测与缺氧过程的ORP检测结果来调整曝气量和回流量，来实现 脱氮除磷的在线控制过程。
作为优选，所述的一级缺氧生物滤池、好氧曝气生物滤池、二级 缺氧生物滤池、好氧膜生物反应池为一体化结构，上述四个池体依次 沿逆时针或顺时针方向呈田字形布置，相邻的池体之间共用同一个池 壁。
作为优选，一级缺氧生物滤池、好氧曝气生物滤池、二级缺氧生 物滤池、好氧膜生物反应池为一体化结构，上述四个池体依次沿横向 或纵向并排布置，相邻的池体之间共用同一个池壁。
采用上述多级生物反应器处理污水的方法，其特征在于，包括以 下步骤：
1)将污水分别通过第一污水输送管和第二污水输送管送入一级 缺氧生物滤池和二级缺氧生物滤池中,分别为第一部分污水和第二部 分污水;
2)第一部分污水在一级缺氧生物滤池进行第一次净化处理，具体 过程为：第一部分污水从第一滤池的上部进水口进入,经过第一生物 滤层结构净化处理后，由第一滤池的下部出水口流出;一级缺氧生物 滤池在缺氧状态下运行;
3)经过第一次净化处理后的第一部分污水在好氧生物滤池进行 第二次净化处理，具体过程为：由第一滤池的下部出水口流出的第一 部分污水进入第二滤池的下部进水口，经过第二生物滤层结构净化处 理后，由第二滤池的上部出水口流出;在净化过程中，控制第一曝气 装置进行连续曝气，使得第二滤池在好氧状态下运行;
4)经过第二次净化处理后的第一部分污水与第二部分污水在二 级生物滤池中汇合，然后进行第三次净化处理，具体过程为：由第二 滤池的上部出水口流出的第一部分污水进入第三滤池的上部进水口 之一;第二部分污水由第二污水输送管进入第三滤池的上部进水口之 二;第一部分污水与第二部分污水汇合并经过第三生物滤层结构净化 处理后，混合液由第三滤池的下部出水口流出;二级缺氧生物滤池在 缺氧状态下运行;
5)经过第三次净化处理后的混合液在好氧膜生物反应池进行第 四次净化处理，具体过程为：由第三滤池的下部出水口流出的污水进 入第四膜池的下部进水口，其中的一部分混合液在空气提升器的作用 下回流到第一滤池中，一部分混合液在抽吸泵的作用下经过超滤膜组 件净化处理后向外排出;在净化过程中，控制第二曝气装置进行连续 曝气，使得第四膜池在好氧状态下运行。
作为优选，在步骤1)中，第一部分污水与第二部分污水的进水 流量之比为6-8:2-4。
作为优选，在步骤2)中，在第一滤池中的水力停留时间为1.0h, 第一生物滤层结构的滤料填充比为50%，滤料粒径5-8mm，滤板孔径 3-5mm。
作为优选，在步骤3)中，在第二滤池中的水力停留时间为 1.5-2.0h,气水比1-3:1，溶解氧大于1.5-2.0mg/L;第三生物滤层结 构的滤料填充比为50%，滤料粒径5-8mm，滤板孔径3-5mm。
作为优选，在步骤4)中，在第三滤池中的水力停留时间为 0.5-1.0h;第三生物滤层结构的滤料填充比为50%，滤料粒径5-8mm， 滤板孔径3-5mm。
作为优选，在步骤5)中，在第四膜池中的水力停留时间为 1.0-2.0h,污水回流量与进水量之比为30%-100%，气水比1-3:1，溶 解氧大于2.0mg/L。
本发明的有益效果在于：
1)本发明将多级BAF与MBR系统相结合，采用缺氧BAF-好氧BAF- 再缺氧BAF-再好氧MBR的多级处理工艺，实现污染物高效去除和污 水的高标准排放或回用;
2)本发明采用分段进水动态分配碳源，根据运行过程中硝态氮 的变化规律自动对二个进水点的碳源进行分配，实现前后二级脱氮， 提高脱氮效率;MBR混合液回流装置的设置，实现脱氮效果的同时提 高生物除磷的效果。
3)本发明BAF滤层采用双层滤板中悬浮颗粒滤料的模式，一是 滤料处于流化状态，传质效果好，反应效率高，同时颗粒滤料之间间 隙大，避免了堵塞现象;二是双层采用多孔滤板，滤板孔径小于滤料 孔径，避免滤料流失，同时脱落生物膜和污水中的悬浮物可以穿过滤 板排出滤料层，底部曝气时微气泡可以进入滤料层，双层多孔滤板既 可以实现固定滤料层，又起到与周边环境进行固气液交换的作用，克 服了原有滤池的不足。
4)本发明的构筑物一体化设计，结构紧凑，四部分池体公用池 壁，节省占地面积，有利于保温。
5)本发明与原有工艺相比回流比较低，节省了硝化液回流量， 同时采用悬浮颗粒滤料避免滤料层的频繁反冲洗，可以大幅度降低运 行成本。
综上所述，本发明采用多级BAF-MBR一体化生物反应器处理城市 污水，COD去除率可以达到92～95%，总氮去除率达到80%以上，TP 去除率70%以上，SS去除率100%。与原有工艺相比在水质处理效果 大幅度提升的同时，可节省运行成本20%以上，节省占地面积30%以 上。