申请日2014.09.11
公开(公告)日2014.12.17
IPC分类号C02F3/30
摘要
一种六段式可移动少曝气陶瓷过滤生物反应器及其污水处理方法，其主要特征主要包括：一个五段式多级生物反应池系统及一个浸没式陶瓷过滤生物反应池;其主要步骤为污水经过五个连续过滤反应池及一个多陶瓷过滤生物反应器，使用过程中大大减少曝气程序，且综合曝气能耗比现有具有除磷脱氮功能的MBR系统降低30%，降低运行费用，出水量可比传统MBR提高10倍，达到100-150L/m2.h，降低投资成本;通过陶瓷过滤器使使用周期增长，有效降低过滤器更换及维护成本。
权利要求书
1.一种六段式可移动少曝气陶瓷过滤生物反应器及其污水处理方法，主要 在于：包括一个五段式多级生物反应池系统及一个浸没式陶瓷生物反应器。
2.根据权利要求1所述五段式多级生物反应池系统包括五个体积相同的反 应池、曝气设备，污泥回流泵组成，浸没式陶瓷生物反应器为在第六生物反应池 中设有陶瓷组件而形成陶瓷生物反应器。
3.根据权利要求1所述陶瓷组件(9)所采用的陶瓷为圆盘或平板式的陶瓷 板，孔径为0.2-0.5μm，5-10块单一的圆盘或平板陶瓷板一组，根据深度、宽 度，横向纵向排布若干组(13)，圆盘背部以中空的排水管联通，经过陶瓷板过 滤的被净化水体，根据情况可用泵提供动力(14)，经过排水管(16)，流入管网 系统;圆盘面部以中空的通气管路(15)联通，经过风机(18)鼓风，气流经通 气管路(15)至各陶瓷板排出，同时压力表(17)检测通气管路压力。
4.根据权利要求1-3所述污水通过自流或进水泵(1)进入第一生物反应池 (3)后，通过联通口(2)依次流入生物反应池(4)、(5)，然后污水从第三生 物反应池(5)分配到第四生物反应池(6)和第五生物反应池(7);生物反应池 (3)、(4)、(5)、(6)、(7)内的预留搅拌器和曝气设备中，只启动第三生物反 应池(5)的曝气设备进行曝气，启动生物反应池(3)、(4)、(6)、(7)的搅拌 器进行搅拌。
5.根据权利要求1、4所述所进污水水质COD、氨氮质量浓度分别超过500 mg/L、60mg/L时，将启动生物反应池(3)、(4)、(6)和(7)中的至少一个曝 气设备进行曝气，五段式多级生物反应池的第一回流系统是通过污泥一级回流泵 (13)与生物反应池(4)或生物反应池(6)或生物反应池(7)中任一池泵送 到第一反生物应池(3)而形成;第六生物反应池(8)和五段式多级生物反应池 组合成六段式生物反应器系统，与陶瓷组件(9)耦合后形成六段式多级陶瓷生 物反应器，六段式多级陶瓷生物反应器的污泥回流系统是通过二级污泥回流泵 (10)从第六生物反应池(8)回流到第二生物反应池(4)而形成;通过排泥阀 (11)或另设排泥泵而形成整个系统的排泥。
6.根据权利要求1-5所述陶瓷组件采用圆盘状的陶瓷或平板式的陶瓷组成 (13)，正面联通气管(15)，背部连排水管(16)，进入生物池的水通过陶瓷板 得到净化后经排水管流入管网系统，根据情况可用泵提供动力，陶瓷板正面联通 气管(15)，通过风机鼓风(18)，将陶瓷板堵塞位眼打通，同时与通气管路安装 压力表(17)，检测气路压力。
说明书
一种六段式可移动少曝气陶瓷过滤生物反应器及其污水处理方法
技术领域
本发明涉及一种六段式可移动少曝气陶瓷过滤生物反应器及其污水处 理方法，属于污水处理领域。
背景技术
陶瓷过滤生物反应器(Ceramic Filtration Bio-Reactor，CFBR)是 一种将陶瓷分离技术与生物处理技术相结合的污水处理技术，它以陶瓷组件取代 传统生物处理中的二沉池，可保持高活性污泥浓度，减少污水处理设施占地，并 通过保持低污泥负荷减少污泥量。CFBR主要利用陶瓷分离设备截留槽内的活性 污泥与大分子固体物，因此系统内活性污泥(MLSS)浓度可提升10,000mg/L， 污泥龄(SRT)可延长30天以上，可降低生物反应池体积，提高难降解物质降解 率。
国内外对CFBR的研究大致可分为以下几个方面：探索不同生物处理 工艺与陶瓷分离单元的组合形式;与陶瓷结合的生物处理单元已从传统活性污泥 法扩展到接触氧化法、活性污泥与生物陶瓷相结合的复合式工艺、两相厌氧工艺 等;研究陶瓷生物反应系统的处理效果与陶瓷污染的影响因素、研究陶瓷生物反 应器的生物化学反应机理与数学模型，探求合适的操作条件与工艺参数，尽可能 减轻陶瓷污染，提高陶瓷组件的处理能力和运行稳定性;扩大CFBR的应用范围： CFBR的研究对象从生活污水扩展到高浓度有机废水(食品废水、啤酒废水)与 难降解工业废水(焦化废水、印染废水等)。
但CFBR技术也存在材料、制备大尺寸多孔陶瓷制品成本，合理协调 孔隙度和强度关系等问题阻碍其在工业领域的大规模应用。此外，多数CFBR系 统没有集成前级生物处理单元或前级生物预处理单元设计不合理，处理效率不 高，导致设计水通量偏低，增加了CFBR系统的投资成本。
发明内容
本发明要解决的技术问题为：提升CFBR系统水通量指标，降低投资成 本;降低CFBR系统综合曝气能耗指标，减少运行费用;减缓CFBR系统的陶瓷污 染，延长陶瓷更换周期，降低陶瓷的维护与更换成本。可为村镇污水、工业废水、 高档小区、别墅等需要半集中/分散污水处理的地方提供免土建、免安装的解决 方法。
本技术路线：采用提供一种六段式可移动少曝气陶瓷过滤生物反应器 及其污水处理方法，其特征是：该反应器包括以下两部分：五段式多级生物反应 池系统及浸没式陶瓷过滤生物反应器系统。
五段式多级生物反应池系统：所述五段式多级生物反应池系统由五个 在体积和深度方面完全相同的第一生物反应池3、第二生物反应池4、第三生物 反应池5、第四生物反应池6、第五生物反应池7组成。污水通过自流或进水泵 1进入第一生物反应池3后，通过联通口2依次流入第二生物反应池4、第三生 物反应池5，然后从第三生物反应池5分配到第四生物反应池6和第五生物反应 池7。五个生物反应池内同时预留搅拌器和曝气设备。但通常情况下仅对第三生 物反应池5的曝气设备进行曝气，而形成曝气池，对第一生物反应池3、第二生 物反应池4、第四生物反应池6、第五生物反应池7的搅拌器进行搅拌。如果所 进污水水质COD或氨氮浓度分别超过500mg/L与60mg/L时，酌情将第一生物 反应池3、第二生物反应池4、第四生物反应池6、第五生物反应池7中的至少 一个换成进行曝气的曝气池。五段式多级生物反应池第一回流系统通过污泥一级 回流泵13从第二生物反应池4、第四生物反应池6、第五生物反应池7中任一池 泵送到第一生物反应池3中来实现。图1说明中仅对将污泥从第四生物反应池6 回流到第一生物反应池3的情况进行了图示说明。
通常情况下，该发明的五段式多级生物反应池的第一生物反应池3是 厌氧环境形成厌氧池，去除有机物并释放磷;第二生物反应池4、第四生物反应 池6、第五生物反应池7是缺氧环境缺氧池，进行反硝化除磷，同时去除有机物、 N和P;第三生物反应池5是好氧环境形成好氧池，能够去除有机物、氨氮和P。 通过交替的厌氧/缺氧/好氧环境，利用多级反应理论，对污水中的COD、N、P 指标形成五级去除效应，并且能够充分利用污水中的有限碳源，强化反硝化除磷 效果，达到对污染物的高效去除。
五段式多级生物反应池厌氧池、缺氧池、好氧池的数量比为1∶3∶1，因 此可以节约曝气量30%。
传统除磷脱氮工艺有相当一部分碳源在缺氧池被普通反硝化细菌利 用，削减了反硝化除磷菌可利用的总碳源;而且由于外回流中硝态氮含量弱化了 厌氧环境，对厌氧池有效释磷也会产生不利影响，进一步加重了除磷和脱氮之间 的矛盾，主要体现在工艺总体脱氮水平和内回流比成正相关，但内回流比越大， 缺氧和好氧环境边界越模糊、工艺运行能耗越高。无法充分利用外回流中的硝态 氮作为反硝化除磷电子供体，而是必需尽量减轻其不利影响。无法充分利用多池 一体化工艺水流循环灵活的优点，浪费了水的重力势能而辅以机械提升的能量方 式。
五段式多级生物反应池通过减缓回流污泥中残留硝态氮对厌氧池的 不利影响和更大比例的缺氧池比例在系统中富集反硝化除磷菌，其运行方式如图 1所示;该方法的厌氧池、缺氧池、好氧池数量比为1∶3∶1。第一生物反应池 3即厌氧池的生物量维持通过从第四生物反应池6即缺氧池的回流实现，尽量减 少污泥外回流中残留硝态氮对厌氧池的不利影响;第四生物反应池6和第五生物 反应池7即缺氧池，所需要的硝态氮通过与其相邻的第三生物反应池5即好氧池 自流进入获得，节省了缺氧内回流所需的大量能量。污水自流进入第四生物反应 池6和第五生物反应池7之后，易生物降解性COD几乎全部被合成为PHAs， 此时聚磷菌以PHAs做电子供体进行吸磷的潜力较大，因此尽管厌氧时间短，依 然可以有较好的释磷和合成PHAs作用;来自污泥外回流混合液中含有一定的硝 态氮，可以作为生化反应的电子受体，因此在第二生物反应池4即缺氧池内会发 生一定程度的反硝化除磷作用。污水自流进入第三生物反应池5之后，由于大部 分COD都以胞内物质的形式存在于污泥相中，水相有机物含量很少，污泥负荷 低，有利于硝化反应的进行。因此在第三生物反应池5中除了发生好氧吸磷反应 之外，还会发生一定程度的硝化反应。由于水力条件的作用，第三生物反应池5 内污泥混合液约有2/3进入第四生物反应池6，有1/3进入第五生物反应池7。第 五生物反应池7除了反应时间更长之外，和第四生物反应池6所发生的生化反应 是相同的：聚磷菌利用来自第三生物反应池5的硝态氮作电子受体，利用PHAs 作电子供体，进一步反硝化除磷脱氮。由于五段式多级生物反应池强化了缺氧除 磷的效果，氧气用于除磷的需求锐减，因此节约了大量的曝气能耗。
浸没式陶瓷生物反应器：将陶瓷组件9浸没在第六生物反应池8中， 形成陶瓷生物反应器。第六生物反应池8的体积和深度与第一生物反应池3-第五 生物反应池7完全相同，通过曝气保持其中的好氧环境，去除有机物、氨氮和磷。 所采用的陶瓷为圆形或板型，孔径为0.2-0.5μm，通过串联与并联结合，中通排 水管的方式，能起到固液分离和截留大分子有机物的作用。陶瓷生物反应器出水 可通过清水泵(15)抽吸实现。陶瓷板正面联通气管，定期鼓风，气体由气管经 由陶瓷板表面微孔排出，能起到提高水中溶解氧和防止阻塞陶瓷板的作用。
第六生物反应池8和五段式多级生物反应池组合成六段式生物反应器 系统，与陶瓷过滤耦合后形成本发明的主体-六段式多级陶瓷生物反应器系统。 该系统的二级污泥回流系统通过二级污泥回流泵10从第六生物反应池8回流到 第二生物反应池4实现。整个系统的排泥通过排泥阀11或另设排泥泵实现。
由于有五段式多级生物反应池作为陶瓷过滤生物反应器的预处理， CFBR的负荷大幅降低，削减了陶瓷过滤器污染的形成，延长了陶瓷的寿命，并 提升了水通量。
第六生物反应池8即好氧池作为本方法的最后一级屏障，可起到进一 步硝化和除磷的功能。由于有了陶瓷过滤器的高效截留作用，一体化生物反应池 内污泥量可以高达10mg/L，并且可以增加微生物与难降解有机物的接触时间。 这样就实现了整个系统对污染物的高效去除，确保了出水水质优标排放或回用。 同时由于一体化生物反应能有效降低COD等生物粘性物质与胞内聚合物，减少 了过滤器的污染，延长了更换周期，降低了成本。
污水通过自流或进水泵1进入第一生物反应池3后，通过联通口2依 次流入第二生物反应池4、第三生物反应池5，然后污水从第三生物反应池5分 配到第四生物反应池6和第五生物反应池7;第一生物反应池3、第二生物反应 池4、第三生物反应池5、第四反应池6、第五生物反应池7内的预留搅拌器和 曝气设备中，只启动第三生物反应池5的曝气设备进行曝气，启动第一生物反应 池3、第二生物反应池4、第四生物反应池6、第五生物反应池7的搅拌器进行 搅拌。
所进污水水质COD、氨氮质量浓度分别超过500mg/L、60mg/L时， 将启动第一生物反应池3、第二生物反应池4、第四生物反应池6和第五生物反 应池7中的至少一个曝气设备进行曝气。
所述五段式多级生物反应池的第一回流系统是通过污泥一级回流泵 13与第二生物反应池4或第四生物反应池6或第五生物反应池7中任一池泵送 到第一反生物应池3而形成;第六生物反应池8和五段式多级生物反应池组合成 六段式生物反应器系统，与陶瓷过滤组件9耦合后形成六段式多级陶瓷过滤生物 反应器，六段式多级陶瓷过滤生物反应器的污泥回流系统是通过二级污泥回流泵 10从第六生物反应池8回流到第二生物反应池4而形成;通过排泥阀11或另设 排泥泵而形成整个系统的排泥。本发明的六段式可移动少曝气陶瓷过滤生物反应 器是一种一体化的多级陶瓷过滤生物反应器，可通过集装箱运送到污水处理现 场，实现污水处理零土建、零安装，可大大缩短污水处理工程的建设周期。可为 村镇污水、工业废水、高档小区、别墅等需要半集中/分散污水处理的地方提供 免土建、免安装的解决方法，实现零土建、零安装的污水处理装置。
水通量可比传统MBR系统提高10倍，达到100-150L/m2h，对压力需求 小，甚至无需压力，降低投资成本;(2)相比于传统膜孔径0.05-0.1μm，陶瓷 孔径大0.2-0.5μm，可以有效截留SS;(3)本发明综合曝气能耗比现有具有除 磷脱氮功能的MBR系统降低30%;(4)本发明六段式生物反应池能有效降低COD 等生物粘性物质，胞内聚合物，水力负荷更低;(5)通过生物反应池与陶瓷过滤 组件耦合，能有效降低过滤器污染，延长陶瓷组件更换周期，降低陶瓷组块维护 与更换成本;(6)通过陶瓷过滤器联通气管，定期鼓气能有效防止过滤器阻塞， 提高池内溶解氧浓度，有利于生物反应，延长了陶瓷过滤器的使用周期。