申请日2012.08.31
公开(公告)日2013.11.13
IPC分类号C02F3/12
摘要
一种外置式连续流好氧颗粒污泥膜生物反应器，该反应器包括连续流生物反应池、膜组件及曝气设备，其中，该连续流生物反应池与进水池相连，其内能够形成和保留好氧颗粒污泥，所述膜组件设置在所述连续流生物反应池的外部，该膜组件的进水口与所述连续流生物反应池上部的出水口相连，所述曝气设备为生物降解反应提供必需的氧气;待处理污水采用连续流方式进入该连续流生物反应池，污水中的污染物质与反应池中的好氧颗粒污泥相接触，在由曝气设备供给氧气的条件下，进行好氧颗粒污泥处理，之后污水进入膜组件，由膜组件对固液混合物进行分离，并连续排出滤过液。本发明既可保留膜生物反应器原有出水水质良好的优势，又可以发挥颗粒污泥同步去除有机物和脱氮除磷的优势特征。
权利要求书
1.一种外置式连续流好氧颗粒污泥膜生物反应器，其特征在于，该反应器包括连续流 生物反应池、膜组件及曝气设备，其中，该连续流生物反应池底部的入口通过进水泵与进水 池相连，其内能够形成和保留好氧颗粒污泥，所述连续流生物反应池内包括下部的反应区和 上部的固液分离区，所述反应区的高径比(H/D)为2:1～10:1，且是在距反应池顶部1/6～1/3 处体积膨大形成所述固液分离区，固液分离区与反应区直径比为1:1～3:1;所述反应区内设 置有导流结构，以将所述反应区分为高溶氧区以及低溶氧区，所述固液分离区是由反应区上 部体积膨大而形成，其内设有固液分离器，所述固液分离器包括单个或多个具有上斜面与下 斜面的结构，在所述反应区中高速流动的固液混合物，进入该分离区后流速迅速降低，从而 使大部分沉降性能好的颗粒沿分离区侧壁返回反应区;所述膜组件设置在所述连续流生物反 应池的外部，该膜组件的进水口与所述连续流生物反应池上部的出水口相连，所述曝气设备 为生物降解反应提供必需的氧气;待处理污水采用连续流方式进入该连续流生物反应池，污 水中的污染物质与反应池中的好氧颗粒污泥相接触，在由曝气设备供给氧气的条件下，进行 好氧颗粒污泥处理，之后污水进入膜组件，由膜组件对固液混合物进行分离，并连续排出滤 过液。
2.如权利要求1所述的外置式连续流好氧颗粒污泥膜生物反应器，其特征在于，所述 固液分离区设有单层或多层的所述固液分离器，且固液分离器设于固液分离区液面以下的位 置。
3.如权利要求1所述的外置式连续流好氧颗粒污泥膜生物反应器，其特征在于，所述 膜组件采用浸没式膜组件或压力式膜组件，其分离膜采用微滤膜或超滤膜，其膜类型为中空 纤维膜或平板膜，其膜材料为有机膜或无机膜。
4.如权利要求1所述的外置式连续流好氧颗粒污泥膜生物反应器，其特征在于，所述 膜组件将绝大部分悬浮颗粒物质保留在反应池中，滤过液由抽吸泵从膜组件中泵出。
5.如权利要求1至4任一项所述的外置式连续流好氧颗粒污泥膜生物反应器，其特征 在于，所述外置式膜组件设有连通至连续流生物反应池的排泥口，截留在膜组件外的颗粒污 泥或其他颗粒物将通过该排泥口返回连续流生物反应池，或作为剩余污泥排出。
6.如权利要求1所述的外置式连续流好氧颗粒污泥膜生物反应器，其特征在于，所述 曝气设备包括连通至连续流生物反应器的第一部分以及连通至所述外置式膜组件下方的第 二部分，第一部分为生物降解反应提供必需的氧气，所述第二部分为膜组件提供有效的擦洗 作用。
说明书
外置式连续流好氧颗粒污泥膜生物反应器
技术领域
本发明涉及一种污水处理技术，尤其是指一种外置式连续流好氧颗粒污泥膜生物反应 器。
背景技术
随着城市化进程的加快、城市人口的增加，工业废水与生活污水的排放量日益增多。近 年来，由于水环境污染和水体富营养化问题的加剧，水污染控制技术的应用越来越广泛。生 物降解法是去除废水中有机物最经济有效的方法。根据生物代谢过程中对氧的需求状况，微 生物可分为好氧微生物、缺氧微生物、厌氧微生物和介于其间的兼性微生物，其中好氧微生 物在污水处理中一直占据主导地位，多用于处理中等浓度以下的污水。
传统的活性污泥污水处理系统存在许多不足，如容易产生大量的剩余污泥，对冲击负荷 敏感、反应器体积庞大及容积负荷较低;极易引起丝状菌大量生长，导致污泥膨胀，处理效 率下降，甚至引起处理工艺瘫痪。近年来，出现了许多将生物自絮凝原理应用于好氧反应系 统中、以实现好氧污泥的颗粒化的研究：由于在反应器中留存了大量沉降性能好的好氧颗粒 状活性污泥，可降低对污泥沉淀系统的要求，减少剩余污泥的排放，同时显著降低整体运行 能耗。这种好氧颗粒污泥技术利用了微生物的自絮凝形成结构密实的菌体，具有泥水分离性 能较好、耐受有机负荷高等优点。由于集不同性质微生物(好氧、缺氧和厌氧微生物)于一 体，在反应器中能够达到较高的污泥浓度，从而提高了反应器的容积负荷和抗冲击负荷能力; 因其具有良好的沉降性能，可减少反应器容积及占地面积，在经济方面具有很重要的意义。 同时，好氧颗粒污泥还可用于工业废水中难降解物质(重金属和复杂有机物)的处理，尤其 是在处理高浓度有机废水和脱氮除磷方面。
膜生物反应器(MBR)是将膜分离技术与生化处理技术相结合的一项新兴污水处理技术， 其可在紧凑的空间内同时实现微生物对污染物质的降解和膜对污染物质的分离，具有高效、 实用、工艺紧凑、节省占地等优点。如图1所示，膜生物反应器主要包括以下部分：
1)厌氧/缺氧，好氧池
2)膜池及膜组件
3)进水、出水及污泥回流系统
具体地，进水1’通过精细格栅2’进入缓冲池3’，然后送入厌氧池/缺氧池5’，经 过其中的搅拌器4’，由厌氧池/缺氧池5’对污水中的氮磷实现高效脱除后的污水进入好氧 池6’，好氧池6’中设有传感器8’以及曝气分配器9’，经过好氧池6’处理后的污水进 入膜池7’，经过其中的膜组件10’处理后利用抽吸泵12’抽出滤出液，其中膜组件10’ 的排液管道上设有压力传感器11’，曝气设备14’通过气体流量计13’将气体送至膜组件 10’下方，膜池7’底部通过循环泵15与厌氧池/缺氧池5’及污泥存放池相通。
具有上述结构的膜生物反应器(MBR)具有如下缺陷：
1)膜污染问题和相对于传统污水处理工艺的高能耗，仍然是限制该技术广泛应用和推 广的主要瓶颈。膜污染物质及污染过程直接与反应器中污泥性状以及微生物生长特征密切相 关。随着对MBR认识和研究的深入，如何调整改善MBR中微生物形态及污泥性状，从而达到减 缓膜污染的目的，已经成为膜生物反应器研究的重点问题之一。
2)此外，如要对污水中的氮磷实现高效脱除，在好氧池和膜池的基础上，还需要增加 厌氧反应池、缺氧反应池、以及各反应池之间的再循环系统，这会显著增加系统的固定投入 成本和占地面积。
申请号为200710058108.7的专利公开了一种一体式好氧颗粒污泥膜生物反应器，申请 号为200720023157.1的专利公开了一体化好氧颗粒污泥膜生物反应器，这类膜生物反应器 主要包括：
1)好氧颗粒污泥反应池
2)膜组件
3)进水、出水系统
此类一体式好氧颗粒污泥膜生物反应器具有如下缺陷：
1)反应器内很难有效形成和保留好氧颗粒污泥，需外源培养后定期添加;
2)由于膜组件浸没于好氧颗粒污泥反应器中，膜组件的曝气膜擦洗会造成运行过程中 好氧颗粒污泥的大量破碎，因此反应器稳定性无法保证，需频繁启动或外源接种大量颗粒污 泥。
3)好氧颗粒污泥的形成及去除污染物需要有效的固液流动，而膜组件若浸没于好氧颗 粒污泥反应器中，当颗粒污泥浓度较高时，膜组件会阻挡颗粒污泥的运动，使得颗粒污泥无 法充分与污染物接触，降低污染物去除效率;甚至，颗粒污泥会板结在平板膜之间或中空纤 维膜组件的两端，显著降低有效膜过滤面积，增加膜清洗频率，缩短膜使用寿命。
4)目前一体式好氧颗粒污泥膜生物反应器多采用序批式进出水方式，这样会增加系统 控制的复杂性，且明显限制了该反应器的应用领域。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提出一种外置式连续流好氧颗粒污泥膜生物反应器，以改 善或克服现有技术存在的一项或多项缺陷。
本发明的技术解决方案是：一种外置式连续流好氧颗粒污泥膜生物反应器，该反应器包 括连续流生物反应池、膜组件及曝气设备，其中，该连续流生物反应池与进水池相连，其内 能够形成和保留好氧颗粒污泥，所述膜组件设置在所述连续流生物反应池的外部，该膜组件 的进水口与所述连续流生物反应池上部的出水口相连，所述曝气设备为生物降解反应提供必 需的氧气;待处理污水采用连续流方式进入该连续流生物反应池，污水中的污染物质与反应 池中的好氧颗粒污泥相接触，在由曝气设备供给氧气的条件下，进行好氧颗粒污泥处理，之 后污水进入膜组件，由膜组件对固液混合物进行分离，并连续排出滤过液。
由于膜污染物质及污染过程直接与反应器中污泥性状以及微生物生长特征密切相关，因 此，随着对MBR认识和研究的深入，如何调整改善MBR中微生物形态及污泥性状，从而达到 减缓膜污染的目的，已经成为膜生物反应器研究的重点问题之一。膜生物反应器中污泥既要 具有较高的活性、适当的高污泥浓度，能保障高质量出水，又要具有一定的空间尺度(不细 碎)和强度，保持良好的分离特性和减少对膜的污染。因此，微生物自身形成的具有一定尺 寸的颗粒化污泥比一般的絮状污泥更能满足膜生物反应器的特征要求。因此，本发明将好氧 颗粒污泥技术与膜分离技术有机结合，既可保留膜生物反应器原有出水水质良好的优势，又 可以发挥颗粒污泥同步去除有机物和脱氮除磷的优势特征。同时，颗粒污泥较大的粒径和致 密的结构还可大大提高混合液的过滤性能，增加膜通量，减缓膜污染过程，延长膜的使用寿 命。
经过试验表明，本发明的外置式连续流好氧颗粒污泥-膜生物反应器在应用中具有如下 优点：
1)固定投入成本以及能源消耗水平相较于其他膜生物反应器将显著减少30%以上;
2)膜使用寿命将由3-5年延长至7-10年;
3)占地面积相对于传统活性污泥法有望减少达75%以上。
4)系统控制简单，连续运行稳定，可广泛应用于市政、工业、高浓度、难降解、含有 毒污染物的污水处理及回用领域。