申请日2012.09.19
公开(公告)日2013.09.04
IPC分类号C02F3/30
摘要
本发明涉及一种泥膜共生复合式膜生物反应器及其污水处理和回用的方法，该反应器包括厌氧折流单元、缺氧单元、接触氧化单元和膜生物反应单元;所述厌氧折流单元通过第Ⅰ过水孔与缺氧单元连通，缺氧单元通过第Ⅱ过水孔与接触氧化单元连通，缺氧单元侧壁靠近第Ⅱ过水孔处设置有混合液回流管，该混合液回流管与厌氧折流单元的进水端连通;接触氧化单元通过第Ⅲ过水孔与膜生物反应单元连通;膜生物反应单元通过穿墙回流泵与缺氧单元连通。该反应器主要用于生活污水、微污染水源水、工业废水以及高氨氮有机工业废水的处理及回用。该污水处理和回用方法出水水质优良可回用，同步脱氮除磷效果好，抗膜污染，能耗低，容积负荷高，运行稳定，占地少。
权利要求书
1.一种泥膜共生复合式膜生物反应器，包括厌氧折流单元(1)、缺氧单元(2)、接触氧化单元(3)和膜生物反应单元(4);其特征是，
所述厌氧折流单元(1)的一侧壁顶部设有进水管(5);厌氧折流单元(1)通过第Ⅰ过水孔(12)与缺氧单元(2)连通，其中第Ⅰ过水孔(12)设置在厌氧折流单元(1)与缺氧单元(2)共用的侧壁上;
所述缺氧单元(2)内有悬浮填料Ⅰ(13)，中部浮动安装有液下曝气搅拌两用机(14);缺氧单元(2)通过第Ⅱ过水孔(15)与接触氧化单元(3)连通，其中第Ⅱ过水孔(15)设置在缺氧单元(2)与接触氧化单元(3)共用的侧壁上;缺氧单元(2)侧壁靠近第Ⅱ过水孔(15)处设置有混合液回流管(16)和安装在混合液回流管(16)上的混合液回流泵(17)，该混合液回流管(16)与厌氧折流单元(1)的进水端连通;
所述接触氧化单元(3)内有悬浮填料Ⅱ(18)，底部设有微孔曝气器(19);接触氧化单元(3)通过第Ⅲ过水孔(20)与膜生物反应单元(4)连通，其中第Ⅲ过水孔(20)设置在接触氧化单元(3)与膜生物反应单元(4)共用的侧壁上;
所述膜生物反应单元(4)内部设置有至少一组膜组器(22)，膜组器(22)顶部设有出水管(23)，该出水管(23)上设置有抽吸泵(26);膜组器(22)底部设有穿孔曝气器(21)，每组或多组膜组器底部的穿孔曝气器(21)连接风管Ⅱ(32)，风管Ⅱ(32)设有脉冲阀(29);膜生物反应单元(4)池底设有排泥管(27)，该排泥管(27)与排泥泵(28)连接;膜生物反应单元(4)通过穿墙回流泵(24)与缺氧单元(2)连通，其中穿墙回流泵(24)设置在膜生物反应单元(4)与缺氧单元(2)共用的侧壁下部。
2.根据权利要求1所述一种泥膜共生复合式膜生物反应器，其特征是，所述第Ⅰ过水孔(12)、第Ⅱ过水孔(15)、第Ⅲ过水孔(20)和穿墙回流泵(24)处均垂直设置有筛网(25)。
3.根据权利要求1或2所述一种泥膜共生复合式膜生物反应器，其特征是，所述膜组器(22)为中空纤维膜组件或平板式膜组件。
4.根据权利要求1或2所述一种泥膜共生复合式膜生物反应器，其特征是，所述厌氧折流单元(1)由多格折流室(6)串联组成，每格折流室(6)中部设立体弹性填料(7)，中间设垂直挡板(8);每格折流室，底部设置有泥斗(9)，每个泥斗底部设置有抽泥管(10)，该抽泥管(10)与抽泥泵(11)连接。
5.根据权利要求4所述一种泥膜共生复合式膜生物反应器，其特征是，所述泥斗(9)为锥形泥斗。
6.用权利要求1-5之一所述泥膜共生复合式膜生物反应器进行污水处理和回用的方法，其特征是，具体步骤为：
(1)污水通过进水管进入厌氧折流单元完成水解酸化反应，同时完成厌氧释磷反应，控制厌氧折流单元溶解氧≤0.2mg/L;
(2)厌氧折流单元出水进入缺氧单元反应，控制缺氧单元溶解氧≤0.5mg/L;缺氧单元出水一部分回流至厌氧折流单元，控制回流比25%-100%，另一部分进入接触氧化单元，控制接触氧化单元溶解氧2mg/L -6mg/L;污废水中的有机物在接触氧化单元被氧化降解，氨氮被氧化为硝酸盐氮或亚硝酸盐氮;溶解性磷酸盐被微生物过量吸收，通过排泥得到削减;
(3)接触氧化单元出水进入膜生物反应单元处理后通过抽吸泵负压抽吸出水，控制膜生物反应单元溶解氧2mg/L-6mg/L，悬浮污泥浓度2000 mg/L～2500 mg/L，膜生物反应单元采用脉冲阀控制风量，进行脉冲曝气以降低曝气能耗，平均气水比≤15:1;膜生物反应单元出水通过抽吸泵从膜组件顶部抽出;膜生物反应单元的含亚硝酸盐或硝酸盐氮的泥水混合液部分回流至缺氧单元进行反硝化反应，控制回流比50%-200%，其中亚硝酸盐或硝酸盐氮反硝化成氮气，完成脱氮。
7.权利要求6所述用泥膜共生复合式膜生物反应器进行污水处理和回用的方法，其特征是，在处理生活污水时，控制厌氧折流单元的水力停留时间0.5h-1.5h，溶解氧≤0.2mg/L;控制缺氧单元的水力停留时间1h-2h，溶解氧≤0.5mg/L;控制接触氧化单元的水力停留时间2h-4h，溶解氧2 mg/L -6mg/L;控制膜生物反应单元的水力停留时间1h-2h，溶解氧2mg/L-6mg/L，悬浮污泥浓度2000 mg/L～2500 mg/L，平均气水比≤15:1。
说明书
一种泥膜共生复合式膜生物反应器及其污水处理和回用的方法
技术领域
本发明涉及污废水处理装置及其污水处理和回用的方法，特别涉及生活污水、微污染水源水、工业废水以及高氨氮有机工业废水的处理和回用。
背景技术
我国淡水资源极度短缺，人均淡水资源仅为世界平均值的1/3。中国660多个城市中，缺水城市约400个，严重缺水的城市约108个。中国每年工业、生活污水排放量达600多亿m3，90%的城市水域受到不同程度的污染。如何高效低耗的处理污废水，使其回收再利用或达标排放是污废水处理领域的重要课题。目前，常用的污废水处理有活性污泥法、生物膜法、膜生物反应器等工艺。
活性污泥法是微生物悬浮生长系统，生物膜法是微生物附着生长系统，两种工艺各有优缺点。活性污泥法生物除磷要求污泥龄较短，而氨氮的硝化又要求污泥龄较长，二者往往不能兼顾。生物膜法工艺中的填料有利于硝化菌生长，但不利于聚磷菌生长，生物除磷效果较差。复合生物反应器是由悬浮生长微生物和附着生长微生物共同作用的生物反应器。复合生物反应器内附着生长的微生物污泥龄较长，有利于硝化菌生物生长;悬浮生长的微生物可以控制在较短的污泥龄状态，且反复处于厌氧、缺氧、好氧环境，有利于生物除磷。复合生物反应器可以较好地兼顾生物脱氮和生物除磷的要求，但是仍然存在悬浮生长的微生物较难培养及脱落的生物膜较难沉淀等问题。
膜生物反应器(MBR)工艺是污水生物处理技术与膜分离技术的有机结合。污水在反应器中经生物处理完成对有机污染物质的分解与转化后，利用微滤膜(MF)或超滤膜(UF)的高效分离完成污水的固液分离，从而达到净化效果。设置于反应器中的膜组件可完全取代传统工艺中的二沉池和常规过滤、吸附单元，使水力停留时间(HRT)和污泥龄(SRT)完全分离，并获得稳定、优质的出水水质。虽然MBR具有出水水质优良、占地面积小、剩余污泥量少等优点，但仍存在两大方面问题： 膜材料本身的问题，包括易膜污染、膜材料造价高/通量低、膜断丝等问题;膜的工艺优化及应用问题，包括能耗高、工艺流程形式及应用领域需不断研究等问题。
最接近的现有技术是：专利201120242413.2的发明公开了一种以微污染水体为水源的再生水处理装置，包括常规水处理单元，在常规水处理单元的前部分增设生物预处理单元，并在常规水处理单元的后部分增设深度处理膜单元;所述生物预处理单元由厌氧池、缺氧水解酸化池、生物接触氧化池依次连接组成;所述深度处理膜单元为膜生物反应器。该装置具有一定的优势，但该装置主要是针对微污染水的处理，未涉及到生活污水、工业废水以及高氨氮有机工业废水的处理和回用;该装置内微生物主要以生物膜形式附着在载体上，未提及泥膜共生系统，该装置容积负荷相对低，且能耗较高。
发明内容
本发明的目的是为了解决膜生物反应器易膜污染、活性污泥法中脱氮与除磷所要求的污泥龄冲突、生物膜法工艺生物除磷效果较差等问题，旨在于提供一种出水水质优良并可回用，同步脱氮除磷效果好，抗膜污染，能耗低，容积负荷高，运行稳定，占地少的泥膜共生复合式膜生物反应器及其污水处理和回用方法(简称HBR-MBR工艺)。
为解决上述问题，本发明技术方案是：
技术方案之一：
一种泥膜共生复合式膜生物反应器，包括厌氧折流单元、缺氧单元、接触氧化单元和膜生物反应单元;
所述厌氧折流单元的一侧壁顶部设有进水管;厌氧折流单元通过第Ⅰ过水孔与缺氧单元连通，其中第Ⅰ过水孔设置在厌氧折流单元与缺氧单元共用的侧壁上;
所述缺氧单元内有悬浮填料Ⅰ，中部浮动安装有液下曝气搅拌两用机;缺氧单元通过第Ⅱ过水孔与接触氧化单元连通，其中第Ⅱ过水孔设置在缺氧单元与接触氧化单元共用的侧壁上;缺氧单元侧壁靠近第Ⅱ过水孔处设置有混合液回流管和安装在混合液回流管上的混合液回流泵，该混合液回流管与厌氧折流单元的进水端连通;
所述接触氧化单元内有悬浮填料Ⅱ，底部设有微孔曝气器;接触氧化单元通过第Ⅲ过水孔与膜生物反应单元连通，其中第Ⅲ过水孔设置在接触氧化单元与膜生物反应单元共用的侧壁上;
所述膜生物反应单元内部设置有至少一组膜组器，膜组器顶部设有出水管，该出水管上设置有抽吸泵;膜组器底部设有穿孔曝气器，每组或多组膜组器底部的穿孔曝气器连接风管Ⅱ，风管Ⅱ设有脉冲阀;膜生物反应单元池底设有排泥管，该排泥管与排泥泵连接;膜生物反应单元通过穿墙回流泵与缺氧单元连通，其中穿墙回流泵设置在膜生物反应单元与缺氧单元共用的侧壁下部。
所述第Ⅰ过水孔、第Ⅱ过水孔、第Ⅲ过水孔和穿墙回流泵处优选均垂直设置有筛网。
所述膜组器优选为中空纤维膜组件或平板式膜组件。
所述厌氧折流单元优选由多格折流室串联组成，每格折流室中部设立体弹性填料，中间设垂直挡板;每格折流室，底部设置有泥斗，每个泥斗底部设置有抽泥管，该抽泥管与抽泥泵连接。
所述泥斗优选为锥形泥斗。
技术方案之二：
用上述泥膜共生复合式膜生物反应器进行污水处理和回用的方法，具体步骤为：
(1)污水通过进水管进入厌氧折流单元完成水解酸化反应，同时完成厌氧释磷反应，控制厌氧折流单元溶解氧≤0.2mg/L;
(2)厌氧折流单元出水进入缺氧单元反应，控制缺氧单元溶解氧≤0.5mg/L;缺氧单元出水一部分(下文称为混合液)回流至厌氧折流单元，控制回流比25%-100%，另一部分进入接触氧化单元，控制接触氧化单元溶解氧2mg/L -6mg/L;污废水中的有机物在接触氧化单元被氧化降解，氨氮被氧化为硝酸盐氮或亚硝酸盐氮;溶解性磷酸盐被微生物过量吸收，通过排泥得到削减;
(3)接触氧化单元出水进入膜生物反应单元处理后通过抽吸泵负压抽吸出水，控制膜生物反应单元溶解氧2mg/L-6mg/L，悬浮污泥浓度2000 mg/L～2500 mg/L，膜生物反应单元采用脉冲阀控制风量，进行脉冲曝气以降低曝气能耗，平均气水比≤15:1;膜生物反应单元出水通过抽吸泵从膜组件顶部抽出;膜生物反应单元的含亚硝酸盐或硝酸盐氮的泥水混合液(下文称为硝化液)部分回流至缺氧单元进行反硝化反应，控制回流比50%-200%，其中亚硝酸盐或硝酸盐氮反硝化成氮气，完成脱氮。
处理生活污水时，优选的控制条件如下：控制厌氧折流单元的水力停留时间0.5h-1.5h，溶解氧≤0.2mg/L;控制缺氧单元的水力停留时间1h-2h，溶解氧≤0.5mg/L;控制接触氧化单元的水力停留时间2h-4h，溶解氧2 mg/L -6mg/L;控制膜生物反应单元的水力停留时间1h-2h，溶解氧2mg/L-6mg/L，悬浮污泥浓度2000 mg/L～2500 mg/L，平均气水比≤15:1。
回流比是回流水的体积流量与进水体积流量之比。
气水比是曝气体积风量与进水体积流量之比。
下面对本发明做进一步解释和说明：
所述厌氧折流单元由多格折流室串联而成，每格折流室下部设置锥形泥斗，每个泥斗底部设置抽泥管，抽泥管连接抽泥泵。每格折流室中部设立体弹性填料，中间设垂直挡板，水流先垂直向下然后绕过挡板再垂直向上折流前进，逐个通过每格进行反应，具有良好的水力流态。
所述缺氧单元内含悬浮填料，缺氧单元液面浮动安装有液下曝气搅拌两用机，液下曝气搅拌两用机主要起混合搅拌作用，必要时也可曝气。缺氧单元与厌氧折流单元、接触氧化单元及膜生物反应单元的隔墙设置过水孔，过水孔处垂直设置筛网，筛网起隔断各单元悬浮填料的作用。缺氧单元设置混合液回流管，混合液回流管连有混合液回流泵。
所述接触氧化单元内含悬浮填料，底部设有微孔曝气器，曝气系统提供微生物反应所需的氧量以及维持气固液良好的混合状态。
所述膜生物反应单元内设置至少一组膜组器，膜组器采用中空超滤膜组件或平板式微滤膜组件。膜组器采用抽吸泵负压抽吸出水。膜生物反应单元底部设置穿孔曝气器，采用脉冲曝气。接触氧化单元与膜生物反应单元共用的侧壁设置过水孔，过水孔处垂直设置筛网，筛网起隔断各单元悬浮填料的作用。膜生物反应单元与缺氧单元隔墙中下部设置一穿墙回流泵，膜生物反应单元的硝化液通过穿墙回流泵回流至缺氧单元。
所述的各单元间过水孔设置筛网隔断各单元悬浮填料;筛网采用不锈钢、玻璃钢、聚氨酯等耐腐蚀材质。悬浮填料选自柱状悬浮填料、球形悬浮填料、聚氨酯生物填料或组合悬浮填料中的一种或几种。
本发明具有以下特点：
1、厌氧折流单元、缺氧单元及接触氧化单元内具有悬浮生长和附着生长微生物，二者发挥各自的优势，共同承担去除污染物的作用，具有悬浮生长法效率高和附着生长法适应性强和稳定性好的优点，处理能力更强。膜生物反应单元只含悬浮生长微生物，可以控制较低的悬浮污泥浓度(MLSS)及胞外聚合物(EPS)浓度，达到减缓膜污染的目的。
2、HBR-MBR工艺出水氨氮浓度低于活性污泥MBR，同时抗冲击负荷的能力得到增强。因生物载体的介入而形成的生物膜具有多层结构，从外至内因氧传递阻力的增加而形成氧浓度梯度，进而构成外层以好氧为主、而内层以缺氧或厌氧为主的微环境，有利于提高系统的生物脱氮除磷能力。
3、采用厌氧折流，能强化厌氧处理效果，减少好氧处理单位体积，从而降低能耗。采用脉冲曝气可以降低MBR曝气能耗，同时可以满足微生物需氧量及膜冲刷条件，维持膜丝表面较高的错流速度，减轻膜污染。
4、采用MBR膜技术，取代二沉池，具有MBR工艺的先进性，可以解决在单纯生物膜法中由于脱落生物膜难以沉淀导致悬浮物超标的问题。可以截留不易积累微生物，提高出水品质的同时易于形成泥膜共生体系，强化同步脱氮除磷。
5、采用新型悬浮填料，直接投放，无须固定，具有生物附着力强、比表面积大、剩余污泥量少等特点。缺氧单元与接触氧化单，接触氧化单元与膜生物反应器之间的过水孔都采用不锈钢筛网，可有效分隔悬浮填料，保持各单元填料的数量。
与现有技术相比，本发明主要优势在于：
本发明的装置和方法，使得出水水质优良并可回用，同步脱氮除磷效果好，抗膜污染，能耗低，容积负荷高，运行稳定，占地少。