申请日2011.12.30
公开(公告)日2012.06.13
IPC分类号C02F3/30
摘要
一种膜生物反应器一体化污水处理装置及污水处理方法，它涉及污水处理装置及污水处理方法。本发明要解决现有的污水处理工艺及装置存在占地面积大、运行成本高、操作管理复杂以及出水水质不稳定的问题。本发明是将三相分离器部件设置于膜生物反应器内，通过底部曝气和分离器的分离作用形成上部缺氧、下部好氧的一体化装置。污水从反应器上部缺氧区进入，通过三相分离器狭缝进入下部好氧区，同时设有混合液回流装置，将好氧区的混合液回到缺氧区，从而完成了污水脱氮处理。本发明的污水处理装置及方法，可以同步脱氮除碳、占地面积小、节省污水处理所需的碱度、工程造价、操作管理简单，本发明应用于城市污水或含氮工业废水的处理。
权利要求书
1.一种膜生物反应器一体化污水处理装置，它包括：污水提升泵(1)、混合调节池(2)、 恒位水箱(3)、一体化膜生物反应器(4)、抽吸泵(5)、出水水箱(6)、反冲洗水泵(7)、 鼓风机(8)、三相分离器(9)、膜组件(10)、穿孔曝气装置(11)、搅拌装置(12)、加药池 (14)、药剂泵(15)、回流泵(16)、排泥阀(17)、液体流量计(18)和气体流量计(19); 其特征在于：污水提升泵(1)的出水口与混合调节池(2)上部的进水口通过液体流量计(18) 连通，混合调节池(2)底部的出水口与恒位水箱(3)上部的进水口连通，恒位水箱(3)底 部的出水口与一体化膜生物反应器(4)上部的进水口连通;一体化膜生物反应器(4)内部 设置三相分离器(9)，三相分离器(9)将一体化膜生物反应器(4)分成上部与下部的两部 分，一体化膜生物反应器(4)上部设置搅拌装置(12)，膜组件(10)设置在一体化膜生物 反应器(4)底部与三相分离器(9)下部之间，穿孔曝气装置(11)设置在膜组件(10)下 部与一体化膜生物反应器(4)底部之间，穿孔曝气装置(11)的进气口通过气体流量计(19) 与鼓风机(8)的出气口连通;抽吸泵(5)的出水口通过液体流量计(18)与出水水箱(6) 的进水口连通，抽吸泵(5)的进水口通过真空压力表(13)与膜组件(10)的出水口连通; 反冲洗水泵(7)的进水口与出水水箱(6)底部的出水口连通，反冲洗水泵(7)的出水口通 过液体流量计(18)与膜组件(10)的出水口和真空压力表(13)的进水口连通;加药泵(15) 的进药口与加药池(14)的出药口连通，加药泵(15)的出药口通过液体流量计(18)与一 体化膜生物反应器(4)下部的进药口连通;一体化膜生物反应器(4)下部的出水口与回流 泵(16)的进水口连通，回流泵(16)的出水口通过液体流量计(18)与一体化膜生物反应 器(4)上部的进水口连通;一体化膜生物反应器(4)下部设有排泥阀(17)。
2.根据权利要求1所述的一种膜生物反应器一体化污水处理装置，其特征在于三相分离 器(9)将一体化膜生物反应器(4)分成上部与下部两部分的体积比为1∶1～4。
3.利用权利要求1所述的一种膜生物反应器一体化污水处理装置的污水处理方法，其特 征在于膜生物反应器一体化污水处理装置的污水处理方法是按照以下步骤进行的：
一、向一体化膜生物反应器(4)内接种污泥，然后待处理的污水通过污水提升泵(1) 泵入混合调节池(2)，并由混合调节池(2)底部流入恒位水箱(3)中;通过液体流量计(18) 控制待处理的污水进入混合调节池(2)的流量，其中，污泥的浓度为2～10g/L;
二、三相分离器(9)将一体化膜生物反应器(4)分成上部与下部的两部分，步骤一恒 位水箱(3)中的污水进入一体化膜生物反应器(4)的上部，然后通过三相分离器(9)的狭 缝进入到一体化膜生物反应器(4)的下部，即得污泥混合液;其中，进入一体化膜生物反应 器(4)的上部的污水，通过一体化膜生物反应器(4)上部设置的搅拌装置(12)，对污水进 行搅拌，一体化膜生物反应器(4)上部与下部的体积比为1∶1～4，三相分离器(9)的狭缝宽 度为2～5mm;
三、一体化膜生物反应器(4)外部设有投药系统，所述的投药系统包括加药泵(15)、 液体流量计(18)和一体化膜生物反应器(4);通过加药泵(15)将加药池(14)的药品加 入一体化膜生物反应器(4)的下部;其中，投加药品为碳酸氢钠、碳酸氢钾、碳酸钠或碳酸 钾;液体流量计(18)控制药品的加入量，使一体化膜生物反应器(4)下部的污泥混合溶液 pH控制在6.5～8;
四、一体化膜生物反应器(4)外部设有回流系统，所述的回流系统包括回流泵(16)、 液体流量计(18)和一体化膜生物反应器(4);回流泵(16)将一体化膜生物反应器(4)下 部的污泥混合液回流到一体化膜生物反应器(4)上部，并通过液体流量计(18)控制回流比 为100～400%;
五、一体化膜生物反应器(4)底部设置穿孔曝气装置(11)，通过鼓风机(8)和穿孔曝 气装置(11)向反应器(4)下部提供溶解氧，并通过气体流量计(19)控制一体化膜生物反 应器(4)下部的溶解氧浓度保持在2～6mg/L，通过步骤四中的回流系统控制一体化膜生物反 应器(4)上部的溶解氧浓度保持在0～0.5mg/L;
六、一体化膜生物反应器(4)下部的污水，在抽吸泵(5)的抽吸作用下，经膜组件(10) 进入出水水箱(6)中;抽吸泵(5)运行8～15min后，关闭抽吸泵(5)，然后开启反冲洗水 泵(7)0.5～2min，通过反冲洗水泵(7)将出水水箱(6)中的水回灌到膜组件(10)中，即 完成膜生物反应器一体化污水处理装置处理污水的一个周期。
4.根据权利要求3所述的一种利用膜生物反应器一体化污水处理装置的污水处理方法， 其特征在于步骤三所述的投药系统和步骤四所述的回流系统是在步骤二中所述的污水进入一 体化膜生物反应器(4)下部后开始运行，直至膜生物反应器一体化污水处理装置处理污水的 一个周期结束为止。
5.根据权利要求3所述的一种利用膜生物反应器一体化污水处理装置的污水处理方法， 其特征在于步骤六所述的膜组件(10)的膜孔径为0.01～0.1μm，膜通量为10～40L/m2h。
6.根据权利要求3所述的一种利用膜生物反应器一体化污水处理装置的污水处理方法， 其特征在于步骤六所述的膜组件(10)为中空纤维式结构或平板式结构。
7.根据权利要求3所述的一种利用膜生物反应器一体化污水处理装置的污水处理方法， 其特征在于步骤六所述的膜组件(10)是由聚偏氟乙烯、聚氯乙烯、聚醚砜、聚丙烯腈或聚 丙烯为膜基材组成的。
8.根据权利要求3所述的一种利用膜生物反应器一体化污水处理装置的污水处理方法， 其特征在于步骤六所述的抽吸泵(5)的抽吸压力为10～60KPa。
9.根据权利要求3所述的一种利用膜生物反应器一体化污水处理装置的污水处理方法， 其特征在于步骤六所述的反冲洗水泵(7)的通量为40～80L/m2h。
10.根据权利要求3所述的一种利用膜生物反应器一体化污水处理装置的污水处理方法， 其特征在于所述的一体化膜生物反应器(4)底部还设有排泥装置(17)，向系统外排泥排泥 装置(17)，控制污泥停留时间5d～300d。
说明书
一种膜生物反应器一体化污水处理装置及污水处理方法
技术领域
本发明涉及污水处理装置及污水处理方法。
背景技术
21世纪是膜科学技术的时代。目前在污水处理领域，膜技术尤其是膜生物反应器技术受 到了普遍重视。膜能高效截留反应器中的生物量同时取代污水厂二沉池的作用减小占地面积; 使生化反应器中的水力停留时间和污泥停留时间的分离，提高污水的生化效率，降低出水浊 度和大肠菌群数，提高出水水质;系统可实现全程自动化控制，操作管理方便。因此，开发 新型的膜生物反应器高效处理城市污水已成为趋势。
随社会经济的迅速发展人们对水资源的需求和消耗也不断增加，污水排放量随之增大， 污染物种类及浓度增加，水体污染越发严重，富营养化水体日益增多。引起富营养化水体的 主要原因是由于废水中氮、磷等元素过量的排放导致。随着污水厂的排放标准的越来越严格， 这使得常规的活性污泥法处理工艺受到严峻挑战，出水水质越来越难满足高排放标准的要求。 在这样的国情与背景下，研究与开发新的污水处理工艺具有重大的意义。传统的脱氮工艺需 要缺氧池和好氧池以及二沉池等，占地面积大，停留时间长，消耗碱度大等缺点。在这样的 技术背景下，有待于开发占地面积小、停留时间短和出水水质稳定，同时具有高效脱氮的工 艺及设备。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有的污水处理工艺及装置存在占地面积大、运行成本高、操 作管理复杂以及污水处理质量不稳定的问题，而提供一种膜生物反应器一体化污水处理装置 及污水处理方法。
本发明的一种膜生物反应器一体化污水处理装置，它包括：污水提升泵、混合调节池、 恒位水箱、一体化膜生物反应器、抽吸泵、出水水箱、反冲洗水泵、鼓风机、三相分离器、 膜组件、穿孔曝气装置、搅拌装置、加药池、药剂泵、回流泵、排泥阀、液体流量计和气体 流量计;所述的污水提升泵的出水口与混合调节池上部的进水口通过液体流量计连通，混合 调节池底部的出水口与恒位水箱上部的进水口连通，恒位水箱底部的出水口与一体化膜生物 反应器上部的进水口连通;一体化膜生物反应器内部设置三相分离器，三相分离器将一体化 膜生物反应器分成上部与下部的两部分，一体化膜生物反应器上部设置搅拌装置，膜组件设 置在一体化膜生物反应器底部与三相分离器下部之间，穿孔曝气装置设置在膜组件下部与一 体化膜生物反应器底部之间，穿孔曝气装置的进气口通过气体流量计与鼓风机的出气口连通; 抽吸泵的出水口通过液体流量计与出水水箱的进水口连通，抽吸泵的进水口通过真空压力表 与膜组件的出水口连通;反冲洗水泵的进水口与出水水箱底部的出水口连通，反冲洗水泵的 出水口通过液体流量计与膜组件的出水口和真空压力表的进水口连通;加药泵的进药口与加 药池的出药口连通，加药泵的出药口通过液体流量计与一体化膜生物反应器下部的进药口连 通;一体化膜生物反应器下部的出水口与回流泵的进水口连通，回流泵的出水口通过液体流 量计与一体化膜生物反应器上部的进水口连通;一体化膜生物反应器下部设有排泥阀。
本发明的一种利用膜生物反应器一体化污水处理装置的污水处理方法，是按照以下步骤 进行的：
一、向一体化膜生物反应器内接种污泥，然后待处理的污水通过污水提升泵泵入混合调 节池，并由混合调节池底部流入恒位水箱中;通过液体流量计控制待处理的污水进入混合调 节池的流量，其中，污泥的浓度为2～10g/L;
二、三相分离器将一体化膜生物反应器分成上部与下部的两部分，步骤一恒位水箱中的 污水进入一体化膜生物反应器的上部，然后通过三相分离器的狭缝进入到一体化膜生物反应 器的下部，即得污泥混合液;其中，进入一体化膜生物反应器的上部的污水，通过一体化膜 生物反应器上部设置的搅拌装置，对污水进行搅拌，一体化膜生物反应器上部与下部的体积 比为1∶1～4，三相分离器的狭缝宽度为2～5mm;
三、一体化膜生物反应器外部设有投药系统，所述的投药系统包括加药泵、液体流量计 和一体化膜生物反应器;通过加药泵将加药池的药品加入一体化膜生物反应器的下部;其中， 投加药品为碳酸氢钠、碳酸氢钾、碳酸钠或碳酸钾;液体流量计控制药品的加入量，使一体 化膜生物反应器下部的污泥混合溶液pH控制在6.5～8;
四、一体化膜生物反应器外部设有回流系统，所述的回流系统包括回流泵、液体流量计 和一体化膜生物反应器;回流泵将一体化膜生物反应器下部的污泥混合液回流到一体化膜生 物反应器上部，并通过液体流量计控制回流比为100～400%;
五、一体化膜生物反应器底部设置穿孔曝气装置，通过鼓风机和穿孔曝气装置向反应器 下部提供溶解氧，并通过气体流量计控制一体化膜生物反应器下部的溶解氧浓度保持在 2～6mg/L，通过步骤四中的回流系统控制一体化膜生物反应器上部的溶解氧浓度保持在 0～0.5mg/L;
六、一体化膜生物反应器下部的污水，在抽吸泵的抽吸作用下，经膜组件进入出水水箱 中;抽吸泵运行8～15min后，关闭抽吸泵，然后开启反冲洗水泵0.5～2min，通过反冲洗水泵 将出水水箱中的水回灌到膜组件中，即完成膜生物反应器一体化污水处理装置处理污水的一 个周期。
本发明有益效果为：本发明的方法是将三相分离器设置于膜生物反应器内，形成上部缺 氧及下部好氧的一体化装置。空气分布整个三相分离器的下部区域，由下往上，被三相分离 器阻挡，没有经过一体化膜生物反应器的上部，而是通过三相分离器分离器的管道排出，因 此，在一体化膜生物反应器内部形成上部缺氧、下部好氧条件，为一体化膜生物反应器进行 脱氮处理提供必要条件。同时，三相分离器的通过滑道可以上下移动，调节好氧区和缺氧区 的体积比，范围可以在1∶1～4，进而优化脱氮;外部设置的回流系统将好氧区的混合液回流到 缺氧区内，回流比范围可以在100～400%，进而优化脱氮;反应器外部还设有加药(碱)系统 使一体化膜生物反应器下部污水的pH维持在6.5～8范围内，防止反应器下部由于硝化作用而 消耗大量的碱度。
本发明的装置形成了水、泥、气三相各自的运行途径：(1)污水：待处理的污水进入一 体化反应器的上部缺氧区，然后通过三相分离器的缝隙流向下部的好氧区，同时一体化反应 器下部设置混合液混流系统，将好氧区的混合液回流到缺氧区，达到脱氮的目的。好氧区的 污水通过抽吸泵的抽吸、膜组件的过滤作用达标排放;(2)污泥：本发明的装置底部为好氧 活性污泥，上部为厌氧污泥。随着混合液的回流作用，污泥也历经好氧和厌氧的循环交替过 程。同时，底部设有排泥系统定期向反应器外部排泥;(3)气体：本发明的装置底部设有曝 气装置为一体化反应器下部提供溶解氧，气泡通过三相分离器的管路直接排到外部环境中， 而没有影响到反应器上部的缺氧区。因此，污水可以在同一个反应器内进行硝化、反硝化过 程实现脱氮功能，同时膜生物反应器有良好的除碳能力。
由于缺氧池和好氧池在同一反应器内，既保留了原有膜生物反应器的优点，又大大减少 了占地面积;与传统脱氮工艺相比，本系统节省碱度，上部反硝化过程产生的碱度可以弥补 下部硝化过程消耗的碱度，节省了成本;系统内部的污泥经历厌氧和缺氧循环交替过程不易 产生污泥上浮等缺点，因此，本发明的污水处理质量稳定;同时，具有运行操作管理方便等 特点。