申请日2011.12.16
公开(公告)日2013.11.20
IPC分类号C02F1/44; C02F3/30
摘要
本发明提供了一种污水处理工艺、污水处理设备以及利用膜组件和膜生物反应器的工艺。在所述污水处理工艺中，污水进水首先进入安装有“大孔径”滤膜的膜组件(503)的曝气区(502)中。在曝气池中形成活性污泥，并通过控制所述曝气区(502)的氧气输送速率以维持充足的氧气。污水进水与活性污泥混合成为第一混合液。部分第一混合液经过膜过滤后形成透过液并作为出水排出反应器外，残留部分继续作为未过滤的活性污泥悬浮于曝气区(502)中。第一混合液的第二部分则被运移至厌氧区(515)中，形成第二混合液。第二混合液将会再回流至曝气区(502)中。
权利要求书
1.一种生物污水处理工艺，其用于通过使用保持在高通量运行 条件下的膜组件来处理曝气池内的污水中所包含的有机物及氮，该工 艺包括：
设置安装有曝气设备并充满液体的曝气区，其中所述液体包含 细菌和进水污水的混合物，从而形成混合液体;
在所述曝气池中设置膜组件，该膜组件包括孔径为5微米至150 微米的膜;
向所述曝气区提供污水进水;
通过如下方式处理所述曝气区中的所述混合液体：
使所述混合液体的第一部分经过所述膜的过滤而形成 透过水,以作为处理完毕的出水，而残留部分作为未过滤的 活性污泥继续留在曝气区中，
使所述混合液体的第二部分从所述曝气区转移至厌氧 区中，以及
将来自于所述曝气区的所述混合液体的第二部与所述 厌氧区中的液体混合;以及
混合液由所述厌氧区回流至所述曝气区。
2.根据权利要求1所述的工艺，还包括使用硫化物作为电子供 体进行自养反硝化以去除硝酸盐，以及/或者使用了硫酸盐作为电子 受体以将有机碳氧化为二氧化碳。
3.根据权利要求2所述的工艺，还包括通过加入硫化合物以提 供硫化物和硫酸盐，其中该硫化合物选自硫酸盐、亚硫酸盐、硫代硫 酸盐、硫化物以及单质硫所组成的组。
4.根据权利要求2所述的工艺，还包括使用含盐污水或者海水， 其中所述污水及海水中的硫酸盐用作硫的来源。
5.根据权利要求1所述的工艺，还包括曝气设备以维持所述曝 气池中溶解氧浓度在2毫克/升，并提供气泡以搅动、冲刷并且/或者 清理所述膜。
6.根据权利要求1所述的工艺，还包括通过自养硝化作用来促 进所述曝气池中的硝化。
7.根据权利要求1所述的工艺，还包括利用有机碳来促进异养 反硝化作用，以将硝酸盐还原为氮气。
8.根据权利要求1所述的工艺，还包括使用由如下材料构成的 膜作为所述膜，其中该材料选自无纺布、塑料、有机聚合物、不锈钢、 金属、陶瓷、纤维玻璃或薄膜复合物所构成的组。
9.根据权利要求1所述的工艺，其中所述曝气区还可以接收未 经过初沉池的预处理的污水以作为污水进水。
10.根据权利要求1所述的工艺，还包括在所述曝气区使用高通 量膜组件，该膜组件包括嵌于其中的片状非纺织材料膜。
11.根据权利要求10所述的工艺，还包括使用两片耐腐蚀薄板 以固定所述膜，所述板上设置有孔。
12.根据权利要求11所述的工艺，还包括将所述膜的通量范围 设定为2立方米/平方米/天至16立方米/平方米/天。
13.一种污水处理设备，包括：
曝气区，其接收污水进水，并充满悬浮细菌的混合液;
膜组件，其使用了孔径为5微米至150微米的膜;
曝气装置，其通过控制所述曝气区的氧气输送速率以维持充足 的氧气;
厌氧区，其安装有搅拌装置，并含有悬浮细菌的混合物;
分离处理部分，该分离处理部分能够：
使所述曝气区中所述混合液体的第一部分经过所述膜 的过滤而形成透过水,以作为处理完毕的出水，而残留部分 作为未过滤的活性污泥继续悬浮在所述曝气区中，
将所述曝气区中所述混合液体的第二部分转移至所述 厌氧区;以及
将所述厌氧区中部分所述混合液回流至所述曝气区。
14.根据权利要求13所述的设备，其中所述曝气装置还具有膜 清洗功能，所述曝气装置利用曝气气泡搅动所述膜，从而维持膜在高 通量运行条件下无堵塞运行。
15.根据权利要求13所述的设备，还包括这样的构造，该构造 能够利用硫化物作为电子供体进行自养反硝化以去除硝酸盐，并能够 使用硫酸盐作为电子受体以将有机碳氧化为二氧化碳。
16.根据权利要求13所述的设备，还包括用于通过添加硫化合 物来提供硫化物和硫酸盐的构造，其中所述硫化合物选自硫酸盐、亚 硫酸盐、硫代硫酸盐、硫化物以及单质硫。
17.根据权利要求15或16所述的设备，其中所述污水和海水中 的硫酸盐用作为硫的来源。
18.根据权利要求13所述的设备，还包括用于通过自养硝化反 应来促进所述曝气区中的硝化的构造。
19.根据权利要求13所述的设备，还包括通过利用有机碳来促 进异养反硝化作用从而将硝酸盐还原为氮气的构造。
20.根据权利要求13所述的设备，其中所述膜所包含的材料选 自无纺布、塑料、聚合物、不锈钢、金属、陶瓷、纤维玻璃或薄膜复 合物所构成的组。
21.根据权利要求13所述的设备，还包括位于所述曝气池中的 高通量膜组件，该膜组件包括嵌于其中的片状非纺织材料膜，其中所 述膜被其上具有孔的耐腐蚀薄板固定。
22.根据权利要求13所述的设备，其中所述膜组件的膜通量确 定为2立方米/平方米/天至16立方米/平方米/天。
23.根据权利要求13至22中任一项所述的设备，其中所述曝气 池还可以接收未经过初沉池的预处理的污水以作为污水进水。
24.一种污水处理设备，包括：
用以提供曝气区的装置，该曝气区用于接收污水进水，并含有 悬浮细菌的液体混合物;
用以提供膜组件的装置，该膜组件使用了孔径为5微米至150 微米的膜;
用以通过控制所述曝气区的氧气输送速率以维持充足的氧气的 装置;
用以向厌氧区提供来自于所述曝气区的液体;
用以通过如下方式处理所述曝气区中的所述混合液体的装置：
使所述混合液体的第一部分经过所述膜的过滤而形成 透过水，以作为处理完毕的出水，而残留部分作为未过滤的 活性污泥继续悬浮在所述好氧区中;
将所述混合液体的第二部分转移至厌氧区中;以及 用以将所述混合液体由所述厌氧区回流至所述好氧区的装置。
25.根据权利要求24所述的设备，还包括：
用以提供曝气气泡以搅动所述膜，从而维持所述膜在高通量运 行条件下无堵塞运行的装置。
26.根据权利要求24所述的设备，还包括：
用以提供硫化物作为电子供体进行自养反硝化以去除硝酸盐， 并提供硫酸盐作为电子受体以将有机碳氧化为二氧化碳的装置。
27.根据权利要求24所述的设备，还包括使用含盐污水或者海 水并使其进入所述好氧区或所述厌氧区中的至少一者的装置。
28.根据权利要求24所述的设备，还包括用于通过自养硝化来 促进所述曝气区中的硝化的装置。
29.根据权利要求24所述的设备，还包括通过利用有机碳来促 进异养反硝化作用从而将硝酸盐还原为氮气的装置。
30.根据权利要求24所述的设备，其中所述膜所使用的材料选 自无纺布、塑料、聚合物、不锈钢、金属、陶瓷、纤维玻璃或薄膜复 合物所组成的组。
31.根据权利要求24所述的设备，还包括用以提供膜组件以固 定所述膜并为所述膜提供物理支撑的装置，从而保证在运行过程中所 述膜不会发生形变。
32.根据权利要求29所述的设备，其中所述膜组件的膜通量范 围确定为2立方米/平方米/天至16立方米/平方米/天。
33.根据权利要求29所述的设备，其中所述曝气区可以接收未 经过初沉池的预处理的污水以作为污水进水。
34.一种用于处理污水中所包含的有机物合氮的工艺，该工艺利 用细菌的悬浮生长和膜组件，该工艺包括：
设置充满液体的曝气区，其中所述液体包含细菌和进水污水的 混合物;
在所述曝气池设置至少一个膜组件，该膜组件装有孔径范围为5 微米至150微米的膜;以及
使所述混合液体的一部分经过所述膜的过滤而形成透过水，以 作为处理后的出水。
35.根据权利要求34所述的工艺，还包括使用由如下材料构成 的膜作为所述膜，其中该材料选自无纺布、塑料、聚合物、不锈钢、 金属、陶瓷、纤维玻璃或薄膜复合物所构成的组。
36.根据权利要求34所述的工艺，还包括在所述曝气池使用膜 组件，该膜组件包括嵌于其中的片状膜，并且所述膜被其上具有孔的 耐腐蚀板固定。
37.根据权利要求34所述的工艺，还包括使用曝气设备以为所 述曝气池提供溶解氧，并提供气泡以搅动、冲刷并且/或者清理所述 膜。
38.根据权利要求34所述的工艺，还包括将所述膜的通量范围 设定为2立方米/平方米/天至16立方米/平方米/天。
39.根据权利要求34所述的工艺，其中所述曝气池还可以接收 未经过初沉池的预处理的污水以作为污水进水。
40.根据权利要求34所述的工艺，还包括通过自养硝化反应来 促进所述曝气池中的硝化。
41.一种膜生物反应器(MBR)，该膜生物反应器能够利用活 性污泥来降解污水中的有机碳及氮，所述MBR包括：
接收污水进水并将其与细菌混合的曝气区;
位于所述曝气区中的膜组件，该膜组件包括孔径范围为5微米 至150微米的膜;
出水泵，其抽取部分的所述混合液体通过所述膜以形成透过水， 以作为处理后的出水。
42.根据权利要求41所述的设备，其中所述膜中所包含的材料 选自无纺布、塑料、聚合物、不锈钢、金属、陶瓷、纤维玻璃或薄膜 复合物所组成的组。
43.根据权利要求41所述的设备，其中所述曝气池还可以接收 未经过初沉池的预处理的污水以作为污水进水。
44.根据权利要求41所述的设备，其中所述曝气装置还具有膜 清洗功能，所述曝气装置利用所述曝气装置气泡搅动所述膜，从而维 持所述膜在高通量运行条件下无堵塞运行。
45.根据权利要求41所述的设备，还包括用于通过自养硝化过 程来促进所述曝气区中的硝化的构造。
46.根据权利要求41至45中任一项所述的设备，其中所述膜组 件的膜通量范围确定在2立方米/平方米/天至16立方米/平方米/天。
47.根据权利要求41至46中任一项所述的设备，还包括利用耐 腐蚀板以固定片状膜的膜组件，其中所述板上具有孔。
48.一种膜生物反应器(MBR)，其能够利用活性污泥来降解 污水中的有机碳及氮，所述MBR包括：
用以提供充满液体的曝气区的装置，其中该液体包含细菌和进 水污水的混合物;
用以在所述曝气区中提供至少一个膜组件的装置，该膜组件包 括孔径范围为5微米至150微米的膜;
用以使部分所述混合液过滤通过所述膜以形成透过水，并作为 处理后的出水的装置。
49.根据权利要求48所述的设备，其中所述膜中所包含的材料 选自无纺布、塑料、聚合物、不锈钢、金属、陶瓷、纤维玻璃或薄膜 复合物所构成的组。
50.根据权利要求48所述的设备，其中所述膜组件还包括嵌于 其中的片状膜，所述膜被具有孔的耐腐蚀板固定在所述曝气池之中。
51.根据权利要求48所述的设备，包括用于为所述曝气池提供 溶解氧，并利用气泡搅动、冲刷并且/或者清理所述膜的装置。
52.根据权利要求48所述的设备，还包括利用自养硝化作用来 促进所述曝气区中的硝化的装置。
53.根据权利要求48所述的设备，其中所述曝气池还可以接收 未经过初沉池的预处理的污水以作为污水进水。
54.根据权利要求48所述的设备，其中所述膜组件的膜通量范 围设定为2立方米/平方米/天至16立方米/平方米/天。
说明书
污水处理工艺、污水处理装置及污水处理用膜生物反应器
技术领域
本发明公布了一种通过应用新型膜生物反应器处理富含有机污 染物及氮污染物污水的高效污水处理工艺。本发明还公布了一种高通 量、无堵塞的膜组件。同时，本发明还公布了一种利用厌氧区内硫酸 盐还原原理减少剩余污泥产生的技术。
背景技术
如图1所示，膜生物反应器(MBR)是一种成熟的污水生物处理 工艺。它利用活性污泥(即悬浮生长的生物絮凝体，也称为污泥—— 通常包含微生物及原生动物)来氧化污水中的有机碳。但在膜生物反 应器中没有沉淀池，取而代之的是依靠微滤膜(孔径范围通常为0.1 至1微米)来进行污泥与混合液的分离。而通过该微滤膜的污水通量 一般被限制在小于1立方米/平方米/天。
为了确保膜的工作效率以及有效预防膜的生物堵塞，近年来许多 方法都在被广泛地尝试于膜生物反应器中。这其中主要应用的方法包 括：以高于进水量25倍的曝气量来提供气泡冲刷的自助式膜清洗; 每30分钟对膜进行一次反冲洗;或者每一至两个月对膜进行一次化 学清洗或反应器外的清洗。但上述方法都会大大增加能源消耗以及运 行成本，同时也将降低系统的运行时间及效率。而且为了有效的保护 膜及膜组件，进水污水必须要先通过初沉池及1毫米孔径的细格栅后 才能进入曝气池中。
污泥停留时间(SRT)表示活性污泥在系统中的平均停留时间， 其计算公式可定义为：
水力停留时间(HRT)有时也称为“水力滞留时间”，表示液体 在系统内的平均停留时间，其计算公式可定义为：
传统膜生物反应器的水力停留时间均多于6小时，其溶解性化学 需氧量(COD)的去除率亦接近传统活性污泥工艺。
近年来，许多污泥减量工艺相继问世，但是这些工艺都会令工程 造价及占地上升。而最有效的污泥减量方法是在工艺中减少剩余污泥 的产量。从化学需氧量换算，低剩余污泥产量可以通过利用水解及产 甲烷发酵，或者利用硫酸盐来代替氧或硝酸盐作为电子受体而得以实 现。
好氧-沉淀-厌氧工艺(OSA)是一种利用厌氧区或厌氧池的污水 处理工艺，该工艺可以通过在污泥回流中加入厌氧污泥池来稳定处理 过程及有效减少污泥产量。如图2所示，全套OSA工艺需要两个生 物反应器及一个沉淀池，因此需要相当的占地面积。OSA工艺的水力 停留时间一般需要超过4小时以完成剩余污泥的减量并去除部分有机 污染物。
膜强化一级处理工艺(MEPT)是一种与膜生物反应器相似，但 不需要初沉池的新污水处理工艺。它可以达到传统膜生物反应器与初 沉池有效结合的处理效果。
发明内容
使用这样一种污水处理工艺，以在极短的水力停留时间(HRT) 内处理污水中所含的有机污染物及氮污染物并进行剩余污泥减量，同 时将“大孔径过滤”膜组件维持在高膜通量运行条件下。设置了具有膜 组件的曝气区。接收污水进水并在曝气区用活性污泥对其进行处理。 通过控制曝气区的氧气输送速率以维持充足的氧气。污水进水在曝气 区与活性污泥混合后形成第一混合液。该混合液随之分为两部分。第 一混合液中的第一部分通过膜组件过滤并作为出水排出反应系统之 外。第二部分由曝气区被运移至厌氧区内混合成第二混合液。而相同 体积的第二混合液则从厌氧区运移至曝气区中。