申请日2018.08.06
公开(公告)日2018.12.21
IPC分类号C02F9/14
摘要
本发明公开了一种污水处理装置以及污水处理方法。具体包括：具有第一壳体的厌氧流化床，第一壳体的下部具有第一进水口，第一壳体的上部具有第一出水口和第一气体出口;具有第二壳体的膜过滤处理单元，第二壳体的下部具有第二进水口和曝气口，上部具有第二出水口和第二气体出口，第二进水口和第一出水口相连，第二壳体中设置有过滤膜组件，过滤膜组件的顶部具有出水口，出水口与第二出水口相连，第二壳体的侧壁上设置有回流口，回流口设置在过滤膜组件以及第二壳体的顶部之间，回流口与第一进水口相连通;以及分别与第一气体出口以及第二气体出口相连的生物气循环单元，该单元可向曝气口连续供气。该污水处理装置可以减轻膜污染，降低运行能耗。
权利要求书
1.一种污水处理装置，其特征在于，包括：
厌氧流化床，所述厌氧流化床包括：第一壳体，所述第一壳体中限定出生物处理空间，且所述第一壳体的下部具有第一进水口，所述第一壳体的上部具有第一出水口以及第一气体出口;
膜过滤处理单元，所述膜过滤处理单元包括：第二壳体，所述第二壳体中限定出膜过滤处理空间，所述第二壳体的下部具有第二进水口和曝气口，上部具有第二出水口和第二气体出口，所述第二进水口和所述第一出水口相连，所述膜过滤处理空间中设置有过滤膜组件，所述过滤膜组件的顶部具有出水口，所述出水口与所述第二出水口相连，所述第二壳体的侧壁上设置有回流口，所述回流口设置在所述过滤膜组件以及所述第二壳体的顶部之间，所述回流口与所述第一进水口相连通;以及
生物气循环单元，所述生物气循环单元分别与所述第一气体出口以及所述第二气体出口相连，且被配置为可向所述曝气口提供持续的气体供给。
2.根据权利要求1所述的污水处理装置，其特征在于，所述厌氧流化床进一步包括：
导流筒，所述导流筒垂直设置在所述第一壳体的内部且与所述第一进水口相连通，且所述导流筒的上部具有三相分离器。
3.根据权利要求1所述的污水处理装置，其特征在于，进一步包括：进水箱，所述进水箱和所述第一进水口之间设置有进水泵，所述进水泵被配置为可控制所述第二壳体中的液面位于所述回流口的下方。
4.根据权利要求1所述的污水处理装置，其特征在于，所述生物气循环单元进一步包括：
真空泵，所述真空泵与所述第一气体出口以及所述第二气体出口相连。
5.根据权利要求4所述的污水处理装置，其特征在于，所述真空泵包括并联设置的第一真空泵以及第二真空泵，所述第一真空泵以及所述第二真空泵均与所述曝气口相连，
所述第一真空泵被配置为可持续向所述曝气口提供低流量曝气，所述第二真空泵被配置为可向所述曝气口提供高流量脉冲曝气。
6.根据权利要求5所述的污水处理装置，其特征在于，进一步包括：
气体收集室，所述气体收集室与所述第一气体出口以及所述第二气体出口相连;
气水分离器，所述气水分离器设置在所述第一气体出口与所述气体收集室之间，以及所述第二气体出口与所述气体收集室之间;
气体流量计，所述气体流量计设置在所述第一真空泵以及所述曝气口之间;
时间继电器，所述时间继电器与所述第二真空泵电连接，用于控制所述脉冲曝气的脉冲频率。
7.根据权利要求1所述的污水处理装置，其特征在于，所述过滤膜组件包括有机聚合中空纤维膜、有机聚合平板膜以及陶瓷平板膜的至少之一。
8.一种利用权利要求1-7任一项所述的污水处理装置进行污水处理的方法，其特征在于，包括：
将污水从第一进水口供给至厌氧流化床中进行微生物处理，以产生生物气和低污泥水，所述生物气由第一气体出口排出，所述低污泥水由第一出水口排出;
将所述低污泥水由第二进水口供给至膜过滤处理单元中进行膜过滤处理，并在所述膜过滤处理过程中利用生物气循环单元向曝气口提供持续的气体供给，其中，所述生物气循环单元分别与所述第一气体出口以及所述膜过滤处理单元的第二气体出口相连;
将经过所述膜过滤处理后的净水由第二出水口排出，并将所述膜过滤处理单元中的部分所述低污泥水以及所述生物气通过回流口回流至所述第一进水口。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述生物气循环单元包括并联设置的第一真空泵以及第二真空泵，所述第一真空泵以及所述第二真空泵均与所述曝气口相连，
在所述膜过滤处理过程中，控制所述第一真空泵向所述曝气口提供持续的低流量曝气，同时控制所述第二真空泵向所述曝气口提供高流量脉冲曝气。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，在进行所述微生物处理和所述膜过滤处理时，进一步包括：
利用与所述第一气体出口以及所述第二气体出口相连的真空泵进行抽气，以向所述厌氧流化床以及所述膜过滤处理单元中提供负压。
说明书
污水处理装置以及污水处理方法
技术领域
本发明涉及污水处理领域，具体地，涉及污水处理装置以及污水处理方法。
背景技术
随着人口规模的不断扩大和社会经济的持续发展，城市生活污水以及工业污水的排放量也随之增长，污水处理负荷持续加重，这对污水处理水平的要求也越来越高。近年来，通过膜生物反应器对污水作进一步处理，成为主要趋势。微生物可以去除污水中溶解性和胶体状态的可生化有机物以及磷素、氮素等，具有高效率、操作简单以及反应条件温和等优点。其中，厌氧微生物发酵能在降解有机碳源的同时产生生物质能源(即沼气)，实现污水中的能源回收。但传统的厌氧生物处理技术存在污泥流失、处理效果不稳定、后续处理占地面积大等缺点。因此，结合了高效厌氧生物处理和膜分离技术的厌氧膜生物反应器(厌氧MBR)因污泥产率低、处理效果好、占地面积小、回收能源等优势，成为了研究热点。
然而，目前的污水处理装置以及污水处理方法仍有待改进。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
发明人发现，目前的厌氧膜生物反应器(厌氧MBR)虽然能够回收污水中的资源能源，但仍然存在膜污染严重、运行能耗较高、污水处理成本较高等问题。在厌氧膜生物反应器中，污泥混合液(包括微生物菌群及其代谢产物、处理的污水中的有机分子、溶解性物质以及固体颗粒等)会在膜表面或膜孔内吸附和沉积，降低膜通量，造成膜污染，严重的膜污染限制了厌氧膜生物反应器的发展。目前，通常采用提高错流速度和曝气的方法来控制膜污染：提高错流速度需要增大污泥混合液的循环流量，需要较高的外加能量;采用曝气的方法时，由于厌氧膜生物反应器中的污泥浓度较高、污泥粒径较小，从而需要很高的曝气强度才能实现膜污染的控制。因此，提高错流速度和高曝气强度都造成了较大的能耗，提高了污水处理成本，不利于大规模的应用。因此，如果能提出一种新的污水处理装置，能在回收资源的同时有效地控制膜污染、降低运行能耗，将在很大程度上解决上述问题。
有鉴于此，在本发明的一个方面，本发明提出了一种污水处理装置。根据本发明的实施例，该污水处理装置包括：厌氧流化床，所述厌氧流化床包括：第一壳体，所述第一壳体中限定出生物处理空间，且所述第一壳体的下部具有第一进水口，所述第一壳体的上部具有第一出水口以及第一气体出口;膜过滤处理单元，所述膜过滤处理单元包括：第二壳体，所述第二壳体中限定出膜过滤处理空间，所述第二壳体的下部具有第二进水口和曝气口，上部具有第二出水口和第二气体出口，所述第二进水口和所述第一出水口相连，所述膜过滤处理空间中设置有过滤膜组件，所述过滤膜组件的顶部具有出水口，所述出水口与所述第二出水口相连，所述第二壳体的侧壁上设置有回流口，所述回流口设置在所述过滤膜组件以及所述第二壳体的顶部之间，所述回流口与所述第一进水口相连通;以及生物气循环单元，所述生物气循环单元分别与所述第一气体出口以及所述第二气体出口相连，且被配置为可向所述曝气口提供持续的气体供给。由此，将厌氧流化床和膜过滤处理单元分开设置，可以减轻膜污染，同时便于膜组件的清洗;利用该装置处理污水时产生的生物气给膜过滤处理单元持续曝气，不仅节省了能耗，而且进一步减轻了膜污染;并且含气混合液(即含有生物气的污泥混合液)通过该回流口回流至第一进水口，可以使该装置在低能耗下实现较好地循环和流化，传质良好，污水处理效率较高，进一步降低了能耗，提高了该污水处理装置的使用性能。
根据本发明的实施例，所述厌氧流化床进一步包括：导流筒，所述导流筒垂直设置在所述第一壳体的内部且与所述第一进水口相连通，且所述导流筒的上部具有三相分离器。由此，该三相分离器可以将厌氧生物处理污水过程中产生的生物气和污泥混合液分离，生物气可上升至第一壳体的顶部，密度较大的污泥混合液可以沿导流筒外部向下沉降，密度较小的污泥混合液可从第一出水口排出，并通过第二进水口进入膜过滤处理单元中，从而可以使该装置具有良好的流化状态，不需要添加内循环泵，节省了运行成本和能耗。
根据本发明的实施例，该污水处理装置进一步包括：进水箱，所述进水箱和所述第一进水口之间设置有进水泵，所述进水泵被配置为可控制所述第二壳体中的液面位于所述回流口的下方。由此，可以使过滤膜组件浸没在污水中，并且使回流口位于液面和第二壳体的顶部之间，从而可以使位于第二壳体顶部的生物气混合污水一起回流至第一进水口，增强了内外循环和流化效果，使得传质良好，污水处理效率高，显著降低流化床运行所需的能耗。
根据本发明的实施例，所述生物气循环单元进一步包括：真空泵，所述真空泵与所述第一气体出口以及所述第二气体出口相连。由此，通过所述真空泵抽气，可以使厌氧流化床以及膜过滤处理单元中形成负压，增强了内外循环和流化效果，使得传质良好，污水处理效率高，显著降低流化床运行所需的能耗。
根据本发明的实施例，所述真空泵包括并联设置的第一真空泵以及第二真空泵，所述第一真空泵以及所述第二真空泵均与所述曝气口相连，所述第一真空泵被配置为可持续向所述曝气口提供低流量曝气，所述第二真空泵被配置为可向所述曝气口提供高流量脉冲曝气。由此，持续的低流量曝气以及脉冲式的高流量曝气模式可以有效地控制膜污染，降低曝气能耗以及洗膜成本。
根据本发明的实施例，所述生物气循环单元进一步包括：气体收集室，所述气体收集室与所述第一气体出口以及所述第二气体出口相连;气水分离器，所述气水分离器设置在所述第一气体出口与所述气体收集室之间，以及所述第二气体出口与所述气体收集室之间;气体流量计，所述气体流量计设置在所述第一真空泵以及所述曝气口之间;时间继电器，所述时间继电器与所述第二真空泵电连接，用于控制所述脉冲曝气的脉冲频率。由此，所述气体收集室可用于收集产生的生物气，提高了污水中的资源能源的回收率，所述气水分离器可以对生物气进行纯化处理，进一步提高了该污水处理装置的使用性能。
根据本发明的实施例，所述过滤膜组件包括有机聚合中空纤维膜、有机聚合平板膜以及陶瓷平板膜的至少之一。由此，曝气不仅可以形成膜表面剪切力还可以使膜丝抖动，从而进一步降低膜污染和能耗，并且提高了净水效果。
在本发明的另一方面，本发明提出了一种利用前面所述的污水处理装置进行污水处理的方法。根据本发明的实施例，该方法包括：将污水从第一进水口供给至厌氧流化床中进行微生物处理，以产生生物气和低污泥水，所述生物气由第一气体出口排出，所述低污泥水由第一出水口排出;将所述低污泥水由第二进水口供给至膜过滤处理单元中进行膜过滤处理，并在所述膜过滤处理过程中利用生物气循环单元向曝气口提供持续的气体供给，其中，所述生物气循环单元分别与所述第一气体出口以及所述膜过滤处理单元的第二气体出口相连;将经过所述膜过滤处理后的净水由第二出水口排出，并将所述膜过滤处理单元中的部分所述低污泥水以及所述生物气通过回流口回流至所述第一进水口。由此，该方法将微生物处理和膜过滤处理分开，可以减轻膜污染，同时便于膜组件的清洗;利用处理污水时产生的生物气给膜过滤处理单元持续曝气，不仅节省了能耗，而且进一步减轻了膜污染;并且含气混合液(即含有生物气的污泥混合液)通过该回流口回流至第一进水口，可以在低能耗下实现较好地循环和流化，传质良好，污水处理效率较高，进一步降低了能耗。
根据本发明的实施例，所述生物气循环单元包括并联设置的第一真空泵以及第二真空泵，所述第一真空泵以及所述第二真空泵均与所述曝气口相连，在所述膜过滤处理过程中，控制所述第一真空泵向所述曝气口提供持续的低流量曝气，同时控制所述第二真空泵向所述曝气口提供高流量脉冲曝气。由此，持续的低流量曝气以及脉冲式的高流量曝气模式可以有效地控制膜污染，降低曝气能耗以及洗膜成本。
根据本发明的实施例，在进行所述微生物处理和所述膜过滤处理时，该方法进一步包括：利用与所述第一气体出口以及所述第二气体出口相连的真空泵进行抽气，以向所述厌氧流化床以及所述膜过滤处理单元中提供负压。由此，该负压增强了内外循环和流化效果，使得传质良好，污水处理效率高，显著降低流化床运行所需的能耗。