申请日2021.10.18
公开日期2021.12.28
IPC分类C02F3/12;C02F101/16
摘要
本发明提供一种MBR一体化污水净化装置和方法，该装置包括主体，所述主体中设置膜组器和多个曝气装置；所述膜组器包括第一曝气管、第二曝气管、方管和曝气槽；第一曝气管和第二曝气管纵向平行设置，方管的两端分别与第一曝气管和第二曝气管的底端连接并连通，方管中设置隔板；方管的底部设置曝气槽；第一曝气管和第二曝气管的顶端分别连接至第二阀门和第三阀门的一端；多个曝气装置进行连通，连通后共同连接至第一阀门的一端；第一阀门、第二阀门和第三阀门的另一端并联连接，并联连接后共同连接至风机。本发明装置采用间接性曝气，实现了在MBR一体化污水净化装置在有效处理膜污染的同时能够保证硝化反硝化同步反应的正常进行。
权利要求
1.一种MBR一体化污水净化装置，其特征在于，包括主体(1)，所述主体(1)中设置膜组器(3)和多个曝气装置(2)；
所述膜组器(3)包括第一曝气管(3-1)、第二曝气管(3-2)、方管(3-3)和曝气槽(3-5)；所述第一曝气管(3-1)和所述第二曝气管(3-2)纵向平行设置，所述方管(3-3)的两端分别与所述第一曝气管(3-1)和所述第二曝气管(3-2)的底端连接并连通，所述方管(3-3)中设置隔板(3-4)；所述方管(3-3)的底部设置曝气槽(3-5)；
所述第一曝气管(3-1)和所述第二曝气管(3-2)的顶端分别连接至第二阀门(5)和第三阀门(6)的一端；多个所述曝气装置(2)进行连通，连通后共同连接至第一阀门(4)的一端；所述第一阀门(4)、所述第二阀门(5)和所述第三阀门(6)的另一端并联连接，并联连接后共同连接至风机(7)。
2.根据权利要求1所述的MBR一体化污水净化装置，其特征在于，多个所述曝气装置(2)串联连接成若干组分支结构，若干组所述分支结构并联连接后共同连接至第一阀门(4)的一端。
3.根据权利要求1所述的MBR一体化污水净化装置，其特征在于，所述曝气槽(3-5)上开设若干个孔；
优选的，所述孔的孔径4～8mm。
4.根据权利要求1所述的MBR一体化污水净化装置，其特征在于，所述膜组器(3)通过顶端的出水口连接至产水泵(8)。
5.根据权利要求1所述的MBR一体化污水净化装置，其特征在于，所述主体(1)中靠近曝气装置(2)一侧的下端开设进水口。
6.一种污水净化的方法，所述方法使用权利要求1～5任意一项所述的MBR一体化污水净化装置，其特征在于，包括以下步骤：
污水进入所述主体中进行硝化反硝化同步反应，并通过膜组器去除污染物，得到净化水；
多个所述曝气装置进行间歇曝气产生溶解氧；所述膜组器的两侧进行交替曝气去除所述膜组器膜表面的污染物，同时产生溶解氧；所述曝气装置产生的所述溶解氧和所述膜组器产生的所述溶解氧共同用于所述硝化反硝化同步反应中。
7.根据权利要求6所述的污水净化的方法，其特征在于，多个所述曝气装置曝气时，装置中总的曝气量与水的体积比为(2～5)：1；
优选的，多个所述曝气装置产生的溶解氧的含量为0.5～1.5mg/L。
8.根据权利要求6所述的污水净化的方法，其特征在于，多个所述曝气装置通过第一阀门的开启与关闭进行间歇曝气；
优选的，所述第一阀门开启时，多个所述曝气装置进行曝气；所述第一阀门关闭时，多个所述曝气装置停止曝气；
优选的，所述第一阀门开启与关闭的时间比为1：(1～10)。
9.根据权利要求6所述的污水净化的方法，其特征在于，所述膜组器通过所述第二阀门和所述第三阀门的交替开启进行两侧的交替曝气；
优选的，所述第二阀门开启，且所述第三阀门关闭时，所述第一曝气管和邻近所述第一曝气管的所述隔板一侧的所述方管进行曝气；
优选的，所述第三阀门开启，且所述第二阀门关闭时，所述第二曝气管和邻近所述第二曝气管的所述隔板一侧的所述方管进行曝气；
优选的，所述第二阀门和第三阀门交替开启的时间均大于60s。
10.根据权利要求6所述的污水净化的方法，其特征在于，所述净化水通过产水泵抽出；
优选的，所述产水泵开启与关闭的时间比为(7～10):(1～3)。
说明书
一种MBR一体化污水净化装置和方法
技术领域
本发明涉及污水净化领域，具体而言，涉及一种MBR一体化污水净化装置和方法。
背景技术
目前，市场上大部分一体化污水净化装置的污水处理工艺均为传统生物脱氮工艺，其包括硝化和反硝化两个阶段，这些装置存在工艺流程长、停留时间长、设备体积大，整体投资高、需外加碳源等缺点。其中，膜生物反应器(Membrane Bioreactor，简称MBR)水处理技术是一种生物技术与膜技术相结合的高效生化水处理技术，膜生物反应器是结合了膜分离技术和传统的污泥法的一种高效污水处理技术，由于膜的过滤作用，生物完全被截留在生物反应器中，具有硝化能力强、污染物去除率高、出水水质好、体积小和净水效率高的特点。
若在MBR污水净化装置中同步进行硝化反硝化反应，硝化反应的产物可直接成为反硝化反应的底物，避免硝化过程中硝酸盐的积累对硝化反应的抑制，不但能够加速硝化反应的速率，加快反应进程，而且能够相应减小反应器的容积；另外，反硝化反应中所释放出的碱度可补偿硝化反应所需要的碱，无需外加投碱就能够使系统的pH值相对稳定。除此之外，反应过程中产生的碳源不仅促进了硝化反应，而且为反硝化反应提供了碳源，无需额外添加碳源。既能够实现有机物氧化、硝化和反硝化在反应的同时进行，有能够提高脱氮效果，节约能源。
MBR膜组器运行一段时间后，由于污泥在膜表面不断积累，增加了过滤阻力，因此需要进行高强度的曝气，吹脱膜丝表面吸附的污泥，缓解膜污染问题。但是，高强度的曝气不仅使MBR污水净化装置的运行费用高，而且会使装置内的溶解氧难以控制，使装置中溶解氧的含量远远高于硝化反硝化同步反应所需的溶解氧，这就导致了系统内只发生好氧的硝化反应，无法在同一空间内进行反硝化反应脱氮，无法实现在MBR污水净化装置中同步进行硝化反硝化反应，造成工艺流程长、停留时间长、设备体积大，整体投资高、需外加碳源等问题。目前，对于膜组器间歇曝气是通过每隔一段时间开启或关闭鼓风机来实现的，虽然降低了曝气，但是频繁开启和关闭鼓风机会大大降低鼓风机的使用寿命。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的目的在于提供一种MBR一体化污水净化装置，该装置采用间接性曝气，在进行高强度的曝气缓解膜污染的同时，还能够降低装置中的溶解氧，满足硝化反硝化同步反应所需的溶解氧，并使风机正常连续运行，实现了在MBR一体化污水净化装置在有效处理膜污染的同时能够保证硝化反硝化同步反应的正常进行，不仅有效去除了膜表面的污染物，降低了曝气能耗，提高了脱氮效果，节约能源，提高出水水质，提高净水效率，而且保障了污水净化装置的稳定运行，降低了设备投资成本。
本发明的另一目的在于提供一种污水净化的方法，所述方法使用所述的MBR一体化污水净化装置，该方法降低了溶解氧，使溶解氧的含量能够满足硝化反硝化同步反应，实现了污水净化时，在有效处理膜污染的同时能够保证硝化反硝化同步反应的正常进行。
本发明是这样实现的：
一种MBR一体化的污水净化装置，该装置包括主体，所述主体中设置膜组器和多个曝气装置；
所述膜组器包括第一曝气管、第二曝气管、方管和曝气槽；所述第一曝气管和所述第二曝气管纵向平行设置，所述方管的两端分别与所述第一曝气管和所述第二曝气管的底端连接并连通，所述方管中设置隔板；所述方管的底部设置曝气槽；
所述第一曝气管和所述第二曝气管的顶端分别连接至第二阀门和第三阀门的一端；多个所述曝气装置进行连通，连通后共同连接至第一阀门的一端；所述第一阀门、所述第二阀门和所述第三阀门的另一端并联连接，并联连接后共同连接至风机。
本发明装置采用间接性曝气，在进行高强度的曝气缓解膜污染的同时，还能够降低装置中的溶解氧，满足硝化反硝化同步反应所需的溶解氧，并使风机正常连续运行，实现了在MBR一体化污水净化装置在有效处理膜污染的同时能够保证硝化反硝化同步反应的正常进行，不仅有效去除了膜表面的污染物，降低了曝气能耗，提高了脱氮效果，节约能源，提高出水水质，提高净水效率，而且保障了污水净化装置的稳定运行，降低了设备投资成本。
多个所述曝气装置串联连接成若干组分支结构，若干组所述分支结构并联连接后共同连接至第一阀门的一端。
所述曝气槽(3-5)上开设若干个孔；
优选的，所述孔的孔径4～8mm。
所述膜组器通过顶端的出水口连接至产水泵。产水泵用于抽出净化后的产水。
所述主体中靠近曝气装置一侧的下端开设进水口。进水口用于污水进入MBR一体化的污水净化装置中进行净化处理。
一种污水净化的方法，所述方法使用所述的MBR一体化污水净化装置，包括以下步骤：
污水进入所述主体中进行硝化反硝化同步反应，并通过膜组器去除污染物，得到净化水；
多个所述曝气装置进行间歇曝气产生溶解氧；所述膜组器的两侧进行交替曝气去除所述膜组器膜表面的污染物，同时产生溶解氧；所述曝气装置产生的所述溶解氧和所述膜组器产生的所述溶解氧共同用于所述硝化反硝化同步反应中。
多个所述曝气装置曝气时，装置中总的曝气量与水的体积比为(2～5)：1；
优选的，多个所述曝气装置产生的溶解氧的含量为0.5～1.5mg/L。通过调节曝气装置的气水比及间接曝气的时间来控制溶解氧的含量，使装置中水中溶解氧的含量为0.5～1.5mg/L，水中溶解氧的含量为0.5～1.5mg/L有利于硝化反硝化反应在同一空间内进行，与传统生物脱氮相比，可节省碳源，减少曝气量，从而减小运行费用。
多个所述曝气装置通过第一阀门的开启与关闭进行间歇曝气；
优选的，所述第一阀门开启时，多个所述曝气装置进行曝气；所述第一阀门关闭时，多个所述曝气装置停止曝气；通过第一阀门的开启和关闭控制曝气装置的开启和关闭，当第一阀门关闭时，风机提供的风量全部提供给膜组器进行曝气。
优选的，所述第一阀门开启与关闭的时间比为1：(1～10)。通过控制第一阀门的开启与关闭时间来调节风机对曝气装置的供气时间，实现曝气装置的间歇曝气，确保水中的溶解氧含量在0.5～1.5mg/L范围内。
所述膜组器通过所述第二阀门和所述第三阀门的交替开启进行两侧的交替曝气；膜组器通过第二阀门和第三阀门的交替开启实现了膜组器的间歇曝气，实现了每次曝气仅为1/2膜组器曝气，膜组器的两侧交替曝气；
保持膜组器的曝气强度为50～120N m3/m2/h，膜组器的投影面积为M m2，则膜组器原有连续曝气量为M*N m3/m2/h，而本发明膜组器采用间歇曝气，曝气量只需1/2M*N m3/m2/h。本发明采用膜组器间歇曝气不仅有效的去除膜组器膜表面的污染物，达到有效处理膜污染的目的，而且节省了50％的曝气量，减小了风机的风量，降低了水中溶解氧的含量，使装置中溶解氧的含量能够满足硝化反硝化同步反应的进行。
优选的，所述第二阀门开启，且所述第三阀门关闭时，所述第一曝气管和邻近所述第一曝气管的所述隔板一侧的所述方管进行曝气；实现了1/2膜组器曝气；
优选的，所述第三阀门开启，且所述第二阀门关闭时，所述第二曝气管和邻近所述第二曝气管的所述隔板一侧的所述方管进行曝气；实现了1/2膜组器曝气；
优选的，所述第二阀门和第三阀门交替开启的时间均大于60s。当第二阀门和第三阀门交替开启的时间大于60s时，才能够保证去除膜组器膜表面的污染物，达到有效处理膜污染的目的。
所述净化水通过产水泵抽出；
优选的，所述产水泵开启与关闭的时间比为(7～10):(1～3)。产水泵开启与关闭的时间比保证了膜组器有效地进行曝气，进行膜污染的处理。
本发明MBR一体化的污水净化装置的工作原理为：
污水通过进水口进入MBR一体化的污水净化装置中，装置中充满活性污泥混合液，曝气装置置于净化装置前端底部，膜组器置于净化装置末端，污水通过曝气量的控制在整个装置中进行硝化反硝化同步反应，在硝化反硝化同步反应和膜组器的共同作用下完成污水的净化，净化水通过产水泵抽出。
当第一阀门开启时，风机产生的气体部分通过第一阀门进入曝气装置，曝气装置进行曝气，用于提供活性污泥的溶解氧，提高生化处理效果，另一部分风机产生的气体用于膜组器曝气；当第一阀门关闭时，风机产生的气体全部用于膜组器曝气，膜组器曝气过程如下：
风机产生的气体通过第二阀门和第三阀门的交替开启分别进入膜组器的第一曝气管、第二曝气管和方管中，方管底部的曝气槽进行曝气；当开启第二阀门、关闭第三阀门时，气体通过第二阀门进入第一曝气管，在第一曝气管和邻近第一曝气管的隔板一侧的方管中进行曝气(即在膜组器的一侧进行曝气)；当开启第三阀门、关闭第二阀门时，气体通过第三阀门进入第二曝气管，在第二曝气管和邻近第二曝气管的隔板一侧的方管中进行曝气(即在膜组器的另一侧进行曝气)，通过交替曝气不仅实现了对膜组器膜表面的污染物进行分时段分区域的去除，而且降低了水中溶解氧的含量。
通过曝气装置的间歇曝气和膜组器的间歇曝气使MBR一体化的污水净化装置中水中的溶解氧的含量降低，降低至0.5～1.5mg/L，能够满足硝化反硝化同步反应的进行，保障了MBR一体化的污水净化装置的稳定运行。
本发明的有益效果主要在于：
(1)本发明装置采用间接性曝气，在进行高强度的曝气缓解膜污染的同时，还能够降低装置中的溶解氧，满足硝化反硝化同步反应所需的溶解氧，并使风机正常连续运行，实现了在MBR一体化污水净化装置在有效处理膜污染的同时能够保证硝化反硝化同步反应的正常进行，不仅有效去除了膜表面的污染物，降低了曝气能耗，提高了脱氮效果，节约能源，提高出水水质，提高净水效率，而且保障了污水净化装置的稳定运行，降低了设备投资成本。
(2)本发明采用膜组器间歇曝气不仅有效的去除膜组器膜表面的污染物，达到有效处理膜污染的目的，而且节省了50％的曝气量，减小了风机的风量，降低了水中溶解氧的含量，使装置中溶解氧的含量能够满足硝化反硝化同步反应的进行。
(3)本发明通过曝气装置的间歇曝气和膜组器的间歇曝气使MBR一体化的污水净化装置中水中的溶解氧的含量降低，降低至0.5～1.5mg/L，能够满足硝化反硝化同步反应的进行，保障了MBR一体化的污水净化装置的稳定运行。
(4)本发明方法降低了溶解氧，使溶解氧的含量能够满足硝化反硝化同步反应，实现了污水净化时，在有效处理膜污染的同时能够保证硝化反硝化同步反应的正常进行。
（发明人：陈亦力; 王亚南; 毛彦俊; 张颖; 丛珊; 高嘉; 王韬; 任凤伟）