本發(fā)明提供一種氧化溝膜生物反應(yīng)器及其污水處理工藝和應(yīng)用，氧化溝膜生物反應(yīng)器內(nèi)設(shè)氧化溝，氧化溝膜生物反應(yīng)器包括連續(xù)設(shè)立的缺氧區(qū)和好氧區(qū)或者包括連續(xù)設(shè)立的厭氧區(qū)、缺氧區(qū)和好氧區(qū)，好氧區(qū)內(nèi)設(shè)置有一個或多個膜生物反應(yīng)區(qū)，污水進(jìn)水口設(shè)于缺氧區(qū)或厭氧區(qū)，將膜生物反應(yīng)器和氧化溝有機(jī)結(jié)合，充分發(fā)揮S‑MBR和R‑MBR的優(yōu)勢，減少或取消污泥回流，精簡工藝流程和動力設(shè)備;作為S‑MBR運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)原位在線清洗和浸泡清洗;作為R‑MBR運(yùn)行，提高了土地利用率，操作維護(hù)簡單;優(yōu)化曝氣系統(tǒng)，結(jié)合脈沖曝氣，保證各區(qū)域內(nèi)有效的需氧量，避免浪費(fèi)能耗。本發(fā)明通過反應(yīng)器優(yōu)化組合，增強(qiáng)脫氮除磷的處理效果，節(jié)約能耗，節(jié)省占地。
摘要附圖
權(quán)利要求書
1.一種氧化溝膜生物反應(yīng)器，其特征在于，所述氧化溝膜生物反應(yīng)器內(nèi)設(shè)氧化溝，所述氧化溝膜生物反應(yīng)器包括連續(xù)設(shè)立的缺氧區(qū)(1)和好氧區(qū)(2)或者包括連續(xù)設(shè)立的厭氧區(qū)(4)、缺氧區(qū)(1)和好氧區(qū)(2)，所述好氧區(qū)(2)內(nèi)設(shè)置有一個或多個膜生物反應(yīng)區(qū)(3)，所述污水進(jìn)水口設(shè)于缺氧區(qū)(1)或厭氧區(qū)(4)。
2.如權(quán)利要求1所述的氧化溝膜生物反應(yīng)器，其特征在于，所述氧化溝呈廊道式，所述氧化溝膜生物反應(yīng)器包括一個氧化溝或多個串聯(lián)的氧化溝。
3.如權(quán)利要求2所述的氧化溝膜生物反應(yīng)器，其特征在于，所述氧化溝是由導(dǎo)流墻分隔而形成的，且包括一個或多個廊道。
4.如權(quán)利要求3所述的氧化溝膜生物反應(yīng)器，其特征在于，所述導(dǎo)流墻包括中間隔墻(5)和/或弧形導(dǎo)流墻(6)。
5.如權(quán)利要求4所述的氧化溝膜生物反應(yīng)器，其特征在于，所述弧形導(dǎo)流墻(6)設(shè)置于中間隔墻(5)的自由端。
6.如權(quán)利要求1所述的氧化溝膜生物反應(yīng)器，其特征在于，所述厭氧區(qū)(4)和缺氧區(qū)(1)之間設(shè)置隔墻(7)。
7.如權(quán)利要求1至6任一項(xiàng)所述的氧化溝膜生物反應(yīng)器，其特征在于，還包括以下特征中的任一項(xiàng)或多項(xiàng)：
1)所述氧化溝膜生物反應(yīng)器設(shè)有一個或多個膜生物反應(yīng)區(qū)組，每個膜生物反應(yīng)區(qū)組由一個或多個并聯(lián)的膜生物反應(yīng)區(qū)構(gòu)成，當(dāng)膜生物反應(yīng)區(qū)組為多個時，多個膜生物反應(yīng)區(qū)組串聯(lián)設(shè)置于所述好氧區(qū)(2)內(nèi);
2)每個膜生物反應(yīng)區(qū)(3)設(shè)置膜區(qū)配水堰門(8)和膜區(qū)出水堰門(9);
3)每個膜生物反應(yīng)區(qū)(3)內(nèi)設(shè)有多個導(dǎo)流板，多個導(dǎo)流板在每個膜生物反應(yīng)區(qū)(3)內(nèi)上下交錯設(shè)置;
4)每個膜生物反應(yīng)區(qū)(3)內(nèi)設(shè)有膜組件;
5)所述厭氧區(qū)、缺氧區(qū)和好氧區(qū)內(nèi)設(shè)有推流型潛水?dāng)嚢铏C(jī)(10);
6)所述缺氧區(qū)和好氧區(qū)設(shè)有曝氣裝置。
8.如權(quán)利要求1至7任一項(xiàng)所述的氧化溝膜生物反應(yīng)器用于處理污水的用途。
9.一種氧化溝膜生物反應(yīng)器污水處理工藝，其特征在于，采用權(quán)利要求1至7任一項(xiàng)所述的氧化溝膜生物反應(yīng)器進(jìn)行污水處理，選自以下氧化溝膜生物反應(yīng)器污水處理工藝之任一：
氧化溝膜生物反應(yīng)器污水處理工藝一，包括以下步驟：
1)污水首先進(jìn)入缺氧區(qū)，與來自好氧區(qū)的回流液混合，缺氧區(qū)內(nèi)進(jìn)行反硝化過程進(jìn)行脫氮，部分有機(jī)物在反硝化菌的作用下降解去除;
2)然后進(jìn)入好氧區(qū)以及設(shè)置在好氧區(qū)內(nèi)的膜生物反應(yīng)區(qū)，進(jìn)行有機(jī)物的進(jìn)一步降解以及氨的硝化，再進(jìn)入缺氧區(qū)在氧化溝內(nèi)循環(huán)流動;處理后的水從膜生物反應(yīng)區(qū)排出;
氧化溝膜生物反應(yīng)器污水處理工藝二，包括以下步驟：
1)污水首先進(jìn)入?yún)捬鯀^(qū)，與來自好氧區(qū)的回流液混合，厭氧區(qū)內(nèi)聚磷菌在厭氧環(huán)境下釋磷，同時轉(zhuǎn)化易降解的有機(jī)污染物，并將部分含氮有機(jī)物進(jìn)行氨化;
2)然后進(jìn)入缺氧區(qū)，與來自好氧區(qū)的回流液混合，缺氧區(qū)內(nèi)進(jìn)行反硝化過程進(jìn)行脫氮，部分有機(jī)物在反硝化菌的作用下降解去除;
3)然后進(jìn)入好氧區(qū)以及設(shè)置在好氧區(qū)內(nèi)的膜生物反應(yīng)區(qū)，進(jìn)行有機(jī)物的進(jìn)一步降解以及氨的硝化和磷的吸收;處理后的水從膜生物反應(yīng)區(qū)排出。
10.如權(quán)利要求9所述的氧化溝膜生物反應(yīng)器污水處理工藝，其特征在于，還包括以下特征中的任一項(xiàng)或多項(xiàng)：
1)缺氧區(qū)的溶解氧濃度<0.5mg/L，水力停留時間為0.5～3h，總氮負(fù)荷率≤0.05kgTN/(kgMLSS·d);
2)好氧區(qū)的溶解氧濃度>2mg/L，BOD5污泥負(fù)荷為0.1～0.2kgBOD5/(kgMLSS·d)，污泥濃度2.5～4.5g/L;
3)膜生物反應(yīng)區(qū)為脈沖式曝氣在線清洗方式;
4)膜生物反應(yīng)區(qū)的氣水比為4～6:1，脈沖曝氣氣水比按12～16:1。
11.如權(quán)利要求10所述的氧化溝膜生物反應(yīng)器污水處理工藝，其特征在于，厭氧區(qū)的溶解氧濃度低于0.2mg/L，水力停留時間為1～2h。
說明書
一種氧化溝膜生物反應(yīng)器及其污水處理工藝和應(yīng)用
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及可生化性污水的生物處理與回用工藝技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種氧化溝膜生物反應(yīng)器及其污水處理工藝和應(yīng)用。
背景技術(shù)
膜生物反應(yīng)器(membrane biological reactor)適用于城鎮(zhèn)污水及具有可生化性的工業(yè)廢水處理和回用工程，是一種將膜分離技術(shù)與傳統(tǒng)污水生物處理工藝有機(jī)結(jié)合的新型高效污水處理工藝，以膜為分離介質(zhì)替代常規(guī)重力沉淀固液分離獲得出水，并能改變反應(yīng)進(jìn)程和提高反應(yīng)效率的污水處理工藝，簡稱MBR。
MBR工藝中微生物濃度高，裝置處理容積負(fù)荷大，占地省，出水水質(zhì)良好，能直接回用，后段工藝不需設(shè)置沉淀池，因此，在出水排放標(biāo)準(zhǔn)要求高、需回用或者工程用地緊張的項(xiàng)目中，具有顯著的優(yōu)勢和廣闊的發(fā)展前景。
根據(jù)膜組器和生物反應(yīng)器的相對位置分類，MBR工藝分為浸沒式(又稱一體式)和外置式(又稱分體式)膜生物處理系統(tǒng)。浸沒式膜生物處理系統(tǒng)(Immersed membranebiological treatment system)，簡稱S-MBR，指膜組器浸沒在生物反應(yīng)池中，污染物在生物反應(yīng)池進(jìn)行生化反應(yīng)，利用膜進(jìn)行固液分離的設(shè)備或系統(tǒng)�？刹捎秘�(fù)壓產(chǎn)水，也可利用靜水壓力自流產(chǎn)水。外置式膜生物處理系統(tǒng)(Sidestream membrane biological treatmentsystem)，簡稱R-MBR，指膜組器和生物反應(yīng)池分開布置，生物反應(yīng)池內(nèi)的活性污泥混合液泵入膜組器進(jìn)行固液分離的設(shè)備或系統(tǒng)。產(chǎn)水排放或深度處理，濃縮的泥水混合物回流到循環(huán)濃縮池或生物反應(yīng)池，形成循環(huán)。
S-MBR工藝結(jié)構(gòu)緊密，節(jié)省空間，處理規(guī)模小于1000m3/h時可采用原位清洗，處理規(guī)模大于1000m3/h時因原位清洗會破壞原有生物處理系統(tǒng)，必須采用離線清洗。離線清洗單元設(shè)備投資高，操作維護(hù)復(fù)雜。同時由于膜表面流態(tài)穩(wěn)定，膜堵塞、膜污染問題更明顯。
R-MBR工藝膜組器獨(dú)立、控制方式簡單、清洗方便，但占地面積大，能耗高。
隨著污水排放標(biāo)準(zhǔn)的日益提高，城市建設(shè)用地更趨緊張，MBR的應(yīng)用需求迅速增加，而阻礙MBR工藝運(yùn)行和推廣的主要原因是能耗比傳統(tǒng)工藝高、以及膜污染的相關(guān)問題。目前，大多數(shù)研究集中在這兩個問題上。其中主要研究方向之一，是通過將MBR工藝與其他工藝有機(jī)組合，優(yōu)化運(yùn)行維護(hù)方式，降低能耗和運(yùn)行成本。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種氧化溝膜生物反應(yīng)器及其污水處理工藝和應(yīng)用，所述氧化溝膜生物反應(yīng)器內(nèi)設(shè)氧化溝，所述氧化溝膜生物反應(yīng)器包括連續(xù)設(shè)立的缺氧區(qū)和好氧區(qū)或者包括連續(xù)設(shè)立的厭氧區(qū)、缺氧區(qū)和好氧區(qū)，所述好氧區(qū)內(nèi)設(shè)置有一個或多個膜生物反應(yīng)區(qū)，所述污水進(jìn)水口設(shè)于缺氧區(qū)或厭氧區(qū)，將膜生物反應(yīng)器和氧化溝有機(jī)結(jié)合，充分發(fā)揮S-MBR和R-MBR的優(yōu)勢，相比于傳統(tǒng)活性污泥法和傳統(tǒng)膜生物反應(yīng)器：減少或取消污泥回流，精簡了工藝流程和動力設(shè)備;作為S-MBR運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)原位在線清洗和浸泡清洗;作為R-MBR運(yùn)行，提高了土地利用率，操作維護(hù)簡單;優(yōu)化曝氣系統(tǒng)，結(jié)合脈沖曝氣，保證各區(qū)域內(nèi)有效的需氧量，避免浪費(fèi)能耗。本發(fā)明通過反應(yīng)器的優(yōu)化組合，增強(qiáng)生化系統(tǒng)脫氮除磷的處理效果，節(jié)約能耗，節(jié)省占地，降低基建投資和運(yùn)行成本。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
本發(fā)明方面提供一種氧化溝膜生物反應(yīng)器，所述氧化溝膜生物反應(yīng)器內(nèi)設(shè)氧化溝，所述氧化溝膜生物反應(yīng)器包括連續(xù)設(shè)立的缺氧區(qū)和好氧區(qū)或者包括連續(xù)設(shè)立的厭氧區(qū)、缺氧區(qū)和好氧區(qū)，所述好氧區(qū)內(nèi)設(shè)置有一個或多個膜生物反應(yīng)區(qū)，所述污水進(jìn)水口設(shè)于缺氧區(qū)或厭氧區(qū)。
優(yōu)選地，所述氧化溝呈廊道式，所述氧化溝膜生物反應(yīng)器包括一個氧化溝或多個串聯(lián)的氧化溝。
更優(yōu)選地，所述氧化溝是由導(dǎo)流墻分隔而形成的，且包括一個或多個廊道。
進(jìn)一步更優(yōu)選地，所述導(dǎo)流墻包括中間隔墻和/或弧形導(dǎo)流墻。
再進(jìn)一步更優(yōu)選地，所述弧形導(dǎo)流墻設(shè)置于中間隔墻的自由端。
優(yōu)選地，所述厭氧區(qū)和缺氧區(qū)之間設(shè)置隔墻。
優(yōu)選地，還包括以下特征中的任一項(xiàng)或多項(xiàng)：
1)所述氧化溝膜生物反應(yīng)器設(shè)有一個或多個膜生物反應(yīng)區(qū)組，每個膜生物反應(yīng)區(qū)組由一個或多個并聯(lián)的膜生物反應(yīng)區(qū)構(gòu)成，當(dāng)膜生物反應(yīng)區(qū)組為多個時，多個膜生物反應(yīng)區(qū)組串聯(lián)設(shè)置于所述好氧區(qū)內(nèi);
2)每個膜生物反應(yīng)區(qū)設(shè)置膜區(qū)配水堰門和膜區(qū)出水堰門;
3)每個膜生物反應(yīng)區(qū)內(nèi)設(shè)有多個導(dǎo)流板，多個導(dǎo)流板在每個膜生物反應(yīng)區(qū)內(nèi)上下交錯設(shè)置;
4)每個膜生物反應(yīng)區(qū)內(nèi)設(shè)有膜組件;
5)所述厭氧區(qū)、缺氧區(qū)和好氧區(qū)內(nèi)設(shè)有推流型潛水?dāng)嚢铏C(jī);
6)所述缺氧區(qū)和好氧區(qū)設(shè)有曝氣裝置。
本發(fā)明第二方面提供上述氧化溝膜生物反應(yīng)器的用途，用于處理污水。
本發(fā)明第三方面提供一種氧化溝膜生物反應(yīng)器污水處理工藝，采用上述氧化溝膜生物反應(yīng)器進(jìn)行污水處理，選自以下氧化溝膜生物反應(yīng)器污水處理工藝之任一：
氧化溝膜生物反應(yīng)器污水處理工藝一，包括以下步驟：
污水首先進(jìn)入缺氧區(qū)，與來自好氧區(qū)的回流液混合，缺氧區(qū)內(nèi)進(jìn)行反硝化過程進(jìn)行脫氮，部分有機(jī)物在反硝化菌的作用下降解去除;
然后進(jìn)入好氧區(qū)以及設(shè)置在好氧區(qū)內(nèi)的膜生物反應(yīng)區(qū)，進(jìn)行有機(jī)物的進(jìn)一步降解以及氨的硝化，再進(jìn)入缺氧區(qū)在氧化溝內(nèi)循環(huán)流動;處理后的水從膜生物反應(yīng)區(qū)通過泵排出;
氧化溝膜生物反應(yīng)器污水處理工藝二，包括以下步驟：
污水首先進(jìn)入?yún)捬鯀^(qū)，與來自好氧區(qū)的回流液混合，厭氧區(qū)內(nèi)聚磷菌在厭氧環(huán)境下釋磷，同時轉(zhuǎn)化易降解的有機(jī)污染物，并將部分含氮有機(jī)物進(jìn)行氨化;
然后進(jìn)入缺氧區(qū)，與來自好氧區(qū)的回流液混合，缺氧區(qū)內(nèi)進(jìn)行反硝化過程進(jìn)行脫氮，部分有機(jī)物在反硝化菌的作用下降解去除;
然后進(jìn)入好氧區(qū)以及設(shè)置在好氧區(qū)內(nèi)的膜生物反應(yīng)區(qū)，進(jìn)行有機(jī)物的進(jìn)一步降解以及氨的硝化和磷的吸收;處理后的水從膜生物反應(yīng)區(qū)通過泵排出。
優(yōu)選地，還包括以下特征中的任一項(xiàng)或多項(xiàng)：
缺氧區(qū)的溶解氧濃度<0.5mg/L，水力停留時間為0.5～3h，總氮負(fù)荷率≤0.05kgTN/(kgMLSS·d);
好氧區(qū)的溶解氧濃度>2mg/L，BOD5污泥負(fù)荷為0.1～0.2kgBOD5/(kgMLSS·d)，污泥濃度2.5～4.5g/L;
膜生物反應(yīng)區(qū)為脈沖式曝氣在線清洗方式;
膜生物反應(yīng)區(qū)的氣水比為4～6:1，脈沖曝氣氣水比按12～16:1。
優(yōu)選地，厭氧區(qū)的溶解氧濃度低于0.2mg/L，水力停留時間為1～2h。
本發(fā)明的氧化溝膜生物反應(yīng)器污水處理工藝用于去除污水中的有機(jī)物，脫氮除磷，為建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會作出貢獻(xiàn)。本發(fā)明將膜生物反應(yīng)區(qū)布置在氧化溝內(nèi)，采用連續(xù)運(yùn)行的方式，結(jié)合S-MBR和R-MBR的優(yōu)缺點(diǎn)，充分發(fā)揮不同類型的優(yōu)勢。
以脫氮為主要處理目標(biāo)，氧化溝-MBR反應(yīng)器內(nèi)分為缺氧/好氧區(qū);以同時脫氮除磷為主要處理目標(biāo)，分為厭氧/缺氧/好氧區(qū)。按不同工段的工藝要求，進(jìn)行攪拌、曝氣。各個工段之間相互連接，池型結(jié)構(gòu)和水力設(shè)計保證氧化溝內(nèi)同時實(shí)現(xiàn)完全混合式和推流式，水流在整個池體內(nèi)不斷循環(huán)，瞬時混合。
氧化溝內(nèi)設(shè)置導(dǎo)流墻和潛水?dāng)嚢杵鳎龠M(jìn)池內(nèi)上下層垂直混合，避免流速分層，利于改善池內(nèi)流速分布，防止污泥沉積。
曝氣能耗是污水處理工程及常規(guī)處理工藝中比較大的能源消耗環(huán)節(jié)，也是節(jié)能的重要環(huán)節(jié)。通過優(yōu)化曝氣系統(tǒng)，降低能耗：(1)自動化在線控制，精確曝氣;(2)非連續(xù)曝氣;(3)改良池型結(jié)構(gòu)、曝氣設(shè)備。
氧化溝內(nèi)采用鼓風(fēng)曝氣，選用微孔曝氣裝置，保證工藝所需的氧氣量。
MBR布置在氧化溝好氧段，通過調(diào)節(jié)堰門控制MBR的進(jìn)出水狀態(tài)。池內(nèi)采用穿孔管，通過程序自動化控制，進(jìn)行脈沖曝氣。周期性的氣量變化，低氣量滿足MBR工藝所需的氧量，減少無效曝氣;高氣量時，強(qiáng)氣流攪動在膜表面形成交錯流，產(chǎn)生剪切力和擾動力，使生物凝聚體等大分子脫離膜表面，避免污泥在膜組器上沉積。
MBR分組并聯(lián)布置，根據(jù)工藝運(yùn)行情況，定期清洗。與S-MBR相比，在各種設(shè)計規(guī)模下，均可采用原位清洗，不影響其他組MBR單元的運(yùn)行，不會破壞已形成的生物群和生物系統(tǒng)。與R-MBR相比，減少了清洗系統(tǒng)配套的機(jī)械設(shè)備，節(jié)省投資和運(yùn)行成本，便于維護(hù)。
本發(fā)明的氧化溝膜生物反應(yīng)器及其污水處理工藝至少具有以下有益效果之一：
1)氧化溝膜生物反應(yīng)器內(nèi)水流呈完全混合和推流流態(tài)，不斷循環(huán)，反復(fù)發(fā)生脫氮除磷過程，提高污水處理效果;
2)氧化溝和MBR工藝有機(jī)結(jié)合，可降低污泥回流比，或取消污泥回流，與傳統(tǒng)膜生物反應(yīng)器相比，工藝流程簡短，減少混合液提升泵和提升管路成本，動力能耗低;
3)氧化溝膜生物反應(yīng)器將S-MBR和R-MBR的技術(shù)優(yōu)勢有機(jī)結(jié)合，節(jié)省用地、減少機(jī)電設(shè)備、操作簡單且降低能耗;
4)在保證反應(yīng)正常進(jìn)行的需氧量，又滿足膜面擦洗所需的氣量的前提下，膜區(qū)采用脈沖曝氣，降低氣水比，相比等量曝氣的方式，按需分配，避免能耗過剩，同時消除由氣量不足引起膜堵塞等問題;
5)膜生物反應(yīng)區(qū)采用脈沖曝氣，將曝氣量控制在比較經(jīng)濟(jì)的范圍內(nèi)，有效曝氣，避免在完全混合過程中，因溶解氧過高而影響缺氧區(qū)的生存環(huán)境，抑制反硝化過程;或影響厭氧區(qū)的生存環(huán)境，抑制除磷過程;
6)控制好氧區(qū)和膜生物反應(yīng)的溶解氧濃度，發(fā)生硝化作用的同時，避免對有機(jī)物的過度降解，使缺氧區(qū)和厭氧區(qū)有機(jī)物含量低，造成硝態(tài)氮不能被完全去除，抑制聚磷菌的釋磷及PHB的合成，而磷釋放的徹底程度又影響到好氧段磷的吸收，從而影響脫氮除磷效果;
7)將膜生物反應(yīng)器和氧化溝有機(jī)結(jié)合，充分發(fā)揮S-MBR和R-MBR的優(yōu)勢，作為S-MBR運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)原位在線清洗和浸泡清洗，減少機(jī)電設(shè)備，維護(hù)運(yùn)行簡單;作為R-MBR運(yùn)行，提高了土地利用率，操作維護(hù)簡單;
8)膜生物反應(yīng)區(qū)布置于氧化溝內(nèi)，具有S-MBR的特點(diǎn)，節(jié)省空間，操作方便;
9)膜生物反應(yīng)區(qū)采用脈沖曝氣，設(shè)計經(jīng)濟(jì)合理的曝氣量，提高曝氣的有效利用率，節(jié)省能耗;
10)內(nèi)回流方式靈活，采用循環(huán)流水力推流實(shí)現(xiàn)，節(jié)省基建投資和運(yùn)行能耗，通過池內(nèi)水流反復(fù)循環(huán)，污泥隨著水流，形成不斷循環(huán)，實(shí)現(xiàn)膜區(qū)污泥回流，厭氧區(qū)、缺氧區(qū)的混合液回流;
11)膜生物反應(yīng)區(qū)上下交錯布置導(dǎo)流板，形成上下回旋水流，減弱水流對膜絲的沖刷強(qiáng)度，有利于延長膜絲的使用壽命，適用于各種類型的膜絲。
