CN102951731B - 气升式氧化沟型膜生物反应器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种气升式氧化沟型膜生物反应器。本发明提供了一种气升式氧化沟型膜生物反应器，其由隔墙、第一挡板、第二挡板和第三挡板将外沟壁围成的氧化沟分隔成以所述隔墙为对称的两部分；所述氧化沟内间隔放置多个曝气段，每个所述曝气段内设置第一曝气区和第二曝气区两个曝气区；所述第一曝气区内设有膜组件，所述膜组件位于所述第一挡板和所述第二挡板之间，所述膜组件的底部设有曝气管。本发明的有益效果如下：利用结合膜生物反应器的气升氧化沟进行废水生物处理与固液分离均在氧化沟池体内进行，自然解决了污泥回流的问题，无须污泥回流设施；既具有氧化沟的高效生物处理能力，又具备了膜生物反应器的良好固液分离效果。
Description
技术领域
本发明涉及水和废水处理与净化技术领域，具体涉及一种气升式氧化沟型膜生物反应器。
背景技术
膜生物反应器是一种将膜分离技术与生物处理单元相组合的新型污水处理与回用工艺。该工艺由于采用高效的膜分离替代传统活性污泥工艺中的二沉池，通过膜分离可以截留微生物，实现水力停留时间和污泥龄的分离，固液分离效率高，出水好且稳定，可直接回用；反应器内可保持高浓度的微生物量，处理容积负荷高，占地面积省；剩余污泥产生量小；操作管理方便，自动化程度高等。鉴于膜生物反应器的优点，国内外已建立了相当规模和数量的MBR污水处理和资源化工程，已经用于城市生活污水处理与回用、高浓度有机废水的处理、粪便废水的处理和垃圾渗滤液废水的处理等领域。
投资成本和运行能耗较高是MBR技术的主要缺点，近年来随着膜生产技术的发展、膜质量的提高和成本的降低，MBR的投资与运行费用已有较大幅度的下降。但与传统污水处理工艺相比，运行能耗仍然偏高。目前MBR用于城市污水处理的运行能耗为0.6-0.8kWh/m3，高出传统污水处理工艺约一倍。能耗是工程运行中的持续支出，因而是污水处理技术的重要评价指标。高运行能耗已成为影响MBR技术推广应用中的限制性因素，是亟待解决的关键问题。
氧化沟是具有完全混合和整体推流水力学特征的延时曝气活性污泥法水处理工艺，它集厌氧-缺氧-好氧多段生物反应于一体，使各种生物菌体在不同的反应区具有不同的活性，有效地实现废水中各种污染物的去处，从而具备良好的去处COD和脱氮除磷的功能。
气升式氧化沟将传统的氧化沟进行了技术改进，它采用气升式深水曝气，使废水中的溶解氧含量增加，可以有效提高有机污染物的去除效率，但是需要采用污泥回流设施进行回流处理。
发明内容
本发明的目的是提供一种气升式氧化沟型膜生物反应器。
本发明提供的气升式氧化沟型膜生物反应器，包括由外沟壁13围成的氧化沟，所述氧化沟内设有隔墙（4）；该反应器包括至少一个处理单元，且各个粗粒单元相互连通。所述处理单元沿水流方向依次形成缺氧区7、厌氧区8和好氧区6；所述好氧区包括至少一个曝气段；曝气段的数量由所需要安装的膜组件数量和废水生物处理所需要提供的好氧停留时间确定；所述曝气段由所述隔墙的一部分、所述外沟壁的一部分及第一挡板1围成的第一曝气区9和第二曝气区5；在所述第一曝气区和所述第二曝气区之间设有第三挡板3；第一曝气区可与所述厌氧区相邻，也可以为第二曝气区与所述厌氧区相邻。所述第一曝气区内设有第二挡板2，所述第二挡板将所述第一曝气区沿水流方向依次分为分离区和曝气区；所述第一挡板和所述第三挡板固设在所述隔墙和所述氧化沟的侧壁的上部，且所述第一挡板和所述第三挡板均与所述氧化沟的底部有间隙；所述第二挡板固设在所述隔墙和所述氧化沟的侧壁的下部，所述第二挡板与所述氧化沟的顶部有间隙且与所述氧化沟的底部密闭；在所述曝气段内，所述第一挡板、所述第二挡板和所述第三挡板分隔形成迷宫式通道14；所述第一曝气区和所述第二曝气区分别设有与外界连通的进气管10；所述第二曝气区内还设有与所述第二曝气区的进气管连接的第二曝气装置，具体为曝气头，本发明采用深水微孔曝气头，其作用为在上升气流的作用下，防治污泥沉淀，并可根据氧化沟的运行情况调整其曝气量，补充氧化沟运行所需的溶解氧；所述第二曝气装置位于所述第三挡板的沿水流方向的末端；在所述缺氧区设有与外界连通的进水口12；污水从进水口12进入氧化沟内，在曝气区内空气从沟底进入，从沟底向水面上升；在所述第一曝气区的曝气区还设有与外界连通的污泥排放口11；所述分离区设有膜组件15；该膜组件为浸没式膜组件，本发明采用的膜可以为超滤膜或微滤膜。在所述膜组件的底部设有与所述第一曝气区的进气管连接的第一曝气装置，具体为曝气管，其作用是在给废水提供氧气的同时，利用上升流造成的密度下降，带动整体水流向上流动，从而成为整个氧化沟运行的动力源，与此同时水流上升可冲刷膜组件，形成膜的错流过滤，保证膜面清洁，维持膜分离稳定运行。在所述膜组件顶部设有与外界连通的出水管16，过滤后的水从该管流出。
上述气升式氧化沟型膜生物反应器采用氧化沟型和浸没式膜组件结合，自然解决了污泥回流的问题，无须污泥回流设施，也大幅度降低了污水处理运行能耗；同时膜组件和第一、二、三挡板分隔成迷宫式通道，共同为氧化沟提供推流动力。
本发明中膜组件的固液分离功能实现还需配备相关的设备，其配置与传统浸没式膜生物反应器一致，与采用的膜组件形式相关，不再具体叙述。
本发明的有益效果如下：
1）本发明在空间上将膜组件嵌入在氧化沟内，利用结合膜生物反应器的气升氧化沟进行废水生物处理与固液分离均在氧化沟池体内进行，自然解决了污泥回流的问题，无须污泥回流设施，因此其占地面小于传统的氧化沟工艺和膜生物反应器工艺，设备简单紧凑，基建费用低，运行管理方便，运行能耗大幅度降低；
2）本发明利用膜组件与氧化沟工艺有机结合，既具有氧化沟的高效生物处理能力，又具备了膜组件的良好固液分离效果；膜组件下方的曝气装置，既满足膜组件自生曝气需求，又能满足气升氧化沟的动力需求，还能达到提高废水中的溶解氧浓度的作用，达到提高动力利用效率的作用，在曝气同时实现增氧、混合液气升推流和膜组件曝气冲刷的功能，可大幅度节省动力消耗，降低了工艺的运行能耗，提高的氧化沟工艺的活性污泥浓度，增加了氧化沟生化降解污染物的效率；
3）本发明采用的膜组件由微滤膜（或超滤膜）组件构成，固液分离效率高，既保障出水水质，还可以提高整个生物处理单元的微生物浓度，增加生物处理单元的容积负荷；
4）本发明采用膜组件布置形式与迷宫通道配合，可以提高膜组件的冲刷和混合液的气升效果。
附图说明
图1是气升氧化沟型膜生物反应器俯视图
图2是图1的A-A剖面侧视图
图3是气升氧化沟型膜生物反应器俯视图
图4是图3的A-A剖面侧视图
具体实施方式
下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。
下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
实施例1、气升式氧化沟型膜生物反应器
本实施例的气升式氧化沟型膜生物反应器结构如图1和图2所示，包括由外沟壁13围成的氧化沟，所述氧化沟内设有隔墙4；该反应器包括2个处理单元，且两个处理单元之间连通。每个处理单元沿水流方向依次形成缺氧区7、厌氧区8和好氧区6；其中好氧区包括2个曝气段；每一个曝气段是由隔墙的一部分、外沟壁的一部分及第一挡板1围成的第一曝气区9和第二曝气区5；在第一曝气区和第二曝气区之间设有第三挡板3；沿水流方向第一曝气区与厌氧区相邻。第一曝气区内设有第二挡板2，第二挡板将第一曝气区沿水流方向依次分为分离区和曝气区；第一挡板和第三挡板固设在隔墙和氧化沟的侧壁的上部，且第一挡板和第三挡板均与氧化沟的底部有间隙；第二挡板固设在隔墙和氧化沟的侧壁的下部，第二挡板与氧化沟的顶部有间隙且与氧化沟的底部密闭；在曝气段内，第一挡板、第二挡板和第三挡板分隔形成迷宫式通道14；第一曝气区和第二曝气区分别设有与外界连通的进气管10；第二曝气区内还设有与第二曝气区的进气管连接的曝气头（深水微孔曝气头）；第二曝气装置位于第三挡板的沿水流方向的末端；在缺氧区设有与外界连通的进水口12；污水从进水口12进入氧化沟内，在曝气区内空气从沟底进入，从沟底向水面上升；在第一曝气区的曝气区还设有与外界连通的污泥排放口11；分离区设有浸没式膜组件15，该膜组件采用的膜为超滤膜。在膜组件的底部设有与第一曝气区对应的进气管连接的曝气管。在膜组件顶部设有与外界连通的出水管16。
气升式氧化沟型膜生物反应器处理污水：污水可以通过气升式氧化沟型膜生物反应器的进水口流入缺氧区，经厌氧区最后进入好氧区，反复经过多个处理单元处理，最后处理后的水从出水管流出，具体过程如下：
缺氧区：泥水混合液进入缺氧区，一部分聚磷利用混合中的硝酸盐作为最终电子受体以分解细胞内的PHB（聚β羟基丁酸），产生的能量用于磷的吸收和聚磷的合成，同时反硝化菌利用内回流来的硝酸盐，以及废水中可生物降解的有机物进行反硝化，达到部分脱碳与脱硝、除磷的目的。
厌氧区：经过缺氧处理的水进入厌氧区后，在厌氧条件下，污水内的兼性菌将溶解性BOD转化成低分子发酵物，生物聚磷菌将优先吸附这些低分子发酵物，并将其运送至细胞内，同化成胞内碳源存贮物，经厌氧状态释放磷酸盐的聚磷菌可在后续的好氧状态下具有很强的吸磷能力，吸收、存贮超出生长需求的磷量，并合成新的聚磷菌细胞，产生富磷污泥，通过剩余污泥的排放将磷从系统中除去。
好氧区：经过厌氧区处理的混合液进入好氧区，在第一曝气区经膜过滤和曝气管曝气，其兼有固液分离和形成氧化沟推流动力的作用，给废水提供氧气的同时，利用上升流造成的密度下降，带动整体水流向上流动，从而成为整个氧化沟运行的动力源，与此同时水流上升可冲刷膜组件，形成膜的错流过滤，保证膜面清洁，维持膜分离稳定运行；这样可以将混合液中的水分离出来，直接从膜组件连接的出水口流出达到回用或排放标准；而混合液中的污泥浓缩后，经过气升作用部分从污泥排出口排出，部分回流至的下一个处理单元。在第二曝气区内通过深水微孔曝气头曝气，在上升气流的作用下，防治污泥沉淀，并可根据氧化沟的运行情况调整其曝气量，补充氧化沟运行所需的溶解氧，有效地提高污水中溶解氧浓度；采用多段分区曝气，可以灵活地控制溶解氧浓度和废水在各个分区的停留时间，从而可以有效控制氧化沟的好氧、缺氧和厌氧的交替运行，使污水在经过厌氧、缺氧、好氧三个不同功能区的过程中，在不同的微生物菌落的作用下，使污水中的有机物、N、P得到去除。
实施例2、气升式氧化沟型膜生物反应器
本实施例的气升式氧化沟型膜生物反应器结构如图3和图4所示，其与实施例1的结构基本相同，不同的是沿水流方向，第二曝气区与厌氧区相邻，膜组件采用的膜为微滤膜。
Claims (7)
1.一种气升式氧化沟型膜生物反应器，包括由外沟壁（13）围成的氧化沟，所述氧化沟内设有隔墙（4）；该反应器包括至少一个处理单元，所述处理单元沿水流方向依次形成缺氧区（7）、厌氧区（8）和好氧区（6）；所述好氧区包括至少一个曝气段；所述曝气段是由所述隔墙的一部分、所述外沟壁的一部分及第一挡板（1）围成的第一曝气区（9）和第二曝气区（5）；在所述第一曝气区和所述第二曝气区之间设有第三挡板（3）；所述第一曝气区内设有第二挡板（2），所述第二挡板将所述第一曝气区沿水流方向依次分为分离区和曝气区；所述第一挡板和所述第三挡板固设在所述隔墙和所述氧化沟的侧壁的上部，且所述第一挡板和所述第三挡板均与所述氧化沟的底部有间隙；所述第二挡板固设在所述隔墙和所述氧化沟的侧壁的下部，所述第二挡板与所述氧化沟的顶部有间隙且与所述氧化沟的底部密闭；在所述曝气段内，所述第一挡板、所述第二挡板和所述第三挡板形成迷宫式通道（14）；所述第一曝气区和所述第二曝气区分别设有与外界连通的进气管（10）；所述第二曝气区内还设有与所述第二曝气区的进气管连接的第二曝气装置，所述第二曝气装置位于所述第三挡板的沿水流方向的末端；在所述缺氧区设有与外界连通的进水口（12）；在所述第一曝气区的曝气区还设有与外界连通的污泥排放口（11）；所述分离区设有膜组件（15）；在所述膜组件的底部设有与所述第一曝气区的进气管连接的第一曝气装置；在所述膜组件顶部设有与外界连通的出水管（16）。
2.根据权利要求1所述的气升式氧化沟型膜生物反应器，其特征在于：所述第一曝气区与所述厌氧区相邻。
3.根据权利要求1所述的气升式氧化沟型膜生物反应器，其特征在于：所述第二曝气区与所述厌氧区相邻。
4.根据权利要求1-3中任一所述的气升式氧化沟型膜生物反应器，其特征在于：所述膜组件为浸没式膜组件。
5.根据权利要求4所述的气升式氧化沟型膜生物反应器，其特征在于：所述浸没式膜组件采用的膜为超滤膜或微滤膜。
6.根据权利要求1所述的气升式氧化沟型膜生物反应器，其特征在于：所述第一曝气装置为曝气头；所述第二曝气装置为曝气管。
7.根据权利要求1所述的气升式氧化沟型膜生物反应器，其特征在于：各个所述处理单元相互连通。
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