CN109110916A - 连续序批式膜生物反应器及污水处理方法 - Google Patents
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Abstract
连续序批式膜生物反应器(CSMBR)涉及污水处理和膜过滤技术领域，依次包括至少一个缺氧反应池、多个好氧反应池和至少一个膜池，其中膜池与至少一个缺氧反应池之间设有缺氧回流管路；所述好氧池中包括至少一个曝气区和至少一个气提循环区，所述曝气区和气提循环区之间上下联通，所述缺氧区中设有搅拌器；污水依次经过缺氧、(厌氧)、多级好氧和膜过滤，高浓度微生物经历活跃期、“休眠期”、活跃期周期性循环。当没有除氮脱磷要求时可以取消所述缺氧反应器。本发明实现了序批式生物反应器(SBR)的连续化，实现了膜生物反应器(MBR)与SBR的高效结合，污水处理深度更高，节能效果明显。
Description
技术领域
本发明涉及污水处理和膜过滤技术领域，特别涉及一种将序批式污水生化反应器连续化的节能型生物反应器及污水处理方法。
技术背景
在污水处理技术中传统的好氧生物反应器是将污水引入设有曝气装置的反应池中，污水与反应池中的活性污泥在曝气作用下充分混合形成生化液，污水中部分污染物在反应池内活性污泥与氧气的共同作用下被气化(二氧化碳和氮气)或固话(污泥)去除。生化液经沉淀池沉淀，部分活性污泥回流至生化反应池，上清液被排放。一般把有可能在生化反应池中被生化降解的污染物称为可生化污染物。
上述方法最大的问题是在曝气作用下反应池内是一个相对稳定的全混体系，就是说除入水点附近极小区域以外，在池内任何一点水中的可生化污染物浓度是一致的，该可生化污染物浓度等于产水可生化污染物浓度，在此称之为剩余可生化污染物浓度。值得注意的是，在反应池中必须有足够的活性微生物浓度以实现生化反应。此处所述的活性微生物浓度与人们检测到的“活性污泥”浓度MLSS不同，因为后者包括了有机污泥和无机污泥；与人们检测到的“可挥发活性污泥”浓度VMLSS也不同，因为后者包括了死去的微生物尸体。活性微生物保持活性的前提是水中有足够的微生物食物(即剩余可生化污染物)。活性微生物的浓度与剩余可生化污染物浓度存在正变依赖关系。在一个可生化污染物为零的“反应池”中活性微生物就不能存活。因此，如果对好氧生化反应池可生化污染物去除效率的要求越高，需要保有的活性微生物浓度也要越高，剩余可生化污染物浓度也越高。反之，如果对剩余污染物浓度要求越低，池中活性微生物浓度就越低，生化效率就越低。
全混生物反应池这一本质问题限制了好氧反应的彻底性。
膜生物反应器(MBR)技术将膜技术与全混生物反应池结合，可以使生物体系更丰富，也可以大幅增加生化液中活性微生物的浓度，但是全混生物反应池好氧反应的不彻底性问题没有得到解决。
传统的序批式反应器(SBR)克服了全混生物反应池好氧反应不彻底的问题。典型的序批式反应器在同一反应器中按时间顺序经过入水-缺氧-好氧-沉淀-滗水过程，其中高浓度的活性微生物将污水中的可生化污染物降解至非常低的浓度直至零，此后活性微生物进入“休眠”状态直至下个周期。由于活性微生物在高可生化污染物浓度和低可生化污染物浓度甚至零可生化污染物浓度之间周期性循环，避免了活性微生物长期在低可生化污染物浓度条件下工作，活性微生物保持了较高的浓度同时产水的剩余可生化污染物浓度较低。只要在下一个生化周期前活性微生物不被“饿死”，活性微生物的浓度就与产水中剩余可生化污染物浓度无直接关联。
然而SBR技术采用间歇式排水，使得其与膜生物反应器(MBR)技术难以结合。
另一方面全混式好氧反应器氧气的利用率较低，增加了反应器的能耗，与膜技术结合的MBR技术耗能更高。
本发明的目的是解决全混式好氧生物反应器效率与处理效果间的矛盾问题和SBR技术中间歇进出水的技术问题，揭示一种具有序批式生化处理效果的连续生化反应过程，并可以与膜技术良好结合。本发明的另一目的是降低好氧反应器的能耗。
发明内容
为了达到将序批式生物反应器连续化、使之能与MBR技术有效结合并节能的目的，本发明将SBR同一反应池时间序批方式改为多个反应池的空间序批方式，因而实现了SBR的连续化和与MBR的有效结合。通过优化曝气方式和提高溶解氧效率实现节能。
本发明第一种连续序批式膜生物反应器(CSMBR)依次包括多个好氧反应池和至少一个膜池，其中膜池与最前端好氧反应池之间设有好氧回流管路；进水管路，各好氧反应池、膜池之间通过多个联通孔联通；其中所述好氧池中包括至少一个曝气区和至少一个气提循环区，所述曝气区和气提循环区之间上下联通，所述膜池中设有膜过滤装置和与之配套的曝气、反洗、药洗设施。
本发明第二种连续序批式膜生物反应器依次包括至少一个缺氧反应池、多个好氧反应池和至少一个膜池，其中膜池与至少一个缺氧反应池之间设有缺氧回流管路；进水管路，至少一个缺氧区、各好氧反应池、膜池之间通过多个联通孔联通；其中所述好氧池中包括至少一个曝气区和至少一个气提循环区，所述曝气区和气提循环区之间上下联通，所述缺氧区中设有搅拌器；所述膜池中设有膜过滤装置和与之配套的曝气、反洗、药洗设施。
使用第一种连续序批式膜生物反应器时，污水经进水管路依次流经多个好氧池(3)后进入膜池，经过膜过滤系统过滤通过产水管路排出；膜池生化液经好氧回流管路回流到最前端好氧生化池；同时，对多个好氧反应池中曝气区和膜系统均匀曝气。
使用第二种连续序批式膜生物反应器时，污水经进水管路依次流经至少一个缺氧反应池、多个好氧池、最后进入膜池，经过膜过滤系统过滤再通过产水管路排出；膜池中浓缩的生化液(水和活性微生物的混合液)经缺氧回流管路回流到最前端缺氧生化池；同时，对多个好氧反应池中曝气区和膜系统均匀曝气，对缺氧反应池生化液进行搅拌。
本发明的有益效果在于实现了序批式生物反应器(SBR)的连续化，实现了膜生物反应器(MBR)与SBR的高效结合，节能效果明显，节约占地和设备投资。
附图说明
图1第一种连续序批式膜生物反应器俯视原理示意图
图2第一种连续序批式膜生物反应器主视原理示意图
图3第二种连续序批式膜生物反应器俯视原理示意图
图4第二种连续序批式膜生物反应器主视原理示意图
图中：2.缺氧反应池，3.好氧反应池，4.膜池，5.联通孔，10.进水管路，20.产水管路，21.搅拌器，31.曝气区，32.气提循环区，41.好氧回流管路，42.缺氧回流管路，50.膜过滤系统。为简明起见图中忽略了相关水泵、风机、阀门、仪表，膜系统相关设施和自动控制系统。
具体实施方式
参见图1和图2，第一种连续序批式膜生物反应器依次包括多个好氧反应池(3)和至少一个膜池(4)，其中膜池(4)与最前端好氧反应池(3)之间设有好氧回流管路(41)；进水管路(10)，各好氧反应池(3)、膜池(4)之间通过多个联通孔(5)联通；其中所述好氧池(3)中包括至少一个曝气区(31)和至少一个气提循环区(32)，所述曝气区(31)和气提循环区(32)之间上下联通，所述膜池(4)中设有膜过滤装置(50)和与之配套的曝气、反洗、药洗设施。
参见图3和图4，第二种连续序批式膜生物反应器依次包括至少一个缺氧反应池(2)、多个好氧反应池(3)和至少一个膜池(4)，其中膜池(4)与至少一个缺氧反应池(2)之间设有缺氧回流管路(42)；进水管路(10)，至少一个缺氧区(2)、各好氧反应池(3)、膜池(4)之间通过多个联通孔(5)联通；其中所述好氧池(3)中包括至少一个曝气区(31)和至少一个气提循环区(32)，所述曝气区(31)和气提循环区(32)之间上下联通，所述缺氧区中设有搅拌器(21)；所述膜池(4)中设有膜过滤装置(50)和与之配套的曝气、反洗、药洗设施。
使用第一种连续序批式膜生物反应器时，污水经进水管路(10)依次流经多个好氧池(3)后进入膜池(4)，经过膜过滤系统(50)过滤通过产水管路(20)排出；膜池生化液经好氧回流管路(41)回流到最前端好氧生化池(3)；同时，对多个好氧反应池(3)中曝气区(31)和膜系统(50)均匀曝气。
在好氧反应池(3)中，由于气提作用，曝气区(31)中的生化液向上流，气提循环区(32)内的生化液向下流，生化液在曝气区(31)获得的溶解氧在气提循环区(32)内被消耗，使得再次进入曝气区(31)的生化液中溶解氧浓度较低，因而提高曝气区(31)氧的传质效率，达到节能目的。由于好氧反应池中可降解污染物逐步降低，因此可以通过调节曝气量将各好氧反应池中的溶解氧逐步降低，进一步节能。另一方面由于用于膜表面“气擦洗”的曝气强度明显高于一般好氧生化的曝气强度，可以利用膜池(4)中的高溶解氧浓度提高硝化反应效果。一般地说膜池回流量是处理水量的3-5倍，这一回流量恰恰满足活性微生物回流的工艺要求。
使用第二种连续序批式膜生物反应器时，污水经进水管路(10)依次流经至少一个缺氧反应池(2)、多个好氧池(3)、最后进入膜池(4)，经过膜过滤系统(50)过滤再通过产水管路(20)排出；膜池(4)中浓缩的生化液经缺氧回流管路(42)回流到最前端缺氧生化池(2)；同时，对多个好氧反应池(3)中曝气区(31)和膜系统(50)均匀曝气，对缺氧反应池(2)生化液进行搅拌。
在第二种连续序批式膜生物反应器最前端缺氧反应区(2)内溶解氧浓度较低，回流的生化液带入较高浓度的硝氮，此处反硝化微生物活跃，主要发生反硝化反应，实现脱氮目标；此后的缺氧反应区(2)中溶解氧浓度更低，甚至达到厌氧环境，主要发生磷的释放(磷的无机化)；污水在第一好氧池(3)内可生化污染物浓度较高，除碳活性微生物活跃，除碳生化效率较高；污水流经此后的好氧反应池(3)时含碳可生化污染物浓度逐步降低，除碳活性微生物活跃程度减弱，此时硝化活性微生物活跃程度提高，主要发生硝化反应；生化液进入膜池(4)时，由于膜池(4)溶解氧更高，硝化反应更为彻底；膜将各类活性微生物全部阻隔，各类活性微生物经缺氧回流管路(42)回流到最前端缺氧生化池(2)中并与高浓度可生化污染物混合，各类活性微生物分步获得各类营养或生存环境而恢复活性。
与传统的序批式生物反应器相同的是，CSMBR中污水同样依次经过了缺氧、(厌氧)、好氧、硝化好氧、泥水分离过程，其中各类活性微生物同样经过了高活跃期、低活跃期、“休眠”期、再活跃期的时间周期历程。与传统的SBR不同的是，传统SBR中的活性微生物一直留存在同一个SBR反应池中，以时间变量实现序批；CSMBR是将活性微生物循环流动，实现空间变量的序批。CSMBR实现了序批生化反应进出水的连续性，实现了SBR与MBR的高效结合，将沉淀和滗水程序用膜过滤替代，将MBR的技术优势与SBR技术优势结合。
本发明将SBR与MBR结合，在发挥SBR处理深度更高的基础上，用膜分离方法截留几乎全部的微生物，因此微生物种群更加丰富，因此一些在传统活性污泥法中不能被降解的污染物被有效降解；用膜分离生代替沉淀法，生化反应液中污泥浓度也更高，可以节约占地和设备投资，产水悬浮物浓度更低。
Claims (4)
1.一种连续序批式膜生物反应器，其特征在于依次包括多个好氧反应池(3)和至少一个膜池(4)，其中膜池(4)与最前端好氧反应池(3)之间设有好氧回流管路(41)；进水管路(10)，各好氧反应池(3)、膜池(4)之间通过多个联通孔(5)联通；其中所述好氧池(3)中包括至少一个曝气区(31)和至少一个气提循环区(32)，所述曝气区(31)和气提循环区(32)之间上下联通，所述膜池(4)中设有膜过滤装置(50)和与之配套的曝气、反洗、药洗设施。
2.一种连续序批式膜生物反应器，其特征在于依次包括至少一个缺氧反应池(2)、多个好氧反应池(3)和至少一个膜池(4)，其中膜池(4)与至少一个缺氧反应池(2)之间设有缺氧回流管路(42)；进水管路(10)，至少一个缺氧区(2)、各好氧反应池(3)、膜池(4)之间通过多个联通孔(5)联通；其中所述好氧池(3)中包括至少一个曝气区(31)和至少一个气提循环区(32)，所述曝气区(31)和气提循环区(32)之间上下联通，所述缺氧区中设有搅拌器(21)；所述膜池(4)中设有膜过滤装置(50)和与之配套的曝气、反洗、药洗设施。
3.根据权利要求1所述的连续序批式膜生物反应器及污水处理方法，其特征在于污水经进水管路(10)依次流经多个好氧池(3)后进入膜池(4)，经过膜过滤系统(50)过滤通过产水管路(20)排出；膜池生化液经好氧回流管路(41)回流到最前端好氧生化池(3)；同时，对多个好氧反应池(3)中曝气区(31)和膜系统(50)均匀曝气。
4.根据权利要求2所述的连续序批式膜生物反应器及污水处理方法，其特征在于污水经进水管路(10)依次流经至少一个缺氧反应池(2)、多个好氧池(3)、最后进入膜池(4)，经过膜过滤系统(50)过滤再通过产水管路(20)排出；膜池(4)中浓缩的生化液经缺氧回流管路(42)回流到最前端缺氧生化池(2)；同时，对多个好氧反应池(3)中曝气区(31)和膜系统(50)均匀曝气，对缺氧反应池(2)生化液进行搅拌。
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