氧化沟膜生物反应器及其污水处理工艺和应用

　　本发明提供一种氧化沟膜生物反应器及其污水处理工艺和应用，氧化沟膜生物反应器内设氧化沟，氧化沟膜生物反应器包括连续设立的缺氧区和好氧区或者包括连续设立的厌氧区、缺氧区和好氧区，好氧区内设置有一个或多个膜生物反应区，污水进水口设于缺氧区或厌氧区，将膜生物反应器和氧化沟有机结合，充分发挥S‑MBR和R‑MBR的优势，减少或取消污泥回流，精简工艺流程和动力设备;作为S‑MBR运行，实现原位在线清洗和浸泡清洗;作为R‑MBR运行，提高了土地利用率，操作维护简单;优化曝气系统，结合脉冲曝气，保证各区域内有效的需氧量，避免浪费能耗。本发明通过反应器优化组合，增强脱氮除磷的处理效果，节约能耗，节省占地。

　　摘要附图

　　权利要求书

　　1.一种氧化沟膜生物反应器，其特征在于，所述氧化沟膜生物反应器内设氧化沟，所述氧化沟膜生物反应器包括连续设立的缺氧区(1)和好氧区(2)或者包括连续设立的厌氧区(4)、缺氧区(1)和好氧区(2)，所述好氧区(2)内设置有一个或多个膜生物反应区(3)，所述污水进水口设于缺氧区(1)或厌氧区(4)。

　　2.如权利要求1所述的氧化沟膜生物反应器，其特征在于，所述氧化沟呈廊道式，所述氧化沟膜生物反应器包括一个氧化沟或多个串联的氧化沟。

　　3.如权利要求2所述的氧化沟膜生物反应器，其特征在于，所述氧化沟是由导流墙分隔而形成的，且包括一个或多个廊道。

　　4.如权利要求3所述的氧化沟膜生物反应器，其特征在于，所述导流墙包括中间隔墙(5)和/或弧形导流墙(6)。

　　5.如权利要求4所述的氧化沟膜生物反应器，其特征在于，所述弧形导流墙(6)设置于中间隔墙(5)的自由端。

　　6.如权利要求1所述的氧化沟膜生物反应器，其特征在于，所述厌氧区(4)和缺氧区(1)之间设置隔墙(7)。

　　7.如权利要求1至6任一项所述的氧化沟膜生物反应器，其特征在于，还包括以下特征中的任一项或多项：

　　1)所述氧化沟膜生物反应器设有一个或多个膜生物反应区组，每个膜生物反应区组由一个或多个并联的膜生物反应区构成，当膜生物反应区组为多个时，多个膜生物反应区组串联设置于所述好氧区(2)内;

　　2)每个膜生物反应区(3)设置膜区配水堰门(8)和膜区出水堰门(9);

　　3)每个膜生物反应区(3)内设有多个导流板，多个导流板在每个膜生物反应区(3)内上下交错设置;

　　4)每个膜生物反应区(3)内设有膜组件;

　　5)所述厌氧区、缺氧区和好氧区内设有推流型潜水搅拌机(10);

　　6)所述缺氧区和好氧区设有曝气装置。

　　8.如权利要求1至7任一项所述的氧化沟膜生物反应器用于处理污水的用途。

　　9.一种氧化沟膜生物反应器污水处理工艺，其特征在于，采用权利要求1至7任一项所述的氧化沟膜生物反应器进行污水处理，选自以下氧化沟膜生物反应器污水处理工艺之任一：

　　氧化沟膜生物反应器污水处理工艺一，包括以下步骤：

　　1)污水首先进入缺氧区，与来自好氧区的回流液混合，缺氧区内进行反硝化过程进行脱氮，部分有机物在反硝化菌的作用下降解去除;

　　2)然后进入好氧区以及设置在好氧区内的膜生物反应区，进行有机物的进一步降解以及氨的硝化，再进入缺氧区在氧化沟内循环流动;处理后的水从膜生物反应区排出;

　　氧化沟膜生物反应器污水处理工艺二，包括以下步骤：

　　1)污水首先进入厌氧区，与来自好氧区的回流液混合，厌氧区内聚磷菌在厌氧环境下释磷，同时转化易降解的有机污染物，并将部分含氮有机物进行氨化;

　　2)然后进入缺氧区，与来自好氧区的回流液混合，缺氧区内进行反硝化过程进行脱氮，部分有机物在反硝化菌的作用下降解去除;

　　3)然后进入好氧区以及设置在好氧区内的膜生物反应区，进行有机物的进一步降解以及氨的硝化和磷的吸收;处理后的水从膜生物反应区排出。

　　10.如权利要求9所述的氧化沟膜生物反应器污水处理工艺，其特征在于，还包括以下特征中的任一项或多项：

　　1)缺氧区的溶解氧浓度<0.5mg/L，水力停留时间为0.5～3h，总氮负荷率≤0.05kgTN/(kgMLSS·d);

　　2)好氧区的溶解氧浓度>2mg/L，BOD5污泥负荷为0.1～0.2kgBOD5/(kgMLSS·d)，污泥浓度2.5～4.5g/L;

　　3)膜生物反应区为脉冲式曝气在线清洗方式;

　　4)膜生物反应区的气水比为4～6:1，脉冲曝气气水比按12～16:1。

　　11.如权利要求10所述的氧化沟膜生物反应器污水处理工艺，其特征在于，厌氧区的溶解氧浓度低于0.2mg/L，水力停留时间为1～2h。

　　说明书

　　一种氧化沟膜生物反应器及其污水处理工艺和应用

　　技术领域

　　本发明涉及可生化性污水的生物处理与回用工艺技术领域，尤其涉及一种氧化沟膜生物反应器及其污水处理工艺和应用。

　　背景技术

　　膜生物反应器(membrane biological reactor)适用于城镇污水及具有可生化性的工业废水处理和回用工程，是一种将膜分离技术与传统污水生物处理工艺有机结合的新型高效污水处理工艺，以膜为分离介质替代常规重力沉淀固液分离获得出水，并能改变反应进程和提高反应效率的污水处理工艺，简称MBR。

　　MBR工艺中微生物浓度高，装置处理容积负荷大，占地省，出水水质良好，能直接回用，后段工艺不需设置沉淀池，因此，在出水排放标准要求高、需回用或者工程用地紧张的项目中，具有显著的优势和广阔的发展前景。

　　根据膜组器和生物反应器的相对位置分类，MBR工艺分为浸没式(又称一体式)和外置式(又称分体式)膜生物处理系统。浸没式膜生物处理系统(Immersed membranebiological treatment system)，简称S-MBR，指膜组器浸没在生物反应池中，污染物在生物反应池进行生化反应，利用膜进行固液分离的设备或系统。可采用负压产水，也可利用静水压力自流产水。外置式膜生物处理系统(Sidestream membrane biological treatmentsystem)，简称R-MBR，指膜组器和生物反应池分开布置，生物反应池内的活性污泥混合液泵入膜组器进行固液分离的设备或系统。产水排放或深度处理，浓缩的泥水混合物回流到循环浓缩池或生物反应池，形成循环。

　　S-MBR工艺结构紧密，节省空间，处理规模小于1000m3/h时可采用原位清洗，处理规模大于1000m3/h时因原位清洗会破坏原有生物处理系统，必须采用离线清洗。离线清洗单元设备投资高，操作维护复杂。同时由于膜表面流态稳定，膜堵塞、膜污染问题更明显。

　　R-MBR工艺膜组器独立、控制方式简单、清洗方便，但占地面积大，能耗高。

　　随着污水排放标准的日益提高，城市建设用地更趋紧张，MBR的应用需求迅速增加，而阻碍MBR工艺运行和推广的主要原因是能耗比传统工艺高、以及膜污染的相关问题。目前，大多数研究集中在这两个问题上。其中主要研究方向之一，是通过将MBR工艺与其他工艺有机组合，优化运行维护方式，降低能耗和运行成本。

　　发明内容

　　本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种氧化沟膜生物反应器及其污水处理工艺和应用，所述氧化沟膜生物反应器内设氧化沟，所述氧化沟膜生物反应器包括连续设立的缺氧区和好氧区或者包括连续设立的厌氧区、缺氧区和好氧区，所述好氧区内设置有一个或多个膜生物反应区，所述污水进水口设于缺氧区或厌氧区，将膜生物反应器和氧化沟有机结合，充分发挥S-MBR和R-MBR的优势，相比于传统活性污泥法和传统膜生物反应器：减少或取消污泥回流，精简了工艺流程和动力设备;作为S-MBR运行，实现原位在线清洗和浸泡清洗;作为R-MBR运行，提高了土地利用率，操作维护简单;优化曝气系统，结合脉冲曝气，保证各区域内有效的需氧量，避免浪费能耗。本发明通过反应器的优化组合，增强生化系统脱氮除磷的处理效果，节约能耗，节省占地，降低基建投资和运行成本。

　　本发明是通过以下技术方案实现的：

　　本发明方面提供一种氧化沟膜生物反应器，所述氧化沟膜生物反应器内设氧化沟，所述氧化沟膜生物反应器包括连续设立的缺氧区和好氧区或者包括连续设立的厌氧区、缺氧区和好氧区，所述好氧区内设置有一个或多个膜生物反应区，所述污水进水口设于缺氧区或厌氧区。

　　优选地，所述氧化沟呈廊道式，所述氧化沟膜生物反应器包括一个氧化沟或多个串联的氧化沟。

　　更优选地，所述氧化沟是由导流墙分隔而形成的，且包括一个或多个廊道。

　　进一步更优选地，所述导流墙包括中间隔墙和/或弧形导流墙。

　　再进一步更优选地，所述弧形导流墙设置于中间隔墙的自由端。

　　优选地，所述厌氧区和缺氧区之间设置隔墙。

　　优选地，还包括以下特征中的任一项或多项：

　　1)所述氧化沟膜生物反应器设有一个或多个膜生物反应区组，每个膜生物反应区组由一个或多个并联的膜生物反应区构成，当膜生物反应区组为多个时，多个膜生物反应区组串联设置于所述好氧区内;

　　2)每个膜生物反应区设置膜区配水堰门和膜区出水堰门;

　　3)每个膜生物反应区内设有多个导流板，多个导流板在每个膜生物反应区内上下交错设置;

　　4)每个膜生物反应区内设有膜组件;

　　5)所述厌氧区、缺氧区和好氧区内设有推流型潜水搅拌机;

　　6)所述缺氧区和好氧区设有曝气装置。

　　本发明第二方面提供上述氧化沟膜生物反应器的用途，用于处理污水。

　　本发明第三方面提供一种氧化沟膜生物反应器污水处理工艺，采用上述氧化沟膜生物反应器进行污水处理，选自以下氧化沟膜生物反应器污水处理工艺之任一：

　　氧化沟膜生物反应器污水处理工艺一，包括以下步骤：

　　污水首先进入缺氧区，与来自好氧区的回流液混合，缺氧区内进行反硝化过程进行脱氮，部分有机物在反硝化菌的作用下降解去除;

　　然后进入好氧区以及设置在好氧区内的膜生物反应区，进行有机物的进一步降解以及氨的硝化，再进入缺氧区在氧化沟内循环流动;处理后的水从膜生物反应区通过泵排出;

　　氧化沟膜生物反应器污水处理工艺二，包括以下步骤：

　　污水首先进入厌氧区，与来自好氧区的回流液混合，厌氧区内聚磷菌在厌氧环境下释磷，同时转化易降解的有机污染物，并将部分含氮有机物进行氨化;

　　然后进入缺氧区，与来自好氧区的回流液混合，缺氧区内进行反硝化过程进行脱氮，部分有机物在反硝化菌的作用下降解去除;

　　然后进入好氧区以及设置在好氧区内的膜生物反应区，进行有机物的进一步降解以及氨的硝化和磷的吸收;处理后的水从膜生物反应区通过泵排出。

　　优选地，还包括以下特征中的任一项或多项：

　　缺氧区的溶解氧浓度<0.5mg/L，水力停留时间为0.5～3h，总氮负荷率≤0.05kgTN/(kgMLSS·d);

　　好氧区的溶解氧浓度>2mg/L，BOD5污泥负荷为0.1～0.2kgBOD5/(kgMLSS·d)，污泥浓度2.5～4.5g/L;

　　膜生物反应区为脉冲式曝气在线清洗方式;

　　膜生物反应区的气水比为4～6:1，脉冲曝气气水比按12～16:1。

　　优选地，厌氧区的溶解氧浓度低于0.2mg/L，水力停留时间为1～2h。

　　本发明的氧化沟膜生物反应器污水处理工艺用于去除污水中的有机物，脱氮除磷，为建设资源节约型、环境友好型社会作出贡献。本发明将膜生物反应区布置在氧化沟内，采用连续运行的方式，结合S-MBR和R-MBR的优缺点，充分发挥不同类型的优势。

　　以脱氮为主要处理目标，氧化沟-MBR反应器内分为缺氧/好氧区;以同时脱氮除磷为主要处理目标，分为厌氧/缺氧/好氧区。按不同工段的工艺要求，进行搅拌、曝气。各个工段之间相互连接，池型结构和水力设计保证氧化沟内同时实现完全混合式和推流式，水流在整个池体内不断循环，瞬时混合。

　　氧化沟内设置导流墙和潜水搅拌器，促进池内上下层垂直混合，避免流速分层，利于改善池内流速分布，防止污泥沉积。

　　曝气能耗是污水处理工程及常规处理工艺中比较大的能源消耗环节，也是节能的重要环节。通过优化曝气系统，降低能耗：(1)自动化在线控制，精确曝气;(2)非连续曝气;(3)改良池型结构、曝气设备。

　　氧化沟内采用鼓风曝气，选用微孔曝气装置，保证工艺所需的氧气量。

　　MBR布置在氧化沟好氧段，通过调节堰门控制MBR的进出水状态。池内采用穿孔管，通过程序自动化控制，进行脉冲曝气。周期性的气量变化，低气量满足MBR工艺所需的氧量，减少无效曝气;高气量时，强气流搅动在膜表面形成交错流，产生剪切力和扰动力，使生物凝聚体等大分子脱离膜表面，避免污泥在膜组器上沉积。

　　MBR分组并联布置，根据工艺运行情况，定期清洗。与S-MBR相比，在各种设计规模下，均可采用原位清洗，不影响其他组MBR单元的运行，不会破坏已形成的生物群和生物系统。与R-MBR相比，减少了清洗系统配套的机械设备，节省投资和运行成本，便于维护。

　　本发明的氧化沟膜生物反应器及其污水处理工艺至少具有以下有益效果之一：

　　1)氧化沟膜生物反应器内水流呈完全混合和推流流态，不断循环，反复发生脱氮除磷过程，提高污水处理效果;

　　2)氧化沟和MBR工艺有机结合，可降低污泥回流比，或取消污泥回流，与传统膜生物反应器相比，工艺流程简短，减少混合液提升泵和提升管路成本，动力能耗低;

　　3)氧化沟膜生物反应器将S-MBR和R-MBR的技术优势有机结合，节省用地、减少机电设备、操作简单且降低能耗;

　　4)在保证反应正常进行的需氧量，又满足膜面擦洗所需的气量的前提下，膜区采用脉冲曝气，降低气水比，相比等量曝气的方式，按需分配，避免能耗过剩，同时消除由气量不足引起膜堵塞等问题;

　　5)膜生物反应区采用脉冲曝气，将曝气量控制在比较经济的范围内，有效曝气，避免在完全混合过程中，因溶解氧过高而影响缺氧区的生存环境，抑制反硝化过程;或影响厌氧区的生存环境，抑制除磷过程;

　　6)控制好氧区和膜生物反应的溶解氧浓度，发生硝化作用的同时，避免对有机物的过度降解，使缺氧区和厌氧区有机物含量低，造成硝态氮不能被完全去除，抑制聚磷菌的释磷及PHB的合成，而磷释放的彻底程度又影响到好氧段磷的吸收，从而影响脱氮除磷效果;

　　7)将膜生物反应器和氧化沟有机结合，充分发挥S-MBR和R-MBR的优势，作为S-MBR运行，实现原位在线清洗和浸泡清洗，减少机电设备，维护运行简单;作为R-MBR运行，提高了土地利用率，操作维护简单;

　　8)膜生物反应区布置于氧化沟内，具有S-MBR的特点，节省空间，操作方便;

　　9)膜生物反应区采用脉冲曝气，设计经济合理的曝气量，提高曝气的有效利用率，节省能耗;

　　10)内回流方式灵活，采用循环流水力推流实现，节省基建投资和运行能耗，通过池内水流反复循环，污泥随着水流，形成不断循环，实现膜区污泥回流，厌氧区、缺氧区的混合液回流;

　　11)膜生物反应区上下交错布置导流板，形成上下回旋水流，减弱水流对膜丝的冲刷强度，有利于延长膜丝的使用寿命，适用于各种类型的膜丝。