專利名稱：序批式膜－生物反應(yīng)器污水處理工藝及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種水和廢水處理技術(shù)，尤其涉及一種利用序批式活性污泥法和膜-生物反應(yīng)器對污水進行處理的方法及設(shè)備，屬于水和廢水處理與凈化技術(shù)領(lǐng)域。
序批式活性污泥法(即間歇式活性污泥法，Sequencing Batch Reactor，SBR)是傳統(tǒng)連續(xù)式活性污泥法的一個變種，其主要反應(yīng)器只有一個曝氣池，同時完成曝氣沉淀等功能，其運行可以分為以下五個工序①流入；②反應(yīng)；③沉淀；④排放；⑤待機(閑置)。如附

圖1所示。與傳統(tǒng)的連續(xù)式活性污泥法相比，SBR系統(tǒng)組成相對簡單，無需污泥回流設(shè)備，不設(shè)二次沉淀池，曝氣池容積也小于連續(xù)式，整個處理系統(tǒng)的建設(shè)費用與運行費用都有所下降。此外，SBR中的活性污泥具有良好的沉降性，一般不產(chǎn)生污泥膨脹現(xiàn)象，并且通過運行方式的調(diào)節(jié)，在單一的處理構(gòu)筑物內(nèi)能夠完成含碳有機物以及氮、磷營養(yǎng)元素的同時去除。
但SBR與傳統(tǒng)的連續(xù)式活性污泥法一樣，仍采用重力進行泥水分離，在沉淀期結(jié)束后，活性污泥沉于曝氣池底部，通過潷水器(一種可以隨液位自動升降的排水機械)將處理后的上清液自表面潷出，由此獲得系統(tǒng)處理出水。因此，SBR仍然存在以下不足。
(1)處理出水中仍然含有懸浮物質(zhì)，細菌和病毒等衛(wèi)生學(xué)指標以及其他水質(zhì)指標均與再生水(或回用水，中水)水質(zhì)具有一定的差距，欲適應(yīng)污水再生利用的需求，必須增加后續(xù)深度處理單元，系統(tǒng)流程延長，建設(shè)和運行費用將隨之提高。
(2)系統(tǒng)需要設(shè)置專門的曝氣設(shè)備、攪拌設(shè)備以及排水設(shè)備，不但增加初始建設(shè)投資，而且也增加了日常運行中的管理維護難度。
(3)運行周期較長，曝氣池容積仍然偏大，系統(tǒng)占地不夠緊湊，在土地資源緊張的地區(qū)應(yīng)用受到限制。
為適應(yīng)污水再生利用的要求，近年來，人們開發(fā)了膜-生物反應(yīng)器(Membrane Bioreactor，MBR)工藝，該工藝將膜分離技術(shù)與傳統(tǒng)污水生物處理技術(shù)有機結(jié)合，通過膜組件的高效分離作用實現(xiàn)泥水分離，從而獲得了十分優(yōu)良的出水水質(zhì)，出水中檢測不到懸浮物質(zhì)，細菌和病毒也被大幅去除，各項水質(zhì)指標均優(yōu)于再生水水質(zhì)的要求。同時由于曝氣池中活性污泥濃度的增大和污泥中特效菌(特別是優(yōu)勢菌群)的出現(xiàn)，系統(tǒng)內(nèi)生化反應(yīng)速率大大提高，水力停留時間可以縮短，曝氣池的容積隨之降低。與包括SBR在內(nèi)的傳統(tǒng)水處理工藝相比，MBR具有出水水質(zhì)優(yōu)良穩(wěn)定、占地面積小、剩余污泥產(chǎn)量少、運行管理方便等突出優(yōu)點，但MBR仍存在以下不足和缺陷。
(1)膜通量較小。目前在內(nèi)置式膜-生物反應(yīng)器中應(yīng)用較多的中空纖維膜組件，在活性污泥混合液條件下，其穩(wěn)定運行的膜通量一般在10L/(m2·hr)左右，超過20L/(m2·hr)后，膜污染的發(fā)展速度將十分迅速，可導(dǎo)致系統(tǒng)產(chǎn)水能力的快速下降，甚至得不到過濾出水。由于膜通量的限制，內(nèi)置式膜-生物反應(yīng)器需要大量的膜材料，無論是由高分子材料制成的中空纖維膜、平板膜，還是由無機陶瓷材料制成的管狀膜，其價格均較高，這使得膜-生物反應(yīng)器的建設(shè)投資明顯高于傳統(tǒng)工藝。
(2)膜污染難于控制，缺乏維持長期穩(wěn)定運行的可靠方法，膜材料的使用壽命較短。在活性污泥混合液條件下，作為大分子物質(zhì)過濾屏障的膜，隨著運行時間的延長，在其孔隙及表面所形成的膜孔堵塞、凝膠層以及泥餅層等，將增大膜的過濾阻力，即產(chǎn)生了膜污染。膜污染將使膜通量大幅度下降。目前尚無有效控制膜污染的可靠方法，這使得膜-生物反應(yīng)器的長期穩(wěn)定運行受到很大影響。當膜污染發(fā)展到一定程度，必須對膜進行在線或者離線的化學(xué)藥劑清洗，以恢復(fù)膜通量，但經(jīng)過多次化學(xué)藥劑清洗之后，膜的實際使用壽命將大大降低。膜的更新則增加了折舊成本。
(3)運行能耗偏高。目前，為延緩膜污染的發(fā)生，一般都是采取水動力學(xué)的手段，在膜下面提供高強度的曝氣量，造成膜面的劇烈紊動，同時將膜通量控制在較低的水平，這樣雖然適當?shù)匮泳徚四の廴?，但使得?nèi)置式膜-生物反應(yīng)器的運行能耗仍然偏高，其氣水比一般為傳統(tǒng)活性污泥法的4倍以上，即超過40∶1。
(4)系統(tǒng)脫氮除磷效果不佳。已有的膜-生物反應(yīng)器一般均為好氧環(huán)境，因此對氮、磷等營養(yǎng)元素不能進行有效去除。
雖然國內(nèi)外已有幾項應(yīng)用序批式活性污泥法和膜-生物反應(yīng)器進行污水處理的專利文獻，如“間歇式活性污泥法廢水處理裝置(專利號92218412.7)”，“間歇式活性污泥法污水凈化設(shè)備(專利號94238698.1)”，“抽吸內(nèi)置式膜-生物反應(yīng)器(專利號97228698.5)”，“穿流式膜生物反應(yīng)器的水處理工藝及其設(shè)備(專利號99111514.7)”，但這些專利均未能解決如何提高序批式活性污泥法的出水水質(zhì)、有效抑制膜-生物反應(yīng)器中膜污染的發(fā)展以及提高膜通量、降低運行能耗等關(guān)鍵問題。
本發(fā)明的技術(shù)方案如下
一種序批式膜-生物反應(yīng)器污水處理裝置，該裝置主要包括敞口的長方體或圓筒式反應(yīng)池，放置在反應(yīng)池內(nèi)的膜組件和導(dǎo)流裝置，進水泵，出水管，鼓風(fēng)機，進氣管，控制系統(tǒng)，其特征在于所述的導(dǎo)流裝置將反應(yīng)池內(nèi)部分為兩個區(qū)域，所述膜組件的出口通過兩組控制閥門分別與進氣管和出水管連接；在反應(yīng)池內(nèi)部膜組件的下方設(shè)有布水管，該布水管通過止回閥與進水泵連接；在所述反應(yīng)池底部安裝有排泥管及排泥閥。
本發(fā)明中所述的膜組件采用微孔燒結(jié)管、管狀陶瓷膜或金屬多孔管；其下緣與反應(yīng)池底部之間的距離大于反應(yīng)池有效水深的三分之一。
本發(fā)明中所述的導(dǎo)流裝置可以采用板式或圓筒式結(jié)構(gòu)，相應(yīng)的，所述的布水管則采用管式或環(huán)式。
本發(fā)明的另一個技術(shù)特征是可采用多個相同反應(yīng)單元并聯(lián)使用，從而使整個系統(tǒng)實現(xiàn)連續(xù)進水和連續(xù)出水。
本發(fā)明還提供了一種利用上述裝置的序批式膜-生物反應(yīng)器污水處理工藝，其步驟包括(1)流入原水由進水泵增壓，經(jīng)由布水管噴射流入反應(yīng)器內(nèi)，至預(yù)定時間或液位時停止；(2)反應(yīng)在控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)下，膜組件出口處與進氣管連接的控制閥門開啟，與出水管連接的控制閥門關(guān)閉，此時膜組件充當曝氣器，由鼓風(fēng)機提供的壓縮空氣從內(nèi)部透過膜組件，以微氣泡的形式向活性污泥混合液中供氧，活性污泥中的微生物通過自身的新陳代謝，將廢水中的有機污染物進行生物降解，使其分解為小分子物質(zhì)甚至完全礦化，至預(yù)定時間時停止；(3)排放在控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)下，膜組件出口處與進氣管連接的控制閥門關(guān)閉，與出水管連接的控制閥門開啟，此時膜組件充當分離器，在抽吸泵的負壓抽吸或液位差的作用下，水及部分小分子物質(zhì)透過膜組件，經(jīng)過出水管成為系統(tǒng)出水，大分子物質(zhì)、活性污泥微生物以及無機顆粒均被膜組件截留在反應(yīng)池內(nèi)。至預(yù)定時間或液位時停止；(4)閑置在控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)下，膜組件出口處與進氣管和出水管連接的兩個控制閥門均關(guān)閉，反應(yīng)池既不進水也不出水，處于待機狀態(tài)；(5)系統(tǒng)在隨后的時間內(nèi)以一定的運行周期順次重復(fù)(1)、(2)、(3)、(4)各步，整個系統(tǒng)交替經(jīng)歷厭氧、好氧、缺氧的狀態(tài)，間歇進水和出水，并定期排放剩余的活性污泥。
該工藝中膜通量可控制在50～150L/(m2·hr)。
本發(fā)明提出的序批式膜-生物反應(yīng)器污水處理工藝，其原理在于(1)生物脫氮由于膜的高效分離作用，一般在傳統(tǒng)污水生物處理系統(tǒng)中較難存留的硝化菌能夠被完全截留在反應(yīng)器內(nèi)，并可以維持較高的濃度。在反應(yīng)工序內(nèi)，硝化菌將氨氮氧化成亞硝酸鹽氮和硝酸鹽氮。當經(jīng)過排放和閑置工序后，反應(yīng)器內(nèi)的溶解氧逐漸降低，最終成為缺氧甚至厭氧環(huán)境，至流入工序時，原水中的有機污染物為反硝化菌提供碳源，反硝化菌進一步將亞硝酸鹽氮和硝酸鹽氮還原為氣態(tài)氮(N2)，從而實現(xiàn)了對總氮(TN)的去除。
(2)生物除磷在反應(yīng)工序內(nèi)，反應(yīng)池內(nèi)為好氧環(huán)境，除磷菌利用廢水中的BOD5或體內(nèi)貯存的聚β-羥基丁酸的氧化分解所釋放的能量來攝取廢水中的磷，一部分磷被用來合成ATP，另外絕大部分的磷則被合成為聚磷酸鹽而貯存在細胞體內(nèi)。在流入工序內(nèi)，反應(yīng)池內(nèi)為厭氧環(huán)境，除磷菌能分解體內(nèi)的聚磷酸鹽而產(chǎn)生ATP，并利用ATP將廢水中的有機物攝入細胞內(nèi)，以聚β-羥基丁酸等有機顆粒的形式貯存于細胞內(nèi)，同時還將分解聚磷酸鹽所產(chǎn)生的磷酸排出體外。由于除磷菌在好氧條件下所攝取的磷比在厭氧條件下所釋放的磷多，所以大量的磷以聚磷酸鹽的形式貯存于細胞體內(nèi)，系統(tǒng)通過定期排放剩余污泥，實現(xiàn)了對總磷(TP)的去除。
(3)抑制膜污染對于膜組件而言，在排放工序充當分離器，隨著過濾時間的延長，小分子物質(zhì)將堵塞膜孔，膜表面也會逐漸形成分別由膠體和顆粒組成的凝膠層和泥餅層，尤其是泥餅層的形成，將使膜的過濾阻力迅速增大，膜通量將有顯著的下降。當下一個運行周期的反應(yīng)工序開始后，膜組件開始充當曝氣器，處于所述壓強和所述流量狀態(tài)下的壓縮空氣將透過膜的孔隙(在曝氣初期，壓縮空氣將與殘存在膜組件內(nèi)部的水混合在一起，以溶氣水的形式透過膜的孔隙)，可有效清除膜表面的泥餅層，同時對膜孔堵塞和膜面凝膠層也有一定的去除效果。在空氣的反沖作用下，膜的過濾阻力得到大幅降低，膜通量得到恢復(fù)。膜組件以所述的時間周期順次以曝氣器和過濾器交替工作，因此膜污染的發(fā)展可得到有效抑制，膜組件可以在高膜通量的狀態(tài)下長期穩(wěn)定運行，而系統(tǒng)所需要的曝氣量也可以控制在很低的水平。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點及突出性效果(1)在單一的處理單元內(nèi)實現(xiàn)了對含碳有機物和氮、磷等營養(yǎng)元素的同時有效去除，系統(tǒng)具有優(yōu)良的出水水質(zhì)，處理水可廣泛回用于生活雜用或工業(yè)生產(chǎn)等領(lǐng)域。由于采用膜組件進行泥水分離，懸浮物質(zhì)、活性污泥微生物以及大分子物質(zhì)均被膜組件高效截留，出水中檢測不到SS，CODCr＜50mg/L，BOD5＜10mg/L，濁度＜1NTU。而且由于在時間上創(chuàng)造了厭氧、缺氧、好氧交替的環(huán)境，所以為硝化菌和反硝化菌以及除磷菌進行脫氮和除磷提供了合適的工藝條件，出水中TN＜10mg/L，TP＜1.0mg/L。
(2)整個裝置結(jié)構(gòu)簡單，易于自動控制和運行維護。由于膜組件既充當曝氣器又充當曝氣器，因此在序批式活性污泥法或內(nèi)置式膜-生物反應(yīng)器中須專門設(shè)置的曝氣設(shè)備(如微孔曝氣頭、穿孔管等)均可省去，也無需序批式活性污泥法中的攪拌設(shè)備和排水設(shè)備，并且可將沉淀和排放兩個工序合并為一個工序，系統(tǒng)運行周期可以進一步縮短，占地則更為節(jié)省，自動控制和運行管理也更為方便。
(3)有效地控制并利用了膜污染。膜法應(yīng)用于水處理中最關(guān)鍵的問題之一就是膜污染。在序批式膜-生物反應(yīng)器中，不但通過間歇的空氣反沖有效地抑制了膜污染的發(fā)生，而且利用膜污染中不可逆的部分作為自生動態(tài)膜提高了大孔徑微孔材料的過濾精度。
(4)大幅度提高了膜通量。間歇的空氣反沖有效地清除了膜面泥餅層，將膜的過濾阻力控制在較低的水平，從而使系統(tǒng)獲得了較高的膜通量，通常可達到相同運行條件下傳統(tǒng)內(nèi)置式膜-生物反應(yīng)器的5倍到10倍，即50～150L/(m2·hr)。
(5)顯著降低了曝氣量。在序批式膜-生物反應(yīng)器中，間歇的空氣反沖直接清除膜面泥餅層，有效地抑制了膜污染的發(fā)生，因此不必像傳統(tǒng)的內(nèi)置式膜-生物反應(yīng)器那樣，以提供大大超過微生物代謝所需的曝氣量造成膜面的劇烈紊動，使膠體或顆粒在剪切力的作用下不向膜表面沉積，而僅提供較小的曝氣量(甚至與傳統(tǒng)活性污泥法相當)，既可以滿足微生物的代謝要求，又使得反應(yīng)器內(nèi)污泥混合液能夠循環(huán)流動。
圖2為本發(fā)明提供的序批式膜-生物反應(yīng)器污水處理裝置的結(jié)構(gòu)及流入工序示意圖。
圖3為本發(fā)明提供的序批式膜-生物反應(yīng)器污水處理裝置的結(jié)構(gòu)及反應(yīng)工序示意圖。
圖4為本發(fā)明提供的序批式膜-生物反應(yīng)器污水處理裝置的結(jié)構(gòu)及排放工序示意圖。
圖5為本發(fā)明提供的序批式膜-生物反應(yīng)器污水處理裝置的結(jié)構(gòu)及閑置工序示意圖。
圖6為圖2-5采用長方體反應(yīng)池、板式導(dǎo)流裝置及管式布水管的A-A剖視圖。
圖7為圖2-5采用圓筒式反應(yīng)池、圓筒式導(dǎo)流裝置及環(huán)式布水管的A-A剖視圖。
圖8為本發(fā)明采用4個反應(yīng)器單元的并聯(lián)布置的結(jié)構(gòu)示意圖。
本發(fā)明所提供的序批式膜-生物反應(yīng)器污水處理裝置主要包括反應(yīng)池1，放置在反應(yīng)池內(nèi)的膜組件2和導(dǎo)流裝置3，進水泵6，出水管9，鼓風(fēng)機7，進氣管8，控制系統(tǒng)12。所述的反應(yīng)池1為敞口的長方體或圓筒式結(jié)構(gòu)，所述的導(dǎo)流裝置將反應(yīng)池內(nèi)部分為M1、M2兩個區(qū)域，將所述的膜組件放置在M1區(qū)內(nèi)，所述的膜組件采用微孔燒結(jié)管、管狀陶瓷膜或金屬多孔管，其下緣與反應(yīng)池底部之間的距離應(yīng)大于反應(yīng)池有效水深的三分之一，其出口通過兩個控制閥門V1、V2分別與進氣管和出水管相連。在反應(yīng)池內(nèi)部膜組件的下方設(shè)有布水管4，該布水管通過止回閥5與進水泵6連接。在所述反應(yīng)池底部安裝有排泥管10及排泥閥11。所述的導(dǎo)流裝置可以采用板式或圓筒式結(jié)構(gòu)，相應(yīng)的，所述的布水管則采用管式或環(huán)式。出水管可設(shè)置在膜組件的上方，此時須由出水泵抽吸獲得出水；出水管也可設(shè)置在膜組件下方，此時由水頭差驅(qū)動即可獲得出水。多個(總數(shù)目為4的倍數(shù))相同反應(yīng)單元可以并聯(lián)使用，使整個系統(tǒng)實現(xiàn)連續(xù)進水和連續(xù)出水。
圖2、圖3、圖4和圖5分別表示序批式膜-生物反應(yīng)器污水處理裝置在每個運行周期中的流入、反應(yīng)、排放、閑置四步工序的工作狀態(tài)。
如圖2所示，在流入工序，原水由進水泵增壓，經(jīng)布水管噴射流入反應(yīng)池，使沉淀在反應(yīng)池底部的活性污泥沸騰起來，與原水充分接觸，此時活性污泥混合液處于厭氧狀態(tài)，原水中的有機污染物為反硝化菌提供碳源，反硝化菌進一步將上一運行周期中形成的亞硝酸鹽氮和硝酸鹽氮還原為氣態(tài)氮(N2)，實現(xiàn)對總氮(TN)的去除。除磷菌則分解體內(nèi)的聚磷酸鹽而產(chǎn)生ATP，并利用ATP將廢水中的有機物攝入細胞內(nèi)，以聚β-羥基丁酸等有機顆粒的形式貯存于細胞內(nèi)，同時還將分解聚磷酸鹽所產(chǎn)生的磷酸排出體外，從而為在反應(yīng)工序內(nèi)過量攝取廢水中的磷做好準備。在流入工序結(jié)束時，反應(yīng)池中的液位達到正常狀態(tài)，如圖3所示，開始反應(yīng)工序，在控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)下，控制閥門V1開啟，V2關(guān)閉，此時，膜組件充當曝氣器，由鼓風(fēng)機提供的壓縮空氣經(jīng)由進氣管透過膜組件，以微氣泡的形式向活性污泥混合液中高效供氧，氣水比可控制在10～40∶1。曝氣所造成的上升液流使混合液在導(dǎo)流裝置的兩側(cè)分別形成升流區(qū)和降流區(qū)，并在反應(yīng)池內(nèi)循環(huán)流動，從而保證活性污泥與污水的充分接觸；同時，活性污泥中的細菌等微生物被膜高效截留在反應(yīng)池內(nèi)，污泥濃度可維持在4～12g/L，在低污泥負荷的條件下，生化反應(yīng)速率很高，可對污水中的含碳有機污染物進行有效降解。同時，硝化菌將氨氮氧化成亞硝酸鹽氮和硝酸鹽氮，除磷菌則利用廢水中的BOD5或體內(nèi)貯存的聚β-羥基丁酸的氧化分解所釋放的能量來攝取廢水中的磷，一部分磷被用來合成ATP，另外絕大部分的磷則被合成為聚磷酸鹽而貯存在細胞體內(nèi)。在反應(yīng)工序末期，可通過排泥管和排泥閥排出部分活性污泥，從而實現(xiàn)系統(tǒng)對總磷(TP)的最終去除。
當反應(yīng)工序結(jié)束時，如圖4所示，排放工序開始，在控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)下，控制閥門V1關(guān)閉，V2開啟，此時，膜組件充當分離器，膜組件中殘留的空氣將迅速從出水管路排出，在抽吸泵的負壓抽吸或者水頭差的作用下，水及部分小分子物質(zhì)透過膜組件，經(jīng)過出水管路成為系統(tǒng)出水，大分子物質(zhì)、活性污泥微生物以及無機顆粒均為膜組件截留在反應(yīng)器內(nèi)。膜通量可控制在50～150L/(m2·hr)。
整個系統(tǒng)由控制系統(tǒng)以一定的運行周期順次重復(fù)流入、反應(yīng)、排放、閑置四個工序，膜組件在反應(yīng)工序中充當曝氣器，在排放工序中充當分離器，整個系統(tǒng)始終處于厭氧、好氧、缺氧交替的狀態(tài)，間歇進水和出水，并在反應(yīng)工序末期經(jīng)由排泥管和排泥閥定期排放剩余的活性污泥。
實施例如圖2所示，在流入工序的1.5小時內(nèi)，原水由進水泵增壓，經(jīng)布水管噴射流入反應(yīng)池，使沉淀在反應(yīng)池底部的活性污泥沸騰起來，與原水充分接觸，此時活性污泥混合液處于厭氧狀態(tài)，原水中的有機污染物為反硝化菌提供碳源，反硝化菌進一步將上一運行周期中形成的亞硝酸鹽氮和硝酸鹽氮還原為氣態(tài)氮(N2)，實現(xiàn)對總氮(TN)的去除。除磷菌則分解體內(nèi)的聚磷酸鹽而產(chǎn)生ATP，并利用ATP將廢水中的有機物攝入細胞內(nèi)，以聚β-羥基丁酸等有機顆粒的形式貯存于細胞內(nèi)，同時還將分解聚磷酸鹽所產(chǎn)生的磷酸排出體外，從而為在反應(yīng)工序內(nèi)過量攝取廢水中的磷做好準備。
當流入工序結(jié)束后，如圖3所示，反應(yīng)工序開始，在控制系統(tǒng)12的調(diào)節(jié)下，電磁閥V1開啟，V2關(guān)閉，此時，膜組件充當曝氣器，由鼓風(fēng)機提供壓強為0.3MPa的壓縮空氣，由膜組件向反應(yīng)池內(nèi)曝氣，氣水比可控制為30∶1，在M1區(qū)，混合液由下至上形成上升流，而在M2區(qū)則形成由上至下的下降流，全部混合液則如箭頭所示在反應(yīng)池內(nèi)的兩區(qū)M1和M2間循環(huán)流動?；钚晕勰嘀械募毦任⑸锉荒じ咝Ы亓粼诜磻?yīng)池內(nèi)，污泥濃度可維持在8g/L，在低污泥負荷的條件下，生化反應(yīng)速率很高，可對污水中的含碳有機污染物進行有效降解。同時，硝化菌將廢水中的氨氮氧化成亞硝酸鹽氮和硝酸鹽氮，除磷菌則利用廢水中的BOD5或在流入工序內(nèi)貯存于體內(nèi)的聚β-羥基丁酸的氧化分解所釋放的能量來攝取廢水中的磷，一部分磷被用來合成ATP，另外絕大部分的磷則被合成為聚磷酸鹽而貯存在細胞體內(nèi)，由于除磷菌在好氧條件下所攝取的磷比在厭氧條件下所釋放的磷多，因此大量的磷以聚磷酸鹽的形式貯存于細胞體內(nèi)。在反應(yīng)工序末期，可通過排泥管和排泥閥排出部分活性污泥，從而實現(xiàn)系統(tǒng)對總磷(TP)的最終去除。
歷時2小時的反應(yīng)工序結(jié)束后，如圖4所示，排放工序開始，在控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)下，電磁閥V1關(guān)閉，V2開啟，此時，膜組件充當分離器，膜組件中殘留的空氣將迅速從出水管排出，在抽吸泵的負壓抽吸或者水頭差的作用下，水及部分小分子物質(zhì)透過膜組件，經(jīng)過出水管成為系統(tǒng)出水，大分子物質(zhì)、活性污泥微生物以及無機顆粒均為膜組件截留在反應(yīng)池內(nèi)。膜通量可控制在80L/(m2·hr)，排放工序可控制為1小時。
如圖5所示，排水工序結(jié)束后，在控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)下，電磁閥V1、V2均關(guān)閉，系統(tǒng)進入為期0.5小時的閑置工序。在閑置工序，活性污泥微生物處于缺氧狀態(tài)。
系統(tǒng)在隨后的時間內(nèi)在控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)下以5小時的運行周期順次重復(fù)流入、反應(yīng)、排放、閑置四個工序；系統(tǒng)也可以在一個運行周期內(nèi)將反應(yīng)、排放兩步工序進行多次交替重復(fù)。膜組件在反應(yīng)工序中充當曝氣器，在排放工序中充當分離器，整個系統(tǒng)交替經(jīng)歷厭氧、好氧、缺氧的狀態(tài)，間歇進水和出水，并定期排放剩余的活性污泥。
當原水為一般的生活污水時，其主要水質(zhì)指標為CODCr＝400～500mg/L，BOD5＝200～300mg/L，SS＝100～300mg/L，TN＝20～80mg/L，TP＝4～15mg/L，經(jīng)過序批式膜-生物反應(yīng)器處理后，出水的主要水質(zhì)指標可以達到CODCr＝20～30mg/L，BOD5＝5～10mg/L，SS＝0mg/L，TN＝5～10mg/L，TP＜1.0mg/L，去除效率分別為CODC1≥94％，BOD5≥96％，SS＝100％，TN≥75。
權(quán)利要求
1.一種序批式膜-生物反應(yīng)器污水處理裝置，該裝置主要包括敞口的長方體或圓筒式反應(yīng)池，放置在反應(yīng)池內(nèi)的膜組件和導(dǎo)流裝置，進水泵，出水管，鼓風(fēng)機，進氣管，控制系統(tǒng)，其特征在于所述的導(dǎo)流裝置將反應(yīng)池內(nèi)部分為兩個區(qū)域，所述膜組件的出口通過兩組控制閥門分別與進氣管和出水管連接；在反應(yīng)池內(nèi)部膜組件的下方設(shè)有布水管，該布水管通過止回閥與進水泵連接；在所述反應(yīng)池底部安裝有排泥管及排泥閥。
2.按照權(quán)利要求1所述的序批式膜-生物反應(yīng)器污水處理裝置，其特征在于所述的膜組件采用微孔燒結(jié)管、管狀陶瓷膜或金屬多孔管。
3.按照權(quán)利要求1所述的序批式膜-生物反應(yīng)器污水處理裝置，其特征在于所述的膜組件下緣與反應(yīng)池底部之間的距離，大于反應(yīng)池有效水深的三分之一。
4.按照權(quán)利要求1所述的序批式膜-生物反應(yīng)器污水處理裝置，其特征在于所述的導(dǎo)流裝置采用板式或圓筒式結(jié)構(gòu)。
5.按照權(quán)利要求4所述的序批式膜-生物反應(yīng)器污水處理裝置，其特征在于所述的布水管采用管式或環(huán)式。
6.按照權(quán)利要求1-5任一項權(quán)利要求所述的序批式膜-生物反應(yīng)器污水處理裝置，其特征在于該裝置可采用多個相同反應(yīng)單元并聯(lián)使用。
7.一種采用如權(quán)利要求1所述裝置的序批式膜-生物反應(yīng)器污水處理工藝，其特征在于該工藝包括如下步驟(1)流入原水由進水泵增壓，經(jīng)由布水管噴射流入反應(yīng)器內(nèi)，至預(yù)定時間或液位時停止；(2)反應(yīng)在控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)下，膜組件出口處與進氣管連接的控制閥門開啟，與出水管連接的控制閥門關(guān)閉，此時膜組件充當曝氣器，由鼓風(fēng)機提供的壓縮空氣從內(nèi)部透過膜組件，以微氣泡的形式向活性污泥混合液中供氧，活性污泥中的微生物通過自身的新陳代謝，將廢水中的有機污染物進行生物降解，使其分解為小分子物質(zhì)甚至完全礦化，至預(yù)定時間時停止；(3)排放在控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)下，膜組件出口處與進氣管連接的控制閥門關(guān)閉，與出水管連接的控制閥門開啟，此時膜組件充當分離器，在抽吸泵的負壓抽吸或液位差的作用下，水及部分小分子物質(zhì)透過膜組件，經(jīng)過出水管成為系統(tǒng)出水，大分子物質(zhì)、活性污泥微生物以及無機顆粒均被膜組件截留在反應(yīng)池內(nèi)，至預(yù)定時間或液位時停止；(4)閑置在控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)下，膜組件出口處與進氣管和出水管連接的兩個控制閥門均關(guān)閉，反應(yīng)池既不進水也不出水，處于待機狀態(tài)；(5)系統(tǒng)在隨后的時間內(nèi)以一定的運行周期順次重復(fù)(1)、(2)、(3)、(4)各步，整個系統(tǒng)交替經(jīng)歷厭氧、好氧、缺氧的狀態(tài)，間歇進水和出水，并定期排放剩余的活性污泥。
8.按照權(quán)利要求7所述的序批式膜-生物反應(yīng)器污水處理工藝，其特征在于步驟(5)中的運行周期可以將步驟(2)、(3)進行多次交替重復(fù)。
9.按照權(quán)利要求7所述的序批式膜-生物反應(yīng)器污水處理工藝，其特征在于該工藝中膜通量可控制在50～150L/(m2·hr)。
全文摘要
序批式膜－生物反應(yīng)器污水處理工藝及裝置，涉及一種利用序批式活性污泥法和內(nèi)置式膜－生物反應(yīng)器對污水進行處理的設(shè)備及方法。本發(fā)明在生物反應(yīng)池內(nèi)放入膜組件，并使其出口通過兩組控制閥門分別與進氣管和出水管連接，整個系統(tǒng)以所述的時間周期順次經(jīng)歷流入、反應(yīng)、排放、閑置四個工序；膜組件在反應(yīng)工序內(nèi)充當曝氣器，在排放工序內(nèi)充當分離器；整個系統(tǒng)在時間上交替經(jīng)歷厭氧、好氧、缺氧狀態(tài)，可對含碳有機污染物及氮、磷等營養(yǎng)元素進行同步有效去除。該裝置可有效地抑制膜污染的發(fā)展，膜通量可提高至相同運行條件下傳統(tǒng)內(nèi)置式膜－生物反應(yīng)器的5到10倍，整個裝置結(jié)構(gòu)簡單，省去了專門的曝氣、攪拌和排水設(shè)備，易于自動控制和運行管理。
文檔編號C02F3/30GK1424265SQ03100398
公開日2003年6月18日 申請日期2003年1月17日 優(yōu)先權(quán)日2003年1月17日
發(fā)明者黃霞, 孫友峰, 文湘華 申請人:清華大學(xué)