專利名稱：六段式可移動少曝氣膜生物反應器及其污水處理方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種生活污水或工業(yè)廢水處理與回用的方法，特別是一種六段式可移動少曝氣膜生物反應器及其污水處理方法。
背景技術：
膜-生物反應器(Membrane Bio-Reactor, MBR)是一種將膜分離技術與生物處理技術相結合的污水處理技術，它以膜組件取代傳統(tǒng)生物處理中的二沉池，可保持高活性污泥濃度，減少污水處理設施占地，并通過保持低污泥負荷減少污泥量。MBR主要利用膜分離設備截留槽內的活性污泥與大分子固體物，因此系統(tǒng)內活性污泥(MLSS)濃度可提升至 10，000mg/L，污泥齡(SRT)可延長30天以上，可降低生物反應池體積，提高難降解物質降解率。國內外對MBR的研究大致可分為以下幾個方面(1)探索不同生物處理工藝與膜分離單元的組合形式與膜結合的生物處理單元已從傳統(tǒng)活性污泥法擴展到接觸氧化法、 生物膜法、活性污泥與生物膜相結合的復臺式工藝、兩相厭氧工藝等；(2)研究膜生物反應系統(tǒng)的處理效果與膜污染的影響因素、研究膜生物反應器的生物化學反應機理與數學模型，探求合適的操作條件與工藝參數，盡可能減輕膜污染，提高膜組件的處理能力和運行穩(wěn)定性；⑶擴大MBR的應用范圍MBR的研究對象從生活污水擴展到高濃度有機廢水(食品廢水、啤酒廢水)與難降解工業(yè)廢水(焦化廢水、印染廢水等)。但是MBR技術也存在曝氣能耗大、膜污染防治與更換成本高等問題阻礙其在工業(yè)領域的大規(guī)模應用。此外，多數MBR系統(tǒng)沒有集成前級生物處理單元或前級生物預處理單元設計不合理，處理效率不高，導致設計設計膜通量偏低(一般僅10-15L/m2. h或更低)，增加MBR系統(tǒng)的投資成本。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種六段式可移動少曝氣膜生物反應器及其污水處理方法， 以利于解決以下技術難題⑴提升MBR系統(tǒng)膜通量指標，降低投資成本；(2)降低MBR系統(tǒng)綜合曝氣能耗指標，減少運行費用；(3)減緩MBR系統(tǒng)的膜污染，延長膜更換周期，降低膜的維護與更換成本?？蔀榇彐?zhèn)污水、工業(yè)廢水、高檔小區(qū)、別墅等需要半集中/分散污水處理的地方提供免土建、免安裝的解決方法。為實現上述目的，本發(fā)明采用提供一種六段式可移動少曝氣膜生物反應器，其特征是該反應器包括以下三部分五段式多級生物反應池系統(tǒng)、浸沒式膜生物反應器系統(tǒng)及PLC自動化控制系統(tǒng)；所述五段式多級生物反應池系統(tǒng)包括有五個體積相同的第一生物反應池、第二生物反應池、第三生物反應池、第四生物反應池、第五生物反應池以及第六生物反應池，第一生物反應池、第二生物反應池、第三生物反應池、第五生物反應池、第六生物反應池通過聯通口依次聯通，第三生物反應池還通過聯通口與第四生物反應池、第六生物反應池依次聯通，第四反應池與第六生物反應池聯通，在第一生物反應池、第二生物反應池、第三生物反應池、第四生物反應池、第五生物反應池內均預留有攪拌器和曝氣設備；在第一生物反應池的一側設有進水泵，在第一生物反應池的另一側與第二生物反應池、第四生物反應池、第五生物反應池的任一反應池之間設有污泥一級回流泵，在第四生物反應池與第六生物反應池之間設有污泥二級回流泵，而形成一體化生物反應池；所述浸沒式膜生物反應器系統(tǒng)為在第六生物反應池之中設有膜組件而形成膜生物反應器系統(tǒng)，在第六反應池的一側設有出水抽吸泵，在第六生物反應池的另一側設有排泥閥； 所述PLC自動化控制系統(tǒng)設在所述一體化生物反應池的一側，并與所述進水泵、 出水抽吸泵、各生物反應池的曝氣機和曝氣設備相連接，并控制所述各生物反應池水位液面的高低。同時提供一種采用上述的六段式可移動少曝氣膜生物反應器的污水處理方法。本發(fā)明是一種可移動的一體化污水處理設施，可為村鎮(zhèn)污水、工業(yè)廢水、高檔小區(qū)、別墅等需要半集中/分散污水處理的地方提供免土建、免安裝的解決方法。本發(fā)明的主要有益指標如下(1)膜通量可比傳統(tǒng)MBR系統(tǒng)提高1倍，達到20_30L/m2. h，降低投資成本；(2)本發(fā)明綜合曝氣能耗比現有具有除磷脫氮功能的MBR系統(tǒng)降低30%，減少運行費用；(3)減緩 MBR系統(tǒng)的膜污染，延長膜更換周期，降低膜的維護與更換成本。


圖1為本發(fā)明的六段式可移動少曝氣膜生物反應器結構示意圖。圖中1、進水泵2、聯通口 3、第一生物反應池4、第二生物反應池5、第三生物反應池6、第四生物反應池7、第五生物反應池8、第六生物反應池9、膜組件10、污泥二級回流泵11、排泥閥12、出水抽吸泵 13、污泥一級回流泵 14、自動控制室
具體實施例方式結合附圖對本發(fā)明的六段式可移動少曝氣膜生物反應器及其污水處理方法加以說明。本發(fā)明的六段式可移動少曝氣膜生物反應器，該結構主要由以下三部分組成(1)五段式多級生物反應池系統(tǒng)本發(fā)明所述五段式多級生物反應池系統(tǒng)由五個在體積和深度方面完全相同的第一生物反應池3、第二生物反應池4、第三生物反應池5、第四生物反應池6、第五生物反應池 7組成。污水通過自流或進水泵1進入第一生物反應池3后，通過聯通口 2依次流入第二生物反應池4、第三生物反應池5，然后從第三生物反應池5分配到第四生物反應池6和第五生物反應池7。五個生物反應池內同時預留攪拌器和曝氣設備。但通常情況下僅對第三生物反應池5的曝氣設備進行曝氣，而形成曝氣池，對第一生物反應池3、第二生物反應池4、 第四生物反應池6、第五生物反應池7的攪拌器進行攪拌。如果所進污水水質COD或氨氮濃度分別超過500mg/L與60mg/L時，酌情將第一生物反應池3、第二生物反應池4、第四生物反應池6、第五生物反應池7中的至少一個換成進行曝氣的曝氣池。五段式多級生物反應池第一回流系統(tǒng)通過污泥一級回流泵13從第二生物反應池4、第四生物反應池6、第五生物反應池7中任一池泵送到第一生物反應池3中來實現。圖1說明中僅對將污泥從第四生物反應池6回流到第一生物反應池3的情況進行了圖示說明。通常情況下，該發(fā)明的五段式多級生物反應池的第一生物反應池3是厭氧環(huán)境形成厭氧池，去除有機物并釋放磷；第二生物反應池4、第四生物反應池6、第五生物反應池7 是缺氧環(huán)境缺氧池，進行反硝化除磷，同時去除有機物、N和P ；第三生物反應池5是好氧環(huán)境形成好氧池，能夠去除有機物、氨氮和P。通過交替的厭氧/缺氧/好氧環(huán)境，利用多級反應理論，對污水中的COD、N、P指標形成五級去除效應，并且能夠充分利用污水中的有限碳源，強化反硝化除磷效果，達到對污染物的高效去除。通常情況下，五段式多級生物反應池厭氧池、缺氧池、好氧池的數量比為 1:3: 1，因此理論上可以節(jié)約曝氣量30%。所述五段式多級生物反應池的設置機理傳統(tǒng)除磷脫氮工藝有相當一部分碳源在缺氧池被普通反硝化細菌利用，削減了反硝化除磷菌可利用的總碳源；而且由于外回流中硝態(tài)氮含量弱化了厭氧環(huán)境，對厭氧池有效釋磷也會產生不利影響，進一步加重了除磷和脫氮之間的矛盾，主要體現在工藝總體脫氮水平和內回流比成正相關，但內回流比越大，缺氧和好氧環(huán)境邊界越模糊、工藝運行能耗越高。無法充分利用外回流中的硝態(tài)氮作為反硝化除磷電子供體，而是必需盡量減輕其不利影響。無法充分利用多池一體化工藝水流循環(huán)靈活的優(yōu)點，浪費了水的重力勢能而輔以機械提升的能量方式。 五段式多級生物反應池通過減緩回流污泥中殘留硝態(tài)氮對厭氧池的不利影響和更大比例的缺氧池比例在系統(tǒng)中富集反硝化除磷菌，其運行方式如圖1所示；該方法的厭氧池、缺氧池、好氧池數量比為1 3 1。第一生物反應池3即厭氧池的生物量維持通過從第四生物反應池6即缺氧池的回流實現，盡量減少污泥外回流中殘留硝態(tài)氮對厭氧池的不利影響；第四生物反應池6和第五生物反應池7即缺氧池，所需要的硝態(tài)氮通過與其相鄰的第三生物反應池5即好氧池自流進入獲得，節(jié)省了缺氧內回流所需的大量能量。污水自流進入第四生物反應池6和第五生物反應池7之后，易生物降解性COD幾乎全部被合成為PHAs，此時聚磷菌以PHAs做電子供體進行吸磷的潛力較大，因此盡管厭氧時間短，依然可以有較好的釋磷和合成PHAs作用；來自污泥外回流混合液中含有一定的硝態(tài)氮，可以作為生化反應的電子受體，因此在第二生物反應池4即缺氧池內會發(fā)生一定程度的反硝化除磷作用。污水自流進入第三生物反應池5之后，由于大部分COD都以胞內物質的形式存在于污泥相中，水相有機物含量很少，污泥負荷低，有利于硝化反應的進行。因此在第三生物反應池5中除了發(fā)生好氧吸磷反應之外，還會發(fā)生一定程度的硝化反應。由于水力條件的作用，第三生物反應池5內污泥混合液約有2/3進入第四生物反應池6，有1/3進入第五生物反應池7。第五生物反應池7除了反應時間更長之外，和第四生物反應池6所發(fā)生的生化反應是相同的聚磷菌利用來自第三生物反應池5的硝態(tài)氮作電子受體，利用PHAs作電子供體，進一步反硝化除磷脫氮。由于五段式多級生物反應池強化了缺氧除磷的效果，氧氣用于除磷的需求銳減，因此節(jié)約了大量的曝氣能耗。
(2)浸沒式膜生物 反應器將膜組件9浸沒在第六生物反應池8中，形成膜生物反應器。第六生物反應池8 的體積和深度與第一生物反應池3-第五生物反應池7完全相同，通過曝氣保持其中的好氧環(huán)境，去除有機物、氨氮和磷。所采用的膜為中空纖維或平板式，孔徑為0. 05-0. 1 μ m0起到固液分離和截留大分子有機物的作用。膜生物反應器出水通過出水泵12抽吸實現。第六生物反應池8和五段式多級生物反應池組合成六段式生物反應器系統(tǒng)，與膜濾耦合后形成本發(fā)明的主體一一六段式多級膜生物反應器系統(tǒng)。該系統(tǒng)的二級污泥回流系統(tǒng)通過二級污泥回流泵10從第六生物反應池8回流到第二生物反應池4實現。整個系統(tǒng)的排泥通過排泥閥11或另設排泥泵實現。由于有五段式多級生物反應池作為膜生物反應器的預處理，MBR的負荷大幅降低， 削減了膜污染的形成，延長了膜的壽命，并提升了膜的通量。所述浸沒式膜生物反應器機理第六生物反應池8即好氧池作為本方法的最后一級屏障，可起到進一步硝化和除磷的功能。由于有了膜的高效截留作用，一體化生物反應池內污泥量可以高達10mg/L，并且可以增加微生物與難降解有機物的接觸時間。這樣就實現了整個系統(tǒng)對污染物的高效去除，確保了出水水質優(yōu)標排放或回用。(3) PLC自動化控制系統(tǒng)如圖1所示，PLC自動化控制系統(tǒng)位于一體化反應池一側，內設PLC自動控制系統(tǒng)， 以自動控制進水泵1、每一生物反應池的曝氣機、攪拌器的啟閉以及每一生物反應池水位的液面和出水抽吸泵12的流量。一體化設計和PLC自動化控制系統(tǒng)采用上述的六段式可移動少曝氣膜生物反應器的污水處理方法包括以下步驟污水通過自流或進水泵1進入第一生物反應池3后，通過聯通口 2依次流入第二生物反應池4、第三生物反應池5，然后污水從第三生物反應池5分配到第四生物反應池6 和第五生物反應池7 ；第一生物反應池3、第二生物反應池4、第三生物反應池5、第四反應池 6、第五生物反應池7內的預留攪拌器和曝氣設備中，只啟動第三生物反應池5的曝氣設備進行曝氣，啟動第一生物反應池3、第二生物反應池4、第四生物反應池6、第五生物反應池7 的攪拌器進行攪拌。所進污水水質COD、氨氮質量濃度分別超過500mg/L、60mg/L時，將啟動第一生物反應池3、第二生物反應池4、第四生物反應池6和第五生物反應池7中的至少一個曝氣設備進行曝氣。所述五段式多級生物反應池的第一回流系統(tǒng)是通過污泥一級回流泵13與第二生物反應池4或第四生物反應池6或第五生物反應池7中任一池泵送到第一反生物應池3而形成；第六生物反應池8和五段式多級生物反應池組合成六段式生物反應器系統(tǒng)，與膜組件9耦合后形成六段式多級膜生物反應器，六段式多級膜生物反應器的污泥回流系統(tǒng)是通過二級污泥回流泵10從第六生物反應池8回流到第二生物反應池4而形成；通過排泥閥11 或另設排泥泵而形成整個系統(tǒng)的排泥。本發(fā)明的六段式可移動少曝氣膜生物反應器是一種一體化的多級膜生物反應器，可通過集裝箱運送到污水處理現場，實現污水處理零土建、零星安裝，可大大縮短污水處理工程的建設周期。
本發(fā)明所采用的設備運行是通過PLC自動化程序而完成，可實現無人值守，節(jié)約了人工費用?？蔀榇彐?zhèn)污水、工業(yè)廢水、高檔小區(qū)、別墅等需要半集中/分散污水處理的地方提供免土建、免安裝的解決方法，實現零土建、零星安裝的污水處理裝置。實施方式較為簡便，具體描述如下(1)將本發(fā)明裝置運送到污水處理現場；確保污水處理現場通水通電，接通本發(fā)明PLC自動化控制系統(tǒng)的自動控制室電源；(2)將污水排水管與本發(fā)明的六段式可移動少曝氣膜生物反應器進水管1連通， 將本發(fā)明放空管和排泥閥11相連的排泥管與污水污泥排放管連通；(3)將本發(fā)明的出水抽吸泵12連通的出水管與污水處理單位的回用管道或排江、 排河管接通；(4)調試本發(fā)明PLC控制系統(tǒng)，使水泵、風機等設備按程序設定運行，污水處理工程的建設工作即告完成。以下結合實施例對本發(fā)明的實施加以說明。實施例1本發(fā)明六段式可移動少曝氣膜生物反應器的用于建筑或小區(qū)中水處理與回用，建筑或小區(qū)中水進水CODct濃度為180-300mg/L，BOD5濃度為80_160mg/L，TP濃度為2_5mg/ L，TN濃度為20-35mg/L，其中氨氮濃度為15_30mg/L。經過格柵預處理后進入中水原水收集池調節(jié)水質水量，之后進入本發(fā)明污水處理裝置進行處理，處理后相關出水指標可穩(wěn)定達至IJ《城市污水再生利用城市雜用水水質》(GB/T 18920-2002)的要求。該實例中本發(fā)明裝置總的水力停留時間為6小時，好氧池缺氧池厭氧池數量比為2 3 1，膜通量為30L/ m2. h0實施例2本發(fā)明的六段式可移動少曝氣膜生物反應器用于村鎮(zhèn)污水處理，村鎮(zhèn)污水經過化糞池簡單收集處理后，直接進入本發(fā)明的六段式可移動少曝氣膜生物反應器進行處理。其進水 CODcr 濃度為 300-500mg/L，BOD5 濃度為 130_250mg/L，TP 濃度為 3_6mg/L，TN 濃度為 25-45mg/L，其中氨氮濃度為15_35mg/L ；相關出水指標可穩(wěn)定達到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準.》(GB 18918-2002) 一級B的要求。該實例中本發(fā)明裝置總的水力停留時間為 7. 8小時，好氧池缺氧池厭氧池數量比為2:3: 1，膜通量為30L/m2. h。實施例3本發(fā)明的六段式可移動少曝氣膜生物反應器用于焦化廢水處理，焦化廢水經過格柵_隔油池_初沉_氣浮工藝預處理后，直接進入本發(fā)明的六段式可移動少曝氣膜生物反應器進行后處理。其進水CODct濃度為600-1000mg/L，BOD5濃度為200_350mg/L，氨氮濃度為200-300mg/L，相關出水指標可穩(wěn)定滿足《污水綜合排放標準》(GB8978-96)針對焦化廢水的一級標準。該實例中本發(fā)明的六段式可移動少曝氣膜生物反應器總的水力停留時間為24小時，好氧池缺氧池的數量比為1 1，不設厭氧池。膜通量為20L/m2.h。實施例4本發(fā)明的六段式可移動少曝氣膜生物反應器用于印染廢水處理，印染廢水經過格柵-混凝-沉淀工藝預處理后，直接進入本發(fā)明的六段式可移動少曝氣膜生物反應器進行后處理。其進水CODct濃度為600-1200mg/L，BOD5濃度為180_400mg/L，色度為80倍，相關出水指標可穩(wěn)定滿足《紡織染整工業(yè)水污染物排放標準》(GB4278-1992)。
該實例中本發(fā)明裝置總的水力停留時 間為30小時，好氧池缺氧池數量比為 1 1，不設厭氧池。膜通量為20L/m2.h。
權利要求
1.一種六段式可移動少曝氣膜生物反應器，其特征是該反應器包括以下三部分五段式多級生物反應池系統(tǒng)、浸沒式膜生物反應器及PLC自動化控制系統(tǒng)；所述五段式多級生物反應池系統(tǒng)包括有五個體積相同的第一生物反應池(3)、第二生物反應池(4)、第三生物反應池(5)、第四生物反應池(6)、第五生物反應池(7)以及第六生物反應池(8)，第一生物反應池(3)、第二生物反應池(4)、第三生物反應池(5)、第五生物反應池(7)、第六生物反應池(8)通過聯通口(2)依次聯通，第三生物反應池(5)還通過聯通口(2)與第四生物反應池(6)、第六生物反應池(8)依次聯通，第四反應池(6)與第六生物反應池(8)聯通，在第一生物反應池(3)、第二生物反應池(4)、第三生物反應池(5)、第四生物反應池(6)、第五生物反應池(7)內均預留有攪拌器和曝氣設備；在第一生物反應池(3) 的一側設有進水泵(1)，在第一生物反應池(3)的另一側與第二生物反應池(4)、第四生物反應池(6)、第五生物反應池(7)的任一反應池之間設有污泥一級回流泵(13)，在第四生物反應池(6)與第六生物反應池(8)之間設有污泥二級回流泵(10)，而形成一體化生物反應池；所述浸沒式膜生物反應器為在第六生物反應池(8)之中設有膜組件(9)而形成膜生物反應器，在第六反應池(8)的一側設有出水抽吸泵(12)，在第六生物反應池(8)的另一側設有排泥閥(11)；所述PLC自動化控制系統(tǒng)設在所述一體化生物反應池的一側，并與所述進水泵(1)、出水抽吸泵(12)、各生物反應池的曝氣機和曝氣設備相連接，并控制所述各生物反應池水位液面的高低。
2.根據權利要求1所述的六段式可移動少曝氣膜生物反應器，其特征是所述膜組件 (9)所采用的膜為中空纖維或平板式的膜，孔徑為0. 05-0. 1 μ m。
3.根據權利要求1所述的六段式可移動少曝氣膜生物反應器，其特征是所述第六生物反應池(8)與第一生物反應池(3)至第五生物反應池(7)的體積相同。
4.采用權利要求1所述的六段式可移動少曝氣膜生物反應器的污水處理方法，該方法包括以下步驟污水通過自流或進水泵(1)進入第一生物反應池(3)后，通過聯通口(2)依次流入第二生物反應池(4)、第三生物反應池(5)，然后污水從第三生物反應池(5)分配到第四生物反應池(6)和第五生物反應池(7)；第一生物反應池(3)、第二生物反應池(4)、第三生物反應池(5)、第四反應池(6)、第五生物反應池(7)內的預留攪拌器和曝氣設備中，只啟動第三生物反應池(5)的曝氣設備進行曝氣，啟動第一生物反應池(3)、第二生物反應池(4)、第四生物反應池(6)、第五生物反應池(7)的攪拌器進行攪拌；所進污水水質COD、氨氮質量濃度分別超過500mg/L、60mg/L時，將啟動第一生物反應池(3)、第二生物反應池(4)、第四生物反應池(6)和第五生物反應池(7)中的至少一個曝氣設備進行曝氣；所述五段式多級生物反應池的第一回流系統(tǒng)是通過污泥一級回流泵(13)與第二生物反應池(4)或第四生物反應池(6)或第五生物反應池(7)中任一池泵送到第一反生物應池 (3)而形成；第六生物反應池(8)和五段式多級生物反應池組合成六段式生物反應器系統(tǒng)， 與膜組件(9)耦合后形成六段式多級膜生物反應器，六段式多級膜生物反應器的污泥回流系統(tǒng)是通過二級污泥回流泵(10)從第六生物反應池(8)回流到第二生物反應池(4)而形成；通過排泥閥(11)或另設排泥泵而形成整個系統(tǒng)的排泥。
5.根據權利要求4所述的六段式可移動少曝氣膜生物反應器的污水處理方法，其特征是六段式多級生物反應池的第一生物反應池(3)為厭氧池、第二生物反應池(4)、第四生物反應池(6)、第五生物反應池(7)為缺氧池、第三生物反應池(5)為好氧池，但除生物第六反應池(8)之外，其它反應池的環(huán)境能夠在厭氧池、缺氧池、好氧池之間轉換。
全文摘要
本發(fā)明提供一種六段式可移動少曝氣膜生物反應器及其污水處理方法，由五個在體積和深度方面完全相同的生物反應池組成的五段式多級生物反應池系統(tǒng)、一個浸沒式膜生物反應池及PLC自動化控制系統(tǒng)組成?？蔀榇彐?zhèn)污水、工業(yè)廢水、高檔小區(qū)、別墅等需要半集中/分散污水處理的地方提供免土建、免安裝的解決方法。主要優(yōu)勢有(1)膜通量可比傳統(tǒng)MBR系統(tǒng)提高1倍，達到20-30L/m2·h，降低投資成本；(2)綜合曝氣能耗比現有具有除磷脫氮功能的MBR系統(tǒng)降低30％，減少運行費用；(3)減緩MBR系統(tǒng)的膜污染，延長膜更換周期，降低膜的維護與更換成本。
文檔編號C02F9/14GK102358658SQ201110183290
公開日2012年2月22日 申請日期2011年7月1日 優(yōu)先權日2011年7月1日
發(fā)明者劉洪波 申請人:劉洪波