CN101205110B - 污水处理装置及其方法 - Google Patents
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Abstract
一种在污水的MBR中有效利用能量、有效实施膜面清洁、同时良好发挥去除氮和磷的高级处理功能的污水处理装置及方法。这种污水处理装置在好气槽(34)的后段设置底部与好气槽(34)连通、下方设置散气装置(4d)且在散气装置(4d)上方浸渍有将流入的好气槽(34)的混合液过滤分离的过滤膜(10)的膜分离槽(35)和一部分与膜分离槽(35)连通且流入膜分离后的好气槽混合液的滞留槽(36)，使滞留槽(36)的混合液向厌气槽(32)循环，膜分离槽(35)及滞留槽(36)上部成为大气开放结构，与循环液联动、好气槽混合液自然流入膜分离槽及滞留槽中进行补充，使膜分离槽(35)及滞留槽(36)的水面位置保持好气槽的水面位置。
Description
技术领域
本发明涉及一种利用经由超滤进行的固液分离方式、将除了有机物以外还含有氮和磷的污水用活性污泥进行生物学处理的污水处理装置及其方法。
背景技术
在污水处理厂，引入一种利用被称为活性污泥的微生物群除了有机物以外还去除氮和磷的高级处理方式。图10是表示同时采用A2O和沉淀池方式的高级处理的装置构成的图，该装置中，前处理过的污水11流入由厌气槽32、无氧槽33和好气槽34构成的生物反应槽1，与含有高浓度活性污泥的返回污泥18混合，进行规定的生物处理，去除有机物和氮、磷。生物连通管12在沉淀池5中进行固液分离，活性污泥重力沉淀，澄清液作为处理水16排放。
该高级处理方式中，从好气槽34向无氧槽33回流的循环液17由于直接影响到氮去除率，从而也有设定为污水流量的数倍量的方案。返回污泥18为了调节、维持生物反应槽1的污泥浓度，通常是在污水流量以下运转。在处理过程内增殖的污泥作为剩余污泥19被排出到系统外，整个过程的污泥量得到管理。
另一方面，膜分离活性污泥方式(以下称为MBR)由于处理水质量好、不需要沉淀池和可期待由高污泥浓度处理带来的小型化而一直被适用。在这种方式中，有提高到图10所示的现有反应槽的污泥浓度(～3g/L)的数倍的生物反应槽中直接浸渍过滤膜的方式和与生物反应槽分开设置浸渍有过滤膜的膜分离槽进行固液分离的方式等各种提案。
以高级处理作为对象的浸渍膜方式中，有一种提案如[专利文献1]所述，从配置膜分离装置的曝气槽的散气管下方引出污泥，向无氧槽循环。该循环污泥是同时采用图10所示的循环液和返回污泥的物质。
另外，MBR的重要课题是剥离附着在膜面上的污泥、有效进行抑制网眼堵住的膜清洁、维持稳定的运转。浸渍膜的情况，是从过滤膜下方进行空气曝气，在空气升力作用下形成被分离液的上升流，利用该上升流的剪切力抑制污泥的膜面附着，大面积实施清洁。作为其一例，不是以高级处理作为对象，而是如[专利文献2]所述，将2个以上的过滤膜夹着隔壁配置的膜分离槽与生物反应槽分开设置，对过滤设备交替进行过滤和散气(清洁)，将混合液返送到原来的反应槽。另外，由于只利用由气泡悬浮产生的上升流不能获得足够的清洁流速，从而提出的一种方案如[专利文献3]所述，在散气部和过滤膜之间新设置增强上升流的搅拌装置。
专利文献1：特开2004-835号公报
专利文献2：特开2001-276874号公报
专利文献3：特开2003-251386号公报
[专利文献1]所述的现有技术，是一种厌气槽或无氧槽在没有氧的气氛中进行微生物反应、从而尽量以氧少的好气槽混合液作为循环液的提案，过滤膜的清洁只使用空气曝气。
[专利文献2]所述的现有技术，利用由用于清洁的散气所获得的回旋流在过滤侧形成横流而具有过滤膜的清洁功能，不过存在的问题是，设置返回线一侧的过滤膜在过滤处理中的情况下回旋流弱、清洁效率下降。[专利文献1]、[专利文献2]所述的现有技术，均是只利用曝气空气形成上升流或回旋流，要增强清洁效果必须增加上升流、即增加曝气空气量。
[专利文献3]所述的现有技术，由于设置形成上升流的搅拌机，从而能够确实增加上升流速、提高清洁效果，不过，存在的问题是产生新的设备费和运转成本。
发明内容
本发明的目的在于，提供有效利用能量并有效实施膜面清洁、良好地发挥去除氮和磷的高级处理功能的污水处理装置及其方法。
为了实现上述目的，本发明的污水处理装置及方法，采用的构成是至少向厌气槽循环好气槽的活性污泥混合液，在好气槽的后段设置底部与好气槽连通、下方设置散气装置且在散气装置的上方浸渍有将流入的好气槽混合液过滤分离的过滤膜的膜分离槽和一部分与膜分离槽连通且流入膜分离后的好气槽混合液的滞留槽，使滞留槽的混合液向厌气槽循环。
另外，膜分离槽及滞留槽上部成为大气开放结构，由此与循环液联动，好气槽混合液自然流入膜分离槽及滞留槽中，进行补充，以使两槽的水面位置保持好气槽的水面位置。
另外，采用多个膜分离槽，使膜分离混合液依次流入后方的膜分离槽，设有流入从最后方的膜分离槽流出的膜分离液的滞留槽，使膜分离混合液至少从该滞留槽底部向厌气槽循环，由此提高流通过滤膜的混合液的流速。
发明效果
根据本发明，具有的效果是能够将高级处理中不可欠缺的循环液不损失循环液功能地有效利用于浸渍膜的清洁、能够降低设备成本及运转成本。
附图说明
图1是表示本发明的实施例1的污水处理装置的构成图。
图2是表示本实施例的变形例的构成图。
图3是表示本实施例的变形例的构成图。
图4是表示本发明的实施例2的污水处理装置的构成图。
图5是表示本实施例的变形例的构成图。
图6是表示本实施例的变形例的构成图。
图7是表示本实施例的变形例的构成图。
图8是表示本发明的实施例3的污水处理装置的构成图。
图9是表示本实施例的变形例的构成图。
图10是现有的高级处理方式的构成图。
图中，1-生物反应槽，2-隔壁，4-散气管，10-过滤膜，11-污水，12-连通管，14-空气，16-处理水，17-循环液，19-剩余污泥，21-溶解氧浓度计，22-压力计，23-污泥浓度计，31-超滤处理槽，32-厌气槽，33-无氧槽，34-好气槽，35-膜分离槽，36-滞留槽，37-迂流槽。
具体实施方式
以下，参照附图，关于实施例1至实施例3进行说明。
[实施例1]
利用图1～图3说明本发明的实施例1。图1是本实施例的污水处理装置的构成图，图2、图3是其变形例。本实施例中以硝化液循环型的活性污泥方式作为对象。
如图1所示，生物反应槽1由注入污水11、循环液17的无氧槽33、好气槽34、膜分离槽35、滞留槽36构成。
无氧槽33和好气槽34由具有整流功能的隔壁2b隔开，在无氧槽33中设置搅拌装置3b，在好气槽34中从底部设置的散气管4c曝气空气14，搅拌各混合液。在好气槽34中设置溶解氧浓度计21，溶解氧浓度计21的测量值反馈给与散气管4c连接的空气调节装置14c。
在好气槽34和膜分离槽35之间设置除底部局部开口以外完全隔开的隔壁2c。膜分离槽35中浸渍有过滤膜10，在过滤膜10的下方设置散气管4d。在过滤膜10上经由配管连接吸引装置6，在配管上安装压力计22。由吸引装置6吸引的过滤液作为处理水16而被采集。散气管4d与空气调节装置14d连接，使空气14的一部分向过滤膜10散气。
在膜分离槽35和滞留槽36之间设置上部位于水面下的隔壁2d。在滞留槽36内设置配管，利用与配管连接的循环装置7，从滞留槽36的下方部吸引活性污泥混合液作为循环液17向无氧槽33返回。
在无氧槽33中利用搅拌装置3b搅拌污水11和循环液17，利用污水11中的有机物将循环液17中含有的硝酸或亚硝酸性氮还原，进行脱氮化。在好气槽34中利用来自散气管4c的曝气空气供给氧，促进活性污泥的有机物分解和硝化作用。
本实施例中，生物反应槽1的活性污泥浓度在流下方向上变化，不过，大体以5000～50000mg/L运转。循环液17具有活性污泥的循环作用(也叫污泥返回)，不过也是左右整个过程的脱氮率的操作量。
例如，污水11中的全部氮为40mg/L、处理水16的氮为10mg/L以下、好气槽34中完全硝化的情况下，循环液17的流量需要在污水11流量的3倍以上。
另外，用散气空气清洁过滤膜10时，一般相对于污水11的流量供给10～40倍量的散气空气。
本实施例中，膜分离槽35和滞留槽36由上部位于水面下的隔壁2d隔开，因此，水面为相同位置，形成在整个生物反应槽1中水面维持相同水平的迂流式结构，从而，若从滞留槽36吸引循环液17，则相同量的好气槽34的混合液流入膜分离槽35。流入膜分离槽35的混合液从设置在好气槽34和膜分离槽35之间的隔壁2c的底部流入，在过滤膜10的1级侧流路上升。
该混合液的上升流速例如为0.02m/s。即，处理水量为3000m3/day、循环液流量为处理水量3倍的9000m3/day，过滤膜采用0.5×1m的平膜、用2块过滤膜形成过滤面积1m2，空出5mm的距离、按照1级侧流路宽度5mm设置平膜，过滤流束为0.5m/d时，平膜需要6000块，若将其形成3层结构，则整个过滤膜的流路面积为5m2，因此，膜间流速为0.02m/s。
用于膜面清洁的膜间流速从0.1最大到1.0m/s，因此，通过利用循环液能够确保20％～2％的流速，能够降低与该流速提高部分相当的来自散气管4d的空气量。
这样一来，与循环液的操作量联动，向膜分离槽新流入好气槽混合液，从而，对照循环液量，膜分离槽内过滤膜的膜间流速提高。再加上返回污泥量，循环液在污水的数倍量下进行操作，从而，过滤膜的膜间流速大幅地增加，能够降低用于膜清洁而从过滤膜下方曝气的空气。特别是在已有的高级处理过程中，通过铺设循环装置、设置膜分离槽和滞留槽等局部改造而能够进行对应，能够有效地利用已有设备。
膜分离后的混合液从膜分离槽35向滞留槽36中溢流。在该溢流时浮游在混合液中的气泡扩散到大气中，溶解的氧也在到达成为循环液17的底部之前，由比好气槽34高30％左右的浓度的活性污泥急速消耗。从而，获得空气气泡和溶解氧少的循环液17，不损失无氧槽33的功能，能够维持稳定的生物处理。
这样一来，滞留槽将在膜分离槽中曝气的空气气泡扩散到大气中，同时由于是高污泥浓度还能够降低溶解的氧，能够将不会降低厌气槽或无氧槽的功能的循环液回流。
还有，图1中设置空气调节装置14c、14d，而调节装置14c能够适用利用设置在好气槽1c中的溶解氧浓度计21的实测值和目标值的偏差进行修正的操作，调节装置14d能够适用利用设置在过滤膜的吸引侧的压力计22的实测值和目标值的偏差、或循环液量进行修正的操作。
图2是图1所示的实施例的变形例，为了从滞留槽36引出循环液和剩余污泥，在循环液17的引出线上设置剩余污泥引出装置9，将剩余污泥19排出到系统外。剩余污泥19的引出位置，设置在与循环液17相同的位置，能够容易进行与图1所示实施例的变更，这样一来，将膜分离后的混合液作为剩余污泥19，由此循环液17加上剩余污泥部分的流量在膜分离槽35中流动，因此，膜间流速增加，清洁效果提高。另外，膜分离后的混合液提高了污泥浓度，将该混合液作为剩余污泥，由此具有减少后工序的污泥处理工序(没有图示)的处理流量的双重效果。
还有，剩余污泥19以整个处理过程的活性污泥量进行操作，例如，考虑生物反应槽1的污泥浓度计23和循环液17或剩余污泥19中的污泥浓度进行设定。
图3是图1所示实施例的变形例，是适用于A2O方式的例子。如图3所示，在无氧槽33的前段设置厌气槽32，利用与设置在滞留槽36内的配管连接的循环装置7，从滞留槽36的下方部吸引循环液17，使之返回到厌气槽32和无氧槽33。循环液向厌气槽32和无氧槽33的分配，考虑各槽的活性污泥浓度和氮去除率而操作。由于如此构成，从而能够向厌气槽32返回活性污泥。
另外，用散气空气和循环液的组合提高膜间流速的第1～第3实施方式中，必须在膜分离槽35和过滤膜10间形成回旋流路。本实施例中，没有特别规定回旋流路，不过，若过分扩大回旋流路幅度，则由于循环液带来的膜间流速不会提高。要发挥提高效果，优选是将回旋流路的截面积设定为过滤膜截面积的1～50分之1。
[实施例2]
用图4～图7说明本发明的实施例2。图4是本实施例的污水处理装置的构成图，图5～图7是其变形例。
本实施例中，与图1同样构成，不过，本实施例中在生物反应槽1的后段独立设置由膜分离槽35和滞留槽36构成的超滤处理槽31。生物反应槽1和超滤处理槽31经由连通管12在底部连通，以使来自好气槽34的处理水流入超滤处理槽31的底部。膜分离槽35和滞留槽36的运转操作与图1所示的实施例同样。
本实施例中，具有多个生物反应槽1的污水处理厂也大多通过像这样分开设置超滤处理槽31和生物反应槽1，由此能够单独实施维修和清扫、各种故障措施等维护管理。另外，不会停止已有设备的生物处理运转，就能够改良MBR方式。另外，由于增设等而具有扩张性，能够不停止设备地依次实施流入污水的变动和过滤膜的网眼堵塞对策所实施的药品清洁。
本实施例中，随着由循环液17带来的膜间流速提高而产生的散气空气量的降低效果也与第1实施方式同样。
利用图5说明本实施例的变形例。图5是本实施例的污水处理装置的构成图。
本实施例与图4所示的实施例同样构成，不过，本实施例中配置多个膜分离槽35，在相邻的膜分离槽35之间按顺序设有上部位于水面下的隔壁2d、除底部局部开口以外完全隔开的隔壁2c，在隔壁2d和隔壁2c之间形成迂流槽37。在超滤处理槽31的最后方设置滞留槽36。
在各膜分离槽35中设置过滤膜10，在过滤膜10的下方设置散气管4d，各散气管4d供给空气14。由吸引装置6吸引的各过滤膜10的过滤液作为处理水16而被采集。
将处理水流入超滤处理槽31的最上游部的下方，从滞留槽36的底部引出循环液17。各膜分离槽35的散气管4d对从主空气14分支的空气14A进行散气，过滤膜10使与流入的循环液17相同量的处理水进入最上游部的膜分离槽35，向下游的迂流槽37溢流，从迂流槽37的下部进入下一个膜分离槽35，依次反复最后到达滞留槽36。
这样一来，通过设置多个膜分离槽35，直列地通过混合液，由此能够进一步加快膜间流速，降低清洁空气。在实施例1的计算中，膜分离槽35设定为5段时，膜间流速为5倍，循环液流量相同，能够大幅度地降低膜面清洁用散气空气，同时还产生不需要散气的状态。
利用图6说明本实施例的变形例。本实施例与图4所示的实施例同样构成，不过，本实施例中配置多个膜分离槽35，在相邻的膜分离槽35之间交替设有上部位于水面下的隔壁2d、除底部局部开口以外完全隔开的隔壁2c，交替实施由向上流和向下流产生的膜分离，由循环装置7引出最后方的膜分离槽35中的膜分离混合液，向厌气槽34或无氧槽33回流。
这样一来，通过设置多个膜分离槽35，直列地通过混合液，由此在动态过滤方式的情况下也能够进一步提高膜间流速。
利用图7说明本实施例的变形例。本实施例与图4所示的实施例同样构成，不过，本实施例中在垂直方向上层叠膜分离槽35，各个膜分离槽35由设有下方的膜分离混合液流入的开口部的隔壁2c隔开，最终的膜分离槽35由局部在大气中开口的隔壁2e形成。流入超滤处理槽31的处理水，经由连通管12流入超滤处理槽31，被依次进行固液分离，从最终的膜分离槽35的大气开口部引出循环液进行回流。
这样一来，通过设置多个膜分离槽35，直列地通过混合液，由此在动态过滤方式的情况下也能够进一步提高膜间流速。
[实施例3]
利用图8、图9说明本发明的实施例3。图8是本实施例的污水处理装置的构成图，图9是其变形例。
如图8所示，本实施例的污水处理装置，生物反应槽1由注入污水11的无氧槽33、好气槽34和膜分离槽35构成。无氧槽33和好气槽34由具有整流功能的隔壁2b隔开，在无氧槽33中设置搅拌装置3b，在好气槽34中从底部设置的散气管4c曝气空气14，搅拌各混合液。
在好气槽34和膜分离槽35之间设置除底部局部开口以外完全隔开的隔壁2c。膜分离槽35中浸渍有过滤膜10。在过滤膜10上经由配管连接吸引装置6，利用吸引装置6吸引的过滤液作为处理水16而被采集。在膜分离膜35内的过滤膜10的上部设置配管，利用与配管连接的循环装置7，吸引循环液17使其向无氧槽33返回。
这样一来，本实施例中，与实施例1的不同之处在于，在膜分离槽35内没有设置散气管的膜分离槽35，没有滞留槽。本实施例中，由除底部局部开口以外与好气槽34完全隔开的隔壁2c形成膜分离槽35，从浸渍了循环液17的过滤膜10的上方引出循环液17，因此，与从上方引出的循环液17相当量的好气槽混合液从隔壁2c的开口部流入膜分离槽35，获得与循环液量和过滤膜10的流路面积对应的向上流速。
利用图9说明本实施例的变形例。本实施例与图8所示的实施例同样构成，不过在本实施例中，在好气槽34和膜分离槽35之间设有除上部位于水面下以外完全隔开的隔壁2c，从浸渍了循环液17的过滤膜10的下方引出循环液17。
与从下方引出的循环液17相当量的好气槽混合液向膜分离槽1d溢流，获得与循环液量和过滤膜10的流路面积对应的向下流速。
这些向上流速及向下流速，如果膜分离槽35为1段，则成为用实施例1试算的值。该流速对于清洁膜面而言较低，不过，对于在膜面上形成污泥层(滤渣层)进行过滤的所谓动态过滤方式的情况有效。
该方式中必须剥离多余地变厚而形成的滤渣层。这是因为，若提高流速则还要剥离必要的滤渣层，因此要求在比较低流速下进行运转。根据必要流速，也可以如实施例2设置多个膜分离槽35。由于在膜分离槽35中不进行散气，因此，形成氧浓度足够低的循环液17，不需要滞留槽36。
Claims (2)
1.一种污水处理装置，包括：流入污水的无氧槽；设置在该无氧槽的后段且由一部分连通的隔壁分开的好气槽；设置在该好气槽的后段且底部的一部分与所述好气槽连通，下方设有散气装置且该散气装置的上方浸渍有过滤膜的膜分离槽；设置在该膜分离槽的后段且上部的一部分与所述膜分离槽连通的由隔壁分开的滞留槽；和用于从该滞留槽的下方部向所述无氧槽返回循环液的循环装置，
所述好气槽、膜分离槽及滞留槽分开设置，底部的一部分通过连通管连接，
所述膜分离槽及所述滞留槽的上部向大气开放，所述膜分离槽及所述滞留槽的水面位置成为所述好气槽的水面位置，
所述膜分离槽由多个膜分离槽构成，在多个膜分离槽间设有将活性污泥混合液向底部引导并使其流入下游侧的膜分离槽的迂流槽，最后方的膜分离槽的活性污泥混合液流入所述滞留槽。
2.一种污水处理装置，包括：流入污水的无氧槽；设置在该无氧槽的后段且由一部分连通的隔壁分开的好气槽；设置在该好气槽的后段且底部的一部分与所述好气槽连通，并浸渍有过滤膜的膜分离槽；和用于从该膜分离槽的所述过滤膜的上方部或下方部向所述无氧槽返回循环液的循环装置，
所述好气槽、膜分离槽及滞留槽分开设置，底部的一部分通过连通管连接，
所述膜分离槽及所述滞留槽的上部向大气开放，所述膜分离槽及所述滞留槽的水面位置成为所述好气槽的水面位置，
所述膜分离槽沿水平方向或垂直方向设置多个膜分离槽，初段的膜分离槽流入来自所述好气槽的好气槽混合液，使该混合液依次直列通向后方或上方的膜分离槽，并使最后方的膜分离槽的膜分离混合液向所述无氧槽循环。
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