CN107055776B - 一种兼氧式mbr一体化污水处理设备及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及污水处理技术领域，尤其是一种兼氧式MBR一体化污水处理设备及其方法，通过函数信号发生器输出函数信号控制兼氧池曝气机，使得兼氧池曝气机产生的供气量及曝气频率随函数信号发生器输出的函数信号周期性变化，实现兼氧区的磷酸盐还原作用及同步硝化反硝化作用，确保脱氮、除磷的同时无剩余污泥产生，同时保障了出水水质长期稳定达标。

Description

一种兼氧式MBR一体化污水处理设备及其方法

技术领域

本发明涉及污水处理技术领域，尤其是一种兼氧式MBR一体化污水处理设备及其方法。

背景技术

我国的城市污水处理几乎完全依赖于大型污水处理厂，但污水收集管网和输送工程投资约为污水处理厂的3～5倍甚至更大，且常常牵涉到各种社会问题(如道路开挖、拆迁等)，使城市污水收集和输送管网建设滞后。而在城乡结合部、小城镇、乡村和度假村等较分散的人群聚居地，污水收集和输送的费用之高，即使是经济发达国家也难以承受，因此污水分散处理作为城市污水集中处理的补充手段，受到了广泛的关注。一体化污水处理设备作为污水分散处理手段的一种，得到了广泛的应用。但是乡村等地区缺乏专业的技术人员进行维护管理，因此开发处理效果稳定、运行费用低、维护管理方便的一体化污水处理设备等显得尤为重要。

目前的一体化污水处理设备主要采用生物接触氧化法或活性污泥法的A/O、A2/O等工艺及其改良工艺。以上工艺除磷主要通过排出剩余污泥或投加除磷试剂实现，产生的剩余污泥、化学污泥均需定期收集集中处理或增加新的处理设施；且生物脱氮的硝化、反硝化过程分别在不同的反应区进行，因此硝化液回流比通常需要达到日处理水量的300％甚至更高，而硝化液的回流增大了污水处理能耗。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：为了解决经过现有的污水处理工艺和设备处理后会产生大量的富含磷的剩余污泥、化学污泥，均需定期收集集中处理或增加新的处理设施进行处理的问题，本发明提供了一种兼氧式MBR一体化污水处理设备及其方法，通过函数信号发生器输出函数信号控制兼氧池曝气机，使得兼氧池曝气机产生的供气量及曝气频率 随函数信号发生器输出的函数信号周期性变化，实现兼氧区的磷酸盐还原作用及同步硝化反硝化作用，确保脱氮、除磷的同时无剩余污泥产生，同时保障了出水水质长期稳定达标。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种兼氧式MBR一体化污水处理设备，包括污水处理罐体区和控制执行区，

所述污水处理罐体区包括依次连通的缺氧池、兼氧池和MBR膜池，

所述缺氧池内设有用于固定填料的第一微生物填料区，所述第一微生物填料区将缺氧池分为缺氧池上腔体和缺氧池下腔体，所述缺氧池壁上设有进水口，

所述兼氧池内设有用于固定填料的第二微生物填料区，所述第二微生物填料区将兼氧池分为兼氧池上腔体和兼氧池下腔体，所述兼氧池下腔体内设有硝化液回流泵和曝气器，所述曝气器设置在兼氧池下腔体的底部，

所述MBR膜池内设有MBR膜组件，所述MBR膜池的底部设有曝气器，所述MBR膜组件设在曝气器的上方，

所述硝化液回流泵通过硝化液回流管与缺氧池下腔体连通，所述缺氧池上腔体与兼氧池上腔体连通，所述兼氧池下腔体与MBR膜池连通；

所述控制执行区包括控制装置、兼氧池曝气机、函数信号发生器、MBR膜池曝气机和出水泵，所述控制装置分别与兼氧池曝气机、函数信号发生器、MBR膜池曝气机、硝化液回流泵和出水泵连接，所述出水泵通过管路与MBR膜组件的顶部连通，所述MBR膜池曝气机通过管路与MBR膜池内的曝气器连接，其中函数信号发生器输出函数信号给控制装置，通过控制装置控制兼氧池曝气机， 使得兼氧池曝气机产生的供气量及曝气频率随函数信号发生器输出的函数信号周期性变化。

为了保证进入的污水与从兼氧池中抽出的硝化液混合均匀，提高缺氧池的反硝化反应效果，所述污水处理罐体区还包括罐体和导流槽，所述罐体内设有隔板，所述隔板将罐体从左至右分为缺氧池、兼氧池和MBR膜池，所述导流槽固定连接在缺氧池的内侧壁上，所述导流槽的进水端与进水口连通，所述导流槽的出水端与缺氧池下腔体连通；所述硝化液回流泵通过硝化液回流管与导流槽连通。

为了使污水依次从缺氧池、兼氧池和MBR膜池流动形成U形水流，使污水充分与填料上的微生物接触，避免形成短流，提高污水处理效果，所述缺氧池与兼氧池之间的隔板的上部设有污水溢流孔，所述缺氧池上腔体通过污水溢流孔与兼氧池上腔体连通；所述兼氧池和MBR膜池之间的隔板的下部设有污水孔，所述兼氧池下腔体通过污水孔与MBR膜池连通。

具体地，所述硝化液回流泵安装在靠近MBR膜池的兼氧池壁上。

为了方便检修和查看，所述缺氧池、兼氧池和MBR膜池的顶部分别设有操作口。

为了保证填料固定牢靠，所述第一微生物填料区和第二微生物填料区分别包括用于固定填料的上隔网和下隔网，其中，上隔网和下隔网与缺氧池壁连接形成第一微生物填料区，上隔网和下隔网与兼氧 池壁连接形成第二微生物填料区。

一种兼氧式MBR一体化污水处理方法，包括如下步骤，

步骤1、缺氧工艺段：将调节池内的污水通入缺氧池内，进行反硝化反应，同时去除部分COD；

步骤2、兼氧工艺段：将经过反硝化反应的污水通入兼氧池内，通过函数信号发生器控制兼氧池曝气机的供气量及曝气频率，实现周期性的调整兼氧池的溶解氧气的浓度来完成COD的去除反应、硝化反应、磷酸盐还原反应、同步硝化反硝化过程；

步骤3、硝化液回流混合：将在兼氧池内未彻底去除硝酸盐的污水回流并与缺氧池进水口的污水混合；

步骤4、MBR工艺段：污水在兼氧池内处理后，进入MBR膜池，经MBR膜过滤去除悬浮物后排放。

作为优选，步骤2中供气量及曝气频率采用方形波函数、正弦波函数、锯齿波函数控制，周期为10分钟-90分钟。

所述兼氧池溶解氧随机供气量及曝气频率的改变在0-5mg/L之间周期性变化。

步骤1中缺氧池的溶解氧浓度范围为0.2-1mg/L。

本发明的有益效果是：本发明提供了一种兼氧式MBR一体化污水处理设备，在兼氧区实现了磷酸盐还原及同步硝化反硝化过程，磷酸盐还原过程的实现，使一体化设备在 高效除磷的同时，无剩余污泥产生，解决了普通一体化污水处理设备剩余污泥的问题；同步硝化反硝化的实现，使一部分氮在兼氧区得以去除，减少了硝化液回流量，能够有效降低一体化设备能耗，减小一体化设备体积，进一步降低一体化设备成本；本设备中，微生物附着生长于填料上，缺氧区微生物群落分别以异养菌及反硝化细菌为主，兼氧区的微生物群落则以磷酸盐还原菌、硝化细菌、反硝化细菌为主，区别于普通一体化污水处理设备，兼氧区回流的硝化液为含极少量悬浮物的污水，减轻了普通活性污泥法回流的混合硝化液中污泥对缺氧区微生物系统的冲击，可以有效保障各缺氧区、兼氧区微生物的优势种群。

本发明提供了一种兼氧式MBR一体化污水处理方法主要包括缺氧工艺段、兼氧工艺段、MBR工艺段，其特点是，兼氧段通过函数信号发生器控制曝气量及曝气频率，在兼氧段实现高频率、短周期的好氧、缺氧过程，促进填料中的磷酸盐还原系统的形成，最终将污水中的磷还原为磷化氢气体得以去除，该过程不产生剩余污泥，生物膜法的处理系统，可以有效防止硝化液回流过程中磷酸盐还原菌的流失；在高频率的好氧、缺氧过程中，氨氮通过同步硝化反硝化被去除，最大限度的减少了硝酸盐、亚硝酸盐对磷酸盐还原过程的影响；同步硝化反硝化的进行，大大降低了硝化液回流量，有效降低了一体化设备体积及能耗。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明一种兼氧式MBR一体化污水处理设备的结构示意图；

图2是本发明一种兼氧式MBR一体化污水处理设备的控制图；

图3是本发明一种兼氧式MBR一体化污水处理方法的流程图；

图4是兼氧池内供气量及曝气频率的波形控制函数图；

图5是在图4的控制下兼氧池的溶解氧变化曲线图。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

如图1所示，一种兼氧式MBR一体化污水处理设备，包括污水处理罐体区和控制执行区，污水处理罐体区包括依次连通的缺氧池1、兼氧池2和MBR膜池3，缺氧池1内设有用于固定填料的第一微生物填料区11，第一微生物填料区11将缺氧池1分为缺氧池上腔体12和缺氧池下腔体13，缺氧池1壁上设有进水口15，兼氧池2内设有用于固定填料的第二微生物填料区21，第二微生物填料区21将兼氧池2分为兼氧池上腔体22和兼氧池下腔体23，兼氧池下腔体23内设有硝化液回流泵24和曝气器4，曝气器4设置在兼氧池下腔体23的底部，MBR膜池3内设有MBR膜组件31，MBR膜池3的底部设有曝气器4，MBR膜组件31设在曝气器4的上方，硝化液回流泵24通过硝化液回流管5与缺氧池下腔体13连通，缺氧池上腔体12与兼氧池上腔体22连通，兼氧池下腔体23与MBR膜池3连通；如图2所示，控制执行区包括控制装置61、兼氧池曝气机62、函数信号发生器63、MBR膜池曝气机64和出水泵65，控制装置61分别与兼氧池曝气机62、函数信号发生器63、MBR膜池曝气机64、硝化液回流泵24和出水泵65连接，出水泵65通过管路与MBR膜组件31的顶部连通，MBR膜池曝气机64通过管路与MBR膜池3内的曝气器4信号连接，通过函数信号发生器63输出函数信号给控制装置61，然后再通过控制装置61控制兼氧池曝气机62，使得兼氧池曝气机62产生的供气量及曝气频率随函数信号发生器63输出的函数信号周期性变化，如图4所示，供气量及曝气频率采用方形波函数、正弦波函数、锯齿波函数控制，周期为10分钟-90分钟。

在一种具体实施中，污水处理罐体区还包括罐体8和导流槽14，罐体8内设有隔板9，隔板9将罐体8从左至右分为缺氧池1、兼氧池2和MBR膜池3，导流槽14固定连接在缺氧池1的内侧壁上，导流槽14的进水端与进水口15连通，导流槽14的出水端与缺氧池下腔体13连通；硝化液回流泵24通过硝化液回流管5与导流槽14连通。

作为优选，缺氧池的内壁设挂扣，导流槽上设有与挂扣相匹配的卡扣。

作为优选，缺氧池和兼氧池隔板顶部预留有污水溢流孔及硝化液回流管孔

其中一种兼氧式MBR一体化污水处理设备的罐体8的横截面为椭圆形或长方形。

在一种具体实施例中，缺氧池1与兼氧池2之间的隔板9的上部设有污水溢流孔91，缺氧池上腔体12通过污水溢流孔91与兼氧池上腔体22连通；兼氧池2和MBR膜池3之间的隔板9的下部设有污水孔92，兼氧池下腔体23通过污水孔92与MBR膜池3连通。

作为优选，硝化液回流泵24安装在靠近MBR膜池3的兼氧池2壁上。

作为优选，缺氧池1、兼氧池2和MBR膜池3的顶部分别设有操作口7。

作为优选，第一微生物填料区11和第二微生物填料区21分别包括用于固定填料的上隔网和下隔网，上隔网和下隔网与缺氧池1壁连接形成第一微生物填料区11，上隔网和下隔网与兼氧池2壁连接形成第二微生物填料区21，其中缺氧池、兼氧池的内壁设有卡槽，上隔网和下隔网的四周设有卡扣，通过卡扣和卡槽内固定。

此一体化设备从左至右分别是缺氧池1、兼氧池2、MBR膜池3及控制装置61，缺氧池1、兼氧池2、MBR膜池3顶部均设有操作口7；缺氧池1和兼氧池2中布置有填料，以提高缺氧池1和兼氧池2内功能菌反硝化菌、磷酸盐还原菌等的种群优势，同时增大污水的生化接触面积，填料采用上隔网和下隔网围成的填料区进行固定；进水口15位于缺氧池1的池壁上，进水口15固定于缺氧池1池壁上的导流槽14内；兼氧池2与缺氧池1通过池体之间隔板9上的污水溢流孔91连通，硝化液液回流管5一端安装在兼氧池2靠近MBR池3一侧池壁上，伸出兼氧池下腔体23的底部，另一端穿过缺氧池1与兼氧池2的隔板9上的预留管孔伸入导流槽14内；兼氧池2底部装安装有曝气器4，曝气器4与兼氧池曝气机62连接，曝气机4由函数信号发生器63控制，在兼氧池2内采用设定的函数信号频率进行曝气；MBR膜池3与兼氧池2通过隔板9上的污水孔92连通；MBR膜池3装有MBR膜组件31，MBR膜组件31顶部装有MBR出水管，MBR出水管与出水泵65连接，MBR膜池3底部装有曝气器4，曝气器4与MBR膜池曝气机64连接，用于冲刷MBR膜丝；出水泵65、MBR膜池曝气机64、兼氧池曝气机62、函数信号发生器63和硝 化液回流泵24均由控制装置61控制。

如图3所示，一种兼氧式MBR一体化污水处理方法，包括如下步骤，

S01：缺氧工艺段：污水从调节池由进水口进入缺氧池1，在缺氧异养菌、反硝化细菌等的共同作用下，发生反硝化反应及缺氧降解，同时去除部分COD，其中缺氧池1的溶解氧浓度范围为0.2-1mg/L；

S02：兼氧工艺段：将经过反硝化反应的污水通过污水溢流口进入兼氧池2内，通过函数信号发生器63控制兼氧池曝气机62的供气量及曝气频率，如图4和5所示，供气量及曝气频率采用方形波函数、正弦波函数、锯齿波函数控制，周期为10分钟-90分钟，兼氧池2溶解氧随机供气量及曝气频率的改变在0-5mg/L之间周期性变化，通过周期性的调整兼氧池2的溶解氧气的浓度来完成COD的去除反应、硝化反应、磷酸盐还原反应、同步硝化反硝化过程，兼氧池2通过曝气器产生的气泡量周期性的随函数信号变化，使得污染物被填料上生长的磷酸盐还原菌、硝化细菌、反硝化细菌等降解；

S03：硝化液回流混合：将在兼氧池2内未彻底去除硝酸盐的污水通过硝化液回流管回流至导流管与进水口的污水混合，然后进入缺氧池1进行反硝化反应；

S04：MBR工艺段：将兼氧池2中处理后的污水通过污水孔进入MBR膜池3，经MBR膜过滤去除悬浮物后排放，完成整个污水处理过程。

其中S01-S02-S03循环进行，并通过调节硝化液回流量控制循环次数，从而保证有效的COD的去除反应、硝化反应、磷酸盐还原反应、同步硝化反硝化过程。

作为优选，运行时兼氧池分别采用方形波、正弦波、锯齿波控制曝气量，频率为1h，溶解氧浓度在0-5mg/L之间波动，污水中的污染物COD、氮、磷等在硝化细菌、反硝化细菌、磷酸盐还原菌、异养菌的共同作用下，被降解去除。

运行时，缺氧、兼氧工艺循环进行，通过调节硝化液回流量控制循环次数，缺氧工艺段控制溶解氧浓度为0.5-1mg/L，兼氧工艺段通过函数信号发生器控制曝气机供气量及频率，溶解氧浓度在0-5mg/L之间周期性波动，污水中的污染物COD、氮、磷等在硝化细菌、反硝化细菌、磷酸盐还原菌、异养菌的共同作用下，被降解去除。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或信号连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员 而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (9)

1.一种兼氧式MBR一体化污水处理设备，其特征在于：包括污水处理罐体区和控制执行区，

所述污水处理罐体区包括依次连通的缺氧池（1）、兼氧池（2）和MBR膜池（3），还包括导流槽（14），

所述缺氧池（1）内设有用于固定填料的第一微生物填料区（11），所述第一微生物填料区（11）将缺氧池（1）分为缺氧池上腔体（12）和缺氧池下腔体（13），所述缺氧池（1）壁上设有进水口（15），所述导流槽（14）固定连接在缺氧池（1）的内侧壁上，所述导流槽（14）的进水端与进水口（15）连通，所述导流槽（14）的出水端与缺氧池下腔体（13）连通；

所述兼氧池（2）内设有用于固定填料的第二微生物填料区（21），所述第二微生物填料区（21）将兼氧池（2）分为兼氧池上腔体（22）和兼氧池下腔体（23），所述兼氧池下腔体（23）内设有硝化液回流泵（24）和曝气器（4），所述曝气器（4）设置在兼氧池下腔体（23）的底部，

所述MBR膜池（3）内设有MBR膜组件（31），所述MBR膜池（3）的底部设有曝气器（4），所述MBR膜组件（31）设在曝气器（4）的上方，

所述硝化液回流泵（24）通过硝化液回流管（5）与导流槽（14）连通，

所述缺氧池上腔体（12）与兼氧池上腔体（22）连通，所述兼氧池下腔体（23）与MBR膜池（3）连通；

所述控制执行区包括控制装置（61）、兼氧池曝气机（62）、函数信号发生器（63）、MBR膜池曝气机（64）和出水泵（65），所述控制装置（61）分别与兼氧池曝气机（62）、函数信号发生器（63）、MBR膜池曝气机（64）、硝化液回流泵（24）和出水泵（65）连接，所述出水泵（65）通过管路与MBR膜组件（31）的顶部连通，所述MBR膜池曝气机（64）通过管路与MBR膜池（3）内的曝气器（4）连接，其中函数信号发生器（63）输出函数信号给控制装置（61），通过控制装置（61）控制兼氧池曝气机（62），使得兼氧池曝气机（62）产生的供气量及曝气频率随函数信号发生器（63）输出的函数信号周期性变化；

所述第一微生物填料区（11）和第二微生物填料区（21）分别包括用于固定填料的上隔网和下隔网；

上隔网和下隔网与缺氧池（1）壁连接形成第一微生物填料区（11），上隔网和下隔网与兼氧池（2）壁连接形成第二微生物填料区（21）。

2.根据权利要求1所述的一种兼氧式MBR一体化污水处理设备，其特征在于：所述污水处理罐体区还包括罐体（8），所述罐体（8）内设有隔板（9），所述隔板（9）将罐体（8）从左至右分为缺氧池（1）、兼氧池（2）和MBR膜池（3）。

3.根据权利要求2所述的一种兼氧式MBR一体化污水处理设备，其特征在于：所述缺氧池（1）与兼氧池（2）之间的隔板（9）的上部设有污水溢流孔（91），所述缺氧池上腔体（12）通过污水溢流孔（91）与兼氧池上腔体（22）连通；所述兼氧池（2）和MBR膜池（3）之间的隔板（9）的下部设有污水孔（92），所述兼氧池下腔体（23）通过污水孔（92）与MBR膜池（3）连通。

4.根据权利要求1所述的一种兼氧式MBR一体化污水处理设备，其特征在于：所述硝化液回流泵（24）安装在靠近MBR膜池（3）的兼氧池（2）壁上。

5.根据权利要求1所述的一种兼氧式MBR一体化污水处理设备，其特征在于：所述缺氧池（1）、兼氧池（2）和MBR膜池（3）的顶部分别设有操作口（7）。

6.采用权利要求1-5所述的任意一种兼氧式MBR一体化污水处理设备处理污水的方法，其特征在于：包括如下步骤，

步骤1、缺氧工艺段：将调节池内的污水通入缺氧池（1）内，进行反硝化反应，同时去除部分COD；

步骤2、兼氧工艺段：将经过反硝化反应的污水通入兼氧池（2）内，通过函数信号发生器（63）控制兼氧池曝气机（62）的供气量及曝气频率，实现周期性的调整兼氧池（2）的溶解氧气的浓度来完成COD的去除反应、硝化反应、磷酸盐还原反应、同步硝化反硝化过程；

步骤3、硝化液回流混合：将在兼氧池（2）内未彻底去除硝酸盐的污水回流并与缺氧池（1）进水口的污水混合；

步骤4、MBR工艺段：污水在兼氧池（2）内处理后，进入MBR膜池（3），经MBR膜过滤去除悬浮物后排放。

7.根据权利要求6所述处理污水的方法，其特征在于：步骤2中供气量及曝气频率采用方形波函数、正弦波函数或锯齿波函数控制，周期为10分钟-90分钟。

8.根据权利要求7所述处理污水的方法，其特征在于：所述兼氧池（2）溶解氧随机供气量及曝气频率的改变在0-5mg/L之间周期性变化。

9.根据权利要求6所述处理污水的方法，其特征在于：步骤1中缺氧池（1）的溶解氧浓度范围为0.2-1mg/L。

Images