CN107986435A - 一种高效的升流式生物反应装置及其运行方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高效的升流式生物反应装置。所述装置包括反应装置本体，所述反应装置本体内由下至上依次设置有反应池、MBBR池和MBR池；本发明采用塔式结构将反应池、MBBR池和MBR池组合成一体化反应系统，具有污水处理效果更佳，出水水质更优，占地面积小、建设周期短、自动化程度高、建设成本低等优点。同时，选用了平行设置的MBR膜组件，能大大提高曝气装置产生的气泡与膜组件的接触面积，通过气泡的抖动作用，有效降低了膜组件的污染问题。本发明通过独立调控膜组件，能有效控制出水水质，并能够对每一组膜组件单独进行在线清洗，无需另设膜清洗池，实现反应装置连续运行。另外，通过气洗装置的设置，可进一步降低膜污染。

Description

一种高效的升流式生物反应装置及其运行方法和应用

技术领域

本发明属于污水处理领域，更具体地，涉及一种高效的升流式生物反应装置及其运用方法和应用。

背景技术

目前污水处理方法中，活性污泥法较为成熟，且应用较广，但其仍存在许多的缺点与不足，如占地面积广、基建费用高等；同时该工艺对水质水量变化的适应性较低，运行效果易受水质、水量变化的影响；

移动床生物膜反应器（即MBBR）是一种兼具传统的活性污泥法和生物接触氧化法两者优点的一种新型高效的复合工艺处理方法；其原理是以比重接近水的悬浮填料直接投加到曝气池中作为微生物的活性载体，依靠曝气和水流的提升作用而处于流化状态，从而提高了氧的利用率，达到高效降解有机污染物的目的。

膜生物反应器（即MBR）是一种将膜分离技术与生物处理技术有机结合的新型污水处理技术，该工艺技术具有污泥泥龄高、占地面积小、出水水质稳定等特点，能很好地弥补了活性污泥法的缺点与不足，但在膜生物反应器运行过程中，由于产水泵的负压抽吸作用，导致活性污泥不断的在膜表面积累，从而致使膜通量降低，甚至导致膜孔堵塞；因此化学清洗是保障膜生物反应器长期稳定运行的必不可少的步骤；常规的清洗方式主要有在线清洗和离线清洗两种方式，在线清洗存在药剂用量大，药剂利用率低等弊端；而离线清洗需将膜组件吊装出反应池，并另设膜清洗池对膜组件进行清洗，大大增加了劳动强度，且使反应系统不能连续运行，降低了污水处理效率。

目前，现有的污水处理系统多采用传统的好/厌氧池或MBBR、MBR池等独立单元结构组合的方式组成；这些污水综合处理系统具有占地面积大、建设周期长、成本高、难以在用地紧张的场所布置等问题。

因此，设计一种污水处理效率高、占地面积少、膜污染小且持续运行的综合性污水处理装置具有重要的经济价值和应用意义。

发明内容

本发明的目的在于克服现有污水处理装置膜污染严重、不能连续运行、占地面积大且运行成本高的缺陷，提供一种高效的升流式生物反应装置。本发明提供的生物反应装置采用一体式塔式结构，占地面积小；同时通过特定设置的MBR膜组件可较大程度地降低膜污染，提高膜组件的使用寿命，实现反应装置同时产水与反洗，不间断运行，从而提高污水处理效率。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种高效的升流式生物反应装置，所述生物反应装置包括反应装置本体，所述反应装置本体内由下至上依次设置有反应池、MBBR池和MBR池；所述反应装置本体的底部和顶部设置有排空口和泄压装置；所述反应池的底部和顶部分别设置有布水器和三相分离器，所述三相分离器上设置有排气管道；所述MBBR池的底部、内部和顶部分别设置有第一曝气装置、填料和滤板，所述MBBR池通过MBBR池回流管道与反应池相连通，所述MBBR池回流管道上设置有第一污水回流泵；所述MBR池包括设置于底部的第二曝气装置和平行于所述第二曝气装置的MBR膜组件，所述MBR膜组件上设置有排水管道；所述MBR池通过MBR池回流管道与MBBR池相连通，所述MBR池回流管道上设置有第二污水回流泵。

本发明采用塔式结构将反应池、MBBR池和MBR池组合成一体化反应系统。整个污水处理过程为：污水从布水器引入反应装置中，经反应池处理后，通过三相分离器实现污泥、废气和废水的分离；污泥可输送至反应池中作为活性污泥继续使用；废气可通过排气管道排至反应装置外的废气处理装置；废水则上升进入到MBBR池中进行曝气处理，去除有机污染物的同时将氮转化为硝态氮；处理后的污水部分会通过回流管道回流至反应池进行脱氮反应，其余污水会向上经过滤板的过滤作用进入MBR池；经过MBR池的进一步处理后，一部分污水会通过回流管道回流至MBBR池继续反应，一部分污水会在MBR膜组件的分离作用下排出，达到回用标准。本发明提供的反应装置通过反应池、MBBR和MBR池的联用，具有污水处理效果更佳，出水水质更优，占地面积小、建设周期短、自动化程度高、建设成本低等优点。同时采用了三相分离器，使反应池在不需要外加动力的情况下实现固液气的有效分离，较好的截留活性污泥，使反应池内的活性污泥具有污泥泥龄高，有机污染物降解效果好，N、P等营养物质去除率高等优点；通过在三相分离器上设置排气管道，可将反应池产生的臭气直接排出反应装置外处置，避免了反应池产生的臭气对后续MBBR池好氧反应产生不良影响。

除此之外，本发明还选用了平行于MBR池底部设置的MBR膜组件。在MBR反应池内的污水由于膜的分离作用，污染物和其他微生物被截留在反应池内，经过处理的水则经过负压抽吸，达标排放；由于负压抽吸等原因，反应池内的胶体颗粒及污染物会附着在膜丝表面，导致膜孔堵塞，从而降低了生物膜的通量，甚至降低了MBR膜的使用寿命。本发明选用平行设置的MBR膜组件，能大大提高曝气装置产生的气泡与膜组件的接触面积，有效降低了膜组件的污染问题。

优选地，所述反应池为厌氧池或缺氧池。

优选地，所述排气管道竖直设置并贯穿所述反应装置本体的顶部。

优选地，所述MBR膜组件的下方设置有带第一阀门的气洗管道。

通过在膜组件下方设置的气洗管道，可对膜组件进行清洗，进一步降低了膜污染程度，延长了膜组件的寿命。一般情况下，根据污水的处理需求可设置有一组或多组MBR膜组件，但出于出水质量和效率的考虑，一般选用多组。对于多组MBR膜组件，因其下方均设置有单独的气洗管道，可根据水质的要求及MBR膜组件的污染情况灵活控制气洗管道的进气量，从而有针对性地降低膜污染，提高出水水质，延长膜组件的使用寿命。

优选地，所述气洗管道呈网格状均匀分布于所述MBR膜组件的下方。

呈网格状均匀分布的气洗管道具有更好的清洗效果。

优选地，所述气洗管道上设置有出气口，可通过出气口产生的气泡抖动，实现更好的清洗。

出气口的分布越均匀，其产生的清洗气泡对膜组件的清洗效果就更好。

优选地，所述出气口的数量为多个，所述出气口错位排列布置。

优选地，所述出气口间隔100mm错位排列布置。

优选地，所述排水管道设置于MBR膜组件的两侧。

优选地，所述排水管道上设置有第二阀门。

一般情况下，通过阀门可控制排水管道的出水量，也可在反冲洗时调节药剂的用量。对于具有多组膜组件的情况，可通过调节排水管道上的单独阀门和连接的反洗泵，优先对污染程度高的膜组件实现在线反冲洗，其他膜组件保持运行出水，从而达到连续不间断地运行反应装置的目的，提高了污水处理效率，且不需另设膜清洗池，减少了人工操作，降低了运行成本。

优选地，所述排水管道上设置有取样口。

取样口的设置有利于监控膜组件的出水状况；且有利于及时发现膜组件的破损情况。

优选地，所述反应装置本体的的顶部与MBR膜组件间通过可拆卸装置连接。

拆开所述的可拆卸装置可将塔顶打开，便于维修更换MBR膜组件及其它组件。

优选地，所述反应装置本体的顶部设置有压力传感器，所述泄压装置上设置有第三阀门。

通过压力传感器可对反应装置内部的压力进行实时监控，并通过第三阀门控制泄压装置的开闭，进而保证反应装置内部控制在一定压力范围内，使反应装置处于高压状态。与常规曝气法相比，该装置内具有相对高的溶解氧水平，提高了有机物氧化分解的速度，从而提高了处理效率，降低了处理成本。另外，在压力高出一定值时，及时打开阀门进行排气降压，确保反应装置的正常运行。

优选地，所述第一、第二和第三阀门为电动阀门。

优选地，所述填料为悬浮载体，更为优选地，所述填料为聚丙烯填料。

选用悬浮载体作为填料时，MBBR池内无需设置填料支架，对填料及底部的曝气装置维护方便。另外，聚丙烯填料为多面空心球，内有24片球瓣翼片，该结构有利于微生物的附着生长，孔隙率也较大，密度略小于水，挂膜后悬浮在水中，当反应器曝气或搅拌时，填料在水中呈流化状态，具有良好的过水、通气性能，不易发生堵塞等优点。

优选地，所述反应装置本体的底部还设置有脚架，顶部设置有吊耳。

上述升流式生物反应装置的运行方法，包括如下步骤：

S1：开启第一曝气装置和第二曝气装置，控制曝气量，并使得整个反应装置处于高压状态；

S2：待处理污水通过布水器引入反应池中，进行脱氮处理后经三相分离器实现性污泥、臭气、废水的分离；所述污泥输送至反应池中；所述臭气通过排气管道排出；

S3：所述废水在水力作用的条件下，上升进入到MBBR池进行曝气处理，去除有机污染物，并将氨氮转化为硝态氮，然后部分废水通过MBBR池回流管道回到反应池继续反应，剩余废水向上经过滤板进入MBR池；

S4：废水经MBR池的进一步处理后，部分废水会通过MBR池回流管道回流至MBBR池继续反应，剩余废水会在MBR膜组件的分离作用下排出。

优选地，当所述装置还包括气洗管道时，所述运行方法还包括通过气洗管道对膜组件进行气洗的步骤。

优选地，当所述排水管道上设置有第二阀门时，所述运行方法还包括通过排水管道对膜组件进行反洗的步骤。

优选地，当所述排水管道上设置有取样口时，所述运行方法还包括测定出水水质，监控膜组件的破损情况的步骤。

优选地，当所述反应装置本体的的顶部与MBR膜组件间通过可拆卸装置连接时，所述运行方法还包括拆开所述装置，维修或更换MBR膜组件的步骤。

优选地，当所述反应装置本体的顶部设置有压力传感器，所述泄压装置上设置有第三阀门，还包括通过压力传感器测定装置内压力值，通过泄压装置控制装置内压力值的步骤。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

本发明采用塔式结构将反应池、MBBR池和MBR池组合成一体化反应系统,具有污水处理效果更佳，出水水质更优，占地面积小、建设周期短、自动化程度高、能实现连续运行、建设成本低等优点。同时，选用了平行设置的MBR膜组件，能大大提高气洗装置与膜组件的接触面积，有效降低了膜组件的污染问题。

附图说明

图1为实施例1提供的升流式生物反应装置的主剖面结构示意图；

图2为实施例1提供的升流式生物反应装置的主侧剖面结构示意图；

图3为实施例1提供的气洗管道布置图。

其中：

1 为反应装置本体，101为排空口，102为泄压装置，103为可拆卸装置，104为压力传感器，105为第三阀门，106为脚架，107为吊耳；

2为反应池，201为布水器，202为三相分离器，203为排气管道；

3为MBBR池，301为第一曝气装置，302为填料，303为滤板，304为MBBR池回流管道，305为第一污水回流泵；

4为MBR池，401为第二曝气装置，402为MBR膜组件，403为排水管道，404为MBR池回流管道，405为第二污水回流泵，406为第一阀门，407为气洗管道，408为出气口，409为第二阀门，410为取样口。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合说明书附图和具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

需要说明的是，当原件被称为“设置于”、“安设于”另一元件，它既可以直接在另一元件上，也可以存在居中的原件。当一个元件认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或可能同时存在居中元件。

实施例1

如图1~3所示，一种高效的升流式生物反应装置，包括反应装置本体1，反应装置本体内由下至上依次设置有厌氧池2、MBBR池3和MBR池4。

反应装置本体1的底部设置有排空口101和脚架106，顶部设置有带第三电动阀门105的泄压装置102、压力传感器104和吊耳107。

厌氧池2的底部设置有布水器201，顶部设置有三相分离器202，三相分离器上竖直设置有排气管道203，排气管道203贯穿反应装置本体1的顶部。

MBBR池3包括底部设置的第一曝气装置301、内部设置的聚丙烯填料302和顶部设置的分隔所述MBBR池和MBR池的滤板303，MBBR池3通过MBBR池回流管道304和厌氧池2相连通，MBBR池回流管道304上设置有第一污水回流泵305。

MBR池4包括设置于底部的第二曝气装置401、平行于MBR池4底部的三组MBR膜组件402和设置于两侧且与每组MBR膜组件402单独相连通的排水管道403，排水管道403上设置有第二电动阀门409和取样口410，MBR池4通过MBR池回流管道404与MBBR池3连通，MBR池回流管道404上设置有第二污水回流泵405。MBR膜组件402的下方设置有呈网格状均匀分布且带第一电动阀门406的气洗管道407，气洗管道407上设置有出气口408，出气口408的数量为多个，出气口408间隔100mm错位排列布置。

反应装置本体1的顶部与MBR膜组件402间通过螺栓结构的可拆卸装置103连接。

本发明采用塔式结构将厌氧池、MBBR池和MBR池组合成一体化反应系统。整个污水处理过程为：开启第一曝气装置和第二曝气装置，污水从布水器引入反应装置中，经厌氧池处理后，通过三相分离器实现污泥、废气和废水的分离；污泥可输送至厌氧池中作为活性污泥继续使用；废气可通过排气管道排至反应装置外的废气处理中心；废水则上升进入到MBBR池中进行曝气处理，去除有机污染物的同时将氨氮转化为硝态氮；处理后的污水部分会通过回流管道回流至厌氧池进行脱氮反应，其余污水会向上经过滤板的过滤作用进入MBR池；经过MBR池的进一步处理后，一部分污水会通过回流管道回流至MBBR池继续反应，一部分污水会在MBR膜组件的分离作用下排出，达到回用标准。

通过气洗管道及出气口对平行设置的膜组件进行单独清洗，有效降低膜污染。同时可通过调节排水管道上的单独阀门和连接的反洗泵，优先对污染程度高的膜组件实现在线反冲洗，其他膜组件保持运行出水，从而达到连续不间断地运行反应装置的目的；本发明中的膜组件在线化学清洗的频率远低于其他MBR工艺，一年仅需在线化学清洗10~30次，且无需离线清洗；膜组件的使用寿命可高达5年以上，大大降低了成本。

可拆卸装置的设置便于维修更换MBR膜组件及其它配件；压力传感器和第三阀门的配合使用可使反应装置处于高压的正常运转状态，装置内具有相对高的溶解氧水平，提高了有机物氧化分解的速度，从而提高了处理效率，降低了处理成本。

本发明提供的升流式生物反应装置污水处理效果更佳，出水水质更优，占地面积小，膜污染小。其处理效果如下：

所用污水取自广州市某城市生活污水处理厂，进水水质如表1所示。

表1 实验进水水质

实验条件：厌氧池和MBBR池的停留时间分别为2.4h和5h，MBBR池填料采用聚丙烯填料，填料投配率为20%；硝化液回流比为340%，反应温度为常温，MBBR池与MBR池中DO的质量浓度为1.5~3.0mg/L。

实验结果表明：系统运行稳定后，出水COD浓度为35.2mg/L，浓度为3.9mg/L，TN浓度为13.8mg/L，达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）一级A排放标准。

实施例2

本实施例2提供了一种高效的升流式生物反应装置，如图1~3所示，除反应池为缺氧池外，其余部件与连接关系及处理过程均与实施例1一致。

选用本实施例提供的反应装置对污水进行处理，其处理效果如下：

所用污水取自广州市某工业废水，进水水质如表2所示

表2 实验进水水质

实验条件：缺氧池和MBBR池的停留时间分别为6h和18h，MBBR池填料采用聚丙烯填料，填料投配率为30%；硝化液回流比为250%，反应温度为常温，MBBR池与MBR池中DO的质量浓度为3.5~4.5mg/L。

实验结果表明：系统运行稳定后，出水COD浓度为89mg/L，浓度为12mg/L，达到《污水综合排放标准》（GB8978-1996）一级标准。

Claims (10)

1.一种高效的升流式生物反应装置，其特征在于，所述生物反应装置包括反应装置本体（1），所述反应装置本体（1）内由下至上依次设置有反应池（2）、MBBR池（3）和MBR池（4）；所述反应装置本体（1）的底部和顶部分别设置有排空口（101）和泄压装置（102）；所述反应池（2）的底部和顶部分别设置有布水器（201）和三相分离器（202），所述三相分离器（202）上设置有排气管道（203）；所述MBBR池（3）的底部、内部和顶部分别设置有第一曝气装置（301）、填料（302）和滤板（303），所述MBBR池（3）通过MBBR池回流管道（304）与反应池（2）相连通，所述MBBR池回流管道（304）上设置有第一污水回流泵（305）；所述MBR池（4）包括设置于底部的第二曝气装置（401）和平行于所述第二曝气装置（401）的MBR膜组件（402），所述MBR膜组件（402）上设置有排水管道（403），所述MBR池（4）通过MBR池回流管道（404）与MBBR池（3）相连通，所述MBR池回流管道（404）上设置有第二污水回流泵（405）。

2.根据权利要求1所述高效的升流式生物反应装置，其特征在于，所述反应池（2）为厌氧池或缺氧池。

3.根据权利要求1所述高效的升流式生物反应装置，其特征在于，所述排气管道（203）竖直设置并贯穿所述反应装置本体（1）的顶部。

4.根据权利要求1所述高效的升流式生物反应装置，其特征在于，所述MBR膜组件（402）的下方设置有带第一阀门（406）的气洗管道（407）。

5.根据权利要求3所述高效的升流式生物反应装置，其特征在于，所述气洗管道（407）呈网格状均匀分布于所述MBR膜组件（402）的下方。

6.根据权利要求1所述高效的升流式生物反应装置，其特征在于，所述气洗管道（407）上设置有出气口（408）。

7.根据权利要求3所述高效的升流式生物反应装置，其特征在于，所述出气口（408）的数量为多个，所述出气口（408）错位排列布置。

8.根据权利要求1所述高效的升流式生物反应装置，其特征在于，所述反应装置本体（1）的顶部与MBR膜组件（402）间通过可拆卸装置（103）连接。

9.权利要求1~8任一所述升流式生物反应装置的运行方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：开启第一曝气装置和第二曝气装置，控制曝气量，并使得整个反应装置处于高压状态；

S2：待处理污水通过布水器引入反应池中，进行脱氮处理后经三相分离器实现性污泥、臭气、废水的分离；所述污泥输送至反应池中；所述臭气通过排气管道排出；

S3：所述废水在水力作用的条件下，上升进入到MBBR池进行曝气处理，去除有机污染物，并将氨氮转化为硝态氮，然后部分废水通过MBBR池回流管道回到反应池继续反应，剩余废水向上经过滤板进入MBR池；

S4：废水经MBR池的进一步处理后，部分废水会通过MBR池回流管道回流至MBBR池继续反应，剩余废水会在MBR膜组件的分离作用下排出。

10.权利要求1~8任一所述升流式生物反应装置在污水处理中的应用。