CN109851181A - 污水处理装置、包含其的系统及使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种污水处理装置，包括：反应腔体，设置于反应腔体内部的扰动装置，以及填充在反应腔体内的生物膜填料；反应腔体内，生物膜填料的填充率为50％～80％；反应腔体设置有至少一个进水口和至少一个出水出泥口。本发明提供的污水处理装置不需设置传统的占地面积较大的二沉池，可有效减少使用城市土地资源；通过合理选择生物膜填料和设置进水口及出水出泥口，保证了污水处理在一个清淤泥周期内可持续不间断进行；采用本发明污水处理装置进行污水处理，易于对生物膜填料进行曝气反洗，便于维护。
Description
技术领域
本发明属于污水处理领域，具体涉及一种污水处理装置、包含其的系统及使用方法。
背景技术
当前我国大多数城市排水系统功能较为单一，同时缺少对污水处理系统的科学规划，污水处理资金投入力度有限。近年来随着城镇化进程的加速，城镇水资源缺乏和水污染问题日益严重。城镇污水处理关系着城镇居民的生活质量，也关系着城镇居民的身体健康。但是由于资金、场地等的限制，无论是地上水处理厂还是地下污水处理厂，我国污水处理水平与发达国家相比仍相对滞后，存在一定的问题。在当前城镇化快速发展的现在，城镇污水处理受到广泛关注。
现有技术中广泛使用的污水处理技术先后进行了以下迭代。
A2/O工艺能够用于二级以及三级污水处理，具备较好的脱氮除磷效果，能够对中水进行回用。A2/O工艺过程简单，在污水处理过程中并不需要加入其他物质，只需轻轻搅拌，控制水体含氧量。但是该工艺的厌氧池、缺氧池以及好氧池的占地面积大，该种工艺仍有一定的发展空间。
CAST工艺是SBR工艺的一种改进，它在SBR工艺基础上增加了生物选择器和污泥回流装置，并对时序做了调整，从而大大提高了处理效率。由于增加了生物选择器和污泥回流装置，需占用更多的土地资源。且活性污泥法作为生化处理工艺，其后需接二沉池进行泥水分离，而二沉池的占地面积约占总污水厂构筑物总面积的20％。而随着城市发展，土地资源越来越紧缺，需要高效节地型的污水处理工艺，缓解污水厂土地资源的紧张。
膜生物反应器技术(MBR)法中以膜组件取代二沉池，虽然可以减少设施占地，提高了污水处理能力，但膜寿命短，经常因膜污染需要更换膜，运行费用高昂。载体流动床生物膜技术(MBBR)技术使用生物床载体，该种方式具有较大的优点：(1)沉淀效果比较好；(2)处理负荷高，能够有效降解有机物；(3)工艺简化，不需要污泥回流。但是这种方式也存在一定的问题，比如，MBBR中的填料依靠曝气和水流的提升作用处于流化状态，在实际操作中，经常出现由于整个池内进气分布不均匀而导致局部填料堆积的现象。此外，为了防止填料随处理水流失，MBBR出水口要设置格栅板。格栅板的增加不仅需要水厂停产安装，而且格栅板在运行调试过程中易出现堵塞的问题。
本领域需要开发一种能够节约占地，在一个清淤泥周期内持续进行污水处理，易于曝气反洗，且容易除去污泥的污水处理装置。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种节约占地、清淤泥周期内连续不间断进行污水处理水处理装置。
本发明目的之一在于提供一种污水处理装置，包括：
反应腔体，设置于所述反应腔体内部的扰动装置，以及填充在所述反应腔体内的生物膜填料；
所述反应腔体内，所述生物膜填料的填充率为50％～80％(例如55％、60％、65％、70％或75％等)；
所述反应腔体设置有至少一个进水口和至少一个出水出泥口。
本发明提供的污水处理装置，通过在所述反应腔体内填充50％～80％的生物膜填料，使生物膜填料的运动受限，仅需要在除泥时开启扰动装置就可以实现除泥效果，即不需要停止进水，仅开启扰动装置就可以实现水处理和除泥两步工艺效果，可以实现污水处理持续作业。此外，本发明提供的污水处理装置无需停机，且填料只有50～80％既可以达到良好的水处理效果，节省了成本。
优选地，所述生物膜填料的载体元件包括非对称结构元件。
优选地，所述非对称结构元件包括中心对称的非轴对称结构元件、轴对称的非中心对称结构元件中的任意一种或至少两种的组合。
优选地，所述载体元件具有不平整表面。
优选地，所述不平整表面包括波浪面、锯齿面或褶皱面中的任意一种或至少两种的组合。
在反应腔体内填充50～80％的填料，使得填料在水处理过程中，宏观运动受限，运动范围可以控制在填料自身尺寸的5倍以内。采用非对称的结构设计且表面不平整的生物膜填料载体元件，在反洗过程中，填料产生自身旋转，相互之间碰撞，产生流化效果，增大了宏观位移，填料孔隙内截留的污泥和表面上老化生物膜抖落，即可以实现所述生物膜填料除泥效果。
优选地，所述反应腔体内，所述生物膜填料的填充率为60％～75％。
优选地，所述反应腔体内所述生物膜填料的填充率为65％～75％。
优选地，所述生物膜填料的比重为0.8～1.2(例如0.9、1.0或1.1等)，优选0.92～1.04，更优选0.96～1.04。
优选地，所述生物膜填料的比表面积≥200m2/m3(例如400m2/m3、600m2/m3或800m2/m3等)，优选≥600m2/m3。
优选地，所述生物膜填料的孔隙率为50％～90％(例如60％、70％或80％等)，优选70％～90％。
优选地，所述生物膜填料所挂生物膜的干重≥40mg/g填料(例如42mg/g填料、45mg/g填料或48mg/g填料等)。
优选地，所述生物膜填料载体元件的材料包括高密度聚乙烯、聚乙烯、聚苯乙烯中的任意一种或至少两种的组合。
优选地，所述反应腔体内所述生物膜填料的填充率为65％～75％(例如66％、68％、70％或72％等)。
优选地，所述扰动装置包括提供气速的曝气装置、提供水速的进水装置、提供动力的搅拌装置、推流装置中的任意一种或至少两种的组合，优选提供气速的曝气装置。
优选地，所述曝气装置包括穿孔曝气管或微孔爆气器中的任意一种或至少两种的组合。
优选地，所述曝气装置为穿孔曝气管，设置有至少一个曝气孔。
示例性地，所述曝气装置上曝气孔的个数为3、5、8、12、20、30等。
优选地，所述曝气孔的孔径小于10mm(例如3mm、5mm或7mm等)，优选1～5mm。
优选地，所述曝气孔的孔距为10～15mm(例如11mm、13mm或15mm等)。
优选地，所述出水出泥口设置在远离所述扰动装置的位置。
优选地，所述进水口和所述出水出泥口设置在所述污水处理装置进行水处理过程时的水的液面以下。
优选地，所述扰动装置设置于所述反应腔体的底部。
优选地，所述出水出泥口设置在所述反应腔体的上部。
优选地，所述进水口和所述出水出泥口相对设置。
所述进水口和所述出水出泥口相对设置意指所述进水口和所述出水出泥口在反应腔体同一圆周上的投影位置的连线通过对称中心。
优选地，所述污水处理装置还包括设置于所述反应腔体内的进水管，所述进水管的一端连接进水口，另一端延伸至所述反应腔体的底部。
本发明的目的之二在于提供一种污水处理装置的使用方法，所述方法使用如目的之一所述的污水处理装置，具体包括以下步骤：
(1)打开所述进水口，使待处理污水流入污水处理装置的反应腔体；所述污水处理装置的反应腔体内填充有50％～80％的生物膜填料，且所述反应腔体设置有至少一个进水口和至少一个出水出泥口，所述反应腔体内部设置有扰动装置；
(2)待液面升高至所述出水出泥口以上，打开所述出水出泥口开始水处理过程；
(3)待所述污水处理装置完成一个运行周期后，开启所述扰动装置进行扰动反洗过程；
(4)所述扰动反洗过程结束后，关闭所述扰动装置；
(5)循环进行步骤(2)、步骤(3)和步骤(4)。
本发明目的之二所使用的污水处理装置可以理解为目的之一所述的污水处理装置。
本发明提供的污水处理装置的使用方法，使得在完成一个运行周期后，扰动反洗装置开启，完成扰动反洗过程后，进行水处理过程。如此循环往复，水处理效率得到改善，且反洗对生物膜载体的损害较弱。
优选地，所述扰动装置为曝气装置，步骤(3)所述开启扰动装置为以上升气速≥2m3/(m2·h)进行扰动反洗(例如6m3/(m2·h)、12m3/(m2·h)和18m3/(m2·h)等)，曝气时间为0.3h～3.0h(例如0.5h、1h、1.5h、2h和2.5h等)。
优选地，所述扰动反洗过程上升气速为8～16m3/(m2·h)(例如10m3/(m2·h)、12m3/(m2·h)和14m3/(m2·h)等)，更优选地，上升气速8～12m3/(m2·h)。
优选地，步骤(3)中所述运行周期为1～10天(例如2天、4天、6天和8天等)。
优选地，步骤(1)中所述反应腔体内为缺氧环境，优选所述反应腔体内的DO≤0.5mg/L(例如0.4mg/L、0.3mg/L、0.2mg/L、0.1mg/L等)。
优选地，步骤(3)中所述运行周期为1～2天(例如1天、2天等)；所述扰动时间为0.3h～2.0h(例如0.5h、1.0h和1.5h等)，优选0.5h～1.0h。
优选地，步骤(1)中所述反应腔体内为好氧环境，优选所述反应腔体内DO≥1.5mg/L(例如1.5mg/L、2mg/L和2.5mg/L等)，特别优选DO≥2.0mg/L。
优选地，步骤(3)中所述运行周期为4～10天(例如5天、6天、7天、8天和9天等)，所述扰动时间为0.3h～3.0h(例如0.5h、1.0h、1.5h、2.0h和2.5h等)。
优选地，所述运行周期为5～8天(例如6天、7天等)，所述扰动时间为0.5h～2.0h(例如1.0h、1.5h等)。
本发明的目的之三在于提供一种污水处理系统，所述污水处理系统使用目的之一所述污水处理装置。
优选地，所述污水处理系统包括依次连接的生物处理单元和高效沉淀池；所述生物处理单元包括目的之一所述污水处理装置。
优选地，所述污水处理系统包括依次连接的缺氧模式的污水处理装置、第一好氧模式的污水处理装置、第二好氧模式的污水处理装置和高效沉淀池；所述缺氧模式的污水处理装置为水处理过程中不进行曝气操作的目的之一所述污水处理装置；所述第一好氧模式的污水处理装置和第二好氧模式的污水处理装置均为水处理过程中进行曝气操作的目的之一所述污水处理装置。
本发明提供的污水处理系统，所述污水处理装置与高效沉淀池配合，不需要设置传统的占地面积较大的二沉池，既可以实现对污水的良好处理，例如，根据进水情况，指标能够稳定达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》GB18918-2002中的一级A甚至于《地表水环境质量标准》中的准IV类(GB3838-2002)。同时，高效沉淀池允许进水固体悬浮物浓度变化范围较广，为40-200mg/L，可作为该污水处理系统的后续处理工艺，极大地提高了所述污水处理系统的净化能力。
本发明目的之四是提供一种污水处理系统的使用方法，所述方法包括如下步骤：
(1)使待处理污水流入污水处理系统；所述污水处理系统包括依次连接的缺氧模式的污水处理装置、第一好氧模式的污水处理装置、第二好氧模式的污水处理装置和高效沉淀池；所述缺氧模式的污水处理装置为水处理过程中不进行曝气操作的权利要求1～5中任一项所述污水处理装置；所述第一好氧模式的污水处理装置和第二好氧模式的污水处理装置均为水处理过程中进行曝气操作的权利要求1～5中任一项所述污水处理装置；
(2)待缺氧模式的污水处理装置的液面升高至出水出泥口以上后，打开出水出泥口，进行缺氧污水处理后的水继续进入第一好氧模式的污水处理装置，待液面升高至出水出泥口以上后，打开出水出泥口，进行一次好氧污水处理后的水继续进入第二好氧模式的污水处理装置，待液面升高至出水出泥口以上后，打开出水出泥口，进行二次好氧污水处理后的水继续依次进入高效沉淀池和消毒池；
(3)经过预定时间的水处理，缺氧模式的污水处理装置、第一好氧模式的污水处理装置和第二好氧模式的污水处理装置均各自独立地进行扰动反洗。
优选地，所述缺氧模式的污水处理装置、第一好氧模式的污水处理装置和第二好氧模式的污水处理装置均各自独立地进行扰动的具体方式为：
扰动的具体方式为：优选的，扰动方式包括提供气速的曝气方式、提供水速的进水方式、推流方式中的任意一种或至少两种的组合，优选提供气速的曝气方式。
缺氧模式的污水处理装置每隔1～2天曝气0.3～2.0h，曝气过程中，上升气速为5～16m3/(m2·h)；第一好氧模式的污水处理装置和第二好氧模式的污水处理装置均各自独立地每隔4～10天曝气0.5～2.0h，上升气速为5～16m3/(m2·h)。
优选地，所述缺氧模式的污水处理装置、第一好氧模式的污水处理装置和第二好氧模式的污水处理装置均各自独立地进行曝气的具体方式为：
缺氧模式的污水处理装置每隔2天曝气1.0h，曝气过程中，上升气速为10m3/(m2·h)；第一好氧模式的污水处理装置和第二好氧模式的污水处理装置均各自独立地每隔7天曝气2.0h，上升气速为10m3/(m2·h)。
需要说明的是，本发明提供的污水处理装置及其所在的污水处理系统，可以选择用于地上污水处理厂的提标改造或新建，也可以用于地下污水处理厂的提标改造或新建，也可以选择用于任选地新技术和现有技术的任何一种污水处理厂的提标改造或新建。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
(1)节省用地。本发明包括污水处理装置下游的高效沉淀池，不需设置传统的占地面积较大的二沉池，可有效减少使用城市土地资源；
(2)持续作业。本发明通过合理选择生物膜填料和设置进水口及出水出泥口，保证了污水处理在一个清淤泥周期内可持续不间断进行；
(3)易于反洗。采用本发明污水处理装置进行污水处理，易于对生物膜填料进行曝气反洗，便于维护。
附图说明
图1是污水处理装置的结构示意图。
图2是具有非对称结构的载体元件的结构示意图。
图3是具有对称结构的载体元件的结构示意图。
图4本发明一个具体实施方式提供的水处理系统的结构示意图。
图5是对比例3使用的水处理系统的结构示意图。
具体实施方式
为便于理解本发明，本发明列举实施例如下。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
如图1所示，本发明具体实施方式一提供一种污水处理装置50，包括反应腔体100，设置于所述反应腔体100内部的曝气装置200，以及填充在所述反应腔体100内的生物膜填料300；所述反应腔体100内，所述生物膜填料300的填充率为50％～80％；所述反应腔体100设置有至少一个进水口101和至少一个出水出泥口102。
图1中，所述生物膜填料300的载体元件301包括非对称结构元件，例如中心对称的非轴对称结构元件、轴对称的非中心对称结构元件中的任意一种或至少两种的组合。此外，所述载体元件301具有不平整表面，所述不平整表面包括波浪面、锯齿面或褶皱面中的任意一种或至少两种的组合。
图2给出了本发明具有非对称结构的载体元件301的结构示意图。如图2所示，所述载体元件301为中空的腔体，所述中空腔体外部具有发散隔档以形成不平整表面，所述中空腔体的内部非中心对称的设置有挡板。但是本领域技术人员应该明了，本发明所述非对称结构元件并不仅限定为图2的结构，任何能够实现非中心对称或非轴对称的设置方式均可用于本申请。
此外，需要说明的是，本发明提供的载体元件301也可以设计成对称结构，如图3所示(图3为具有对称结构的载体元件301的结构示意图)。只是非对称结构的载体元件301相对于对称结构的载体元件301在反洗过程中除泥效果表现更好。
图1中，所述反应腔体100内，生物膜填料300的比重可以为0.8～1.2，比表面积≥200m2/m3，孔隙率可以为50％～90％，干重≥40mg/g，填充率为65％～75％，材质可以为高密度聚乙烯、聚乙烯、聚苯乙烯中的任意一种或至少两种的组合。
图1中，所述曝气装置200可以选择穿孔曝气管或微孔曝气管，所述穿孔曝气管上设置有至少一个曝气孔201，所述曝气孔201的孔径小于10mm(优选1～5mm)，孔距为10～15mm。
图1中，所述出水出泥口102设置在远离所述曝气装置200的位置；所述曝气装置200设置于所述反应腔体100的底部；所述进水口101和所述出水出泥口102相对设置。此外，本领域技术人员应该明了，对于所述进水口101与所述出水出泥口102可设置在所述污水处理装置进行水处理过程时的水的液面以下，对于具体位置本发明没有具体限制。所述反应腔体100内的进水管400的一端连接所述进水口101，另一端延伸至所述反应腔体100的底部。
所述曝气装置200可以替换为提供水速的进水装置、提供动力的搅拌装置、推流装置中的任意一种或至少两种的组合，例如搅拌器、推流器、或造浪泵等。
本发明提供一种水处理系统，包括如前所述的污水处理装置，所述污水处理系统还包括设置于所述污水处理装置下游的高效沉淀池。此外，所述污水处理装置内可为好氧环境或缺氧环境。
图4给出了本发明一个具体实施方式提供的水处理系统的结构示意图。如图4所示，所述水处理系统包括依次连接的如下单元：
包括顺次连接的细格栅、曝气沉砂池、精细格栅的预处理段10；
包括顺次连接的缺氧模式的污水处理装置20、第一好氧模式的污水处理装置30、第二好氧模式的污水处理装置30的生化处理段；所述缺氧模式的污水处理装置20、第一好氧模式的污水处理装置30、第二好氧模式的污水处理装置40均各自独立地包括如前所述的污水处理装置的结构；所述缺氧模式的污水处理装置20在水处理过程中，不进行曝气，保持反应腔体内为缺氧环境；第一好氧模式的污水处理装置30、第二好氧模式的污水处理装置40在水处理过程中，进行曝气，保持反应腔体内为好氧环境；
高效沉淀池50，和
消毒池60。
在所述污水处理装置、水处理系统中，所述曝气装置可以替换为提供水速的进水装置、推流装置中的任意一种或至少两种的组合，例如搅拌器、推流器等。
实施例1
一种污水处理系统的使用方法，包括如下步骤：
(1)使用图4的污水处理系统，使待处理污水依次流入预处理段10、缺氧模式的污水处理装置20(填料填充率为65％，填料的载体元件为具有图2结构的载体元件)、第一好氧模式的污水处理装置30(填料填充率为65％，填料为具有图2结构的填料)、第二好氧模式的污水处理装置40(填料填充率为65％，填料为具有图2结构的填料)、高效沉淀池50和消毒池60；
(2)待缺氧模式的污水处理装置20的液面升高至出水出泥口以上后，打开出水出泥口，进行缺氧污水处理后的水继续进入第一好氧模式的污水处理装置30，待液面升高至出水出泥口以上后，打开出水出泥口，进行一次好氧污水处理后的水继续进入第二好氧模式的污水处理装置40，待液面升高至出水出泥口以上后，打开出水出泥口，进行二次好氧污水处理后的水继续依次进入高效沉淀池50和消毒池60；
(3)缺氧模式的污水处理装置20每隔2天曝气1.0h，曝气过程中，上升气速为10m3/(m2·h)；第一好氧模式的污水处理装置30和第二好氧模式的污水处理装置40均每隔7天曝气2.0h，上升气速为10m3/(m2·h)。
实施例2～6
与实施例1的区别仅在于，调整所述缺氧模式的污水处理装置20、第一好氧模式的污水处理装置30和第二好氧模式的污水处理装置40反应腔体内的所述生物膜填料的填充率均分别为50％(实施例2)、70％(实施例3)、80％(实施例4)和60％(实施例5)和75％(实施例6)。
对比例1～2
与实施例1的区别仅在于，调整所述缺氧模式的污水处理装置20、第一好氧模式的污水处理装置30和第二好氧模式的污水处理装置40反应腔体内的所述生物膜填料的填充率均分别为40％(对比例1)和90％(对比例2)。
性能测试一：
按照国家环境保护标准-纳氏试剂法(HJ533-2009)测试氨氮，重量法(GB11901-89)测悬浮物(SS)，哈希试剂快速检测法测COD和TN，测试实施例1～4和对比例1～2污水处理的出水指标，步骤(5)重复步骤(2)～步骤(4)，记录组件稳定后5次的污水处理的平均出水指标，测试结果见表1。
表1
由表1可以看出，随着填充率的增加，污染物的去除效果越好，尤其是氨氮和SS，这是因为50％～80％的填充率在水处理过程中，填料运动受限，产生过滤截留作用，出水SS降低。此外，填料作为微生物生长的载体，填充率增大能为微生物提供能多的空间附着生长，微生物的数量和种类增加，氨氮等污染物去除效率提高；但填充率并不是越大越好，如实施例1和对比例1、2，当填充率大于80％，因填料的数量过多，容易堵塞，反洗时即使提供较大的曝气强度，填料也不能相互碰撞形成良好的流化状态，导致截留的污泥无法排出，填料上的生物膜也未能完全脱落，残留在填料上的生物膜逐渐老化，将不具有去除污染物的能力，更阻碍新的生物膜生长，导致组件去除污染物的能力变差。对于出水TN的变化，65～75％的填充率优于60～75％，60～75％的填充率优于50％，而80％的填充率虽然出水TN与75％填充率接近，但是其反洗强度明显增加，可以看出，虽然50～80％的填充率完全能够解决取出污水中污染物的技术问题，但是60～75％的填充率出水TN效果更好且反洗强度适中，65～75％的填充率出水TN效果较60～75％填充率出水TN效果更好，且反洗强度没有增加。
实施例7
与实施例1的区别仅在于，更换所述缺氧模式的污水处理装置20、第一好氧模式的污水处理装置30和第二好氧模式的污水处理装置40中的具有图2结构的填料载体元件为具有图3结构的填料载体元件(威立雅公司AnoxKaldnesTMK3填料，具有对称结构，材质为聚乙烯，比重为0.98，比表面积500m2/m3，孔隙70％)，所述具有图3结构的填料载体元件为中心对称结构元件。
性能测试二：
按照国家环境保护标准-纳氏试剂法(HJ533-2009)测试氨氮，重量法(GB11901-89)测悬浮物(SS)，哈希试剂快速检测法测COD和TN，测试实施例1和实施例5污水处理的出水指标，步骤(5)重复步骤(2)～步骤(4)，记录组件稳定后5次的污水处理的出水指标，测试结果见表2。
表2
由表2可以看出，采用非中心对称填料的出水效果优于中心对称填料，这是因为非中心对称的填料在反洗曝气过程中，运动能力强，更容易流化，促进污泥从载体元件上脱落，从而提高除泥过程的效率和除泥的程度，提高出水效果。
对比例3
与实施例1的区别仅在于，对比例3使用图5(图5是对比例3使用的水处理系统的结构示意图)的污水处理系统，包括：
包括顺次连接的细格栅、曝气沉砂池、精细格栅的预处理段10；
MBBR污水处理装置70；
二沉池80，和
消毒池60。
性能测试三：
按照国家环境保护标准-纳氏试剂法(HJ533-2009)测试氨氮，重量法(GB11901-89)测悬浮物(SS)，哈希试剂快速检测法测COD和TN，测试实施例1和实施例6污水处理的出水指标，步骤(5)重复步骤(2)～步骤(4)，记录组件稳定后5次的污水处理的出水指标，测试结果见表3。
表3
由表3可以看出，本发明在不设置二沉池的条件下，出水同样能够达到准四类，但是不采用本发明提供的污水处理装置，其出水标准仅为一级A，换言之，使用本发明提供的污水处理装置能够省略二沉池(二沉池的占地面积约占总污水厂构筑物总面积的20％，远大于高效沉淀池的占地面积)，只设计高效沉淀池既可以达到较好的水处理效果。
实施例8
与实施例1的区别仅在于，步骤(3)为：缺氧模式的污水处理装置20每隔1天曝气2.0h，曝气过程中，上升气速为5m3/(m2·h)；第一好氧模式的污水处理装置30和第二好氧模式的污水处理装置40均每隔4天曝气0.5h，上升气速为16m3/(m2·h)。
实施例9
与实施例1的区别仅在于，步骤(3)为：缺氧模式的污水处理装置20每隔1天曝气0.3h，曝气过程中，上升气速为16m3/(m2·h)；第一好氧模式的污水处理装置30和第二好氧模式的污水处理装置40均每隔10天曝气2.0h，上升气速为5m3/(m2·h)。
性能测试四：
按照国家环境保护标准-纳氏试剂法(HJ533-2009)测试氨氮，重量法(GB11901-89)测悬浮物(SS)，哈希试剂快速检测法测COD和TN，测试实施例1和实施例5污水处理的出水指标，步骤(5)重复步骤(2)～步骤(4)，记录组件稳定后5次的污水处理的出水指标，测试结果见表4。
表4
由表2可以看出，反洗曝气强度在5m3/(m2·h)和16m3/(m2·h)时，均可保障良好出水效果。对比实施例1和实施例8、9可发现，曝气强度在8-12m3/(m2·h)时出水效果更优，因为增加曝气强度会使流化的填料占比增大，有助于填料表面老化的生物膜脱落和填料中截留的SS的排出。但曝气强度增加到一定强度后，流化的填料占比将保持不变，继续增加曝气，易造成能耗的浪费。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细结构、工艺设备和工艺流程，但本发明并不局限于上述详细结构、工艺设备和工艺流程，即不意味着本发明必须依赖上述详细结构、工艺设备和工艺流程才能实施。所述技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各部件、步骤、原料的等效替换及辅助构件、步骤的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
Claims (12)
1.一种污水处理装置，其特征在于，所述污水处理装置包括：
反应腔体，设置于所述反应腔体内部的扰动装置，以及填充在所述反应腔体内的生物膜填料；
所述反应腔体内，所述生物膜填料的填充率为50％～80％；
所述反应腔体设置有至少一个进水口和至少一个出水出泥口。
2.根据权利要求1所述的污水处理装置，其特征在于，所述生物膜填料的载体元件包括非对称结构元件；
优选地，所述非对称结构元件包括中心对称的非轴对称结构元件、轴对称的非中心对称结构元件中的任意一种或至少两种的组合；
优选地，所述载体元件具有不平整表面；
优选地，所述不平整表面包括波浪面、锯齿面或褶皱面中的任意一种或至少两种的组合。
3.根据权利要求1所述的污水处理装置，其特征在于，所述反应腔体内，所述生物膜填料的填充率为60％～75％；
优选地，所述反应腔体内所述生物膜填料的填充率为65％～75％；
优选地，所述生物膜填料的比重为0.8～1.2，优选0.92～1.04，更优选0.96～1.04；
优选地，所述生物膜填料的比表面积≥200m2/m3，优选≥600m2/m3；
优选地，所述生物膜填料的孔隙率为50％～90％，优选70％～90％；
优选地，所述生物膜填料所挂生物膜的干重≥40mg/g填料；
优选地，所述生物膜填料包括高密度聚乙烯、聚乙烯、聚苯乙烯中的任意一种或至少两种的组合。
4.根据权利要求1所述的污水处理装置，其特征在于，所述扰动装置包括提供气速的曝气装置、提供水速的进水装置、提供动力的搅拌装置、推流装置中的任意一种或至少两种的组合，优选提供气速的曝气装置；
优选地，所述曝气装置包括穿孔曝气管或微孔爆气器中的任意一种或至少两种的组合；
优选地，所述曝气装置为穿孔曝气管，设置有至少一个曝气孔；
优选地，所述曝气孔的孔径≤10mm，优选1～5mm。
5.根据权利要求1所述的污水处理装置，其特征在于，所述出水出泥口设置在远离所述扰动装置的位置；
优选地，所述进水口和所述出水出泥口设置在所述污水处理装置进行水处理过程时的水的液面以下；
优选地，所述扰动装置设置于所述反应腔体的底部；
优选地，所述出水出泥口设置在所述反应腔体的上部；
优选地，所述进水口和所述出水出泥口相对设置；
优选地，所述污水处理装置还包括设置于所述反应腔体内的进水管，所述进水管的一端连接进水口，另一端延伸至所述反应腔体的底部。
6.一种污水处理装置的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)打开所述进水口，使待处理污水流入污水处理装置的反应腔体；所述污水处理装置的反应腔体内填充有50％～80％的生物膜填料，且所述反应腔体设置有至少一个进水口和至少一个出水出泥口，所述反应腔体内部设置有扰动装置；
(2)待液面升高至所述出水出泥口以上，打开所述出水出泥口开始水处理过程；
(3)待所述污水处理装置完成一个运行周期后，开启所述扰动装置进行扰动反洗过程；
(4)所述扰动反洗过程结束后，关闭所述扰动装置；
(5)循环进行步骤(2)、步骤(3)和步骤(4)。
7.根据权利要求6所述的使用方法，其特征在于，所述扰动装置优选为曝气装置，步骤(3)所述开启扰动装置为以上升气速≥2m3/(m2·h)进行扰动反洗，曝气时间为0.3h～3.0h；
优选地，所述扰动反洗过程上升气速8～16m3/(m2·h)，优选8～12m3/(m2·h)；
优选地，步骤(3)所述运行周期为1～10天。
8.根据权利要求6所述的使用方法，其特征在于，步骤(1)所述反应腔体内为缺氧环境，优选所述反应腔体内的DO≤0.5mg/L；
优选地，步骤(3)中所述运行周期为1～2天；所述扰动反洗时间为0.3h～2.0h，优选0.5h～1.0h。
9.根据权利要求6所述的使用方法，其特征在于，步骤(1)所述反应腔体内为好氧环境，优选所述反应腔体内DO≥1.5mg/L，特别优选DO≥2.0mg/L；
优选地，步骤(3)所述运行周期为4～10天，所述扰动反洗时间为0.3h～3.0h；
优选地，所述运行周期为5～8天，所述扰动反洗时间为0.5h～2.0h。
10.一种污水处理系统，其特征在于，所述污水处理系统包括权利要求1～5中任一项所述污水处理装置；
优选地，所述污水处理系统包括依次连接的生物处理单元和高效沉淀池；所述生物处理单元包括权利要求1～5中任一项所述污水处理装置；
优选地，所述污水处理系统包括依次连接的缺氧模式的污水处理装置、第一好氧模式的污水处理装置、第二好氧模式的污水处理装置和高效沉淀池；所述缺氧模式的污水处理装置为水处理过程中不进行曝气操作的权利要求1～5中任一项所述污水处理装置；所述第一好氧模式的污水处理装置和第二好氧模式的污水处理装置均为水处理过程中进行曝气操作的权利要求1～5中任一项所述污水处理装置。
11.一种污水处理系统的使用方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
(1)使待处理污水流入污水处理系统；所述污水处理系统包括依次连接的缺氧模式的污水处理装置、第一好氧模式的污水处理装置、第二好氧模式的污水处理装置和高效沉淀池；所述缺氧模式的污水处理装置为水处理过程中不进行曝气操作的权利要求1～5中任一项所述污水处理装置；所述第一好氧模式的污水处理装置和第二好氧模式的污水处理装置均为水处理过程中进行曝气操作的权利要求1～5中任一项所述污水处理装置；
(2)待缺氧模式的污水处理装置的液面升高至出水出泥口以上后，打开出水出泥口，进行缺氧污水处理后的水继续进入第一好氧模式的污水处理装置，待液面升高至出水出泥口以上后，打开出水出泥口，进行一次好氧污水处理后的水继续进入第二好氧模式的污水处理装置，待液面升高至出水出泥口以上后，打开出水出泥口，进行二次好氧污水处理后的水继续依次进入高效沉淀池和消毒池；
(3)经过预定时间的水处理，缺氧模式的污水处理装置、第一好氧模式的污水处理装置和第二好氧模式的污水处理装置均各自独立地进行扰动反洗。
12.如权利要求11所述的使用方法，其特征在于，所述缺氧模式的污水处理装置、第一好氧模式的污水处理装置和第二好氧模式的污水处理装置均各自独立地进行扰动的具体方式为：
优选的，扰动方式包括提供气速的曝气方式、提供水速的进水方式、推流方式中的任意一种或至少两种的组合，优选提供气速的曝气的扰动方式；
缺氧模式的污水处理装置每隔1～2天曝气0.3～2.0h，曝气过程中，上升气速为5～16m3/(m2·h)；第一好氧模式的污水处理装置和第二好氧模式的污水处理装置均各自独立地每隔4～10天曝气0.5～2.0h，上升气速为5～16m3/(m2·h)；
优选地，所述缺氧模式的污水处理装置、第一好氧模式的污水处理装置和第二好氧模式的污水处理装置均各自独立地进行曝气的具体方式为：
缺氧模式的污水处理装置每隔2天曝气1.0h，曝气过程中，上升气速为10m3/(m2·h)；第一好氧模式的污水处理装置和第二好氧模式的污水处理装置均各自独立地每隔7天曝气2.0h，上升气速为10m3/(m2·h)。
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