CN110862142A - 高效膜生物反应器及污水处理方法 - Google Patents
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Abstract
高效膜生物反应器及污水处理方法，涉及污水处理技术领域，其特征在于交替排列的至少一个底部封闭上部低于水面的膜池下隔断(A)和至少一个底部开放上部高于水面的膜池上隔断(B)将膜池分割成N+1个膜池单元，膜池单元1和膜池单元N+1与生化池联通；向N+1个膜池单元之一曝气，并在各个膜池单元间定时将切换曝气。本技术方案只对N+1个膜池单元之一曝气，通过气提循环流实现对膜的冲洗，因此节能显著；在各个膜池单元间定时切换曝气，可以实现膜的双向冲洗；气提循环流实现液体循环，因此将液体循环泵取消；膜池曝气产生的溶解氧被气提循环流带入生化池而得到充分利用。本发明使得MBR工艺总能耗小于传统的活性污泥法能耗的梦想成为现实。
Description
技术领域
本发明涉及膜过滤和污水处理技术领域，特别涉及一种低能耗膜生物反应器及污水处理方法。
技术背景
人类在近几十年的活动对地球环境造成了灾难性的污染。人类需要在未来几十年的时间内减少和清理这些污染。其中水污染是最重要的问题之一。在减少和清理水污染的努力中，创新的污水处理技术尤为重要。
将膜过滤与活性污泥污水处理法相结合产生了膜生物反应器(MBR)技术。MBR污水处理技术比传统的好氧活性污泥法池容效率更高、产水质量更有保证。然而MBR目前存在众多技术问题，好氧MBR技术需要“生化曝气”以提供好氧反应需要的氧气，还需要“膜冲洗曝气”用以降低膜表面污染，同时还需要在生化池与膜池之间使用“液体循环泵”，以实现膜池生化液与生化池生化液的循环。这三方面能耗使得好氧MBR技术耗能较高。据报道，对生活污水处理而言，MBR工艺中膜冲洗曝气、生化曝气、液体循环泵及其他耗能分别占总耗能的约45％、30％、10％和15％；MBR能耗是一般传统活性污泥法能耗两倍以上。
中国专利(专利号20180450526.0)气升式氧化沟型膜生物反应器中处理单元沿水流方向依次形成缺氧区、厌氧区和好氧区；所述好氧区包括第一曝气区、第二曝气区和分离区，膜过滤装置设置在第一曝气区内；运行时分别向第一曝气区和第二曝气区内曝气，较高曝气强度的膜冲洗曝气产生的气升水流推动氧化沟水流，节约了液体循环泵；，较高曝气强度的膜冲洗曝气产生的溶解氧也在生化区得到利用。这一技术方案仍然对全部膜进行曝气冲洗，虽然节约了循环能耗，但是没有节省膜冲洗曝气能耗。
中国专利申请201510713831.8提出一种低能耗膜生物反应器和污水处理方法(LEMBR)包括至少一反应渠、至少一膜池A、至少一膜池B；反应渠连通膜池A和膜池B的底部，膜池A和膜池B中部分别设有至少一膜组件、底部分别设有曝气装置；运行时首先向膜池A曝气，膜池B不曝气，气提水流依次流经膜池A、膜池B、反应渠、膜池A，实现多次气提循环；通过膜池曝气为反应渠提供溶解氧，并在反应渠内依次存在好氧、缺氧甚至厌氧环境；定时在膜池A和膜池B之间切换曝气实现膜的双向冲洗和反应区流向转换。该技术方法将膜池曝气量减少50％，生化曝气量减少70-100％，液体循环泵耗能减少100％，节能效果显著。
本发明的目的是要将MBR膜池曝气能耗进一步降低，并最终实现MBR能耗低于传统活性污泥法能耗的目标。
发明内容
高效膜生物反应器，其特征在于包括一个污水处理池，位于所述污水处理池内设置的至少一个生化池隔断、所述生化池隔断将所述反应池分隔成的生化池和至少一个膜池、在所述膜池内设置的至少一个膜池下隔断(A)和至少一个膜池上隔断(B)、总数量为N的膜池下隔断(A)和膜池上隔断(B)将所述膜池分割产生的N+1个膜池单元和设于每个膜池单元底部的曝气装置及其阀门、每个膜池单元中至少设置的一个膜组件及其相关设施；其中膜池下隔断(A)底部封闭，上部低于水面，膜池上隔断(B)底部开放，上部高于水面，膜池下隔断(A)和膜池上隔断(B)交替排列，膜池单元依次为膜池单元1，膜池单元2，...，膜池单元N+1，其中N大于等于2；其中膜池单元1和膜池单元N+1与生化池之间设有连接孔；膜池单元1或膜池单元N+1与膜池下隔断(A)相邻时所述连接孔为设于膜池单元底部的底连通孔，膜池单元1或膜池单元N+1与膜池上隔断(B)相邻时所述连接孔为设于膜池单元顶部的顶连通孔。
所述生化池内在与所述膜池下隔断(A)和膜池上隔断(B)平行方向并与所述膜池单元1和膜池单元N+1相邻处还包括至少一个远端导流隔断(X)，所述远端导流隔断(X)在远离所述膜池处开放。
所述生化池内在与所述膜池下隔断(A)和膜池上隔断(B)平行方向并与所述远端导流隔断(X)相邻还包括至少一个近端导流隔断(Y)，近端导流隔断(Y)在临近所述膜池处开放。
所述生化池内还包括至少一组生化池曝气装置。
所述膜池底部设有膜池辅助曝气装置。
使用本高效膜生物反应器的污水处理方法包括，向反应池注入污水，通过设于膜池单元中的曝气装置及其阀门向N+1个膜池单元中的一个曝气，在气提作用下该膜池单元中水向上流，而与该曝气膜池单元相连通的膜池单元水向下流，并实现水在生化池和各个膜池单元中的气提循环，该气提循环流量流经各个膜池单元，对各个膜池单元中的膜实现冲洗；在多个膜池单元间定时反复切换曝气，以此获得对所有膜池单元中膜的双向冲洗；同时大流量的气提循环流将膜池中高溶解氧的水送入生化池，使得其中的溶解氧被生化过程利用；同时大流量的气提循环流将膜池中富集的活性污泥带回生化池，因此避免了使用回流泵；在生化池中污泥培养完成后向生化池中连续进污水，用负压泵或通过重力将膜池中的水经膜过滤产出，实现污水处理。
通过生化池曝气装置向所述生化池中适当曝气用于避免污泥沉积和补充溶解氧。
通过膜池辅助曝气装置向所述膜池少量曝气用于避免污泥沉积。由于气提循环流流量很大，污泥不易沉降，因此在大部分情况下该少量连续曝气可以被取消。
高效膜生物反应器及污水处理方法的有益效果包括，对多个膜池单元中的一个膜池单元曝气，利用气提循环流对有膜池单元的膜实现冲洗，在切换曝气膜池单元时，实现了对膜的双向冲洗；在有6个膜池单元的系统中将膜冲洗曝气量节约78％；该系统不需要循环泵，因此将液体循环泵耗能节约100％。膜池水中的高浓度溶解氧被气提循环流带入生化池，因而得到充分利用，因此生物池曝气量明显减少；膜池曝气与生化曝气之和等于或接近生化反应对曝气量的要求，因此完全改变了MBR比传统生化技术更耗能的论点。事实上，由于MBR工艺中生化池的体积仅为传统生化池的1/3-1/2，在达到同等溶解氧的前提下，MBR生化曝气需求量明显小于传统活性污泥法，另一方面由于MBR生化池中活性污泥浓度更高，因此溶解氧的消耗更快，氧气的溶解效率更高。因此采用了本技术方案使得MBR工艺总能耗小于传统的活性污泥法能耗成为可能。
附图说明
图1实施例1高效膜生物反应器俯视原理示意图
图2实施例1高效膜生物反应器CC剖面示意图
图3实施例1高效膜生物反应器生化池隔断立面示意图
图4实施例2高效膜生物反应器俯视原理示意图
图5实施例2高效膜生物反应器CC剖面示意图
图6实施例2高效膜生物反应器生化池隔断立面示意图
图7实施例3高效膜生物反应器俯视原理示意图
图8实施例3高效膜生物反应器CC剖面示意图
图9实施例3高效膜生物反应器生化池隔断立面示意图
图10实施例4低能耗膜生物反应器俯视原理示意图
图中：100.污水处理池，200.生化池隔断，210.底连接孔，220.顶连接孔，300.生化池，400.膜池，500.曝气装置，900.水位，A.膜池下隔断，B.膜池上隔断，X远端导流隔断，Y.近端导流隔断，N.远端导流隔断和近端导流隔断之和。
为简明起见图中忽略了已知技术充分描述的膜组件及其附属设施、水泵、风机、阀门、仪器仪表、进出水管路和自动控制系统。
具体实施方式
参见图1-10，高效膜生物反应器，其特征在于包括一个污水处理池(100)，位于所述污水处理池(100)内设置的至少一个生化池隔断(200)、所述生化池隔断(200)将所述反应池(100)分隔成的生化池(300)和至少一个膜池(400)、在所述膜池(400)内设置的至少一个膜池下隔断(A)和至少一个膜池上隔断(B)、总数量为N的膜池下隔断(A)和膜池上隔断(B)将所述膜池分割产生的N+1个膜池单元和设于每个膜池单元底部的曝气装置(500)及其阀门、每个膜池单元中至少设置的一个膜组件及其相关设施；其中膜池下隔断(A)底部封闭，上部低于水面，膜池上隔断(B)底部开放，上部高于水面，膜池下隔断(A)和膜池上隔断(B)交替排列，膜池单元依次为膜池单元1，膜池单元2，...，膜池单元N+1，其中N大于等于2；其中膜池单元1和膜池单元N+1与生化池(300)之间设有连接孔；膜池单元1或膜池单元N+1与膜池下隔断(A)相邻时所述连接孔为设于膜池单元底部的底连通孔(210)，膜池单元1或膜池单元N+1与膜池上隔断(B)相邻时所述连接孔为设于膜池单元顶部的顶连通孔(220)。
所述生化池(300)内在与所述膜池下隔断(A)和膜池上隔断(B)平行方向并与所述膜池单元1和膜池单元N+1相邻处还包括至少一个远端导流隔断(X)，所述远端导流隔断(X)在远离所述膜池(300)处开放。
所述生化池(300)内在与所述膜池下隔断(A)和膜池上隔断(B)平行方向并与所述远端导流隔断(X)相邻还包括至少一个近端导流隔断(Y)，近端导流隔断(Y)在临近所述膜池(400)处开放。
所述生化池(300)内还包括至少一组生化池曝气装置。
所述膜池(400)底部设有膜池辅助曝气装置。
使用本高效膜生物反应器的污水处理方法包括，向反应池(100)注入污水，通过设于膜池单元中的曝气装置(500)及其阀门向N+1个膜池单元中的一个曝气，在气提作用下该膜池单元中水向上流，而与该曝气膜池单元相连通的膜池单元水向下流，并实现水在生化池(300)和各个膜池单元中的气提循环，该气提循环流量流经各个膜池单元，对各个膜池单元中的膜实现冲洗；在多个膜池单元间定时反复切换曝气，以此获得对所有膜池单元中膜的双向冲洗；同时大流量的气提循环流将膜池中高溶解氧的水送入生化池，使得其中的溶解氧被生化过程利用；同时大流量的气提循环流将膜池中富集的活性污泥带回生化池，因此避免了使用回流泵；在生化池中污泥培养完成后向生化池(300)中连续进污水，用负压泵或通过重力将膜池中的水经膜过滤产出，实现污水处理。
通过生化池曝气装置向所述生化池(300)中适当曝气用于避免污泥沉积和补充溶解氧。
通过膜池辅助曝气装置向所述膜池(400)少量曝气用于避免污泥沉积。由于气提循环流流量很大，污泥不易沉降，因此在大部分情况下该少量连续曝气可以被取消。
以下根据实施例及附图进一步说明本技术方案的原理。
实施例1
参见图1-3，实施例1的高效膜生物反应器，其特征在于包括一个污水处理池(100)，位于所述污水处理池(100)内设置的至少一个生化池隔断(200)、所述生化池隔断(200)将所述反应池(100)分隔成的生化池(300)和一个膜池(400)、在所述膜池(400)内设置的两个膜池下隔断(A)和三个膜池上隔断(B)，这5(N)个膜池隔断将所述膜池分割产生的6个膜池单元、设于每个膜池单元底部的曝气装置及其阀门、每个膜池单元中至少设置的一个膜组件及其相关设施；其中膜池下隔断(A)底部封闭，上部低于水面，膜池上隔断(B)底部开放，上部高于水面，膜池下隔断(A)和膜池上隔断(B)交替排列，膜池单元依次为膜池单元1，膜池单元2，...，膜池单元6；单元1和膜池单元6与膜池上隔断(B)相邻，膜池单元1和膜池单元6与生化池(300)之间设有顶连通孔(220)。
所述生化池(300)内在与所述膜池下隔断(A)和膜池上隔断(B)平行方向并与所述膜池单元1和膜池单元6相邻处还包括至少一个远端导流隔断(X)，所述远端导流隔断(X)在远离所述膜池(300)处开放。
在两个远端导流隔断(X)之间还设有一个近端导流隔断(Y)，近端导流隔断(Y)在临近所述膜池(400)处开放。
所述生化池(300)内还包括至少一组生化池曝气装置。
所述膜池(400)底部还包括至少一组膜池辅助曝气装置。
使用实施例1的高效膜生物反应器的污水处理方法包括，向反应池(100)注入污水，通过设于膜池单元中的曝气装置(500)及其阀门向膜池单元1中曝气，在气提作用下水从膜池单元2经膜池上隔断(B)底部进入膜池单元1，向上流，经设于膜池单元1的顶连通孔(220)进入生化池(300)，同时水以相同的流速由生化池(300)经设于膜池单元6上的顶连通孔(220)向下流入膜池单元6，并流经所有膜池单元，每流经一个膜池单元水的上下方向的流向被切换，此时水的平面流向为顺时针，膜池单元1、3、5获得上向水流冲洗，膜池单元2、4、6获得同等流量的下向水流冲洗；一定时间后曝气由膜池单元1切换到膜池单元2，此时膜池单元2、4、6为上向流，膜池单元1、3、5为下向流；一定时间后曝气由膜池单元2切换到膜池单元3，此时膜池单元1、3、5为上向流，膜池单元2、4、6为下向流；在各个膜池单元间切换曝气，反复循环。在生化池中污泥培养完成后向生化池(300)中连续进污水，用负压泵或通过重力将膜池中的水经膜过滤产出，实现污水处理。由于只对1/6的膜组件曝气，因此用于膜冲洗的曝气量仅为传统MBR工艺的1/6。为了避免污泥在膜池的沉降可以对所有膜池单元少量曝气，该少量曝气量为膜冲洗曝气量的30％。因此即使使用膜池少量曝气，膜池曝气量总量约为传统MBR膜池曝气量的22％。同时由于膜池曝气产生的溶解氧被充分利用，因此本技术方案生化池曝气量也比传统MBR生化池曝气量明显减少。
实施例2
参见图4-6，实施例2的高效膜生物反应器与实施例1的高效膜生物反应器基本相同，不同之处在于在膜池(400)中设置了3个膜池下隔断(A)和2个膜池上隔断(B)，膜池下隔断(A)和膜池上隔断(B)交替排列为ABABA，其中膜池单元1和膜池单元6与生化池(300)之间设有底连通孔(210)；底连接孔(210)的好处在于有利于膜池(400)与生化池(300)的充分流通。
实施例3
参见图7-9，实施例3的高效膜生物反应器与实施例1的高效膜生物反应器基本相同，不同之处在于在膜池(400)中设置了2个膜池下隔断(A)和2个膜池上隔断(B)，膜池下隔断(A)和膜池上隔断(B)交替排列为BABA，其中膜池单元1生化池(300)之间设有顶连通孔(220)；膜池单元5与生化池(300)之间设有底连通孔(210)。
实施例4
参见图10，实施例4的高效膜生物反应器在污水处理池中设置多个膜池(400)中设置4个膜池，其中每个膜池(400)独立运行，运行方式与实施例1、实施例2或实施例3类似。实施例4试图说明本技术方案可以得到有效放大。
Claims (8)
1.一种高效膜生物反应器，其特征在于包括一个污水处理池(100)，位于所述污水处理池(100)内设置的至少一个生化池隔断(200)、所述生化池隔断(200)将所述反应池(100)分隔成的生化池(300)和至少一个膜池(400)、在所述膜池(400)内设置的至少一个膜池下隔断(A)和至少一个膜池上隔断(B)、总数量为N的膜池下隔断(A)和膜池上隔断(B)将所述膜池分割产生的N+1个膜池单元和设于每个膜池单元底部的曝气装置(500)及其阀门、每个膜池单元中至少设置的一个膜组件及其相关设施；其中膜池下隔断(A)底部封闭，上部低于水面，膜池上隔断(B)底部开放，上部高于水面，膜池下隔断(A)和膜池上隔断(B)交替排列，膜池单元依次为膜池单元1，膜池单元2，...，膜池单元N+1，其中N大于等于2；其中膜池单元1和膜池单元N+1与生化池(300)之间设有连接孔；膜池单元1或膜池单元N+1与膜池下隔断(A)相邻时所述连接孔为设于膜池单元底部的底连通孔(210)，膜池单元1或膜池单元N+1与膜池上隔断(B)相邻时所述连接孔为设于膜池单元顶部的顶连通孔(220)。
2.根据权利要求1所述的高效膜生物反应器，其特征在于所述生化池(300)内在与所述膜池下隔断(A)和膜池上隔断(B)平行方向并与所述膜池单元1和膜池单元N+1相邻处还包括至少一个远端导流隔断(X)，所述远端导流隔断(X)在远离所述膜池(300)处开放。
3.根据权利要求2所述的高效膜生物反应器，其特征还在于所述生化池(300)内在与所述膜池下隔断(A)和膜池上隔断(B)平行方向并与所述远端导流隔断(X)相邻还包括至少一个近端导流隔断(Y)，近端导流隔断(Y)在临近所述膜池(400)处开放。
4.根据权利要求1、2或3所述的高效膜生物反应器，其特征在于所述生化池(300)内还包括至少一组生化池曝气装置。
5.根据权利要求1、2、3或4所述的高效膜生物反应器，其特征在于所述膜池(400)底部还包括至少一组膜池辅助曝气装置。
6.一种高效膜生物反应器的污水处理方法，其特征在于向反应池(100)注入污水，通过设于膜池单元中的曝气装置(500)及其阀门向N+1个膜池单元中的一个膜池单元曝气，在气提作用下该膜池单元中水向上流，而与该曝气膜池单元相连通的膜池单元水向下流，并实现水在生化池(300)和各个膜池单元中的气提循环，该气提循环流量流经各个膜池单元，对各个膜池单元中的膜实现冲洗；在多个膜池单元间定时反复切换曝气，以此获得对所有膜池单元中膜的双向冲洗；同时大流量的气提循环流将膜池中高溶解氧的水送入生化池，使得其中的溶解氧被生化过程利用；同时大流量的气提循环流将膜池中富集的活性污泥带回生化池，因此避免了使用回流泵；在生化池中污泥培养完成后向生化池(300)中连续进污水，用负压泵或通过重力将膜池中的水经膜过滤产出，实现污水处理。
7.根据权利要求6所述的高效膜生物反应器的污水处理方法，其特征在于通过生化池曝气装置向所述生化池(300)中适当曝气用于避免污泥沉积和补充溶解氧。
8.根据权利要求6或7所述的高效膜生物反应器的污水处理方法，其特征在于通过膜池辅助曝气装置向所述膜池(400)少量曝气用于避免污泥沉积。
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115745155A (zh) * | 2022-12-29 | 2023-03-07 | 深圳世纪盛源环境科技有限公司 | 一种具有新型曝气装置的mbr污水处理装置 |
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2019
- 2019-12-20 CN CN201911321375.7A patent/CN110862142A/zh active Pending
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