CN114180710A - 模块式一体化污水处理设备及其污水处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种模块式一体化污水处理设备，包括：一体化设备、调节池、污泥池、清水池；一体化设备位于调节池、污泥池、清水池上部；一体化设备包括：箱体结构、缺氧生物反应器、好氧生物反应器、膜生物反应器；箱体结构的内部分隔为多个隔间，缺氧生物反应器、好氧生物反应器、膜生物反应器分别安装在隔间内。本发明还公开了一种模块式一体化污水处理设备的污水处理方法。本发明将活性污泥法、好氧生化处理与生物膜法结合起来，能够明显提高污水净化能力和效率。
Description
技术领域
本发明属于污水处理技术领域，具体涉及一种模块式一体化污水处理设备及其污水处理方法。
背景技术
中国水资源总量的1/3是地下水，农村污水未经处置渗入地下，造成地下水污染和恶化，是农村地区水环境污染的主要原因，全国90％的地下水遭受不同程度污染，40％污染严重；水利部2016年1月公开的《地下水动态月报》显示，全国地下水普遍“水质较差”。近年来，我国水污染严重的状况未得到根本性遏制，仍有近1/10(9.2％)丧失水体使用功能(劣于Ⅴ类)，24.6％的重点湖泊(水库)呈富营养状态；不少流经城镇的河流沟渠黑臭。随着新型城镇化发展，农村人口越来越聚集，实施污水处理具备了条件。
化学需氧量(COD)是指废水中能被氧化的物质在被化学氧化剂氧化时，所需要的氧量，以氧的毫克/升作为单位。它是目前用来测定废水中有机物含量的一种最常用的手段。COD分析中常用的氧化剂有高锰酸钾(锰法CODMn)和重铬酸钾(铬法CODCr)，现在常用重铬酸钾法。废水在强酸加热沸腾回流条件下对有机物实行氧化，用硫酸银作催化剂时可以使大多数的有机物的氧化率提高到85-95％。如果废水中含有较高浓度的氯根离子，应该用硫酸汞将氯离子屏蔽掉，以减少对COD的测定干扰。
生化需氧量(BOD5)也可以表征废水被有机物污染的程度，最常用的为5日生化需氧量，以BOD5表示，它表示废水在微生物存在下进行生化降解5日内所需要的氧的数量。
有的有机物是可以被生物氧化降解的(如葡萄糖和乙醇)，有的有机物只能部分被生物氧化降解(如甲醇)，而有的有机物是不能被生物氧化降解，而且还具有毒性(如银杏酚、银杏酸、某些表面活性剂)。因此，可以把水中的有机物分成2个部分，即可以生化降解的有机物和不可生化降解的有机物。通常认为COD基本上可表示水中的所有的有机物。而BOD为水中可以生物降解的有机物，因此COD与BOD的差值可以表示废水中生物不可降解部分的有机物。
B/C是BOD5与COD比值的缩写，该比值可以表示废水的可生化降解特性。因此，BOD5/COD值常常被作为有机物生物降解性的评价指标。
小城镇污水的水量规模小、分散、绝大部分乡镇污水规模1000吨以下；水量波动大，季节性变化大；污水管网配套差，收集困难。农村污水治理已经成为当前和近几年内国家环保领域的重点内容。
发明内容
本发明的目的在于提供一种模块式一体化污水处理设备及其污水处理方法，将活性污泥法、好氧生化处理与生物膜法污水处理技术结合起来，能够明显提高污水净化能力和效率。
为达到上述目的，本发明使用的技术解决方案是：
模块式一体化污水处理设备，包括：一体化设备、调节池、污泥池、清水池；一体化设备位于调节池、污泥池、清水池上部；一体化设备包括：箱体结构、缺氧生物反应器、好氧生物反应器、膜生物反应器；箱体结构的内部分隔为多个隔间，缺氧生物反应器、好氧生物反应器、膜生物反应器分别安装在隔间内；缺氧生物反应器通过管路连接调节池，调节池的上部设置有污水输入管；缺氧生物反应器、调节池之间的管路设置有第一污水泵，第一污水泵位于缺氧生物反应器所在的隔间内；缺氧生物反应器通过管路连接好氧生物反应器，缺氧生物反应器、好氧生物反应器之间的管路设置有第二污水泵；其中一个隔间作为操作间，缺氧生物反应器底部设置有水力搅拌管路，水力搅拌管路连接第一污水泵；好氧生物反应器底部设置有微孔曝气设备，微孔曝气设备通过空气管路连接鼓风机，好氧生物反应器下部通过管路连接污泥池，好氧生物反应器上部通过管路连接膜生物反应器的进水口；膜生物反应器的出口通过管路连接第一清水泵，第一清水泵通过管路连接清水池，清水池通过管路连接第二清水泵。
进一步，好氧生物反应器、缺氧生物反应器之间连接有污泥回流管路，污泥回流管路设置有污泥回流泵。
进一步，微孔曝气设备包括：连接支管、喷头，多个喷头通过连接支管相连接，多个连接支管分别连接在空气管路上，喷头设置有多个通孔。
进一步，膜生物反应器在反应器外壳内部安装有多个膜组件单体，膜组件单体的生物膜选用聚四氟乙烯；反应器外壳下部设置有活性污泥池，多个膜组件单体两端分别连接管路。
进一步，调节池、污泥池、清水池之间通过隔墙分隔；调节池、污泥池之间的隔墙上部设置有开口，开口连通调节池、污泥池；调节池外侧设置有进水格栅井，进水格栅井设置有污水输入管，调节池、进水格栅井之间设置有调节池入水口，调节池设置有污水输出管，污水输出管连接第一污水泵；污泥池设置有污泥输入管、排污管，污泥输入管连接好氧生物反应器；清水池设置有第一清水管、第二清水管，第二清水管连接第一清水泵，第一清水管连接第二清水泵。
进一步，调节池、污泥池、清水池上部设置有台基，一体化设备固定在台基的上部；污泥池顶部设置有第一检查井、第二检查井，第一检查井的井壁上设置有第一爬梯，顶部设置有第一井盖，第一井盖上部设置有第一线缆管；第二检查井的井壁上设置有第二爬梯，顶部设置有第二井盖，第二井盖上部设置有第二线缆管；清水池顶部设置有第三检查井，第三检查井的井壁上设置有第三爬梯，顶部设置有第三井盖；进水格栅井的井壁上设置有第四爬梯，顶部设置有第四井盖，底部倾斜设置有格栅；调节池设置有污水排气管，污泥池设置有污泥池排气管、物料添加管路；清水池、调节池之间的隔墙的上部设置有回流口，回流口连接调节池。
模块式一体化污水处理设备的污水处理方法，包括：
污水从污水输入管进入调节池，污水通过第一污水泵送入缺氧生物反应器，污水在缺氧生物反应器中进行厌氧反应处理，释放污水中磷，使污水中生化需氧量BOD5浓度下降；
厌氧反应处理后的污水经第二污水泵送入好氧生物反应器，污水在好氧生物反应器中进行好氧生化处理；污水中污泥通过管路送入污泥池3，通过污泥吸附沉降来去除磷；
好氧生化处理后的上层污水通过第一清水泵抽吸到膜生物反应器，膜生物反应器对上层污水进行过滤，过滤后形成中水送入清水池。
优选的，缺氧生物反应器中，对污水进行兼氧生化处理，将高分子的有机物转变为低分子的有机物；释放污水中磷，使污水中P的浓度升高；溶解性有机物被微生物细胞吸收而使污水中BOD5浓度下降在缺氧生物反应器中，反硝化菌利用污水中的有机物作碳源，将NO3-N和NO2-N还原成N2释放至空气；缺氧生物反应器中，溶解氧含量0-0.5mg/L，温度为35℃～45℃，pH值在6.5～7.5之间。
优选的，水力搅拌管路对缺氧生物反应器底部的污水和沉淀进行混合，混合后的污水进入好氧生物反应器进行好氧生化处理，好氧生化处理溶解氧控制在2.0-4.0mg/L，好氧生化处理温度为30℃～35℃，pH值在7.5～8.5之间；膜生物反应器采用生物膜法对上层污水进行过滤，采用生物膜法的污泥浓度一般在6-8g/L。
优选的，好氧生物反应器出现污泥膨胀时，加大曝气量，及时排泥，加大回流污泥量。
本发明技术效果包括：
1、本发明将活性污泥法、好氧生化处理与生物膜法污水处理技术结合起来，能够明显提高污水净化能力和效率。
2、组合处理能够减少生化反应空间占用的容积，还能够提高污泥浓度、减少占地、减小设备体积，同时节省了环保投资又减少了日常的运行费用，便于推广使用。
3、本发明中，是基于以悬浮生长的微生物在好氧条件下对有机物、氨氮等污染物进行降解的废水生物处理活性污泥工艺。按时序来以间歇曝气方式进行，改变活性污泥的生长环境，是一种被全球广泛认可和使用的废水处理工艺。
4、本发明设备和SBR工艺相结合。
序列间歇式活性污泥法(SBR，Sequencing Batch Reactor Activated SludgeProcess)是一种按间歇曝气方式来运行的活性污泥污水处理技术，又称序批式活性污泥法。
本发明采用时间分割的操作方式替代空间分割的操作方式，非稳定生化反应替代稳态生化反应，静置理想沉淀替代传统的动态沉淀。在运行上的有序和间歇操作。
(1)、推流过程使生化反应推动力增大，效率提高。
缺氧生物反应器12进行内厌氧生化处理，好氧生物反应器13、污泥池3进行好氧生化处理，好氧交替进行厌氧、好氧生化处理状态，净化效果好。脱氮除磷，适当控制运行方式，实现好氧、缺氧、厌氧状态交替，具有良好的脱氮除磷效果。
(2)、运行效果稳定，污水在理想的静止状态下沉淀，需要时间短、效率高，出水水质好。
(3)、耐冲击负荷，池内有滞留的处理水，对污水有稀释、缓冲作用，有效抵抗水量和有机污物的冲击。
(4)、工艺过程中的各工序可根据水质、水量进行调整，运行灵活。
(5)、反应池内存在DO、BOD5浓度梯度，有效控制活性污泥膨胀。
(6)、SBR法系统本身也适合于组合式构造方法，利于废水处理厂的扩建和改造。
(7)、构造、工艺流程简单、造价低，便于操作和维护管理；处理设备少，布置紧凑、占地面积少。
附图说明
图1是本发明中模块式一体化污水处理设备的结构原理图；
图2是本发明中微孔曝气设备的结构示意图；
图3是发明中调节池、污泥池、清水池的平面布局图；
图4是图3的A-A向剖视图；
图5是图3的B-B向剖视图；
图6是图3的C-C向剖视图。
具体实施方式
以下描述充分地示出本发明的具体实施方案，以使本领域的技术人员能够实践和再现。
如图1所示，是本发明中模块式一体化污水处理设备的结构原理图。
模块式一体化污水处理设备，包括：一体化设备1、调节池2、污泥池3、清水池4；一体化设备1位于调节池2、污泥池3、清水池4上部，通常将一体化设备1固定在地上，调节池2、污泥池3、清水池4安装在地下。一体化设备1设计成箱式结构，调节池2、污泥池3、清水池4采用混凝土浇铸成型，一体化设备1在现场安装即可。
一体化设备1包括：箱体结构11、缺氧生物反应器12、好氧生物反应器13、膜生物反应器14、操作间15；箱体结构11的内部分隔为多个隔间，缺氧生物反应器12、好氧生物反应器13、膜生物反应器14分别安装在隔间内。其中一个隔间作为操作间15。
缺氧生物反应器12通过管路连接调节池2，缺氧生物反应器12、调节池2之间的管路设置有第一污水泵123，第一污水泵123位于缺氧生物反应器12所在的隔间内。缺氧生物反应器12通过管路连接好氧生物反应器13，缺氧生物反应器12、好氧生物反应器13之间的管路设置有第二污水泵121。
缺氧生物反应器12底部设置有水力搅拌管路122，水力搅拌管路122通过管路连接第一污水泵123。水力搅拌管路122喷出的水流将缺氧生物反应器12底部的沉淀物进行扰动，混合后通过第二污水泵121送入好氧生物反应器13。污水中的溶解氧一般在0.2-2.0mg/L之间。
废水中含有某些对微生物有抑制、有毒害的有机物质，因此废水在进入生化池之前必须进行必要的预处理，目的是将废水中对微生物有抑制、有毒害的物质尽可能地削减或去除，以保证生化池中的微生物能正常地运行。预处理的目的有二个：一是将废水中对微生物有抑制有毒害、有抑制作用的物质尽可能地消减和去除或转化为对微生物无害或有利的物质，以保证生化池中的微生物能正常运行；其二是在预处理过程中削减COD负荷，以减轻生化池的运行负担。缺氧生物反应器12主要是用于对污水进行厌氧反应处理，提高COD(化学需氧量)的去除率，将高分子难降解的有机物转变为低分子易被降解的有机物；释放污水中磷，使污水中P的浓度升高，溶解性有机物被微生物细胞吸收而使污水中BOD5(生化需氧量)浓度下降。在缺氧生物反应器12中，反硝化菌利用污水中的有机物作碳源，将内回流中带入的大量NO3-N和NO2-N还原成N2释放至空气，因此BOD5(生化需氧量)浓度下降，NO3-N浓度大幅度下降，而磷的变化很小。
如图2所示，是本发明中微孔曝气设备131的结构示意图。
好氧生物反应器13底部设置有微孔曝气设备131，微孔曝气设备131通过空气管路132连接鼓风机151，鼓风机151将空气通过空气管路送达微孔曝气设备131，微孔曝气设备131将空气以气泡形式送入好氧生物反应器13。好氧生物反应器13下部通过管路连接污泥池3，浑浊污水进入污泥池3进行沉淀。好氧生物反应器13上部通过管路连接膜生物反应器14的进水口。
好氧生物反应器13、缺氧生物反应器12之间连接有污泥回流管路，污泥回流管路设置有污泥回流泵，污泥回流泵将好氧生物反应器13中污泥循环至缺氧生物反应器12。回流比R是运行过程中的一个调节参数，R应在运行过程中根据需要加以调节，但R的最大值受缺氧生物反应器12中泥水分离能力的限制，另外，R太大，会增大底流流速，干扰沉降。在运行调度中，应确定一个最大回流比R，以此作为调度的基础，一般污泥回流比为100％～400％。
在好氧生物反应器13中，有机物被微生物生化降解，而继续下降；有机氮被氨化继而被硝化，使NH3-N浓度显著下降。
微孔曝气设备131包括：连接支管133、喷头134，多个喷头134通过连接支管133相连接，多个连接支管133分别连接在空气管路132上，喷头134设置有多个通孔。从鼓风机151、空气管路132送达的空气进入通过连接支管133送达喷头134，空气通过喷头134形成气泡并送入好氧生物反应器13，气泡增大了空气与污水的接触面积，以提高污水含氧量，接触氧化。
鼓风机151、第一清水泵153、第二清水泵154设置在操作间15内，膜生物反应器14、鼓风机151、第一清水泵153、第二清水泵154设置在操作间15的控制端也设置在操作间15内，便于控制和管理，优化管路布局，节省空间。
膜生物反应器14通过管路连接第一清水泵153，第一清水泵153通过管路连接清水池4，清水池4通过管路连接第二清水泵154。第一清水泵153将膜生物反应器14过滤后的中水送入清水池4，第二清水泵154将清水池4中的中水输出，二次利用。
如图3所示，是发明中调节池2、污泥池3、清水池4的平面布局图；如图4所示，是图3的A-A向剖视图；如图5所示，是图3的B-B向剖视图；如图6所示，是图3的C-C向剖视图。
调节池2、污泥池3、清水池4上部设置有台基6，一体化设备1固定在台基6的上部。
调节池2、污泥池3、清水池4之间通过隔墙5分隔；调节池2、污泥池3之间的隔墙5上部设置有开口，开口连通调节池2、污泥池3；调节池2外侧设置有进水格栅井21，进水格栅井21设置有污水输入管211，调节池2、进水格栅井21之间设置有调节池入水口214，调节池2设置有污水输出管22，污水输出管22连接第一污水泵123；污泥池3设置有污泥输入管33(污泥输入管33从第二检查井32进入污泥池3)、排污管34(排污管34从第一检查井31进入污泥池3)；清水池4设置有第一清水管41、第二清水管42，第一清水管41用于输出处理后的中水，第二清水管42用于将上部好氧生物反应器13流出的中水送入清水池4。
好氧生物反应器13下部通过管路连接污泥输入管33。第二清水管42连接第一清水泵153，第一清水管41连接第二清水泵154。
污泥池3顶部设置有第一检查井31、第二检查井32，第一检查井31的井壁上设置有第一爬梯311，顶部设置有第一井盖312，第一井盖312上部设置有第一线缆管313；第二检查井32的井壁上设置有第二爬梯321，顶部设置有第二井盖，第二井盖上部设置有第二线缆管322；清水池4顶部设置有第三检查井43，第三检查井43的井壁上设置有第三爬梯431，顶部设置有第三井盖432。
进水格栅井21的井壁上设置有第四爬梯212，顶部设置有第四井盖213，底部倾斜设置有格栅214。
调节池2设置有污水排气管23，污泥池3设置有污泥池排气管35、物料添加管路36；污水排气管23、污泥池排气管35用于排出池中产生的气体，物料添加管路36用于加入好氧生化处理所需要的微生物物料。清水池4、调节池2之间的隔墙5的上部设置有回流口，当清水池4中是中水盛满后，从回流口流入调节池2。
污水输入管211用于将外部的污水送入调节池2，调节池2用于汇集、储存和均衡废水。生产和生活废水的废水水量和水质一般来说是不均衡的，特别是精细化工行业的废水，如果清浊废水不分流，则工艺浓废水与轻污染废水的水质水量变化很大，这种变化对废水处理设施设备的正常操作及处理效果是很不利的，甚至是有害的。因此废水在进入主要污水处理系统前，都要设置一个有一定容积的废水集水池，将废水储存起来并使其均质均量，以保证废水处理设备和设施的正常运行。
污泥池3的下部设置有排污管34，通过排污管34将污泥排出。
好氧生物反应器13中下层污水进入污泥池3，污泥池3中，磷主要通过污泥吸附沉降来去除，P随着聚磷茵的过量摄取，也以较快的速度下降。
膜生物反应器14、污泥池3配合使用，充分使用生物法处理在废水。
污泥池3底部有活性污泥，活性污以悬浮状生物群体的生化代谢作用进行好氧的废水处理。微生物在生长繁殖过程中可以形成表面积较大的菌胶团，它可以大量絮凝和吸附废水的悬浮的胶体状或溶解的污染物，并将这些物质吸收入细胞体内，在氧的参与下，将这些物质完全氧化放出能量、CO2和H2O。活性污泥法的污泥浓度一般在4g/L。
膜生物反应器14在反应器外壳内部安装有多个膜组件单体，反应器外壳下部设置有活性污泥池，多个膜组件单体两端分别连接管路。膜组件单体的生物膜选用聚四氟乙烯。微生物附着在生物膜的填料的表面，形成胶质相连的生物膜。生物膜一般呈蓬松的絮状结构，微孔较多，表面积很大，具有很强的吸附作用，有利于微生物进一步对这些被吸附的有机物分解和利用。
本发明提高污泥浓度，进而提高处理效率，将活性污泥法与生物膜法结合起来，即在污泥池3中添加活性污泥，既有膜生物反应器14用于处理悬浮物的生物膜，又有污泥池3的活性污泥，具有很高的污泥浓度，一般在14g/L左右。
缺氧生物反应器12、好氧生物反应器13、污泥池3、膜生物反应器14同时完成有机物的去除、硝化脱氮、磷的过量摄取而被去除等功能。其中，脱氮的前提是NH3-N应完全硝化，好氧生物反应器13完成硝化，缺氧生物反应器12则完成脱氮功能，膜生物反应器14完成有机物的去除；污泥池3、好氧生物反应器13联合完成除磷功能，通过排泥来完成。
微生物除了需要营养，还需要合适的环境因素，如温度、pH值、溶解氧、渗透压等才能生存。在好氧生物处理中，pH可在6.5-8.5之间变化；厌氧生物处理中，微生物以pH的要求比较严格，pH应在6.7-7.4之间。好氧微生物需要供给充足的溶解氧，一般来说，溶解氧应维持在3mg/L为宜，最低不应低于2mg/L；兼氧微生物要求溶解氧的范围在0.2-2.0mg/L之间；而厌氧微生物要求溶解氧的范围在0.2mg/L以下。微生物的单位结构是细胞，细胞壁相当于半渗透膜，在氯离子浓度小于等于2000mg/L时，细胞壁可承受的渗透压为0.5-1.0大气压，即使加上细胞壁和细胞质膜有一定的坚韧性和弹性，细胞壁可承受的渗透压也不会大于5-6大气压。但当水溶液中的氯离子浓度在5000mg/L以上时，渗透压大约将增大至10-30大气压，在这样大的渗透压下，微生物体内的水分子会大量渗透到体外溶液中，造成细胞失水而发生质壁分离，严重者微生物死亡。数据表明：当废水中的氯离子浓度大于2000mg/L时，微生物的活性将受到抑制，COD去除率会明显下降；当废水中的氯离子浓度大于8000mg/L时，会造成污泥体积膨胀，水面泛出大量泡沫，微生物会相继死亡。本发明中控制污水中氯离子浓度2000～8000mg/L之间。
生化处理根据微生物生长对氧环境的要求的不同，可分为好氧生化处理与缺氧生化处理两大类，缺氧生化处理又可分为兼氧生化处理和厌氧生化处理。在好氧生化处理过程中，好氧微生物必须在大量氧的存在下生长繁殖，并降低废水中的有机物质；而兼氧生化处理过程中，兼氧微生物只需要少量氧即可生长繁殖并对废水中的有机物质进行降解处理，如果水中氧太多，兼氧微生物反而生长不好从而影响它对有机物质的处理效率。兼氧微生物可适应COD浓度较高的废水，进水COD浓度可提高到2000mg/L以上，COD去除率一般在50-80％；而好氧微生物只能适应于COD浓度较低的废水，进水COD浓度一般控制在1000-1500mg/L以下，COD去除率一般在50-80％，兼氧生化处理和好氧生化处理的时间都不太长，一般都在12-24小时。本发明利用兼氧生化和好氧生化之间的差别和特点，将兼氧生化处理和好氧生化处理组合起来，让COD浓度较高的污水在缺氧生物反应器12先进行兼氧生化处理，再让好氧生物反应器13的处理出水作为好氧池的进水，这样的组合处理可以减少生化池的容积，既节省了环保投资又减少了日常的运行费用。
模块式一体化污水处理设备的污水处理方法，具体步骤如下：
步骤1：污水从污水输入管211进入调节池2，污水通过第一污水泵123送入缺氧生物反应器12，污水在缺氧生物反应器12中进行厌氧反应处理，释放污水中磷，使污水中生化需氧量BOD5浓度下降；
缺氧生物反应器12中，对污水进行厌氧反应处理(兼氧生化处理)，将高分子的有机物转变为低分子的有机物；释放污水中磷，使污水中P的浓度升高；溶解性有机物被微生物细胞吸收而使污水中BOD5(生化需氧量)浓度下降。
溶解氧(DO)表示水中氧的溶解量，单位用mg/L表示。缺氧生物反应器12中，溶解氧含量0-0.5mg/L，满足反硝化细菌反应要求。
在缺氧生物反应器12中，反硝化菌利用污水中的有机物作碳源，将大量NO3-N和NO2-N还原成N2释放至空气，因此BOD5(生化需氧量)浓度下降，NO3-N浓度大幅度下降，而同时磷的变化很小。
为了将沉淀带入好氧生物反应器13，污水澄清液通过水力搅拌管路122进入缺氧生物反应器12的底部，对污水和沉淀进行混合，混合后的污水进入好氧生物反应器13进行好氧生化处理。
对反硝化细菌的影响因素(厌氧)
a1.温度：适宜反硝化菌的最佳温度为35℃～45℃，当温度下降可适当提高水力停留时间。
a2.溶解氧：应严格控制在0.5mg/l以下。
a3.pH值：最佳范围在6.5～7.5之间，反硝化过程可补充硝化过程中损失的一部分碱度。
a4.碳源有机物：当源水中C/N比值过低，如BOD/TN<3～6，需外加碳源，一般选择葡萄糖和淀粉。
步骤2：厌氧反应处理后的污水经第二污水泵121送入好氧生物反应器13，污水在好氧生物反应器13中进行好氧生化处理；污水中污泥通过管路送入污泥池3，通过污泥吸附沉降来去除磷；
废水中碳(C)、氮(N)、和磷(P)作为主要营养元素，组成比例有一定的要求，对于好氧生化一般为C：N：P＝100：5：1(重量比)。从鼓风机151、空气管路132送达的空气进入通过连接支管133送达喷头134，空气通过喷头134形成气泡并送入好氧生物反应器13，气泡增大了空气与污水的接触面积，以提高污水含氧量，接触氧化，溶解氧控制在2.0-4.0mg/L。
好氧生物反应器13中的污泥为活性污泥，从微生物角度来看，污泥是由各种各样有生物活性的微生物组成的一个生物群体。
对硝化细菌的影响因素(好氧)。
b1.温度：适宜硝化菌硝化的温度为30℃～35℃，低温12℃～14℃时硝化反应速度下降，亚硝酸盐累积。
b2.溶解氧：0.5mg/l～0.7mg/l是硝化菌的忍受极限，通常硝化段溶解氧应保持在2mg/l左右。在好氧生化过程中，水中的溶解氧一般在2.0-8.0mg/L之间。优选的，溶解氧控制在2.0-4.0mg/L。
b3.pH值：硝化菌对pH值的变化非常敏感，最佳范围在7.5～8.5之间，硝化反应中碱度偏高较好。
b4.有毒物质：过高浓度的NH3-N与重金属等会干扰细胞的新陈代谢，破坏细菌的氧化能力，抑制硝化过程。
b5.污泥龄：应根据亚硝酸菌的世代期来确定较长的污泥龄可增加硝化反应能力。污泥龄一般控制在15-20天左右。
为了调节好氧生化处理过程中氧含量，启动鼓风机151，空气通过空气管路132、连接支管133送达喷头134，喷头134将气流形成气泡并送入污水，提高污水氧含量。水中溶解氧的浓度可以用Henry定律来表示：当达到溶解平衡时：C＝KH*P，其中：C为溶解平衡时水中氧的溶解度，P为气相中氧的分压，KH为Henry系数，Henry系数与温度有关。增加曝气使氧的溶解接近平衡，而同时活性污泥还会消耗水中的氧，因此废水中实际溶解氧量与水温、有效水深(影响压力)、曝气量、污泥浓度、盐度等因素有关。
好氧生物反应器13中下层污水进入污泥池3，污泥池3中，磷主要通过污泥吸附沉降来去除，去除磷后的污泥通过排污管34排出。混合液悬浮固体(MLSS)亦要称为污泥浓度，它是指单位体积生化池混合液所含干污泥的重量，单位为毫克/升，用来表征活性污泥浓度，包括有机物和无机物两部分。好氧生物反应器13中MLSS值控制在2000-4000mg/L左右为宜。
污泥沉降比(SV)是指曝气池内混合液在100毫升量筒中，静止沉淀30分钟后，沉淀污泥与混合液之体积比(％)，因此有时也用SV30来表示。好氧生物反应器13内的SV在20-40％之间。污泥沉降比测定比较简单，是评定活性污泥的重要指标之一，它常被用于控制剩余污泥的排放和及时反馈污泥膨胀等异常现象。
在好氧生物反应器13中，污水中有机物被微生物生化降解，而继续下降；有机氮被氨化继而被硝化，使NH3-N浓度显著下降，但随着硝化过程使NO3-N的浓度增加，P随着聚磷茵的过量摄取，也以较快的速度下降。所以，好氧生化处理可以同时完成有机物的去除、硝化脱氮、磷去除等功能，脱氮的前提NH3-N应完全硝化，同时完成脱氮功能。厌氧池和好氧池联合完成除磷功能，磷的排出通过排泥(磷主要通过污泥吸附沉降来去除)来完成。
在生化处理过程中，活性污泥中的微生物不断地消耗着废水中的有机物质。被消耗的有机物质中，一部分有机物质被氧化以提供微生物生命活动所需的能量，另一部分有机物质则被微生物利用以合成新的细胞质，从而使微生物繁衍生殖，微生物在新陈代谢的同时，又有一部分老的微生物死亡，产生剩余污泥。
1、污泥培养与驯化
由于调试阶段进水量较少，进水变化幅度较大。为确保污泥培养效果，缩短调试周期，一般采用人工添加碳氮源方式接种培养活性污泥。外接菌种首选附近污水处理厂，重力浓缩后的污泥。
(1)、接种及闷爆阶段
一次性投加不小于生物池容积30％污泥，充满污水后闷曝(即曝气而不进污水)，确保污泥处于悬浮状态，闷曝时间不小于8小时后进水，由于污泥尚未大量形成，产生的污泥也处于离散状态，而曝气量一定不能太大，控制在设计正常曝气量的1/2，否则污泥絮体不易形成。
(2)、连续进水培养与驯化阶段
进入连续进水培养阶段后，活性污泥工艺的正常运行模式已初步呈现，此时应根据正常运行工艺参数调整处理流程，水量和空气量的平衡依据DO值的变化作适时调整，开启内外回流泵，根据DO值调整回流量。监测污泥状态，包括污泥浓度，污泥指数，沉降性能，当SV30达到30％以上时，活性污泥培养即告成功。逐步断开添加碳氮源，观察污泥浓度的变化波动，做好数据记录，得出污泥量与污水的营养物质和进水量达到相对平衡状态。
2、异常及对策。
(1)、污泥膨胀
现象：污泥不易沉降，SVI值增高、污泥的结构较散，体积膨胀，含水率上升，上清液稀少，颜色也有变异，这就是污泥膨胀。
原因：丝状细菌大量增值所引起的，也有由污泥中结合水异常增多引起的污泥膨胀；水中碳水化合物较多，缺乏C、N、P等养料；溶解氧不足；水温高或PH值较低等易引起丝状菌的大量繁殖；超负荷，污泥龄过长引起丝状菌的大量繁殖。
措施：加大曝气量；及时排泥；加大回流污泥量。
(2)、污泥解体
表现：处理水质浑浊、污泥絮体细碎化、处理效果变坏等是污泥解体的现象。
原因：运行不当，如曝气过量活性污泥中生物(营养)的平衡遭到破坏，使微生物量减少而失去活性，吸附能力降低，絮体体积缩小，质密；存在有毒性物质时，微生物会受到抑制或伤害，净化功能下降或完全停止，使污泥失去活性。
措施：对污水量、回流污泥量、空气量和排泥状态以及SV、DO、pH等多项指标进行检查，加以调整。
(3)、污泥上浮
现象：污泥成块状上浮。
原因：缺少搅拌，造成死泥，曝气池内污泥的泥龄过长；硝化进程较高，在池底发生反硝化，污泥相对密度降低，整块上浮。
措施：增加搅拌系统，增加污泥回流量；缩短污泥龄和降低溶解氧，使之不能进行硝化作用。
步骤3：好氧生化处理后的上层污水通过第一清水泵153抽吸到膜生物反应器14，膜生物反应器14对上层污水进行过滤，过滤后形成中水送入清水池4。
膜生物反应器14采用生物膜法对上层污水进行过滤。在处理过程中，水的流动和空气的搅动使生物膜表面和水不断接触，废水中的有机污染物和溶解氧为生物膜所吸附，生物膜上的微生物不断分解这些有机物质，在氧化分解有机物质的同时，生物膜本身也不断新陈代谢，衰老的生物膜脱落下来在污泥池3中与水分离。生物膜法的污泥浓度一般在6-8g/L。
第二清水泵154将清水池4中的中水输出，二次利用。
本发明将污泥池3中使用的活性污泥法、好氧生物反应器13中进行的好氧生化处理与膜生物反应器14使用的生物膜法结合起来，能够明显提高污水净化能力和效率，而且还能够提高污泥浓度，以减少占地，减小体积。
本发明所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本发明能够以多种形式具体实施而不脱离技术方案的精神或实质，所以应当理解，上述实施例不限于任何前述的细节，而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。
综合上述本发明工艺特点，本发明采用SBR操作原理，使用范围广，非常适合处理小水量，间歇排放的工业废水与分散点源污染的治理。具体如下：
(1)、中小城镇生活污水和厂矿企业的工业废水，尤其是间歇排放和流量变化较大的地方。
(2)、需要较高出水水质的地方，如风景游览区、湖泊和港湾等，不但要去除有机物，还要求出水中除磷脱氮，防止河湖富营养化。
(3)、水资源紧缺的地方。SBR系统可在生物处理后进行物化处理，不需要增加设施，便于水的回收利用。
(4)、用地紧张的地方。
(5)、对已建连续流污水处理厂的改造等。
本发明所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本发明能够以多种形式具体实施而不脱离技术方案的精神或实质，所以应当理解，上述实施例不限于任何前述的细节，而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。
Claims (10)
1.一种模块式一体化污水处理设备，其特征在于，包括：一体化设备、调节池、污泥池、清水池；一体化设备位于调节池、污泥池、清水池上部；一体化设备包括：箱体结构、缺氧生物反应器、好氧生物反应器、膜生物反应器；箱体结构的内部分隔为多个隔间，缺氧生物反应器、好氧生物反应器、膜生物反应器分别安装在隔间内；缺氧生物反应器通过管路连接调节池，调节池的上部设置有污水输入管；缺氧生物反应器、调节池之间的管路设置有第一污水泵，第一污水泵位于缺氧生物反应器所在的隔间内；缺氧生物反应器通过管路连接好氧生物反应器，缺氧生物反应器、好氧生物反应器之间的管路设置有第二污水泵；其中一个隔间作为操作间，缺氧生物反应器底部设置有水力搅拌管路，水力搅拌管路连接第一污水泵；好氧生物反应器底部设置有微孔曝气设备，微孔曝气设备通过空气管路连接鼓风机，好氧生物反应器下部通过管路连接污泥池，好氧生物反应器上部通过管路连接膜生物反应器的进水口；膜生物反应器的出口通过管路连接第一清水泵，第一清水泵通过管路连接清水池，清水池通过管路连接第二清水泵。
2.如权利要求1所述的模块式一体化污水处理设备，其特征在于，好氧生物反应器、缺氧生物反应器之间连接有污泥回流管路，污泥回流管路设置有污泥回流泵。
3.如权利要求1所述的模块式一体化污水处理设备，其特征在于，微孔曝气设备包括：连接支管、喷头，多个喷头通过连接支管相连接，多个连接支管分别连接在空气管路上，喷头设置有多个通孔。
4.如权利要求1所述的模块式一体化污水处理设备，其特征在于，膜生物反应器在反应器外壳内部安装有多个膜组件单体，膜组件单体的生物膜选用聚四氟乙烯；反应器外壳下部设置有活性污泥池，多个膜组件单体两端分别连接管路。
5.如权利要求1所述的模块式一体化污水处理设备，其特征在于，调节池、污泥池、清水池之间通过隔墙分隔；调节池、污泥池之间的隔墙上部设置有开口，开口连通调节池、污泥池；调节池外侧设置有进水格栅井，进水格栅井设置有污水输入管，调节池、进水格栅井之间设置有调节池入水口，调节池设置有污水输出管，污水输出管连接第一污水泵；污泥池设置有污泥输入管、排污管，污泥输入管连接好氧生物反应器；清水池设置有第一清水管、第二清水管，第二清水管连接第一清水泵，第一清水管连接第二清水泵。
6.如权利要求5所述的模块式一体化污水处理设备，其特征在于，调节池、污泥池、清水池上部设置有台基，一体化设备固定在台基的上部；污泥池顶部设置有第一检查井、第二检查井，第一检查井的井壁上设置有第一爬梯，顶部设置有第一井盖，第一井盖上部设置有第一线缆管；第二检查井的井壁上设置有第二爬梯，顶部设置有第二井盖，第二井盖上部设置有第二线缆管；清水池顶部设置有第三检查井，第三检查井的井壁上设置有第三爬梯，顶部设置有第三井盖；进水格栅井的井壁上设置有第四爬梯，顶部设置有第四井盖，底部倾斜设置有格栅；调节池设置有污水排气管，污泥池设置有污泥池排气管、物料添加管路；清水池、调节池之间的隔墙的上部设置有回流口，回流口连接调节池。
7.如权利要求1～6任一项所述的模块式一体化污水处理设备的污水处理方法，其特征在于，包括：
污水从污水输入管进入调节池，污水通过第一污水泵送入缺氧生物反应器，污水在缺氧生物反应器中进行厌氧反应处理，释放污水中磷，使污水中生化需氧量BOD5浓度下降；
厌氧反应处理后的污水经第二污水泵送入好氧生物反应器，污水在好氧生物反应器中进行好氧生化处理；污水中污泥通过管路送入污泥池3，通过污泥吸附沉降来去除磷；
好氧生化处理后的上层污水通过第一清水泵抽吸到膜生物反应器，膜生物反应器对上层污水进行过滤，过滤后形成中水送入清水池。
8.如权利要求7所述的模块式一体化污水处理设备的污水处理方法，其特征在于，缺氧生物反应器中，对污水进行兼氧生化处理，将高分子的有机物转变为低分子的有机物；释放污水中磷，使污水中P的浓度升高；溶解性有机物被微生物细胞吸收而使污水中BOD5浓度下降在缺氧生物反应器中，反硝化菌利用污水中的有机物作碳源，将NO3-N和NO2-N还原成N2释放至空气；缺氧生物反应器中，溶解氧含量0-0.5mg/L，温度为35℃～45℃，pH值在6.5～7.5之间。
9.如权利要求7所述的模块式一体化污水处理设备的污水处理方法，其特征在于，水力搅拌管路对缺氧生物反应器底部的污水和沉淀进行混合，混合后的污水进入好氧生物反应器进行好氧生化处理，好氧生化处理溶解氧控制在2.0-4.0mg/L，好氧生化处理温度为30℃～35℃，pH值在7.5～8.5之间；膜生物反应器采用生物膜法对上层污水进行过滤，采用生物膜法的污泥浓度一般在6-8g/L。
10.如权利要求9所述的模块式一体化污水处理设备的污水处理方法，其特征在于，好氧生物反应器出现污泥膨胀时，加大曝气量，及时排泥，加大回流污泥量。
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