CN115353206B - 生化反应设备及污水处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及污水生化处理技术领域，提供一种生化反应设备及污水处理方法，包括缺氧区、好氧区、膜过滤池、排泥组件、产水管路、清水箱及反洗泵；膜过滤池设置在好氧区内，且与好氧区的底部密封连接，膜过滤池将好氧区分隔形成第一好氧区和第二好氧区，膜过滤池内设置有膜过滤组件与膜擦洗曝气装置；反洗泵的进口连通于清水箱，反洗泵的出口连通于产水管路。通过反洗泵定期对膜过滤组件进行清洗，可以降低膜过滤组件的过滤阻力，提升了生化反应设备的产水能力。

Description

生化反应设备及污水处理方法

技术领域

本发明涉及污水生化处理技术领域，特别是涉及一种生化反应设备及污水处理方法。

背景技术

膜生物反应器（Membrane bioreactor，简称MBR）是一种膜分离技术与生物处理技术相结合的新型态废水处理系统。以膜过滤组件取代传统生物处理技术末端的二沉池，主要利用膜分离设备截留混合液中的活性污泥与大分子有机物，活性污泥浓度因此大大提高，水力停留时间(Hydraulic Retention Time，简称HRT)和污泥停留时间(SludgeRetention Time，SRT)可以分别控制，而难降解的物质在反应器中不断被水解最终被生物降解。膜生物反应器系统内混合液悬浮固体浓度（Mixed liquor suspended solids，MLSS）可提升至8000~10000mg/L，甚至更高，且污泥停留时间SRT可延长至30天以上。相关技术中，随着膜过滤组件的过滤产水，膜过滤组件的过滤阻力会逐渐增加，导致膜过滤组件的过滤产水能力下降。

发明内容

本发明旨在至少解决相关技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种生化反应设备，通过反洗泵定期对膜过滤组件进行清洗，可以降低膜过滤组件的过滤阻力，提升了生化反应设备的产水能力。

本发明还提出了一种生化反应设备的污水处理方法。

根据本发明第一方面实施例提供的生化反应设备，包括：

至少一个缺氧区，所述缺氧区设置有用于接收污水的进水管路，所述缺氧区的末端的底部设置有第一流出过水孔；

至少一个好氧区，所述好氧区内设置有曝气装置；

至少一个膜过滤池，所述膜过滤池设置在所述好氧区内，且与所述好氧区的底部密封连接，所述膜过滤池将所述好氧区分隔形成第一好氧区和第二好氧区，所述第一好氧区的首端连通于所述第一流出过水孔，所述第一好氧区的末端连通于所述第二好氧区的首端，所述第二好氧区的末端通过第二流出过水孔连通于所述缺氧区的首端；所述第一好氧区的首端或者所述第二好氧区的末端设置有第一过流通道，所述第一过流通道内设置有气提装置；

其中，所述膜过滤池朝向所述第二好氧区的一侧的底部形成有第三流出过水孔，所述膜过滤池朝向所述第一好氧区的一侧的顶部形成有第四流出过水孔，所述膜过滤池内设置有至少一个膜过滤组件，所述膜过滤组件的底部设有膜擦洗曝气装置；

清水箱，用于存储过滤分离的清水；

至少一个产水管路，连通于所述膜过滤组件以及所述清水箱，且所述清水箱与所述产水管路之间设置有产水泵；

至少一个反洗泵，所述反洗泵的进口连通于清水箱，所述反洗泵的出口连通于所述产水管路；

至少一个排泥组件，连通于所述好氧区和/或所述膜过滤池。

根据本发明的一个实施例，还包括：

设备间，所述设备间与所述清水箱同侧设置，用于放置所述产水泵、所述反洗泵、所述曝气装置的供气风机以及电控系统。

根据本发明的一个实施例，所述清水箱顶部设置有溢流口，所述溢流口通过出水管路连通于所述清水箱一侧的排出设备。

根据本发明的一个实施例，所述膜过滤池包括并列设置的第一隔墙和第二隔墙，所述第一隔墙和所述第二隔墙的底部连接于所述好氧区的底部，所述膜过滤组件和所述膜擦洗曝气装置设置于所述第一隔墙和所述第二隔墙之间；

所述第一隔墙的底部形成有所述第三流出过水孔，所述第二隔墙的顶部形成有所述第四流出过水孔。

根据本发明的一个实施例，所述第一隔墙靠近所述第二好氧区的一侧设置有第三隔墙，所述第三隔墙和所述第一隔墙之间具有间隔，且所述第三隔墙的顶部形成有第五流出过水孔；

或者，所述第一隔墙靠近所述第二好氧区的一侧设置有第二过流通道，所述第二过流通道连通于所述第三流出过水孔。

根据本发明的一个实施例，所述膜过滤池的一端设置有隔板，所述隔板用于延长所述第一好氧区和所述第二好氧区的流动路径。

根据本发明第二方面实施例提供的生化反应设备的污水处理方法，包括：

将污水通入缺氧区，所述污水与来自第二好氧区的末端的硝化污泥混合液充分混合，发生反硝化脱氮除碳反应，并得到反硝化污泥混合液；

将所述反硝化污泥混合液通入好氧区发生好氧吸磷反应、好氧除碳和硝化反应，得到硝化污泥混合液；

一部分所述硝化污泥混合液通过所述第二好氧区的末端进入所述缺氧区的首端进行循环，另一部分所述硝化污泥混合液通过第三流出过水孔进入膜过滤池进行膜过滤以实现泥水分离；

经膜过滤组件过滤分离的清水通过产水管路流出，经膜过滤组件过滤分离后的浓缩硝化污泥混合液的一部分排出，另一部分通过第四流出过水孔沿程回流至第一好氧区，并随着所述反硝化污泥混合液在所述好氧区内进行循环；

累计产水预设时长后，通过产水管路向所述膜过滤组件内通入清水，以实现膜过滤组件的反洗。

根据本发明的一个实施例，所述累计产水预设时长后，通过产水管路向所述膜过滤组件内通入清水，以实现膜过滤组件的反洗的步骤，还包括：

向清水箱或者产水管路内放入清洗药剂，以增加反洗效果。

根据本发明的一个实施例，所述膜过滤池内的污泥浓度控制在3g/L~15g/L。

根据本发明的一个实施例，由所述好氧区流入所述缺氧区的循环比大于等于300%，由所述膜过滤池回流至所述第一好氧区的循环比大于等于200%。

本发明中的上述一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果之一：

根据本发明第一方面实施例提供的生化反应设备，包括：至少一个缺氧区、至少一个好氧区、至少一个膜过滤池、至少一个排泥组件、至少一个产水管路、至少一个反洗泵以及清水箱；缺氧区设置有用于接收污水的进水管路，缺氧区的末端的底部设置有第一流出过水孔；好氧区内设置有曝气装置，用于增加混合液的溶解氧浓度；膜过滤池设置在好氧区内，且与好氧区的底部密封连接，膜过滤池将好氧区分隔形成第一好氧区和第二好氧区，第一好氧区的首端连通于第一流出过水孔，第一好氧区的末端连通于第二好氧区的首端，第二好氧区的末端通过第二流出过水孔连通于缺氧区的首端；第一好氧区的首端或者第二好氧区的末端设置有第一过流通道，第一过流通道内设置有气提装置；其中，膜过滤池朝向第二好氧区的一侧的底部形成有第三流出过水孔，膜过滤池朝向第一好氧区的一侧的顶部形成有第四流出过水孔，膜过滤池内设置有膜过滤组件，膜过滤组件的底部设有膜擦洗曝气装置；排泥组件连通于好氧区和/或膜过滤池，产水管路连通于膜过滤组件，用于排出过滤分离的清水；清水箱用于存储过滤分离的清水，反洗泵的进口连通于清水箱，反洗泵的出口连通于产水管路，反洗泵可以将清水箱内的清水通向膜过滤组件以实现反洗。将膜过滤池设置在好氧区内，将好氧区分隔形成第一好氧区和第二好氧区，充分利用膜过滤池内膜擦洗曝气强度远高于好氧区生化曝气强度的差异，使得膜过滤池内形成气提效应，能够将膜过滤池内浓缩后的硝化污泥更大比倍地直接沿程回流到第一好氧区，无需设置独立的回流设施，减少了一套回流设备以及一个控制节点，不仅运营管理更加简单，还可以大大节省了运行能耗。与此同时，通过反洗泵定期对膜过滤组件进行清洗，可以降低膜过滤组件的过滤阻力，提升了生化反应设备的产水能力。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或相关技术中的技术方案，下面将对实施例或相关技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明第一种实施例提供的生化反应设备的示意图；

图2是本发明第一种实施例提供的生化反应设备的A-A剖面图；

图3是本发明第二种实施例提供的生化反应设备的示意图；

图4是本发明第二种实施例提供的生化反应设备的B-B剖面图；

图5是本发明第三种实施例提供的生化反应设备的示意图；

图6是本发明第三种实施例提供的生化反应设备的C-C剖面图；

图7是本发明第四种实施例提供的生化反应设备的示意图；

图8是本发明第四种实施例提供的生化反应设备的D-D剖面图；

图9是本发明提供的生化反应设备的污水处理方法的流程图之一。

附图标记：

1、缺氧区；10、进水管路；11、第一流出过水孔；12、导流板；

2、好氧区；21、曝气装置；22、排泥装置；220、污泥排放管路；23、第一好氧区；24、第二好氧区；25、气提装置；250、第一过流通道；251、第二流出过水孔；3、膜过滤池；30、产水母管；31、膜过滤组件；32、产水管路；33、膜擦洗曝气装置；34、第一隔墙；340、第三流出过水孔；35、第二隔墙；350、第四流出过水孔；36、第三隔墙；37、第二过流通道；38、隔板；

4、设备间；41、供气风机；42、产水泵；43、反洗泵；44、反洗管路；45、电控系统；

5、清水箱；51、出水管路。

具体实施方式

为使发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合发明中的附图，对发明中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于发明保护的范围。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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实施例和简化描述，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实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明实施例的描述中，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，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；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实施例中的具体含义。

在本发明实施例中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明实施例的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

根据本发明第一方面实施例提供的生化反应设备，请参阅图1至图8，包括至少一个缺氧区1、至少一个好氧区2、至少一个膜过滤池3、至少一个产水管路32和至少一个排泥组件（包括排泥装置22和连接于排泥装置22的污泥排放管道220），缺氧区1、好氧区2、膜过滤池3、产水管路32以及排泥组件的数量和规格根据需要设置。

需要说明的是，缺氧区1以及好氧区2（包括第一好氧区23和第二好氧区24）均包括首端和末端；在每个污水处理区的内部，污水或者混合液沿首端流向末端，例如在缺氧区1内，污水沿着缺氧区1的首端向末端流动；在具有先后处理顺序的处理区之间，污水或者混合液沿着上一处理区的末端流向下一处理区的首端，例如混合液沿着缺氧区1的末端流向好氧区2的首端；依次类推，污水或者混合液在生化反应设备内循环流动，流动方向确定。

缺氧区1设置有用于接收污水的进水管路10，进水管路10设置在缺氧区1的首端。污水与来自第二好氧区24的末端的硝化污泥混合液充分混合，发生反硝化脱氮除碳反应，并得到反硝化污泥混合液。

在一些实施例中，缺氧区1内有导流板12，导流板12可以调整缺氧区1内流体的流动路径。

在第一种情况下，导流板12设置在缺氧区1的中部位置，且连接于缺氧区1的一侧的侧壁，缺氧区1内的流体不会从首端直接流动到末端，而是沿着导流板12与缺氧区1不连接的位置流动，形成弯折的流动路径，增加了流动路径的长度，延长了反硝化脱氮除碳反应的时长，提高了生物脱氮的效果。

在第二种情况下，导流板12设置在缺氧区1的中部，且导流板12的两端不与缺氧区1的侧壁连通，缺氧区1内围绕导流板形成环状循环的流动路径，增加了流动路径的长度，延长了反硝化脱氮除碳反应的时长，提高了生物脱氮的效果。

在其它情况下，导流板12的数量为多个，导流板12用以增加流动路径的长度，或者形成折流效果，延长了混合液的混合以及反应的时长。

在一些实施例中，缺氧区1内设有搅拌装置，搅拌装置可以增加混合液的混合效果，搅拌装置包括潜水搅拌器和气体搅拌器中的至少一个，可以是多种搅拌器以及多个搅拌器的组合。

缺氧区1的末端的底部设置有第一流出过水孔11，缺氧区1的末端通过第一流出过水孔11连通于好氧区2的首端，好氧区2的末端设置有第二流出过水孔251，好氧区2的末端通过第二流出过水孔251连通于缺氧区1的首端。

缺氧区1内生成的反硝化污泥混合液通入到好氧区2内，在好氧区2内发生好氧吸磷反应、好氧除碳和硝化反应，得到硝化污泥混合液。

好氧区2内设置有曝气装置21，曝气装置21通过管路连通于供气风机41，通过控制供气风机41和曝气装置21的通气量，可以调整好氧区2内的溶解氧含量。

膜过滤池3设置在好氧区2内，且与好氧区2的底部密封连接，膜过滤池3将好氧区2分隔形成第一好氧区23和第二好氧区24，第一好氧区23的首端连通于第一流出过水孔11，第一好氧区23的末端连通于第二好氧区24的首端，第二好氧区24的末端通过第二流出过水孔251连通于缺氧区1的首端。

在第一好氧区23的首端或者第二好氧区24的末端设置有第一过流通道250，第一过流通道250连通于第一流出过水孔11或者连通于第二流出过水孔251，第一过流通道250内设置有气提装置25，用于实现缺氧区1和好氧区2内混合液的循环流动。

第一好氧区23和第二好氧区24形成U形结构，第一好氧区23的末端和第二好氧区24的首端连通，不会阻挡好氧区2内混合溶液以及硝化污泥混合液的流动。

在好氧区2内，通过曝气装置21提升混合液的含氧量，反硝化污泥混合液发生好氧吸磷反应、好氧除碳和硝化反应，最终得到硝化污泥混合液，硝化污泥混合液中含有气体、液体以及污泥等，需要分离出气体、清水以及硝化污泥，其中清水和部分硝化污泥排出，另一部分硝化污泥再次进入缺氧区1的首端进入下一循环。

其中，膜过滤池3朝向第二好氧区24的一侧的底部形成有第三流出过水孔340，膜过滤池3朝向第一好氧区23的一侧的顶部形成有第四流出过水孔350，膜过滤池3内设置有膜过滤组件31，膜过滤组件31的底部设有膜擦洗曝气装置33，膜过滤组件31包括滤膜以及用于固定滤膜的膜架等。

排泥组件连通于好氧区2和/或膜过滤池3，用于排出浓缩的硝化污泥混合液。产水管路32连通于膜过滤组件31，用于排出膜过滤组件31过滤分离的清水。

可以理解的是，好氧区2内的一部分硝化污泥混合液通过第二好氧区24的末端进入缺氧区1的首端进行循环，另一部分硝化污泥混合液通过第三流出过水孔340进入膜过滤池3内进行膜过滤以实现泥水分离。

经膜过滤分离后的清水沿着产水管路32排出，多个产水管路32连通于产水母管30，清水汇集至产水母管30之后再排出。经膜过滤分离后的浓缩硝化污泥混合液的一部分排出，另一部分通过第四流出过水孔350沿程回流至第一好氧区23，并随着反硝化污泥混合液在好氧区2内进行循环。

生化反应设备还包括至少一个产水泵42、至少一个反洗泵43以及清水箱5。产水管路32连通于膜过滤组件31以及清水箱5，且在清水箱5和产水管路32之间设置有产水泵42。膜过滤组件31过滤分离的清水在产水泵42的作用下进入清水箱5，并存储在清水箱5内。

反洗泵43的进口连通于清水箱5，反洗泵43的出口连通于产水管路32，可以将清水箱5内的清水通向膜过滤组件31，以实现膜过滤组件31的清洗。通过反洗泵43定期对膜过滤组件31进行清洗，可以降低膜过滤组件31的过滤阻力，提升了生化反应设备的产水能力。

在一些实施例中，反洗泵43的出口连通于产水母管30，产水泵42和反洗泵43共用一段产水母管30，可以使生化反应设备的结构更加简单。

根据本发明实施例提供生化反应设备，具有以下有益效果：

第一方面，与相关技术相比，将膜过滤池3置于好氧区2内，并充分利用膜过滤池3对好氧区2进行分隔，优化了好氧区2内流体的流动路径，不仅避免了短流现象，还可以实现一体化结构，使得污水厂布置更紧凑，更有利于节省占地；其次，由于采用一体化池型结构，有利于降低工艺流程过程中高程设置，甚至无需各功能分区出现明显的高差设计，这方便使用更为高效的回流方法，比如气提装置、轴流泵等，有利于降低回流能耗；最后，由于使用高效率的回流方法，可以突破能耗效益的限制实现更高的回流比，不仅能够提高整个生化池的平均污泥浓度，进一步提升单位池容的处理效率，还可以明显提升生化反应设备全流程的脱氮功效。

第二方面，从运行能耗方面来看，膜过滤池3无需采用独立的污泥回流装置将膜过滤组件31分离的浓缩污泥回流到好氧区2，而是充分利用膜过滤池3内膜擦洗曝气强度远高于好氧区2内生化曝气强度所形成的气提效应，将浓缩硝化污泥混合液直接沿程回流到第一好氧区23进行循环处理，从而减少了一套回流设备以及一个控制节点，不仅使得运营管理更加简单，而且明显降低了回流能耗；而且此回流比很容易做到500%以上，其带来的好处不仅仅是提高了整个生化池内的平均污泥浓度，还有利于增加膜过滤组件31表面错流流速，从而可以减少膜过滤组件31的擦洗风量，降低膜过滤组件31的擦洗能耗；此外，由于膜过滤池3内较高的曝气强度一般都会使得膜过滤池3内含有较高的溶解氧，较高的回流比可以将更多膜过滤池3内的溶解氧回流到好氧区2进行重复利用，从而有利于减少好氧区2的生化曝气风量，降低了好氧区2的生化曝气能耗。

第三方面，较大的膜过滤池3至好氧区2的回流比，提高了膜过滤组件31表面的错流流速，不仅能够显著提高膜过滤组件31的分离功效，提高膜过滤组件31的过水通量，降低膜过滤组件31的污堵风险，从而提高膜过滤组件31分离功效的稳定性，并能够大大延长膜过滤组件31的清洗周期和使用寿命；而且还可以选择控制更高的膜过滤池3内污泥浓度，来进一步提升生化池的单位池容的处理效率。

第四方面，好氧区2的分区设置，可以根据实际需要灵活控制不同好氧区2的溶解氧浓度，例如第一好氧区23末端的溶解氧可以控制在4.0mg/L以上，来提高第一好氧区23的好氧生化反应速率，第二好氧区24的末端的溶解氧可以控制在2.0mg/L以下，可以防止回流硝化液中较高的溶解氧冲击缺氧区2的反硝化功能以及造成碳源的浪费。而且结合高污泥浓度的特点，可以大大提高采用溶解氧和/或氧化还原电位控制策略的灵敏度。

第五方面，生化反应设备整体采用一体化结构，生化反应设备及控制系统都集成在一体化污水处理装置内，集成度高，运输方便，并且能耗低，出水优，与小水量的使用场景契合度高。

第六方面，通过反洗泵定期对膜过滤组件进行清洗，可以降低膜过滤组件的过滤阻力，提升了生化反应设备的产水能力。

根据本发明的一个实施例，膜过滤池3包括并列设置的第一隔墙34和第二隔墙35，第一隔墙34和第二隔墙35的底部连接于好氧区2的底部，膜过滤组件31和膜擦洗曝气装置33设置于第一隔墙34和第二隔墙35之间。第一隔墙34的底部形成有第三流出过水孔340，第二隔墙35的顶部形成有第四流出过水孔350。

可以理解的是，第一隔墙34位于靠近第二好氧区24的一侧，第一隔墙34底部设有至少一个第三流出过水孔340，第一隔墙34顶部高于膜过滤池3的池内液位。第二隔墙35位于靠近第一好氧区23的一侧，第二隔墙35底部与好氧区2的底部密封连接，第二隔墙35的顶部设有至少一个第四流出过水孔350，且第四流出过水孔350的孔顶标高低于膜过滤池3的池内液位。第一隔墙34和第二隔墙35的尺寸根据需要设置，且第一隔墙34和第二隔墙35的两端封闭。

根据本发明的一个实施例，请参阅图6，第一隔墙34靠近第二好氧区24的一侧设置有第三隔墙36，第三隔墙36和第一隔墙34之间具有间隔，且第三隔墙36的顶部形成有第五流出过水孔。

可以理解的是，第三隔墙36和第一隔墙34之间形成有过流通道，可以允许第二好氧区24内的硝化污泥混合液通过第五流出过水孔进入第三流出过水孔340，且第三隔墙36将膜过滤池3和第二好氧区24的大部分隔离开，避免了添加物质或者混合液之间的相互干扰，有利于膜过滤池3的化学清洗。

在其它实施例中，请参阅图8，第一隔墙34靠近第二好氧区24的一侧设置有第二过流通道37，第二过流通道37连通于第三流出过水孔340。

可以理解的是，第二过流通道37可以是多根污水管道，管道的进口远离第三流出过水孔340，可以避免膜过滤池3和第二好氧区24内添加物质或者混合液之间的相互干扰，方便了膜过滤组件31的清洗。

根据本发明的一个实施例，膜过滤池3的规格可以调整，膜过滤池3内可以放置一个或者多个膜过滤组件31。在膜过滤池3的尺寸较小时，可以在膜过滤池3的一端设置隔板38，隔板38将好氧区2分隔形成U型结构，可以延长第一好氧区23和第二好氧区24的流动路径，尽可能延长污水在设备内的实际停留时间，避免出现短路现象。

在一些实施例中，清水箱5的顶部设置有溢流口，溢流口通过出水管路51连通于清水箱5一侧的排出设备。清水箱5内的清水蓄满时，清水沿着溢流口排出。

可以理解的是，清水箱5不仅有利于清水的存储，还可以在反洗过程中再次利用该清水，有利于节约水资源。

在一些实施例中，生化反应设备还包括设备间4，设备间4与清水箱5同侧设置，可以节省生化反应设备的体积。设备间4内用于放置产水泵42、反洗泵43、曝气装置21的供气风机41、电控系统45等，可以将各种电控设备集成在设备间4内，集成度较高，有利于减小生化反应设备的体积。

在一些实施例中，电控系统45电连接于产水泵42、反洗泵43、曝气装置21的供气风机41以及仪表，电控系统45内置自控程序，可实现所有电气设备的自动与手动运行控制、自动产水以及自动反洗等一系列多设备连锁运行控制。

在一些实施例中，供气风机41包括干式风机或者沉水风机中的至少一个，干式风机可采用罗茨风机、回转风机、高压离心风机等。使用沉水风机时，沉水风机可设置在缺氧区1或好氧区2内。

在一些实施例中，膜过滤组件31包括中空纤维膜、平板膜、卷式膜以及陶瓷膜中的至少一种。

根据本发明第二方面实施例提供的生化反应设备的污水处理方法，请参阅图9，包括：

S200、将污水通入缺氧区，污水与来自第二好氧区的末端的硝化污泥混合液充分混合，发生反硝化脱氮除碳反应，并得到反硝化污泥混合液。

S210、将反硝化污泥混合液通入好氧区发生好氧吸磷反应、好氧除碳和硝化反应，得到硝化污泥混合液。

S220、一部分硝化污泥混合液通过第二好氧区的末端进入缺氧区的首端进行循环，另一部分硝化污泥混合液通过第三流出过水孔进入膜过滤池进行膜过滤以实现泥水分离。

S230、经膜过滤组件过滤分离的清水通过产水管路流出，经膜过滤组件过滤分离后的浓缩硝化污泥混合液的一部分排出，另一部分通过第四流出过水孔沿程回流至第一好氧区，并随着反硝化污泥混合液在好氧区内进行循环。

S240、累计产水预设时长后，通过产水管路向膜过滤组件内通入清水，以实现膜过滤组件的反洗。

根据本发明实施例提供的生化反应设备的污水处理方法，至少具有以下优点：

第一方面，将膜过滤池3置于好氧区2内，并充分利用膜过滤池3对好氧区2进行分隔，优化了好氧区2内流体的流动路径，不仅避免了短流现象，还可以实现一体化结构，使得污水厂布置更紧凑，更有利于节省占地；其次，由于采用一体化池型结构，有利于降低工艺流程过程中高程设置，甚至无需各功能分区出现明显的高差设计，这方便使用更为高效的回流方法，比如气提装置、轴流泵等，有利于降低回流能耗；最后，由于使用高效率的回流方法，可以突破能耗效益的限制实现更高的回流比，不仅能够提高整个生化池的平均污泥浓度，进一步提升单位池容的处理效率，还可以明显提升生化反应设备全流程的脱氮功效。

第二方面，从运行能耗方面来看，膜过滤池3无需采用独立的污泥回流装置将膜过滤组件31分离的浓缩污泥回流到好氧区2，而是充分利用膜过滤池3内膜擦洗曝气强度远高于好氧区2内生化曝气强度所形成的气提效应，将浓缩硝化污泥混合液直接沿程回流到第一好氧区23进行循环处理，从而减少了一套回流设备以及一个控制节点，不仅使得运营管理更加简单，而且明显降低了回流能耗；而且此回流比很容易做到500%以上，其带来的好处不仅仅是提高了整个生化池内的平均污泥浓度，还有利于增加膜过滤组件31表面错流流速，从而可以减少膜过滤组件31的擦洗风量，降低膜过滤组件31的擦洗能耗；此外，由于膜过滤池3内较高的曝气强度一般都会使得膜过滤池3内含有较高的溶解氧，较高的回流比可以将更多膜过滤池3内的溶解氧回流到好氧区2进行重复利用，从而有利于减少好氧区2的生化曝气风量，降低了好氧区2的生化曝气能耗。

第三方面，较大的膜过滤池3至好氧区2的回流比，提高了膜过滤组件31表面的错流流速，不仅能够显著提高膜过滤组件31的分离功效，提高膜过滤组件31的过水通量，降低膜过滤组件31的污堵风险，从而提高膜过滤组件31分离功效的稳定性，并能够大大延长膜过滤组件31的清洗周期和使用寿命；而且还可以选择控制更高的膜过滤池3内污泥浓度，来进一步提升生化池的单位池容的处理效率。

第四方面，好氧区2的分区设置，可以根据实际需要灵活控制不同好氧区2的溶解氧浓度，例如第一好氧区23末端的溶解氧可以控制在4.0mg/L以上，来提高第一好氧区23的好氧生化反应速率，第二好氧区24的末端的溶解氧可以控制在2.0mg/L以下，防止回流硝化液较高的溶解氧冲击缺氧区2的反硝化功能和碳源的浪费。而且结合高污泥浓度的特点，可以大大提高采用溶解氧和/或氧化还原电位控制策略的灵敏度。

第五方面，生化反应设备整体采用一体化结构，生化反应设备及控制系统都集成在一体化污水处理装置内，集成度高，运输方便，并且能耗低，出水优，与小水量的使用场景契合度高。

第六方面，每经过预设时长后，可以对膜过滤组件进行反向清洗，可以去除膜过滤组件上粘附的杂物，可以提升生化反应设备的过滤能力，提升产水能力。

根据本发明的一个实施例，累计产水预设时长后，通过产水管路向膜过滤组件内通入清水，以实现膜过滤组件的反洗的步骤，还包括：

S241、向清水箱或者产水管路内放入清洗药剂，以增加反洗效果。

可以理解的是，清洗药剂包括但不限于次氯酸钠、柠檬酸等，可以用来加强反洗效果。在清水箱和产水管路内放入清洗药剂，反洗泵抽水时，可以将清洗药剂通入膜过滤组件，高速流动的清洗药剂具有更好的反洗效果。

根据本发明的一个实施例，膜过滤池3内的污泥浓度控制在3g/L~15g/L。

可以理解的是，提高膜过滤池3内的污泥浓度，可以提升单位池容的处理效率，还可以明显提升生化反应设备全流程的脱氮功效。

在一些实施例中，由好氧区流入缺氧区的循环比大于等于300%，由膜过滤池回流至第一好氧区的循环比大于等于200%。

可以理解的是，控制好氧区2流入缺氧区1的循环比以及膜过滤池3至第一好氧区23的循环比，可以对好氧除碳、硝化反应和反硝化反应进行控制，调整回流比以及循环比，有助于提升生物脱氮的效果。

综上所述，根据本发明实施例提供的生化反应设备及污水处理方法，具有以下优点：

1、一体化结构，结构简单，不仅有利于节省占地，还节省了反应器的高程损失，有利于节能设计；

2、膜过滤池的结构设计与布置方式，能够在不增加回流设施的前提下实现膜过滤池至好氧区的大比倍回流，减少一套回流系统和一个控制点，不仅减少了运行管理单元，还能够显著此回流的运行能耗；

3、膜过滤池至好氧区更大比倍的回流，有利于提高整个好氧区的平均污泥浓度，从而进一步提高整个生化池的平均污泥浓度，进一步提升单位池容的处理效率，进而进一步节省空间，并降低生产成本；

4、膜过滤池至好氧区更大比倍的回流，有利于增加膜过滤组件表面的错流流速，可以减少膜过滤组件的擦洗风量，显著降低了膜过滤组件的擦洗能耗；

5、膜过滤池至好氧区更大比倍的回流，可以将膜过滤池内更多的浓缩硝化污泥混合液富含的溶解氧回流到好氧池进行重复利用，从而有利于减少好氧区的生化曝气风量，降低好氧区的生化曝气能耗；

6、膜过滤池至好氧区更大比倍的回流，提高膜过滤组件表面的错流流速的同时，不仅能够显著提高膜过滤组件的分离功效，提高膜过滤组件的过水通量，降低膜过滤组件的污堵风险，从而提高膜过滤组件分离功效的稳定性，并能够大大延长膜过滤组件的清洗周期和使用寿命；

7、膜过滤池至好氧区更大比倍的回流，提高膜过滤组件表面的错流流速的同时，还有利于选择控制更高的膜过滤池内污泥浓度，来进一步提升生化池的单位池容的处理效率；

8、硝化液回流采用气提回流代替传统机械水泵回流，不仅大大降低了硝化液回流能耗，而且实现了低能耗的硝化液大比倍回流，有利于进一步提高缺氧区的污泥浓度，从而加强了缺氧区的生化功能，强化了生化反应设备的脱氮功能；

9、好氧区的分区设置，可以根据实际需要灵活控制不同好氧区的溶解氧浓度，比如最后一个好氧区采用低溶解氧和/或氧化还原电位控制策略，可以减少硝化液回流携氧量对缺氧池反硝化的不利影响；

10、设备设置自动膜过滤组件反洗系统，定期对膜过滤组件进行自动在线清洗，在提高产水效率的同时，进一步加强膜过滤组件的使用使用寿命。

11、将所有工艺设备集成在一体化设备内，安装便捷，运输方面，大大缩减污水站的整体建设周期。

12、通过反洗泵定期对膜过滤组件进行清洗，可以降低膜过滤组件的过滤阻力，提升了生化反应设备的产水能力。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种生化反应设备，其特征在于，包括：

至少一个缺氧区，所述缺氧区设置有用于接收污水的进水管路，所述缺氧区的末端的底部设置有第一流出过水孔；

至少一个好氧区，所述好氧区内设置有曝气装置；

至少一个膜过滤池，所述膜过滤池设置在所述好氧区内，且与所述好氧区的底部密封连接，所述膜过滤池将所述好氧区分隔形成第一好氧区和第二好氧区，所述第一好氧区的首端连通于所述第一流出过水孔，所述第一好氧区的末端连通于所述第二好氧区的首端，所述第二好氧区的末端通过第二流出过水孔连通于所述缺氧区的首端；所述第一好氧区的首端或者所述第二好氧区的末端设置有第一过流通道，所述第一过流通道内设置有气提装置；

其中，所述膜过滤池朝向所述第二好氧区的一侧的底部形成有第三流出过水孔，所述膜过滤池朝向所述第一好氧区的一侧的顶部形成有第四流出过水孔，所述膜过滤池内设置有至少一个膜过滤组件，所述膜过滤组件的底部设有膜擦洗曝气装置，所述膜过滤池内的膜擦洗曝气强度远高于所述好氧区内的生化曝气强度，使得所述膜过滤池内形成气提效应，能够将所述膜过滤池内浓缩后的硝化污泥直接沿程回流到所述第一好氧区，无需设置独立的回流设施；所述膜过滤池包括并列设置的第一隔墙和第二隔墙，所述第一隔墙和所述第二隔墙的底部连接于所述好氧区的底部，所述膜过滤组件和所述膜擦洗曝气装置设置于所述第一隔墙和所述第二隔墙之间；所述第一隔墙的底部形成有所述第三流出过水孔，所述第二隔墙的顶部形成有所述第四流出过水孔；

清水箱，用于存储过滤分离的清水；

至少一个产水管路，连通于所述膜过滤组件以及所述清水箱，且所述清水箱与所述产水管路之间设置有产水泵；

至少一个反洗泵，所述反洗泵的进口连通于清水箱，所述反洗泵的出口连通于所述产水管路；

至少一个排泥组件，连通于所述好氧区和/或所述膜过滤池。

2.根据权利要求1所述的生化反应设备，其特征在于，还包括：

设备间，所述设备间与所述清水箱同侧设置，用于放置所述产水泵、所述反洗泵、所述曝气装置的供气风机以及电控系统。

3.根据权利要求1所述的生化反应设备，其特征在于，所述清水箱顶部设置有溢流口，所述溢流口通过出水管路连通于所述清水箱一侧的排出设备。

4.根据权利要求1所述的生化反应设备，其特征在于，所述第一隔墙靠近所述第二好氧区的一侧设置有第三隔墙，所述第三隔墙和所述第一隔墙之间具有间隔，且所述第三隔墙的顶部形成有第五流出过水孔；

或者，所述第一隔墙靠近所述第二好氧区的一侧设置有第二过流通道，所述第二过流通道连通于所述第三流出过水孔。

5.根据权利要求1至3任一项所述的生化反应设备，其特征在于，所述膜过滤池的一端设置有隔板，所述隔板用于延长所述第一好氧区和所述第二好氧区的流动路径。

6.一种如权利要求1至5任一项所述的生化反应设备的污水处理方法，其特征在于，包括：

将污水通入缺氧区，所述污水与来自第二好氧区的末端的硝化污泥混合液充分混合，发生反硝化脱氮除碳反应，并得到反硝化污泥混合液；

将所述反硝化污泥混合液通入好氧区发生好氧吸磷反应、好氧除碳和硝化反应，得到硝化污泥混合液；

一部分所述硝化污泥混合液通过所述第二好氧区的末端进入所述缺氧区的首端进行循环，另一部分所述硝化污泥混合液通过第三流出过水孔进入膜过滤池进行膜过滤以实现泥水分离；

经膜过滤组件过滤分离的清水通过产水管路流出，经膜过滤组件过滤分离后的浓缩硝化污泥混合液的一部分排出，另一部分通过第四流出过水孔沿程回流至第一好氧区，并随着所述反硝化污泥混合液在所述好氧区内进行循环；

累计产水预设时长后，通过产水管路向所述膜过滤组件内通入清水，以实现膜过滤组件的反洗。

7.根据权利要求6所述的生化反应设备的污水处理方法，其特征在于，所述累计产水预设时长后，通过产水管路向所述膜过滤组件内通入清水，以实现膜过滤组件的反洗的步骤，还包括：

向清水箱或者产水管路内放入清洗药剂，以增加反洗效果。

8.根据权利要求6所述的生化反应设备的污水处理方法，其特征在于，所述膜过滤池内的污泥浓度控制在3g/L~15g/L。

9.根据权利要求6所述的生化反应设备的污水处理方法，其特征在于，由所述好氧区流入所述缺氧区的循环比大于等于300%，由所述膜过滤池回流至所述第一好氧区的循环比大于等于200%。

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