CN115818825A - 一种适用于农村生活污水处理的一体化高效生物膜反应系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于农村生活污水处理的一体化高效生物膜反应系统，包括一体化处理反应器，包括好氧生化反应区和生物膜分离区，由隔板或格墙进行间隔；一体化处理反应器顶部设控制器，底部设氨氮测试仪；好氧生化反应区和生物膜分离区内均填充悬浮生物膜载体；好氧生化反应区设置有进水配水装置，进水配水装置包括进水管，生物膜分离区设置出水配水配置；生物膜分离区设有高液位出水管与低液位出水管，高液位出水管与低液位出水管均与生物膜分离区内的生物膜载体拦截筛网连接等。本发明适用于农村生活污水中有机物与氮的同步去除，同时可通过反应条件的自动控制调节生物处理的效果，达到农村生活污水处理标准要求。

Description

一种适用于农村生活污水处理的一体化高效生物膜反应系统

技术领域

本发明涉及污水处理技术领域，具体地说，涉及一种适用于农村生活污水处理的一体化高效生物膜反应系统。

背景技术

近年来，我国对农村生活污水治理在内的环境综合整治高度重视，但实际上我国大部分农村地区仍无完善的排水系统，尤其是经济欠发达的地区，污水处理设施建设仍相对落后。由于我国对农村污水处理技术的研究少、起步较晚，适用于农村污水处理的技术体系尚未建立；绝大部分农村区域经济水平较低，普遍存在“建设得起、运行不起”的现象；农村污水处理普遍存在管理人员专业素质低、管理体制不健全、水质检测手段缺乏、运行管理经验不足问题。因此，从技术、经济、管理等多角度出发，亟需适合农村污水特点的简便实用经济高效的污水处理技术支撑我国农村生活污水处理的客观需求。

目前，虽然以活性污泥法、生物膜法为核心的污水生物处理技术日趋成熟并成为大型城镇生活污水处理的主流技术，但其普遍存在基建投资与运行成本高、工艺过程复杂、管理要求高等问题，由此决定了农村生活污水处理无法简单照抄现有城镇污水处理的技术方法。同时，农村生活污水具有水质、水量、水温波动大等显著特点，不仅直接影响污水处理系统的效率与稳定性，并由此导致污水处理工程建设投资与运行成本高。因此，在保证达到农村污水处理排放标准的前提下，提高污水处理技术对水质、水量与水温变化的适用性，同时降低建设投资与运行成本及操作管理的复杂性，将成为农村生活污水处理技术应用的关键。

发明内容

本发明针对农村生活污水处理技术需求，提出利用生物膜进行有机物降解与同步硝化反硝化脱氮及泥水分离为一体化的农村生活污水处理的系统，通过反应条件的自动控制调节生物处理的效果，达到污水除碳脱氮处理的最经济性与稳定性。

本发明的适用于农村生活污水处理的一体化高效生物膜反应系统，采用以下技术方案。

一种适用于农村生活污水处理的一体化高效生物膜反应系统，包括一体化处理反应器，所述一体化处理反应器包括好氧生化反应区和生物膜分离区，所述好氧生化反应区和生物膜分离区是由隔板或格墙进行间隔；

所述好氧生化反应区和生物膜分离区内均填充悬浮生物膜载体；

所述好氧生化反应区设置有进水配水装置，所述生物膜分离区设置出水配置；

所述生物膜分离区设有高液位出水管与低液位出水管，所述高液位出水管与低液位出水管均与生物膜分离区内的柱状拦截筛网连接；

所述一体化处理反应器的池体外的出水管上设开启度可控的闸阀；

所述一体化处理反应器设置有排水管。

所述一体化处理反应器包括固定床与移动床两种运行状态，其中所述固定床与移动床运行状态采用在生物膜分离区设置不同排水高度的排水管道进行液位控制，在排水管道上安装手动或电(气)动阀门，阀门可采用可控开启度的闸阀，阀门口径根据设计最大排水能力确定。

所述好氧生化反应区和生物膜分离区的间隔上下部联通为：在正常运行状态下，通过打开低液位排水阀门，使好氧生化反应区和生物膜分离区内的液位下降至间隔隔板或隔墙上边缘以下，并保证两区域悬浮生物膜载体填充率不小于90％，形成固定床反应条件；在清洗更新状态下，关闭正常排水阀门，打开清洗排水阀门，提高好氧生化反应区和生物膜分离区内的液位，使两反应区上下部保持联通，并保证好氧生化反应区和生物膜分离区内的不大于65％，形成移动床反应条件。

进一步地，所述好氧生化反应区和生物膜分离区间隔后形成方形池体，所述方形池体长宽比为1:1，有效深度为4-10m，好氧生化反应区污水最大竖向流速不高于5m/h。。

进一步地，上述进水配水装置的进水管采用淹没式进水管。

进一步地，所述曝气装置采用单侧布置穿孔管曝气的方式，在靠近进水端一侧的2/3池底部布置穿孔管。

所述曝气装置的最大曝气气水比不大于20。

进一步地，所述曝气装置设置曝气孔，所述曝气孔孔径为2-6mm，曝气孔口通气量为1.60-1.80m³/h，穿孔管安装水平误差不大于5.0mm。

所述好氧生化反应区按以下过程进行曝气调节：当生物膜分离区出水端氨氮浓度高于或等于设定值C1时，则调大曝气量直至溶解氧水平达到并维持在6-8mg/L；当生物膜分离区低于或等于设定值C2时，C2＜C1，则将曝气量逐渐调小直至出水氨氮浓度高于设定值C2且低于设定值C1。

进一步地，所述生物膜分离区内均设置生物膜载体拦截筛网，生物膜载体拦截筛网最大过筛流速不大于60m/h，生物膜载体拦截筛网开孔率不大于60％，筛网孔径为悬浮生物膜载体直径的60％。

进一步地，所述生物膜载体拦截筛网可采用垂直竖式或水平横式圆柱状筛网。

进一步地，所述好氧生化反应区进水端设置在线流量分析仪和在线DO分析仪，用于获取进水流量和反应器内溶解氧数据。

进一步地，所述生物膜分离区出水端设置在线COD分析仪、在线NH₄ ⁺-N分析仪、在线DO分析仪，用于获取出水的COD、氨氮和溶解氧含量。

进一步地，所述好氧生化反应区和生物膜分离区上下联通部为整体联通，上部联通部高度为高液位有效水深的15％，下部联通部高度为高液位有效水深的20％。

上述系统处理污水的运行过程如下所述：

采用连续流运行方式，经过预处理的污水经提升进入好氧生化反应区、生物膜分离区，最后生物膜分离区出水口排出。

该系统由固定床与移动床运行状态交替的集好氧生化反应和生物膜分离为一体化的反应器，原污水直接由顶部进入处于系统前端好氧生化反应区，经好氧反应后由底部进入后端的生物膜分离区，经截留过滤分离后由生物膜分离区上部的出水口排出。在正常运行状态下，两反应区域内的生物膜载体处于高填充率堆积状态，形成在好氧生化反应区内载体表面附着生长的生物膜在好氧生境下进行有机物的好氧降解与氮的同步硝化反硝化，在生物膜分离区内载体及其表面附着生长的生物膜对脱落的生物膜高效截留与进一步生物降解；在清洗更新状态下，两反应区域内的生物膜载体处于低填充率循环流化状态，形成载体表面附着生长的生物膜的快速更新与截留在载体滤床及载体孔隙内的污泥的高效洗脱及其排出。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。

本发明具有以下有益特点：

(1)针对农村生活污水处理排放标准，本发明通过好氧生化反应区、生物膜分离区一体化设置，利用好氧生化反应区内载体表面附着生长的生物膜对有机物的好氧降解与氮的同步硝化反硝化，以及在生物膜分离区的高效截留与过滤，实现对污水中有机物与含氮污染物的生物去除能力，达到农村生活污水除碳脱氮处理的最经济性与稳定性；

(2)反应运行条件可自动控制调节，在水质、水量、水温波动条件下，通过溶解氧控制方式，实现污水处理的稳定运行；

(3)反应器一体化结构，实现了有机物降解与氨氮硝化反硝化的同步进行，为有机物高效去除与系统脱氮创造了有利条件；

(4)解决了水质、水量、水温波动条件下农村生活污水普遍存在适应性差以及稳定运行等问题；

(5)解决了现有以活性污泥与生物膜为主的污水生物处理工艺流程复杂、理论水力停留时间长、运行管理复杂以及建设投资与运行成本高等问题。

附图说明

图1是本发明适用于农村生活污水处理的一体化高效生物膜反应系统示意图；

图2是本发明适用于农村生活污水处理的一体化高效生物膜反应系统另一示意图。

图中：1.一体化高效生物膜反应器，2.好氧生化反应区，3.生物膜分离区，4.悬浮生物膜载体，5.曝气装置，6.进水管，7.闸阀，8.高液位排水管，9.低液位排水管，10.悬浮生物膜载体拦截筛网，11间隔隔板或格墙，12.氨氮测定仪，13.控制器。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置的例子。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

实施例1：

一种适用于农村生活污水处理的一体化高效生物膜反应系统，包括一体化处理反应器1，所述一体化处理反应器1包括好氧生化反应区2和生物膜分离区3，所述好氧生化反应区2和生物膜分离区3是由隔板或格墙11进行间隔；

所述一体化处理反应器顶部设置控制器13，底部设置氨氮测试仪12；

所述好氧生化反应区和生物膜分离区内均填充悬浮生物膜载体4；

所述好氧生化反应区设置有进水配水装置，所述进水配水装置包括进水管6，所述生物膜分离区设置出水配水配置；

所述生物膜分离区设有高液位出水管8与低液位出水管9，所述高液位出水管8与低液位出水管9均与生物膜分离区内的生物膜载体拦截筛网10连接；

所述一体化处理反应器1的池体外的出水管上设开启度可控的闸阀7；

所述好氧生化反应区内设置有曝气装置5。

在正常运行状态下，通过打开低液位排水阀门，使好氧生化反应区和生物膜分离区内的液位下降至间隔隔板或隔墙上边缘以下，并保证两区域悬浮生物膜载体填充率不小于90％，形成固定床反应条件；在清洗更新状态下，关闭正常排水阀门，打开清洗排水阀门，提高好氧生化反应区和生物膜分离区内的液位，使两反应区上下部保持联通，并保证好氧生化反应区和生物膜分离区内的不大于65％，形成移动床反应条件。

实施例2：

如图1-2所示，本发明适用于农村生活污水处理的一体化高效生物膜反应系统，是由好氧生化反应区2和生物膜分离区3所组成的一体化处理反应器1。

好氧生化反应区2和生物膜分离区3是由隔板或格墙11进行间隔，间隔后上述两区域均形成方形池体，方形池体长宽比为1:1，有效深度为4-10m，好氧生化反应区污水最大竖向流速不高于5m/h。

好氧生化反应区和生物膜分离区内均填充悬浮生物膜载体4。在正常运行状态下，好氧生化反应区和生物膜分离区内的填充率不小于90％，形成固定床反应条件；在清洗更新状态下，好氧生化反应区和生物膜分离区内的不大于65％，形成移动床反应条件。

好氧生化反应区2设置有进水配水装置，进水配水装置采用淹没式进水管6；生物膜分离区3设有高液位出水管8与低液位出水管9，两出水管均与生物膜分离区3内的柱状拦截筛网10连接，在位于池体外的出水管上设开启度可控的闸阀7，闸阀7后出水管与顶部敞开(与空气联通)的管道或管井连接进行处理后水的排放。在正常运行状态下，通过打开低液位排水管9的阀门7，使好氧生化反应区2和生物膜分离区3内的液位下降至间隔隔板或隔墙上边缘以下，并保证两区域悬浮生物膜载体填充率不小于90％，此时污水通过淹没进水管配水至好氧生化反应区上部，污水向下流经处于曝气状态的生物膜载体固定床，经由间隔隔板或隔墙下边缘以下空间进入生物膜分离区，向上流经处于静止状态的固定床实现泥水的过滤分离，澄清水经低液位排水管9排出系统1；在清洗更新状态下，关闭低液位排水管9阀门7，打开高液位排水管8阀门7，将处理过的水由储水池提升通过淹没进水管配水至好氧生化反应区上部，由于好氧生化反应区和生物膜分离区内的液位提高，使两反应区上下部同时保持联通，并保证好氧生化反应区和生物膜分离区内的不大于65％。此时加大曝气量提高曝气强度，使填料处于流化状态，即反应器内的生物膜载体与水在曝气气提力作用下，在好氧生化反应区内呈上向流状态，经由间隔隔板或隔墙下边缘上部空间进入生物膜分离区，生物膜分离区内生物膜载体与水呈下向流状态，生物膜载体表面的生物膜在强烈的曝气与水力冲刷作用下，形成生物膜的洗脱与更新，泥水混合物经高液位排水管9排出系统1。

好氧生化反应区内设置有曝气装置5。曝气装置5采用单侧布置穿孔管曝气的方式，在靠近进水端一侧的2/3池底部布置穿孔管，曝气孔孔径为2-6mm，曝气孔口通气量为1.60-1.80m³/h，穿孔管安装水平误差不大于5.0mm。

生物膜分离区内均设置生物膜载体拦截筛网10，拦截筛网最大过筛流速不大于60m/h，拦截筛网开孔率不大于60％，筛网孔径为悬浮生物膜载体直径的60％。拦截筛网可采用垂直竖式或水平横式圆柱状筛网。

系统的进水端(好氧生化反应区)设置在线流量分析仪和在线DO分析仪，用于获取进水流量和反应器内溶解氧数据。生物膜分离区出水端设置在线COD分析仪、在线NH₄ ⁺-N分析仪、在线DO分析仪，以获取出水的COD、氨氮和溶解氧含量。

好氧生化反应区2具有曝气调节功能，利用氨氮测定仪12测定反应器内氨氮水平，通过反馈控制利用控制器13控制其内曝气装置，按以下过程运行：

当生物膜分离区出水端氨氮浓度高于或等于设定值C1时，则调大曝气量直至溶解氧水平达到并维持在6-8mg/L；当生物膜分离区低于或等于设定值C2时，C2＜C1，则将曝气量逐渐调小直至出水氨氮浓度高于设定值C2且低于设定值C1。

设定值C1、设定值C2的确定需要根据最终出水氨氮要求具体确定，以满足最终出水要求进行调整。

实施例3：

采用该系统处理农村生活污水，具体实施方式是按照以下步骤完成的：

(1)悬浮生物膜载体挂膜培养

取一定量悬浮生物载体4，分别投入由好氧生化反应区2和生物膜分离区3内，控制上述反应区(2、3)在低液位下生物膜载体填充率不低于90％；向上述各反应器通入原水至反应器正常反应控制液位后，开启各反应器曝气装置5进行充氧曝气，控制曝气供气气水比不大于20:1、溶解氧在6-8mg/L进行生物膜载体的培养挂膜，前5天每天更新污水一次；第5-10天每天更新污水两次；第10天后对进水及出水进行COD与氨氮主要水质指标的监测，同时观察生物膜挂膜状态，待处理周期出水COD去除率达到80％左右，且形成有效的生物膜挂膜后，即完成生物膜载体的挂膜培养。

(2)初期启动

采用连续进出水运行方式，控制进水流量为设计流量的20～50％。

开启曝气装置5，使好氧生化反应区2内的生物膜载体处于好氧状态。同时，关注系统进水及出水的COD、氨氮、硝酸盐氮，并观察生物膜挂膜状态，待处理最终出水COD、氨氮的去除率达到80％左右，且形成有效的生物膜挂膜后，逐步提高系统进水流量与负荷，直至系统处理负荷达到规定的处理负荷条件。

(3)正式运行

达到规定的处理负荷条件后，对整个系统进行优化控制。

调整好氧生化反应区2内的曝气强度，控制溶解氧水平在5-7mg/L之间。开启控制器12，按照C1、C2设定值，自动控制生物膜分离区3处于好氧状态并自动调节好氧生化反应区2内的曝气强度，按照设计要求控制最终处理出水有机物与氨氮等水质指标。例如，最终出水氨氮要求为8mg/L时，可设置氨氮浓度C1与氨氮浓度C2值分别为5mg/L、8mg/L。

本实施案例进出水水质如下：在反应温度8-25℃条件下，进水COD浓度范围在148.2-289.7mg/L，平均出水浓度40.3±8.6mg/L；进水氨氮浓度范围在20.8-35.1mg/L，出水氨氮浓度4.14±0.33mg/L；进水总氮浓度范围在28.7-43.2mg/L，平均出水浓度12.7±3.1mg/L。在反应条件波动的条件下，系统达到了稳定的污染物去除效果。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的公开后，将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围由下面的权利要求指出。

Claims (10)

1.一种适用于农村生活污水处理的一体化高效生物膜反应系统，其特征是：包括一体化处理反应器，所述一体化处理反应器包括好氧生化反应区和生物膜分离区，所述好氧生化反应区和生物膜分离区是由隔板或格墙进行间隔，所述好氧生化反应区内设置有曝气装置；

所述一体化处理反应器顶部设置控制器，底部设置氨氮测试仪；

所述好氧生化反应区和生物膜分离区内均填充悬浮生物膜载体；

所述好氧生化反应区设置有进水配水装置，所述进水配水装置包括进水管，所述生物膜分离区设置出水配水配置；

所述生物膜分离区设有高液位出水管与低液位出水管，所述高液位出水管与低液位出水管均与生物膜分离区内的生物膜载体拦截筛网连接；

所述一体化处理反应器的池体外的出水管上设开启度可控的闸阀。

2.根据权利要求1所述的适用于农村生活污水处理的一体化高效生物膜反应系统，其特征是：所述好氧生化反应区和生物膜分离区间隔后形成方形池体，所述方形池体长宽比为1:1，有效深度为4-10m，好氧生化反应区污水最大竖向流速不高于5m/h。。

3.根据权利要求1所述的适用于农村生活污水处理的一体化高效生物膜反应系统，其特征是：上述进水配水装置的进水管采用淹没式进水管。

4.根据权利要求1所述的适用于农村生活污水处理的一体化高效生物膜反应系统，其特征是：所述曝气装置采用单侧布置穿孔管曝气的方式，在靠近进水端一侧的2/3池底部布置穿孔管。

5.根据权利要求4所述的适用于农村生活污水处理的一体化高效生物膜反应系统，其特征是：所述曝气装置设置曝气孔，所述曝气孔孔径为2-6mm，曝气孔口通气量为1.60-1.80m³/h，穿孔管安装水平误差不大于5.0mm。

6.根据权利要求1所述的适用于农村生活污水处理的一体化高效生物膜反应系统，其特征是：所述生物膜分离区内均设置生物膜载体拦截筛网，生物膜载体拦截筛网最大过筛流速不大于60m/h，生物膜载体拦截筛网开孔率不大于60％，筛网孔径为悬浮生物膜载体直径的60％。

7.根据权利要求1所述的适用于农村生活污水处理的一体化高效生物膜反应系统，其特征是：所述生物膜载体拦截筛网可采用垂直竖式或水平横式圆柱状筛网。

8.根据权利要求1所述的适用于农村生活污水处理的一体化高效生物膜反应系统，其特征是：所述好氧生化反应区进水端设置在线流量分析仪和在线DO分析仪，用于获取进水流量和反应器内溶解氧数据。

9.根据权利要求1所述的适用于农村生活污水处理的一体化高效生物膜反应系统，其特征是：所述生物膜分离区出水端设置在线COD分析仪、在线NH4+-N分析仪、在线DO分析仪，用于获取出水的COD、氨氮和溶解氧含量。

10.根据权利要求1所述的适用于农村生活污水处理的一体化高效生物膜反应系统，其特征是：所述好氧生化反应区和生物膜分离区上下联通部为整体联通，上部联通部高度为高液位有效水深的15％，下部联通部高度为高液位有效水深的20％。

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