CN105174439A - 气提耦合生物反应装置及污水处理方法 - Google Patents
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Abstract
气提耦合生物反应装置和污水处理方法(AL-AOB，AL-MBR)，涉及污水处理技术领域，特征在于包括反应区、曝气区和缓冲区，曝气区上部经多根布水管与反应区底部联通，曝气区底部与缓冲区底部联通，缓冲区上部与反应区上部联通；在曝气区还安装膜过滤装置。向曝气区均匀曝气，气提水流自曝气区经布水管被分配至反应区底部，然后向上流进入缓冲区，经缓冲区底部进入曝气区底部，实现气提循环。污水在气提循环流带动下与位于反应区中下部的复合活性污泥层反复反应，在曝气区获得的溶解氧在反应区被生化消耗；实现了多级好氧和缺氧的反复耦合、污泥减量、节省占地、高气态氧利用率、避免循环泵能耗、降低曝气能耗。
Description
技术领域
本发明涉及污水处理技术领域，特别涉及一种通过气提循环流实现好氧生化反应、缺氧生化反应、沉淀和膜过滤耦合的高效污水处理装置和方法。
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，并需要大幅提高传统污水处理技术的效率。
传统的活性污泥好氧生化污水处理法通过向生化池中大量曝气使活性污泥悬浮，并同时为好氧生化反应提供溶解氧。该方法溶解氧浓度越高，生化效率越好，但是水中溶解氧浓度越高，氧分子从气态到溶解态的传质效率越低；另外该方法需要沉淀池和污泥回流等设施。
可以把好氧生化反应(O)、缺氧生化反应(A)和/或厌氧生化反应(A)通过循环泵结合成AO、A2O或AOAO等形式实现好氧、缺氧和/或厌氧生化过程，但是循环泵耗能较严重。活性污泥在氧生、缺氧和/或厌氧生化环境中循环，难以培养专门的氧生、缺氧和/或厌氧微生物。
序批式生化反应技术(SBR)包括进水、曝气、污泥回流或搅拌、沉淀、滗水、排泥等过程在同一反应池中实现好氧生化反应、缺氧生化反应、沉淀过程，但这种过程不能连续进行，不能获得多次反复的好氧生化反应和缺氧生化反应。活性污泥经历氧生、缺氧和/或厌氧生化环境，难以培养专门的氧生、缺氧和/或厌氧微生物。
具有悬浮污泥层的上向流厌氧反应器(UASB)具有很高的生化效率，但是迄今仅限于厌氧反应，同时悬浮污泥在上向水流和沼气作用下较易流失。
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。迄今为止只有好氧活性污泥法与膜过滤结合的好氧MBR获得了较广泛的应用。这一方法中需要同时提供好氧生化曝气和膜气冲洗曝气，因此耗能通常远高于传统好氧活性污泥法。为了获得反硝化，好氧MBR***还需要额外循环泵，耗能更为严重。
本发明要解决传统的活性污泥好氧生化污水处理法通氧气利用率低，沉淀池与反应池分离因而占地大，污泥产量大的技术问题；要解决SBR运行不能连续运行，污泥产量大的技术等问题；要解决MBR技术耗能高除氮效果差，污泥产量大的技术等问题。本发明实现了好氧生化反应、缺氧生化反应、沉淀、膜气冲洗和过滤耦合、提高硝化和反硝化效果、降解剩余生物污泥、节约运行成本和占地的生化反应装置和污水处理方法。
发明内容
为了达到以上目的，本发明气提耦合生物反应装置(AirliftcoupledAnoxicOxicBioreactor，AL-AOB)及污水处理方法，包括膜过滤装置的气提耦合生物反应装置或称气提耦合膜生物反应装置(AirliftcoupledAnoxicOxicMembraneBioreactor，AL-MBR)及污水处理方法。
第一种气提耦合生物反应装置包括一个反应池，在该反应池内有至少一反应区、至少一曝气区和至少一缓冲区，在曝气区底部均匀安装至少一曝气装置；所述曝气区上部联接多根布水管与所述反应区底部联通，所述多根布水管在反应区底部的出口连接多个支管并被均匀分配在反应器底部，所述曝气区底部与缓冲区底部联通，所述缓冲区上部与所述反应区上部联通；所述气提耦合生物反应装置包括入水管路、溢流产水管路、排放管路，曝气管路，必要的水泵、风机、阀门、流量计，膜清洗***和自动控制***。
为了在大型装置中实现反应区底部布水均匀和在反应区上部回水汇集均匀，第二种气提耦合生物反应装置还包括安装在反应区上部的至少一布水槽，该布水槽分为布水内槽和布水外槽，外布水槽内有多个隔断，每个隔断内均有至少一个布水三角堰与布水内槽联通，每个隔断底部均通过至少一布水管与反应区底部联通，所述多根布水管在反应区底部的出口连接多个支管并被均匀分配在反应器底部，所述布水内槽与所述曝气区上部通过布水口联通；第二种气提耦合生物反应装置还包括安装在反应区上部略低于所述布水槽处的至少一回水槽，该回水槽与所述缓冲区上部通过回水口联通，所述回水槽上设置多个回水槽三角堰用于均匀收集反应区上部水流。
第一种或第二种气提耦合生物反应装置还包括安装在所述曝气区中的浸没式膜过滤装置，所述膜过滤装置设有膜过滤产水管路。
使用第一种气提耦合生物反应装置的污水处理方法包括，通过入水管路供水，通过曝气管路和曝气装置向曝气区均匀曝气，曝气区水位在气提作用下上升，气提水流自曝气区经多根气提布水管被分配至反应区底部，水流在反应区向上流，进入缓冲区，然后经缓冲区底部进入曝气区底部实现气提循环；在反应区，活性污泥在重力下和向上水流作用下形成悬浮污泥层，污水在气提循环流带动下与活性污泥层反复反应，产水经溢流产水管路产出。
使用第二种气提耦合生物反应装置的污水处理方法与使用第一种气提耦合生物反应装置的污水处理方法基本相同，相同之处不再赘述，不同处在于气提水流自曝气区通过布水口流入布水内槽，经多个布水槽三角堰分配至布水外槽的多个隔断中，每个隔断中的水再经过布水管流到反应区底部，水流在反应区向上流，经过回水三角堰进入回水槽，经回水口进入缓冲区，然后经缓冲区底部进入曝气区底部实现气提循环。
在包括膜过滤装置的第一种或第二种气提耦合生物反应装置中，产水经膜产水管路产出。
气提耦合生物反应装置有益效果包括：在同一反应区内实现了多级好氧生化反应、缺氧生化反应、硝化生化反应和反硝化生化反应的反复耦合；包含复合活性的悬浮污泥体系，生化效率高、实现生化污泥减量、大幅节省了占地面积、避免循环泵能耗、提高气态氧利用率、实现悬浮生化污泥层与膜过滤的分离而优化膜过滤环境、将膜气冲洗曝气、生化供氧曝气和气提循环曝气和三为一进一步减低能耗、膜的就地清洗更方便。
附图说明
图1第一种气提耦合生物反应装置剖面示意图
图2第二种气提耦合生物反应装置俯视示意图
图3第二种气提耦合生物反应装置AA剖面示意图
图4第二种气提耦合生物反应装置BB剖面示意图
图5第二种气提耦合生物反应装置CC剖面示意图
图6第二种气提耦合生物反应装置DD剖面示意图
图7第二种气提耦合生物反应装置EE剖面示意图
图中：1.反应池，2.曝气区，3.缓冲区，6.曝气装置，7.膜过滤装置，8.活性污泥层，10.反应区，11.反应区水位，21.曝气区水位，31.缓冲区水位，40.布水槽40，41.布水内槽，411.布水内槽水位，42.布水外槽，421.布水外槽水位，43.布水槽三角堰，45.布水管，46.布水口，50.回水槽，51.回水槽水位，52.回水槽三角堰，56.回水口，100.进水管路，200.溢流产水管路，300.排放管路，600.进气管路，700.膜过滤装置产水管路；为简明起见图中忽略了必要的水泵、风机、阀门、流量计，膜清洗***和自动控制***。
具体实施方式
参见图1，第一种气提耦合生物反应装置包括一个反应池(1)，在该反应池内有至少一反应区(10)、至少一曝气区(2)和至少一缓冲区(3)，在曝气区(2)底部均匀安装至少一曝气装置(6)；所述曝气区(2)上部联接多根布水管(45)与所述反应区(10)底部联通，所述多根布水管(45)在反应区(10)底部的出口连接多个支管并被均匀分配在反应器(10)底部，所述曝气区(2)底部与缓冲区(3)底部联通，所述缓冲区(3)上部与所述反应区(10)上部联通；所述气提耦合生物反应装置包括入水管路(100)、溢流产水管路(200)、排放管路(300)，曝气管路(600)，必要的水泵、风机、阀门、流量计，膜清洗***和自动控制***。
第一种气提耦合生物反应装置还包括安装在所述曝气区(2)中的浸没式膜过滤装置(7)，所述膜过滤装置(7)设有膜过滤产水管路(700)。
参见图2-图7，第二种气提耦合生物反应装置与第一种气提耦合生物反应装置基本相同，相同之处不再赘述，不同处在于包括安装在反应区(10)上部的至少一布水槽(40)，该布水槽(40)分为布水内槽(41)和布水外槽(42)，外布水槽(42)内有多个隔断，每个隔断内均有至少一个布水三角堰(43)与布水内槽(41)联通，每个隔断底部均通过至少一布水管(45)与反应区底部联通，所述布水内槽(41)与所述曝气区(2)上部通过布水口(46)联通；第二种气提耦合生物反应装置还包括安装在反应区(10)上部略低于所述布水槽(40)处的至少一回水槽(50)，该回水槽(50)与所述缓冲区(3)上部通过回水口(56)联通，所述回水槽上设置多个回水槽三角堰(52)用于均匀收集反应区(10)上部水流。
第二种气提耦合生物反应装置还包括安装在所述曝气区(2)中的浸没式膜过滤装置(7)，所述膜过滤装置(7)设有膜过滤产水管路(700)。
使用第一种气提耦合生物反应装置的污水处理方法包括，通过入水管路(100)供水，通过曝气管路(600)和曝气装置(6)向曝气区(2)均匀曝气，曝气区水位(21)在气提作用下上升，气提水流自曝气区(2)经多根布水管(45)被分配至反应区(10)底部，水流在反应区(10)向上流，进入缓冲区(3)，然后经缓冲区(3)底部进入曝气区(2)底部实现气提循环；在反应区(10)，活性污泥在重力下和向上水流作用下形成悬浮污泥层(8)，污水在气提循环流带动下与活性污泥层(8)反复反应，产水经溢流产水管路(200)产出；
使用第二种气提耦合生物反应装置的污水处理方法与使用第一种气提耦合生物反应装置的污水处理方法基本相同，相同之处不再赘述，不同处在于气提水流自曝气区(2)通过布水口(46)流入布水内槽(41)，经多个布水槽三角堰(43)分配至布水外槽(42)的多个隔断中，每个隔断中的水再经过布水管(45)流到反应区(10)底部，水流在反应区(10)向上流，经过回水三角堰(53)进入回水槽(50)，经回水口(56)进入缓冲区(3)，然后经缓冲区(3)底部进入曝气区(2)底部实现气提循环。
在包括膜过滤装置(7)的第一种或第二种气提耦合生物反应装置中，产水经膜产水管路(700)产出。此时，产水经溢流产水管路(200)有少量水产出以保证气提耦合生物反应装置中水位稳定，也可以将溢流产水管路(200)关闭，通过自动控制实现气提耦合生物反应装置中水位稳定。膜就地清洗时将曝气区(2)水位降低，此时气提循环被终止。因此对膜进行化学浸泡时不影响生化池生化环境。
第一种气提耦合生物反应装置更适合较小型污水处理***，第二种气提耦合生物反应装置更适合较大型污水处理***。
在对处理水质要求高或处理效率要求高的情况下采用包含膜过滤装置的气提耦合膜生物反应装置。
气提耦合生物反应装置有益效果包括：
从曝气区(2)流出的水中溶解氧较高，因此在悬浮污泥层(8)下部溶解氧较高，主要是好氧环境；水向上流动时不断发生好氧生化反应，溶解氧逐渐降低，在悬浮污泥层(8)上部主要是缺氧环境；因此，在同一反应区(10)内同时实现了好氧生化反应、缺氧生化反应、硝化生化反应和反硝化生化反应的就地耦合；
由于气提循环水流量远远大于污水处理量，污水在气提循环流作用下与悬浮污泥层(8)反复接触，因此实现了多级好氧生化反应、缺氧生化反应、硝化生化反应和反硝化生化反应的反复耦合；
悬浮污泥层(8)是复合活性污泥体系，不仅生化效率高，而且有效地实现了剩余活性污泥的就地生化降解，实现生化污泥减量；
由于本气提耦合生物反应装置将好氧生化反应、缺氧生化反应与沉淀过程合并在同一个反应区(10)中，反应区(10)内通过沉淀作用形成稳定的高浓度的悬浮污泥层(8)；因此大幅节省了占地面积；
由于本气提耦合生物反应装置取消了传统AO、A2O或多级AO工艺中的各类循环泵，因此能耗降低；
水回流至曝气区(2)底部时溶解氧浓度较低，氧溶解的传质推动力较高，因此气态氧的利用率得到提高，进一步降低曝气能耗；
在包含膜过滤装置的气提耦合生物反应装置中，反应区不能沉淀的悬浮物被膜过滤截留，并在气提循环流作用下返回反应区(10)，直至絮体长大并下沉；膜装置周围水中悬浮物浓度较低，优化了膜过滤环境；
在包含膜过滤装置的气提耦合生物反应装置中，由于将膜气冲洗曝气、生化供氧曝气和气提循环曝气和三为一，因此相对与传统MBR技术能耗明显降低；
在装置膜过滤装置的气提耦合生物反应装置中膜的就地清洗更方便。
Claims (6)
1.一种气提耦合膜生物反应装置，其特征在于包括一个反应池(1)，在该反应池内有至少一反应区(10)、至少一曝气区(2)和至少一缓冲区(3)，在曝气区(2)底部均匀安装至少一曝气装置(6)；所述曝气区(2)上部联接多根布水管(45)与所述反应区(10)底部联通，所述多根布水管(45)在反应区(10)底部的出口连接多个支管并被均匀分配在反应器(10)底部，所述曝气区(2)底部与缓冲区(3)底部联通，所述缓冲区(3)上部与所述反应区(10)上部联通；所述气提耦合生物反应装置包括入水管路(100)、溢流产水管路(200)、排放管路(300)，曝气管路(600)，必要的水泵、风机、阀门、流量计，膜清洗***和自动控制***。
2.根据权利要求1所述的气提耦合膜生物反应装置，其特征在于还包括安装在反应区(10)上部的至少一布水槽(40)，该布水槽(40)分为布水内槽(41)和布水外槽(42)，外布水槽(42)内有多个隔断，每个隔断内均有至少一个布水三角堰(43)与布水内槽(41)联通，每个隔断底部通过至少一所述布水管(45)并与反应区(10)底部联通，所述多根布水管(45)在反应区(10)底部的出口连接多个支管并被均匀分配在反应器(10)底部，所述布水内槽(41)与所述曝气区(2)上部通过布水口(46)联通；其特征还在于包括安装在反应区(10)上部略低于所述布水槽(40)处的至少一回水槽(50)，该回水槽(50)与所述缓冲区(3)上部通过回水口(56)联通，所述回水槽上设置多个回水槽三角堰(52)用于均匀收集反应区(10)上部水流。
3.根据权利要求1或2所述的气提耦合膜生物反应装置，其特征在于包括安装在所述曝气区(2)中的膜过滤装置(7)，所述膜过滤装置(7)设有膜过滤产水管路(700)。
4.一种气提耦合生物反应污水处理方法，其特征在于使用权利要求1所述的气提耦合膜生物反应装置，其特征还在于通过入水管路(100)供水，通过曝气管路(600)和曝气装置(6)向曝气区(2)均匀曝气，曝气区水位(21)在气提作用下上升，气提水流自曝气区(2)经多根布水管(45)被分配至反应区(10)底部，水流在反应区(10)向上流，进入缓冲区(3)，然后经缓冲区(3)底部进入曝气区(2)底部实现气提循环；在反应区(10)，活性污泥在重力下和向上水流作用下形成悬浮污泥层(8)，污水在气提循环流带动下与活性污泥层(8)反复反应，产水经溢流产水管路(200)产出。
5.一种气提耦合生物反应污水处理方法，其特征在于使用权利要求2所述的气提耦合膜生物反应装置，其特征还在于通过入水管路(100)供水，通过曝气管路(600)和曝气装置(6)向曝气区(2)均匀曝气，曝气区水位(21)在气提作用下上升，气提水流自曝气区(2)通过布水口(46)流入布水内槽(41)，经多个布水槽三角堰(43)分配至布水外槽(42)的多个隔断中，每个隔断中的水再经过布水管(45)流到反应区(10)底部，水流在反应区(10)向上流，经过回水三角堰(53)进入回水槽(50)，经回水口(56)进入缓冲区(3)，然后经缓冲区(3)底部进入曝气区(2)实现气提循环，在反应区(10)，活性污泥在重力下和向上水流作用下形成悬浮污泥层(8)，污水在气提循环流带动下与活性污泥层(8)反复反应，产水经溢流产水管路(200)产出。
6.根据权利要求4或5所述的气提耦合膜生物反应污水处理方法，其特征在于使用权利要求3所述的气提耦合膜生物反应装置，其特征还在于产水经浸没式膜过滤，产水经膜过滤产水管路(700)产出。
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