[发明专利]污水处理工艺、污水处理装置及污水处理用膜生物反应器

说明书

技术领域

本发明公布了一种通过应用新型膜生物反应器处理富含有机污染物及氮污染物污水的高效污水处理工艺。本发明还公布了一种高通量、无堵塞的膜组件。同时，本发明还公布了一种利用厌氧区内硫酸盐还原原理减少剩余污泥产生的技术。

背景技术

如图1所示，膜生物反应器（MBR）是一种成熟的污水生物处理工艺。它利用活性污泥（即悬浮生长的生物絮凝体，也称为污泥——通常包含微生物及原生动物）来氧化污水中的有机碳。但在膜生物反应器中没有沉淀池，取而代之的是依靠微滤膜（孔径范围通常为0.1至1微米）来进行污泥与混合液的分离。而通过该微滤膜的污水通量一般被限制在小于1立方米/平方米/天。

为了确保膜的工作效率以及有效预防膜的生物堵塞，近年来许多方法都在被广泛地尝试于膜生物反应器中。这其中主要应用的方法包括：以高于进水量25倍的曝气量来提供气泡冲刷的自助式膜清洗；每30分钟对膜进行一次反冲洗；或者每一至两个月对膜进行一次化学清洗或反应器外的清洗。但上述方法都会大大增加能源消耗以及运行成本，同时也将降低系统的运行时间及效率。而且为了有效的保护膜及膜组件，进水污水必须要先通过初沉池及1毫米孔径的细格栅后才能进入曝气池中。

污泥停留时间（SRT）表示活性污泥在系统中的平均停留时间，其计算公式可定义为：

水力停留时间（HRT）有时也称为“水力滞留时间”，表示液体在系统内的平均停留时间，其计算公式可定义为：

传统膜生物反应器的水力停留时间均多于6小时，其溶解性化学需氧量（COD）的去除率亦接近传统活性污泥工艺。

近年来，许多污泥减量工艺相继问世，但是这些工艺都会令工程造价及占地上升。而最有效的污泥减量方法是在工艺中减少剩余污泥的产量。从化学需氧量换算，低剩余污泥产量可以通过利用水解及产甲烷发酵，或者利用硫酸盐来代替氧或硝酸盐作为电子受体而得以实现。

好氧-沉淀-厌氧工艺（OSA）是一种利用厌氧区或厌氧池的污水处理工艺，该工艺可以通过在污泥回流中加入厌氧污泥池来稳定处理过程及有效减少污泥产量。如图2所示，全套OSA工艺需要两个生物反应器及一个沉淀池，因此需要相当的占地面积。OSA工艺的水力停留时间一般需要超过4小时以完成剩余污泥的减量并去除部分有机污染物。

膜强化一级处理工艺（MEPT）是一种与膜生物反应器相似，但不需要初沉池的新污水处理工艺。它可以达到传统膜生物反应器与初沉池有效结合的处理效果。

发明内容

使用这样一种污水处理工艺，以在极短的水力停留时间（HRT）内处理污水中所含的有机污染物及氮污染物并进行剩余污泥减量，同时将“大孔径过滤”膜组件维持在高膜通量运行条件下。设置了具有膜组件的曝气区。接收污水进水并在曝气区用活性污泥对其进行处理。通过控制曝气区的氧气输送速率以维持充足的氧气。污水进水在曝气区与活性污泥混合后形成第一混合液。该混合液随之分为两部分。第一混合液中的第一部分通过膜组件过滤并作为出水排出反应系统之外。第二部分由曝气区被运移至厌氧区内混合成第二混合液。而相同体积的第二混合液则从厌氧区运移至曝气区中。

附图说明

图1为示出了传统膜生物反应器（MBR）的流程图。

图2为示出了传统活性污泥-OSA工艺的流程图。

图3示出了不同孔径（0.5微米、5微米、55微米和100微米）的膜以亚临界/临界通量值下运行时相应的过膜压差值（TMP）。

图4a至4f示出了通过激光共聚焦显微镜（CLSM）拍摄微生物在公称孔径为0.5微米至220微米的膜表面上的累积情况。图4a为0.5微米孔径膜；图4b为5微米孔径膜；图4c为55微米孔径膜；图4d为100微米孔径膜；图4e为150微米孔径膜；图4f为220微米孔径膜。

图5为示出了完整的MEPT-OSA反应器的工艺图解。

图6为示出了膜组件的一个实施方案的侧视图。

图7示出了膜组件的构造细节。

图8示出了曝气区（MEPT池）的俯视图，并示出了曝气扩散器的分布位置图及进水、进气以及回流位置图。

图9示出了好氧区和厌氧区中以硫作为电子载体所进行的相关反应的反应机理图。

发明详述

概述