申请日2014.03.18
公开(公告)日2014.07.02
IPC分类号C02F9/14
摘要
DPR-MABR耦合反应器处理生活污水的装置与方法属于污水处理领域。该装置包括原水水池，反应池Ⅰ，第一中间水池，反应池Ⅱ，第二中间水池，PLC控制箱，通过PLC控制箱切换成两个不同的串联系统，其中一个为Ⅰ→Ⅱ串联系统，原水水池与反应池Ⅰ底部通过进水管连接，反应池Ⅰ与第一中间水池通过Ⅰ→Ⅱ出水管连接，第一中间水池与反应池Ⅱ顶部通过Ⅰ→Ⅱ第二进水管连接，处理水从Ⅰ→Ⅱ最终出水管排放;另一个为Ⅱ→Ⅰ串联系统，原水水池与反应池Ⅱ顶部通过进水管连接，反应池Ⅱ与第二中间水池通过Ⅱ→Ⅰ出水管连接，第二中间水池与反应池Ⅰ顶部连接，处理水从出水管排放。本发明具有高效、节能、稳定的脱氮除磷效果和污泥减量的优点。
权利要求书
1.DPR-MABR耦合反应器处理生活污水的装置，其特征在于：
包括原水水池(A)，反应池(Ⅰ)，第一中间水池(G)，反应池(Ⅱ)，第 二中间水池(H)，PLC控制箱(K);所述原水从原水水池(A)通过进水泵(3) 经进水管(2)分为Ⅰ→Ⅱ第一进水管(4)和Ⅱ→Ⅰ第一进水管(5)，且所述Ⅰ →Ⅱ第一进水管(4)和Ⅱ→Ⅰ第一进水管(5)分别与反应池(Ⅰ)底部和反应 池(Ⅱ)顶部相连;所述反应池(Ⅰ)由颗粒污泥反应区(B)、膜曝气生物膜 反应区(C)、沉淀区(D)、斜管沉淀区(E)和清水区(F)组成，其中颗粒污 泥反应区(B)与膜曝气生物膜反应区(C)有效体积比为1/3-2，连接膜曝气生 物膜反应区(C)的空气管路上设有压力表(12)，颗粒污泥反应区(B)和沉淀 区(D)通过污泥回流缝(7)相连，所述污泥回流缝(7)上方设有排泥管(8)， 清水区(F)顶部设有溢流堰(10)，继而连接出水管(9)，在膜曝气生物膜反应 区(C)上方设有溢流喇叭口(11);所述反应池(Ⅰ)与第一中间水池(G)通 过Ⅰ→Ⅱ出水管(14)连接，第一中间水池(G)与反应池(Ⅱ)通过Ⅰ→Ⅱ第 二进水管(15)连接;所述反应池(Ⅱ)由活性污泥反应区(J)、沉淀区(D)、 斜管沉淀区(E)和清水区(F)组成，其中整个反应池(Ⅱ)均为活性污泥反 应区(J)，内置有搅拌桨(16)，沉淀区(D)、斜管沉淀区(E)、清水区(F)、 污泥回流缝(7)、排泥管(8)、出水管(9)和溢流堰(10)与反应池(Ⅰ)相 同;所述反应池(Ⅱ)与第二中间水池(H)通过Ⅱ→Ⅰ出水管(18)连接，第 二中间水池(H)与反应池(Ⅰ)通过Ⅱ→Ⅰ第二进水管(19)连接;Ⅰ→Ⅱ进 水阀门(Ⅰ-1)、Ⅰ→Ⅱ出水阀门(Ⅰ-2)、Ⅰ→Ⅱ第二进水泵(Ⅰ-M)、Ⅰ→Ⅱ 最终出水阀门(Ⅰ-3)、Ⅱ→Ⅰ进水阀门(Ⅱ-1)、Ⅱ→Ⅰ出水阀门(Ⅱ-2)、Ⅱ→ Ⅰ第二进水泵(Ⅱ-M)、Ⅱ→Ⅰ最终出水阀门(Ⅱ-3)和压力表(12)均与PLC 控制箱(K)对应相连;
所述的PLC控制箱(K)将装置切换成两个不同的串联系统：开启Ⅰ→Ⅱ键 (21)、Ⅰ→Ⅱ进水阀门(Ⅰ-1)、Ⅰ→Ⅱ出水阀门(Ⅰ-2)、Ⅰ→Ⅱ第二进水泵 (Ⅰ-M)、Ⅰ→Ⅱ最终出水阀门(Ⅰ-3)，关闭Ⅱ→Ⅰ进水阀门(Ⅱ-1)、Ⅱ→Ⅰ 出水阀门(Ⅱ-2)、Ⅱ→Ⅰ第二进水泵(Ⅱ-M)、Ⅱ→Ⅰ最终出水阀门(Ⅱ-3)， 即为Ⅰ→Ⅱ串联系统，原水水池(A)与反应池(Ⅰ)底部通过进水管(2)和 Ⅰ→Ⅱ第一进水管(4)连接，反应池(Ⅰ)与第一中间水池(G)通过Ⅰ→Ⅱ 出水管(14)连接，第一中间水池(G)与反应池(Ⅱ)顶部通过Ⅰ→Ⅱ第二进 水管(15)连接，处理水从Ⅰ→Ⅱ最终出水管(17)排放;开启Ⅱ→Ⅰ键(22)、 Ⅱ→Ⅰ进水阀门(Ⅱ-1)、Ⅱ→Ⅰ出水阀门(Ⅱ-2)、Ⅱ→Ⅰ第二进水泵(Ⅱ-M)、 Ⅱ→Ⅰ最终出水阀门(Ⅱ-3)，关闭Ⅰ→Ⅱ进水阀门(Ⅰ-1)、Ⅰ→Ⅱ出水阀门(Ⅰ -2)、Ⅰ→Ⅱ第二进水泵(Ⅰ-M)、Ⅰ→Ⅱ最终出水阀门(Ⅰ-3)，即为Ⅱ→Ⅰ串 联系统，原水水池(A)与反应池(Ⅱ)顶部通过进水管(2)和Ⅱ→Ⅰ第一进 水管(5)连接，反应池(Ⅱ)与第二中间水池(H)通过Ⅱ→Ⅰ出水管(18) 连接，第二中间水池(H)与反应池(Ⅰ)顶部通过Ⅱ→Ⅰ第二进水管(19)连 接，处理水从出水管(9)排放。
2.应用权利要求1所述DPR-MABR耦合反应器处理生活污水的装置处理生 活污水的方法，其特征在于：
2.1Ⅰ→Ⅱ串联系统
1)原水水池(A)中的原水经Ⅰ→Ⅱ第一进水管(4)进入反应池(Ⅰ)的 底部，与颗粒污泥充分混合;反应池(Ⅰ)中液体在连续进水的推动力作用下向 上推流，进入膜曝气生物膜反应区(C)，之后经溢流喇叭口(11)流经Ⅰ→Ⅱ 出水管(14)进入第一中间水池(G);
2)第一中间水池(G)中的液体，在Ⅰ→Ⅱ第二进水泵(Ⅰ-M)作用下通 过Ⅰ→Ⅱ第二进水管(15)进入反应池(Ⅱ)顶部;在反应池(Ⅱ)中，通过搅 拌桨(16)完全混合，通过排泥管(8)排泥，处理水经过沉淀区(D)、斜管沉 淀区(E)进入清水区(F)，经过溢流堰(10)从出水管(9)流入Ⅰ→Ⅱ最终 出水管(17)排放;
3)Ⅰ→Ⅱ串联系统运行3-5h后，切换至Ⅱ→Ⅰ串联系统;
2.2Ⅱ→Ⅰ串联系统
1)原水水池(A)中的原水经Ⅱ→Ⅰ第一进水管(5)进入反应池(Ⅱ)的 顶部，在搅拌桨(16)作用下与活性污泥充分混合;反应池(Ⅱ)中液体在连续 进水的推动力作用下推流过沉淀区(D)、斜管沉淀区(E)、清水区(F)经过溢 流堰(10)从出水管(9)流入Ⅱ→Ⅰ出水管(18)进入第二中间水池(H);
2)第二中间水池(H)中的液体，在Ⅱ→Ⅰ第二进水泵(Ⅱ-M)作用下通 过Ⅱ→Ⅰ第二进水管(19)进入反应池(Ⅰ)顶部，液体先流经膜曝气生物膜反 应区(C)，再进入颗粒污泥反应区(B)，通过排泥管(8)排泥，处理水经过沉 淀区(D)、斜管沉淀区(E)进入清水区(F)，经过溢流堰(10)从出水管(9) 流出;
3)Ⅱ→Ⅰ串联系统运行3-5h后，切换至Ⅰ→Ⅱ串联系统;如此交替运行;
2.3上述反应池(Ⅰ)中颗粒污泥反应区(B)与膜曝气生物膜反应区(C) 有效体积比为1/3-2，颗粒污泥反应区(B)、膜曝气生物膜反应区(C)有效体积 之和与沉淀区(D)、斜管沉淀区(E)和清水区(F)有效体积之和比例为3-6， 颗粒污泥的污泥浓度为3000-5000mg/L，压力表(12)的数值要保证能够实现无 泡传质;水力停留时间为6-10h，污泥停留时间为6-12d;
上述反应池(Ⅱ)中活性污泥反应区(J)与沉淀区(D)、斜管沉淀区(E) 和清水区(F)有效体积之和比例为3-6，活性污泥的污泥浓度为3000-5000mg/L， 水力停留时间为6-10h，污泥停留时间为6-12d。
说明书
DPR-MABR耦合反应器处理生活污水的装置与方法
技术领域
本发明涉及一种污水生化处理装置与方法，属于污水生物处理技术领域， 具体涉及DPR-MABR耦合反应器生物处理工艺的装置与方法，对生活污水 的除碳和脱氮除磷有良好的处理效果。
背景技术
目前我国污水处理厂大多以传统工艺A2O为主，受到碳源、反混、回流的 硝化液破坏厌氧环境、长短污泥泥龄矛盾等众多因素影响，高效的脱氮和除 磷很难在同一系统中同时获得,且我国生活污水C/N值较低，氮、磷等营养元 素的有效去除受到很严重的制约，这为达标处理增添了很大难度。另外，有 些污水处理厂以投加大量的外加碳源来提高脱氮除磷效率，这无疑大大增加 了污水处理厂的运行费用，还包括剩余污泥的处置费用，造成了比较显著的 环境问题。
反硝化除磷(DPR)理论的提出，为有效解决传统脱氮除磷工艺中存在 的矛盾问题提供了新思路。在厌氧/缺氧交替运行的条件下，反硝化聚磷菌
(DPB)以NO3-作为电子受体，利用内碳源(PHA)，通过“一碳两用”方 式同时实现反硝化脱氮和除磷作用，既解决了传统工艺中NO3-对除磷工艺的 抑制性，也可节省50%的COD耗量、30%的氧气耗量，污泥产量也可减少50%， 因此，反硝化除磷脱氮工艺可被视为一种可持续工艺。
膜曝气生物膜反应器(MABR)，是气体分离膜技术与生物膜法污水处 理技术相结合产生的新型污水处理工艺。MABR工艺利用中空纤维曝气膜作 为微生物附着载体并为生物膜无泡曝气，污水在附着生物膜的曝气膜周围流 动时，水体中的污染物在浓度差驱动和微生物吸附等作用下进入生物膜内， 并经过生物代谢和增殖被微生物利用，使水体中的污染物同化为微生物菌体 固定在生物膜上或分解成无机代谢产物，从而达到对水体的净化过程。相比 传统水处理工艺，MABR具有微生物附着生长、膜曝气方式以及由此形成的 氧气与污染物逆向传递等特点。
将DPR与MABR耦合成双污泥系统处理生活污水，将两者优势集于一 体，硝化菌附着生长在生物膜内层，受到生物膜的保护，不会随水流流失， 较长的SRT能保证其充分繁殖和富集，活性污泥以DPB为优势菌种，从而实 现了硝化菌和DPB分离，能够稳定实现反硝化除磷技术。整体工艺节约碳源， 提高氧气利用效率，污泥产量少，运行稳定且费用较低，效果良好，是处理 低C/N生活污水的较佳脱氮除磷工艺。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述技术问题，提出一种DPR-MABR耦合反 应器生物处理工艺装置与方法，成功的将DPB和硝化菌分离，反硝化脱氮除 磷反应在以DPB为优势菌种的活性污泥中实现，生物膜中主要由硝化菌进行 硝化反应，在保证组合系统经济、稳定、高效的氮磷去除率的基础上实现污 泥减量，节能降耗，绿色环保。
为实现上述发明目的，将已经驯化好的以DPB为优势菌种的颗粒污泥和 活性污泥与内部以硝化菌为优势菌种的膜曝气组件置入反应器Ⅰ、Ⅱ内，将 反应器Ⅰ→Ⅱ或者Ⅱ→Ⅰ串联构成DPR-MABR耦合反应器生物处理工艺。
DPR-MABR耦合反应器生物处理工艺装置是活性污泥法和生物膜法相 结合的双污泥系统，装置结构见附图1，其特征在于：
装置包括原水水池A，反应池Ⅰ，第一中间水池G，反应池Ⅱ，第二中间 水池H，PLC控制箱K。所述原水从原水水池A通过进水泵3经进水管2分为Ⅰ →Ⅱ第一进水管4和Ⅱ→Ⅰ第一进水管5，且所述Ⅰ→Ⅱ第一进水管4和Ⅱ→Ⅰ 第一进水管5分别与反应池Ⅰ底部和反应池Ⅱ顶部相连;所述反应池Ⅰ由颗粒 污泥反应区B、膜曝气生物膜反应区C、沉淀区D、斜管沉淀区E和清水区F组 成，其中颗粒污泥反应区B与膜曝气生物膜反应区C有效体积比为1/3-2，连接 膜曝气生物膜反应区C的空气管路上设有压力表12，颗粒污泥反应区B和沉淀 区D通过污泥回流缝7相连，所述污泥回流缝7上方设有排泥管8，清水区F顶部 设有溢流堰10，继而连接出水管9，在膜曝气生物膜反应区C上方设有溢流喇 叭口11;所述反应池Ⅰ与第一中间水池G通过Ⅰ→Ⅱ出水管14连接，第一中间 水池G与反应池Ⅱ通过Ⅰ→Ⅱ第二进水管15连接;所述反应池Ⅱ由颗粒污泥反 应区B、沉淀区D、斜管沉淀区E和清水区F组成，其中整个反应池Ⅱ均为活性 污泥反应区J，内置有搅拌桨16，沉淀区D、斜管沉淀区E、清水区F、污泥回 流缝7、排泥管8、出水管9和溢流堰10与反应池Ⅰ相同;所述反应池Ⅱ与第二 中间水池H通过Ⅱ→Ⅰ出水管18连接，第二中间水池H与反应池Ⅰ通过Ⅱ→Ⅰ 第二进水管19连接;Ⅰ→Ⅱ进水阀门Ⅰ-1、Ⅰ→Ⅱ出水阀门Ⅰ-2、Ⅰ→Ⅱ第二 进水泵Ⅰ-M、Ⅰ→Ⅱ最终出水阀门Ⅰ-3、Ⅱ→Ⅰ进水阀门Ⅱ-1、Ⅱ→Ⅰ出水阀 门Ⅱ-2、Ⅱ→Ⅰ第二进水泵Ⅱ-M、Ⅱ→Ⅰ最终出水阀门Ⅱ-3和压力表12均与 PLC控制箱K对应相连。
本发明其工艺流程为：Ⅰ→Ⅱ串联系统，原水—反应池Ⅰ—中间水池— 反应池Ⅱ—出水，根据具体运行情况确定运行时间，运行一定时间后切换成 Ⅱ→Ⅰ串联系统，原水—反应池Ⅱ—中间水池—反应池Ⅰ—出水;运行与上 述相同时间后再切换成Ⅰ→Ⅱ串联系统，如此循环，交替运行。
利用上述装置进行处理生活污水的方法，其特征在于，主要包括以下步 骤：
1.Ⅰ→Ⅱ串联系统，即水流由反应池Ⅰ流向反应池Ⅱ，PLC控制箱K开 启Ⅰ→Ⅱ键21，开启Ⅰ→Ⅱ进水阀门Ⅰ-1、Ⅰ→Ⅱ出水阀门Ⅰ-2、Ⅰ→Ⅱ第 二进水泵Ⅰ-M、Ⅰ→Ⅱ最终出水阀门Ⅰ-3，关闭Ⅱ→Ⅰ进水阀门Ⅱ-1、Ⅱ→Ⅰ 出水阀门Ⅱ-2、Ⅱ→Ⅰ第二进水泵Ⅱ-M、Ⅱ→Ⅰ最终出水阀门Ⅱ-3。
1)原水水池A中的原水经Ⅰ→Ⅱ第一进水管4进入反应池Ⅰ的底部，与 颗粒污泥充分混合，DPB利用原水中的有机物合成细胞内碳源物质PHA，同 时将磷释放到体外，此过程可去除原水中80%的有机物。反应池Ⅰ中液体在 连续进水的推动力作用下向上推流，进入膜曝气生物膜反应区C，水中底物 与氧气在生物膜上微生物的作用下进行硝化反应，之后经溢流喇叭口11流经 Ⅰ→Ⅱ出水管14进入第一中间水池G。
2)第一中间水池G中富含硝态氮和磷酸盐的液体，在Ⅰ→Ⅱ第二进水泵 Ⅰ-M作用下通过Ⅰ→Ⅱ第二进水管15进入反应池Ⅱ顶部。在反应池Ⅱ中，通 过搅拌桨16完全混合，活性污泥以硝态氮为电子受体，磷酸盐为电子供体， 进行反硝化除磷反应，通过排泥管8排泥，处理水经过沉淀区D、斜管沉淀区E 进入清水区F，经过溢流堰10从出水管9流入Ⅰ→Ⅱ最终出水管17排放。
3)Ⅰ→Ⅱ串联系统运行3-5h后，切换至Ⅱ→Ⅰ串联系统。经过上述Ⅰ →Ⅱ串联系统，反应池Ⅰ中颗粒污泥为充分释磷状态，储存了大量内碳源 PHA，具有充足的吸磷动力，而反应池Ⅱ中活性污泥为充分吸磷状态，当给 予有机物时会大量释磷，继而合成PHA，为再次变成Ⅰ→Ⅱ串联系统储存吸 磷动力，这两个系统要交替运行一定的水力停留时间才会达到良好的脱氮除 磷效果。
2.Ⅱ→Ⅰ串联系统，即水流由反应池Ⅱ流向反应池Ⅰ，PLC控制箱K开 启Ⅱ→Ⅰ键22，开启Ⅱ→Ⅰ进水阀门Ⅱ-1、Ⅱ→Ⅰ出水阀门Ⅱ-2、Ⅱ→Ⅰ第 二进水泵Ⅱ-M、Ⅱ→Ⅰ最终出水阀门Ⅱ-3，关闭Ⅰ→Ⅱ进水阀门Ⅰ-1、Ⅰ→ Ⅱ出水阀门Ⅰ-2、Ⅰ→Ⅱ第二进水泵Ⅰ-M、Ⅰ→Ⅱ最终出水阀门Ⅰ-3。
1)原水水池A中的原水经Ⅱ→Ⅰ第一进水管5进入反应池Ⅱ的顶部，在 搅拌桨16作用下与活性污泥充分混合，DPB利用原水中的有机物合成细胞内 碳源物质PHA，同时将磷释放到体外，此过程可去除原水中80%的有机物。 反应池Ⅱ中液体在连续进水的推动力作用下推流过沉淀区D、斜管沉淀区E、 清水区F经过溢流堰10从出水管9流入Ⅱ→Ⅰ出水管18进入第二中间水池H。
2)第二中间水池H中富含磷酸盐的液体，在Ⅱ→Ⅰ第二进水泵Ⅱ-M作用 下通过Ⅱ→Ⅰ第二进水管19进入反应池Ⅰ顶部，液体先流经膜曝气生物膜反 应区C，进行硝化反应，再进入颗粒污泥反应区B，进行反硝化除磷反应，通 过排泥管8排泥，处理水经过沉淀区D、斜管沉淀区E进入清水区F，经过溢流 堰10从出水管9流出。
3)Ⅱ→Ⅰ串联系统运行3-5h后，切换至Ⅰ→Ⅱ串联系统。如此交替运行。
3.上述反应池Ⅰ中颗粒污泥反应区B与膜曝气生物膜反应区C有效体积比 为1/3-2，颗粒污泥反应区B、膜曝气生物膜反应区C有效体积之和与沉淀区D、 斜管沉淀区E和清水区F有效体积之和比例为3-6，颗粒污泥的污泥浓度为 3000-5000mg/L，压力表12的数值要保证能够实现无泡传质。水力停留时间为 6-10h，污泥停留时间为6-12d。上述反应池Ⅱ中活性污泥反应区J与沉淀区D、 斜管沉淀区E和清水区F有效体积之和比例为3-6，活性污泥的污泥浓度为 3000-5000mg/L，水力停留时间为6-10h，污泥停留时间为6-12d。
基于所述的DPR-MABR耦合反应器生物处理工艺装置，通过试验，处 理生活污水的目的主要是通过以下3步技术路线实现的：
1)调节原污水的氮负荷，合理控制进水流量、压力表压力、污泥浓度、 水力停留时间等参数，确定最佳运行方式，测试脱氮效果。
2)调节原污水的磷负荷，改变控制参数，调整污泥优势菌种、污泥浓度、 改变水力停留时间等参数，确定最佳运行方式，测试除磷效果。
3)模拟生活污水的实际排放情况，改变污染物负荷，测试系统抗冲击负 荷的能力，增强其应用可行性。
本发明的DPR-MABR耦合反应器处理生活污水的装置与方法跟现有技 术相比，具有下列优点:
1)DPR-MABR耦合反应器控制简单，运行方便;
2)实现了聚磷菌和硝化菌分离，解决了传统工艺中碳源与泥龄间的矛盾， 并将除磷和反硝化两个独立过程耦合，节约碳源，实现了污泥减量，尤其适 用于处理低C/N生活污水;
3)反硝化聚磷菌为反应池中颗粒污泥和活性污泥的优势菌种，硝化菌为 膜曝气生物膜中的优势菌种;
4)反应池Ⅰ中的颗粒污泥沉速快、活性高、结构密实、微生物浓度及容 积负荷高，能够在一定程度上弥补传统活性污泥的不足;
5)膜曝气组件采用中空纤维式，成本低，能耗低;
6)膜曝气生物膜组件采用无泡曝气的曝气形式，无泡曝气的传质阻力小， 氧转移速率高，节约曝气能耗;
7)水中底物与氧在生物膜两侧进入到生物膜内，二者扩散方向相反，底 物从生物膜的表面向生物膜内部扩散，而底物浓度从生物膜表面到内部逐渐 递减;氧则从生物膜的内部向生物膜表面扩散，氧浓度梯度从生物膜的内部 到表面逐渐递减，更有利于硝化菌生长，提高抗冲击负荷能力;
8)通过合理控制压力表压力，可调节生物膜最外层微生物的生长环境为 好氧、缺氧、厌氧，从而改变微生物菌落，在生物膜外层同时发生反硝化作 用;
9)该双污泥系统有一定的污泥减量作用，减少池容、构筑物基建费用和 污泥处置费用。
