申请日2013.05.14
公开(公告)日2013.08.07
IPC分类号C02F9/14
摘要
本发明是一种多功能动态生物膜污水处理法，其涉及一种既能应用于好氧生物反应，又能应用于厌氧生物反应的污水处理法，包括生物降解、动态粗滤、灭菌精滤三个环节。污水中的有机物在封闭式生物反应池中被微生物降解生成预处理水，预处理水在动态生物膜过滤器中去除大部分的悬浮物和微生物，生成的粗滤水进入MBR滤池，在MBR滤池中添加杀菌药剂，抑制MBR滤池中微生物的生长，膜组件拦截MBR滤池池水中剩余的悬浮物和微生物，最终得到高品质的中水。用动态生物膜过滤器拦截封闭式生物反应池池水中高浓度的悬浮物和微生物，并抑制或杀灭MBR滤池中的微生物，可以减轻膜污染程度，提高膜组件的膜通量，降低MBR系统的工程造价。
权利要求书
1.一种多功能动态生物膜污水处理法，其特征在于多功能动态生物膜污水处理法包括生物降解、动态粗滤、灭菌精滤三个环节;污水中的有机物在封闭式生物反应池(3)中被微生物降解生成预处理水，预处理水在动态生物膜过滤器(39)中去除大部分的悬浮物和微生物，生成的粗滤水进入MBR滤池(23)，在MBR滤池(23)中投加杀菌药剂，抑制MBR滤池(23)中微生物的生长，膜组件(24)拦截MBR滤池(23)池水中剩余的悬浮物和微生物，最终得到高品质的中水(27);
生物降解环节的原理是，污水由进水泵(2)从平衡池(1)输送至封闭式生物反应池(3)的滤池进水管(5)，经进水文丘里管(4)喷射，诱导若干倍生物池水经进水文丘里管(4)向前流动，污水与生物池水混合在一起;启动循环泵(13)，部分生物池水经循环取水管(15)、循环泵(13)、射流阀(12)、反应池射水器(10)进入封闭式生物反应池(3)的循环射流管(11)，在反应池射水器(10)的作用下，射流气体(9)被吸入至反应池射水器(10)中，射流气体(9)与生物池水混合形成混合池水;在好氧生物反应工艺中，射流气体(9)是含氧的空气，在厌氧生物反应工艺中，射流气体(9)是无氧的沼气;混合池水在管式混合器(41)内继续混合，经滤池射流管(40)由循环文丘里管(42)喷射，诱导若干倍生物池水经循环文丘里管(42)向前流动，使封闭式生物反应池(3)的生物池水循环流动;位于填料(38)下面的封闭式生物反应池(3)的池底是斜坡，斜坡使循环流动的生物池水向上流动，穿过填料(38)，把污水中的有机物均匀分配给附着在填料(38)表面的微生物，并促使老化的生物膜脱落;
在好氧生物反应工艺中，反应池射水器(10)吸入的空气中含有氧气，为好氧微生物提供溶解氧;
在厌氧生物反应工艺中，可以关闭吸气阀(8)，也可以使反应池射水器(10)吸入的是沼气，沼气在封闭式生物反应池(3)中释放形成细小的气泡;
在封闭式生物反应池(3)内，生物池水中由反应池射水器(10)吸入的气体上升至池盖下表面，最终汇集在脱气塔台(35)内，形成排放气体(32);在好氧生物反应工艺中，排放气体(32)主要成份是消耗了一定数量氧气的空气，和好氧微生物代谢产生的二氧化碳，排放气体(32)由排气管(20)排至大气;在厌氧生物反应工艺中，排放气体(32)主要成份是沼气，沼气排至沼气储罐中;
脱气塔台(35)内的生物池水液位，在过滤器出水管(17)的高度至溢流管(33)的高度之间;打开喷淋阀(18)，喷淋水在喷淋管(19)上产生的喷淋水雾，可以消除脱气塔台(35)内生物池水液面上出现的泡沫;
排泥泵(7)可以把封闭式生物反应池(3)池底沉积的污泥颗粒及部分生物池水经滤池排泥管(6)排出;
动态粗滤环节的原理是，封闭式生物反应池(3)内部分生物池水由进水排污筒节进入动态生物膜过滤器(39)内，动态生物膜过滤器(39)内生物池水水平流速为零，生物池水向上的流速也较小，有利于生物池水中老化生物膜等大颗粒悬浮物的沉降;沉降的污泥颗粒由进水排污筒节排放至封闭式生物反应池(3)的池底;经过初步沉淀的生物池水向上穿过下层筛板进入滤料层，生物池水中的超细悬浮物和微生物被滤料层拦截，同时，滤料层中的微生物把经过初步沉淀的生物池水中的残余有机物分解，微生物附着在滤料(36)表面，生成生物膜，生物膜在滤料层中形成立体网络;生物池水在滤料层中去除大部分的悬浮物和微生物，生成粗滤水，粗滤水穿过上层筛板，由过滤器出水管(17)、出水泵(16)、出水阀(21)排放至MBR滤池(23)中;
随着滤料层拦截的超细悬浮物和微生物增多，滤料层阻力增大，脱气塔台(35)内的池水液位，由过滤器出水管(17)的高度逐渐上升，直至溢流管(33)的高度;此时，关闭出水阀(21)，停止出水泵(16);打开反冲洗阀(14)，进行反冲洗;生物池水经循环取水管(15)、循环泵(13)、反冲洗阀(14)、反冲洗管(37)，由反冲洗管(37)的喷嘴喷射冲击滤料层，使滤料层向下膨胀，并使滤料层沿一个方向旋转，若干个反冲洗管(37)阻挡部分滤料(36)有序旋转，充当搅拌器及挡板作用，滤料(36)相互摩擦，把附着在滤料(36)表面的超细悬浮物和微生物剥离下来，随着水流由进水排污筒节排放至封闭式生物反应池(3)的池底;关闭反冲洗阀(14)，轻质滤料漂浮到上层筛板的下表面，重新堆积成滤料层;此时，滤料层中只有少量的悬浮物和微生物均匀分布在滤料层中。
2.根据权利要求1所述的多功能动态生物膜污水处理法，其特征在于渗滤池(46)位于平衡池(1)上面，渗滤池(46)从上至下依次铺设有筛网(43)、石英砂(44)和砾石(45);由滤池排泥管(6)排出的污泥及部分生物池水，和溢流管(33)排出的部分生物池水，在渗滤池(46)中进行泥水分离，分离后的生物池水流入平衡池(1)中，污泥被拦截在石英砂(44)表面，污泥干燥后可以作为肥料;在清理污泥时，筛网(43)可以防止污泥与石英砂(44)过多混合在一起;当石英砂(44)缝隙中容纳过多的污泥时，应该更换石英砂(44)，更换下来的石英砂(44)与污泥充分混合后可以作为肥料;可以采用粉煤灰、细炉渣代替石英砂(44)，石英砂(44)、粉煤灰、细炉渣均有改良土壤的作用。
3.根据权利要求1所述的多功能动态生物膜污水处理法，其特征在于灭菌精滤环节，MBR滤池(23)设备与传统的MBR系统完全相同，只是在多功能动态生物膜污水处理法中，MBR滤池(23)的池水中投加杀菌药剂，抑制MBR滤池(23)中微生物的生长，这是多功能动态生物膜污水处理法与传统的MBR工艺最本质的区别;MBR滤池(23)的池水中微生物被抑制生长，甚至被杀灭，称之为灭菌池水;MBR滤池(23)的曝气方法可以采用射水器的射流曝气法，也可以采用传统的鼓风机曝气法，曝气量只需要满足对膜组件(24)进行气水擦洗，不需要满足MBR滤池(23)中微生物的耗氧量;
灭菌精滤环节的原理是，启动曝气泵(25)，部分灭菌池水由曝气泵(25)从MBR滤池(23)输送至曝气射水器(29)，再从曝气管(22)回流至MBR滤池(23)，在曝气射水器(29)的作用下，空气(31)被吸入至曝气射水器(29)中，空气(31)与灭菌池水混合后由曝气管(22)向上喷射，气泡在上升过程中对膜组件(24)表面进行气水擦洗，同时诱导若干倍灭菌池水从膜组件(24)下端向上流动，使膜组件(24)的膜丝产生抖动并彼此摩擦，清除膜组件(24)表面附着的污染物;启动抽吸泵(26)，使膜组件(24)的膜丝内形成负压，膜组件(24)的表面拦截灭菌池水中剩余的悬浮物和微生物，穿透膜组件(24)的透滤液就是高品质的中水(27)。
4.根据权利要求1所述的多功能动态生物膜污水处理法，其特征在于好氧生物反应工艺中，曝气射水器(29)吸入的气体可以是排气管(20)排出的排放气体(32)，排放气体(32)的含氧量不会对MBR滤池(23)的运行产生不良影响;封闭式生物反应池(3)排出的排放气体(32)会携带少量的生物池水液滴，液滴中含有微生物和污水成分，会对环境空气带来不良影响;由于MBR滤池(23)的池水中投加杀菌药剂，一部分排放气体(32)作为曝气气体进入MBR滤池(23)的池水中，相当于进行了消毒处理;
在好氧生物反应工艺中，由于各种曝气扩散器氧的传递速率低，排放气体(32)的空气只是消耗了少量的氧气，剩余的氧气仍然足够支持封闭式生物反应池(3)内微生物的耗氧量，一部分排放气体(32)的空气可以回流至吸气阀(8)前，从而减少排放气体(32)排至大气的流量，进一步减少封闭式生物反应池(3)的曝气废气对环境空气带来不良影响。
说明书
多功能动态生物膜污水处理法
技术领域
本发明是一种多功能动态生物膜污水处理法，其涉及一种应用于污水处理的方法，特别是涉及一种既能应用于好氧生物反应，又能应用于厌氧生物反应的多功能动态生物膜污水处理法。
背景技术
传统的污水处理工艺中，以二沉池作为泥水分离装置，二沉池存在出水质量不稳定、占地面积大等缺点。膜生物反应器简称MBR， MBR系统中不需要二沉池作为泥水分离装置，MBR膜组件不仅对悬浮物、大分子溶解状态有机物去除效率高，出水的悬浮物和浊度可以接近零，而且可以去除细菌、病毒等微生物，具有出水水质高、污泥排放量小、占地面积小等优点。MBR系统在污水处理领域的应用发展较快，是前景广阔的污水深度处理及资源化的技术。但是，MBR膜组件成本约为工程总造价的一半，MBR膜组件的寿命约二至三年，MBR膜组件的成本和寿命制约了其发展。
MBR膜组件的生产成本会随着生产技术的日趋完善而逐渐降低，目前，影响MBR膜组件成本和寿命的关键因素是膜污染。污水中的悬浮物在MBR膜表面沉积形成的滤饼层和微生物的代谢产物在MBR膜表面附着形成的凝胶层是膜污染的两大因素。除了化学清洗，没有针对膜污染更有效的办法，而化学清洗所带来的二次污染及对MBR系统中微生物的毒害作用，使其较难成为常规清洗措施。
目前，MBR膜组件的膜通量很低，如果在MBR系统前的预处理中去除大部分的悬浮物和微生物，并且在MBR滤池中添加杀菌药剂，抑制MBR滤池中微生物的生长，则可以减轻膜污染程度，提高MBR膜组件的寿命，还可以通过提高MBR膜组件的膜通量，降低MBR系统的工程造价。
传统的污水处理工艺中，唯一能够进行生物降解和截留悬浮物的设备是曝气生物滤池，只是曝气生物滤池对进水的悬浮物要求较高，需要采用对悬浮物有较高处理效果的预处理工艺。而且，进水的悬浮物浓度不能太高，否则容易引起滤料结团、堵塞。曝气生物滤池的生物膜只能自行脱落，剩余污泥不易排走，滞留在滤料之间易引起水质恶化，影响处理效果。
传统的污水处理工艺中，好氧生物反应和厌氧生物反应均能去除污水中的有机物，好氧生物反应适宜有机物浓度较低的污水处理，厌氧生物反应适宜有机物浓度较高的污水处理。好氧生物反应和厌氧生物反应的各种组合工艺又可以去除污水中的氮和磷。无论是城市生活污水处理，还是工业废水处理，均需要好氧生物反应和厌氧生物反应相结合的工艺。
传统的污水处理设备，好氧生物反应池与厌氧生物反应池结构不同，无法在好氧生物反应与厌氧生物反应之间进行工艺转换。传统的污水处理设备中，除厌氧生物反应池外，其余的设备均是敞开式，占地面积大，设备选址要求高，特别是传统的污水处理设备曝气过程对环境空气气味影响和风机噪声污染，使之不适宜应用在小城镇及居民小区的污水处理系统中。
发明内容
本发明的目的是克服传统污水处理工艺的缺陷，提供一种无噪声污染、低气味影响、能清除MBR系统前大部分的悬浮物和微生物、能在好氧生物反应与厌氧生物反应之间进行工艺转换的多功能动态生物膜污水处理法。本发明的实施方案如下：
本发明总的特征是多功能动态生物膜污水处理法包括生物降解、动态粗滤、灭菌精滤三个环节。污水中的有机物在封闭式生物反应池中被微生物降解生成预处理水，预处理水在动态生物膜过滤器中去除大部分的悬浮物和微生物，生成的粗滤水进入MBR滤池，在MBR滤池中投加杀菌药剂，抑制MBR滤池中微生物的生长，膜组件拦截MBR滤池池水中剩余的悬浮物和微生物，最终得到高品质的中水。用动态生物膜过滤器拦截封闭式生物反应池池水中高浓度的悬浮物和微生物，并抑制或杀灭MBR滤池中的微生物，可以减轻膜污染程度，提高膜组件的膜通量，降低MBR系统的工程造价。
在生物降解环节，封闭式生物反应池中的填料是以弹性填料为代表的悬挂式填料。封闭式生物反应池、动态生物膜过滤器内注水，水位低于溢流管，经过挂膜培养，填料表面附着微生物，由微生物分解污水中的有机物。封闭式生物反应池的池水中含有大量的微生物，称之为生物池水。
多功能动态生物膜污水处理法可以用于好氧生物反应和厌氧生物反应，两者之间的区别在于，用于好氧生物反应时，进入反应池射水器的气体是含氧的空气，用于厌氧生物反应时，可以关闭吸气阀，也可以使进入反应池射水器的气体是无氧的沼气，沼气由封闭式生物反应池内的厌氧微生物产生，经由排气管排至沼气储罐，一部分沼气经管道被吸入至反应池射水器内。
生物降解环节的原理是，污水由进水泵从平衡池输送至封闭式生物反应池的滤池进水管，经进水文丘里管喷射，诱导若干倍生物池水经进水文丘里管向前流动，污水与生物池水混合在一起。启动循环泵，部分生物池水经循环取水管、循环泵、射流阀、反应池射水器进入封闭式生物反应池的循环射流管，在反应池射水器的作用下，射流气体被吸入至反应池射水器中，射流气体与生物池水混合形成混合池水。在好氧生物反应工艺中，射流气体是含氧的空气，在厌氧生物反应工艺中，射流气体是无氧的沼气。混合池水在管式混合器内继续混合，经滤池射流管由循环文丘里管喷射，诱导若干倍生物池水经循环文丘里管向前流动，使封闭式生物反应池的生物池水循环流动。位于填料下面的封闭式生物反应池的池底是斜坡，斜坡使循环流动的生物池水向上流动，穿过填料，把污水中的有机物均匀分配给附着在填料表面的微生物，并促使老化的生物膜脱落。
在好氧生物反应工艺中，反应池射水器吸入的空气中含有氧气，部分氧气在反应池射水器、管式混合器和滤池射流管内溶解于生物池水中，为好氧微生物提供溶解氧。生物池水与空气在滤池射流管内流经的路径越长，生物池水与空气接触的时间就越长，从而提高氧气溶解效率。生物池水与空气的混合路径中可以设置多组管式混合器，加强生物池水与空气的混合效果。
在厌氧生物反应工艺中，可以关闭吸气阀，也可以使反应池射水器吸入的是沼气，部分沼气在反应池射水器、管式混合器和滤池射流管内溶解于生物池水中，形成溶气水，溶气水进入封闭式生物反应池中释放饱和的溶解沼气，形成细小的气泡，细小的气泡有助于富含厌氧微生物的污泥颗粒悬浮于池水中，提高厌氧生物反应的效率。生物池水与沼气在滤池射流管内流经的路径越长，生物池水与沼气接触的时间就越长，从而提高沼气溶解效率。
在封闭式生物反应池内，生物池水中由反应池射水器吸入的气体上升至池盖下表面，最终汇集在脱气塔台内，形成排放气体。在好氧生物反应工艺中，排放气体主要成份是消耗了一定数量氧气的空气，和好氧微生物代谢产生的二氧化碳，排放气体由排气管排至大气。在厌氧生物反应工艺中，排放气体主要成份是沼气，沼气排至沼气储罐中。U形管中注水，可以防止脱气塔台内的沼气经溢流管泄露。
排泥泵可以把封闭式生物反应池池底沉积的污泥颗粒及部分生物池水经滤池排泥管排出。渗滤池位于平衡池上面，渗滤池从上至下依次铺设有筛网、石英砂和砾石。由滤池排泥管排出的污泥及部分生物池水，和溢流管排出的部分生物池水，在渗滤池中进行泥水分离，分离后的生物池水流入平衡池中，污泥被拦截在石英砂表面，污泥干燥后可以作为肥料。在清理污泥时，筛网可以防止污泥与石英砂过多混合在一起。当石英砂缝隙中容纳过多的污泥时，应该更换石英砂，更换下来的石英砂与污泥充分混合后可以作为肥料。可以采用粉煤灰、细炉渣代替石英砂，石英砂、粉煤灰、细炉渣均有改良土壤的作用。
脱气塔台内的生物池水液位，在过滤器出水管的高度至溢流管的高度之间。打开喷淋阀，喷淋水在喷淋管上产生的喷淋水雾，可以消除脱气塔台内生物池水液面上出现的泡沫。
在动态粗滤环节，动态生物膜过滤器下端的锥形封头上有一个进水排污筒节，滤料采用以聚苯乙烯泡沫颗粒滤珠为代表的轻质滤料。滤料装填在动态生物膜过滤器的上下两层筛板之间。动态生物膜过滤器注水后，轻质滤料漂浮在上层筛板的下表面，堆积成滤料层。
动态生物膜过滤器首次运行前要启动反冲洗程序，打开反冲洗阀，生物池水经循环取水管、循环泵、反冲洗阀、反冲洗管，由反冲洗管的喷嘴喷射冲击滤料层，使滤料层向下膨胀，并使滤料层沿一个方向旋转，若干个反冲洗管阻挡部分滤料有序旋转，充当搅拌器及挡板作用，生物池水由进水排污筒节回流到封闭式生物反应池内。关闭反冲洗阀，轻质滤料漂浮到上层筛板的下表面，重新堆积成滤料层。此时，生物池水携带的微生物均匀分布在滤料层中。
动态粗滤环节的原理是，封闭式生物反应池内部分生物池水由进水排污筒节进入动态生物膜过滤器内，动态生物膜过滤器内生物池水水平流速为零，生物池水向上的流速也较小，有利于生物池水中老化生物膜等大颗粒悬浮物的沉降。沉降的污泥颗粒由进水排污筒节排放至封闭式生物反应池的池底。经过初步沉淀的生物池水向上穿过下层筛板进入滤料层，生物池水中的超细悬浮物和微生物被滤料层拦截，同时，滤料层中的微生物把经过初步沉淀的生物池水中的残余有机物分解，微生物附着在滤料表面，生成生物膜，生物膜在滤料层中形成立体网络。生物池水在滤料层中去除大部分的悬浮物和微生物，生成粗滤水，粗滤水穿过上层筛板，由过滤器出水管、出水泵、出水阀排放至MBR滤池中。
随着滤料层拦截的超细悬浮物和微生物增多，滤料层阻力增大，脱气塔台内的池水液位，由过滤器出水管的高度逐渐上升，直至溢流管的高度。此时，关闭出水阀，停止出水泵。打开反冲洗阀，进行反冲洗。生物池水经循环取水管、循环泵、反冲洗阀、反冲洗管，由反冲洗管的喷嘴喷射冲击滤料层，使滤料层向下膨胀，并使滤料层沿一个方向旋转，若干个反冲洗管阻挡部分滤料有序旋转，充当搅拌器及挡板作用，滤料相互摩擦，把附着在滤料表面的超细悬浮物和微生物剥离下来，随着水流由进水排污筒节排放至封闭式生物反应池的池底。关闭反冲洗阀，轻质滤料漂浮到上层筛板的下表面，重新堆积成滤料层。此时，滤料层中只有少量的悬浮物和微生物均匀分布在滤料层中。
封闭式生物反应池的生物池水中有大量的气泡，已经升至池盖下表面的气体不能进入动态生物膜过滤器内，不会扰动滤料层。
封闭式生物反应池的生物池水中悬浮物浓度过高时，会造成反冲洗时间间隔缩短，应该及时启动排泥程序。
在好氧生物反应工艺中，动态生物膜过滤器内微生物所消耗的氧气，由生物池水中的溶解氧提供，由于动态生物膜过滤器的流量远远小于循环泵的流量，流入动态生物膜过滤器的生物池水所携带的溶解氧有限，滤料层处于缺氧状态，动态生物膜过滤器内的微生物增殖缓慢，不会出现滤料层因微生物增殖迅速而结团、堵塞。滤料层对悬浮物和微生物的拦截原理主要是深层过滤和生物膜过滤的共同作用。
封闭式生物反应池的生物池水是有氧环境，动态生物膜过滤器的生物池水是缺氧环境，生物池水循环经历有氧环境和缺氧环境，对生物池水中的微生物进行自然筛选，生物池水中兼性微生物是优势菌群。兼性微生物也称兼性厌氧菌或兼性好氧菌。此类微生物的适应范围广，在有氧环境或无氧环境中均能生长，以有氧生长为主，兼具厌氧生长能力。
在灭菌精滤环节，MBR滤池设备与传统的MBR系统完全相同，只是在多功能动态生物膜污水处理法中，MBR滤池的池水中投加杀菌药剂，抑制MBR滤池中微生物的生长，这是多功能动态生物膜污水处理法与传统的MBR工艺最本质的区别。MBR滤池的池水中微生物被抑制生长，甚至被杀灭，称之为灭菌池水。MBR滤池的曝气方法可以采用射水器的射流曝气法，也可以采用传统的鼓风机曝气法，曝气量只需要满足对膜组件进行气水擦洗，不需要满足MBR滤池中微生物的耗氧量。与传统的MBR工艺曝气量相比，多功能动态生物膜污水处理法中的曝气量很少。传统的鼓风机曝气法噪声较大，射水器的射流曝气法噪声较小，并且，射水器结构简单、成本低，可以输送腐蚀性流体。
灭菌精滤环节的原理是，启动曝气泵，部分灭菌池水由曝气泵从MBR滤池输送至曝气射水器，再从曝气管回流至MBR滤池，在曝气射水器的作用下，空气被吸入至曝气射水器中，空气与灭菌池水混合后由曝气管向上喷射，气泡在上升过程中对膜组件表面进行气水擦洗，同时诱导若干倍灭菌池水从膜组件下端向上流动，使膜组件的膜丝产生抖动并彼此摩擦，清除膜组件表面附着的污染物。启动抽吸泵，使膜组件的膜丝内形成负压，膜组件的表面拦截灭菌池水中剩余的悬浮物和微生物，穿透膜组件的透滤液就是高品质的中水。
在厌氧生物反应工艺中，曝气射水器吸入的气体是空气。
在好氧生物反应工艺中，曝气射水器吸入的气体可以是排气管排出的排放气体，排放气体的含氧量不会对MBR滤池的运行产生不良影响。封闭式生物反应池排出的排放气体会携带少量的生物池水液滴，液滴中含有微生物和污水成分，会对环境空气带来不良影响。由于MBR滤池的池水中投加杀菌药剂，一部分排放气体作为曝气气体进入MBR滤池的池水中，相当于进行了消毒处理。
在好氧生物反应工艺中，由于各种曝气扩散器氧的传递速率低，排放气体的空气只是消耗了少量的氧气，剩余的氧气仍然足够支持封闭式生物反应池内微生物的耗氧量，一部分排放气体的空气可以回流至吸气阀前，从而减少排放气体排至大气的流量，进一步减少封闭式生物反应池的废气对环境空气带来不良影响。
