一种MBR一体化污水净化装置和方法

技术领域

本发明涉及污水净化领域，具体而言，涉及一种MBR一体化污水净化装置和方法。

背景技术

目前，市场上大部分一体化污水净化装置的污水处理工艺均为传统生物脱氮工艺，其包括硝化和反硝化两个阶段，这些装置存在工艺流程长、停留时间长、设备体积大，整体投资高、需外加碳源等缺点。其中，膜生物反应器(Membrane Bioreactor，简称MBR)水处理技术是一种生物技术与膜技术相结合的高效生化水处理技术，膜生物反应器是结合了膜分离技术和传统的污泥法的一种高效污水处理技术，由于膜的过滤作用，生物完全被截留在生物反应器中，具有硝化能力强、污染物去除率高、出水水质好、体积小和净水效率高的特点。

若在MBR污水净化装置中同步进行硝化反硝化反应，硝化反应的产物可直接成为反硝化反应的底物，避免硝化过程中硝酸盐的积累对硝化反应的抑制，不但能够加速硝化反应的速率，加快反应进程，而且能够相应减小反应器的容积；另外，反硝化反应中所释放出的碱度可补偿硝化反应所需要的碱，无需外加投碱就能够使系统的pH值相对稳定。除此之外，反应过程中产生的碳源不仅促进了硝化反应，而且为反硝化反应提供了碳源，无需额外添加碳源。既能够实现有机物氧化、硝化和反硝化在反应的同时进行，有能够提高脱氮效果，节约能源。

MBR膜组器运行一段时间后，由于污泥在膜表面不断积累，增加了过滤阻力，因此需要进行高强度的曝气，吹脱膜丝表面吸附的污泥，缓解膜污染问题。但是，高强度的曝气不仅使MBR污水净化装置的运行费用高，而且会使装置内的溶解氧难以控制，使装置中溶解氧的含量远远高于硝化反硝化同步反应所需的溶解氧，这就导致了系统内只发生好氧的硝化反应，无法在同一空间内进行反硝化反应脱氮，无法实现在MBR污水净化装置中同步进行硝化反硝化反应，造成工艺流程长、停留时间长、设备体积大，整体投资高、需外加碳源等问题。目前，对于膜组器间歇曝气是通过每隔一段时间开启或关闭鼓风机来实现的，虽然降低了曝气，但是频繁开启和关闭鼓风机会大大降低鼓风机的使用寿命。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的目的在于提供一种MBR一体化污水净化装置，该装置采用间接性曝气，在进行高强度的曝气缓解膜污染的同时，还能够降低装置中的溶解氧，满足硝化反硝化同步反应所需的溶解氧，并使风机正常连续运行，实现了在MBR一体化污水净化装置在有效处理膜污染的同时能够保证硝化反硝化同步反应的正常进行，不仅有效去除了膜表面的污染物，降低了曝气能耗，提高了脱氮效果，节约能源，提高出水水质，提高净水效率，而且保障了污水净化装置的稳定运行，降低了设备投资成本。

本发明的另一目的在于提供一种污水净化的方法，所述方法使用所述的MBR一体化污水净化装置，该方法降低了溶解氧，使溶解氧的含量能够满足硝化反硝化同步反应，实现了污水净化时，在有效处理膜污染的同时能够保证硝化反硝化同步反应的正常进行。

本发明是这样实现的：

一种MBR一体化的污水净化装置，该装置包括主体，所述主体中设置膜组器和多个曝气装置；

所述膜组器包括第一曝气管、第二曝气管、方管和曝气槽；所述第一曝气管和所述第二曝气管纵向平行设置，所述方管的两端分别与所述第一曝气管和所述第二曝气管的底端连接并连通，所述方管中设置隔板；所述方管的底部设置曝气槽；

所述第一曝气管和所述第二曝气管的顶端分别连接至第二阀门和第三阀门的一端；多个所述曝气装置进行连通，连通后共同连接至第一阀门的一端；所述第一阀门、所述第二阀门和所述第三阀门的另一端并联连接，并联连接后共同连接至风机。

本发明装置采用间接性曝气，在进行高强度的曝气缓解膜污染的同时，还能够降低装置中的溶解氧，满足硝化反硝化同步反应所需的溶解氧，并使风机正常连续运行，实现了在MBR一体化污水净化装置在有效处理膜污染的同时能够保证硝化反硝化同步反应的正常进行，不仅有效去除了膜表面的污染物，降低了曝气能耗，提高了脱氮效果，节约能源，提高出水水质，提高净水效率，而且保障了污水净化装置的稳定运行，降低了设备投资成本。

多个所述曝气装置串联连接成若干组分支结构，若干组所述分支结构并联连接后共同连接至第一阀门的一端。

所述曝气槽(3-5)上开设若干个孔；

优选的，所述孔的孔径4～8mm。

所述膜组器通过顶端的出水口连接至产水泵。产水泵用于抽出净化后的产水。

所述主体中靠近曝气装置一侧的下端开设进水口。进水口用于污水进入MBR一体化的污水净化装置中进行净化处理。

一种污水净化的方法，所述方法使用所述的MBR一体化污水净化装置，包括以下步骤：

污水进入所述主体中进行硝化反硝化同步反应，并通过膜组器去除污染物，得到净化水；

多个所述曝气装置进行间歇曝气产生溶解氧；所述膜组器的两侧进行交替曝气去除所述膜组器膜表面的污染物，同时产生溶解氧；所述曝气装置产生的所述溶解氧和所述膜组器产生的所述溶解氧共同用于所述硝化反硝化同步反应中。

多个所述曝气装置曝气时，装置中总的曝气量与水的体积比为(2～5)：1；

优选的，多个所述曝气装置产生的溶解氧的含量为0.5～1.5mg/L。通过调节曝气装置的气水比及间接曝气的时间来控制溶解氧的含量，使装置中水中溶解氧的含量为0.5～1.5mg/L，水中溶解氧的含量为0.5～1.5mg/L有利于硝化反硝化反应在同一空间内进行，与传统生物脱氮相比，可节省碳源，减少曝气量，从而减小运行费用。

多个所述曝气装置通过第一阀门的开启与关闭进行间歇曝气；

优选的，所述第一阀门开启时，多个所述曝气装置进行曝气；所述第一阀门关闭时，多个所述曝气装置停止曝气；通过第一阀门的开启和关闭控制曝气装置的开启和关闭，当第一阀门关闭时，风机提供的风量全部提供给膜组器进行曝气。

优选的，所述第一阀门开启与关闭的时间比为1：(1～10)。通过控制第一阀门的开启与关闭时间来调节风机对曝气装置的供气时间，实现曝气装置的间歇曝气，确保水中的溶解氧含量在0.5～1.5mg/L范围内。

所述膜组器通过所述第二阀门和所述第三阀门的交替开启进行两侧的交替曝气；膜组器通过第二阀门和第三阀门的交替开启实现了膜组器的间歇曝气，实现了每次曝气仅为1/2膜组器曝气，膜组器的两侧交替曝气；

保持膜组器的曝气强度为50～120N m

优选的，所述第二阀门开启，且所述第三阀门关闭时，所述第一曝气管和邻近所述第一曝气管的所述隔板一侧的所述方管进行曝气；实现了1/2膜组器曝气；

优选的，所述第三阀门开启，且所述第二阀门关闭时，所述第二曝气管和邻近所述第二曝气管的所述隔板一侧的所述方管进行曝气；实现了1/2膜组器曝气；

优选的，所述第二阀门和第三阀门交替开启的时间均大于60s。当第二阀门和第三阀门交替开启的时间大于60s时，才能够保证去除膜组器膜表面的污染物，达到有效处理膜污染的目的。

所述净化水通过产水泵抽出；

优选的，所述产水泵开启与关闭的时间比为(7～10):(1～3)。产水泵开启与关闭的时间比保证了膜组器有效地进行曝气，进行膜污染的处理。

本发明MBR一体化的污水净化装置的工作原理为：

污水通过进水口进入MBR一体化的污水净化装置中，装置中充满活性污泥混合液，曝气装置置于净化装置前端底部，膜组器置于净化装置末端，污水通过曝气量的控制在整个装置中进行硝化反硝化同步反应，在硝化反硝化同步反应和膜组器的共同作用下完成污水的净化，净化水通过产水泵抽出。

当第一阀门开启时，风机产生的气体部分通过第一阀门进入曝气装置，曝气装置进行曝气，用于提供活性污泥的溶解氧，提高生化处理效果，另一部分风机产生的气体用于膜组器曝气；当第一阀门关闭时，风机产生的气体全部用于膜组器曝气，膜组器曝气过程如下：

风机产生的气体通过第二阀门和第三阀门的交替开启分别进入膜组器的第一曝气管、第二曝气管和方管中，方管底部的曝气槽进行曝气；当开启第二阀门、关闭第三阀门时，气体通过第二阀门进入第一曝气管，在第一曝气管和邻近第一曝气管的隔板一侧的方管中进行曝气(即在膜组器的一侧进行曝气)；当开启第三阀门、关闭第二阀门时，气体通过第三阀门进入第二曝气管，在第二曝气管和邻近第二曝气管的隔板一侧的方管中进行曝气(即在膜组器的另一侧进行曝气)，通过交替曝气不仅实现了对膜组器膜表面的污染物进行分时段分区域的去除，而且降低了水中溶解氧的含量。

通过曝气装置的间歇曝气和膜组器的间歇曝气使MBR一体化的污水净化装置中水中的溶解氧的含量降低，降低至0.5～1.5mg/L，能够满足硝化反硝化同步反应的进行，保障了MBR一体化的污水净化装置的稳定运行。

本发明的有益效果主要在于：

(1)本发明装置采用间接性曝气，在进行高强度的曝气缓解膜污染的同时，还能够降低装置中的溶解氧，满足硝化反硝化同步反应所需的溶解氧，并使风机正常连续运行，实现了在MBR一体化污水净化装置在有效处理膜污染的同时能够保证硝化反硝化同步反应的正常进行，不仅有效去除了膜表面的污染物，降低了曝气能耗，提高了脱氮效果，节约能源，提高出水水质，提高净水效率，而且保障了污水净化装置的稳定运行，降低了设备投资成本。

(2)本发明采用膜组器间歇曝气不仅有效的去除膜组器膜表面的污染物，达到有效处理膜污染的目的，而且节省了50％的曝气量，减小了风机的风量，降低了水中溶解氧的含量，使装置中溶解氧的含量能够满足硝化反硝化同步反应的进行。

(3)本发明通过曝气装置的间歇曝气和膜组器的间歇曝气使MBR一体化的污水净化装置中水中的溶解氧的含量降低，降低至0.5～1.5mg/L，能够满足硝化反硝化同步反应的进行，保障了MBR一体化的污水净化装置的稳定运行。

(4)本发明方法降低了溶解氧，使溶解氧的含量能够满足硝化反硝化同步反应，实现了污水净化时，在有效处理膜污染的同时能够保证硝化反硝化同步反应的正常进行。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例1中MBR一体化的污水净化装置的结构示意图。

图中：1、主体，2、曝气装置，3、膜组器，3-1、第一曝气管，3-2、第二曝气管，3-3、方管，3-4、隔板，3-5、曝气槽，4、第一阀门，5、第二阀门，6、第三阀门，7、风机，8、产水泵。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。

实施例1

如图1，一种MBR一体化的污水净化装置，该装置包括主体1，所述主体1中设置膜组器3和多个曝气装置2；所述膜组器3包括第一曝气管3-1、第二曝气管3-2、方管3-3和曝气槽3-5；所述第一曝气管3-1和第二曝气管3-2纵向平行设置，所述方管3-3的两端分别与第一曝气管3-1和第二曝气管3-2的底端连接并连通，所述方管3-3中设置隔板3-4；所述方管3-3的底部设置曝气槽3-5；所述第一曝气管3-1和所述第二曝气管3-2的顶端分别连接至第二阀门5和第三阀门6的一端；多个所述曝气装置2串联连接成若干组分支结构，若干组所述分支结构并联连接后共同连接至第一阀门4的一端；所述第一阀门4、所述第二阀门5和所述第三阀门6的另一端并联连接，并联连接后共同连接至风机7。

所述曝气槽3-5上开设若干个孔；所述孔的孔径4～8mm。

所述膜组器3通过顶端的出水口连接至产水泵8。所述主体1中靠近曝气装置2一侧的下端开设进水口。

使用上述装置进行污水净化时，方法如下：

污水进入所述主体1中进行硝化反硝化同步反应，并通过膜组器3去除污染物，得到净化水；

多个所述曝气装置2通过第一阀门的开启与关闭进行间歇曝气，产生溶解氧；所述膜组器3通过所述第二阀门5和所述第三阀门6的交替开启进行两侧的交替曝气，去除所述膜组器3膜表面的污染物，同时产生溶解氧；所述曝气装置2产生的所述溶解氧和所述膜组器3产生的所述溶解氧共同用于所述硝化反硝化同步反应中。

当所述曝气装置2曝气时，装置中总的曝气量与水的体积比为(2～5)：1；所述曝气装置产生溶解氧的含量为0.5～1.5mg/L。所述第一阀门4开启与关闭的时间比为1：(1～10)。所述第一阀门4开启时，多个所述曝气装置2进行曝气；所述第一阀门4关闭时，多个所述曝气装置2停止曝气。

所述膜组器3通过第二阀门5和第三阀门6的交替开启进行左右交替曝气；当所述第二阀门5开启，且第三阀门6关闭时，所述第一曝气管3-1和邻近所述第一曝气管3-1的所述隔板3-4一侧的所述方管3-3进行曝气；当所述第三阀门6开启，且第二阀门5关闭时，所述第二曝气管3-2和邻近所述第二曝气管3-2的所述隔板3-4一侧的所述方管3-3进行曝气。所述第二阀门5和第三阀门6交替开启的时间均大于60s。所述产水泵8开启与关闭的时间比为(7～10):(1～3)。

实施例2

将实施例1中的MBR一体化的污水净化装置用于污水处理，并设定装置的参数：第一阀门开启与关闭的时间分别为1min和10min，装置中总的曝气量与水的体积比为2:1，控制溶解氧的含量为0.5mg/L；第二阀门和第三阀门交替开启的时间均为80s；产水泵开启与关闭的时间分别为7min和1min；膜组器的曝气强度为90m

其中，污水来源为生活污水，污水中含有有机物、氨氮等污染物，并分别采用国标规定方法HJ-535-2009、GB 11914-89和GB 11894-89的方法测定污水处理前后的污染物含量，测定结果如表1所示：

表1污水处理前后的污染物测定结果表

由上表可知，本发明装置进行了硝化反硝化同步反应，提高了脱氮效果，并且有效去除了膜表面的污染物，提高出水水质，提高了净水效率，溶解氧含量能够满足硝化反硝化同步反应。这说明本发明装置实现了在有效处理膜污染的同时能够保证硝化反硝化同步反应的正常进行。

实施例3

将实施例1中的MBR一体化的污水净化装置用于污水处理，并设定装置的参数：第一阀门开启与关闭的时间分别为1min和1min，装置中总的曝气量与水的体积比为5:1，控制溶解氧的含量为0.8mg/L；第二阀门和第三阀门交替开启的时间均为65s；产水泵开启与关闭的时间分别为10min和3min，膜组器的曝气强度为100m

其中，污水来源为生活污水，污水中含有有机物、氨氮等污染物，并分别采用国标规定方法HJ-535-2009、GB11914-89和GB11894-89的方法测定污水处理前后的污染物含量，测定结果如表2所示：

表2污水处理前后的污染物测定结果表

由上表可知，本发明装置进行了硝化反硝化同步反应，提高了脱氮效果，并且有效去除了膜表面的污染物，提高出水水质，提高了净水效率，溶解氧含量能够满足硝化反硝化同步反应。这说明本发明装置实现了在有效处理膜污染的同时能够保证硝化反硝化同步反应的正常进行。

对比例1

此对比例与实施例2的区别在于：第一阀门开启与关闭的时间分别为20min和1min，气体和水的体积比为7:1，控制溶解氧的含量为2.0mg/L；第二阀门和第三阀门交替开启的时间均为50s；产水泵开启与关闭的时间分别为7min和1min；膜组器的曝气强度为160m

表3污水处理前后的污染物测定结果表

由上表可知，装置的参数设定超出本发明参数范围时，溶解氧含量较高，无法进行硝化反硝化同步反应，只进行了硝化反应，无法进行反硝化反应，几乎没有脱氮效果，出水水质降低，显著降低了净水效率。

综上所述，本发明装置采用间接性曝气，在进行高强度的曝气缓解膜污染的同时，还能够降低装置中的溶解氧，满足硝化反硝化同步反应所需的溶解氧，并使风机正常连续运行，实现了在MBR一体化污水净化装置在有效处理膜污染的同时能够保证硝化反硝化同步反应的正常进行，不仅有效去除了膜表面的污染物，降低了曝气能耗，提高了脱氮效果，节约能源，提高出水水质，提高净水效率，而且保障了污水净化装置的稳定运行，降低了设备投资成本。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。