本發明提供一種氧化溝膜生物反應器及其污水處理工藝和應用，氧化溝膜生物反應器內設氧化溝，氧化溝膜生物反應器包括連續設立的缺氧區和好氧區或者包括連續設立的厭氧區、缺氧區和好氧區，好氧區內設置有一個或多個膜生物反應區，污水進水口設于缺氧區或厭氧區，將膜生物反應器和氧化溝有機結合，充分發揮S‑MBR和R‑MBR的優勢，減少或取消污泥回流，精簡工藝流程和動力設備;作為S‑MBR運行，實現原位在線清洗和浸泡清洗;作為R‑MBR運行，提高了土地利用率，操作維護簡單;優化曝氣系統，結合脈沖曝氣，保證各區域內有效的需氧量，避免浪費能耗。本發明通過反應器優化組合，增強脫氮除磷的處理效果，節約能耗，節省占地。
摘要附圖
權利要求書
1.一種氧化溝膜生物反應器，其特征在于，所述氧化溝膜生物反應器內設氧化溝，所述氧化溝膜生物反應器包括連續設立的缺氧區(1)和好氧區(2)或者包括連續設立的厭氧區(4)、缺氧區(1)和好氧區(2)，所述好氧區(2)內設置有一個或多個膜生物反應區(3)，所述污水進水口設于缺氧區(1)或厭氧區(4)。
2.如權利要求1所述的氧化溝膜生物反應器，其特征在于，所述氧化溝呈廊道式，所述氧化溝膜生物反應器包括一個氧化溝或多個串聯的氧化溝。
3.如權利要求2所述的氧化溝膜生物反應器，其特征在于，所述氧化溝是由導流墻分隔而形成的，且包括一個或多個廊道。
4.如權利要求3所述的氧化溝膜生物反應器，其特征在于，所述導流墻包括中間隔墻(5)和/或弧形導流墻(6)。
5.如權利要求4所述的氧化溝膜生物反應器，其特征在于，所述弧形導流墻(6)設置于中間隔墻(5)的自由端。
6.如權利要求1所述的氧化溝膜生物反應器，其特征在于，所述厭氧區(4)和缺氧區(1)之間設置隔墻(7)。
7.如權利要求1至6任一項所述的氧化溝膜生物反應器，其特征在于，還包括以下特征中的任一項或多項：
1)所述氧化溝膜生物反應器設有一個或多個膜生物反應區組，每個膜生物反應區組由一個或多個并聯的膜生物反應區構成，當膜生物反應區組為多個時，多個膜生物反應區組串聯設置于所述好氧區(2)內;
2)每個膜生物反應區(3)設置膜區配水堰門(8)和膜區出水堰門(9);
3)每個膜生物反應區(3)內設有多個導流板，多個導流板在每個膜生物反應區(3)內上下交錯設置;
4)每個膜生物反應區(3)內設有膜組件;
5)所述厭氧區、缺氧區和好氧區內設有推流型潛水攪拌機(10);
6)所述缺氧區和好氧區設有曝氣裝置。
8.如權利要求1至7任一項所述的氧化溝膜生物反應器用于處理污水的用途。
9.一種氧化溝膜生物反應器污水處理工藝，其特征在于，采用權利要求1至7任一項所述的氧化溝膜生物反應器進行污水處理，選自以下氧化溝膜生物反應器污水處理工藝之任一：
氧化溝膜生物反應器污水處理工藝一，包括以下步驟：
1)污水首先進入缺氧區，與來自好氧區的回流液混合，缺氧區內進行反硝化過程進行脫氮，部分有機物在反硝化菌的作用下降解去除;
2)然后進入好氧區以及設置在好氧區內的膜生物反應區，進行有機物的進一步降解以及氨的硝化，再進入缺氧區在氧化溝內循環流動;處理后的水從膜生物反應區排出;
氧化溝膜生物反應器污水處理工藝二，包括以下步驟：
1)污水首先進入厭氧區，與來自好氧區的回流液混合，厭氧區內聚磷菌在厭氧環境下釋磷，同時轉化易降解的有機污染物，并將部分含氮有機物進行氨化;
2)然后進入缺氧區，與來自好氧區的回流液混合，缺氧區內進行反硝化過程進行脫氮，部分有機物在反硝化菌的作用下降解去除;
3)然后進入好氧區以及設置在好氧區內的膜生物反應區，進行有機物的進一步降解以及氨的硝化和磷的吸收;處理后的水從膜生物反應區排出。
10.如權利要求9所述的氧化溝膜生物反應器污水處理工藝，其特征在于，還包括以下特征中的任一項或多項：
1)缺氧區的溶解氧濃度<0.5mg/L，水力停留時間為0.5～3h，總氮負荷率≤0.05kgTN/(kgMLSS·d);
2)好氧區的溶解氧濃度>2mg/L，BOD5污泥負荷為0.1～0.2kgBOD5/(kgMLSS·d)，污泥濃度2.5～4.5g/L;
3)膜生物反應區為脈沖式曝氣在線清洗方式;
4)膜生物反應區的氣水比為4～6:1，脈沖曝氣氣水比按12～16:1。
11.如權利要求10所述的氧化溝膜生物反應器污水處理工藝，其特征在于，厭氧區的溶解氧濃度低于0.2mg/L，水力停留時間為1～2h。
說明書
一種氧化溝膜生物反應器及其污水處理工藝和應用
技術領域
本發明涉及可生化性污水的生物處理與回用工藝技術領域，尤其涉及一種氧化溝膜生物反應器及其污水處理工藝和應用。
背景技術
膜生物反應器(membrane biological reactor)適用于城鎮污水及具有可生化性的工業廢水處理和回用工程，是一種將膜分離技術與傳統污水生物處理工藝有機結合的新型高效污水處理工藝，以膜為分離介質替代常規重力沉淀固液分離獲得出水，并能改變反應進程和提高反應效率的污水處理工藝，簡稱MBR。
MBR工藝中微生物濃度高，裝置處理容積負荷大，占地省，出水水質良好，能直接回用，后段工藝不需設置沉淀池，因此，在出水排放標準要求高、需回用或者工程用地緊張的項目中，具有顯著的優勢和廣闊的發展前景。
根據膜組器和生物反應器的相對位置分類，MBR工藝分為浸沒式(又稱一體式)和外置式(又稱分體式)膜生物處理系統。浸沒式膜生物處理系統(Immersed membranebiological treatment system)，簡稱S-MBR，指膜組器浸沒在生物反應池中，污染物在生物反應池進行生化反應，利用膜進行固液分離的設備或系統。可采用負壓產水，也可利用靜水壓力自流產水。外置式膜生物處理系統(Sidestream membrane biological treatmentsystem)，簡稱R-MBR，指膜組器和生物反應池分開布置，生物反應池內的活性污泥混合液泵入膜組器進行固液分離的設備或系統。產水排放或深度處理，濃縮的泥水混合物回流到循環濃縮池或生物反應池，形成循環。
S-MBR工藝結構緊密，節省空間，處理規模小于1000m3/h時可采用原位清洗，處理規模大于1000m3/h時因原位清洗會破壞原有生物處理系統，必須采用離線清洗。離線清洗單元設備投資高，操作維護復雜。同時由于膜表面流態穩定，膜堵塞、膜污染問題更明顯。
R-MBR工藝膜組器獨立、控制方式簡單、清洗方便，但占地面積大，能耗高。
隨著污水排放標準的日益提高，城市建設用地更趨緊張，MBR的應用需求迅速增加，而阻礙MBR工藝運行和推廣的主要原因是能耗比傳統工藝高、以及膜污染的相關問題。目前，大多數研究集中在這兩個問題上。其中主要研究方向之一，是通過將MBR工藝與其他工藝有機組合，優化運行維護方式，降低能耗和運行成本。
發明內容
本發明的目的在于克服現有技術的缺點，提供一種氧化溝膜生物反應器及其污水處理工藝和應用，所述氧化溝膜生物反應器內設氧化溝，所述氧化溝膜生物反應器包括連續設立的缺氧區和好氧區或者包括連續設立的厭氧區、缺氧區和好氧區，所述好氧區內設置有一個或多個膜生物反應區，所述污水進水口設于缺氧區或厭氧區，將膜生物反應器和氧化溝有機結合，充分發揮S-MBR和R-MBR的優勢，相比于傳統活性污泥法和傳統膜生物反應器：減少或取消污泥回流，精簡了工藝流程和動力設備;作為S-MBR運行，實現原位在線清洗和浸泡清洗;作為R-MBR運行，提高了土地利用率，操作維護簡單;優化曝氣系統，結合脈沖曝氣，保證各區域內有效的需氧量，避免浪費能耗。本發明通過反應器的優化組合，增強生化系統脫氮除磷的處理效果，節約能耗，節省占地，降低基建投資和運行成本。
本發明是通過以下技術方案實現的：
本發明方面提供一種氧化溝膜生物反應器，所述氧化溝膜生物反應器內設氧化溝，所述氧化溝膜生物反應器包括連續設立的缺氧區和好氧區或者包括連續設立的厭氧區、缺氧區和好氧區，所述好氧區內設置有一個或多個膜生物反應區，所述污水進水口設于缺氧區或厭氧區。
優選地，所述氧化溝呈廊道式，所述氧化溝膜生物反應器包括一個氧化溝或多個串聯的氧化溝。
更優選地，所述氧化溝是由導流墻分隔而形成的，且包括一個或多個廊道。
進一步更優選地，所述導流墻包括中間隔墻和/或弧形導流墻。
再進一步更優選地，所述弧形導流墻設置于中間隔墻的自由端。
優選地，所述厭氧區和缺氧區之間設置隔墻。
優選地，還包括以下特征中的任一項或多項：
1)所述氧化溝膜生物反應器設有一個或多個膜生物反應區組，每個膜生物反應區組由一個或多個并聯的膜生物反應區構成，當膜生物反應區組為多個時，多個膜生物反應區組串聯設置于所述好氧區內;
2)每個膜生物反應區設置膜區配水堰門和膜區出水堰門;
3)每個膜生物反應區內設有多個導流板，多個導流板在每個膜生物反應區內上下交錯設置;
4)每個膜生物反應區內設有膜組件;
5)所述厭氧區、缺氧區和好氧區內設有推流型潛水攪拌機;
6)所述缺氧區和好氧區設有曝氣裝置。
本發明第二方面提供上述氧化溝膜生物反應器的用途，用于處理污水。
本發明第三方面提供一種氧化溝膜生物反應器污水處理工藝，采用上述氧化溝膜生物反應器進行污水處理，選自以下氧化溝膜生物反應器污水處理工藝之任一：
氧化溝膜生物反應器污水處理工藝一，包括以下步驟：
污水首先進入缺氧區，與來自好氧區的回流液混合，缺氧區內進行反硝化過程進行脫氮，部分有機物在反硝化菌的作用下降解去除;
然后進入好氧區以及設置在好氧區內的膜生物反應區，進行有機物的進一步降解以及氨的硝化，再進入缺氧區在氧化溝內循環流動;處理后的水從膜生物反應區通過泵排出;
氧化溝膜生物反應器污水處理工藝二，包括以下步驟：
污水首先進入厭氧區，與來自好氧區的回流液混合，厭氧區內聚磷菌在厭氧環境下釋磷，同時轉化易降解的有機污染物，并將部分含氮有機物進行氨化;
然后進入缺氧區，與來自好氧區的回流液混合，缺氧區內進行反硝化過程進行脫氮，部分有機物在反硝化菌的作用下降解去除;
然后進入好氧區以及設置在好氧區內的膜生物反應區，進行有機物的進一步降解以及氨的硝化和磷的吸收;處理后的水從膜生物反應區通過泵排出。
優選地，還包括以下特征中的任一項或多項：
缺氧區的溶解氧濃度<0.5mg/L，水力停留時間為0.5～3h，總氮負荷率≤0.05kgTN/(kgMLSS·d);
好氧區的溶解氧濃度>2mg/L，BOD5污泥負荷為0.1～0.2kgBOD5/(kgMLSS·d)，污泥濃度2.5～4.5g/L;
膜生物反應區為脈沖式曝氣在線清洗方式;
膜生物反應區的氣水比為4～6:1，脈沖曝氣氣水比按12～16:1。
優選地，厭氧區的溶解氧濃度低于0.2mg/L，水力停留時間為1～2h。
本發明的氧化溝膜生物反應器污水處理工藝用于去除污水中的有機物，脫氮除磷，為建設資源節約型、環境友好型社會作出貢獻。本發明將膜生物反應區布置在氧化溝內，采用連續運行的方式，結合S-MBR和R-MBR的優缺點，充分發揮不同類型的優勢。
以脫氮為主要處理目標，氧化溝-MBR反應器內分為缺氧/好氧區;以同時脫氮除磷為主要處理目標，分為厭氧/缺氧/好氧區。按不同工段的工藝要求，進行攪拌、曝氣。各個工段之間相互連接，池型結構和水力設計保證氧化溝內同時實現完全混合式和推流式，水流在整個池體內不斷循環，瞬時混合。
氧化溝內設置導流墻和潛水攪拌器，促進池內上下層垂直混合，避免流速分層，利于改善池內流速分布，防止污泥沉積。
曝氣能耗是污水處理工程及常規處理工藝中比較大的能源消耗環節，也是節能的重要環節。通過優化曝氣系統，降低能耗：(1)自動化在線控制，精確曝氣;(2)非連續曝氣;(3)改良池型結構、曝氣設備。
氧化溝內采用鼓風曝氣，選用微孔曝氣裝置，保證工藝所需的氧氣量。
MBR布置在氧化溝好氧段，通過調節堰門控制MBR的進出水狀態。池內采用穿孔管，通過程序自動化控制，進行脈沖曝氣。周期性的氣量變化，低氣量滿足MBR工藝所需的氧量，減少無效曝氣;高氣量時，強氣流攪動在膜表面形成交錯流，產生剪切力和擾動力，使生物凝聚體等大分子脫離膜表面，避免污泥在膜組器上沉積。
MBR分組并聯布置，根據工藝運行情況，定期清洗。與S-MBR相比，在各種設計規模下，均可采用原位清洗，不影響其他組MBR單元的運行，不會破壞已形成的生物群和生物系統。與R-MBR相比，減少了清洗系統配套的機械設備，節省投資和運行成本，便于維護。
本發明的氧化溝膜生物反應器及其污水處理工藝至少具有以下有益效果之一：
1)氧化溝膜生物反應器內水流呈完全混合和推流流態，不斷循環，反復發生脫氮除磷過程，提高污水處理效果;
2)氧化溝和MBR工藝有機結合，可降低污泥回流比，或取消污泥回流，與傳統膜生物反應器相比，工藝流程簡短，減少混合液提升泵和提升管路成本，動力能耗低;
3)氧化溝膜生物反應器將S-MBR和R-MBR的技術優勢有機結合，節省用地、減少機電設備、操作簡單且降低能耗;
4)在保證反應正常進行的需氧量，又滿足膜面擦洗所需的氣量的前提下，膜區采用脈沖曝氣，降低氣水比，相比等量曝氣的方式，按需分配，避免能耗過剩，同時消除由氣量不足引起膜堵塞等問題;
5)膜生物反應區采用脈沖曝氣，將曝氣量控制在比較經濟的范圍內，有效曝氣，避免在完全混合過程中，因溶解氧過高而影響缺氧區的生存環境，抑制反硝化過程;或影響厭氧區的生存環境，抑制除磷過程;
6)控制好氧區和膜生物反應的溶解氧濃度，發生硝化作用的同時，避免對有機物的過度降解，使缺氧區和厭氧區有機物含量低，造成硝態氮不能被完全去除，抑制聚磷菌的釋磷及PHB的合成，而磷釋放的徹底程度又影響到好氧段磷的吸收，從而影響脫氮除磷效果;
7)將膜生物反應器和氧化溝有機結合，充分發揮S-MBR和R-MBR的優勢，作為S-MBR運行，實現原位在線清洗和浸泡清洗，減少機電設備，維護運行簡單;作為R-MBR運行，提高了土地利用率，操作維護簡單;
8)膜生物反應區布置于氧化溝內，具有S-MBR的特點，節省空間，操作方便;
9)膜生物反應區采用脈沖曝氣，設計經濟合理的曝氣量，提高曝氣的有效利用率，節省能耗;
10)內回流方式靈活，采用循環流水力推流實現，節省基建投資和運行能耗，通過池內水流反復循環，污泥隨著水流，形成不斷循環，實現膜區污泥回流，厭氧區、缺氧區的混合液回流;
11)膜生物反應區上下交錯布置導流板，形成上下回旋水流，減弱水流對膜絲的沖刷強度，有利于延長膜絲的使用壽命，適用于各種類型的膜絲。
