本发明涉及一种污水处理系统，特别涉及一种污泥内循环MBBR(移动床生物膜反应器)污水处理装置与工艺，属于污水处理技术领域。
背景技术：
随着国家环保治理力度的不断加大，生活污水处理设施建设的重点逐步由城镇的大型污水处理向乡镇的中小型污水处理转移。目前乡镇污水处理普遍具有规模较小、COD浓度变化大，C/N比低的特点，开发适合于乡镇污水处理的生活污水处理技术与设备是目前废水处理行业的一个重要课题。目前，我国绝大多数城镇污水处理厂普遍采用传统活性污泥法对城镇生活污水进行处理，常用的脱氮处理工艺主要有A-O工艺、氧化沟工艺和SBR工艺等，但存在占地面积大，工艺与设备复杂，对低C/N比废水脱氮效果不佳等问题。同时，由于传统活性污泥法的泥龄相对较短，不利于系统内世代周期较长的硝化细菌富集，导致传统活性污泥工艺的脱氮性能差。
MBBR是通过向好氧反应器内投加一定数量密度接近于水的悬浮填料，使其在形成生物膜后能填料悬浮于水中，通过曝气推动填料移动的新型生物反应器。在污水处理处理中得到了逐步的推广应用。在MBBR填料形成生物膜后，由于氧的扩散限制，会在生物膜中形成外高内低的溶解氧浓度梯度(DO梯度)，在生物膜的外表面，由于DO浓度相对较高，以好氧硝化菌为主，深入生物膜内部，产生缺氧区，反硝化菌占优，为硝化反应和反硝化反应的同时进行创造了有利的环境。但针对乡镇污水普遍存在的COD浓度变化大的问题，存在耐冲击负荷低能力不足的缺陷。
技术实现要素：
针对上述现有技术的不足，本发明的目的是在于提供一种污水处理效率高，同时具有良好COD降解功能和反硝化功能，可以实现污水高效脱氮，且可以自由调节污泥龄，减少污泥排放量的污泥内循环MBBR污水处理装置。
本发明的另一个目的是在于提供一种污泥内循环MBBR污水处理装置用于处理污泥的方法，该方法可以提高脱氮效率，降低污泥量，提高污泥龄，适应于低C/N比污水的处理。
为了实现上述技术目的，本发明提供了一种污泥内循环MBBR污水处理装置，其包括池体和隔板；所述池体由两块外隔板分隔成三段，中间段为沉降区，两端为好氧MBBR反应区；所述外隔板下部沿沉降区倾斜设置，外隔板底部构成污泥回流口，所述污泥回流口高于池底设置，使沉降区和好氧MBBR反应区底部连通；所述外隔板上部设有进水口；所述沉降区内设有一组内隔板，内隔板与外隔板上部平行设置；内隔板与外隔板之间设有连通沟；所述好氧MBBR反应区与进水口、连通沟、沉降区及污泥回流口之间构成污泥内循环。
优选的方案，所述好氧MBBR反应区内部填充MBBR填料，底部设有曝气装置。
较优选的方案，所述MBBR填料在好氧MBBR反应区的体积填充量为10％～30％；所述MBBR填料呈圆柱状，直径为10～20mm，长直比为0.5～1.5，密度为0.96～0.98kg/m3，孔隙率大于80％，比表面积大于500m2/m3。
较优选的方案，所述曝气装置包括孔曝气管或曝气头、空气压缩机以及连接孔曝气管或曝气头与空气压缩机的管路。
较优选的方案，所述好氧MBBR反应区的池壁上设有污水进口。
优选的方案，所述外隔板下部和水平面的夹角为50°～70°。
优选的方案，所述沉降区上部有溢流堰及出水口，底部有排泥口。
优选的方案，所述进水口和污泥回流口设有隔网。
本发明还提供了一种污泥内循环MBBR污水处理装置的应用，其应用于污水处理。
优选的方案，所述污水的C/N比为5～20。
优选的方案，所述污泥内循环MBBR污水处理装置的好氧MBBR反应区内控制pH范围为7～8，溶解氧浓度范围为1～3mg/L。
优选的方案，所述污泥内循环MBBR污水处理装置的污泥排放周期及排放量根据沉降区污泥的相对高度h2/(h1+h2)确定，当h2/(h1+h2)上升到1/4时开始排泥，当h2/(h1+h2)降低到1/3时停止排泥；其中，h2为沉降区污泥高度，h1+h2为好氧MBBR反应区污水高度。
本发明的污泥内循环MBBR污水处理装置适合于中小规模的乡镇污水处理。
本发明提供了一种污泥内循环MBBR污水处理装置，参见图1，池体1包括好氧MBBR反应区5、沉降区6，由好氧MBBR反应区5、进水口8，连通沟7，沉降区6与污泥回流口13组成的污泥内循环系统。其中，好氧MBBR反应区5由一组外隔板分隔而成，内部装有MBBR填料12，底部装有曝气装置。所述曝气装置是开孔曝气管或者曝气头13，通过管路与池体外部的空气压缩机相连。沉降区6由外隔板分隔池体而成，外隔板上部垂直池体底部设置，外隔板下部和水平面所构成的夹角为50°～70°，构成沉降区上宽下窄的结构；沉降区上部设有溢流堰9与出水口10，溢流堰9与出水口10相连，底部有排泥口14；外隔板上部2设有进水口8，外隔板底部构成污泥回流口。进水口8和污泥回流口13均装有能防止填料进入沉降区的隔网。沉降区6内部设有一组内隔板，内隔板与外隔板上部平行，内隔板与外隔板之间设有连通沟7。
所述污泥内循环系统的工作机制是：含悬浮活性污泥的好氧处理悬浮液在曝气作用下通过沉降池进水口8及连通沟7进入沉降区6，在沉降区6的上部进行活性污泥与水的沉降分离，清水经溢流堰9从出水口10排放，活性污泥沉降到沉降区的下部，经污泥回流口13循环进入好氧MBBR反应区5。污泥可根据需要从排泥口14定期排放。
本发明所述污泥内循环MBBR污水处理装置的有益效果是：
①好氧反应池与沉降池一体化设计，结构紧凑，占地面积小；
②利用曝气的剩余能量，在没有污泥回流泵的条件下，实现了污泥的回流，可节省设备投资，降低能耗低，同时可显著提高污泥浓度，提高废水的处理效率及耐负荷能力。
③实现了水利停留时间与污泥停留时间的完全分离。由于污泥排放与清水排放是完全独立的，因此在不影响水利停留时间的前提下，可通过污泥排放速度的控制，自由的调节污泥龄。
本发明还提供了一种利用污泥内循环MBBR污水处理装置处理污水的方法。
所述污泥内循环MBBR污水处理方法的特征之一在于：MBBR填料12添加量为好氧MBBR反应区的体积的10％～30％，MBBR填料12呈圆柱状，直径为10-20mm，长直比为0.5-1.5，孔隙率大于80％，,比表面积大于500m2/m3，密度为0.96-0.98kg/m3。适宜的MBBR填料添加量为好氧MBBR反应区的体积的10％～30％，添加量过高，不利于填料的流态化，填料添加量过低，填料表面的生物质量过少，不利于生物的COD降解功能和反硝化功能的发挥；填料的适宜长直比为0.5-1.5，长径比过大不利于污染物向填料内部的传质，长径比过小会降低挂膜效果和降低反硝化效果。
本发明的利用污泥内循环MBBR污水处理装置处理污水的方法：污水的C/N比为5-20，好氧反应池内污水中pH范围为7～8，溶解氧浓度范围为1～3mg/L。本工艺在污水C/N比为5-20的范围内均具有良好的脱氮效果，具有较好的处理低C/N比的污水的能力。
本发明的利用污泥内循环MBBR污水处理装置处理污水的方法：从排泥口14的污泥排放周期及排放量根据沉降区污泥的相对高度h2/(h1+h2)确定，当h2/(h1+h2)上升到1/4时开始排泥，当h2/(h1+h2)降低到1/3时停止排泥。通过控制沉降区污泥相对高度h2/(h1+h2)，生化系统可根据COD负荷的变化，自动调节好氧MBBR反应区合适的污泥浓度，本发明的试验发现，随着COD负荷的增大，MLSS浓度会自动增大，从而维持较好的COD去除效果，因而具有良好的耐COD冲击负荷的能力。
本发明所述污泥内循环MBBR污水处理方法的有益效果是：
①在具有良好消化功能的高浓度悬浮活性污泥和具有由于具有良好反消化功能的MBBR的共同作用下，该方法具有良好的同时硝化与反硝化功能，反硝化过程所产生的碱度可以补充硝化过程所消耗碱度，降低药剂投加成本；
②由于水利停留时间与污泥停留时间的完全分离，可在不影响水利停留时间的前提下延长污泥龄，有利于内世代周期较长的硝化细菌富集，提高硝化效果。同时，较长的污泥龄促进污泥的内源消解，并释放有机碳源供给反硝化反应，促进了脱氮进程，因此在低的污水C/N比条件下具有良好的脱氮能力；
③具有污泥浓度高，污泥龄长，因此在维持COD处理能力的同时，可降低剩余污泥量，减轻后续污泥处理负担。
附图说明
【图1】为本发明的污泥内循环MBBR污水处理装置简图；
其中，1为池体，2为外隔板上部，3为内隔板，4为外隔板下部，5为好氧MBBR反应区，6为污泥沉降区，7为连通沟，8为进水口，9为溢流堰，10为出水口管道，11为污水进水口，12为MBBR填料，13为污泥回流口；14为排泥口。
具体实施方式
下面通过具体的实施方案叙述本发明。实施方案应理解为说明性的,而非限制本发明的范围，本发明的实质和范围仅由权利要求书所限定。
本发明的一种污泥内循环MBBR污水处理装置如图1所示，包括好氧MBBR反应区5、沉降区6，由好氧MBBR反应区、进水口8，连通沟7，沉降区6与污泥回流口13组成的污泥内循环系统，其中，好氧MBBR反应区5由外隔板分隔池体而成，内部装有MBBR填料12，底部装有曝气装置。所述曝气装置是开孔曝气管或者曝气头13，通过管路与外部空气压缩机相连。
沉降区6由外隔板分隔而成，外隔板下部4和水平面所构成的夹角为50°-70°，构成沉降区上宽下窄的结构；沉降区上部2有溢流堰9与出水口10相连，底部有排泥口14；沉降区进水口8和污泥回流口13装有能防止填料进入沉降区的隔网。
连通沟7由外隔板和内隔板3分隔而成。
所述MBBR反应区与沉降区的体积比为2：1～5：1，一般而言，好氧反应区所需水利停留时间越长，体积比越大。
所述好氧MBBR反应区前设置有进水分流器。通过进水分流器可以使得污水更加均匀的进入左右两侧的好氧MBBR反应区内，并且在分流的过程中使得污水进一步的充分均匀混合。
所述沉降区底部设置有液下搅拌机，所述液下搅拌机与可进行搅拌速度与搅拌时间控制的自动控制装置相连，可根据需要调节搅拌速度和搅拌时间。
所述筛网为不锈钢材质,且所述筛网的网孔尺寸小于所述悬浮填料的尺寸。通过上述方式可以有效避免所述悬浮填料进入所述凝沉淀池内,确保所述好氧反应池内的反应正常高效进行。
所述曝气装置的曝气管均匀分布在所述好氧MBBR反应池的底部。通过上述方式可以使得所述好氧反应池内曝气均匀，从而确保所述好氧反应池内的反应更加均匀，增强反应效率。
本发明的一种污泥内循环MBBR污水处理装置，具有好氧反应池与沉降池一体化设计，结构紧凑，占地面积小；利用曝气的剩余能量，在没有污泥回流泵的条件下，实现了污泥的回流，可节省设备投资，降低能耗低，同时可显著提高污泥浓度，提高废水的处理效率及耐负荷能力；实现了水利停留时间与污泥停留时间的完全分离。由于污泥排放与清水排放是完全独立的，因此在不影响水利停留时间的前提下，可通过污泥排放速度的控制，自由的调节污泥龄。
实施例1
一种污泥内循环MBBR污水处理方法。好氧MBBR反应区体积为200L，沉降区体积为100L，MBBR填料12添加量为好氧MBBR反应区的体积的20％，MBBR填料12呈圆柱状，直径为15mm，长直比为1.0，孔隙率为85％，,比表面积为900m2/m3，密度为0.97kg/m3。污水进水COD为200mg/L，氨氮为30mg/L，控制进水流量为600L/d，水利停留时间为8小时，控制好氧反应池内污水中pH范围为7～7.5，溶解氧浓度范围为1～1.5mg/L。污泥排放为每天1次，可控制h2/(h1+h2)为1/3～1/4，MLSS为3000～3500mg/L，稳定运行后的COD去除率为90％以上，氨氮去除率为80％～85％，总氮去除率为75％～80％。
实施例2
一种污泥内循环MBBR污水处理方法。好氧MBBR反应区体积为200L，沉降区体积为100L，MBBR填料12添加量为好氧MBBR反应区的体积的20％，MBBR填料12呈圆柱状，直径为15mm，长直比为1.0，孔隙率为85％，,比表面积为900m2/m3，密度为0.97kg/m3。污水进水COD为400mg/L，氨氮为30mg/L，控制进水流量为600L/d，水利停留时间为8小时，控制好氧反应池内污水中pH范围为7～7.5，溶解氧浓度范围为1～1.5mg/L。污泥排放为每天1次，可控制h2/(h1+h2)为1/3～1/4，MLSS为4500～5500mg/L，稳定运行后的COD去除率可稳定在90％以上，氨氮去除率为85％以上，总氮去除率为80％以上。
本发明的一种污泥内循环MBBR污水处理方法，具有污泥浓度高，污泥龄长，在具有良好的COD去除能力，消化与反消化功能。