污水处理单元的制作方法

本实用新型属于水处理领域，具体涉及一种污水处理单元。

背景技术：

随着日趋严重的水污染和越来越严格的污水处理标准，很多现有的污水处理厂，无论是地上污水处理厂还是地下污水处理厂，都已无法满足要求，需进行提标改造，并主要针对污水中生化处理阶段氮磷的去除，排放标准由原来的《城镇污水处理厂污染物排放标准》gb18918-2002中的一级b标准提升为一级a。现有技术中主要通过新建生化池或者在已有生化池内增加填料的方法来实现提标改造。

但是一方面，当前城市建设用地紧张，污水处理厂的扩建严重受到了土地的约束，且造价太大；另一方面，若向已有生化池内增加填料，则需要随之改建原有的曝气装置与填料拦截装置等，更是面临着改造周期长，需停产，实施困难等难以克服的问题。

因此，对于污水处理厂的提标改造，需要开发一种高效节地，且无需停产的装置。

技术实现要素：

本实用新型的目的之一在于提供一种污水处理单元，包括至少一组生化池和至少一个生物膜反应器；

所述生物膜反应器放置在所述生化池的外部，所述生物膜反应器可供所述生化池中的污水流经并得到生化处理，且生化处理后的水流回所述生化池。

本实用新型所述的污水处理单元，通过在所述生化池的外部放置生物膜反应器，使得所述生化池中的污水流经所述生物膜反应器并进一步进行生化处理，以提高污水处理效果，既无需新建生化池，克服了占地的缺陷；又取得了无需停产且经济节约的有益效果。

示例性地，本实用新型提供的污水处理单元用于城镇污水处理厂提标改造，能够从《城镇污水处理厂污染物排放标准》gb18918-2002中的一级b标准提高到《城镇污水处理厂污染物排放标准》gb18918-2002中的一级a标准，甚至《地表水环境质量标准》(gb3838-2002)中的准iv类。

典型但非限制型地，所述生化池包括ao工艺、a2o工艺、sbr工艺、氧化沟工艺、mbr工艺等中的任选反应池中的一个。

优选地，所述生物膜反应器包括壳体，设置于所述壳体内部的扰动装置，以及填充在所述壳体内的生物膜填料；所述壳体为反应腔体，所述壳体上设置有至少一个进水口，至少一个出水口，以及至少一个出气口。

所述生物膜反应器结构简单，只需将所述生化池中的污水引入所述进水口，即可通过所述壳体内的生物膜填料对进入到所述壳体内的污水进行生化处理，并待处理完成后从所述出水口排出；且所述生物膜反应器为一套独立的污水处理组件，可方便地实现对原所述生化池中污水的深度处理。

优选地，所述进水口通过第一管道与所述生化池连通，所述出水口通过第二管道与所述生化池连通。

通过所述第一管道与所述第二管道使得所述生化池中的污水流经所述生物膜反应器进行深度处理之后，再次流回所述生化池中，既可以实现对污水的深度处理，又无需对所述生化池进行繁复地改造，操作便捷。

作为可选技术方案之一，所述第一管道的入口和所述第二管道的出口不做限定，可任意地设置于整个污水处理工艺路线的任一单元。

优选地，所述第一管道的进口任选地与所述缺氧池、所述好氧池或所述厌氧池连接。

优选地，所述第二管道的出口任选地与所述缺氧池、所述好氧池或所述厌氧池连接。

优选地，所述污水处理单元包括至少一个缺氧池和至少一个好氧池，与所述缺氧池连接的第一生物膜反应器，与所述好氧池连接的第二生物膜反应器。

通过内部设置为好氧环境的第一生物膜反应器以及内部设置为缺氧环境的第二生物膜反应器，来进一步同时提高所述缺氧池与所述好氧池的污水处理效果。

优选地，所述生化池固定设置于地面，所述生物膜反应器非固定设置于地面。

优选地，所述生物膜反应器可以设计为相对于所述生化池移动的方式，也可以设计为相对于所述生化池固定的方式。所述相对于所述生化池移动的方式可以是将所述生物膜反应器设置为可移动的箱体形式；所述相对于所述生化池固定的方式可以是将所述生物膜反应器设置为水泥池，所述水泥池并排或叠加于生化池。

优选地，所述生物膜反应器还包括设置于所述生物膜反应器底部的移动装置，进一步优选所述移动装置包括至少一个滚动轮。

优选地，所述滚动轮可以为1个或多个(例如1个、2个、3个、4个等)，并可根据所述生物膜反应器的尺寸来设定所述滚动轮具体数量。

优选地，所述生物膜反应器与所述生化池可拆卸连接。

所述生物膜反应器可方便地移动或连接到任何需要进一步处理污水的装置上或单元中。

优选地，所述生物膜填料在所述壳体内的填充率为60～85％(例如63％、65％、70％、75％、80％、85％等)，优选65％～75％。

65％～75％的生物膜填料填充率能够使所述生物膜填料保持在运动受限的状态，一方面相比其他填充率进一步提高污水处理效果，另一方面能够在曝气时促进所述生物膜填料上沉积的生物质松动、颗粒沉降以及外层生物膜脱落在液体中，包含生物质、沉降颗粒以及脱落的外层生物膜的污泥方便排出。

优选地，所述生物膜填料的比重为0.9～1.2(例如1.0、1.0、1.1等)，优选0.92～0.98。

本实用新型提供的生物膜填料的比重适用范围宽，能够使得更多水处理效果优异的生物膜用于所述生物膜反应器中进行污水处理。

优选地，所述生物膜填料的比表面积≥200m²/m³(例如220m²/m³、240m²/m³、260m²/m³、280m²/m³、300m²/m³、320m²/m³、340m²/m³、360m²/m³、390m²/m³、410m²/m³、440m²/m³、460m²/m³、490m²/m³、520m²/m³、540m²/m³、560m²/m³、600m²/m³、620m²/m³、640m²/m³、660m²/m³、700m²/m³、720m²/m³、740m²/m³、800m²/m³等)，优选600～700m²/m³。

优选地，所述生物膜填料的孔隙率为50％～90％(例如55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％、90％等)，优选70％～80％。

优选地，所述生物膜填料为非对称结构。

非对称结构的生物膜填料一方面更容易使得所述生物膜填料保持在运动受限的状态；同时，也能够形成相对数量更多的空隙与间隙，有利于曝气过程的运行。

优选地，所述扰动装置包括提供气速的曝气装置、提供水速的进水装置、提供动力的搅拌装置、推流装置中的任意一种或至少两种的组合，优选提供气速的曝气装置。

优选地，所述扰动装置为曝气装置，具体包括设置有至少一个曝气孔的微孔曝气器或穿孔曝气管，或两者的组合。

优选地，所述曝气装置可为微孔曝气器或穿孔曝气管，优选地，所述曝气装置为穿孔曝气管，有至少一个曝气孔。

优选地，所述曝气装置为穿孔曝气管，所述曝气孔开孔朝下，优选开孔方向与地面垂直方向地夹角为0～90°(例如15°、30°、50°、60°、75°等)，进一步优选45°。

例如，所述曝气孔的数量为1个或多个(例如4个、5个、6个、8个、10个、20个等)，可以根据具体需要设置曝气孔的具体数量。

优选地，所述曝气孔的孔径为≤10mm(例如10mm、9mm、8mm、7mm、6mm、5mm、4mm、3mm、1mm等)，优选1～5mm。

优选地，所述曝气孔的间距为10～15mm(例如10mm、11mm、12mm、13mm、14mm、15mm等)。

所述曝气装置的曝气孔个数、曝气孔的孔径以及曝气孔间距的选择范围能够进一步提供与所述生物膜反应器尺寸与所述生物膜填料匹配的选择，从而进一步提高污水处理效率。

优选地，所述壳体顶部设置有出气口。

优选地，所述进水口和所述出水口设置在所述生物膜反应器进行水处理过程时的液面以下。

优选地，所述曝气装置设置于所述壳体的底部。

优选地，所述进水口和所述出水口设置在所述壳体的上部。

优选地，所述进水口和所述出水口相对设置。

所述出水口、进水口以及出气口的位置可相对设置，保证污水流经的路径尽可能长，污水与所述生物膜填料能够充分接触，从而保证污水处理效果。

本实用新型目的污水处理单元的使用方法，具体包括如下步骤：

(1)将生物膜反应器与生化池对应放置，连通所述生物膜反应器与所述生化池之间的水路；

(2)将所述生化池中的污水送至所述生物膜反应器中进行生化处理；

(3)将经过所述生物膜反应器生化处理后的水回流至所述生化池内。

优选地，步骤(1)中所述生化池包括缺氧池、好氧池、厌氧池中的任意一个或至少两个的组合。

优选地，所述生物膜反应器内设置曝气装置，所述曝气装置在反洗过程中上升气速≥2m³/(m²·h)，例如2.5m³/(m²·h)、3.0m³/(m²·h)、3.5m³/(m²·h)、4.0m³/(m²·h)、4.5m³/(m²·h)、5.0m³/(m²·h)、5.5m³/(m²·h)、6.0m³/(m²·h)、6.5m³/(m²·h)、7.0m³/(m²·h)、8.0m³/(m²·h)等，反洗曝气时间为0.3h～3h(例如1.0h、1.5h、2.0h、2.5h、3.0h)，反洗曝气的时间间隔为1～10天(例如1天、2天、3天、4天、5天、6天、7天、8天、9天、10天等)。

当所述生物膜反应器的生化处理过程进行一段时间后，所述生物膜填料上沉积的生物质与颗粒越来越多，一般生化处理1～10天之后，开启所述曝气装置进行反洗的曝气过程，即曝气的时间间隔为1～10天；曝气过程中调控合适的上升气速以及曝气时间，使得所述生物膜在生物膜反应器中流动、相互碰撞，填料上沉积的生物质与颗粒等完全松动、脱落，并随污水一起排出；曝气过程结束后，继续重复生化处理过程。

优选地，在好氧环境下的生物膜反应器，曝气时间为0.5～3h(1.0h、1.5h、2.0h、2.5h、3.0h)，所述曝气的时间间隔为3～5天(4天、5天等)。

优选地，在缺氧环境下的生物膜反应器，曝气时间为0.5～1h，所述曝气的时间间隔为1～2天。

本实用新型的污水处理单元用于水处理厂的提标改造，优选城镇污水处理厂的提标改造。

所述提标改造意指在原有的污水处理系统不停产、不改造，且不新建的请情况下，通过增设生物膜反应器来对污水多一步生化处理，从而提高出水的处理效果，达到更高更严苛的标准。

对于上述生物膜反应器的水处理量我们不做限定，比如8％也可以，优选10％及以上。

需要说明的是，本发明提供的污水处理单元可以选择用于地上污水处理厂的提标改造或新建，也可以用于地下污水处理厂的提标改造或新建，也可以选择用于任选的新技术和现有技术中的任何一种污水处理厂的提标改造或新建。

作为典型但非限制性的例子，所述原有的污水处理厂包括从进水处开始依次连接的粗格栅、细格栅、初沉池、厌氧池、缺氧池、好氧池，以及靠近出水的二沉池，在对该原有的污水处理厂进行提标改造时，在生化处理单元的缺氧池或好氧池旁边连接所述的生物膜反应器，使原经过缺氧池和好氧池进行生化处理的污水，再次流经所述的生物膜反应器得到深度处理，然后继续回流至所述生化单元的缺氧池或好氧池中，且继续经过原有的二沉池，最终出水达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》gb18918-2002中的一级a标准，甚至准iv类(gb3838-2002)。且在此提标改造的过程中，原有的污水处理厂无需停产、无需改造，且无需新建。

与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：

(1)根据本实用新型的一个实施例的提供的污水处理单元，通过在所述生化池的外部放置所述生物膜反应器，使得所述生化池中的污水流经所述生物膜反应器并进一步进行生化处理，提高了污水处理效果，并使得最终的排放达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》gb18918-2002中的一级a标准，甚至准iv类(gb3838-2002)，该过程既无需新建生化池，克服了占地的缺陷；又取得了无需停产且经济节约的有益效果。

(2)根据本实用新型的一个实施例的的生物膜反应器运用方式灵活，可根据不同污染物的去除需求，将生物膜反应器灵活布置。例如可通过控制所述生物膜反应器内的氧浓度与所述缺氧池或好氧池匹配，以强化污水处理效果。为所述生物膜反应器提供缺氧环境，有利于其内生物膜填料上形成高度集中的异养菌菌落，进行反硝化作用，去除污水中的总氮；为所述生物膜反应器提供好氧环境，有利于其内填料上形成高度集中的好氧菌菌落，进行硝化作用，去除污水中的氨氮。

(3)根据本实用新型的一个实施例的生物膜反应器壳体内的生物膜填料采用适宜的填充率，可以使所述生物膜填料处于运动受限的状态，一方面获得相较于流化床更优异的水处理效果，又有利于曝气过程的实现。

附图说明

图1示出了污水处理单元a1的俯视结构示意图；

图2示出了污水处理单元a2的主视结构示意图；

图3示出了污水处理单元a3的结构示意图；

图4示出了污水处理单元a4的结构示意图；

图5示出了污水处理单元a5的结构示意图；

图6示出了生物膜反应器200的结构示意图。

具体实施方式

为便于理解本实用新型，本实用新型列举实施例如下。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本实用新型，不应视为对本实用新型的具体限制。

图1为污水处理单元a1的俯视结构示意图。如图1所示，本实用新型具体实施方式一提供了一种污水处理单元a1，包括至少一组生化池100和至少一个生物膜反应器200；所述生物膜反应器200平行放置在所述生化池100的外部，所述生物膜反应器200供所述生化池100中的污水流经并得到生化处理，且生化处理后的水流回所述生化池100。

图2污水处理单元a2的主视结构示意图。如图2所示，本实用新型具体实施方式二提供了一种污水处理单元a2，与具体实施方式一的不同之处仅在于所述生物膜反应器200叠放于所述生化池100的上部。

图3为污水处理单元a3的结构示意图。如图3所示，本实用新型具体实施方式三提供了一种污水处理单元a3，包括至少一组生化池100和至少一个生物膜反应器200；所述生物膜反应器200平行放置在所述生化池100的外部，所述生物膜反应器200供所述生化池100中的污水流经并得到生化处理，且生化处理后的水流回所述生化池100。所述生化池100包括顺次连接的厌氧池103、缺氧池101和好氧池102，所述生物膜反应器200连接有第一管道300和第二管道400，所述第一管道300的进口与缺氧池101连接，出口与生物膜反应器200的进口连接。所述第二管道400的进口与生物膜反应器200的出口连接，出口与缺氧池101连接。

图4为污水处理单元a4的结构示意图。如图4所示，本实用新型具体实施方式四提供了一种污水处理单元a4，与具体实施方式三的不同之处仅在于所述生物膜反应器200连接有第一管道300和第二管道400，所述第一管道300的进口与好氧池102连接，出口与生物膜反应器200的进口连接。所述第二管道400的进口与生物膜反应器200的出口连接，出口与好氧池102连接。

图5为污水处理单元a5的结构示意图。如图5所示，本实用新型具体实施方式五提供了一种污水处理单元a5，与具体实施方式三的不同之处仅在于所述污水处理单元a5包括第一生物膜反应器201和第二生物膜反应器202，所述第一生物膜反应器201与所述缺氧池101连接，所述第二生物膜反应器202与所述好氧池102连接，且所述第一生物膜反应器201腔体内底部设置有第一曝气装置221，所述第二生物膜反应器202内底部设置有第二曝气装置222。

本实用新型具体实施方式中所述的第一曝气装置221在第一生物膜反应器201中的位置可以是底部、中部或上部，第二曝气装置222在第二生物膜反应器202中的位置也可以是底部、中部或上部，本领域技术人员可以根据掌握的专业知识和实际情况进行选择。

图6为生物膜反应器200的结构示意图。在污水处理单元a1～a5中，所述生物膜反应器200、第一生物膜反应器201、第二生物膜反应器202可以理解为具有相同的结构。

如图6所示，所述生物膜反应器200包括壳体210，设置于所述壳体210内的曝气装置220，以及填充在所述壳体210内的生物膜填料230；所述壳体210内为反应腔体，所述壳体210上设置有至少一个进水口211，至少一个出水口212，以及至少一个出气口213；所述进水口211通过第一管道300与所述生化池100连通，所述出水口212通过第二管道400与所述生化池100连通。

所述生物膜反应器200的壳体210顶部设置有出气口213；所述进水口211设置在所述壳体210的高度的上三分之一处，所述出水口212设置在所述壳体210的高度的上三分之二处，且所述进水口211和所述出水口212均设置在所述生物膜反应器200进行水处理过程时的液面以下；所述曝气装置220设置于所述壳体210的底部。

所述曝气装置220可以为所述穿孔曝气管；所述曝气孔的开孔方向与地面垂直方向的夹角为45°，所述曝气孔223的个数为60个，孔径为≦10mm，优选3～5mm；所述曝气孔223的间距为10～15mm。

所述生化池100一般固定设置于地面，作为可选地实现方式，所述生物膜反应器200非固定设置于地面，且所述生物膜反应器200与所述生化池100可拆卸连接。

所述曝气装置220可以替换为提供水速的进水装置、提供动力的搅拌装置、推流装置中的任意一种或至少两种的组合，例如搅拌器、推流器、或造浪泵等。

实施例1：

一种水处理厂的提标改造方法，所述水处理厂包括顺次连接的物理沉淀单元、初沉单元、生化单元以及后处理单元，所述生化单元为三段ao工艺(其中缺氧池101连接好氧池102，所述缺氧池101与顺次连接的好氧池102组成一段ao工艺，一段ao工艺顺次连接三次即组成三段ao工艺)，所述提标改造方法包括如下步骤：

(1)将生物膜反应器200放至于所述水处理厂的生化池100的一侧，将所述生物膜反应器200的进水口和出水口均与好氧池102连通(即污水处理单元a4)，所述生物膜反应器200采用图6中的生物膜反应器；所述壳体210内生物膜填料230的填充率为75％，所述生物膜填料的比重为0.98，比表面积为700m²/m³，孔隙率为80％，且为非对称结构；

(2)开启进出水开关，使所述缺氧池101内的待处理水流入所述生物膜反应器200，经所述生物膜反应器200生化处理后，再次流回所述缺氧池101；控制进出水流速，使所述生物膜反应器200的水处理量为所述生化池100总处理量的10％；

(3)开启曝气装置220，控制曝气量为所述生物膜反应器200提供好氧环境(4mg/l>do>2mg/l)；

(4)待生化处理进行3～5天后，调节曝气装置220的曝气量，使上升气速为10m³/(m²·h)，待曝气过程进行0.5～3h后结束曝气过程；

(5)循环步骤(3)和步骤(4)。

实施例2～7：

与实施例1的区别仅在于所述壳体210内生物膜填料230的填充率为50％(实施例2)、60％(实施例3)、65％(实施例4)、80％(实施例5)、85％(实施例6)、90％(实施例7)。

实施例8～10：

与实施例1的区别仅在于所述壳体210内生物膜填料230的比重、比表面积以及孔隙率。

实施例8：生物膜填料230为购置于得利满公司的activecelltm450填料，比重为0.94，比表面积为450m²/m³。

实施例9：生物膜填料230为炉渣，其比重为2～2.5，粒径为28～40mm比表面积为240m²/m³。

实施例10：生物膜填料230的比重为1.06，比表面积为700m²/m³，孔隙率为80％。

实施例11：

与实施例1的区别仅在于：在生化池一侧设置生物膜反应器200，并将所述生物膜反应器200的进水口和出水口均与缺氧池101连通(即污水处理单元a3)，所述生物膜反应器200内为缺氧环境，即do≤0.5mg/l；

步骤(4)中待生化处理进行1～2天后，调节曝气装置220开始曝气过程，上升气速为10m³/(m²·h)，待曝气过程进行0.5～1h后结束曝气过程。

实施例12：

一种水处理厂的提标改造方法，包括如下步骤：

(1)将所述第一生物膜反应器201和第二生物膜反应器202分别放至于所述水处理厂的生化池100一侧，所述水处理厂与实施例1中相同；并将所述第一生物膜反应器201与生化池100的缺氧池101连通，将所述第二生物膜反应器202与生化池100的好氧池102连通(即污水处理单元a5)；所述第一生物膜反应器201和第一生物膜反应器202均各自独立地采用图6中的生物膜反应器；所述第一生物膜反应器201和第二生物膜反应器202内生物膜填料230的填充率都为75％，比重都为0.98，比表面积都为700m²/m³，孔隙率都为80％，且都为非对称结构；

(2)开启进出水开关，使所述缺氧池101内的待处理水流入所述第一生物膜反应器201，经所述第一生物膜反应器201生化处理后，再次流回所述缺氧池101；并同时使所述好氧池102内的待处理水流入所述第二生物膜反应器202，经所述第二生物膜反应器202生化处理后，再次流回所述好氧池102；控制进出水流速，使所述第一生物膜反应器201和第二生物膜反应器202的水处理量分别为所述缺氧池101与好氧池102水处理量的15％；

(3)开启第一曝气装置221和第二曝气装置222，分别控制曝气量为第一生物膜反应器201提供缺氧环境，即do≤0.5mg/l；为第二生物膜反应器202提供好氧环境，即4mg/l>do>2mg/l；

(4)待第一生物膜反应器201内的缺氧生化处理进行1～2天后，调节第一曝气装置221开始曝气过程，上升气速为10m³/(m²·h)，待曝气过程进行0.5～1h后结束曝气过程；且待第二生物膜反应器202内的好氧生化处理进行3～5天后，调节第二曝气装置222开始曝气过程，上升气速为10m³/(m²·h)，待曝气过程进行0.5～3h后结束曝气过程；

(5)循环步骤(3)和步骤(4)。

性能测试：

(1)按照国家环境保护标准-纳氏试剂法(hj533-2009)测试氨氮，重量法(gb11901-89)测悬浮物(ss)，哈希试剂快速检测法测cod和tn，测试原污水处理厂的最初进水指标与最终出水指标；原污水处理厂的最初进水为nh4-n＝44.7mg/l，tn＝50mg/l，ss＝149.8mg/l，cod＝210.8mg/l，二级处理工艺为三段ao工艺。

(2)按照同样的方法测试实施例1～实施例12中的最终出水指标，测试结果见下表1。

表1

备注：准iv类标准为《地表水环境质量标准》gb3838-2002。

一级a和一级b标准为《城镇污水处理厂污染物排放标准》gb18918-2002。

由上表1可以看出，经过实施例1-12处理的污水，出水水质有一定的差异，引起这些差异的主要因素为生物膜反应器内生物膜填料的填充率、比重、孔隙率与比表面积等。且对比实施例1～7可以看出，所述生物膜填料的填充率越高，对应生物量和容积负荷提高，出水性能越好。但对比实施例6和实施例7可知，当生物膜填料的填充率超过85％后，过高的填充率将使填料无法在反洗过程中相互碰撞、形成流化的效果，导致老化的生物膜无法从填料上脱落，因此不仅水处理效果下降，而且增加了曝气反洗时的能耗。从实施例1、8可看出比表面积和孔隙率越大，出水效果越好。因为填料表面积的增加可以为微生物的生长提供空间，使微生物数量增加，从而提高去除污染物的效率；而孔隙率越大，不仅能截留悬浮物，还不容易堵塞，减少反洗周期，节约能耗。从实施例1、8、9和10可看出，比重在0.92-0.98范围时出水效果最好，这是因为该范围内填料为悬浮状态，在反洗时同样的曝气强度下，产生的流化效果更好。良好的反洗过程有利于老化生物膜的脱落，新生物膜的生长，提高处理污水的效率。此外，对比实施例1、11和12，可发现为组件提供好氧环境时，可强化去除氨氮，为组件提供缺氧环境时，可强化去除总氮，可根据不同的污水厂需求，灵活运用本实用新型所述的污水处理单元。

申请人声明，本实用新型通过上述实施例来说明本实用新型的详细工艺设备和工艺流程，但本实用新型并不局限于上述详细工艺设备和工艺流程，即不意味着本实用新型必须依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本实用新型的任何改进，对本实用新型产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本实用新型的保护范围和公开范围之内。