CN100528777C - 一种有机废水处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有除磷脱氮功能的膜生物反应器的有机废水处理方法。该方法是在典型的厌氧—缺氧—好氧脱氮除磷方法的前面设置了一个缺氧池，在该方法后面设置一个采用一体式膜生物反应器的好氧池。本发明的方法不但具有膜生物反应器的优点，还可以比较彻底地除去有机污染物和除磷脱氮，以及能高效地消去出水的色度，是将废水一次处理就可以达到高品质再生水标准的方法。

Description

一种有«水处理方法

【技术领域】

本发明涉及一种废水处理方法，更具体地，本发明涉及一种利用具 有除磷脱氮功能的膜生物反应器工艺将废水一次处理就可以达到高品质 再生水标准的方法。 【背景技术】

随着我国经济的快速发展，水资源的消耗成倍增加， 一方面造成水 资源的紧缺，另一方面造成废水大量增加，从而对社会和环境可持续发 展造成巨大的压力，为此国家有关部门投入了大量资金进行废水处理及 其再利用的研究，取得了废水处理技术的长足发展。

利用膜生物反应器的废水处理方法是近年来研制的再生水生产方 法，该方法将膜分离技术与传统的废水生物处理技术有机结合起来，利 用膜的高效分离作用取代传统的沉淀和过滤过程，使得活性污泥颗粒和 绝大多数微生物保留在生物反应池内，膜分离后的清液被自吸泵从膜丝 中抽出，因而在反应池内的污泥浓度较高。相比传统的废水处理方法其 占地面积小，出水水质稳定，还能滤去绝大部分病原微生物。

一体式膜生物反应器是人们已知的。例如CN 01120691.8公开了一 体式膜生物反应器，将原水经格栅或筛网、调节池、泵提升到生物反应 器中；膜单元装于自生物反应器池水面至水深2.5米范围水层内，膜组件 下部装有鼓气管、导流板，净化水通过自压出水或泵抽吸出水。本发明 可使单位水处理能耗降低49% - 64%，减小单位水处理费用，提高该技 术在水处理应用中的经济实用性。另外，CN 02205775.7 、 200520142498.1、 200610013483.4、 200610113851.2等也对一体式膜生物 反应器进行了改进，取得一些好的结果。CN200510115167,3公开了一种 复合式膜生物反应器，它提供了一种使用范凑，处理效果稳定，能同时脱碳、氮、磷的膜生物反应器，克服了一体 式膜生物反应器的不足，同时使其又具有生物膜的特点以及公知的分体 式膜生物反应器的曝气量较低，膜较易清洗的特点。

随着水处理技术的不断进步以及对水资源可持续利用的深入认识， 把城巿废水作为一种水质、水量相对稳定的可再生水资源已成为共识。 但由于常规的城镇废水二级处理技术，即使釆用膜生物反应器方法，如 果不釆取有效的除磷脱氮措施，对以其作为再生水资源的应用范围也将 会受到很大限制，因此对城巿废水的除嫌脱氮是十分重要的，如果作为 景观环境用水常常还需要同时脱去出水的色度。

单一的一体式膜生物反应器不能高效的除磷脱氮，另一方面膜生物 反应器中较大的曝气强度使得混合液内有过高的溶解氧，这对于反硝化 过程十分不利，使其不能适应废水资源化的脱氮要求。

生物脱氮基本原理：废水中的有机氮、无机氮等在好氧条件下首先 被氨化菌转化为氨氮，而后在亚硝化菌和硝化菌的作用下变成硝酸盐氮， 此阶段称为好氧硝化。随后在缺氧条件下，由反硝化菌作用，并有外加 碳源提供能量，使硝态氮还原成氮气从废水中逸出。生物脱氮系统中， 硝化菌增长速度较缓慢，所以要有足够的污泥龄。反硝化菌的生长主要 在缺氧条件下进行，并且要有充足的碳源，才可促使反硝化作用的顺利 进行。

生物除磷基本原理：生物除磷是利用废水中的聚磷菌在厌氧条件下， 受到压抑而释放出体内的磷酸盐，产生能量用以吸收快速降解有机物， 并转化为PHB (聚B羟丁酸）储存起来。当这些聚磷菌进入好氧条件时 就降解体内储存的PHB产生能量，用于细胞的合成和过量吸收废水中溶 解的磷， 一部分含磷量高的混合液回流至前面的厌氧池， 一部分随剩余 污泥一起排出系统，从而达到除磷的目的。影响生物除磷的因素是要有 厌氧条件（混合液中既无溶解氧即DO-O,也无结合氧即无N(V存在， 同时要有可快速降解的有机物，即BOD5/P比值恰当。典型的厌氧一缺氧一好氧（anaerobic -anoxic-oxic, 简称AA0,或A20)

脱氮除磷工艺可以同时去除氮磷，但是二者去除的最佳条件差别较大， 同时也由于好氧硝化与好氧去除BOD的最佳条件差别也较大，在同 一好 氧池内很难同时高效的兼顾二者的反应，以致出水综合指标并不理想。

因此，我们试图将一体式膜生物反应器与常规生物除磷脱氮技术结 合起来，发挥这两种技术的各自优点，克服各自的缺陷，相辅相成，满 足有机废水处理，提高资源利用率的需要。 【发明内容】

[要解决的技术问题]

本发明主要目的是提出一种有机废水的处理方法。该方法克服目前 人们已知的一体式膜生物反应器存在的缺陷，同时又具有常规生物除磷 脱氮的技术优势。

[技术方案]

本发明涉及一种具有除磷脱氮功能的膜生物反应器的有机废水处理 系统，该系统是在典型的厌氧一缺氧一好氧（anaerobic-anoxic-oxic,缩 写为AAO,即八20)脱氮除磷方法的前面设置了一个缺氧池，在八20方 法的后面设置一个釆用一体式膜生物反应器的好氧池，即釆用缺氧一厌 氧_缺氧一好氧一膜生物反应器 (Anoxic-Anaerobic-Anoxic-Oxic-Membrane bioreactor process , 简称 AAAOM,或A3OM)的方法除去水中的有机物和脱氮除磷，从一体式膜 生物反应器抽吸出来的清液还可以再经脱色后排出。 本发明具体地是按照下述方式实现的： 一种有机废水处理方法，其特征在于该方法包括下述步骤：

A、 有机废水首先进入预处理系统，除去废水中存在的大颗粒杂质；然后 废水按照体积比0.1-0.5: l分成两部分，其中一部分进入第一个缺氧池， 而另一部分进入厌氧池；

B、 在第一个缺氧池内，所述的一部分废水与来自膜生物反应器的一部分回流硝化液混合并反应0.5-2.0小时，进行初步脱氮反应，得到的反 应液然后进入厌氧池，在厌氧的条件下与所述的另 一部分废水混和并反 应1.0-3.0小时，完成磷的释放；

C、 来自厌氧池的流出液与来自膜生物反应器的另一部分回流硝化液 在第二个缺氧池中混合并反应2.0-5.0小时，进行进一步脱氮反应；

D、 来自第二个缺氧池的流出液进入好氧池，在由空压机供给的空气 与所述第二个缺氧池流出液的体积比10-6: 1的条件下进行好氧曝气 3.0-5.0小时，去除大部分有机物及部分有机氮和氨态氮，然后再进入膜 生物反应器；

E、 来自好氧池的流出液在膜生物反应器中在空气与所述好氧池流出 液的体积比20-6: 1的条件下进行反应2.0-3.0小时，进一步除去有机氮 和氨态氮，完成硝化与摄取磷，膜生物反应器在抽吸（出水）泵产生的 负压条件下，混合液中的水经膜丝完成固液分离，同时混合液中的硝化 液分别回流到第一个缺氧池和第二个缺氧池中完成反硝化。

在本发明的意义上，所述的预处理系统应该理解是在除磷脱氮与膜 生物反应器处理之前主要是除去有机废水原料中存在颗粒物质的系统。

所述的预处理系统是由粗格栅、提升泵房、细格栅、沉砂池和超细 格栅组成的。

所述的粗格栅是栅距20-50mm的机械格栅。

所述的细格栅是栅距8-20mm的机械格栅。

所述的超细格栅是栅距0.5-2mm的机械格栅。

所述的沉砂池是旋流式沉砂池。

所述的有机废水在经过这个预处理系统处理后应该达到无固体大颗粒。

在本发明的意义上，所述的反应液应该理解是有机废水在预处理后 的其它各个步骤产生的生化反应液。在本发明的意义上，所述的缺氧应该理解是在反应液中溶解氧DO-0.1-0.5mg/L;所述的缺氧池是实现有机废水缺氧处理而使用的设备，这 种缺氧池是用水泥筑砌的，内层作防渗处理的池子，这种池子具有各种 形状，例如长方形、圆形等。

在本发明的意义上，所述的厌氧应该理解是混合液中既无溶解氧即 DO-O，也无结合氧即无N(V存在；所述的厌氧池是实现有机废水厌氧 处理而使用的设备，这种厌氧池是用水泥筑砌的，内层作防渗处理的池 子，这种池子具有各种形状，例如长方形、圆形等。

在本发明的意义上，所述的好氧应该理解是混合液中的溶解氧即 DOlmg /L;所述的好氧池是实现有机废水好氧处理而使用的设备， 这种好氧池是用水泥筑砌的，内层作防渗处理的池子，这种池子具有各 种形状，例如长方形、圆形等。

根据一种实施方式，所述的反应液在第一个缺氧池与第二个缺氧池(4) 中水力停留时间比为0.3-1: 1,优选地，第一个缺氧池水力停留时间lhr, 第二个缺氧池(4)中水力停留时间为2.5hr ,即第一个缺氧池与第二个缺 氧池(4)中水力停留时间比为0.4: 1。

根据另一种实施方式，所述的反应液在好氧池与膜生物反应器中的 水力停留时间比为1-4: 1,优选地，在好氧池水力停留时间为4 hr，在 膜生物反应器中的水力停留时间为2hr，即在好氧池与膜生物反应器中的 水力停留时间比为2: 1。

根据另一种实施方式，加入第一个缺氧池与第二个缺氧池的回流硝 化液量的体积比为0.2-1: 1，优选地，为0.3: 1。

所述的好氧池与膜生物反应器的曝气是用压缩空气进行的。通常是 使用压缩空气泵、鼓风机等设备用以压缩空气进行曝气的。

根据另一种实施方式，本发明使用的膜生物反应器的结构是在本技 术领域中通常使用的结构，具体地，本发明的膜生物反应器结构是由膜 组器、鼓风机、回流泵、污泥泵、抽吸泵、膜出水控制系统、在线药液清洗器组成。

在本发明膜生物反应器中，膜组器浸没在所述的反应液中，在抽吸 泵产生的负压条件下，反应液中的水与固体经膜丝分离，剩余污泥进入 污泥处理系统进行处理，清液进行脱色，然后排出，膜丝通过抽吸泵产

生的负压抽吸出水为周期性，出水为5-10分钟,然后停止出水1-2分钟， 出水时间与停止出水时间之比为5-15: 1,优选地，出水时间为7分钟， 停止出水时间为l分钟，出水时间与停止出水时间之比为7: 1。

根据另一种实施方式，按照每立方米所述清液往脱色池中的清液中 加入l-5mg臭氧进行脱色。

优选地，所述的清液在脱色池内的停留时间为5-20分钟。

根据本发明，所述的在线药液清洗器是本技术领域中通常使用的清 洗器，由定量泵、药桶、管道、闽门和时间控制器组成。

所述的膜出水控制系统包括PLC(程序控制器)、电动闽、接触器、控 制柜等。

[有益效果]

典型的厌氧一缺氧一好氧（anaerobic-anoxic-oxic,简称AAO,或A20)

脱氮除磷方法不能同时高效地脱氮除磷，聚磷菌体内的磷必须在厌氧条 件下且混合液存在有能快速生物降解的溶解性有机物时才能有效释放， 本发明的前置缺氧池可以起到在对部分硝化液反硝化的同时又可以有效 防止硝酸根影响后续厌氧池磷的释放。

后置的膜生物反应器实现泥龄与水力停留时间完全分开，使其有足 够的泥龄，为好氧硝化菌提供最优反应条件，可以高效的对水中的有机 氮和氨氮进行硝化同时又可继续去除水中的有机物以及为后续的高效地 消去出水中的色度提供有利条件。

本发明提供的技术方案不但具有膜生物反应器的优点，还可以比较 彻底地祛除有机污染物和除磷脱氣，以及能高效地消去出水的色度。总 氮、总磷、色度除去率明显提高。【附图说明】

图1是本发明有机废水处理流程示意图

图2是本发明中使用的膜生物反应器

其中：1、预处理系统；2、缺氧池l; 3、厌氧池；4、缺氧池2; 5、 好氧池；6、膜生物反应器；7、剩余污泥处理系统；8、脱色池；6-1、鼓 风机；6-2、膜组器；6-3、回流泵；6-4、剩余污泥泵；6-5、抽吸泵；6-6、 膜出水控制系统，6-7、在线药液清洗器；

附图中箭头所示为水流或气流方向。

以下结合附图及实施例，详细说明本发明：

一种有机废水处理方法包括下述步骤：

有机废水首先进入一般由粗格栅、提升泵房、细格栅、沉砂池和超细 格栅组成的预处理系统1，除去废水中存在的大颗粒杂质；然后预处理的废 水按照体积比0.1-0.5: l分成两部分，其中一部分进入第一个缺氧池2， 而另一部分进入厌氧池3;

在第一个缺氧池2内，在缺氧的条件下所述的一部分预处理废水与 来自膜生物反应器6的一部分回流硝化液混合0.5-2.0小时，进行初步脱 氮反应，得到的反应液然后进入厌氧池3，在厌氧的条件下与所述的另一 部分预处理废水混和1.0-3.0小时，完成磷的释放；

来自厌氧池3的流出液与来自膜生物反应器6另一部分回流硝化液 在第二个缺氧池4中在缺氧的条件下混合2.0-5.0小时，进行进一步脱氮 反应；

来自第二个缺氧池4的流出液进入好氧池5,在空气与所述第二个缺 氧池4流出液的体积比10-6: 1的条件下进行曝气3.0-5.0小时，去除大 部分有机物与氨态氮，然后再进入膜生物反应器6;

来自好氧池5的流出液在膜生物反应器6中在空气与所述好氧池5 流出液的体积比20-6: 1的条件下进行反应2.0-3.0小时，进一步除去氨 态氮与摄取磷，膜生物反应器6的硝化液再分别回流到第一个缺氧池2

1和第二个缺氧池4中完成反硝化，膜生物反应器6内维持活性污泥浓度

5000-12000mg/L,在抽吸泵产生的负压条件下，混合液中的水经膜丝完 成固液分离，得到清液和污泥。

经膜分离后的清液送入脱色池（8)用臭氧脱色处理。 【具体实施方式】

实施例1

曰处理量有机废水量iooo吨的废水处理。

采用现有的厌氧一缺氧一好氧（A20)脱氮除磷方法，在厌氧池、 缺氧池、好氧池的水力停留时间分别为l小时、4小时、4小时，供给好 氧池的气水的体积比为6: 1，好氧池污泥浓度为4.5g/l，污泥负荷为 0.160kgBOD5/kg/MLSS/d，从好氧池回流到缺氧池的硝化液为150%,从 二沉池回流到厌氧池的污泥量为20%。处理后的出水要求高于城镇废水 处理广污染物排放标准一级B(GB18918-2002),设计与运行结果见表1。

在本发明中，CODc表示化学需氧量，是釆用重铬酸钾法测定的；

B0Ds表示5日生化需氧量，是釆用稀释与接种法测定的；

氨氮是采用纳氏试剂比色法测定的；

总氮是釆用过硫酸钾氧化一紫外分光光度法测定的；

总磷是采用钼酸铵分光光度法法测定的；

悬浮物是采用重量法测定的；

色度是采用稀释倍数法测定的；

NTU是国际标准中的浊度单位，采用浊度仪直接测定（浊度仪由法 定机构定期标定)。

表1:现有厌氧一缺氧一好氧（A20)脱氮除磷方法结果

<table>table see original document page 11</column></row> <table>(改造前l年均值） <table>table see original document page 12</column></row> <table>

从上述表1中可以看出，现有的厌氧一缺氧—好氧（A20)脱氮除 磷方法除了总氮和总磷超标以外其它指标达到设计出水水质要求。

实施例2

曰处理量有机废水量1000吨的废水处理。

使用表1中列出的有机废水进行处理。 有机废水首先进入一般由粗格栅、提升泵房、细格栅、沉砂池和超细

格栅组成的预处理系统l,除去废水中存在的大颗粒杂质；然后以体积计IO %预处理废水进入第一个缺氧池2,而余下的预处理废水进入厌氧池3;

在第一个缺氧池2内，在缺氧的条件下所述的预处理废水与以体积 计50%来自膜生物反应器6的回流硝化液混合1.0小时，进行初步脱氮 反应，得到的反应液然后进入厌氧池3，在厌氧的条件下与所述的余下部 分预处理废水混和1.5小时，完成磷的释放；

来自厌氧池3的流出液与以体积计50%来自膜生物反应器6回流硝 化液在第二个缺氧池4中在缺氧的条件下混合2.5小时，进行进一步脱氮 反应；

来自第二个缺氧池4的流出液进入好氧池5,在空气与所述第二个缺 氧池4流出液的体积比6: 1的条件下进行曝气4.0小时，去除大部分有 机物与氨态氮，好氧池5污泥浓度为7.5g/l,污泥负荷为0.090 kgBOD5/kg/MLSS/d，然后再进入膜生物反应器6;

来自好氧池5的流出液在膜生物反应器6中在空气与所述好氧池5 流出液的体积比15: 1的条件下进行反应2.5小时，在膜生物反应器6中维持9.5-10 g/l的污泥浓度，进一步除去氨态氮与摄取磷，膜生物反应器6的硝化液再分别回流到第一个缺氧池2和第二个缺氧池4中完成反硝化，回流的硝化处理后的反应液为总进水量300%;在抽吸泵产生的负压条件下，混合液中的水经膜丝完成固液分离，得到清液和污泥。

膜丝通过抽吸泵产生的负压抽吸出水为周期性，出水时间为7分钟，停止出水时间为l分钟，出水时间与停止出水时间之比为7: 1。膜丝的周期性出水由控制系统6-6自动完成。

膜分离后的清液被抽吸泵6 - 5从膜组器6-2中抽出进入脱色池8，在脱色池8中的脱色是采用臭氧发生器产生的臭氧进行脱色反应的，臭氧投加量为2.0mg/l,清液在脱色池8中停留时间为15分钟；

系统进出水量通过控制系统6-6自动控制；

摄磷的剩余污泥进入污泥处理系统7。

该实施例的进出水质详见下表2。

表2: —种有机废水处理方法的进出水质结果

<table>table see original document page 13</column></row> <table>

从上述表2中可知本发明生产再生水的方法出水水质远优于国家环境用水的再生水标准和国家一级A排放标准，也超过了原设计出水水质，

尤其是除磷脱氮的效果有了明显提高：总氮除去率从平均35.0%提高到67.5%,总磷除去率从平均72.0%提高到92.0%,色度除去率从平均73.8%提高到90%。

Claims (10)

1、一种有机废水处理方法，其特征在于该方法包括下述步骤： A、有机废水首先进入预处理系统(1)，除去废水中存在的大颗粒杂质；然后废水按照体积比0.1-0.5∶1分成两部分，其中一部分进入缺氧池1(2)，而另一部分进入厌氧池(3)； B、在缺氧池1(2)内，所述的一部分废水与来自膜生物反应器(6)的一部分回流硝化液混合并反应0.5-2.0小时，进行初步脱氮，得到的反应液然后进入厌氧池(3)，在厌氧的条件下与所述的另一部分废水混和并反应1.0-3.0小时，完成磷的释放； C、来自厌氧池(3)的流出液与来自膜生物反应器(6)的另一部分回流硝化液在缺氧池2(4)中混合并反应2.0-5.0小时，进行进一步脱氮； D、来自缺氧池2(4)的流出液进入好氧池(5)，在由供给的空气与所述缺氧池2(4)流出液的体积比10-6∶1的条件下进行好氧曝气3.0-5.0小时，去除大部分有机物与及部分有机氮和氨态氮，然后再进入膜生物反应器(6)； E、来自好氧池(5)的流出液在膜生物反应器(6)中在空气与所述好氧池(5)流出液的体积比20-6∶1的条件下进行反应2.0-3.0小时，进一步除去有机氮和氨态氮，完成硝化与摄取磷，膜生物反应器(6)在抽吸泵产生的负压条件下，混合液中的水经膜丝完成固液分离，同时混合液中的硝化液再分别回流到缺氧池1(2)和缺氧池2(4)中完成反硝化。

2、 根据权利要求l所述的方法，其特征在于所述的预处理系统是由 粗格栅、提升泵房、细格栅、沉砂池和超细格栅组成的。

3、 根据权利要求l所述的方法，其特征在于反应液在缺氧池1(2)与 缺氧池2(4)中水力停留时间比为0.3-1: 1。

4、 根据权利要求1所述的方法，其特征在于反应液在好氧池(5)与膜 生物反应器(6)中的水力停留时间比为1-4: 1。

5、 根据权利要求l所述的方法，其特征在于加入缺氧池1(2)与缺氧池2(4)的回流硝化液量的体积比为0.2-1: 1。

6、 根据权利要求l所述的方法，其特征在于好氧池(5)与膜生物反应 器(6)的曝气是用压缩空气进行的。

7、 根据权利要求1所述的方法，其特征在于在膜生物反应器（6) 中的膜组器（6-2)浸没在所述的反应液中，剩余污泥进入污泥处理系统(7)进行处理，清液进行脱色，然后排出。

8、 根据权利要求l所述的方法，其特征在于往脱色池(8)中的清液中 按照每立方米所述清液加入l-5mg臭氧进行脱色。

9、 根据权利要求8所述的方法，其特征在于所述的清液在脱色池内 的停留时间为5-20分钟。

10、 根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的膜生物反应器