CN102010062A

CN102010062A - 双环沟mbr废水处理系统

Info

Publication number: CN102010062A
Application number: CN 201010609550
Authority: CN
Inventors: 张悦; 文剑平; 吴凡松; 李金国; 陈亦力; 关晶; 孟繁龙; 杨睿
Original assignee: North China Municipal Engineering Design and Research Institute Co Ltd; Beijing Originwater Technology Co Ltd
Current assignee: North China Municipal Engineering Design and Research Institute Co Ltd; Beijing Originwater Technology Co Ltd
Priority date: 2010-12-28
Filing date: 2010-12-28
Publication date: 2011-04-13
Anticipated expiration: 2030-12-28
Also published as: CN102010062B

Abstract

本发明涉及一种双环沟MBR废水处理系统，包括进水管、出水管和设有MBR膜生物反应器的水处理区，其中水处理区包括被池壁隔开的外沟通道和内沟通道，MBR膜生物反应器设在内沟通道中，在内外沟通道池壁中开有溢流堰，系统中海还设有推流器、回流口和曝气转蝶；在所述内沟通道中央有中心岛。本发明的系统将氧化沟和膜生物反应器巧妙结合，并通过对回流比和水力停留时间的控制，有效提高了沟内污泥浓度，同时促使氧化、硝化、反硝化以及短程反硝化的协同反应的发生，利用空气反冲和生化供氧的协同作用，提高了处理系统中氧的利用率，有效减低工艺运行能耗，降低对碳氮比的要求，提高了脱氮效率。

Description

双环沟MBR废水处理系统

【技术领域】

本发明属于废水处理技术。更具体地，本发明涉及一种协同使用MBR膜生物反应器的双环沟形废水处理系统。

【背景技术】

水体富营养化现象是一个日益严重的、全球性的水环境问题，其主要原因就是富含氮、磷等营养物质的水体排入河水或湖泊中，使水中的藻类和其他水生植物过度生长，从而使水中溶解氧浓度锐减并造成鱼类等水生动物的大量死亡，最终使得水体变得恶臭黑水，严重破坏生态环境，甚至会损害人类健康安全。为了有效遏制水体富营养化，国内污水处理标准逐渐提高，特别是在氮和磷的控制上相当严格。传统工艺在出水TN、TP的指标上达标困难，而新标准的实施必然引起新建污水处理厂对新工艺的需求以及老污水处理厂的工艺升级改造需要。

现有的废水脱氮除磷设备在我国城市污水处理厂中应用广泛。但同时也存在除磷效果差、需要设置独立的二级沉淀占地面积较大等缺陷，其中，沉淀池中的反硝化发生不彻底时，会使得二沉池也发生反硝化，导致对废水中污泥沉降性能变差，出水变得浑浊，有待改进。

膜生物反应器(MBR)是一种将膜分离技术与生物处理相结合的新型污水处理与回用技术。MBR可以代替传统活性污泥工艺中的二沉池，可以实现污泥停留时间与水力停留时间分离，具有占地面积小、污泥浓度高、处理容积负荷高、出水水质好、利于世代时间长的硝化、反硝化细菌繁殖、易于实现自动化控制等优点。基于以上优点，MBR技术在国内外都得到了广泛应用，成为城市污水处理的新的发展方向，为污水资源化利用提供了更为经济可行的空间。

【发明内容】

〖要解决的技术问题〗

本发明的目的是提供一种效力更高、处理容积负荷更高、占地面积更小的能够协同使用MBR膜生物反应器的双环沟MBR废水处理系统。

〖技术方案〗

为了实现本发明的目的，本发明提供一种双环沟MBR废水处理系统，所述系统包括进水管1、出水管9和设有MBR膜生物反应器6的水处理区，其中，所述水处理区包括被池壁隔开的外沟通道2和内沟通道3，所述进水管1与外沟通道2相通，所述出水管1与内沟通道3相通；所述MBR膜生物反应器6设在内沟通道3中，在所述外沟通道2和内沟通道3之间的池壁中开有溢流堰8，在所述外沟通道2和内沟通道3之间的池壁上还对称地设有多组推流器4和回流口；在所述外沟通道中设有曝气转蝶5；在所述内沟通道中央设有中心岛7。

废水通过所述进水管1进入所述外沟通道2后，在所述曝气转蝶5的推动下沿外沟通道2流动，通过所述溢流堰8进入内沟通道3；在内沟通道3中的部分污泥与废水通过所述推流器和回流口回流到所述外沟通道中，部分废水通过所述出水管排出。

根据场地条件和处理规模，本发明的双环沟MBR废水处理系统的外沟通道和内沟通道的形状可以是同心的圆形，或同心的两端为半圆形、中间为直道的椭圆形。因此，位于内沟通道中央的中心岛可对应地设置为圆形或椭圆形。这些形状的选择均有导流作用，利于内外沟通道形成环流。

由于MBR膜生物反应器设在内沟通道中，因此内沟通道应满足膜冲洗的要求设置曝气设备。为了增加曝气量，还可以在内沟通道底部均匀分布少量的曝气管，并配有可调节曝气量的调节阀门。曝气设备的设置术语废水处理行业的常规技术，属于本领域技术人员的必须掌握的知识，因此在本发明中不再赘述。

根据本发明一种优选的具体实施方式，对于所述外沟通道和内沟通道是同心的两端为半圆形、中间为直道的椭圆形的情况，在该处理系统中，所述推流器和回流口设置在直道池壁上。更优选地，所述曝气转蝶也设置在外沟通道的直道中。

推流器和回流口的作用是将内沟通道内的泥水混合物回流到外沟通道，与外沟通道中的待处理水进一步混合。因此推流器和回流口均设在内外沟通道之间的池壁上，其中，推流器的类型为水下轴流推进器。一般情况下，推流器不应少于两组，并且应当对称分布。更优选地，推流器安装位置宜在转蝶组的上游直道区域。

根据本发明一种另优选的具体实施方式，所述曝气转蝶设置在水下230mm-400mm处。

在本发明中，所述废水在外沟通道里的水力停留时间为总水力停留时间的65-75％，总水力停留时间一般为8-15h。

术语“水力停留时间”(Hydraulic Retention Time，HRT)应当理解为待处理废水在本发明的系统内的平均停留时间，也就是废水与系统内微生物作用的平均反应时间。

根据本发明的一种优选的具体实施方式，所述内沟通道到外沟通道的回流比控制在100％-400％。

在本发明中，术语“回流比”是指由内沟通道回流到外沟通道的水量与外沟通道进水量的比值。

〖有益效果〗

本发明的双环沟MBR废水处理系统将氧化沟和膜生物反应器巧妙结合，并通过对回流比和水力停留时间的控制，有效提高了沟内污泥浓度，同时促使氧化、硝化、反硝化以及短程反硝化的协同反应的发生，利用空气反冲和生化供氧的协同作用，提高了处理系统中氧的利用率，有效减低工艺运行能耗，降低对碳氮比的要求，提高了脱氮效率。通过试运行数据，在不额外使用化学除磷工艺的情况下，对于普通城镇污水，污染物总的去除率为：COD＞90％；BOD＞95％；SS＞99％；NH3-N＞95％；TN＞80％；TP＞70％。

【附图说明】

图1是本发明的双环沟MBR废水处理系统平面结构示意图；

图2是本发明的双环沟MBR废水处理系统剖面结构示意图；

其中，1、进水管；2、外沟通道；3、内沟通道；4、推流器；5、曝气转碟；6、MBR膜生物反应器；7、中心岛；8、溢流堰；9、出水管；10、进水泵；11、鼓风机；12、出水泵；13进风管。

【具体实施方式】

下述实施例结合附图非限制性地说明本双环沟MBR废水处理系统。本技术领域的普通技术人员在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以对本发明的双环沟MBR废水处理系统做出各种变化和修改，但所有等效的技术方案都属于本发明的范畴，本发明保护范围是由权利要求书所限定的。

实施例1

一套双环沟MBR废水处理系统，如图1、2所示，包括进水管1(在管路上装有进水泵12)、出水管9和设有MBR膜生物反应器6的水处理区，所述水处理区包括被池壁隔开的外沟通道2和内沟通道3，所述进水管1与外沟通道2相通，所述出水管1与内沟通道3相通；所述MBR膜生物反应器6设在内沟通道3中，该MBR膜生物反应器6配备曝气装置。在所述外沟通道2和内沟通道3之间的池壁上部开有溢流堰8，并对称地设有4组推流器4和回流口；在所述外沟通道的直道处设有4组曝气转蝶5；在所述内沟通道中央设有中心岛7。在出水管9上还设有鼓风机11和与之相连的进风管13，用于把空气通入内沟通道3中。

其中：

1、曝气转蝶

在外沟通道2内横跨沟道安装曝气转蝶组，对称地在直道端部总共安装4组。

转蝶直径为1.4m，额定转速52rpm，浸没水深约230mm处，其供氧量0.94kg/h、动力效率1.89kg O²/h，搅拌功率达0.5Kw，可推流容积约250m³，即单位搅拌功率按不小于2W/m³校核。

转蝶组驱动电机配有调频调速装置，调速范围35-52rpm。

转蝶组上部还设防溅罩，防溅罩与水面之间有足够的透气空间。转蝶组上下游均不设水下导流板。

2、溢流堰

溢流8堰设置在直道处的池壁顶部，外沟通道2的混合液通过溢流堰8流入内沟通道3，确保外沟通道2水位不因内沟通道3水位下降而下降。溢流堰的平面位置与外沟通道2的进水位置相对，将尽可能避免短流。溢流堰高度可通过挡板设计在一定范围内调节，调节幅度为350mm，必要时通过调节外沟水位来调节转蝶的曝气量或推流力。

3、推流器

本实施例的推流器4为水下轴流推进器，在直流池壁的端部穿墙安装，将内沟通道3的混合液推流到外沟通道2。

推流器4的安装方向和中间池壁(切线)成45度角，形成的推流分力与外沟流速方向一致。推流器的安装高度为内沟通道3水面以下、水深的1/2处。

推流器4总共安装两组，也呈对称分布，安装在曝气转蝶5的上游。

推流器4的扬程为200mm-500mm(考虑外沟和内沟的最大水位差)，推流器总的推流量(即单位时间内，推流器能够操作的进水量与外沟通道的进水量的比)为100-400％。推流器配有调频调速装置。推流器还配有导轨链式提升装置。

4、MBR膜生物反应器组件

膜组件安装在内沟通道3的直流区域，均匀分布。该MBR膜生物反应器组件的出水配有流量控制装置，以维持内沟水位基本稳定。

在膜组件下方、内沟通道3底部均布曝气管，并配有调节阀门，可调节曝气量，用于适应膜组件冲洗的要求

本发明的具体运行方式为：

将待处理污水经进进水泵10送入外沟通道2，同时推流器4将内沟通道3的污泥和水的混合物回流送入外沟通道2，在曝气转蝶5的推流作用下，外沟通道2的混合液与从内沟通道3回流的污泥混合液混合后沿环形外沟2流动。

外沟通道2的水力停留时间为总水力停留时间的70％，处于兼氧状态。外沟通道2对主要污染物的去除率约为总去除率的80％，其中TN全部在外沟通道2中去除。

通过这种设置在外沟通道2内，同一时间实现碳化、氨化、硝化、反硝化、缺氧和好氧的聚磷等综合的生化反应。

通过这种设置在外沟通道2内，同一时间在水平和垂直方向均形成有一定梯度的好氧、缺氧环境，包括微生物絮体内部的微环境。

与传统理论和工程设计不同，外沟通道2作为本工艺的主体构筑物，并不在空间或时序上区划处好氧工段、缺氧工段或工况，绝大部分污染物去除在外沟2中同时实现，且在亏氧和完全混合状态下完成生化反应，达到较高的去除率，节省能耗并降低对碳源的需求。

外沟通道2采用氧化沟沟型，体现了完全混合的水力学优势。介质均匀、反应充分、抗冲击能力强。此外，转蝶曝气5具备很好的供氧和推流作用，搅拌效率较高，为完全混合反应创造了条件。此外，由于后续有好氧工段，避免了完全混合可能产生进水短流带来的水质问题。

外沟通道2总体上供氧量和耗氧量平衡，但供氧强度有所区别。转蝶曝气具有“脉冲”供氧的特点，在混合液通过转蝶的瞬间，曝气强度极高，致使氧化和硝化同时发生，尤其是硝化作用明显，远超过底部微孔曝气。

在转蝶之后，溶解氧迅速消耗，大部分空间为兼氧和缺氧状态，加之原水直接进入外沟通道2，最大程度地提供反硝化所需碳源，脱氮效果较好。此外，在内沟通道3回流作用下，脱氮效率会进一步提供。

污泥回流和硝酸盐内回流一体化是本发明的系统的特点，内沟通道3的污泥浓度最高，且含有进一步硝化形成的硝酸盐，而外沟通道2具有氧化、硝化和反硝化的综合功能，从内沟通道3到外沟通道2的一次回流，即可满足污泥回流和硝化液内回流的双重要求。

回流的另一作用，是将内沟通道3的溶解氧向外沟通道2转移，可降低外沟通道2的供氧能耗。利用膜池的溶解氧补充好氧段的供氧，通常也是其它工艺(如A2O)采取的方法，但本发明具有三个特点：①外沟通道2为高效混合流态，回流溶解氧的利用率要优于其它推流式工艺；②外沟通道2主要供氧方式为表面机械曝气，而回流溶解氧源于底部曝气，不同的曝气方式会产生较好的互补效应；③外沟通道2总体处于亏氧状态，对回流溶解氧有更高的的转移率。

在外沟通道2内流动的混合液经过溢流堰8进入内沟通道3，内沟通道3借用膜的锤扫空气，形成较强的好氧环境，进一步对有机物氧化，并强化对氨氮的硝化。同时，通过膜滤，进一步去除磷和悬浮物，起到出水水质把关作用，主要指标达到地表水4类标准。

内沟通道既作为废水处理系统的膜池，也作为好氧生化池，可将膜组件的空气反洗和生化的供氧高效结合，最大程度地提高氧的利用率，从全系统的层面减低膜生物反应器的能耗。

内沟通道设置的水下推流器，与中间池壁成45度夹角，既有回流功能也有对外沟的推流和搅拌作用。同时，推流器在内沟的抽吸作用，也使内沟形成环流，具有混合效果，有利于膜曝气溶解氧的均匀分布。

膜生物反应器所需污泥浓度较高，有利于膜外污泥层的脱落。对生化工艺而言，提高污泥浓度，不仅可以减小池容、减排污泥，还可以大量增加外沟中兼氧微生物总量，利用其代谢产物，为脱氮提供额外的碳源。

本发明的主要参数要求如下：

总水力停留时间：8-16h；

外沟停留时间占总停留时间之比：65％-70％；

有效水深：3.8-4.2m；

外沟污泥浓度：7-9g/l；

内沟(膜池)污泥浓度：8g-10g/l；

外沟溶解氧(DO)：转蝶后2m即为0mg/l；

外沟氧化还原电位(ORP)绝大部分为-30mv+30mv

内沟溶解氧(DO)：1.5-4.0mg/1；

内沟至外沟回流比：100％-400％；

膜通量：15-25l/m²h；

内沟(膜池)气水比(平均)1∶15-1∶30。

试运行

大兴黄村污水处理中，进水水质为：CODcr含量为300-500mg/L，总氮含量为50-70mg/L，总磷含量为5-8mg/L，内沟通道至外沟通道回流比为300％。

外沟通道污泥浓度：8.5g/l；内沟通道(膜池)污泥浓度：9.5g/l；总水力停留时间：14h。

在不额外使用化学除磷工艺的情况下，最终出水CODcr小于30mg/L，总氮小于8mg/L，总磷小于0.5mg/L。

Claims

1.一种双环沟MBR废水处理系统，所述系统包括进水管、出水管和设有MBR膜生物反应器的水处理区，其特征在于所述水处理区包括被池壁隔开的外沟通道和内沟通道，所述进水管与外沟通道相通，所述出水管与内沟通道相通；所述MBR膜生物反应器设在内沟通道中，在所述外沟通道和内沟通道之间的池壁中开有溢流堰，在所述外沟通道和内沟通道之间的池壁上还对称地设有多组推流器和回流口；在所述外沟通道中设有曝气转蝶；在所述内沟通道中央设有中心岛；

废水通过所述进水管进入所述外沟通道后，在所述曝气转蝶的推动下沿外沟通道流动，通过所述溢流堰进入内沟通道；在内沟通道中的部分污泥与废水通过所述推流器和回流口回流到所述外沟通道中，部分废水通过所述出水管排出。

2.根据权利要求1所述的双环沟MBR废水处理系统，其特征在于所述外沟通道和内沟通道的形状是圆形，或两端为半圆形、中间为直道的椭圆形。

3.根据权利要求2所述的双环沟MBR废水处理系统，其特征在于对于所述外沟通道和内沟通道是椭圆形的处理系统，所述推流器和回流口设置在直道池壁上。

4.根据权利要求2所述的双环沟MBR废水处理系统，其特征在于对于所述外沟通道和内沟通道是椭圆形的处理系统，所述曝气转蝶设置在外沟通道的直道中。

5.根据权利要求1所述的双环沟MBR废水处理系统，其特征在于所述曝气转蝶设置在水下230mm-400mm处。

6.根据权利要求1所述的双环沟MBR废水处理系统，其特征在于所述废水在外沟通道里的水力停留时间为总水力停留时间的65-75％。

7.根据权利要求1所述的双环沟MBR废水处理系统，其特征在于所述内沟通道到外沟通道的回流比控制在100％-400％。