CN102120678B

CN102120678B - 基于电解和mbr技术的污水循环利用装置及其方法

Info

Publication number: CN102120678B
Application number: CN201110073089.0A
Authority: CN
Inventors: 张世文; 赵玉琴; 吴灿东; 曾广德; 王峰
Original assignee: Boying Xiamen Science and Technology Co Ltd
Current assignee: Boying Xiamen Science and Technology Co Ltd
Priority date: 2011-03-24
Filing date: 2011-03-24
Publication date: 2014-03-12
Anticipated expiration: 2031-03-24
Also published as: WO2012126316A2; WO2012126316A3; CN102120678A

Abstract

基于电解和MBR技术的污水循环利用装置及其方法，涉及一种污水处理及再生循环利用。污水循环利用装置设有电解系统和MBR系统，所述电解系统设有截止阀、供水泵和电解机；所述MBR系统设有格栅、MBR反应池、MBR组件、鼓风机、曝气器、排污泵、出水泵和再生水贮罐。将经过生化处理后二沉池的深度处理污水经水泵提取后，输入电解机中进行电解，再经过格栅进入MBR系统，除去污水中因电解产生的固体杂质、浮游生物、细菌、胶体得净化污水；将经过电解系统处理所得的净化污水经管道流入MBR系统，进行固液分离，即完成污水循环利用。可对污水进行深度处理再生循环利用，减少污水排放，提高水的利用效率。

Description

基于电解和MBR技术的污水循环利用装置及其方法

技术领域

本发明涉及一种污水处理及再生循环利用，特别是涉及一种电解技术与MBR(膜生物反应器)技术结合的深度处理污水再生循环利用方法。

背景技术

水资源与环境污染问题日益受到人类社会的重视，一方面用水量不断增加，水资源日益紧缺，另一方面污水排放日益增多，对环境污染日益严重，因此，污水处理和再生资源化循环利用越来越受到各国的重视。尤其是对于水资源严重缺乏的国家，人均淡水资源占有量少，因此，污水再生循环利用成为解决淡水资源不足的关键。但是，当前的污水处理多为达标排放，成熟的污水再生循环利用技术不多，应用到工程实践的更少。例如在我国城市水资源总消耗中，工业用水大约占去2/3，如将污水经过再生处理后用于工业用水，在节水方面将有很大的潜力，等于增加了2/3的淡水资源总量。

近年来，环境工作者在污水处理和再生循环利用方面作了大量工作，中国专利CN200410024576.8公开一种污水抽取再生水的工艺和专用设备，它是将污水经过酶处理后，再经过滤和臭氧消毒而生产再生水的方法。中国专利CN101108760B公开了经过生化处理后达到排放标准的污水经过连续微滤处理再生水循环利用的方法，它是生化出水的尾水作为源水，经过旋流混凝反应池，平流多斗沉淀池物化沉淀后进入中间水池，由提升泵送至连续微滤系统进行深度处理而生产再生水的方法。尽管污水再生的方法已有不少，各级政府和广大环境工作者在污水再生循环利用方面也做了大量的工作，但是污水回用量在工业用水中所占比例却不到2％，污水回用的领域也只限于对水质要求不高的行业，如工业冲渣除尘水、冷却水、企业内部绿化、冲厕等杂用，在水质要求较高的生产工艺用水方面则尝试很少。分析其原因，主要因为污水在工业上的循环利用存在如下问题：1、再生水质量不高：首先表现在现有的污水净化再生技术难以去除污水中的残留色度和臭味，再生水中还残留有各种营养物质和细菌、霉菌、藻类等，遇到适宜的温度、光照条件即会迅速繁殖形成难闻的气味，产生难以处理的生物垢，对工艺设备也会造成不良影响，使再生水在工业生产中应用受到很大局限；其次是污水中总溶解盐含量高，并含有大量可以形成水垢的钙镁盐类物质，当其通过管道被输送到用水工艺设备时，会由于长期的电化学腐蚀作用，使用水设备受到损坏，随着水中钙镁盐类在用水设备中循环浓缩，进一步形成水垢，会导致用水设备阻塞。2、经济上不合算：生化后经过反渗透处理，虽然能够实现污水再生，但一次性设备投资大，运行成本高于现行自来水价，从经济合算的标准衡量，仍然不尽如人意，再生水处理循环利用无法实现规模化。3二次污染：传统的再生水回用技术在对污水的净化过程中通常采用加入絮凝剂和杀菌剂对水中微生物、胶体物、固体颗粒进行沉淀后，再经过砂滤过滤、多介质过滤和膜过滤的净化工艺，其缺点是处理过程中要加入絮凝剂和消毒杀菌剂，不仅投资大、运行成本较高，而且加入的絮凝剂和杀菌剂还对环境造成不同程度的污染。由以上问题可知，研究开发适合中国经济现状和发展水平的安全、可靠、高效、低能耗、低投资、低再生成本的再生水循环利用技术和配套设备，为再生水回用的规模化、产业化发展奠定坚实的基础成为一项迫在眉睫的任务。

发明内容

本发明的目的在于针对现有污水再生循环利用技术存在的再生水质量较差，难以满足生产工艺用水水质要求，投资大，运行成本高和对环境产生二次污染等缺陷，提供一种可对污水进行深度处理再生循环利用，减少污水排放，提高水的利用效率的基于电解和MBR技术的污水循环利用装置及其方法。

本发明所述基于电解和MBR技术的污水循环利用装置设有电解系统和MBR系统。

所述电解系统用于电解、沉淀等处理步骤，所述电解系统设有截止阀、供水泵和电解机，所述截止阀的进口外接生化出水排出口，供水泵的进口接截止阀的出口，供水泵的出口接电解机的进口，电解机的出口与MBR系统联接；

所述MBR系统用于将电解系统所得净化污水进行处理，所述MBR系统设有格栅、MBR反应池、MBR组件、鼓风机、曝气器、排污泵、出水泵和再生水贮罐，所述格栅的进口通过进水管接电解系统的电解机出口，格栅的出口接MBR反应池的进口，MBR组件浸没在MBR反应池内，鼓风机和曝气器对MBR反应器进行曝气，MBR组件的出口接出水泵的进口，出水泵的出口接再生水贮罐，污泥经过排污泵抽吸排放。

所述电解机可采用普通电解机或纳米催化电解机等，所述电解机由电源和电解槽组成。

所述电解机的电解槽内的阳极为纳米催化电极，所述纳米催化电极表层设有晶粒为10～35nm的金属氧化物惰性催化涂层，纳米催化电极的基板可采用钛板或塑料板，这种电极具有较高的电催化反应活性，可以大幅度降低电解的过电位。

所述MBR系统可采用内置式MBR系统或外置式MBR系统；所述外置式MBR系统是膜组件安装在生化池的外部；所述MBR系统的过滤膜可选自聚偏氟乙烯(PVDF)中空纤维膜、聚丙烯(PP)中空纤维膜、聚砜(PS)中空纤维膜、聚醚砜(PES)、聚丙烯腈(PAN)和聚氯乙烯(PVC)中空纤维膜等中一种；所述过滤膜的孔径可为0.10～0.2μm，能高效进行固液分离，所述过滤膜的工作压力可为-1～-50kPa，工作温度可为5～45℃，pH可为1～14，出水固定悬浮物可降至1mg/L，浊度可降至1NTU以下。该系统可彻底去除水体中的细菌和大肠杆菌，出水的大肠菌群为0，而细菌总数低于1CFU/ML。

所述基于电解和MBR技术的污水循环利用的方法，采用所述基于电解和MBR技术的污水循环利用装置，所述方法包括以下步骤：

1)将经过生化处理后二沉池的深度处理污水经水泵提取后，输入电解机中进行电解，再经过格栅进入MBR系统，除去污水中因电解产生的固体杂质、浮游生物、细菌、胶体得净化污水；

在步骤1)中，所述深度处理污水是指污水经过生化处理达到GB 18918-2002《工业污水处理厂污染物排放标准》排放标准的污水，其COD_Cr≤120mg/L，BOD5≤60mg/L，SS≤50mg/L，色度小于50，动植物油≤20mg/L，石油类≤15mg/L，阴离子表面活性剂≤于5mg/L，氨氮≤25mg/L，总磷≤5mg/L，电导率＜1500μs/cm，当电导率＞1500μs/cm时，应在MBR后用EDI脱盐；

所述电解是将深度处理污水经过电解使之生成初生态的氯[Cl]、羟基[OH]和初生态的氧[O]，用以氧化分解污水中的动植物油、石油类、阴离子表面活性剂、有色物质等有机物、氨氮，同时，在电场作用下使污水中的悬浮物、胶体、带电微粒凝聚形成较大颗粒；

所述电解的工作电压可为2～250V，相邻两个电极间的电压可为2～18V，相邻两个电极间的最佳电压为3～12V，电流密度可为5～300mA/cm²，最佳为电流密度为50～200mA/cm²，深度处理污水经过电解后经阀门进入MBR系统。

2)将经过电解系统处理所得的净化污水经管道流入MBR系统，进行固液分离，即完成污水循环利用。出水固定悬浮物可降至1mg/L，浊度可降至1NTU以下。该系统可彻底去除水体中的细菌和大肠杆菌，出水的大肠菌群为0，而细菌总数低于1CFU/ML。

所述MBR系统是膜分离技术与生物技术有机结合的新型废水处理技术，它利用膜分离设备将生化反应池中的活性污泥和大分子有机物质进行截留，具有生化效率高，抗负荷冲击能力强，占地面积小等优势。

本发明的技术方案为：生化处理后污水→电解→MBR系统→再生水回用。采用污水经过生化处理后的二沉池废水(称为深度处理废水)经过纳米催化电解处理后，再进入MBR分离系统处理。采用该技术路线解决了现有污水回用技术难题，具有如下优势：

1)在电流作用下，用电解产生的初生态的氯[Cl]、羟基[OH]和初生态的氧[O]使残留于污水中的大分子开环或断链并氧化有机物，提高污水的可生化性。

2)水的回收率高、成本低水的回收率高达70％～90％，排放污水少，能耗低，再生水生产成本低于1元/吨，远低于生化后后端加反渗透膜处理的成本；

3)脱色效果好电解产生的初生态的氯[Cl]、羟基[OH]和初生态的氧[O]使残留于污水中的有色大分子开环或断链，迅速氧化分解污水中的有色物质，脱色效果好。

4)传统的生化末端加膜过滤技术，虽然可以实现部分中水回用，但不能降低污水COD的总排放量，本发明电解产生的初生态的氯[Cl]、羟基[OH]和初生态的氧[O]能迅速氧化分解污水中的有机物，大幅度降低污水COD的总排放量；

5)采用电解技术对二沉池污水处理的工艺替代物化处理工艺，不用加入絮凝剂、脱色剂和气浮剂等化学物质，不仅节省成本，而且节约物质消耗和不产生二次污染；

6)采用本发明处理污水时，在二沉池出水后采用电解技术替代物化工艺，不用加入絮凝剂、脱色剂等化学物质，大幅度减少了污泥，污泥只有传统技术的二分之一；

7)膜组件直接安放在生化池内，生产工艺流程短，设备结构紧凑，占地少；

8)MBR系统利用膜分离设备将生化反应池中的活性污泥和大分子有机物质进行截留，具有生化效率高，抗负荷冲击能力强，操作压力低、固定资产投资大幅度减少，设备运行时能耗大幅度下降。

9)采用电解具有如下突出效果：(1)在电流作用下，用电解产生的初生态的氯[Cl]、羟基[OH]和初生态的氧[O]使残留于污水中的大分子开环或断链并氧化有机物，提高污水的可生化性。(2)氧化分解污水中的氨氮，使残留氨氮进一步氧化，氨氮的脱除率可达80～90％，同时消除水中臭味。(3)大幅度降低污水的色度，经过了生化、物化等多种方法处理后二沉池的深度处理污水的色度在80～300之间，一般的处理方法很难进一步脱色度，经过纳米催化电解可以将深度处理污水的色度从80～300之间降低到16～32。(4)氧化分解污水中的有机物，残留染料快速降低COD_Cr。(5)使污水中的悬浮物、胶体、带电微粒在电场作用下凝聚形成较大颗粒后，经过过滤去除得净化污水。(6)污水中的重金属离子向电解机电解槽的阴极移动，在阴极形成沉淀，从而降低污水中的重金属离子含量。

附图说明

图1为本发明所述基于电解和MBR技术的污水循环利用装置实施例的结构组成示意图。

具体实施方式

本发明是在对现有深度处理污水的成份、性质和现有处理方案进行深入系统的对比研究之后完成的对深度处理污水的净化和循环利用用工艺的设计，它通过电解系统和MBR系统等方法的组合运用，从而形成一种特别适合于深度处理污水的净化及循环利用方法。

下面实施例将结合附图对本发明作进一步的说明。

参见图1，本发明所述一种基于电解和膜技术的污水循环利用装置实施例设有电解系统和MBR系统。

电解系统：电解系统用于电解、沉淀等处理步骤，电解系统设有截止阀11、供水泵12、电解机13。截止阀11的进口外接生化出水排出口P1，供水泵12的进口接截止阀11的出口，供水泵12的出口接电解机13的进口，电解机13的出口与MBR系统联接。

MBR系统：MBR系统用于将电解系统所得净化污水进行过滤。MBR系统设有格栅21、MBR组件22、MBR反应池23、鼓风机24、曝气器25、排污泵26、出水泵27、再生水贮罐28。电解系统所得净化污水通过进水管接格栅21的进口，格栅21的出口接MBR反应池23的进口。MBR组件22浸没在MBR反应池23内，通过鼓风机24及布设的曝气器25对其进行曝气。MBR组件22的出口接出水泵27的进口，产生的滤液(水)收集到再生水贮罐28得循环利用的再生水(见图1中的P3)，少量污泥经过排污泵26的污泥排放口P2抽吸排放。

步骤1、电解：将经过生化处理后二沉池达到排放标准的深度处理污水经水泵12提取后，输入电解机13中进行纳米催化电解，再经过格栅21过滤除去污水中因纳米催化电解产生的固体杂质、浮游生物、细菌、胶体后进入MBR系统反应池23中。

所述纳米催化微电解的工作电压可为2～250V，相邻两个电极间的电压为2～18V，相邻两个电极间的最佳电压为3～12V，电流密度为5～300mA/cm²，最佳为电流密度为50～200mA/cm²，深度处理污水经过电解后经阀门流入沉淀罐中。

所述电解是将深度处理污水经过纳米催化电解使之生成初生态的氯[Cl]、羟基[OH]和初生态的氧[O]，用以氧化分解污水中的动植物油、石油类、阴离子表面活性剂、有色物质等有机物、氨氮，并杀灭污水中微生物，同时，在电场作用下使污水中的悬浮物、胶体、带电微粒凝聚形成较大颗粒。

所述深度处理污水是指污水经过生化处理达到排放标准的污水，其CODCr小于120mg/L，BOD5小于60mg/L，SS小于50mg/L，色度小于50，动植物油20mg/L，石油类15mg/L，阴离子表面活性剂5mg/L，氨氮25mg/L，总磷5mg/L，电导率小于1500μs/cm。当电导率大于1500μs/cm时，应在MBR后用EDI脱盐。

所述纳米催化电解具有如下突出效果：

(1)在电流作用下，用纳米催化电解产生的初生态的氯[Cl]、羟基[OH]和初生态的氧[O]使污水中的大分子开环或断链，提高污水的可生化性。

(2)氧化分解污水中的氨氮，使残留氨氮进一步氧化，氨氮的脱除率可达80％～90％，同时消除水中臭味。

(3)氧化分解污水中的有色物质，大幅度降低污水的色度：经过了生化、物化等多种方法处理后二沉池的深度处理污水中还存在一些大环化合物和长链化合物，它们大多具有一定的色泽，使污水色度在80～300之间，这些化合物的化学性质稳定，一般的处理方法很难进一步氧化或分解。电解产生的初生态的氯[Cl]、羟基[OH]和初生态的氧[O]能使残留于污水中的这些有色大分子开环或断链，迅速氧化分解污水中的有色物质，脱色效果好，使污水的色度从80～300之间降低到16～32。

(4)氧化分解污水中的有机物，残留染料快速降低COD_Cr。

(5)使污水中的悬浮物、胶体、带电微粒在电场作用下凝聚形成较大颗粒后，经过过滤去除得净化污水。

(6)污水中的重金属离子向电解机电解槽的阴极移动，在阴极形成沉淀，从而降低污水中的重金属离子含量。

步骤2、MBR系统分离：将经过电解系统处理所得的净化污水经管道流入MBR系统反应池23中，启动鼓风机24和曝气器25，经过曝气氧化后，启动出水泵27，因出水泵27的抽吸作用产生负压，在负压作用下，水分子透过MBR组件22分离。

所述MBR系统的膜材料为PP中空纤维膜，膜孔径为0.16～0.2μm，能高效进行固液分离，其工作压力为-1～-50kPa，工作温度5～45℃，操作pH为1～14，出水固定悬浮物可降至1mg/L，浊度可降至1NTU以下。该系统可彻底去除水体中的细菌和大肠杆菌，出水的大肠菌群为0，而细菌总数低于1CFU/ML。

以下结合图1给出基于电解和MBR技术的深度处理污水循环利用方法的具体实施例。

实施例1：500吨/日深度处理污水净化循环利用工程。

所述的污水经测定指标如表1所示。

表1

序号	项目	单位	测定值	序号	项目	单位	测定值
								1	COD_Cr	mg/L	56	5	浊度	19
2	BOD₅	mg/L	7	6	色度		60
								3	SS	mg/L	13	7	pH	7.3
4	NH₃-N	mg/L	23	8	电导率	μS/cm	410

步骤1、电解：起动供水泵12，污水以21m³/h流速经截止阀11进入电解机13进行电解。所述电解的工作电压为12V，两极间的电压为3.5～8.2V，电流密度130mA/cm²，在电流作用下，电解产生的初生态的氯[Cl]、羟基[OH]和初生态的氧[O]，使污水中的大分子开环或断链，提高污水的可生化性。同时，氧化分解废水中的有机物、氨氮、有色物质等，并使废水中的悬浮物、胶体、带电微粒在电场作用下形成较大颗粒，电解系统处理后污水的指标如表2。

表2电解后的污水水质指标

序号	项目	单位	测定值	序号	项目	单位	测定值
								1	COD_Cr	mg/L	43	5	浊度	NTU	9
2	BOD₅	mg/L	19	6	色度		4
								3	SS	mg/L	33	7	pH		7.4
4	NH₃-N	mg/L	3	8	电导率	μS/cm	410

步骤2、MBR系统分离：电解后的污水再经过格栅21过滤除去污水中因电解产生的固体杂质、浮游生物、细菌、胶体后进入MBR系统反应池23中，启动鼓风机24和曝气器25，经过曝气氧化后，启动出水泵27，在负压作用下，水分子透过MBR组件22分离，得透析水，透析水收集到再生水贮罐28中，得率为80％，回用水的质量如表3所示。

所述MBR系统的膜材料为孔径0.2μm聚偏氟乙烯(PVDF)中空纤维膜。

所述MBR系统分离的工作压力为-25～-26Kpa，工作温度为15～40℃，pH为5～9。

表3

序号	项目	单位	测定值	序号	项目	单位	测定值
								1	感观指标		无色无味	6	色度		1
2	COD_Cr	mg/L	30	7	pH		7.2
								3	BOD₅	mg/L	1	8	NH₃-N	mg/L	1
4	SS	mg/L	0	9	总硬度	mg/L	20
								5	浊度	NTU	1	10	电导率	μS/cm	410

实施例2：3000吨/日深度处理工业污水净化循环利用工程。

所述的污水经测定指标如表4所示。

表4

序号	项目	单位	测定值	序号	项目	单位	测定值
								1	COD_Cr	mg/L	116	5	浊度	15
2	BOD₅	mg/L	16	6	色度		80
								3	SS	mg/L	23	7	pH	7.7
4	NH₃-N	mg/L	16	8	电导率	μS/cm	560

步骤1、电解：起动供水泵12，污水以137m³/h流速经截止阀11进入电解机13进行电解。电解的工作电压为48V，两极间的电压为5.5～8.2V，电流密度为190mA/cm²，在电流作用下，电解产生的初生态的氯[Cl]、羟基[OH]和初生态的氧[O]，使污水中的大分子开环或断链，提高污水的可生化性。同时氧化分解废水中的有机物、氨氮、有色物质等，并使废水中的悬浮物、胶体、带电微粒在电场作用下形成较大颗粒，电解系统处理后的污水指标如表5。

表5电解后的污水水质指标

序号	项目	单位	测定值	序号	项目	单位	测定值
								1	COD_Cr	mg/L	81	5	浊度	NTU	7
2	BOD₅	mg/L	43	6	色度		8
								3	SS	mg/L	35	7	pH		7.8
4	NH₃-N	mg/L	1	8	电导率	μS/cm	560

步骤2、MBR系统分离：电解后的污水再经过格栅21过滤除去污水中因电解产生的固体杂质、浮游生物、细菌、胶体后进入MBR系统反应池23中，启动鼓风机24和曝气器25，经过曝气氧化后，启动出水泵27，在负压作用下，水分子透过MBR组件22分离，得透析水，透析水收集到再生水贮罐28中，得率为75％，回用水的质量如表6所示。

所述MBR系统的为膜材料为孔径0.2μm的聚丙烯(PP)中空纤维膜。

所述MBR系统分离的工作压力为-20～-23Kpa，工作温度为5～45℃。

表6

序号	项目	单位	测定值	序号	项目	单位	测定值
								1	感观指标		无色无味	6	色度		2
2	COD_Cr	mg/L	28	7	pH		7.1
								3	BOD₅	mg/L	1	8	NH₃-N	mg/L	1
4	SS	mg/L	0	9	总硬度	mg/L	23
								5	浊度	NTU	1	10	电导率	μS/cm	510

Claims

1.基于电解和MBR技术的污水循环利用的方法，其特征在于采用基于电解和MBR技术的污水循环利用装置，所述基于电解和MBR技术的污水循环利用装置设有电解系统和MBR系统；

所述电解系统用于电解、沉淀处理步骤，所述电解系统设有截止阀、供水泵和电解机，所述截止阀的进口外接生化出水排出口，供水泵的进口接截止阀的出口，供水泵的出口接电解机的进口，电解机的出口与MBR系统联接；所述电解机的电解槽内的阳极为纳米催化电极，所述纳米催化电极表层设有晶粒为10～35nm的金属氧化物惰性催化涂层；

所述MBR系统用于将电解系统所得净化污水进行处理，所述MBR系统设有格栅、MBR反应池、MBR组件、鼓风机、曝气器、排污泵、出水泵和再生水贮罐，所述格栅的进口通过进水管接电解系统的电解机出口，格栅的出口接MBR反应池的进口，MBR组件浸没在MBR反应池内，鼓风机和曝气器对MBR反应器进行曝气，MBR组件的出口接出水泵的进口，出水泵的出口接再生水贮罐，污泥经过排污泵抽吸排放；

所述MBR系统的过滤膜选自聚偏氟乙烯中空纤维膜、聚丙烯中空纤维膜、聚砜中空纤维膜、聚醚砜中空纤维膜、聚丙烯腈中空纤维膜和聚氯乙烯中空纤维膜中的一种；所述过滤膜的孔径为0.10～0.2μm，所述过滤膜的工作压力为-1～-50kPa，工作温度为5～45℃，pH为1～14；

所述方法包括以下步骤：

1）将经过生化处理后二沉池的深度处理污水经水泵提取后，输入电解机中进行电解，再经过格栅进入MBR系统，除去污水中因电解产生的固体杂质、浮游生物、细菌、胶体得净化污水；所述电解是将深度处理污水经过电解使之生成初生态的氯[Cl]、羟基[OH]和初生态的氧[O]，用以氧化分解污水中的动植物油、石油类、阴离子表面活性剂、有色物质有机物、氨氮，同时，在电场作用下使污水中的悬浮物、胶体、带电微粒凝聚形成较大颗粒；

所述电解的工作电压为2～250V，所述电解的相邻两个电极间的电压为3～12V，电流密度为50～200mA/cm²；

深度处理污水经过电解后经阀门进入MBR系统；

2）将经过电解系统处理所得的净化污水经管道流入MBR系统，进行固液分离，即完成污水循环利用。