CN102311209A

CN102311209A - Mbr工艺用城市污水补给地下水的方法和装置

Info

Publication number: CN102311209A
Application number: CN201110223194A
Authority: CN
Inventors: 杨建�; 高金华; 甘一萍; 常江
Original assignee: Beijing Drainage Group Co Ltd
Current assignee: Beijing Drainage Group Co Ltd
Priority date: 2011-08-05
Filing date: 2011-08-05
Publication date: 2012-01-11

Abstract

本发明涉及一种MBR工艺用城市污水补给地下水的方法和装置，包括以下过程：以城市污水处理厂的二级处理水为原料，经过微生物降解、膜过滤和臭氧反应后，以地表漫灌形式渗入地下，经土壤包气带进入潜水层。本发明城市污水深度处理工艺，可非常经济有效地去除城市污水中多种污染物，使出水满足三类地下水水质标准，实现对地下水的安全补给。

Description

MBR工艺用城市污水补给地下水的方法和装置

技术领域

本发明涉及污水处理再利用技术领域，尤其涉及一种城市污水补给地下水的方法。

背景技术

我国是一个干旱缺水严重的国家，城市污水深度处理及回用，也作为解决城市缺水、提高水资源利用率和控制水体污染的一条重要途径，具有其它策略方法无可比拟的优势，为“新”的水源替代已有水源提供了可能，成为缓解水资源短缺现状的有力措施。

目前城市生活污水，经污水处理厂二级处理后，出水即使达到城镇污水处理厂污染物排放标准(GB18918-2002)一级B标准的排放要求：COD、总氮、色度和粪大肠菌群仍然分别高达60mg/L、20mg/L、30和104个/L，但大大阻碍了城市污水的可利用程度。虽然进一步对二级处理水进行有效的深度处理，去除水中各类污染物，实现再生水的广泛安全回用，是城市污水深度处理过程中需要重点解决的问题。

再生水工艺技术是随着再生水回用量的不断增加和回用途径的不断扩展而发展起来的，不同的再生水使用途径，就有不同的水质要求。随着城市水资源紧张趋势的不断加剧，对再生水的需求不断加大，再生水应用范围逐步扩大，用途逐步拓展，水质指标也从原来的单一指标发展为多项指标的严格要求。

目前，地下水补给过程中氮素和有机物是需要重点关注的污染物，而现有污水处理厂的二级出水中总氮一般在20～30mg/L，已超过三类地下水水质标准中总氮浓度值，不能直接作为补给地下水的源水；二级出水中有机物也种类繁多，如药品和护肤品(PPCP)及其代谢物、内分泌干扰物(EDC)和具有基因毒性的芳香胺类物质等。

发明内容

本发明针对上述现有技术的不足，提供一种MBR工艺用城市污水补给地下水的方法和装置，有效地去除城市污水中多种污染物，使出水满足三类地下水水质标准要求，实现对地下水的安全补给。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种MBR工艺用城市污水补给地下水的方法，包括以下过程：以城市污水处理厂的二级处理水为原料，经过微生物降解、膜过滤和臭氧反应后，以地表漫灌形式渗入地下，经土壤包气带进入潜水层。

优选的，所述臭氧投加量为2～10mg/L水，水在臭氧反应器中停留时间为10～30min。

与现有技术相比，本发明采用膜生物反应器、臭氧与土壤处理单元相结合的方法，以污水厂二级出水为源水，深度处理后使城市污水达到再生利用要求。城市污水经二级处理后，利用膜生物反应器的微生物降解作用，去除二级出水中氮和磷等；膜生物反应器同时进行膜过滤处理，去除水中浊度、细菌、有机物等；其出水进行臭氧氧化，进一步去除水中大分子有机物，提高出水的可生化性，并对出水进行杀菌消毒；臭氧出水进入包气带土壤处理单元，进一步去除水中氨氮、TP和有机物。此项城市污水深度处理工艺，可非常经济有效地去除城市污水中多种污染物，使出水满足三类地下水水质标准要求，实现对地下水的安全补给。

膜生物反应器工艺利用膜生物反应器的微生物降解作用，将生活污水中TN进行硝化反硝化反应，转化为氮气从水体释放，同时利用生物过量积磷作用来去除磷，利用微生物摄取、代谢与利用过程去除有机物；并利用膜组件的筛分截留作用，去除水中有机物、浊度等。膜生物反应器与臭氧工艺联用，可以进一步提高出水的可生化性，并产生氧化能力极强的单原子氧和羟基，分解水中有机物、细菌和微生物，实现对处理出水的杀菌消毒，是一项比较经济有效的再生水补给地下水前处理工艺组合。膜生物反应器+O₃工艺出水从地表回灌池向地下含水层入渗过程中，借助于土壤包气带的物理、化学和生物作用得到进一步的净化；同时，地下含水层作为再生水的天然存储空间，有助于增加地下水资源、调节城市季节性用水矛盾和减缓地面沉降等，为水资源可持续利用提供了一种新的水源。

一种MBR工艺用城市污水补给地下水的装置，包括管道连接的膜生物反应器、臭氧反应器和回灌池，所述回灌池的下部埋设在土壤中的。

优选的，所述膜生物反应器中的膜为中空纤维式超滤膜，其膜通量为14-25L/(m²·h)。

优选的，所述膜生物反应器下方设有曝气装置，该曝气装置的曝气量为400-500L/(m²·h)。

优选的，所述回灌池中液面高于土壤层至少20cm。

本发明具有以下优点及突出性效果：①本发明采用膜生物反应器、臭氧与土壤处理单元联合作用，对城市污水厂二级出水进行深度处理，出水可以满足三类地下水水质标准要求，实现对地下水的安全补给。②将膜生物反应器与臭氧反应器结合，可以充分发挥彼此的优势。膜生物反应器能有效降低二级出水中硝酸盐和磷，超滤在去除水中残留的浊度、细菌和有机物等更具优势，臭氧则可以破坏部分重点控制的污染物如抗生素、雌激素类物质、微生物代谢产物等的分子结构，去除病原微生物，提高出水的可生化性。③土壤处理单元既可以进一步去除水中病原体、有机物、氮磷等污染物，增加地下水资源量，又可以解除公众对再生水回用的顾虑。

附图说明

图1是本发明装置的结构示意图；

附图标记说明：

1-A²O生物反应器；

2-回灌池；

3-膜生物反应器膜组件；

4-臭氧发生器；

5-臭氧反应罐；

6-土壤中的包气带；

7-土壤中的潜水层。

具体实施方式

本发明提供一种MBR工艺用城市污水补给地下水的方法和装置，提出采用膜生物反应器、臭氧与土壤含水层处理单元相结合的方法，以城市生活污水为源水，深度处理后达到安全补给地下水的要求。首先利用膜生物反应器中微生物降解作用和膜的筛分截留作用，去除城市生活污水中有机物、氨氮、磷和浊度等；再利用臭氧的氧化和消毒作用，去除水中大分子有机物，提高出水可生化性，并杀灭细菌和病原体；最后经土壤包气带处理单元，进一步去除水中氨氮、TP和有机物。此项城市污水深度处理的方法，可非常经济有效地去除城市污水中多种污染物，使出水满足三类地下水水质标准，实现对地下水的安全补给。

具体操作方法如下：

1)城市生活污水通过格栅和初沉池等工艺预处理后，进入膜生物反应器工艺段，利用膜生物反应器中微生物降解作用和膜的筛分截留作用，去除城市生活污水中有机物、氨氮、磷和浊度等。膜生物反应器膜组件为中空纤维式超滤膜组件，在膜组件单元正下方设置穿孔管曝气，曝气量400～500L/(m²·h)，污泥龄20～28d，好氧反应器MLSS 8～12g/L，膜通量14～25L/(m²·h)。

2)膜生物反应器之后，设置臭氧氧化工艺，膜生物反应器出水进入臭氧反应器。臭氧发生器以空气为氧气来源，以分散小气泡从反应罐底部进入，水中臭氧投加量2～10mg/L，水力停留时间10～30min，在臭氧反应器内使臭氧与水充分接触，用于破坏部分重点控制的污染物如抗生素、雌激素类物质、微生物代谢产物等的分子结构，去除病原微生物，提高出水的可生化性。

3)地表回灌场进行干/湿交替运行，湿期回灌场内再生水高于土壤层至少20cm；干期使土壤表面与空气充分接触，经历疏干和复氧；干期运行时间是湿期的1～4倍，回灌池底部土壤包气带厚度至少3m，以保证C、N等物质的充分分解，进入地下含水层的再生水须在地下滞留3～12月，实现对地下水的安全补给和保证最终取水安全。

本发明具有以下优点及突出性效果：①本发明采用膜生物反应器、臭氧与土壤处理单元联合作用，对城市生活污水进行深度处理，出水可以满足三类地下水水质标准要求，实现对地下水的安全补给。②将膜生物反应器与臭氧结合，可以充分发挥彼此的优势。膜生物反应器兼有常规A²O生物反应器和膜过滤的作用，可以显著去除水中有机物、氮磷和浊度，臭氧则可以破坏部分重点控制的污染物如抗生素、雌激素类物质、微生物代谢产物等的分子结构，去除病原微生物，提高出水的可生化性。③土壤处理单元既可以进一步去除水中病原体、有机物、氮磷等污染物，又可以增加地下水资源量，解除公众对再生水回用的顾虑。

下面结合附图1以及下述实施例对本发明作进一步的说明。

实施例1：

城市生活污水中含有大量污染物，其中氨氮20-50mg/L、磷11-35mg/L、SS210-260mg/L、COD 350-500mg/L，如果直接向外界排放，会导致环境中固有的生态系统和功能受到破坏，而且这些污染物是地下水质量标准(GB/T 14848-93)重点关注的指标。

城市生活污水通过污水处理厂的格栅和初沉池等工艺预处理后，进入膜生物反应器工艺段，利用A²O生物反应器1中微生物降解作用和膜的筛分截留作用，去除城市生活污水中有机物、氨氮、磷和浊度等。膜生物反应器膜组件3为中空纤维式超滤膜组件，在膜组件单元3正下方设置穿孔管曝气，曝气量500L/(m²·h)，污泥龄20d，好氧反应器MLSS 8g/L，膜通量25L/(m²·h)，去除90％的COD、96％的BOD、97％的SS、60％的TN、90％的TP，重点关注污染物指标基本均达到地下水三类标准。

膜生物反应器出水进入臭氧反应器5，臭氧发生器4以空气为氧气来源，以分散小气泡从反应罐底部进入，水中臭氧投加量2mg/L，水力停留时间30min，在臭氧反应器5内使臭氧与水充分接触，用于破坏部分重点控制的污染物如抗生素、雌激素类物质、微生物代谢产物等的分子结构，去除病原微生物，可以杀灭水中40％的细菌总数和90％的大肠杆菌，提高出水10％的可生化性。

地表回灌池2进行干/湿交替运行，干期的运行时间是湿期的1～4倍，水经回灌池2底部渗入土壤包气带6和潜水层7，包气带6厚度为4m，此时水中23％DOC、25％UV₂₅₄、74％NH₄-N被去除，可以满足三类地下水水质标准要求，实现对地下水的安全补给。

实施例2：

城市生活污水通过污水处理厂的格栅和初沉池等工艺预处理后，进入膜生物反应器工艺段，利用A²O生物反应器1中微生物降解作用和膜的筛分截留作用，去除城市生活污水中有机物、氨氮、磷和浊度等。膜生物反应器膜组件3为中空纤维式超滤膜组件，在膜组件单元3正下方设置穿孔管曝气，曝气量400L/(m²·h)，污泥龄28d，好氧反应器MLSS 8g/L，膜通量25L/(m²·h)，可以去除90％COD、96％BOD、97％SS、60％TN、90％TP，重点关注污染物指标基本达到地下水三类标准。

膜生物反应器出水进入臭氧反应器5，臭氧发生器4以空气为氧气来源，以分散小气泡从反应罐底部进入，水中臭氧投加量6mg/L，水力停留时间10min，在臭氧反应器5内使臭氧与水充分接触，用于破坏部分重点控制的污染物如抗生素、雌激素类物质、微生物代谢产物等的分子结构，去除病原微生物，可以杀灭水中97％的细菌总数和100％的大肠杆菌，提高出水10％的可生化性。

实施例3：

城市生活污水通过污水处理厂的格栅和初沉池等工艺预处理后，进入膜生物反应器工艺段，利用A²O生物反应器1中微生物降解作用和膜的筛分截留作用，去除城市生活污水中有机物、氨氮、磷和浊度等。膜生物反应器膜组件3为中空纤维式超滤膜组件，在膜组件单元3正下方设置穿孔管曝气，曝气量450L/(m²·h)，污泥龄24d，好氧反应器MLSS 10g/L，膜通量20L/(m²·h)，可以去除90％COD、96％BOD、97％SS、60％TN、90％TP，重点关注污染物指标基本达到地下水三类标准。

膜生物反应器出水进入臭氧反应器5，臭氧发生器3以空气为氧气来源，以分散小气泡从反应罐底部进入，水中臭氧投加量10mg/L，水力停留时间20min，在臭氧反应器5内使臭氧与水充分接触，用于破坏部分重点控制的污染物如抗生素、雌激素类物质、微生物代谢产物等的分子结构，去除病原微生物，可以杀灭水中100％的细菌总数和100％的大肠杆菌，提高出水10％的可生化性。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种MBR工艺用城市污水补给地下水的方法，包括以下过程：以城市污水处理厂的二级处理水为原料，经过微生物降解、膜过滤和臭氧反应后，以地表漫灌形式渗入地下，经土壤包气带进入潜水层。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述臭氧投加量为2～10mg/L水，水在臭氧反应器中停留时间为10～30min。

3.一种MBR工艺用城市污水补给地下水的装置，其特征在于：该装置包括管道连接的膜生物反应器、臭氧反应器和回灌池，所述回灌池的下部埋设在土壤中的。

4.如权利要求3所述的装置，其特征在于：所述膜生物反应器中的膜为中空纤维式超滤膜，其膜通量为14～25L/(m²·h)。

5.如权利要求4所述的装置，其特征在于：所述膜生物反应器下方设有曝气装置，该曝气装置的曝气量为400～500L/(m²·h)。

6.如权利要求3所述的装置，其特征在于：所述回灌池中液面高于土壤层至少20cm。