CN103951143B - 恒水位膜生物反应系统及利用其去除污水污染物的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种恒水位膜生物反应系统及利用其去除污水污染物的方法，所述恒水位膜生物反应系统包括用于污水收集与提升的集水调节池、用于去除污水中污染物的恒水位膜生物反应器和用于储存处理后清水的清水回用池三部分。本发明的核心是提出保持膜生物反应器水位恒定的方法，解决传统膜生物反应器存在水位波动的问题，避免膜生物反应器的膜组件因为暴露在水面以上而出现的膜材料损伤。同时在好氧膜生物反应池设置了折板流的运行方式，可以保障硝化液回流和污泥回流缓解的顺利实施。相比于传统的膜生物反应装置，省略了防止膜组件暴露空气而设置的高低液位计及控制措施。其特点是运行管理简便、投资费用少，并可实现模块化生产。
Description
技术领域
本发明属于污水处理技术领域，涉及一种去除污水污染物的恒水位膜生物反应系统与方法，用于城镇、村镇污水的处理，也可用于分散别墅、旅游区及中、低浓度有机工业废水的处理。
背景技术
污水主要包括生活污水和工业废水。生活污水中的主要污染物主要是有机污染物和氮磷污染物。工业废水的污染物成分比较复杂，污水水质与生产过程紧密相关，但含有中低浓度有机物及氨氮的工业废水是主要的控制对象。污水处理方法主要分为物理方法、化学方法和生化方法，其中生化方法具有经济高效的特点而广泛应用。污水的生化处理方法是利用微生物的新陈代谢作用完成水中污染物的去除，如果污水中的微生物以悬浮状态为主，这种方法称为活性污泥法，如果污水中的微生物以附着在载体上为主则称为生物膜法。污水在生物反应器中与微生物充分混合，经过一定的反应时间，污染物得到去除。为了得到清澈的处理出水，通常需要一定的技术手段将处理后水与微生物分开，这种方法称为泥水分离，常用的技术手段是重力沉淀和膜分离的方法。
相比于重力沉淀而言，膜分离技术得到的出水更加清澈，含有的悬浮物含量更低。膜分离技术的核心是用应用多束膜丝组装的膜组件，膜丝多是有机材质，膜丝中空而且外壁孔隙尺寸为微米或纳米级别，在抽吸泵的作用下，清澈的出水就可从膜丝中间流出，而参与反应的微生物则被截留在膜丝表面，为了提高膜丝表面的冲刷效果，通常在好氧的生物反应池中放置膜组件，利用好氧曝气的气流冲洗膜丝，这种把膜组件放置在好氧生物反应单元的反应池通常称为膜生物反应池。
将膜组件放置在好氧生物反应池中，由于膜丝表面的堵塞的微生物等物质不断变化，在实际应用中，很难不断的调整抽吸泵的抽吸流量，而平均进水量又是基本恒定的，随着膜丝阻力大小的变化，就会出现抽吸流量小于平均进水量和大于平均进水量的问题，这样膜生物反应器的混合液液位不断变化。为防止液位过高溢出膜生物反应器及液位过低而使膜组件露在空气中出现的吸空气的现象，现有的技术手段是在膜生物反应器设置高低液位计，并设置相应的自动控制措施。在实际应用中，经常出现高低液位计失灵而出现液体溢出反应器及膜丝暴露空气而损坏膜组件的问题。
发明内容
为解决传统膜生物反应器存在水位波动的问题，避免膜生物反应器的膜组件因为暴露在水面以上而出现的膜材料损伤，本发明提供了一种恒水位膜生物反应系统及利用其去除污水污染物的方法，可以保障膜生物反应器高效稳定的连续运行。同时在好氧膜生物反应池设置了折板流的运行方式，可以保障硝化液回流和污泥回流缓解的顺利实施。应用该方法模块化生产出的污水处理单元，可以保障出水达标或回用。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种适用于去除污水中污染物的恒水位膜生物反应系统，包括用于污水收集与提升的集水调节池、用于去除污水中污染物的恒水位膜生物反应器和用于储存处理后清水的清水回用池三部分，其中：
所述集水调节池的池壁上部设置有除渣槽，除渣槽的底板开有多个过水孔，进水管与除渣槽相连通，集水调节池的池底设置有污水提升泵；
所述恒水位膜生物反应器由厌氧池、缺氧池和好氧池组成，其中：厌氧池的池壁上部设置有水位平衡水箱，所述水位平衡水箱的上部设置有提升管和溢流管，下部设有开口导管，提升管与污水提升泵相连，溢流管与集水调节池相连，厌氧池内设置有搅拌机；缺氧池的内部设置有搅拌机，缺氧池和厌氧池之间设有折板，缺氧池和好氧池之间设有折流板；好氧池的内部设置第一隔板、第二隔板、膜组件、曝气盘、硝化液回流泵和污泥回流泵，所述曝气盘位于好氧池的池底、折流板与第二隔板之间，所述膜组件位于曝气盘之上、第一隔板与第二隔板之间，膜组件经膜抽吸泵、出水管与清水池相连，所述硝化液回流泵位于好氧池的池底、第二隔板与好氧池池壁之间，硝化液回流泵经经硝化液回流管与缺氧池相连，所述污泥回流泵位于好氧池的上部、第二隔板与好氧池池壁之间，污泥回流泵经污泥回流管与厌氧池相连；
所述清水池中设置有清水泵，清水泵与清水管连接。
一种利用上述恒水位膜生物反应系统去除污水中污染物的方法，其步骤如下：
污水经进水管进入集水调节池的除渣槽，经过水孔进入集水调节池底部，污水中的固体颗粒物被拦截在除渣槽的底板上；污水经提升管进入恒水位膜生物反应器的水位平衡水箱，经水位平衡水箱下部的开口导管进入厌氧池，在搅拌机的混合作用下，完成厌氧释放磷作用后污水经折板进入缺氧池，完成反硝化脱氮作用；然后污水经过折流板进入好氧池，在好氧池完成硝化过程和过量吸收磷的过程，沉淀至底部的污泥经污泥泵回流至厌氧池，上部的液体含有的硝酸盐被硝化液回流泵回流至缺氧池，经过好氧反应后的污水经膜组件过滤后再经膜抽吸泵后汇入出水管流入地面以下的清水回用水池，回用时清水经清水泵提升后连接清水管输送到回用点。
本发明通过在好氧反应池中设置恒水位槽来实现膜生物反应器的水位平衡，解决了普通膜生物反应器由于膜抽吸泵流量的变化带来的水面变化问题，保证膜组件一直淹没在水面以下，省去复杂的用于控制传统膜生物反应器液位的控制系统，可以实现膜生物反应单元的横水位运行。同时在好氧膜生物反应池设置了折板流的运行方式，可以保障硝化液回流和污泥回流缓解的顺利实施。该系统运行灵活，运行管理简便、投资费用少，可实现模块化生产，用于城镇生活污水和工业废水的处理。
附图说明
图1为本发明的恒水位膜生物反应系统的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。
如图1所示，恒水位膜生物反应系统包括集水调节池1、恒水位膜生物反应器2和清水回用池3三部分。该系统运行时，集水调节池1用于污水的收集与提升；恒水位膜生物反应器2中的混合液为活性污泥混合液，该反应器用于去除污水中污染物；清水回用池3用于储存处理后清水。
集水调节池1为地埋式，池上有混凝土盖板4，集水调节池1的池壁上部设置有除渣槽6，除渣槽6上部设置人孔7，除渣槽6中放置临时扶梯8，为保证污水经除渣槽6进入集水调节池1的底部，在除渣槽6的底板9上开多个过水孔，除渣槽6与进水管5相连，集水调节池1的池底设置有污水提升泵10。为保障污水提升泵10的安全，在集水调节池1中设置最低水位计12，污水低于最低水位计12液面时，污水提升泵10停止工作。
恒水位膜生物反应器2由厌氧生物反应池（简称厌氧池14）、缺氧生物反应池（简称缺氧池15）和好氧生物反应池（简称好氧池16组成。厌氧池14的池壁上部设置有水位平衡水箱17，所述水位平衡水箱17的上部设置有提升管11和溢流管13，下部设有开口导管，提升管11与污水提升泵10相连，溢流管13与集水调节池1相连，厌氧池14内设置有搅拌机18。缺氧池15中有搅拌机18，缺氧池15和厌氧池14之间设有折板25，缺氧池15和好氧池16之间设有折流板28。好氧池的内部设置第一隔板19、第二隔板32、膜组件20、曝气盘22、硝化液回流泵23和污泥回流泵24；所述曝气盘22位于好氧池16的池底、折流板28与第二隔板32之间；所述膜组件20位于曝气盘22之上、第一隔板19与第二隔板32之间，膜组件20经膜抽吸泵21、出水管29与清水池3相连，为防止膜组件20被过度真空抽吸，膜组件20和膜抽吸泵21之间的管道上放置真空表30；所述硝化液回流泵23位于好氧池16的池底、第二隔板32与好氧池16池壁之间，为保障反硝化脱氮效果，硝化液回流泵23经硝化液回流管27与缺氧池15相连；所述污泥回流泵24位于好氧池16的上部、第二隔板32与好氧池16池壁之间，为保障厌氧释放磷效果，污泥回流泵24经污泥回流管26与厌氧池14相连。
清水池3中设置有清水泵31，清水泵31与清水管33连接。为防止清水泵31无水运行，在清水池3中设置最低液位计12，当清水池水位低于最低液位计12时，清水泵31停止工作。
利用上述恒水位膜生物反应系统去除污水中污染物的方法，其工艺流程为：进水→集水调节池1→恒水位膜生物反应器2→清水回用池3，具体步骤如下：
污水经进水管5进入集水调节池1的除渣槽6，污水经过水孔进入集水调节池1底部，污水中的固体颗粒物被拦截在除渣槽6的底板9上由人定期清理；污水经污水提升泵10提升经提升管11进入恒水位膜生物反应器2的水位平衡水箱17，经水位平衡水箱17下部的开口导管进入厌氧池14，在搅拌机18的混合作用下，完成厌氧释放磷作用；污水经厌氧池14后再经折板25进入缺氧池15，完成反硝化脱氮作用；污水经缺氧池14后，再经过折流板28进入好氧池16，在好氧池16完成硝化过程和过量吸收磷的过程，沉淀至底部的污泥经污泥泵24回流至厌氧池14，上部的液体含有的硝酸盐被硝化液回流泵23回流至缺氧池15，经过好氧反应后的污水中污染物大幅度降低，可以满足城市污水处理厂的排放标准，经膜组件20过滤后的水澄清透彻，再经膜抽吸泵21后汇入出水管29流入地面以下的清水回用水池3，回用时清水经清水泵31提升后连接清水管33输送到回用点。
厌氧池14用于完成磷的释放，在系统稳定运行后，污泥中含有驯化出的聚磷菌，在厌氧环境中，聚磷菌利用污水中的有机物为碳源，以微生物体内的ATP（三磷酸腺苷）为能源，在体内聚集高能碳源物质PHA（聚羟基烷酸脂），同时向水中释放磷酸盐。
缺氧池15用于完成反硝化脱氮，缺氧池在稳定运行后，污泥中含有驯化出的反硝化菌，利用硝化液回流泵23回流的硝化液中硝酸盐为电子受体，厌氧池出水中的剩余有机物为碳源，将硝酸盐变成氮气释放到大气中。
好氧池16完成有机物的碳化过程和硝化过程，在微生物的作用下，污水中的有机物大部分变成二氧化碳和水，氨氮变成硝酸盐，而硝酸盐通过硝化液回流泵23回流至缺氧池15完成反硝化。
恒水位膜生物反应器2的恒水位实现是在恒水位膜生物反应器2中设置了水位平衡水箱17，水位平衡水箱上部设置溢流管13和提升泵10提升的进水管11，下部设置出水管并使其导向厌氧池14下部。工程实施中要求进水水量为平均设计流量的1.05-1.1倍，膜通量为设计流量，这样只要在运行中发现溢流口有水流流出，就能保证膜生物反应器的水位恒定在溢流口的液位上。在工程运行中需要观察真空表30的真空值，当真空度达到6m就可以将膜组件20取出离线清洗。
工程应用时，膜组件20的通量设计为5－10L/m2.h。
工程应用时，厌氧池14的水力停留时间为2－3小时，缺氧池15的水力停留时间为2－3小时，好氧池16的水力停留时间为6－8小时。
为保证好氧膜生物反应器有较好的污泥回流和硝化液回流特点，在好氧池16设置第一隔板19和第二隔板32两个隔板，第一隔板19的底部距离好氧池16池底200－300mm，第二隔板32的顶部距离水面200－300mm，其中第二隔板32与池壁组成的区域不曝气。污泥回流比为进水流量30－50%，硝化液回流比为进水流量的200－300%。
在集水调节池1和清水回用池3分别设置水泵，为保障水泵不出现无水抽吸情况，分别在集水调节池1和清水回用池3设置最低水位计12，最低水位距离池底300－500mm。
在工程应用时，为强化污染物的去除效果，也可在厌氧池14、缺氧池15及好氧池16中投加生物填料，以增加生物量。
Claims (10)
1.一种恒水位膜生物反应系统，其特征在于所述系统包括用于污水收集与提升的集水调节池、用于去除污水中污染物的恒水位膜生物反应器和用于储存处理后清水的清水池三部分，其中：所述集水调节池的池壁上部设置有除渣槽，除渣槽的底板开有多个过水孔，进水管与除渣槽相连通，集水调节池的池底设置有污水提升泵；所述恒水位膜生物反应器由厌氧池、缺氧池和好氧池组成，其中：厌氧池的池壁上部设置有水位平衡水箱，所述水位平衡水箱的上部设置有提升管和溢流管，下部设有开口导管，提升管与污水提升泵相连，溢流管与集水调节池相连，厌氧池内设置有搅拌机；缺氧池的内部设置有搅拌机，缺氧池和厌氧池之间设有折板，缺氧池和好氧池之间设有折流板；好氧池的内部设置第一隔板、第二隔板、膜组件、曝气盘、硝化液回流泵和污泥回流泵，所述曝气盘位于好氧池的池底、折流板与第二隔板之间，所述膜组件位于曝气盘之上、第一隔板与第二隔板之间，膜组件经膜抽吸泵、出水管与清水池相连，所述硝化液回流泵位于好氧池的池底、第二隔板与好氧池池壁之间，硝化液回流泵经硝化液回流管与缺氧池相连，所述污泥回流泵位于好氧池的上部、第二隔板与好氧池池壁之间，污泥回流泵经污泥回流管与厌氧池相连；
清水池中设置有清水泵，清水泵与清水管连接。
2.根据权利要求1所述的恒水位膜生物反应系统，其特征在于所述集水调节池和清水池中均设置有最低水位计。
3.根据权利要求1所述的恒水位膜生物反应系统，其特征在于所述第一隔板的底部距离好氧池池底200－300mm，第二隔板的顶部距离水面200－300mm。
4.根据权利要求1所述的恒水位膜生物反应系统，其特征在于所述膜组件与膜抽吸泵之间的管道上放置真空表。
5.一种利用权利要求1所述的恒水位膜生物反应系统去除污水污染物的方法，其特征在于所述方法步骤如下：污水经进水管进入集水调节池的除渣槽，经过水孔进入集水调节池底部，污水中的固体颗粒物被拦截在除渣槽的底板上；污水经提升管进入恒水位膜生物反应器的水位平衡水箱，经水位平衡水箱下部的开口导管进入厌氧池，在搅拌机的混合作用下，完成厌氧释放磷作用后污水经折板进入缺氧池，完成反硝化脱氮作用；然后污水经过折流板进入好氧池，在好氧池完成硝化过程和过量吸收磷的过程，沉淀至底部的污泥经污泥泵回流至厌氧池，上部的液体含有的硝酸盐被硝化液回流泵回流至缺氧池，经过好氧反应后的污水经膜组件过滤后再经膜抽吸泵后汇入出水管流入地面以下的清水池。
6.根据权利要求5所述的利用恒水位膜生物反应系统去除污水污染物的方法，其特征在于清水池中设置有清水泵，清水泵与清水管连接，污水回用时，清水经清水泵提升后连接清水管输送到回用点。
7.根据权利要求5所述的利用恒水位膜生物反应系统去除污水污染物的方法，其特征在于所述膜组件的通量设计为5－10L/m2.h。
8.根据权利要求5所述的利用恒水位膜生物反应系统去除污水污染物的方法，其特征在于所述厌氧池的水力停留时间为2－3小时，缺氧池的水力停留时间为2－3小时，好氧池的水力停留时间为6－8小时。
9.根据权利要求5所述的利用恒水位膜生物反应系统去除污水污染物的方法，其特征在于所述污泥回流比为进水流量30－50%，硝化液回流比为进水流量的200－300%。
10.根据权利要求5所述的利用恒水位膜生物反应系统去除污水污染物的方法，其特征在于所述集水调节池和清水池中设置最低水位计，最低水位距离池底300－500mm。
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