CN104787991A - 复合式cas-mbr污水处理系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种复合式CAS-MBR污水处理系统，所述污水处理系统包括并行的两路子系统，其中，第一路子系统包括第一组合生化池和MBR，第二路子系统包括第二组合生化池和二沉池，待处理污水分配进入两路子系统，MBR的出水与二沉池出水汇聚得复合式CAS-MBR污水处理系统出水，MBR生成的全部或部分剩余污泥输送至第二组合生化池中，经第二组合生化池的CAS污泥混合、驯化形成混合活性污泥。与单一CAS系统相比，本复合式系统出水水质可提高两个等级，比CAS和MBR并列混合出水的水质可提高一个等级，而且占地小、能耗低、耐冲击，能有效减少剩余污泥量，节约污泥处理费用，本发明的系统又称为safe-MBR。

Description

复合式CAS-MBR污水处理系统

【技术领域】

本发明涉及污水处理领域，具体涉及一种复合式CAS-MBR污水处理系统。

【背景技术】

膜生物反应器(Membrane Bioreactor，简称MBR)是一种较先进的污水处理技术，MBR是将膜组件的高效固液分离作用和生物反应器内微生物降解作用有机结合而成的一种污水处理与回用技术，它以膜组件取代了传统处理工艺中的二沉池和后处理系统，简化了工艺流程。它能有效地进行固液分离，膜组件的高效截留作用避免了微生物的流失，还可以有效截留硝化菌、全部细菌及悬浮物等，而且MBR的出水水质良好。此外，MBR的污染物处理负荷、硝化负荷、反硝化负荷高，污泥产率低，设备紧凑，占地小。但由于MBR存在投资大、能耗高、抗冲击能力差等问题，目前已运行的MBR工程处理规模最大不超过20万吨/天。

活性污泥法(Conventional Activated Sludge process，简称CAS)是一种成熟的水处理方法，具有操作条件要求低、抗冲击负荷能力强等优点，但也具有缺点，例如占地面积大、污染物处理负荷较低、处理效率很难进一步提高、出水水质不能达到回用水标准等。

中国发明专利申请CN201410278740.1公开了一种固定化活性污泥与MBR共建污水处理池，包括池体、固定化活性污泥板、膜组件、曝气管，所述的池体设置有进水管，进水管底部连接布水管，池体中间设置溢流墙，所述的溢流墙高度低于池壁的高度，池体在溢流墙与进水端之间的底部安装曝气管，在溢流墙与出水端之间安装膜组件，所述的膜组件采用抽吸式出水。可以看出，该系统是一个短流程的接触氧化-MBR池，水在曝气室处理后，经溢流堰进入常规MBR室，产水均由抽吸泵抽吸出水。该系统适用于微污染水、小规模或短HRT污水处理，如净水预处理单元，但无法克服MBR投资大、能耗高、抗冲击能力差等问题。

黄翠芳等人在《MBR与CAS的特性比较和MBR-CAS工艺的小试研究》中公开一种将中空膜组件投入到CAS曝气池中形成的MBR-CAS工艺，该系统实质相当于构成了一个大空间的MBR池。该系统的出水部分经膜组器抽吸出水，另一部分出水进入二沉池，经沉淀后出水。然而，该系统难以长时间稳定运行，其反应器内的“污泥平均颗粒粒径较小，且污泥颗粒粒径分布主要集中在小尺寸区域，与CAS工艺和MBR工艺中的污泥颗粒粒径相比，此工艺中的污泥颗粒粒径更接近于MBR工艺”，而MBR污泥的沉降性能差，经二沉池沉淀出水，水质很难达标。从已监测到的23天数据看，沉淀池出水的COD_Cr浓度变化范围为54.4-103.0mg/L，波动大，平均出水COD_Cr浓度为74.8mg/L，低于国家一级B标准，出水水质不达标，而且无出水SS数据。

赵方波等人在《间歇循环活性污泥—MBR工艺的脱氮除磷特性》中公开了一种间歇循环式ICAS-MBR系统，通过回流泵将曝气室的污泥混合液间歇地回流到搅拌室中，当回流泵运行时，污泥混合液带入一定量的氧，这时搅拌室处于缺氧状态；当回流泵停止时，搅拌室中的氧气逐渐被消耗尽，搅拌室逐渐进入厌氧状态。该工艺应当能够稳定运行，然而由于采用间歇循环的作业方式，决定了该系统只能进行小水量、低负荷的污水处理。

【发明内容】

本发明的目的是克服现有技术缺陷，提供一种能耗较低、抗冲击能力良好、占地及投资小、日处理量大、出水水质优良的复合式污水处理系统。

为了实现上述目的，本发明提供一种复合式CAS-MBR污水处理系统，所述污水处理系统包括并行的两路子系统，其中，第一路子系统核心单元包括顺序连接的第一组合生化池和MBR，所述MBR设置在第一组合生化池的下游，第二路子系统核心单元包括顺序连接的第二组合生化池和二沉池，所述二沉池设置在第二组合生化池的下游，待处理污水分配进入两路子系统，第一路子系统的污水顺序流经第一组合生化池和MBR，第二路子系统的污水顺序流经第二组合生化池和二沉池，所述MBR的出水与二沉池出水汇聚得所述复合式CAS-MBR污水处理系统出水，所述MBR生成的全部或部分剩余污泥由连接管道输送至第二组合生化池中，经第二组合生化池的CAS污泥混合、驯化形成混合活性污泥，从MBR输送至第二组合生化池中的MBR污泥占所述混合活性污泥的30-60wt％。

根据本发明的一种优选实施方式，所述MBR池的污泥从底部回流输送至第一组合生化池中，污泥回流量占第一组合生化池设计进水流量的300-500V％。

更优选地，所述二沉池底部的浓缩污泥部分回流输送至第二组合生化池中，污泥回流量占设计进水流量的20-80V％。

在本发明中，所述第一组合生化池和第二组合生化池选自氧化沟、序批式活性污泥法系统、A²O法系统、AO法系统或其他活性污泥法系统中的一种或多种系统的联用。

在本发明中，优选地，进入第一组合生化池和第二组合生化池的待处理污水的体积比为1～3:1。

优选地，所述第一组合生化池和/或第二组合生化池的上游设有预处理系统。

在本发明中，第一路子系统中水力停留时间(HRT)为10-30小时，污泥龄(SRT)为10-35天，平均污泥浓度6-10g/L。

第二路子系统中HRT8-20小时，SRT为8-25天，平均污泥浓度4.5-8g/L。

本发明的复合式CAS-MBR污水处理系统的处理量为15-90万吨/天。

以下将更详细的解释本发明的技术方案。

本发明提供一种复合式CAS-MBR污水处理系统，所述污水处理系统包括并行的两路子系统，其中，第一路子系统称为MBR序列，该序列的核心单元包括顺序连接的第一组合生化池和MBR，MBR设置在第一组合生化池的下游。第二路子系统称为CAS序列，其核心单元包括顺序连接的第二组合生化池和二沉池，二沉池设置在第二组合生化池的下游。

待处理污水分两部分分配地进入MBR序列和CAS序列，即分别输送到第一组合生化池和第二组合生化池，第一组合生化池的出水作为MBR的入水，第二组合生化池的出水作为二沉池的入水，MBR的出水与二沉池出水汇聚得所述复合式CAS-MBR污水处理系统出水。

其中，MBR生成的全部或部分MBR剩余污泥输送至第二组合生化池中，经第二组合生化池的CAS污泥混合、驯化形成混合活性污泥，改变了CAS序列中的污泥性质，由原CAS污泥调整为混合污泥，从MBR输送至第二组合生化池中的MBR污泥占所述混合活性污泥的30-60wt％。

在第一序列中，由于存在MBR组器，膜分离作用决定了该序列的污泥性质具备MBR污泥的各种特性，包括有机物去除率高、硝化负荷和反硝化负荷高、污泥龄长、污泥浓度高而污泥产率低、污泥耗氧速度快、污泥活性高等特点，同时也具有污泥粘度大、平均粒径小因而沉降性差的缺点。

而在常规的活性污泥法系统(CAS)中，其污泥具有与MBR污泥不同的性质，差异见表1。

注：其中，污泥产率越低越好，而污泥粘度越小越好。

在本发明中，通过将MBR生成的全部或部分MBR剩余污泥输送至第二组合生化池中，将第二组合生化池的污泥由原CAS污泥改变为混合污泥，混合污泥的性质介于纯MBR污泥与常规CAS污泥性质之间，具有比原CAS污泥更高的活性、生化降解能力和硝化、反硝化能力，控制MBR污泥占比在30-60wt％之间使之具备较好的沉降性，防止CAS序列中污泥膨胀，确保污泥沉降性能。

混合污泥与普通的MBR或CAS污泥相比，区别如下：

注：其中，污泥产率越低越好，而污泥粘度越小越好。

优选地，所述MBR池的MBR污泥回流输送至第一组合生化池中，以保证第一组合生化池中保持足够的污泥浓度并进行微生物接种。所述二沉池底部浓缩的部分污泥回流输送至第二组合生化池中，同样为了保证第二组合生化池中保持足够的污泥浓度并进行微生物接种。

在本发明中，所述第一组合生化池和第二组合生化池采用传统活性污泥法系统构成，例如选自氧化沟、序批式活性污泥法系统(SBR)、A²O法系统、AO法系统或其他活性污泥法系统中的一种或多种系统的联用。

氧化沟是一种活性污泥处理系统，其曝气池呈封闭的沟渠型，污水和活性污泥在氧化沟中不断循环流动，因此其水力流态是一种首尾相连的循环流曝气沟渠，又称循环曝气池。氧化沟的水力停留时间长，有机负荷低，其本质上属于延时曝气系统。

序批式活性污泥法(SBR)是一种按间歇曝气方式来运行的活性污泥污水处理技术。其主要特征是按照有序和间歇操作运行，适用于间歇排放和流量变化较大的场合。

厌氧好氧工艺法(AO法)由厌氧池和好氧池构成，通过厌氧、好氧交替运行实现脱氮除磷，好氧段实现水中有机物的去除。

厌氧-缺氧-好氧法(AAO或A²O法)是一种常用的污水处理工艺，可用于二级污水处理和三级污水处理，通常由厌氧池、缺氧池和好氧池构成，通过厌氧(缺氧)、好氧交替运行更好地实现脱氮除磷，好氧段实现水中有机物的去除。

MBR池的MBR污泥通过底部回流输送至第一组合生化池中，污泥回流量以体积计占第一组合生化池设计进水流量的300-500V％。将MBR池的MBR污泥回流输送至第一组合生化池属于本领域的常规操作，使MBR序列的污泥性质相近。其中，回流量的设计是出于保证脱氮效率的考虑。

在本发明中，分配输送至第一组合生化池和第二组合生化池的待处理污水的体积比为1～3:1，进水分配比例会影响CAS序列混合污泥中MBR污泥所占比例，体积比为1～3:1可以保证CAS序列混合污泥中MBR污泥所占比例达到30-60wt％，而不低于或高于这段数值。MBR污泥占比太低，MBR污泥优势(硝化性能、反硝化性能高等)得不到充分体现，那么提高CAS序列出水水质的作用不大，效果不明显；若MBR污泥占比太高，MBR污泥的劣势(沉降性能差)克服不足，影响系统运行稳定与出水水质。

在本发明中，两路序列除了核心单元外，其上游还可以分别设置预处理系统。水处理系统中的预处理系统(或预处理装置)例如格栅、曝气沉砂池、初沉池等，本领域技术人员可以根据系统设计要求不同，或根据水质情况可选地使用。还可以在两路序列的核心单元的下游设置后处理系统(或后处理装置)，例如消毒接触池、快滤池等。

在本发明中，第一路子系统中HRT为10-30小时，SRT为10-35天，平均污泥浓度为6-10g/L，与常规的MBR系统污泥浓度相似。

第二路子系统中HRT为8-20小时，SRT为8-25天，平均污泥浓度4.5-8g/L，高于常规的CAS系统污泥浓度。

与现有技术相比，常规的CAS系统，其污泥浓度通常为2-4g/L。本发明的系统通过将MBR生成的全部或部分MBR剩余污泥输送至第二组合生化池中，显著提高了CAS序列的污泥浓度(平均污泥浓度4.5-8g/L)，提高了微生物量，起到提高脱氮除磷效率、有机物去除效率、改善出水水质的作用。

与传统的单一CAS系统相比，采用本发明的复合式CAS-MBR污水处理系统，其出水水质可提高两个等级，而且其占地较传统CAS系统有效减小，同时具备能耗低、耐冲击的优势(这是单一的MBR系统所不具备的)；另一方面能够有效减少剩余污泥量，节约污泥处理费用。本发明获得了一种Safe-MBR系统，它是一种先进的污水处理工艺设计理念。MBR和CAS双序列设置，进水灵活分配，各序列独立运行，序列间污泥流通，混合出水，有效抗水量冲击。高污泥浓度，保证出水水质达到地表水标准，有效抗水质冲击。它同时具备MBR和CAS的优点，是一种稳定的(Stable)、先进的(Advanced)、灵活的(Flexible)、高效的(Efficient)MBR工艺，合起来即为Safe-MBR工艺。Safe强调该工艺的最突出优点就是安全可靠：系统运行可靠，不怕水质水量冲击；出水水质可靠，地表水等级高品质再生水。

【附图说明】

图1为本发明的复合式CAS-MBR污水处理系统结构示意图；

图2为实施例1的复合式CAS-MBR污水处理系统结构示意图；

图3为实施例2的复合式CAS-MBR污水处理系统结构示意图。

【具体实施方式】

以下实施例用于非限制性地解释发明的技术方案。本领域技术人员可借鉴本发明的内容，适当改变结构、连接关系、设备、参数、工艺等环节来实现相应的其它目的，其相关改变都没有脱离本发明的内容，所有类似的替换和改动对于本领域技术人员来说是显而易见的，都应当被视为包括在本发明的范围之内。

实施例1

北方某污水处理厂一期工艺为传统“AAO+二沉池”，出水水质按《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级A执行。污水经过预处理系统(包括粗格栅、细格栅和初沉池)后进入组合生化池(厌氧池-缺氧池-好氧池)，最后经二沉池出水，该系统处理规模为10万m³/d。

该污水处理厂二期工程新建一条MBR工艺，处理规模20万m³/d，实现扩容，并对一期工艺进行升级改造。如图2所示，第一路子系统是二期工程，第二路子系统是原一期工程；在第一路子系统的组合生化池下游设置MBR池，对于MBR池的污泥，采用污泥回流泵进行分配，部分返回第一路子系统的好氧池A实现污泥回流，另一部分输送至第二路子系统的好氧池B形成混合污泥，并通过调节污泥回流泵开启大小使MBR污泥占好氧池B混合污泥的45wt％。二沉池出水和MBR池出水汇总，经过消毒接触池后作为系统出水，回用或作为河湖补水。改造后工艺流程如图2所示。

按照表1的参数运行该系统。

表1  实施例1运行参数

其中，第一路子系统中HRT为13.2小时，SRT为20.4天，平均污泥浓度6.38g/L。第二路子系统中水HRT为18.44小时，SRT为13天，平均污泥浓度4.98g/L。

第一路子系统的设计流量(Q_A)为20万m³/d，第二路子系统的设计流量(Q_B)为10万m³/d，系统总设计流量(Q_总)为30万m³/d。

第二路子系统单独运行时，可以测得单一的CAS序列(即一期工程，仅采用传统AAO工艺+二沉池)出水水质；第一路子系统(二期MBR工程)建成并调试成功后，可以测得单一的MBR序列(即第一路子系统)、并列的混合运行的出水水质；实现MBR污泥输送至第二路子系统中并稳定运行后，可以测得达到设计要求的复合系统的出水水质；与进水水质进行比较，并与《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级A标准，《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)V类、IV类、III类水，北京市《城镇污水处理厂污染物排放标准》(DB11/890-2012)B级、A级标准比较，如表2所示。

表2  实施例1不同运行方式的出水水质与水质排放标准比较

其中，原一期工程(第二路子系统)出水水质为国家一级A标准(劣V类水，出水水质相对差，但能耗低、耐冲击)。改造后的第一路子系统(MBR序列)出水水质可以达到地表III类(或北京A标准)水质要求(出水品质良好，但能耗高、不耐冲击)。

简单并列运行而混合出水时，仅仅是将MBR序列出水和CAS序列按流量进行混合，出水水质优于国家一级A标准，接近地表V类水(仅氨氮不达标)。而按照复合式CAS-MBR方式运行，将MBR序列的部分MBR污泥输送到CAS序列，使第二路子系统的污泥由原CAS污泥变为混合污泥，通过改变污泥浓度和污泥性质，提高了第二路子系统(即CAS序列)的有机物去除率、硝化负荷、反硝化负荷，达到提高水质的效果，因此其混合出水水质优于简单并列运行的混合出水水质，达到地表IV类水标准，满足北京B级排放要求。

从该表可以看出，MBR序列可以达到地表III类(京A)水质标准，简单并列运行时由于第一路子系统与第二路子系统之间没有连通关系、相互独立运行，仅仅是将MBR序列出水和CAS序列按流量进行混合，出水水质优于国家一级A标准，接近地表V类水(氨氮不达标)。而按照复合式CAS-MBR方式运行，由于CAS序列的出水水质得到显著提高，由原一级A标准提高至接近V类水标准，因此系统混合出水明显优于简单并列运行的混合出水水质，达到地表IV类水标准，满足北京B级排放要求。

本实施例中，通过复合式CAS-MBR工艺进行城市污水处理厂扩容升级改造，除了有效提高出水水质等级外，由于原CAS流程的构筑物在新工艺中仍可发挥作用，一方面工程总投资和运行能耗比全部改造为MBR工艺减少1/3～1/2，另一方面水量、水质波动可以在原CAS流程的构筑物中消化，减少对MBR膜丝的冲击，使整个系统具有了较强的耐冲击负荷的能力。

实施例2

中部某污水处理厂一期工艺主体为传统“AO+二沉池”，出水水质按《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级B执行。污水经过预处理系统(包括粗格栅、细格栅和曝气沉砂池)后进入组合生化池(厌氧池-好氧池)，最后经二沉池出水，该系统处理规模为5.5万m³/d。

该污水处理厂二期工程新建一条MBR工艺，处理规模11万m³/d，实现扩容，并对一期工艺进行升级改造。如图3所示，第一路子系统是二期工程，第二路子系统是原一期工程；在第一路子系统的组合生化池下游设置MBR池，对于MBR池的污泥，采用污泥回流泵进行分配，部分返回第一路子系统的好氧池A实现污泥回流，另一部分输送至第二路子系统的好氧池B形成混合污泥，并通过调节污泥回流泵开启大小使MBR污泥占好氧池B混合污泥的30wt％。二沉池出水和MBR池出水汇总，经过消毒接触池后作为系统出水，作为河湖公园补水。改造后工艺流程如图3所示。

按照表3的参数运行该系统。

表3  实施例2运行参数

其中，第一路子系统中HRT为12.22小时，SRT为25.4天，平均污泥浓度9.2g/L。第二路子系统中HRT为10.9小时，SRT为15天，平均污泥浓度6.5g/L。

第一路子系统的设计流量(Q_A)为11万吨/天，第二路子系统的设计流量(Q_B)为5.5万吨/天，系统总设计流量(Q_总)为16.5(万m³/d)运行。

第二路子系统单独运行时，可以测得单一的CAS序列(即一期工程，仅采用传统AO工艺+二沉池)出水水质；第一路子系统(二期MBR工程)建成并调试成功后，可以测得单一的MBR序列(即第一路子系统)、并列的混合运行的出水水质；实现MBR污泥输送至第二路子系统中并稳定运行后，可以测得达到设计要求的复合系统的出水水质；与进水水质进行比较，并与《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级B、一级A标准，《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)V类、IV类、III类水，北京市《城镇污水处理厂污染物排放标准》(DB11/890-2012)B级、A级标准比较，如表4所示。

表4  实施例3不同运行方式的出水水质与水质排放标准

其中，原一期工程(第二路子系统)出水水质为国家一级B标准(出水水质相对差，不符合新排放标准的要求)。新建的第一路子系统(MBR序列)出水水质可以达到地表III类(或京A标准)水质要求。

简单并列运行而混合出水时，仅仅是将MBR序列出水和CAS序列按流量进行混合，出水水质达到国家一级A标准。而按照复合式CAS-MBR方式运行，将MBR序列的部分MBR污泥输送到CAS序列，使第二路子系统的污泥由原CAS污泥变为混合污泥，通过改变污泥浓度和污泥性质，提高了第二路子系统(即CAS序列)的有机物去除率、硝化负荷、反硝化负荷，达到提高水质的效果，因此其混合出水水质优于简单并列运行的混合出水水质，达到地表V类水标准，优于国家一级A。

从该表可以看出，MBR序列可以达到地表III类(京A)水质标准，简单并列运行时由于第一路子系统与第二路子系统之间没有连通关系、相互独立运行，仅仅是将MBR序列出水和CAS序列按流量进行混合，出水水质达到国家一级A标准。而按照复合式CAS-MBR方式运行，由于CAS序列的出水水质得到显著提高，由原一级B标准提高至国家一级A标准，因此系统混合出水明显优于简单并列运行的混合出水水质，达到地表V类水标准，优于国家一级A。

本实施例中，通过复合式CAS-MBR工艺进行城市污水处理厂扩容升级改造，有效提高了出水水质等级，耐冲击负荷的能力。

实施例1、2的各种运行方式的出水水质如表5。

表5  各种运行方式下实施例1、2的出水水质

如表5所示，与传统的单一CAS系统相比，采用本发明的复合式CAS-MBR污水处理系统(或称为Safe-MBR系统)，其出水水质可提高两个等级，比CAS和MBR并列混合出水的水质可提高一个等级。而且占地较传统CAS系统有效减小，同时具备能耗低、耐冲击的优势，又能够有效减少剩余污泥量，节约污泥处理费用。

Claims (9)

1.复合式CAS-MBR污水处理系统，所述污水处理系统包括并行的两路子系统，其特征在于第一路子系统核心单元包括顺序连接的第一组合生化池和MBR，所述MBR设置在第一组合生化池的下游，第二路子系统核心单元包括顺序连接的第二组合生化池和二沉池，所述二沉池设置在第二组合生化池的下游，待处理污水分配进入两路子系统，第一路子系统的污水顺序流经第一组合生化池和MBR，第二路子系统的污水顺序流经第二组合生化池和二沉池，所述MBR的出水与二沉池出水汇聚得所述复合式CAS-MBR污水处理系统出水，所述MBR生成的全部或部分剩余污泥由连接管道输送至第二组合生化池中，经第二组合生化池的CAS污泥混合、驯化形成混合活性污泥，从MBR输送至第二组合生化池中的MBR污泥占所述混合活性污泥的30-60wt％。

2.根据权利要求1所述的复合式CAS-MBR污水处理系统，其特征在于所述MBR池的污泥从底部回流输送至第一组合生化池中，污泥回流量占第一组合生化池设计进水流量的300-500V％。

3.根据权利要求1所述的复合式CAS-MBR污水处理系统，其特征在于所述二沉池底部的浓缩污泥部分回流输送至第二组合生化池中，污泥回流量占设计进水流量的20-80V％。

4.根据权利要求1所述的复合式CAS-MBR污水处理系统，其特征在于所述第一组合生化池和第二组合生化池选自氧化沟、序批式活性污泥法系统、A²O法系统、AO法系统或其他活性污泥法系统中的一种或多种系统的联用。

5.根据权利要求1所述的复合式CAS-MBR污水处理系统，其特征在于进入第一组合生化池和第二组合生化池的待处理污水的体积比为1～3:1。

6.根据权利要求1所述的复合式CAS-MBR污水处理系统，其特征在于所述第一组合生化池和/或第二组合生化池的上游设有预处理系统。

7.根据权利要求1所述的复合式CAS-MBR污水处理系统，其特征在于第一路子系统中水力停留时间为10-30小时，污泥龄为10-35天，平均污泥浓度6-10g/L。

8.根据权利要求1所述的复合式CAS-MBR污水处理系统，其特征在于第二路子系统中水力停留时间为8-20小时，污泥龄为8-25天，污泥浓度4.5-8g/L。

9.根据权利要求1-9中任一项权利要求所述的复合式CAS-MBR污水处理系统，其特征在于所述污水处理系统的处理量为15-90万吨/天。