CN104828942B - 一种新的城市污水脱氮除磷处理工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明属于水处理领域。一种新的城市污水脱氮除磷处理工艺，其特征在于它包括如下步骤：1）准备城市污水脱氮除磷处理系统；2）经过预处理后的城市污水通过第一输送管进入接触反应池；3）经过接触反应池反应后的出水自流进入膜生物反应器，膜生物反应器的水力停留时间为5～8小时；4）利用混合液回流管、回流泵将膜生物反应器中的污泥混合液间歇地回流到接触反应池中，回流泵呈周期性运行；出水在抽吸泵的抽吸作用下通过MBR分离膜进行固液分离后达标排放。该处理工艺成本低、水处理效果好，特别是对污水中氮、磷元素及有机物去除率高、使处理后的出水中COD及氮、磷的含量能达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918—2002)一级排放标准A标准。
Description
技术领域
本发明属于水处理领域，具体涉及一种新的污水脱氮除磷的处理工艺。
背景技术
氮和磷是造成水体富营养化和环境污染的重要物质。在我国，氮磷污染己成为影响地表水水环境质量的首要指标。污水生化处理技术是污水处理中的主要技术，作为一种经济有效的于段，在防止水体污染，提高水体功能方面发挥着极其重要的作用。
A2/0工艺在城镇污水处理厂中己经被广泛应用，它对COD的去除效果良好，但脱氮除磷效果有待改进，特别是除磷，处理后的出水中磷的含量往往高于0.5mg/L，出水达不到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918—2002)一级排放标准A标准，常规的解决办法是在A2/0工艺处理后的出水中投加化学药剂对磷进行化学沉淀去除，但存在化学药剂消耗量大、污泥产量大且成本较高等问题，同时由于进水磷浓度的波动经常会出现药剂投加过量，有带来二次污染的风险。另外在运行过程中，能耗和物耗都比较高，其处理工艺中采用二沉池进行泥水分离，固液分离效率低，污泥浓缩效果差，回流到厌氧池的活性污泥浓度只能维持在2000mg/L～3000mg/L，使得生化反应池内的微生物难以维持较高的浓度，导致污水处理厂处理能力始终处于较低水平。近几年尽管污水生化处理工艺不断得到更新，但对氮、磷元素及难降解有机物的处理普遍存在投资大，效果不理想的问题，因此，提高污水生化处理效果，特别是氮、磷的处理效果，降低运行成本，是目前污水生化处理中亟待解决的主要问题。
发明内容
本发明所要解决的问题在于提供一种新的城市污水脱氮除磷处理工艺，该处理工艺成本低、水处理效果好，特别是对污水中氮、磷元素及有机物去除率高、使处理后的出水中COD及氮、磷的含量能达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918—2002)一级排放标准A标准。
为实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：一种新的城市污水脱氮除磷处理工艺，其特征在于它包括如下步骤：
1)准备城市污水脱氮除磷处理系统；
2)经过预处理后的城市污水通过第一输送管进入接触反应池，采用自下而上的进水方式，城市污水在接触反应池(或称生物接触池)中的反应时间为4～6小时；接触反应池中的海绵铁的粒径为2～6mm,海绵铁的填充高度为1500～2000mm；
3)经过接触反应池反应后的出水自流进入膜生物反应器，膜生物反应器(或称MBR膜生物反应池)的水力停留时间为5～8小时,膜生物反应器的污泥负荷为0.3～0.5kgCOD/kgMLSS·d；膜生物反应器中持续通入压缩空气，使膜生物反应器中溶解氧的含量保持在3～4mg/L；
4)利用混合液回流管、回流泵将膜生物反应器中的污泥混合液间歇地回流到接触反应池中，回流泵呈周期性运行，在时间继电器控制下，每个周期运行0.5～1h(可调)、停运1～2h(可调)，混合液回流比为200％～400％(可调)；出水在抽吸泵的抽吸作用下通过MBR分离膜进行固液分离后达标排放。
按上述技术方案，所述海绵铁由下述原料重量百分比组成:全铁78～95％；锰:0.26～15％；铬:O.01～0.02％；镍:O.035～1.8％；CaO:<0.01％；MgO:0.05～0.32％；余量为碳及其它杂质。
按上述技术方案，膜生物反应器内的MBR分离膜为中空纤维膜，材质为聚乙烯，MBR分离膜表面的孔径大小为O.1～O.5μm。
按上述技术方案，抽吸泵采用间歇运行方式，由时间继电器控制，开8min(可调)，停3min(可调)。
实现上述工艺的城市污水脱氮除磷处理系统，它包括第一输送管1、接触反应池2、海绵铁3、第二输送管4、膜生物反应器5、压缩空气管7、曝气头8、混合液回流管(或称污泥混合液回流管)9、回流泵(或称污泥混合液回流泵)10、时间继电器11、混合液排放管(或称污泥混合液排放管)12、第三输送管13、抽吸泵14；
第一输送管1的输入端接经过预处理的城市污水(即生活污水)，第一输送管1的输出端与接触反应池2的底部进水口连通，接触反应池2内装有海绵铁3，第二输送管4的输入端与接触反应池2的上部出水口连接通，第二输送管4的输出端与膜生物反应器5的进水口连接通，膜生物反应器5内设有MBR分离膜(或称MBR膜、膜组件)6，第三输送管13的输入端与MBR分离膜6的出水口连接通，第三输送管13的输出端直接输出处理后的出水，第三输送管13上设有抽吸泵14；膜生物反应器5的底部设有曝气头8，曝气头8与压缩空气管7连接通；混合液回流管9的输入端与膜生物反应器5的底部出水口连接通，混合液回流管9的输出端与接触反应池2的进水口连接通，混合液回流管9上设有回流泵10，时间继电器11通过控制线路与回流泵10连接，膜生物反应器5的池底部设有混合液排放管12，混合液排放管(或称活性污泥混合液排放管)12上设有手动阀门(定期排泥)。
本发明的原理如下(利用接触反应和MBR膜生物反应组合，并进行污泥混合夜间歇回流处理城市污水的工艺)：
1)首先:经过预处理(用格栅拦截漂浮物以及沉砂池对城市污水中部分无机悬浮颗粒物进行沉淀等预处理)后的城市污水通过第一输送管进入接触反应池，在接触反应池中设有颗粒状的海绵铁作为填料，海绵铁是由铁和碳组成的合金，即由纯铁和Fe3C及一些杂质组成，Fe3C和其他杂质颗粒以极小的颗粒的形式分散在海绵铁内，由于它们的电极电位比铁的高，当处在电解质溶液中时就形成了无数个原电池，而且海绵铁因其特殊的疏松海绵状结构而具有孔隙率高，比表面积大、比表面能高的特点，因而具有较强的电化学富集、氧化还原、物理吸附以及絮凝沉淀性能。当污水流经接触反应池时，会发生如下反应：
阳极:Fe→Fe2++2e-
阴极:酸性条件下2H++2e-→2[H]→H2↑
碱性或中性条件下02+2H20+4e→40H-
电极反应产生的新生态[H]和Fe2+能与废水中的有机污染物发生氧化还原反应，同时，阳极产物Fe2+和Fe3+与OH-形成的Fe(OH)2和Fe(OH)3具有较强混凝作用，在沉淀、絮凝、吸附和卷扫等作用下，使城市污水(废水)中的有机物、氮、磷浓度大幅度降低。
由于海绵铁具有吸附表面积大、因此用海绵铁作为接触反应池(或称生化反应器)中的载体填料，一方面可以为微生物的富集生长提供充足的空间，为生化反应器中各种兼氧及厌氧微生物的协同、共生提供良好的“微环境”，保证了缺氧反硝化脱氮的顺利进行，同时也保证了厌氧释磷的顺利进行，为后续好氧吸磷提供充分条件，保证磷元素得到有效去除。
2)经过接触反应池反应后的出水自流进入膜生物反应器，在膜生物反应器或称膜生物反应池)中设有MBR分离膜组件，MBR分离膜组件能有效截留世代时间较长的硝化菌，并使膜生物反应池中保持较高的污泥浓度。在好氧条件下完成微生物对有机物降解去除、完成硝化反应及好氧吸磷。
3)利用混合液回流管、回流泵将膜生物反应器中的污泥混合液间歇地回流到接触反应池中，当回流泵进行回流时，污泥混合液带入了一定量的氧和硝酸氮进入接触反应池，这时接触反应池处于缺氧状态，硝态氮此时经过反硝化转化为氮气得以去除。当回流泵停止回流时，接触反应池的氧气逐渐被消耗尽而进入厌氧状态，此时接触反应池中的微生物进行厌氧释磷并积蓄后续好氧吸磷的动力。同时厌氧条件下，接触反应池中的有机物在厌氧水解过程中产生的有机酸使废水的PH在5.6～6.8之间，并使得电极反应2Fe+4H+→2Fe2++4[H]的平衡向右移，新生态[H]增加，与废水中有机污染物质发生氧化还原反应的机会增加。能将大分子有机物降解成更小分子物质，便于在后续的膜生物反应器中被微生物降解去除。
这样在整个处理流程上，微生物群落会在时空上依次经历缺氧、厌氧、好氧阶段，从而使硝化及反硝化、厌氧释磷、好氧吸磷及有机物降解得到强化。
经过上述工艺处理流程的废水在膜生物反应器中抽吸泵的抽吸作用下通过MBR分离膜进行固液分离后达标排放。抽吸泵采用间歇运行方式，由时间继电器控制，开8min(可调)，停3min(可调)，采用间歇抽吸操作模式旨在通过定期的停止膜过滤，使沉积在膜表面上的污泥在水力作用下从膜表面脱落出来，使膜的过滤性能得以恢复。
本发明的有益效果是：采用接触反应池和膜生物反应器(或称膜生物反应池)组合工艺处理，该工艺通过灵活控制活性污泥混合液在膜生物反应池、接触反应池之间进行间歇式循环，使微生物种群在时空上依次经历缺氧、厌氧、好氧阶段，从而达到强化脱氮除磷的目的。本发明中的海绵铁可在市场上直接购买，构筑物简单，需要的设备少，运行灵活，且可根据进水量及水质的变化，通过调整曝气量、混合液(或称活性污泥混合液)回流量等来满足出水水质。使出水满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918—2002)一级排放标准A标准。
该处理工艺成本低、水处理效果好、降解速度快，特别是对污水中氮、磷元素及有机物去除率高、使处理后的出水中COD及氮、磷的含量能达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918—2002)一级排放标准A标准。
附图说明
图1是本发明的工艺流程图。
图中：1-第一输送管；2-接触反应池；3-海绵铁；4-第二输送管；5-膜生物反应器；6-MBR分离膜；7-压缩空气管；8-曝气头；9-混合液回流管；10-回流泵；11-时间继电器；12-混合液排放管；13-第三输送管；14-抽吸泵。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
如图1所示：一种新的城市污水脱氮除磷处理工艺，它包括如下步骤：
1)准备城市污水脱氮除磷处理系统；
2)经过预处理后的城市污水通过第一输送管进入接触反应池，采用自下而上的进水方式，城市污水在接触反应池(或称生物接触池)中的反应时间为4～6小时；接触反应池中的海绵铁的粒径为2～6mm,海绵铁的填充高度为1500～2000mm；
3)经过接触反应池反应后的出水自流进入膜生物反应器，膜生物反应器(或称MBR膜生物反应池)的水力停留时间为5～8小时,膜生物反应器的污泥负荷为0.3～0.5kgCOD/kgMLSS·d；膜生物反应器中持续通入压缩空气，使膜生物反应器中溶解氧的含量保持在3～4mg/L；
4)利用混合液回流管、回流泵将膜生物反应器中的污泥混合液间歇地回流到接触反应池中，回流泵呈周期性运行，在时间继电器控制下，每个周期运行0.5～1h(可调)、停运1～2h(可调)，混合液回流比为200％～400％(可调)；出水在抽吸泵的抽吸作用下通过MBR分离膜进行固液分离后达标排放。
所述海绵铁由下述原料重量百分比组成:全铁78～95％；锰:0.26～15％；铬:O.01～0.02％；镍:O.035～1.8％；CaO:<0.01％；MgO:0.05～0.32％；余量为碳及其它杂质。
膜生物反应器内的MBR分离膜为中空纤维膜，材质为聚乙烯，MBR分离膜表面的孔径大小为O.1～O.5μm。
抽吸泵采用间歇运行方式，由时间继电器控制，开8min(可调)，停3min(可调)。
实现上述工艺的城市污水脱氮除磷处理系统，它包括第一输送管1、接触反应池2、海绵铁3、第二输送管4、膜生物反应器5、压缩空气管7、曝气头8、混合液回流管(或称污泥混合液回流管)9、回流泵(或称污泥混合液回流泵)10、时间继电器11、混合液排放管(或称污泥混合液排放管)12、第三输送管13、抽吸泵14；
第一输送管1的输入端接经过预处理的城市污水(即生活污水)，第一输送管1的输出端与接触反应池2的底部进水口连通，接触反应池2内装有海绵铁3，第二输送管4的输入端与接触反应池2的上部出水口连接通，第二输送管4的输出端与膜生物反应器5的进水口连接通，膜生物反应器5内设有MBR分离膜(或称MBR膜、膜组件)6，第三输送管13的输入端与MBR分离膜6的出水口连接通，第三输送管13的输出端直接输出处理后的出水，第三输送管13上设有抽吸泵14；膜生物反应器5的底部设有曝气头8，曝气头8与压缩空气管7连接通；混合液回流管9的输入端与膜生物反应器5的底部出水口连接通，混合液回流管9的输出端与接触反应池2的进水口连接通，混合液回流管9上设有回流泵10，时间继电器11通过控制线路与回流泵10连接，膜生物反应器5的池底部设有混合液排放管12，混合液排放管(或称活性污泥混合液排放管)12上设有手动阀门(定期排泥)。
应用实施例1
经过预处理后的城市污水(即生活污水)水质为：COD:366mg/L，总氮42.4mg/L，总磷8.2mg/L。污水进入接触反应池2，接触反应池中海绵铁填料的填充高度为1600mm,接触反应时间4.5小时，经过接触反应后的出水自流进入膜生物反应器(或称膜生物反应池)5，在膜生物反应器(内设有MBR分离膜6)的反应时间为6小时，污泥负荷为0.35kgCOD/kgMLSS·d，膜生物反应器(或称膜生物反应池)中溶解氧含量为3.5mg/L，膜通量为16.2L/(m2·h)，所用的膜孔经为0.2μm，混合液回流比250％,回流泵在每个周期运行0.55h、停运1.2h。抽吸泵间歇抽吸运行，每个周期运行8分钟，停3分钟。
经过上述工艺处理后的出水水质：COD:22.6mg/L，总氮6.8mg/L,总磷0.24mg/L，满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918—2002)一级排放标准A标准。
本发明所列举的各工艺参数(如时间等)的上下限、区间取值都能实现本发明，在此不一一列举实施例。
Claims (4)
1.一种城市污水脱氮除磷处理工艺，其特征在于它包括如下步骤：
1)准备城市污水脱氮除磷处理系统；
所述城市污水脱氮除磷处理系统包括第一输送管(1)、接触反应池(2)、海绵铁(3)、第二输送管(4)、膜生物反应器(5)、压缩空气管(7)、曝气头(8)、混合液回流管(9)、回流泵(10)、时间继电器(11)、混合液排放管(12)、第三输送管(13)、抽吸泵(14)；
第一输送管1的输入端接经过预处理的城市污水，第一输送管(1)的输出端与接触反应池(2)的底部进水口连通，接触反应池(2)内装有海绵铁(3)，第二输送管(4)的输入端与接触反应池(2)的上部出水口连接通，第二输送管(4)的输出端与膜生物反应器(5)的进水口连接通，膜生物反应器(5)内设有MBR分离膜(6)，第三输送管(13)的输入端与MBR分离膜(6)的出水口连接通，第三输送管(13)的输出端直接输出处理后的出水，第三输送管(13)上设有抽吸泵(14)；膜生物反应器(5)的底部设有曝气头(8)，曝气头(8)与压缩空气管(7)连接通；混合液回流管(9)的输入端与膜生物反应器(5)的底部出水口连接通，混合液回流管9的输出端与接触反应池(2)的进水口连接通，混合液回流管(9)上设有回流泵(10)，时间继电器(11)通过控制线路与回流泵(10)连接，膜生物反应器(5)的池底部设有混合液排放管(12)，混合液排放管(12)上设有手动阀门；
2)经过预处理后的城市污水通过第一输送管进入接触反应池，采用自下而上的进水方式，城市污水在接触反应池中的反应时间为4～6小时；接触反应池中的海绵铁的粒径为2～6mm,海绵铁的填充高度为1500～2000mm；
3)经过接触反应池反应后的出水自流进入膜生物反应器，膜生物反应器的水力停留时间为5～8小时,膜生物反应器的污泥负荷为0.3～0.5kgCOD/kgMLSS·d；膜生物反应器中持续通入压缩空气，使膜生物反应器中溶解氧的含量保持在3～4mg/L；
4)利用混合液回流管、回流泵将膜生物反应器中的污泥混合液间歇地回流到接触反应池中，回流泵呈周期性运行，在时间继电器控制下，每个周期运行0.5～1h、停运1～2h，混合液回流比为200％～400％；出水在抽吸泵的抽吸作用下通过MBR分离膜进行固液分离后达标排放。
2.根据权利要求1所述一种城市污水脱氮除磷处理工艺，其特征在于：所述海绵铁由下述原料重量百分比组成:全铁78～95％；锰:0.26～15％；铬:0.01～0.02％；镍:0.035～1.8％；CaO:<0.01％；MgO:0.05～0.32％；余量为碳及其它杂质。
3.根据权利要求1所述一种城市污水脱氮除磷处理工艺，其特征在于：膜生物反应器内的MBR分离膜为中空纤维膜，材质为聚乙烯，MBR分离膜表面的孔径大小为0.1～0.5μm。
4.根据权利要求1所述一种城市污水脱氮除磷处理工艺，其特征在于：抽吸泵采用间歇运行方式，由时间继电器控制，开8min，停3min。
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