CN104909519B

CN104909519B - 一种厌氧‑缺氧‑好氧‑mbr膜组件污水处理工艺

Info

Publication number: CN104909519B
Application number: CN201510319100.5A
Authority: CN
Inventors: 张显超
Original assignee: Shanghai Supratec Film Technology Co Ltd
Current assignee: Shanghai Supratec Film Technology Co Ltd
Priority date: 2015-06-11
Filing date: 2015-06-11
Publication date: 2017-08-04
Anticipated expiration: 2035-06-11
Also published as: CN104909519A

Abstract

本发明提供一种厌氧‑缺氧‑好氧‑MBR膜组件污水处理工艺，其工艺设计点在于：在MBR膜池中对MBR膜组件进行鼓风曝气以使MBR膜池的溶解氧浓度达到5.0mg/L～10mg/L；其中，溶解氧浓度＝溶解氧利用量×进气时间/MBR膜池有效容积；溶解氧利用量＝综合系数×进气量×MBR膜池有效水深，综合系数＝f₁f₂/f₃，f₁＝0.015～0.020kg/m²，f₂＝0.45～0.65，f₃＝1.2～1.4。通过以上两个公式，设计人员在设计工艺时可以确定进气量以及进气时间。

Description

一种厌氧-缺氧-好氧-MBR膜组件污水处理工艺

技术领域

本发明属于污水处理领域，尤其是应用于乡镇污水处理，一种带MBR膜组件的厌氧-缺氧-好氧污水处理工艺。

背景技术

厌氧-缺氧-好氧组合工艺(AAO)一直是广泛应用的污水处理工艺，是从缺氧-好氧工艺演进而来，通过在前端设置厌氧反应区，去除废水中的部分难降解有机物，改善废水的可生化性，并未后续的缺氧段提供适合于反硝化过程的碳源，最终达到去COD、BOD、N、P的目的。

膜分离技术在污水处理领域的应用开始于20世纪60年代末，通过膜组件的高效截留特性，在水处理过程中获得了极佳的处理效果。其优点有以下几个方面：(1)出水水质稳定，由于膜的高效分离作用，分离效果远好于传统沉淀池，出水清澈；(2)占地面积小，不受场合限制；(3)可去除氨氮及难降解有机物；(4)操作管理方便，易于实现自动控制；(5)易从传统工艺进行改造。

膜生物反应器技术(MBR)是膜分离技术和污水生物处理技术有机结合的产物，该技术以超、微滤膜分离过程取代传统活性污泥处理过程中的泥水重力沉降分离过程，由于采用膜分离，可以保持很高的生物相浓度和优异的出水效果。但膜生物反应器的缺点是技术能耗大、设备价格高、对控制要求严格。

若将传统的厌氧-缺氧-好氧组合工艺与膜生物反应器技术相结合，一方面可以提高出水水质，另一方面还能节省占地面积，拥有广泛的市场前景。但引入膜生物反应器技术带来的经常性问题就是膜污染，为了有效解决膜污染，需要采用鼓风曝气的方式对膜表面进行吹扫，这也造成了MBR膜池中较高的气水比，气水比决定了鼓风曝气的能耗，而且还会消耗污水中可利用的碳源，最终影响整个污水系统的污水处理效果，因此有效设计MBR膜池中的气水比成为AAO-MBR工艺中的核心问题。

发明内容

一种厌氧-缺氧-好氧-MBR膜组件污水处理工艺，包括以下步骤：

a.将污水输入厌氧池；

b.将厌氧池的水输入到缺氧池；

c.将缺氧池的水输入到好氧池；

d.将好氧池的水回流到缺氧池中，第一回流量为步骤c进水量与第一内回流比的乘积；

e.将好氧池的水输入到MBR膜池；

f.将MBR膜池的水回流到好氧池，第二回流量为步骤e进水量与第二内回流比的乘积。

g.在MBR膜池中通过MBR膜组件对污水进行处理，将处理后的污水排出；

其中：在步骤g中对所述MBR膜组件进行鼓风曝气以使所述MBR膜池的溶解氧浓度达到5.0mg/L～10mg/L；其中，溶解氧浓度＝溶解氧利用量×进气时间/MBR膜池有效容积；溶解氧利用量＝综合系数×进气量×MBR膜池有效水深，综合系数＝f₁f₂/f₃，f₁＝0.015～0.020kg/m²，f₂＝0.45～0.65，f₃＝1.2～1.4。

优选地，在所述污水处理工艺过程中，通过生化系统去除的氮、磷为：去除的氮＝除氮关联系数×去除的有机物，去除的磷＝除磷关联系数×去除的有机物；其中，除氮关联系数＝0.040～0.050，除磷关联系数＝0.008～0.012。

优选地，第一内回流比＝步骤d中生化系统去除的硝酸盐氮/步骤c中硝化反应后的硝酸盐氮，第二内回流比＝步骤f中生化系统去除的硝酸盐氮/步骤c中硝化反应后的硝酸盐氮。。

本发明的核心在于溶解氧利用量的计算公式，在所述溶解氧浓度确定的情况下，通过该公式推导出具体的进气量以及进气时间。该数学模型主要是在结合乡镇污水处理实践归纳得出，特别适合于乡镇污水处理的场合。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1示出根据本发明的一个具体实施方式的，一种厌氧-缺氧-好氧-MBR膜组件污水处理工艺的流程图；以及

图2示出根据本发明的一个实施例的，一套厌氧-缺氧-好氧-MBR膜组件污水处理装置。

具体实施方式

本发明提供了一种厌氧-缺氧-好氧-MBR膜组件污水处理工艺，结合图1和图2，做如下说明：

执行步骤S101，通过第一污水进水管11将污水输入到厌氧池1中，厌氧池1中的聚磷菌吸收污水中的有机物并将之合成为PHAs(聚羟基脂肪酸酯)储存于细胞内，同时释放出正磷酸盐，此时有机氮也被转化为氨氮。

执行步骤S102，通过第二污水进水管12将污水输入到缺氧池2中，本领域技术人员理解，所述缺氧池2中的反硝化菌利用污水中的有机物将硝态氮转化为氮气实现氮的去除，同时反硝化聚磷菌利用细胞内的PHAs进行反硝化去磷，去除部分硝酸盐和磷。

执行步骤S103，通过第三污水进水管23将缺氧池2的水输入到好氧池3中，本领域技术人员理解，在所述好氧池3中需要持续的供气以提供充足的氧气，以使好氧池3中的氨氮通过硝化菌的反应转化为硝态氮，同时降解水中的有机物，一般的工艺设计会将好氧池中的溶解氧浓度控制在0.8～2mg/L。

执行步骤S104，通过第一回流管32将输入好氧池3的污水的一部分回流到缺氧池2中，其回流的水量称为第一回流量，本领域技术人员理解，此步骤会将好氧池3中的大量硝态氮回流到缺氧池2中，同时经过反复的缺氧/好氧动态环境转换会形成大量反硝化菌，这些反硝化菌在缺氧池2中利用污水中的有机物将混合液(即好氧池3回流的污水与缺氧池内原先的污水的混合液)的硝态氮转化为氮气实现氮的去除。具体地，在一般的工艺设计中，所述第一回流量为所述好氧池3进水量的2～3倍，更为具体地，本领域技术人员理解，所述第一回流量以及进水量的单位并非是体积单位，而是流量单位，例如立方米/小时，升/分钟等，所述进水量可以根据设定第三污水进水管的流量来确定，所述第一回流量可以通过调整所述第一回流管的流量来确定。

执行步骤S105，通过第四污水进水管34将好氧池3的水输入到MBR膜池中，本领域技术人员理解，MBR膜池是将膜分离技术和生化处理技术相结合一种污水处理池，通过膜对MBR膜池中的含泥污水进行过滤，实现泥水分离，一方面，膜截留了MBR膜池中的微生物，使池中的活性污泥浓度大大增加，另一个发面，由于膜的过滤作用，保证了出水的透明度，使处理后的水质更佳。在实际的工艺设计中，此步骤涉及到MBR膜组件的设计，进气量的设计等关键数据。

执行步骤S106，通过第二回流管43将MBR膜池中的水回流到所述好氧池3中，其回流的水量称为第二回流量。具体地，在一般的工艺设计中，所述第一回流量为所述MBR膜池进水量的3～5倍，更为具体地，本领域技术人员理解，所述第一回流量以及进水量的单位并非是体积单位，而是流量单位，例如立方米/小时，升/分钟等，所述进水量可以根据设定第四污水进水管34的流量来确定，所述第二回流量可以通过调整所述第二回流管43的流量来确定。本领域技术人员理解，此步骤可以将所述MBR膜池中的氧气带到所述好氧池3中，因此可以进一步减少所述好氧池3的供气量，达到节能的目的。

执行步骤S107，在MBR膜池中对污水进行处理，并通过排污管5将处理后的水的剩余部分排出。本领域技术人员理解，所述MBR膜池在排水的同时，还通过污泥排除口将污泥排出(图中未示出)，以满足污泥中微生物的新陈代谢作用。

进一步地，本领域技术人员理解，通过步骤S101至步骤S107的进水以及回流，可以使待处理的污水在整个系统中停留一定时间，称为水力停留时间(HRT)，即污水与系统内微生物彼此作用的平均时间，一般保持在10～20小时之间，通过调整第一回流量和第二回流量来实现。

进一步地，在步骤S107中，所述MBR膜池中需要持续的进行鼓风曝气以提供擦洗气体，所述擦洗气体主要是用于MBR膜组件上的污染物，同时所述擦洗气体进入到MBR池后会带入大量的氧气。在具体的应用实践中，擦洗气体的进气量对于工艺设计特别重要，因为擦洗气体的进气量既要保证擦洗效果，又要节省能源。本领域技术人员理解，为了达到较好的污水处理效果，本发明所涉及的污水处理工艺，其擦洗气体输送到所述MBR膜池后，通过控制所述擦洗气体的进气量使所述MBR膜池中的溶解氧浓度保持在5.0mg/L～10mg/L。

进一步地，溶解氧浓度＝溶解氧利用量×进气时间/MBR膜池有效容积，而本发明设计的溶解氧利用量数值的计算公式为：溶解氧利用量＝综合系数×进气量×MBR膜池有效水深，其中综合系数＝f₁f₂/f₃，f₁＝0.015～0.020kg/m²，f₂＝0.45～0.65，f₃＝1.2～1.4，本领域技术人员理解，在具体的应用实践中，公式中的MBR膜池有效水深以及MBR膜池有效容积是一定的，而我们工艺设计时对所述溶解氧浓度的预期值也是一定的，而用于计算综合系数的f₁、f₂、f₃的数值范围是我们根据在乡镇污水处理实践中总结得出，是一个人为设定的经验系数。因此当所述溶解氧浓度的预期值确定后，即可根据上述公式计算出具体的进气量。例如，所述溶解氧浓度预期值为5.0mg/L，所述MBR膜池有效水深为2m，MBR膜池有效容积为200m³，进气时间为1h，则根据公式溶解氧浓度＝溶解氧利用量×进气时间/MBR膜池有效容积得出，溶解氧利用量＝溶解氧浓度×MBR膜池有效容积/进气时间＝5mg/L×200m³÷1h＝1kg/h，再根据公式：溶解氧利用量＝综合系数×进气量×MBR膜池有效水深得出，进气量＝溶解氧利用量/综合系数×MBR膜池有效水深，其中当f₁取值0.015kg/m²、f₂取值0.45、f₃取值1.2时，综合系数＝f₁f₂/f₃＝0.015kg/m²×0.45/1.2-0.0081kg/m²，则进气量＝1kg/h÷0.0081kg/m²×2m＝246m³/h。

根据以上运算原理，下面提供了几个具体的工艺设计方案，本领域技术人员理解，下述设计方案均是在实验室中进行的模拟装置，其中未明确的数据设计均采用本技术领域惯用的设计方式。

案例1：

厌氧池1有效容积0.625*1*2.2m³、缺氧池2有效容积0.625*1*2.2m³、好氧池3有效容积1.25*1*2.2m³，厌氧池1、缺氧池2、好氧池3的污泥平均浓度为7～8g/L，MBR膜池的污泥平均浓度为10～11g/L，好氧池3的溶解氧浓度为1mg/L，总水力停留时间为10h，第一回流量为2倍，第二回流量为4倍，进气量的设计为：MBR膜池溶解氧浓度为5mg/L，f₁取值0.015kg/m²、f₂取值0.45、f₃取值1.2，MBR膜池有效水深2.2m，MBR膜池有效容积为2.5*2.3*0.7m³，膜通量为20L/m²·h，膜孔径为0.03μm，经过此系统处理后的污水指标如下表所示：

COD

BOD5

SS

TN

TP

NH3-N

进水

≤300

≤150

≤40

≤4

≤30

出水

≤40

≤20

≤5

≤1.5

≤0.3

≤1.5

案例2：

厌氧池1有效容积0.625*1*2.2m³、缺氧池2有效容积0.625*1*2.2m³、好氧池3有效容积1.25*1*2.2m³，厌氧池1、缺氧池2、好氧池3的污泥平均浓度为7～8g/L，MBR膜池的污泥平均浓度为10～11g/L，总水力停留时间为15h，第一回流量为3倍，第二回流量为4倍，进气量的设计为：MBR膜池溶解氧浓度为8mg/L，f₁取值0.020kg/m²、f₂取值0.65、f₃取值1.4，MBR膜池有效水深2.2m，MBR膜池有效容积为2.5*2.3*0.7m³，膜通量为15L/m²·h，膜孔径为0.03μm，经过此系统处理后的污水指标如下表所示：

COD

BOD5

SS

TN

TP

NH3-N

进水

≤300

≤150

≤40

≤4

≤30

出水

≤30

≤10

≤5

≤1.5

≤0.3

≤1.5

案例3：

厌氧池1有效容积0.625*1*2.2m³、缺氧池2有效容积0.625*1*2.2m³、好氧池3有效容积1.25*1*2.2m³，厌氧池1、缺氧池2、好氧池3的污泥平均浓度为7～8g/L，MBR膜池的污泥平均浓度为10～11g/L，总水力停留时间为20h，第一回流量为3倍，第二回流量为5倍，进气量的设计为：MBR膜池溶解氧浓度为10mg/L，f₁取值0.020kg/m²、f₂取值0.65、f₃取值1.4，MBR膜池有效水深2.2m，MBR膜池有效容积为2.5*2.3*0.7m³，膜通量为15L/m²·h，膜孔径为0.03μm，经过此系统处理后的污水指标如下表所示：

COD

BOD5

SS

TN

TP

NH3-N

进水

≤300

≤150

≤40

≤4

≤30

出水

≤30

≤6

≤5

≤1.5

≤0.3

≤1.5

在一个实施例中，在所述污水处理工艺过程中，通过生化系统去除的氮、磷为：去除的氮、磷为：去除的氮＝除氮关联系数×去除的有机物，去除的磷＝除磷关联系数×去除的有机物；其中，除氮关联系数＝0.040～0.050，除磷关联系数＝0.008～0.012。本领域技术人员理解，在步骤g中，所述MBR膜组件在对污水进行过滤时，会滤掉污水中的有机物，同时也会滤掉有机物中的氮和磷，而具体的MBR膜组件的设计直接影响去氮和去磷的效果，具体的包括MBR膜片的数量、MBR膜片的孔隙率以及擦洗气体的进气量等，这些在具体的应用实践中都可以进行调节，都属于现有技术，在此不再赘述。本实施例的关键点在于所述除氮关联系数和所述除磷关联系数，本领域技术人员裂解，所述除氮关联系数和所述除磷关联系数均是根据大量的乡镇污水处理实践总结得出，是一种人为设定的经验系数，所述除氮关联系数和所述除磷关联系数确定后，实际上即确定了具体的MBR膜组件的结构设计。

作为本发明的另一个实施例，在工艺设计时，内回流比通过以下公式计算得出：内回流比＝生化系统去除的硝酸盐氮/硝化反应后的硝酸盐氮，本领域技术人员理解，所述内回流比涉及到步骤S104和步骤S106中第一回流量和第二回流量的设计，第一回流量＝步骤S103的进水量×第一内回流比，第二回流量＝步骤S105的进水量×第二内回流比。具体地，由于步骤S104和步骤S106经过生化系统去除的硝酸盐氮不同，因此步骤S104和步骤S106的内回流比并不相同，为了方便说明，将步骤S104的内回流比称为第一内回流比，将步骤S106的内回流比称为第二内回流比，即第一内回流比＝步骤S104中生化系统去除的硝酸盐氮/硝化反应后的硝酸盐氮，第二内回流比＝步骤S106中生化系统去除的硝酸盐氮/硝化反应后的硝酸盐氮。更为具体地，所述硝化反应后的硝酸盐氮即为步骤S103中生成的硝酸盐氮，而步骤S104和步骤S106经过生化系统去除的硝酸盐氮的数值，以及步骤S103硝化反应后的硝酸盐氮的数值，均需要在具体的应用过程中进行取样设定，在本说明书中无法一一列举，目前在实际的应用过程中，设计人员通常会直接将内回流比设定为200％或者300％，本实施例的与惯常设计的区别在于，本实施例通过实际取样测定相关数值，进而计算出一个内回流比值，这样更有利于设定第一回流量和第二回流量，达到更为准确的控制所述好氧池3中的进气量，以及所述MBR膜池中的进气量。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims

1.一种厌氧-缺氧-好氧-MBR膜组件污水处理工艺，其特征在于，包括以下步骤：

a.将污水输入厌氧池；

b.将厌氧池的水输入到缺氧池；

c.将缺氧池的水输入到好氧池；

d.将好氧池的水回流到缺氧池中，第一回流量为步骤c的进水量与第一内回流比的乘积；

e.将好氧池的水输入到MBR膜池；

f.将MBR膜池的水回流到好氧池，第二回流量为步骤e进水量与第二内回流比的乘积；

其中：在步骤g中对所述MBR膜组件进行鼓风曝气以使所述MBR膜池的溶解氧浓度达到5.0mg/L～10mg/L；其中，溶解氧浓度＝溶解氧利用量×进气时间/MBR膜池有效容积；溶解氧利用量＝综合系数×进气量/MBR膜池有效水深，综合系数＝f₁f₂/f₃，f₁＝0.015～0.020kg/m²，f₂＝0.45～0.65，f₃＝1.2～1.4。

2.根据权利要求1所述的污水处理工艺，其特征在于，在所述污水处理工艺过程中，通过生化系统去除的氮为：去除的氮＝除氮关联系数×去除的有机物，其中，除氮关联系数＝0.040～0.050。

3.根据权利要求1所述的污水处理工艺，其特征在于，在所述污水处理工艺过程中，通过生化系统去除的磷为：去除的磷＝除磷关联系数×去除的有机物；其中，除磷关联系数＝0.008～0.012。

4.根据权利要求1所述的污水处理工艺，其特征在于，第一内回流比＝步骤d中生化系统去除的硝酸盐氮/步骤c中硝化反应后的硝酸盐氮，第二内回流比＝步骤f中生化系统去除的硝酸盐氮/步骤c中硝化反应后的硝酸盐氮。