CN105417895A

CN105417895A - 一种膜法与超磁混凝组合的水处理工艺

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Publication number: CN105417895A
Application number: CN201610012647.5A
Authority: CN
Inventors: 王丽莉
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2016-01-09
Filing date: 2016-01-09
Publication date: 2016-03-23

Abstract

本发明涉及一种膜法与超磁混凝组合的水处理工艺。在超磁混凝阶段加入混凝剂，磁粉和絮凝剂，混凝剂投加的药剂量为5-20ppm，絮凝剂投加量为0.1-5ppm,磁粉投加量为总处理水质量的0.0005％-0.03％，经过超滤膜法处理的产水中磷含量达到0.5-2mg/L，经过超磁混凝的产水磷小于0.3mg/L；超磁混凝阶段实现水与含磷絮体的浓缩污泥分离，时间大于3min。由于膜的高效分离作用，分离效果远好于传统工艺，出水水质接近一级A标准。在膜系统后引入超磁混凝系统，有效吸附水中含磷物质，实现含磷絮体与水体的快速分离。本发明实现了高效分离，达标除磷，为实现四类水排放指标提供了一套有效的水处理工艺。

Description

一种膜法与超磁混凝组合的水处理工艺

技术领域

本发明涉及污水处理和微污染水体处理领域。该发明提出了一种膜法与超磁混凝联用的水处理工艺。该发明对污水处理工艺的改进具有重大意义。

背景技术[002]我国现行的GB18918-2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》，对城镇污水厂出水水质设定了三级标准，其中一级标准分为A标准和B标准，大多数省份和主要城市都已普遍施行一级A标准。在目前水处理工艺中，悬浮物，有机物，氮等都相对比较容易去除，但磷的去除一直是目前的难题，是水处理工艺的瓶颈。随着近些年水处理工艺的不断进步，已形成几种成熟工艺，经过污水处理厂处理后水质能够达到一级A标准。随着北京等中心城市的排放标准不断提高至排水水质要达到《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)中地表Ⅳ类的标准，对排放水中磷的含磷由≤0.5mg/L提高到≤0.3mg/L。这对污水处理工艺提出了新的需求。

目前，城镇污水处理厂常用的处理工艺有：

A²O工艺+深度处理系统；

MBR工艺；

或者MBBR+深度处理系统等。

当处理通常的市政污水时，以上各种工艺尚难保证产水达到地表Ⅳ类的标准。而在各项指标中，最难处理的就是磷的超标。

废水除磷的方法主要包括：生物法、化学沉淀法、物理吸附法、膜技术处理法。废水中的存在形式：无机磷酸盐(H₂PO₄ ^-、HPO₄ ^2-、PO₄ ^3-)、聚磷酸盐、有机磷等。除磷工艺最常用的技术是生物除磷和化学除磷。生物除磷的原理是利用磷细菌(也称为聚磷菌、除磷菌)，过量或超出生理需要的摄取磷，以聚合磷酸盐的形式贮存在细胞体内，再从系统中通过排出这种高磷污泥，达到除磷的目的。但在该过程中，由于生物体释放的磷量是有一定限度的，因此在排掉高磷污泥的同时也会排除大量的有用的生物污泥，造成系统处理能力下降和处理效果不稳定。

化学除磷的原理是向生化池中投加药剂，使水中磷酸离子生成难溶性盐，形成混凝絮体与活性污泥结合，从而在排除活性污泥时去除污水中所含磷。使用的药剂可分为石灰沉淀法和金属盐沉淀法。仅利用化学沉淀除磷工艺，由于生化池中活性污泥的影响，除磷效率不高，很难满足出水总磷浓度为0.5mg/L的要求。但是在污水除磷过程中，水中的其它有机物质也会消耗大量的药剂，化学药剂的实际投加量总是远大于根据化学计量关系预测的药剂投量，一方面会导致其运行费用偏高；另一方面大量及过量的药剂投加会影响生物处理单元的正常运行；同时也必然导致处理系统的污泥体积和污泥总量的大量增加，给污泥的处理处置带来困难。

超滤膜技术由于其高效分离性能是目前广泛使用的一项水处理技术。可实现对水体中颗粒、胶体，细菌，某些病毒的去除。但由于超滤的过滤精度不足以去除水中的磷酸盐，因此单一使用超滤工艺，出水难以全面满足严格的一级A以上的出水排放标准的状况。

发明内容

基于上述背景，本发明的目的是提供一种膜法与超磁混凝组合的水处理工艺。

本发明的核心技术是：膜技术与超磁混凝组合。污水经过前期处理后通过膜生物反应器(MBR)、膜絮凝反应器(MCR)或者压力式超滤(UF)系统。在这些系统中水会通过超滤膜过滤，超滤膜的过滤精度在0.01～0.4μm，可以滤除水中大部分污染物质，出水中磷的含量通常可以保证<2mg/L。由于超滤膜的高效分离作用，分离效果远好于传统沉淀池，除总磷等个别指标外，出水水质可达到一级A标准或四类水标准，且设备占地小，效率高。产水中剩余的磷虽然达不到排放标准，但含量已经很低，并且消耗药剂的其它污染物质大量减少。此时将膜系统产水引入超磁混凝装置，首先进入凝聚单元，利用磁种(磁粉)、混凝剂与水中磷的结合，形成又大又重的矾花，然后进入絮凝单元，絮凝剂与矾花及磁粉结合，快速沉降，实现水与含磷絮体的快速分离。产水磷含量达到国家四类水标准要求(小于0.3mg/L)。含磷絮体的浓缩污泥借助机械分离将磁粉进行回收，磁粉回收后重新进入系统循环使用。经过磁粉回收后的含磷污泥进入污泥处理系统。该过程投加的混凝剂量为5-20ppm，絮凝剂药量为0.1-2ppm，只相当于通常采用的化学除磷法的五分之一至八分之一，可以节省大量的药剂，且减少污泥的产量，进而降低污泥处理费用，同时减少处理时间，省去大面积沉淀池，减少超过一半的占地面积。

絮凝除磷的反应机理如下：

Al³⁺+PO₄ ^3-→AlPO₄↓

所谓沉析反应为水中溶解状的物质，由离子状物质转换为非溶解、颗粒状形式的过程，絮凝是将细小的非溶解性固体物相互粘结成较大形状矾花的过程。沉析用于污水中溶解性磷的去除，而絮凝是用于改善沉淀效果。当向污水中投加溶解性的金属盐药剂后，溶解性的磷转换成为非溶解性的磷酸金属盐，利用沉析工艺实现相的转换；另一方面，随着沉析物的增加及较小的非溶解性固体物聚积成较大的非溶解性固体物，利用絮凝剂使稳定的胶体脱稳，通过速度梯度或扩散过程使脱稳的胶体互相接触生成絮凝体。沉析效果是受pH值影响的，金属磷酸盐的溶解性同样也受pH的影响。对于铝盐为6.0～7.0时溶解性最小。

本发明为一种膜法与超磁混凝组合的水处理工艺，包括超滤膜过滤和超磁混凝；在超磁混凝阶段加入混凝剂，粒径在0.05-0.3毫米之间的磁粉和絮凝剂，混凝剂投加的药剂量为5ppm—20ppm，絮凝剂投加量为0.1-5ppm,磁粉投加量为总处理水质量的0.0005％-0.003％。。由于该发明主要应用于相对比较洁净的地面水和污水处理的后处理阶段，当混凝剂投加量低于5ppm时，其生成的矾花非常细小，很难进行絮凝与分离；当投加量大于20ppm时，虽然凝聚效果明显，但会造成运行成本高和污泥产量大的问题，并可能引起出水悬浮物超标的可能。当絮凝剂投加量大于5ppm时，亦会引起运行成本高和水浊度增加的可能。

投加磁粉来加速含磷絮体沉降，磁粉的粒径在0.05-0.3毫米之间,磁粉投加量为总处理水质量的0.005％-0.03％。；混凝剂投加量按与磷的物质的量比1:1-10:1对应；在通常的水和污水处理过程中，经过超滤膜法(压力式超滤或膜生物反应器)处理的产水中磷含量达到0.5-2mg/L，经过超磁混凝的产水磷小于0.3mg/L；超滤膜的产水经过聚凝与絮凝，磁粉加速沉淀过程实现水与含磷絮体分离，含磷絮体的浓缩污泥借助机械分离将磁粉进行回收，磁粉回收后循环使用，经过磁粉回收后的含磷污泥进入污泥处理系统。当磁粉粒径小于0.05毫米时，会产生部分磁粉夹杂在微小絮体中无法有效沉降，从而引起磁粉流失与产水浑浊的问题。磁粉的粒径区间选择根据该单元设计沉降时间确定。磁粉投加量根据处理水量确定，相对水体总量，磁粉投加量少于0.0005％，若水体中磷含量较高，大量絮体包裹少量磁粉，沉降阻力较大，无法快速沉降；若磁粉投加总量大于0.003％，含磷絮体可以快速沉降，但处理成本反而增加。由于该过程中，部分磁粉会由于回收不充分而流失浪费，所以在系统运行过程过程中要及时补充适量磁粉。超磁混凝阶段的处理时间要大于3min，小于3min时，含磷絮体不能完成从凝胶到絮凝再到完全沉降的过程，部分含磷微小絮体会随产水排除，影响水质，时间越长处理效果越好，但同时也会增加投资成本，因此，处理时间要根据实际情况而定，但总时间不能小于3min。

一种膜法与超磁混凝组合的水处理工艺，其特征在于：依次包括超滤膜过滤和超磁混凝；在超磁混凝阶段加入混凝剂，磁粉和絮凝剂，混凝剂投加的药剂量为5-20ppm，絮凝剂投加量为0.1-5ppm,磁粉投加量为总处理水质量的0.0005％-0.003％，磁粉的粒径在0.05-0.3毫米之间；经过超滤膜法处理的产水中磷含量达到0.5-2mg/L，经过超磁混凝的产水磷小于0.3mg/L；超磁混凝阶段实现水与含磷絮体的浓缩污泥分离，该过程处理时间大于3min。

进一步，含磷絮体的浓缩污泥借助机械分离将磁粉进行回收，磁粉回收后循环使用，经过磁粉回收后的含磷污泥进入污泥处理系统。

进一步，超滤膜法过滤工艺包括膜生物反应器MBR、膜絮凝反应器MCR或者压力式超滤系统UF，超滤膜的过滤精度为0.01～0.4μm。

进一步，混凝剂投加量与磷的物质的量比为1:1-10:1。

进一步，所述混凝剂包括金属盐药剂，如二价及三价铁盐、铝盐(氯化铝与硫酸铝)、高分子聚合物(PAC、PFS)；离子型及非离子型聚丙烯酰胺(PAM)。

附图说明

图1是膜技术与超磁混凝两种组合工艺过程；

图2是本发明实施例示意图。

具体实施方式

以下结合实例，对本发明做进一步详细阐述：

实例1

某城镇污水处理建设项目，采用MBR工艺，所用膜系统为PVDF中空纤维超滤膜，超滤膜的过滤精度为0.1μm。工程设计规模40000m³/d，所采用的处理工艺如下：

原水水质如下：

深度处理后出水水质如下：

虽然经过MBR处理后的产水各项均满足地表水环境质量标准基本项目标准Ⅳ类限值，但总磷含量高出0.3mg/L，无法达到出水要求。将MBR处理产水引入超磁混凝系统，在超磁混凝阶段加入混凝剂PAC，磁粉和絮凝剂PAM，PAC投加的药剂量为12ppm，PAC与磷的量比为10:1，PAM投加量为0.5ppm。投加的磁粉粒径范围为0.05-0.2毫米，磁粉投加量为7kg(磁粉投加量为该处理单元处理时间5min时总水量的0.005％)。磷盐与PAC结合形成大量絮体，PAM将含磷絮体和磁粉团聚在一起，由于磁粉的高比重，絮体快速沉降，处理时间5min。絮体污泥先进行磁泥分离再进入污泥处理系统。最终产水水质达标，磷含量降低到标准以下。

经过超磁混凝与消毒处理后出水水质如下：

某农村生活污水，总水量为200m³/d。原水水质如下：

原水经过MBR系统处理，处理用超滤膜孔径为0.1μm，处理后各项指标如下：

除总磷TP含量是≤1.5mg/L外均达到四类水标准。将超滤膜过滤后产水引入超磁混凝系统处理8min，投加278g粒径在0.1-0.3mm磁粉(磁粉投加量为处理时间8min时总水量的0.025％)，10ppm混凝剂PAC和2ppm絮凝剂PAM，总磷与混凝剂的投加物质的量比例为1:7，超磁混凝产水TP为0.18mg/L，出水水质满足《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)中规定的Ⅳ类水标准，该系统磁粉完全回收循环使用，含磷污泥进入污泥处理系统。

具体实施方式3：

某城市污水处理厂，采用A₂O工艺。总水量为3000m³/d。产水流入旅游用水域，要求为地面水IV类标准。采用压力式超滤系统+超磁混凝系统作为后处理工艺。

系统进水水质如下：

序号	指标	进水水质
			1	化学需氧量COD_cr(mg/L)	50
2	5日生化需氧量BOD₅(mg/L)	8
			3	悬浮物SS(mg/L)	20
4	氨氮NH₄ ⁺-N(mg/L)	1
			5	总氮TN(mg/L)	9
6	总磷TP(mg/L)	1.1
			7	pH	7～8.5

经过UF系统处理后各项指标如下：

将超滤膜过滤后产水引入超磁混凝系统处理3min，投加1.9kg粒径在0.2-0.3mm的磁粉(磁粉投加量为该处理单元的0.03％)，10ppm混凝剂PAC和1ppm絮凝剂PAM，总磷与混凝剂的投加物质的量比例为1:10。

经过超磁混凝系统处理后各项指标如下：

超磁混凝产水TP为0.2mg/L，出水水质满足《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)中规定的Ⅳ类水标准。

Claims

1.一种膜法与超磁混凝组合的水处理工艺，其特征在于：依次包括超滤膜过滤和超磁混凝；在超磁混凝阶段加入混凝剂，磁粉和絮凝剂，混凝剂投加的药剂量为5-20ppm，絮凝剂投加量为0.1-5ppm,磁粉投加量为总处理水质量的0.0005％-0.03％，磁粉的粒径在0.05-0.3毫米之间；经过超滤膜法处理的产水中磷含量达到0.5-2mg/L，经过超磁混凝的产水磷小于0.3mg/L；超磁混凝阶段实现水与含磷絮体的浓缩污泥分离，该过程处理时间大于3min。

2.根据权利要求1所述的膜法与超磁混凝组合的水处理工艺，其特征在于：含磷絮体的浓缩污泥借助机械分离将磁粉进行回收，磁粉回收后循环使用，经过磁粉回收后的含磷污泥进入污泥处理系统。

3.根据权利要求1所述的膜法与超磁混凝组合的水处理工艺，其特征在于：超滤膜法过滤工艺包括膜生物反应器MBR、膜絮凝反应器MCR或者压力式超滤系统UF，超滤膜的过滤精度为0.01～0.4μm。

4.根据权利要求1所述的膜法与超磁混凝组合的水处理工艺，其特征在于：混凝剂投加量与磷的物质的量比为1:1-10:1。

5.根据权利要求1膜法与超磁混凝组合的水处理工艺，其特征在于：混凝剂包括二价及三价铁盐、铝盐、高分子聚合物PAC或PFS；絮凝剂包括离子型或非离子型聚丙烯酰胺PAM。