CN107285559A - 一种一体式臭氧耦合陶瓷膜膜生物反应器及处理工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明旨在于针对市政废水二级出水水质特点,开发一种高效的污水深度处理系统,减轻其对环境的污染,提高水的循环利用率,创造良好的环境效益、社会效益和经济效益;一体式臭氧耦合膜生物反应器及处理工艺,该系统包括(1)臭氧化反应区、(2)缺氧反应区、(3)厌氧反应区、(4)好氧陶瓷膜MBR、(5)反冲洗水箱、(6)陶瓷膜组件、(7)进水泵、(8)臭氧发生器、(9)氧气瓶、(10)污泥回流泵、(11)出水泵、(12)鼓风机、(13)气体流量计、(14)止水阀、(15)电磁阀、(16)尾气处理装置、(17)内回流泵、(18)时间控制器、(19)砂芯滤板、(20)流量计、(21)电磁阀和(22)时间控制器;所述反应装置及该工艺主要包括臭氧氧化、缺氧‑厌氧‑好氧生物处理及膜过滤过程;本发明将臭氧氧化与生物处理和膜过滤耦合,处理市政废水二级出水,有效地去除难降解的大分子有机物、氮磷等污染物。

Description

一种一体式臭氧耦合陶瓷膜膜生物反应器及处理工艺
技术领域
本发明涉及城市市政污水处理领域,具体涉及一种利用臭氧氧化工艺耦合陶瓷膜膜生物反应器处理系统处理市政废水二级出水,对污水深度净化和中水回用均具有重要意义。
背景技术
水资源是基础自然资源,地球上总水量有14亿km3左右,但只有四分之一是淡水,并且多数存在于南极洲和格陵兰岛,保持冰冻不可利用状态,故仅有20万km3淡水可供人类利用。我国拥有世界百分之七的水资源,水资源总量位于第四位,但我国是人口大国,人均水资源量只有世界平均水平的四分之一,为2300m3,位于水资源紧缺国家行列。随着工业化进程的加快,水环境污染已成为同水资源短缺并存的问题。我国大量工业废水及生活污水未经处理或只经简单处理便向天然水体持续排放。据推测,2050年中国总需水量将达到8500-9000亿m3/a,工业用水在考虑节水效果的情况下仍将达到2100-2300亿m3/a,约占总需水量的1/4。因此,缓解水资源短缺,污水资源回收利用对我国未来的城市和工业发展具有深远的意义。
当前城市污水处理厂主要以二级处理为主,处理工艺大部分采用氧化沟、A/A/O及其改良工艺,多参考国外运行工艺。随着城市和工业的发展,水质日渐复杂,原有的二级处理很难达到污水排放一级A标准。市政废水二级出水中大多为难降解有机物,其可生化性差,且磷浓度并不能达到排放标准,往往需要外加化学药剂降低污水中磷含量。因此污水深度处理,必须首先改善其可生化性,同时提高脱氮除磷的效率。
臭氧氧化法作为高级氧化技术的一种,以其较高的氧化能力和易于应用的特点备受关注。臭氧氧化主要包括直接氧化和间接氧化,直接氧化是指水中的臭氧分子通过环加成、亲电反应以及亲核反应直接氧化去除有机物等污染物,间接氧化反应指臭氧在水中经过一系列分解产生的氧化性更强的羟基自由基氧化去除污染物。臭氧氧化法应用于市政废水二级出水有望有效提高其可生化性,缓解后续处理工艺处理压力。
膜生物反应器(MBR)是将高效膜分离过程与生物技术相结合的污水处理系统,废水中的污染物与微生物充分接触并得以降解,膜组件将大分子有机物及细菌等截留于反应器内,弥补生物反应器处理性能的不稳定,同时活性污泥也被截留于反应器内,减少污泥流失。根据膜材料的不同可分为有机膜MBR和无机膜MBR两大类,无机陶瓷膜具有良好的抗微生物腐蚀特性、耐热性能和化学稳定性好的特点,使其在应用方面占据不可忽视的优势。
发明内容
发明目的:本发明的目的在于提供一种臭氧耦合陶瓷膜生物反应器及其工艺。根据市政废水二级出水可生化性差、氮磷处理效果不理想等特征,将臭氧氧化技术与膜生物反应器技术联用,提高污水可生化性,强化脱氮除磷效果,实现城市市政污水处理厂出水达到一级A标准,为城市污水处理厂二级出水深度处理提供理论基础与技术支撑。
技术方案:一种一体式臭氧耦合陶瓷膜膜生物反应器及处理工艺,该反应器包括臭氧化反应区(1)、缺氧反应区(2)、厌氧反应区(3)、好氧陶瓷膜MBR(4)、反冲洗水箱(5)、陶瓷膜组件(6)、进水泵(7)、臭氧发生器(8)、氧气瓶(9)、污泥回流泵(10)、出水泵(11)、鼓风机(12)、气体流量计(13)、止水阀(14)、电磁阀(15)、尾气处理装置(16)、内回流泵(17)、时间控制器(18)、砂芯滤板(19)、流量计(20)、电磁阀(21)和时间控制器(22),待处理污水经蠕动泵输入至臭氧化反应区(1)底部进行臭氧氧化过程,反应后污水从臭氧化反应区顶部流至缺氧反应区(2),再由缺氧反应区底部流至厌氧反应区(3),并依次流经好氧陶瓷膜MBR(4),经陶瓷膜过滤后产水;臭氧氧化破坏污水中有机物的分子结构、降低有机物分子量,进而提高有机物的可生化性;污水经过缺氧、厌氧和好氧区,利用生物的生命活动,有机物、氮和磷等污染物被降解;陶瓷膜在好氧区的尾端,截留污水中悬浮物质和细菌,进一步净化水质,提高了生物反应器的稳定性,避免活性污泥的流失。
生物反应过程主要发生在膜生物反应器中,包括缺氧反应区(2)、厌氧反应区(3)和好氧陶瓷膜MBR(4),缺氧反应区(2)主要的作用是脱氮(将硝态氮转化为氮气),硝态氮是通过内循环由好氧陶瓷膜MBR输送的;厌氧反应区(3)的主要功能是释放磷和将部分有机物进行氨化;好氧陶瓷膜MBR(4)是多功能的单元,去除BOD、硝化和吸收磷等反应都在该反应区进行,同时陶瓷膜将悬浮物质和细菌截留在反应器,保证了反应器内的生物量;污泥通过蠕动泵从好氧陶瓷膜MBR(4)回流至缺氧区。
臭氧反应区(1)内臭氧反应生成的氧气用以维持缺氧反应区中溶解氧浓度,缺氧反应区不设曝气装置;好氧陶瓷膜MBR(4)底部均匀的分布着曝气装置,由鼓风机向两区域内曝气,根据气体流量计(13)的计量控制曝气量;好氧陶瓷膜MBR(4)尾段浸没着氧化铝平板陶瓷膜组件(6),膜孔径为0.2-0.5μm,陶瓷膜组件(6)设于曝气装置上方,曝气使陶瓷膜表面形成紊流,缓解膜污染现象;反冲洗水箱(5)中反冲洗水用于陶瓷膜组件(6)反冲洗,间歇运行。
臭氧化反应区(1)臭氧投加量为10mg/L,接触反应时间为4min;缺氧反应区(2)、厌氧反应区(3)和好氧陶瓷膜MBR(4)的水力停留时间比为:1:1:3,水力停留时间分别为1.8h、1.8h和5.4h;溶解氧(mg/L):缺氧反应区(2)0.5、厌氧反应区(3)<0.2、好氧陶瓷膜MBR(4)2.0;控制反应器污水pH值为6-8,温度为5-35℃;混合液悬浮固体浓度(mg/L),缺氧反应区(2)3000mg/L,厌氧反应区(3)3000mg/L,好氧陶瓷膜MBR(4)5000mg/L;缺氧反应区(2)和厌氧反应区(3)进水流量按照1:1的比例分配,同时好氧陶瓷膜MBR(4)内混合液按照回流比200%回流至缺氧反应区(2);陶瓷膜组件(6)出水为间歇式出水。
该反应器长宽高分别为1.8m、0.4m、0.4m,由有机玻璃板将该反应器均分为6部分,臭氧化反应区(1)、缺氧反应区(2)、厌氧反应区(3)和好氧陶瓷膜MBR(4)的体积比分别1:1:1:3,臭氧化反应区(1)底部曝气板为5mm厚的G-3砂芯滤板。
臭氧化反应区(1)中臭氧由臭氧发生器制得,以氧气为气源,接通冷却水和氧气源(由时间控制器(18)打开电磁阀(15)),所产生的臭氧经流量计计量后通过砂芯滤板(19)进入该反应区,与污水接触氧化反应,水中残余臭氧回收至回收装置,利用硫代硫酸钠回收残余臭氧。
本发明装置中所有需要蠕动泵输送的部分,泵前后均设有止水阀(14),可以控制止水阀(14)控制该装置不同段的运行,实际运行过程中,除陶瓷膜产水和陶瓷膜反冲洗过程为间歇运行,其余过程均为连续运行。
陶瓷膜组件(6)产水管路设置电磁阀(21),通过时间控制器(22)控制电磁阀的启闭,实现自控产水。
有益效果:该装置和工艺解决了市政废水二级出水中难降解的大分子有机物和脱氮除磷效率不稳定的问题。针对市政废水二级出水的水质特征,该装置和工艺将臭氧氧化、传统脱氮除磷工艺和MBR工艺有机结合。利用臭氧氧化改变二级出水中有机物的分子结构、降低有机物的分子量,进而提高有机物的可生化性,为后续处理工艺的有效运行提供保障。现将A/A/O工艺与膜过滤工艺有机结合,将好氧区增设陶瓷膜形成好氧MBR反应区,在该生物反应器内不仅可以实现有机物降解和脱氮除磷的功能,陶瓷膜对悬浮物和细菌有效截留,维持了反应器内生物量,提高了该反应器及工艺的运行稳定性,同时实现了泥水分离,避免污泥流失。与传统的厌氧-缺氧-好氧工艺不同的是,该反应器及工艺厌氧区和缺氧区倒置,形成缺氧-厌氧-好氧反应模式,避免部分聚磷菌由于内回流而缺少释磷过程,增长聚磷菌的释磷时间;同时聚磷菌经过厌氧释磷后直接进入生化效率较高的好氧环境,其在厌氧状态下形成的吸磷动力可以得到充分利用,从而增强除磷效率。缺氧区位于工艺首端,优先满足反硝化碳源的需求,强化了该处理系统的脱氮功能。
附图说明
图1为本发明公开的一种一体式臭氧耦合陶瓷膜膜生物反应器装置示意图。
图2为一种一体式臭氧耦合陶瓷膜膜生物反应器俯视图。
图中(1)臭氧化反应柱、(2)缺氧反应区、(3)厌氧反应区、(4)好氧陶瓷膜MBR、(5)反冲洗水箱、(6)陶瓷膜组件、(7)进水泵、(8)臭氧发生器、(9)氧气瓶、(10)污泥回流泵、(11)出水泵、(12)鼓风机、(13)气体流量计、(14)止水阀、(15)电磁阀、(16)尾气处理装置、(17)内回流泵、(18)时间控制器、(19)砂芯滤板、(20)流量计、(21)电磁阀和(22)时间控制器。
具体实施方式
下面结合附图和实用例,对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明,但不用来限制本发明的范围。
如图1,如其中图例所示,一种臭氧耦合陶瓷膜膜生物反应器及处理工艺,包括臭氧化反应区(1)、缺氧反应区(2)、厌氧反应区(3)、好氧陶瓷膜MBR(4)、反冲洗水箱(5)、陶瓷膜组件(6)、进水泵(7)、臭氧发生器(8)、氧气瓶(9)、污泥回流泵(10)、出水泵(11)、鼓风机(12)、气体流量计(13)、止水阀(14)、电磁阀(15)、尾气处理装置(16)、内回流泵(17)、时间控制器(18)、砂芯滤板(19)、流量计(20)、电磁阀(21)和时间控制器(22);好氧陶瓷膜MBR(4)底部均匀设置着曝气装置,陶瓷膜组件(6)设置于好氧区域的尾端、曝气装置的上方。
实施例1:
如图1,此时除陶瓷膜组件(6)与反冲洗水箱(5)之间的止水阀(14)是关闭的,其余各段止水阀(14)均为开启模式,进水泵(7)将污水输入至臭氧化反应区(1)底部进行臭氧反应,反应后污水从臭氧化反应区顶部至缺氧反应区(2),再从缺氧反应区(2)底部流至厌氧反应区(3),如图2该反应器俯视图,厌氧反应区(3)处理后污水依次流经有机玻璃板隔开的三部分好氧陶瓷膜MBR(4),利用微生物的生命活动,降解其中有机物、氮和磷等污染物,陶瓷膜组件(6)位于好氧区尾端,污水经陶瓷膜组件(6)过滤后,通过出水泵(11)抽吸产水,陶瓷膜组件产水为间歇式产水,由时间控制器(22)控制电磁阀(21)的开关,控制抽吸和停抽时间比为1:2;好氧陶瓷膜MBR(4)上清液通过内回流泵(17)回流至缺氧反应区(2);好氧陶瓷膜MBR内污泥由污泥回流泵(10)抽出,部分回流至缺氧反应区(2)部分排出;臭氧发生器(8)产生臭氧也为间歇反应,通过时间控制器(18)控制电磁阀(15),控制臭氧的接触反应时间为4min。
实施例2:
此时除陶瓷膜组件(6)与反冲洗水箱(5)之间的止水阀(14)是开启的,其余各段止水阀(14)均为关闭模式,反冲洗水箱(5)中反冲洗水用于陶瓷膜组件(6)的反冲洗,当陶瓷膜产水管段上抽吸流量计(20)监测到出水流量低于20L/m2h时,启动反冲洗系统,仅开启反冲洗水箱(5)与陶瓷膜组件(6)之间的止水阀,但曝气装置仍开启状态,其余进水段、回流段和污泥回流段止水阀(14)均为关闭状态,臭氧发生器(8)也为关闭状态。

Claims (10)

1.一种一体式臭氧耦合陶瓷膜膜生物反应器及处理工艺,其特征在于:包括臭氧化反应区(1)、缺氧反应区(2)、厌氧反应区(3)、好氧陶瓷膜MBR(4)、反冲洗水箱(5)、陶瓷膜组件(6)、进水泵(7)、臭氧发生器(8)、氧气瓶(9)、污泥回流泵(10)、出水泵(11)、鼓风机(12)、气体流量计(13)、止水阀(14)、电磁阀(15)、尾气处理装置(16)、内回流泵(17)、时间控制器(18)、砂芯滤板(19)、流量计(20)、电磁阀(21)和时间控制器(22);
所述的臭氧化反应区(1)由臭氧发生器(8)制得臭氧均匀释放该池内进行臭氧氧化反应;
所述的好氧陶瓷膜MBR(4)底部均匀的分布着曝气装置,由鼓风机向该区域内曝气,根据气体流量计的计量控制曝气量;
所述的好氧陶瓷膜MBR(4)尾段浸没着氧化铝平板陶瓷膜组件,膜孔径为0.2-0.5μm。
2.根据权利要求1所述一体式臭氧耦合陶瓷膜膜生物反应器及处理工艺,其特征在于:废水从臭氧化反应区(1)底部进入反应器,进行臭氧氧化过程,再从臭氧化反应区的上部流入缺氧反应区(2),经缺氧反应区(2)内的处理水从缺氧反应区的底部流入厌氧反应区(3),并依次流经好氧陶瓷膜MBR(4)完成生物处理过程,通过陶瓷膜组件(6)过滤后产水,由出水泵(11)输出,陶瓷膜组件(6)出水为间歇式出水,抽吸和停抽时间比分别为1:2;
好氧陶瓷膜MBR(4)内污泥由污泥回流泵(10)抽出,部分回流至缺氧反应区(2),部分排出;
反冲洗水箱(5)中反冲洗水用于陶瓷膜组件(6)反冲洗,间歇运行。
3.根据权利要求1所述一体式臭氧耦合陶瓷膜膜生物反应器及处理工艺,其特征在于:臭氧反应区(1)、缺氧反应区(2)和厌氧反应区(3)顶部覆盖,处于封闭模式。
4.根据权利要求1所述一体式臭氧耦合陶瓷膜膜生物反应器及处理工艺,其特征在于:好氧陶瓷膜MBR(4)中,曝气装置位于陶瓷膜组件(6)下方,有利于在膜表面形成紊流,缓解膜污染问题。
5.根据权利要求1所述一体式臭氧耦合陶瓷膜膜生物反应器及处理工艺,其特征在于:臭氧反应区(1)内臭氧反应生成的氧气用以维持缺氧反应区(2)中溶解氧浓度,缺氧反应区(2)不设曝气装置。
6.根据权利要求1所述一体式臭氧耦合陶瓷膜膜生物反应器及处理工艺,其特征在于:臭氧氧化区(1)臭氧投加量为10mg/L,接触反应时间为4min;溶解氧(mg/L):缺氧反应区0.5、厌氧反应区<0.2、好氧陶瓷膜MBR2.0;控制反应器污水pH值为6-8,温度为5-35℃;混合液悬浮固体浓度(mg/L),缺氧反应区(2)3000mg/L,厌氧反应区(3)3000mg/L,好氧陶瓷膜MBR(4)5000mg/L;缺氧反应区(2)、厌氧反应区(3)和好氧陶瓷膜MBR(4)的水力停留时间比为:1:1:3,水力停留时间分别为1.8h、1.8h和5.4h。
7.根据权利要求1所述一体式臭氧耦合陶瓷膜膜生物反应器及处理工艺,其特征在于:缺氧反应区(2)和厌氧反应区(3)进水流量按照1:1的比例分配,同时好氧陶瓷膜MBR(4)内混合液按照回流比200%回流至缺氧反应区(2)。
8.根据权利要求1所述一体式臭氧耦合陶瓷膜膜生物反应器及处理工艺,其特征在于:臭氧化反应区(1)中尾气回收至臭氧回收装置(16)中,利用硫代硫酸钠处理多余臭氧。
9.根据权利要求1所述一体式臭氧耦合陶瓷膜膜生物反应器及处理工艺,其特征在于:该反应器长宽高分别为1.8m、0.4m、0.4m,由有机玻璃板将该反应器均分为6部分,缺氧区、厌氧区和好氧区的体积比分别1:1:3,臭氧化反应区底部曝气板为5mm厚的G-3砂芯滤板。
10.根据权利要求1所述一体式臭氧耦合陶瓷膜膜生物反应器及处理工艺,其特征在于:本发明装置中所有需要蠕动泵输送的部分,泵前后均设有止水阀(14),可以控制止水阀(14)控制该装置不同段的运行,实际运行过程中,除陶瓷膜产水和陶瓷膜反冲洗过程为间歇运行,其余过程均为连续运行;陶瓷膜组件产水管路设置电磁阀(21),通过时间控制器(22)控制电磁阀的启闭,实现自控产水。
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