CN107512823A - 一种强化除磷的振动平板陶瓷膜生物反应器工艺及其污水处理系统 - Google Patents

一种强化除磷的振动平板陶瓷膜生物反应器工艺及其污水处理系统 Download PDF

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Abstract

本发明主要应用在市政污水处理技术领域，主要涉及一种强化除磷的振动平板陶瓷膜生物反应器工艺，及其污水处理系统和处理方法。本工艺具有优异的污水处理和除磷效果，具有使用周期长，耐腐蚀能力高，热稳定性和孔稳定性优良等特点。该工艺涉及的装置系统占地面积小，操作简单，净化能力强，应用范围广，适合于各种规模的污水处理系统。

Description

一种强化除磷的振动平板陶瓷膜生物反应器工艺及其污水处 理系统
技术领域
本发明主要应用在市政污水处理技术领域，主要涉及一种强化除磷的振动平板陶瓷膜生物反应器工艺，及其污水处理系统和处理方法。
背景技术
随着社会的发展，社会对污水处理技术的要求不断提高。在各种技术中，膜生物反应器可达到出水水质好而稳定，可节省占地面积，降低人工成本。目前应用于市政污水处理的膜主要使用有机膜。其材料包括Nylon、PES、MCE、CA、PTFE、PVDF、GF、PP。膜生物反应器虽然对固液分离具有极好的效果，然而对溶解性污染物，如磷等，去除效果差。
此外，有机膜虽然价格低，但其使用寿命短，对酸碱的耐腐蚀性差，清洗过后的再生性能差。同时，在过滤过程中，水中的微粒、胶体粒子或溶质大分子在膜表面或膜孔内吸附、沉积造成膜孔径变小或堵塞，此过程称为膜污染。缓解膜污染是膜应用中的重要难题。
例如CN104944572A公开了一种陶瓷膜生物反应器，包括膜生物反应器池和产水池，在膜生物反应器池中垂直设有一组平板陶瓷膜片、加热棒，在底部设有曝气头，平板陶瓷膜片在池外部通过抽吸管路依次连接有抽吸压力表、抽吸泵和抽吸流量计，曝气头通过空气管路与在池外部的空气流量计和空气泵相连，抽吸压力表和抽吸泵之间的抽吸管路依次连接有反洗泵和反洗流量计，在产水池外部还连接有产水泵，在膜生物反应器池外部设有原水泵和PLC控制系统。该发明主要应用在传染病医院污水处理领域，没有针对市政污水中的磷污染物的处理程序。由于磷在污水中主要以磷酸根溶解于水中，仅靠膜分离技术无法达到市政污水排磷标准。该发明使用的反冲洗系统无法对于已经堵塞于膜孔道中的疏水物质(如蛋白质，多糖)进行有效的去除，因此无法有效缓解膜污染，延长膜使用周期。
CN106495325A公开了基于平板陶瓷膜的MBR和MBBR工艺有机结合的一个复合污水处理系统。对传统膜生物反应器(Membrane Bioreactor，简称MBR)和移动床生物膜反应器(Moving Bed Bioreactor,简称MBBR)进行了改进。用平板陶瓷膜代替传统MBR中的有机膜，无纺布及其它材料的膜。没有针对市政污水中的磷污染物的处理程序。由于磷在污水中主要以磷酸根溶解于水中，仅靠膜分离技术无法达到市政污水排磷标准。该发明使用的反冲洗系统无法对于已经堵塞于膜孔道中的疏水物质(如蛋白质，多糖)进行有效的去除，因此无法有效缓解膜污染，延长膜使用周期。
发明内容
鉴于现有技术存在的技术问题，本发明提供一种强化除磷的振动平板陶瓷膜生物反应器工艺，及其污水处理系统和处理方法，结合化学强化除磷，陶瓷膜生物反应器和振动装置进行污水处理。
一种强化除磷的振动平板陶瓷膜生物反应器工艺，包括：
(1)污水通过原水泵(I)持续进入混凝搅拌池与絮凝剂混合，快速搅拌。
混凝搅拌池的水力停留时间在1至2分钟。絮凝剂优先选择铁盐，铝盐等易与磷酸盐沉淀的化合物。
通过快速搅拌(优选转速>200RPM)，污水中的污染物与絮凝剂产生絮体。其中正磷酸盐与絮凝剂形成共沉淀物，由溶解态转变为沉淀态。
为达到最佳除磷效率，絮凝剂中金属(如铁，铝)浓度与污水中的总磷浓度的摩尔比应大于等于2。例如污水中总磷溶度为6.2mg/L，则应加入氯化铁的剂量应至少达到22.4mg-Fe/L。
(2)混合液通过原水泵(II)抽入膜生物反应器。反应器内接种活性污泥，通过空气泵进行供氧。平板陶瓷膜浸没在反应器中。
优选平板陶瓷膜孔径约为100nm。膜面积(m2)与出水量(m3/d)成正比。出水通量控制至0.4～0.5m3/m2-d。反应器水力停留时间在6至12小时之间。
污水中的有机污染物通过好氧降解被活性污泥吸收或转化成二氧化碳。处理过后的水经陶瓷膜过滤，通过抽吸泵排出。由于磷酸根与絮凝剂形成共沉淀物，因此在过滤中停留在反应器中与出水分离。
(3)振动电机与平板陶瓷膜组件固定连接，步骤(2)反应器运行时，振动电机持续提供一个垂直于平板陶瓷膜的激振力(5000N/m2)，使膜在此方向上产生低频振动 (10-50Hz)。
振动会使堵塞于膜孔中的(尤其是吸附在孔道上的)污染物脱落，从而达到减缓膜污染的作用。
本发明的另一目的在于提供一种基于前述处理方法的一种污水处理系统，包括：混凝池，膜生物反应器和振动装置，
其中，混凝池中设有快速搅拌器；
混凝池和膜生物反应器通过抽水管路和原水泵连接。在好氧反应器底部设有曝气头，通过空气管路依次和外部的空气流量计和空气泵连接；
平板陶瓷膜固定在金属框架一端垂直浸没于好氧反应器中，通过抽吸管路依次与反应器外部的抽吸压力表和抽吸泵连接，振动电机固定在金属框架另一端位于好氧反应器上方。
除另有说明外，各个部件连接后，可以通过泵使得污泥或者污水(上清液)泵入或者泵出。
本发明相对于现有技术的有益效果包括：
1.本发明可实现95.3％的有机污染物去除率，平均出水COD浓度低于10mg/L(图三)。污水总磷的去除率达到96.5％，平均出水总磷浓度低于0.2mg/L(图4)。污染物去除率满足绝大多数严格的污水处理要求。
2.振动膜装置可使水中的微粒、胶体粒子或溶质大分子难以吸附在膜表面或膜孔中，从而稳定保持长时间的膜过滤污水处理，不易堵塞。实验对比下，不加入振动装置下膜污染的周期是3天；加入振动装置后，膜污染的周期提高至21天(图4)。
3.无机陶瓷材料的应用使膜组件具有使用周期长，耐腐蚀能力高，热稳定性和孔稳定性优良等特点。
4.该装置占地面积小，操作简单，净化能力强，应用范围广，适合于各种规模的污水处理系统。
附图说明
图1强化除磷的振动平板陶瓷膜生物反应器处理市政废水工艺流程图
图2比较不同絮凝剂剂量下污染物的去除效果图
图3去除市政废水中有机物的长期运行效果图
图4去除市政废水中总磷的长期运行效果图
图5比较在使用和不适用振动装置下的膜污染周期
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明及其有效的技术效果作进一步详细的描述，但发明的实施方式不限于此。
实施例1
一种强化除磷的振动平板陶瓷膜生物反应器工艺的污水处理系统，包括：混凝池，膜生物反应器和振动装置，
其中，混凝池中设有快速搅拌器；
混凝池和膜生物反应器通过抽水管路和原水泵连接。在好氧反应器底部设有曝气头，通过空气管路依次和外部的空气流量计和空气泵连接；
平板陶瓷膜固定在金属框架一端垂直浸没于好氧反应器中，通过抽吸管路依次与反应器外部的抽吸压力表和抽吸泵连接，振动电机固定在金属框架另一端位于好氧反应器上方。
除另有说明外，各个部件连接后，可以通过泵使得污泥或者污水(上清液)泵入或者泵出。
实施例2
采用实施例1所述的污水处理系统的一种强化除磷的振动平板陶瓷膜生物反应器工艺，包括：
(1)污水通过原水泵(I)持续进入混凝搅拌池与絮凝剂混合，混凝搅拌池的水力停留时间在1至2分钟。絮凝剂优先选择铁盐，铝盐等易与磷酸盐沉淀的化合物。通过快速搅拌(优选转速>200RPM)，污水中的污染物与絮凝剂产生絮体。其中正磷酸盐与絮凝剂形成共沉淀物，由溶解态转变为沉淀态。
(2)混合液通过原水泵进入好氧膜生物反应器。反应器内接种活性污泥，通过空气泵进行供氧。平板陶瓷膜浸没在反应器中，孔径约为100nm。膜面积(m2)与出水量(m3/d) 成正比。出水通量控制至0.4～0.5m3/m2-d。反应器水力停留时间在6至12小时之间。污水中的有机污染物通过好氧降解被活性污泥吸收或转化成二氧化碳。处理过后的水经陶瓷膜过滤，通过抽吸泵排出。由于磷酸根与絮凝剂形成共沉淀物，因此在过滤中停留在反应器中与出水分离。
(3)振动电机与平板陶瓷膜组件固定连接，步骤(2)反应器运行时，振动电机持续提供一个垂直于平板陶瓷膜的激振力(5000N/m2)，使膜在此方向上产生低频振动 (10-50Hz)。振动会使堵塞于膜孔中的尤其是吸附在孔道上的污染物脱落，从而达到减缓膜污染的作用。跨膜压差通过抽吸压力表监控。当跨膜压差小于或等于-20kPa时，陶瓷膜将会被取出进行化学清洗(先后在碱液和酸液中浸泡两小时)。
实施例3：比较不同剂量的混凝剂下污染物的去除效率
采用实施例2的方案，混凝剂使用氯化铁，剂量由小到大增加，分别为0，10，15，20mg-Fe/L。每个剂量条件下分别运行20天以保证反应器达到稳定状态。首先原水泵(I) 将市政污水抽入混凝池与混凝剂氯化铁混合。污水的平均有机物浓度为360mg-COD/L，平均总磷浓度为6.35mg/L。混凝池中的搅拌速度为200rpm，水利停留时间为2min。同时原水泵(II)以16L/d的流量将混合液从混凝池抽入膜生物反应器(8L)。膜生物反应器内接种活性污泥(4.12g/L)，水力停留时间为12h，污泥停留时间为30d。通过空气泵曝气使反应器内维持好氧状态，溶解氧浓度为4.0-4.5mg/L。污水经平板陶瓷膜过滤后，由抽吸泵以16L/d的流量抽出。结果如图2所示。通过膜分离技术，有机污染物的去除率维持在96.3％左右，出水COD浓度为13mg/L。当没有絮凝剂投加时(0-20d)，总磷去除率仅有39.6％，出水总磷浓度为3.95mg/L。随着絮凝剂投加剂量的增加，总磷去除率有明显的上升趋势。当絮凝剂浓度达到20mg-Fe/L时，除磷效率达到了96.07％，出水总磷浓度为0.20mg/L。
实施例4：周期运行强化除磷的平板陶瓷膜生物反应器
采用实施例2的方案，反应器持续运行140天，混凝剂使用氯化铁，剂量为20 mg-Fe/L。首先原水泵(I)将市政污水抽入混凝池与混凝剂氯化铁混合。污水的平均有机物浓度为277mg-COD/L，平均总磷浓度为5.27mg/L。混凝池中的搅拌速度为200rpm，水利停留时间为2min。同时原水泵(II)以16L/d的流量将混合液从混凝池抽入膜生物反应器(8L)。膜生物反应器内接种活性污泥(4.75g/L)，水力停留时间为12h，污泥停留时间为30d。通过空气泵曝气使反应器内维持好氧状态，溶解氧浓度为4.0-4.5mg/L。污水经平板陶瓷膜过滤后，由抽吸泵以16L/d的流量抽出。结果如图3和图4所示。在长周期的运行中，污染物去除效率稳定。平均COD去除效率约等于95.3％。出水COD 浓度在84.8％的周期中低于20mg/L，在100％的周期中低于30mg/L。平均除磷效率约等于96.5％。出水总磷浓度在63.8％的周期中低于0.2mg/L，在100％的周期中低于0.5mg/L。
实施例5：振动陶瓷平板膜对膜污染的控制
采用实施例4中的条件，陶瓷膜生物反应器分别在有振动和无振动的条件下运行。在振动条件下，振动电机持续提供一个垂直于平板陶瓷膜的激振力(5000N/m2)，使膜在此方向上产生低频振动(10-50Hz)。结果如图5所示。在无振动条件下，跨膜压差在三天内增长至-20kPa。在有振动条件下，反应器持续运行21天后，跨膜压差才增长至-20kPa。振动会使堵塞于膜孔中的尤其是吸附在孔道上的污染物脱落，从而达到减缓膜污染的作用。采用振动装置可极大延长模式用周期。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种强化除磷的振动平板陶瓷膜生物反应器工艺，其特征在于，包括：
(1)污水通过原水泵(I)持续进入混凝搅拌池与絮凝剂混合，快速搅拌；
(2)混合液通过原水泵(II)抽入膜生物反应器，反应器内接种活性污泥，通过空气泵进行供氧，平板陶瓷膜浸没在反应器中；
(3)振动电机与平板陶瓷膜组件固定连接，使膜产生低频振动。
2.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，包括：步骤(1)中搅拌转速>200RPM，混凝搅拌池的水力停留时间在1至2分钟。
3.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，包括：步骤(1)中絮凝剂选择铁盐，铝盐，铁，铝的浓度与污水中的总磷浓度的摩尔比应大于等于2。
4.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，包括：步骤(2)中平板陶瓷膜孔径约为100nm。
5.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，包括：步骤(2)中膜面积(m2)与出水量(m3/d)成正比，出水通量控制至0.4～0.5m3/m2-d，反应器水力停留时间在6至12小时之间。
6.根据权利要求1-5任一项所述的工艺，其特征在于，包括：步骤(2)反应器运行时，步骤(3)中振动电机持续提供一个垂直于平板陶瓷膜的激振力(5000N/m2)，使膜在此方向上产生低频振动(10-50Hz)。
7.一种实现权利要求1-6任一项所述工艺的一种污水处理系统，其特征在于，包括：混凝池，膜生物反应器和振动装置，
其中，混凝池中设有快速搅拌器；
混凝池和膜生物反应器通过抽水管路和原水泵连接。在好氧反应器底部设有曝气头，通过空气管路依次和外部的空气流量计和空气泵连接；
平板陶瓷膜固定在金属框架一端垂直浸没于好氧反应器中，通过抽吸管路依次与反应器外部的抽吸压力表和抽吸泵连接，振动电机固定在金属框架另一端位于好氧反应器上方。
8.根据权利要求7所述的污水处理系统，其特征在于，各个部件连接后，可以通过泵使得污泥或者污水(上清液)泵入或者泵出。
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