CN108017234A - 一种污水处理系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种污水处理系统及方法，所述污水处理系统包括预处理系统、缺氧系统、光反应系统、藻菌分离系统和膜分离系统；预处理系统包括格栅和沉砂池，与缺氧系统连通，缺氧系统中设有第一搅拌装置，并与光反应系统连通；光反应系统中设有第二搅拌装置，并与藻菌分离系统连通；藻菌分离系统与缺氧系统连通，且与膜分离系统连通，藻菌分离系统的第二出口用于排出部分藻菌共生体；膜分离系统与缺氧系统连通，且膜分离系统的第二出口用于排出部分微藻，第三出口用于排出经过处理的污水，缺氧系统、光反应系统和藻菌分离系统中均含有藻菌共生体和悬浮的微藻，污水经过本发明的处理，出水水质较好，且节省了人工曝气增氧的能耗。

Description

一种污水处理系统及方法

技术领域

本发明涉及污水处理技术领域，特别是涉及一种污水处理系统及方法。

背景技术

好氧活性污泥法是目前应用较为广泛的污水处理工艺，好氧活性污泥法处理污水需要为活性污泥提供足够的溶解氧，溶解氧主要通过人工曝气提供，高的曝气能耗导致污水处理成本升高，以北京某污水处理厂为例，传统污水处理厂维持日常运行的主要能耗50％左右是由鼓风曝气引起的，这部分电耗在二级生物处理单元中超过了75％。膜分离技术与生物反应器结合形成的膜生物反应器技术具有出水水质优良稳定、装置占地面积小、剩余污泥产量低等优点，但是，相比普通活性污泥法，膜生物反应器工艺中除了提供微生物新陈代谢所需的氧气外，还需在膜区对膜表面进行气扫洗以缓解膜污染，有学者的研究表明在好氧膜生物反应器中这部分能耗整个运行能耗80％以上。因此，迫切需要一种相比传统活性污泥法既高效又节能的污水处理技术。

发明内容

为了弥补上述现有技术的不足，本发明提出一种既高效又节能的污水处理系统及方法。

本发明的技术问题通过以下的技术方案予以解决：

一种污水处理系统，包括预处理系统、缺氧系统、光反应系统、藻菌分离系统和膜分离系统；所述预处理系统包括格栅和沉砂池，所述格栅分别与污水入口和沉砂池的入口连通，所述沉砂池的出口与所述缺氧系统连通；所述缺氧系统中的混合液含有微藻与细菌结合形成的藻菌共生体和悬浮的微藻，所述缺氧系统避光，所述缺氧系统设有第一搅拌装置，所述缺氧系统的出口与所述光反应系统的入口连通；所述光反应系统中的混合液含有微藻与细菌结合形成的藻菌共生体和悬浮的微藻，所述光反应系统中设有第二搅拌装置，所述光反应系统的第一出口通过第一回流管和第一回流泵与所述缺氧系统连通，所述光反应系统的第二出口与所述藻菌分离系统的入口连通；所述藻菌分离系统中的混合液含有微藻与细菌结合形成的藻菌共生体和悬浮的微藻，所述藻菌分离系统避光，所述藻菌分离系统的第一出口通过第二回流管和第二回流泵与所述缺氧系统连通，所述藻菌分离系统的第二出口用于排出部分藻菌共生体，所述藻菌分离系统的第三出口与所述膜分离系统的入口连通；所述膜分离系统的第一出口通过第三回流管和第三回流泵与所述缺氧系统连通，所述膜分离系统的第二出口用于排出部分微藻，所述膜分离系统的第三出口用于排出经过处理的污水。

一种利用所述的污水处理系统进行污水处理的方法，包括如下步骤：

(1)污水进入预处理系统中，经过格栅去除较大的杂质后，进入沉砂池，通过沉砂池去除泥沙后进入缺氧系统；

(2)在避光条件及第一搅拌装置的搅拌下，污水经过缺氧系统的处理后，缺氧系统中的混合液通过缺氧系统的出口进入光反应系统，其中，缺氧系统中的混合液中含有微藻与细菌结合形成的藻菌共生体和悬浮的微藻；

(3)在预定的光照条件以及第二搅拌装置的搅拌下，经过光反应系统的处理，光反应系统中的一部分混合液经光反应系统的第一出口通过第一回流管和第一回流泵回流至所述缺氧系统中，一部分混合液通过光反应系统的第二出口进入藻菌分离系统，其中，光反应系统中的混合液中含有微藻与细菌结合形成的藻菌共生体和悬浮的微藻；

(4)在避光条件下，藻菌分离系统将在其中的沉降性较强的微藻与细菌结合形成的藻菌共生体和悬浮性较强的悬浮的微藻进行分离，分离得到的一部分藻菌共生体混合液经藻菌分离系统的第一出口通过第二回流管和第二回流泵回流至缺氧系统中，一部分藻菌共生体混合液通过藻菌分离系统的第二出口被排出，悬浮的微藻通过藻菌分离系统的第三出口进入膜分离系统；

(5)在预定的光照条件下，膜分离系统中的微藻吸收污水中的氮、磷，一部分微藻经膜分离系统的第一出口通过第三回流管和第三回流泵回流至缺氧系统中，一部分微藻通过膜分离系统的第二出口被排出，处理后的水通过膜分离系统的第三出口被排出。

本发明与现有技术对比的有益效果包括：本发明的系统主要由微藻与细菌结合形成的藻菌共生体和悬浮的微藻发挥作用，可以控制细菌和微藻在系统内的停留时间相对独立，污水经过本发明的处理，在没有任何人工曝气增氧设施的情况下，出水效果可以达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918-2002)一级A标准，甚至可以优于一级A标准，达到出水化学需氧量低于40mg/L，总氮浓度低于1mg/L，总磷低于0.01mg/L的效果，处理过程中由于微藻光合作用产生氧气，从而节省了人工曝气增氧的能耗，且微藻产生的分子态氧可以加快污水处理过程中氧气的传质速率，可以加快污染物的去除效率。

附图说明

图1是本发明具体实施方式中的污水处理系统示意图。

具体实施方式

下面对照附图并结合优选的实施方式对本发明作进一步说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

如图1所示，提供一种污水处理系统，包括预处理系统1、缺氧系统2、光反应系统3、藻菌分离系统4和膜分离系统5；其中，预处理系统1包括格栅11和沉砂池12，格栅11分别与污水入口10和沉砂池12的入口连通，沉砂池12的出口与缺氧系统2连通；缺氧系统2中的混合液含有微藻与细菌结合形成的藻菌共生体和悬浮的微藻，缺氧系统2避光，缺氧系统2设有第一搅拌装置21，缺氧系统2的出口与光反应系统3的入口连通；光反应系统3中的混合液含有微藻与细菌结合形成的藻菌共生体和悬浮的微藻，光反应系统3中设有第二搅拌装置31，光反应系统3的第一出口通过第一回流管30和第一回流泵(未图示)与缺氧系统2连通，光反应系统3的第二出口与藻菌分离系统4的入口连通；藻菌分离系统4中的混合液含有微藻与细菌结合形成的藻菌共生体和悬浮的微藻，藻菌分离系统4避光，藻菌分离系统4的第一出口通过第二回流管40和第二回流泵(未图示)与缺氧系统2连通，藻菌分离系统4的第二出口用于排出部分藻菌共生体，藻菌分离系统4的第三出口与膜分离系统5的入口连通；膜分离系统5的第一出口通过第三回流管50和第三回流泵(未图示)与缺氧系统2连通，膜分离系统5的第二出口用于排出部分微藻，膜分离系统5的第三出口用于排出经过处理的污水。

还提供一种利用上述的污水处理系统进行污水处理的方法，其包括如下步骤：

(1)污水进入预处理系统1中，经过格栅11去除较大的杂质后，进入沉砂池12，例如可以通过溢流进入沉砂池12，通过沉砂池12去除泥沙后进入缺氧系统2，例如可以通过溢流进入缺氧系统2。

(2)在避光条件及第一搅拌装置21的搅拌下，污水经过缺氧系统2的处理后，缺氧系统2中的混合液通过缺氧系统2的出口进入光反应系统3，其中，缺氧系统2的混合液中含有微藻与细菌结合形成的藻菌共生体和悬浮的微藻。举例来说，缺氧系统2可以是任何可通过机械搅拌均匀的单一反应池，在缺氧系统2中，没有光照，微藻不发挥作用，主要是硝化细菌和聚磷菌分别发挥反硝化脱氮和释磷的作用。

(3)在预定的光照条件以及第二搅拌装置31的搅拌下，经过光反应系统3的处理，光反应系统3中的一部分混合液经光反应系统3的第一出口通过第一回流管30和第一回流泵(未图示)回流至缺氧系统2中，光反应系统3的一部分混合液通过光反应系统3的第二出口进入藻菌分离系统4，其中，光反应系统3的混合液中含有微藻与细菌结合形成的藻菌共生体和悬浮的微藻。举例来说，光反应系统3可以是任何可通过机械搅拌均匀的单一反应池，可以设置人工光照系统或者利用太阳光，若光反应系统3从侧面接收光照则光反应系统3的材质为透明材质，若光反应系统3从液面正上方接收光照则光反应系统3可以是非透明材质。在光反应系统3中，微藻利用氮、磷和二氧化碳生成氧气并生长，细菌利用微藻提供的氧气降解有机物、氧化氨氮为硝氮、吸收部分磷并产生二氧化碳给微藻利用。

(4)在避光条件下，藻菌分离系统4将在其中的沉降性较强的微藻与细菌结合形成的藻菌共生体和悬浮性较强的悬浮的微藻进行分离，分离得到的一部分藻菌共生体混合液经藻菌分离系统4的第一出口通过第二回流管40和第二回流泵(未图示)回流至缺氧系统2中，一部分藻菌共生体混合液通过藻菌分离系统4的第二出口被排出，悬浮的微藻通过藻菌分离系统4的第三出口进入膜分离系统5。举例来说，藻菌分离系统4可以是沉淀池、旋流分离器或是其他利用微藻与细菌沉降性能区别设计的系统，在藻菌分离系统4中，无光照，可以将沉降性较强的藻菌共生体与悬浮性较强的微藻分离；通过将一部分藻菌共生体混合液排出(例如可以每天排出一定量)，可以控制细菌在整个污水处理系统中的停留时间。

(5)在预定的光照条件下，膜分离系统5中的微藻吸收污水中的氮、磷，达到深度脱氮除磷的目的，一部分微藻经膜分离系统5的第一出口通过第三回流管50和第三回流泵回流至缺氧系统2中，一部分微藻通过膜分离系统5的第二出口被排出，处理后的水通过膜分离系统5的第三出口被排出，其中，膜分离系统5中的生物基本都是悬浮的微藻(几乎不含藻菌共生体，或者仅含极少量的很难避免的藻菌共生体)。例如，一部分微藻可以通过溢流管排出，以控制微藻在整个污水处理系统中的停留时间。举例来说，膜分离系统5中可以设置人工光照系统或太阳光系统，若膜分离系统5从侧面接收光照则膜分离系统5的材质为透明材质，若膜分离系统5从液面正上方接收光照则膜分离系统5可以是非透明材质，可以通过设置在膜分离系统5中的浸没式微滤或超滤膜组件和真空泵将水从膜分离系统中连续排出，并通过在膜分离系统5中设置的空气或二氧化碳曝气系统控制膜污染。

所用的微藻可以是从自然水体或污水中筛选的悬浮性强于细菌的一株或若干株绿藻，其具有较强的适应实际污水环境、污染物去除效果好、耐极低氮、磷浓度条件的能力。所用细菌可以是沉降性较微藻强的由城市污水处理厂的活性污泥接种繁殖得到的细菌。

在缺氧系统2、光反应系统3、藻菌分离系统4的混合液中含有的微藻与细菌结合形成的藻菌共生体和悬浮的微藻中，微藻占总生物质的质量分数均在10％-80％之间。该污水处理方法和系统中，可以控制微藻和细菌的停留时间各自独立，且优选为：微藻的停留时间为1-20天，细菌的停留时间为10-30天，且微藻的停留时间≤细菌的停留时间。缺氧系统2和光反应系统3中总生物质浓度均维持在1.0-5.0g/L。

光反应系统3和膜分离系统3中的光照条件都可以是：无暗周期、光照强度不低于100μmol·m^-2·s^-1。

在该污水处理系统中，水力停留时间为1-48h。在没有任何人工曝气增氧设施的条件下，经过以上的缺氧系统2、光反应系统3等，可以去除掉绝大部分的有机物、氮、磷，再经过藻菌分离系统4的分离，在膜分离系统5中使微藻进一步吸收污水中的氮、磷，出水效果可以达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918-2002)一级A标准，甚至可以优于一级A标准，达到出水化学需氧量低于40mg/L，总氮浓度低于1mg/L，总磷低于0.01mg/L的效果。而且，从膜分离系统5中排出的微藻可以进行收集，并经过进一步浓缩后可用于生产附加生物质产品如生物柴油等，也可接种到污水处理系统中用于污水处理。

在一个具体的实例中，光反应系统和膜分离系统的光照系统由若干LED等从侧面供给，光照强度均是200μmol·m^-2·s^-1，无暗周期，全天进行光照，光反应系统和膜分离系统的材质均为透明有机玻璃，缺氧系统、光反应系统、藻菌分离系统、膜分离系统四者总体积为14L，光反应系统与缺氧系统的体积比为3:1，在膜分离系统中，采用平均孔径为0.1μm的超滤平板陶瓷膜，膜通量为21.6LMH，并用空气曝气控制膜污染。

污水处理系统进水的污染物浓度为：化学需氧量500mg/L，总氮50mg/L，总磷10mg/L，水力停留时间为0.5天，微藻的停留时间为3天，细菌的停留时间为10天，光反应系统的回流比为3，藻菌分离系统的回流比为1，膜分离系统的回流比为1。

结果表明，出水的化学需氧量小于20mg/L，总氮小于1mg/L，总磷低于0.01mg/L。

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，还可以做出若干等同替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种污水处理系统，其特征在于：包括预处理系统、缺氧系统、光反应系统、藻菌分离系统和膜分离系统；

所述预处理系统包括格栅和沉砂池，所述格栅分别与污水入口和沉砂池的入口连通，所述沉砂池的出口与所述缺氧系统连通；

所述缺氧系统中的混合液含有微藻与细菌结合形成的藻菌共生体和悬浮的微藻，所述缺氧系统避光，所述缺氧系统设有第一搅拌装置，所述缺氧系统的出口与所述光反应系统的入口连通；

所述光反应系统中的混合液含有微藻与细菌结合形成的藻菌共生体和悬浮的微藻，所述光反应系统中设有第二搅拌装置，所述光反应系统的第一出口通过第一回流管和第一回流泵与所述缺氧系统连通，所述光反应系统的第二出口与所述藻菌分离系统的入口连通；

所述藻菌分离系统中的混合液含有微藻与细菌结合形成的藻菌共生体和悬浮的微藻，所述藻菌分离系统避光，所述藻菌分离系统的第一出口通过第二回流管和第二回流泵与所述缺氧系统连通，所述藻菌分离系统的第二出口用于排出部分藻菌共生体，所述藻菌分离系统的第三出口与所述膜分离系统的入口连通；

所述膜分离系统的第一出口通过第三回流管和第三回流泵与所述缺氧系统连通，所述膜分离系统的第二出口用于排出部分微藻，所述膜分离系统的第三出口用于排出经过处理的污水。

2.一种利用权利要求1所述的污水处理系统进行污水处理的方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)污水进入预处理系统中，经过格栅去除较大的杂质后，进入沉砂池，通过沉砂池去除泥沙后进入缺氧系统；

(2)在避光条件及第一搅拌装置的搅拌下，污水经过缺氧系统的处理后，缺氧系统中的混合液通过缺氧系统的出口进入光反应系统，其中，缺氧系统中的混合液中含有微藻与细菌结合形成的藻菌共生体和悬浮的微藻；

(3)在预定的光照条件以及第二搅拌装置的搅拌下，经过光反应系统的处理，光反应系统中的一部分混合液经光反应系统的第一出口通过第一回流管和第一回流泵回流至所述缺氧系统中，一部分混合液通过光反应系统的第二出口进入藻菌分离系统，其中，光反应系统中的混合液中含有微藻与细菌结合形成的藻菌共生体和悬浮的微藻；

(4)在避光条件下，藻菌分离系统将在其中的沉降性较强的微藻与细菌结合形成的藻菌共生体和悬浮性较强的悬浮的微藻进行分离，分离得到的一部分藻菌共生体混合液经藻菌分离系统的第一出口通过第二回流管和第二回流泵回流至缺氧系统中，一部分藻菌共生体混合液通过藻菌分离系统的第二出口被排出，悬浮的微藻通过藻菌分离系统的第三出口进入膜分离系统；

(5)在预定的光照条件下，膜分离系统中的微藻吸收污水中的氮、磷，一部分微藻经膜分离系统的第一出口通过第三回流管和第三回流泵回流至缺氧系统中，一部分微藻通过膜分离系统的第二出口被排出，处理后的水通过膜分离系统的第三出口被排出。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于：所述污水为城市生活污水或同时含氮、磷、有机物的适合用生物法处理的污水。

4.如权利要求2所述的方法，其特征在于：在所述缺氧系统、所述光反应系统和藻菌分离系统中的藻菌共生体和悬浮的微藻中，微藻占总生物质的质量分数均在10％-80％之间，且微藻的悬浮性比细菌强。

5.如权利要求2或3所述的方法，其特征在于：所述微藻为绿藻；所述细菌由活性污泥接种繁殖得到。

6.如权利要求2或3所述的方法，其特征在于：在污水处理系统中，微藻和细菌的停留时间各自独立地为：所述微藻的停留时间为1-20天，所述细菌的停留时间为10-30天，且所述微藻的停留时间≤所述细菌的停留时间；所述缺氧系统和光反应系统中总生物质的浓度均维持在1.0-5.0g/L之间。

7.如权利要求2或3所述的方法，其特征在于：所述步骤(3)中预定的光照条件是：无暗周期，光照强度不低于100μmol·m^-2·s^-1。

8.如权利要求2或3所述的方法，其特征在于：所述步骤(5)中预定的光照条件是：无暗周期，光照强度不低于100μmol·m^-2·s^-1。

9.如权利要求2或3所述的方法，其特征在于：在污水处理系统中，水力停留时间为1-48h。