CN108217964A - 一种污水深度处理装置与方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种污水深度处理装置与方法，该方法在预定的光照条件下利用旋转单针藻进行脱氮除磷，包括如下步骤：(1)污水通过入水口进入反应池，第一曝气装置向所述反应池内提供气体，经过反应池处理后的污水和微藻混合液进入膜池；(2)第二曝气装置向所述膜池内提供气体，膜池内的膜过滤组件将微藻和水分离，处理后的水通过膜过滤组件上的排水口排出，膜池内的微藻和污水混合液一部分回流至所述反应池内，一部分通过排藻口排出。本申请可以在短时间内降低水中氮磷浓度至极低水平，从而降低污水厂尾水收纳水体富营养化风险。

Description

一种污水深度处理装置与方法

技术领域

本发明涉及污水处理与水污染控制领域，特别涉及一种污水深度处理装置与方法。

背景技术

氮、磷等元素是引起水体富营养化的重要污染物，控制氮磷的排放是控制自然水体富营养化的重要手段。现有的污水处理工艺可以去除水体中的大部分氮磷，但大量研究表明，现有污水处理工艺处理后，污水中含有的氮磷仍会导致较高的受纳水体富营养化风险。目前生物处理手段可以较为有效的去除二沉出水中的氮磷，但具有占地面积大，水力停留时间长的问题。化学处理手段可以较为有效的去除污水中的剩余磷元素，但对氮元素没有去除效果，同时还会产生难以处理的剩余污泥。

近年来，微藻被越来越多的应用于污水原水的处理，也有研究尝试将微藻应用于污水厂二级出水的处理上，但由于污水厂二级出水具有低营养的典型特征，微藻通常难以生长或生长速率缓慢，导致水力停留时间长、难以实现高效的脱氮除磷的目的。

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。

为了弥补上述现有技术的不足，本发明提出一种污水深度处理装置与方法，其能极高效地、较彻底地脱氮除磷。

本发明采用以下的技术方案：

一种污水深度处理装置，包括反应池、膜池、第一曝气装置和第二曝气装置；所述反应池上设有入水口和微藻回流入口，所述反应池的出口与所述膜池的入口连通；所述膜池上设有排藻口与微藻回流出口，所述膜池上的藻回流出口与所述反应池上的微藻回流入口通过回流泵和回流管连通，所述膜池内设有膜过滤组件，所述膜过滤组件上设有排水口，通过所述膜过滤组件过滤出水；所述第一曝气装置设于所述反应池下方，用于向所述反应池内提供气体；所述第二曝气装置设于所述膜池下方，用于向所述膜池内提供气体。

优选地，所述膜池与反应池的体积比为1:1～1:4。

优选地，还包括气体混匀器，所述气体混匀器的入口分别与空气输送管和二氧化碳输送管连通，所述气体混匀器的出口分别通过管道与所述第一曝气装置和第二曝气装置连通。

优选地，还包括微藻收集池，所述膜池上的排藻口与所述微藻收集池连通。

一种污水深度处理方法，所述方法利用所述的污水深度处理装置在预定的光照条件下进行，所述污水深度处理装置的反应池和膜池中均含有微藻，所述微藻为旋转单针藻；包括如下步骤：

(1)污水通过入水口进入反应池，第一曝气装置向所述反应池内提供气体，经过反应池处理后的污水和微藻混合液进入膜池；

(2)第二曝气装置向所述膜池内提供气体，膜池内的膜过滤组件将微藻和水分离，处理后的水通过膜过滤组件上的排水口排出，膜池内的微藻和污水混合液一部分回流至所述反应池内，一部分通过排藻口排出。

优选地，所述第一曝气装置向所述反应池内提供气体，以及所述第二曝气装置向所述膜池内提供气体均为：提供空气与二氧化碳的混合气体，所述混合气体中，二氧化碳的体积浓度为1％～2％；曝气速率为0.2v/v·min^-1～0.4v/v·min^-1。

优选地，步骤(2)中，所述微藻和污水混合液的回流比为50％～200％。

优选地，所述污水深度处理装置的水力停留时间(HRT)为2h～6h；微藻停留时间(SRT)为1天～4天。

优选地，所述预定的光照条件为：光照强度为350～1000μmol·m^-2·s^-1，光暗周期比为12h:12h～24h:0h；由太阳光和/或冷荧光光源提供光照。

优选地，步骤(1)中，通过入水口进入反应池的污水中：总氮浓度为2～15mg/L，总磷浓度为0.2～1.5mg/L，化学需氧量<60mg/L。

本发明与现有技术对比的有益效果包括：本发明的方法具有处理效率高、停留时间短等特点。污水经过本发明的处理，出水总无机氮可降至国家标准紫外分光光度法检出限以下(<0.02mg/L)，出水总磷可降至国家标准钼锑抗分光光度法检出限以下(<0.02mg/L)，可以达到HRT 6h以内>99％的去除率效果，长期运行可以达到99％的平均去除效果，通过应用本申请，对控制污水厂出水氮磷含量至极低水平、降低受纳水体营养负荷、缓解水体富营养化风险等具有重要意义。

附图说明

图1是本发明具体实施方式中的污水深度处理装置示意图。

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。

提供一种污水深度处理装置，其包括反应池、膜池、第一曝气装置和第二曝气装置；其中，反应池上设有入水口和微藻回流入口，反应池的出口与膜池的入口连通；膜池上设有排藻口与微藻回流出口，膜池上的藻回流出口与反应池上的微藻回流入口通过回流泵和回流管连通，膜池内设有膜过滤组件，膜过滤组件上设有排水口，通过膜过滤组件过滤出水；第一曝气装置设于反应池下方，用于向反应池内提供气体；第二曝气装置设于膜池下方，用于向膜池内提供气体。

在优选的实施方式中，膜池与反应池的体积比为1:1～1:4。

在优选的实施方式中，污水深度处理装置还包括气体混匀器，所述气体混匀器的入口分别与空气输送管和二氧化碳输送管连通，所述气体混匀器的出口分别通过管道与所述第一曝气装置和第二曝气装置连通，通过这样的设置，可以向反应池和膜池内提供空气与二氧化碳的混合气体，在混合气体中，二氧化碳的体积浓度为1％～2％；曝气速率为0.2v/v·min^-1～0.4v/v·min^-1。

在优选的实施方式中，污水深度处理装置还包括微藻收集池，膜池上的排藻口与微藻收集池连通，这样，可以将微藻先排至(例如可以采用溢流的方式)微藻收集池，微藻收集池中的微藻可以再被输送到其他地方。

其中，可以是将一个全混曝气光生物反应器分隔成两个区域，一个区域作为反应池，一个区域作为膜池；也可以是将两个全混曝气光生物反应器(一个作为反应池，一个作为膜池)组装成污水深度处理装置。膜过滤组件例如可以为孔径是0.01～1μm的微滤膜或超滤膜。

还提供一种污水深度处理方法，所述方法利用所述的污水深度处理装置在预定的光照条件下进行，污水深度处理装置的反应池和膜池中均含有微藻，所述微藻为旋转单针藻(Monoraphidium.sp.)；包括如下步骤：

(1)污水通过入水口进入反应池，第一曝气装置向所述反应池内提供气体，经过反应池处理后的污水和微藻混合液进入(例如，可以通过溢流方式溢流至)膜池；

(2)第二曝气装置向所述膜池内提供气体，膜池内的膜过滤组件将微藻和水分离，处理后的水通过膜过滤组件上的排水口排出，膜池内的微藻和污水混合液一部分回流至所述反应池内，一部分通过排藻口排出。

在优选的实施方式中，所述第一曝气装置向所述反应池内提供气体，以及所述第二曝气装置向所述膜池内提供气体均为：提供空气与二氧化碳的混合气体，所述混合气体中，二氧化碳的体积浓度为1％～2％；曝气速率为0.2v/v·min^-1～0.4v/v·min^-1。其中，曝气装置例如可以是微孔曝气条。气体产生的微气泡对反应池内的液体可以起到混匀搅拌的作用，对膜池内的膜过滤组件起到冲刷作用，控制膜污染，同时，供入的反应池和膜池中气体可以为微藻补充碳源，并能始终维持膜池和反应池内的pH在6.5-7.5之间。

在优选的实施方式中，进行污水深度处理时，反应池内为全混流反应形式，进水形式为连续进水，出水形式为连续出水，膜池内出藻方式为连续出藻，可以通过进水泵调控进入反应池内的进水流量，通过出水泵调控从膜池内出水的流量，通过回流泵调控从膜池回流至反应池内的微藻和污水混合液的流量，从而使得在步骤(2)中，微藻和污水混合液的回流比为50％～200％；污水深度处理装HRT时间为2h～6h，SRT为1天～4天。

在优选的实施方式中，所述预定的光照条件为：光照强度为350～1000μmol·m^-2·s^-1，光暗周期比为12h:12h～24h:0h；由太阳光和/或冷荧光光源提供光照。光照强度可以进一步优选为350～700μmol·m^-2·s^-1，冷荧光光源可以作为无太阳光源时的替代光源，或者当太阳光源强度不足时，作为补充光源。为保证光源的顺利穿透，当光照方式为侧面光照时，上述反应池和膜池的主体材质可以采用有机玻璃；当光照方式为上方光照时，上述反应池和膜池的主体材质可为不锈钢等不透明材质；当采用冷荧光灯光源时，荧光灯灯管可以均匀分布于光照侧，为反应池和膜池内部的微藻提供生长所需光照。

在优选的实施方式中，步骤(1)中，通过入水口进入反应池的污水中：总氮浓度为2～15mg/L，总磷浓度为0.2～1.5mg/L，化学需氧量浓度<60mg/L，例如待处理的污水可以为生活污水厂二级出水或其它低营养物污水。

在本发明中，发明人发现，即使在具有低营养的污水(总氮浓度为2～15mg/L，总磷浓度为0.2～1.5mg/L，化学需氧量<60mg/L)条件下，采用的旋转单针藻在本申请的上述装置的相应条件下，也能高效、较彻底地脱氮除磷，其具有抗干扰性强、高光强耐受性、污染物吸收高效、极低氮磷浓度耐受性强等特点，操作流程可以是，利用生活污水厂二级出水或其它低营养物污水培养微藻，向上述反应池和膜池中接种藻种，给予连续进水，在一定的二氧化碳浓度曝气和光照条件下，通过微藻吸收氮磷，从而降低进水中氮磷浓度，通过膜过滤组件分离微藻和水后，再连续出水。

在如图1所示的示例中，该污水深度处理装置包括进水泵1、反应池2、膜池3、膜过滤组件4、出水泵5、空气泵6、二氧化碳输送管7、气体混匀器8、第一曝气装置14(微孔曝气条)、第二曝气装置9(微孔曝气条)、回流泵10、出藻阀11、微藻收集池12以及光源13(太阳光或冷荧光)。其中，图中的箭头表示水、微藻和污水混合液(以下也有称藻液)或气体等的流向，污水通过进水泵1和入水口进入反应池2，经过反应池2处理后的微藻和水的混合液溢流至膜池3，膜池3内的膜过滤组件4与出水泵5相连，其将微藻和水分离后，处理后的水通过膜过滤组件4上的排水口由出水泵5排出，得到处理后的污水，膜池3内的微藻和污水混合液一部分通过回流泵10回流至反应池2内，一部分通过排藻口和出藻阀11排出至微藻收集池12，微藻收集池12内的微藻被进一步排出进行后续处理；空气通过空气泵进入气体混匀器8，与通过二氧化碳输送管进入气体混匀器8的二氧化碳混匀后，再分别输送到第一曝气装置14和第二曝气装置9中，从而向反应池和膜池内供气。

以下通过更具体的实施例对本申请做进一步阐述。

实施例1

取人工配制培养基模拟低营养物污水(TN 13～15mg/L、TP 1.3～1.5mg/L、化学需氧量<60mg/L，非氮磷组分同BG11培养基)，在反应池和膜池内接种旋转单针藻，初始接种密度约1×10⁷个/mL，模拟的低营养物污水由进水泵1进入反应池2内，调节空气泵6流量，控制微孔曝气条曝气二氧化碳浓度为1～2％，曝气速率0.2～0.3(v/v·min^-1)，调节冷荧光灯光照强度为400μmol·m^-2·s^-1，设置光暗周期比为24h/0h，反应池的HRT设置为2～4h，反应池内的藻液溢流至膜池3，通过与膜过滤组件4相连的出水泵5控制出水流量，通过出水管上压力表(未示意)监控膜过滤组件并定期清洗。膜池的HRT设置为1～2h，部分藻液通过回流泵10以50％～100％回流比回流至反应池2，膜池3内的藻液溢流至微藻收集池12，再通过排藻泵(图中未示意)排出。

本实例中，由于低停留时间设置，在低进水氮磷营养条件下，污水深度处理装置的氮磷营养负荷仍可分别达到60～95g N/(m³·d)、6～9.5g P/(m³·d)。旋转单针藻可以实现几乎完全的氮磷吸收，氮磷元素去除率均达到99％以上，出水氮磷浓度分别低于紫外分光光度法和钼锑抗分光光度法检出限(<0.02mg/L)。本装置中反应池与膜池的微藻浓度可分别达到0.75～1.2kg/m³与1.5～2.2kg/m³(干重)。微藻产量可达1～1.6kg/(m³·d)。

实施例2

取某生活污水厂实际二级出水(TN 6～12mg/L、TP 0.3～1.0mg/L、化学需氧量<60mg/L)，在反应池和膜池内接种旋转单针藻，初始接种密度约5×10⁶个/mL，二级出水由进水泵1进入反应池2内，调节空气泵6流量，控制微孔曝气条曝气二氧化碳浓度为1～2％，曝气速率0.2～0.3(v/v·min^-1)，调节冷荧光灯光照强度为350μmol·m^-2·s^-1，设置光暗周期比为12h/12h，反应池的HRT设置为3～4h，反应池内的藻液溢流至膜池3，通过与膜过滤组件4相连的出水泵5控制出水流量，通过出水管上压力表(未示意)监控膜过滤组件并给予定期清洗。膜池的HRT设置为1.5～2h，部分藻液通过回流泵10以200％回流比回流至反应池2，膜池3内的藻液溢流至微藻收集池12，再通过排藻泵(图中未示意)排出。

本实例中，污水深度处理装置的氮磷营养负荷仍可分别达到30～50g N/(m³·d)、4～6g P/(m³·d)。旋转单针藻可以实现几乎完全的氮磷吸收，氮磷元素去除率均达到99％以上，出水氮磷浓度分别低于紫外分光光度法和钼锑抗分光光度法检出限(<0.02mg/L)。本装置中反应池与膜池的微藻浓度可分别达到0.4～0.6kg/m³与0.7～1.0kg/m³(干重)。微藻产量可达0.5～0.8kg/(m³·d)。

本发明利用旋转单针微藻高效极限脱氮除磷的污水深度处理装置与方法，应用了旋转单针藻为高效极限脱氮除磷微藻，采用污水厂二沉出水或类似低氮磷组分污水，在6h以下的停留时间下，实现最高可达1.6kg/(m³·d)的微藻生长速率和95g N/(m³·d)的氮、9.5g P/(m³·d)的磷去除效率，经本装置和方法处理后，污水中氮磷去除率可达到99％以上。

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 (10)

1.一种污水深度处理装置，其特征在于：包括反应池、膜池、第一曝气装置和第二曝气装置；

所述反应池上设有入水口和微藻回流入口，所述反应池的出口与所述膜池的入口连通；

所述膜池上设有排藻口与微藻回流出口，所述膜池上的藻回流出口与所述反应池上的微藻回流入口通过回流泵和回流管连通，所述膜池内设有膜过滤组件，所述膜过滤组件上设有排水口，通过所述膜过滤组件过滤出水；

所述第一曝气装置设于所述反应池下方，用于向所述反应池内提供气体；所述第二曝气装置设于所述膜池下方，用于向所述膜池内提供气体。

2.如权利要求1所述的污水深度处理装置，其特征在于：所述膜池与反应池的体积比为1:1～1:4。

3.如权利要求1所述的污水深度处理装置，其特征在于：还包括气体混匀器，所述气体混匀器的入口分别与空气输送管和二氧化碳输送管连通，所述气体混匀器的出口分别通过管道与所述第一曝气装置和第二曝气装置连通。

4.如权利要求1所述的污水深度处理装置，其特征在于：还包括微藻收集池，所述膜池上的排藻口与所述微藻收集池连通。

5.一种污水深度处理方法，其特征在于，所述方法利用权利要求1所述的污水深度处理装置在预定的光照条件下进行，所述污水深度处理装置的反应池和膜池中均含有微藻，所述微藻为旋转单针藻；包括如下步骤：

(1)污水通过入水口进入反应池，第一曝气装置向所述反应池内提供气体，经过反应池处理后的污水和微藻混合液进入膜池；

(2)第二曝气装置向所述膜池内提供气体，膜池内的膜过滤组件将微藻和水分离，处理后的水通过膜过滤组件上的排水口排出，膜池内的微藻和污水混合液一部分回流至所述反应池内，一部分通过排藻口排出。

6.如权利要求5所述的污水深度处理方法，其特征在于，所述第一曝气装置向所述反应池内提供气体，以及所述第二曝气装置向所述膜池内提供气体均为：提供空气与二氧化碳的混合气体，所述混合气体中，二氧化碳的体积浓度为1％～2％；曝气速率为0.2v/v·min^-1～0.4v/v·min^-1。

7.如权利要求5所述的污水深度处理方法，其特征在于，步骤(2)中，所述微藻和污水混合液的回流比为50％～200％。

8.如权利要求5所述的污水深度处理方法，其特征在于，所述污水深度处理装置的水力停留时间为2h～6h；所述微藻停留时间为1天～4天。

9.如权利要求5所述的污水深度处理方法，其特征在于，所述预定的光照条件为：光照强度为350～1000μmol·m^-2·s^-1，光暗周期比为12h:12h～24h:0h；由太阳光和/或冷荧光光源提供光照。

10.如权利要求5所述的污水深度处理方法，其特征在于，步骤(1)中，通过入水口进入反应池的污水中：总氮浓度为2～15mg/L，总磷浓度为0.2～1.5mg/L，化学需氧量<60mg/L。