CN109704514A - 一种污水深度处理和浓水处置的系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种污水深度处理和浓水处置的系统及方法，系统包括超滤装置、纳滤装置、一级AO池、二级AO池、三级AO池、沉淀池、高密度沉淀池、精密过滤器、污泥浓缩池；市政污水厂的尾水进入超滤装置，利用超滤膜组件去除胶体、悬浮物等，浓水回流至污水厂原有生化系统，产水进入纳滤装置，利用纳滤膜组件去除部分溶解性盐及有机物，产水稳定达标；纳滤排放的浓水分段进入一级AO生化池、二级AO生化池、三级AO生化池，通过硝化反硝化作用降低氨氮及总氮含量；出水混合液经过沉淀池得以分离；净水流入高密度沉淀池，通过加药降低总磷含量；出水提升至精密过滤器进行过滤，排出的净水经消毒后与纳滤产水达标混排。本发明自动化程度高、出水质量好。

Description

一种污水深度处理和浓水处置的系统及方法

技术领域

本发明属于污水处理技术领域，具体涉及一种污水深度处理和浓水处置的系统及方法。

背景技术

污水深度处理是指城市污水或工业废水经一级、二级处理后，为了达到更加严格的排放或回用水标准而采取的进一步水处理过程。针对污水的原水水质和处理后的水质要求，可进一步采用三级处理或多级处理工艺。常用于去除水中的微量COD、BOD有机污染物质，悬浮物SS及氮、磷高浓度营养物质及盐类。深度处理的方法有:絮凝沉淀法、砂滤法、活性炭法、臭氧氧化法、膜分离法、离子交换法、电解处理、湿式氧化法、催化氧化法、蒸发浓缩法等物理化学方法及生物脱氮、除磷法等。深度处理方法费用昂贵，管理较复杂，必须根据污水厂原有的处理系统来选择适合的深度处理工艺，以确保得到最佳的出水效果和最经济的处理、运行成本。

生化处理工艺比较成熟，但污染物的去除效率不够高，无法去除来水中低浓度的COD、以及氮磷营养物质；活性炭法能有效吸附污染物质，降低COD，工艺简单、效果稳定、但费用较高、废弃活性炭存在二次污染；臭氧氧化法能有效降解COD及氨氮，但投资大、运行费用高；离子交换法脱氮效果较好，但树脂较贵，树脂再生产生大量废液，易造成二次污染。电解法能耗较大、脱氮效率低；氧化法污泥量大、同样存在二次污染；蒸发浓缩法能耗非常大，且不适用于处理低浓度污染物含量的废水。

采用超滤、纳滤、反渗透等膜处理工艺可有效截留有机污染物、悬浮物、溶解盐类物质，采用此组合工艺对市政污水厂的尾水进行深度处理，出水品质能稳定达到《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)Ⅲ类标准，但此组合工艺排放出的浓水含有大量污染成分，且含盐量高，无法直接排放，必须进行再次处理。

对于膜处理法排出的浓水，常用的处理方法有：催化氧化、蒸发浓缩、生化处理、活性炭吸附、絮凝沉淀等。

蒸发浓缩能耗非常高；活性炭吸附也存在处置饱和废炭的难题；催化氧化虽能有效降解浓水中的COD，但无法去除氮磷元素；仅絮凝沉淀虽能有效去除总磷，但无法去除总氮，因此，采用单一的处理工艺无法稳定有效的去除浓水中的COD及氮磷元素、悬浮物等污染物。寻找一种低能耗、出水水质好、无二次污染的浓水处理工艺显得至关重要。

发明内容

为了解决上述的技术问题，本发明提供了一种污水深度处理和浓水处置的系统及方法。

本发明的系统所采用的技术方案是：一种污水深度处理和浓水处置的系统，其特征在于：包括超滤装置、纳滤装置、一级AO生化池、二级AO生化池、三级AO生化池、沉淀池、高密度沉淀池、精密过滤器、污泥浓缩池；

污水厂原生化系统出水口通过管道与所述超滤装置连通，所述超滤装置超滤产水口通过管道与所述纳滤装置连通，所述超滤装置浓水出口通过管道与污水厂原生化系统连通；所述纳滤装置浓水排水口、一级AO生化池、二级AO生化池、三级AO生化池通过管道依次连通，所述纳滤装置产水口通过管道与外界排放点连通；所述三级AO生化池出水端通过管道与所述沉淀池连通，用于排出的泥水混合物进行固液分离；所述沉淀池排泥口通过分别于所述一级AO生化池、污泥浓缩池连通，所述沉淀池出水口通过管道与所述高密度沉淀池连通；所述高密度沉淀池排泥口通过分别于所述高密度沉淀池、污泥浓缩池连通，所述高密度沉淀池出水口通过管道与所述精密过滤器连通；所述精密过滤器出水口通过管道与外界排放点连通。

本发明的方法所采用的技术方案是：一种污水深度处理和浓水处置的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：市政污水厂排出的尾水经超滤提升泵提升进入超滤装置，利用超滤膜组件去除胶体及悬浮物，超滤装置排出的净水经纳滤提升泵提升进入纳滤装置，超滤装置排出的浓水回到污水厂原有生化系统；

步骤2：在所述纳滤装置内，通过纳滤膜组件去除水中的色度、细菌、部分溶解性盐及部分有机物，纳滤产水直接排放；纳滤装置排出的浓水进入下一步处理；

步骤3：纳滤浓水分段流入一级AO生化池、二级AO生化池、三级AO生化池；向污水中投加碳源，并控制池内溶解氧浓度，在交替的缺氧-好氧条件下，通过硝化、反硝化的作用，进一步降低COD、氨氮及总氮含量，三级AO生化池排出的泥水混合液通过沉淀池进行分离，一部分污泥回流至一级AO生化池进水管线，沉淀池出水流入高密度沉淀池；

步骤4：于高密度沉淀池内投加10-80mg/L的混凝剂、2-3mg/L的絮凝剂，将来水中的可溶性磷转化为磷酸盐沉淀，通过斜管分离后去除，降低总磷含量；同时于高密度沉淀池进水管处投加5-110mg/L的应急粉末活性炭以应对来水水质波动较大的紧急情况；

步骤5：高密度沉淀池排出的净水经出水泵的提升进入精密过滤器，通过内置滤芯的过滤作用，降低悬浮物含量、同时提升水质，出水消毒后与纳滤装置产水混合排放；

步骤6：所述沉淀池、所述高密度沉淀池中的剩余污泥排放至污泥浓缩池，经污泥泵输送至污泥脱水机，脱水后的干泥外运处理。

本发明方法具有以下特点和有益效果：

采用“超滤+纳滤”组合工艺系统对污水厂尾水进行深度处理，无需投加药剂，仅通过物理过滤即可去除尾水中的色度、细菌、部分溶解性盐及部分有机物等污染物，出水品质高可直接排放；其中纳滤浓水采用“多级多段AO池+沉淀池+高密度沉淀池+精密过滤器”组合工艺进行再次处理，多级AO串联能够取消内回流设备，上一级硝化液完全进入下一级缺氧区进行反硝化，强化了脱氮效果，提高脱氮效率。多段多级AO工艺能够更加合理的分配碳源，降低投资和运行成本。高密度沉淀池可有效去除总磷，表面负荷大，占地面积小，精密过滤器出水水质好，可与纳滤产水混合排放，系统排水满足《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)Ⅲ类标准。本发明具有设备结构紧凑、自动化程度高、出水质量好、运行效果稳定可靠、适应范围广、无任何污染物外排等有益效果。

附图说明

图1：本发明实施例的系统结构图；

图2：本发明实施例的方法流程图；

图中，1.超滤装置，2.纳滤装置，3.一级AO生化池，4.二级AO生化池，5.三级AO生化池，6.沉淀池，7.高密度沉淀池，8.精密过滤器，9.污泥浓缩池，10.超滤提升泵，11.纳滤提升泵，12.应急粉末活性炭投加装置，13污泥泵，14.污泥脱水机，15.风机，16.粉末活性炭给料机,17.炭投加罐,18.炭浆投加泵,19.出水泵。

具体实施方式

为了便于本领域普通技术人员理解和实施本发明，下面结合附图对本发明作进一步的详细描述，应当理解，此处所描述的实施示例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

请见图1，本发明提供的一种污水深度处理和浓水处置的系统，包括超滤装置1、纳滤装置2、一级AO生化池3、二级AO生化池4、三级AO生化池5、沉淀池6、高密度沉淀池7、精密过滤器8、污泥浓缩池9；

市政污水处理厂原有系统排出的尾水，通过超滤提升泵10的提升，进入超滤装置1，利用超滤膜组件截留悬浮物、大分子物质，超滤产水经过纳滤提升泵11提升至纳滤装置2，利用纳滤膜组件去除水中的色度、细菌、部分溶解性盐及部分有机物，出水水质可达到《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)Ⅲ类标准；超滤装置1排放的浓水回到污水厂原有生化系统，纳滤装置2排放的浓水分段进入一级AO生化池3、二级AO生化池4、三级AO生化池5，投加碳源，在交替的缺氧-好氧条件下，通过硝化、反硝化的作用，进一步降低氨氮及总氮含量，三级AO生化池5出水端排出的泥水混合物经过沉淀池6得以固液分离，一部分污泥回流至一级AO生化池进水管线，沉淀池出水流入高密度沉淀池7，高密度沉淀池7的进水管上设有应急粉末活性炭投加装置12，同时通过加药、混凝、沉淀对来水中的磷元素进行去除，出水经出水泵19提升后进入精密过滤器8，过滤后去除悬浮物、提升水质，出水消毒后与纳滤装置2的产水混排。沉淀池6、高密度沉淀池7中的剩余污泥排放至污泥浓缩池9中，经污泥泵13输送至污泥脱水机14，脱水后的干泥外运填埋。

本实施例的超滤装置1由超滤膜组件构成，以超滤膜丝为过滤介质，过滤方式为外压式，膜孔径在20～1000A°之间，操作压为4×10⁴Pa～7×10⁵Pa，水通量为50～60L/(m².h)，截留率≥90％，膜丝材质为聚丙烯腈，膜壳采用FRP材质。

本实施例的纳滤装置2由纳滤膜组件构成，纳滤膜材质为聚酰胺，膜壳采用FRP材质，纳滤膜表面微孔直径为1～2nm，可截留有机物的分子量为150～500，可截留溶解性盐的能力为2％～98％，工作压力为3.5～30bar。

本实施例的一级AO生化池3出水管与所述的二级AO生化池4进水管相连接，所述的二级AO生化池4出水管与所述的三级AO生化池5进水管相连接，所述的一级AO生化池3、二级AO生化池4、三级AO生化池5均包括缺氧区和好氧区，所述的一级AO生化池3、二级AO生化池4、三级AO生化池5水力停留时间分别为2～3h，3～5h，5～7h，所述的一级AO生化池3、二级AO生化池4、三级AO生化池5中缺氧区和好氧区的水力停留时间分配比分别为1:1，2:1，3:2，池底通过风机15曝气增氧，所述的纳滤浓水采用分段进水的方式，所述的一级AO生化池3、二级AO生化池4、三级AO生化池5中接纳所述的纳滤浓水的体积比例为40％、35％、25％。

本实施例的高密度沉淀池7包含混凝区，絮凝区，斜管沉淀区以及污泥回流系统和剩余污泥排放系统，所述的混凝区、絮凝区内分别投加一定剂量的混凝剂、絮凝剂，所述的斜管沉淀区内一部分污泥回流至所述的混凝区，所述的高密度沉淀池7表面负荷取值8～12m³/(m².h)，污泥循环率取值5％-10％。

本实施例的高密度沉淀池7的进水管线处还设有应急粉末活性炭投加装置12，所述的应急粉末活性炭投加装置12包括粉末活性炭给料机16、炭投加罐17、炭浆投加泵18。

本实施例的精密过滤器8筒体外壳材质为不锈钢304，内部采用PP熔喷管状滤芯作为过滤原件，使用压力为0.1～0.6Mpa，过滤精度为20～30微米。

本实施例的系统可实现PLC全自动控制。

本发明采用了“超滤+纳滤”相结合的方法对市政污水厂的尾水进行深度处理，同时对于纳滤浓水，采用“多段多级AO池+沉淀池+高密度沉淀池+精密过滤器”相结合的工艺再次处理，工艺技术原理如下：

市政污水厂尾水首先经提升进入超滤装置，在压力推动力下，污水流经膜表面，小于膜孔的水及小分子溶质透过膜，成为净水；大于膜孔的溶质及溶质集团被截留，随水流排出，成为浓水。超滤所产净水通过提升进入纳滤装置，在超过膜渗透压的压力作用下，水分子和少部分溶解盐通过选择性半透膜，成为产水；而其他的溶解盐类及胶体、有机物、细菌、微生物等杂质随浓水排出，成为浓水。纳滤产水可稳定达到地表Ⅲ类水标准。

超滤浓水回到污水厂原有的生化系统进行循环处理，纳滤浓水中含有高浓度氮磷及有机物，则进行下一步处理。纳滤浓水分段进入一级AO池、二级AO池、三级AO池，AO工艺即将前段缺氧段和后段好氧段串联在一起，A段溶解氧小于0.2mg/L，O段溶解氧为2～4mg/L。在缺氧段异养菌将污水中的淀粉、纤维、碳水化合物等悬浮污染物和可溶性有机物水解为有机酸，使大分子有机物分解为小分子有机物，不溶性的有机物转化成可溶性有机物，当这些经缺氧水解的产物进入好氧区进行好氧处理时，可提高污水的可生化性及氧的利用效率；在缺氧段，异养菌将蛋白质、脂肪等污染物进行氨化游离出氨，在充足供氧条件下，自养菌的硝化作用将NH₃-N(NH⁴⁺)氧化为NO^3-，成为硝化液。

多段多级AO工艺是将污水分多段进入生物池内的缺氧区和好氧区，使污水中的碳源有选择的供给不同功能区，优先用于厌氧释磷和反硝化脱氮等，可有效节省碳源，同时还可提高污泥浓度，减小生物池容积。多级AO串联能够取消内回流设备，上一级的硝化液完全进入下一级缺氧区进行反硝化，在缺氧条件下，异氧菌的反硝化作用将NO^3-还原为分子态氮(N₂)，强化了脱氮效果，提高脱氮效率。

三级AO池的出水经沉淀池泥水分离后，一部分污泥回流至一级AO生化池进水管线，沉淀池出水自流入高密度沉淀池，此处投加混凝剂、絮凝剂，通过反应使污水中的磷形成磷酸盐沉淀排入污泥，实现总磷脱除，同时于高密度沉淀池前端投加应急粉末活性炭以应对来水水质波动较大的紧急情况，出水提升后最终进入精密过滤器，在内置精密滤芯的过滤作用下，降低悬浮物浓度、提升水质，出水消毒后与纳滤产水混排，实现了纳滤浓水的无害处理。

请见图2，本发明提供的一种污水深度处理和浓水处置的方法，包括以下步骤：

步骤1：市政污水厂排出的尾水经超滤提升泵10提升进入超滤装置1，利用超滤膜组件去除胶体及悬浮物，超滤装置1排出的净水经纳滤提升泵11提升进入纳滤装置2，超滤装置1排出的浓水回到污水厂原有生化系统；

步骤2：在纳滤装置2内，通过纳滤膜组件去除水中的色度、细菌、部分溶解性盐及部分有机物，纳滤产水直接排放；纳滤装置2排出的浓水进入下一步处理；

步骤3：纳滤浓水分段流入一级AO生化池3、二级AO生化池4、三级AO生化池5。向污水中投加碳源，并控制池内溶解氧浓度，在交替的缺氧-好氧条件下，通过硝化、反硝化的作用，进一步降低COD、氨氮及总氮含量，三级AO生化池5排出的泥水混合液通过沉淀池6进行分离，一部分污泥回流至一级AO生化池3进水管线，沉淀池6出水流入高密度沉淀池7；一级AO生化池3、二级AO生化池4、三级AO生化池5中接纳所述纳滤浓水的体积比例为40％、35％、25％；

步骤4：于高密度沉淀池7内投加10-80mg/L的混凝剂、2-3mg/L的絮凝剂，将来水中的可溶性磷转化为磷酸盐沉淀，通过斜管分离后去除，降低总磷含量；表面负荷取值8～12m³/(m².h)，污泥循环率取值5％-10％，同时于高密度沉淀池7进水管处投加5-110mg/L的应急粉末活性炭以应对来水水质波动较大的紧急情况；

步骤5：高密度沉淀池7排出的净水经出水泵19的提升进入精密过滤器8，通过内置滤芯的过滤作用，降低悬浮物含量、同时提升水质，出水消毒后与纳滤装置2产水混合排放。

步骤6：沉淀池6、高密度沉淀池7中的剩余污泥排放至污泥浓缩池9，经污泥泵13输送至污泥脱水机14，脱水后的干泥外运填埋。

应当理解的是，本说明书未详细阐述的部分均属于现有技术。

应当理解的是，上述针对较佳实施例的描述较为详细，并不能因此而认为是对本发明专利保护范围的限制，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明权利要求所保护的范围情况下，还可以做出替换或变形，均落入本发明的保护范围之内，本发明的请求保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种污水深度处理和浓水处置的系统，其特征在于：包括超滤装置(1)、纳滤装置(2)、一级AO生化池(3)、二级AO生化池(4)、三级AO生化池(5)、沉淀池(6)、高密度沉淀池(7)、精密过滤器(8)、污泥浓缩池(9)；

污水厂原生化系统出水口通过管道与所述超滤装置(1)连通，所述超滤装置(1)超滤产水口通过管道与所述纳滤装置(2)连通，所述超滤装置(1)浓水出口通过管道与污水厂原生化系统连通；所述纳滤装置(2)浓水排水口、一级AO生化池(3)、二级AO生化池(4)、三级AO生化池(5)通过管道依次连通，所述纳滤装置(2)产水口通过管道与外界排放点连通；所述三级AO生化池(5)出水端通过管道与所述沉淀池(6)连通，用于排出的泥水混合物进行固液分离；所述沉淀池(6)排泥口通过分别于所述一级AO生化池(3)、污泥浓缩池(9)连通，所述沉淀池(6)出水口通过管道与所述高密度沉淀池(7)连通；所述高密度沉淀池(7)排泥口通过分别于所述高密度沉淀池(7)、污泥浓缩池(9)连通，所述高密度沉淀池(7)出水口通过管道与所述精密过滤器(8)连通；所述精密过滤器(8)出水口通过管道与外界排放点连通。

2.根据权利要求1所述的污水深度处理和浓水处置的系统，其特征在于：所述超滤装置(1)由超滤膜组件构成，以超滤膜丝为过滤介质，过滤方式为外压式，膜孔径在20～1000A°之间，操作压为4×10⁴Pa～7×10⁵Pa，水通量为50～60L/(m².h)，截留率≥90％，膜丝材质为聚丙烯腈，膜壳采用FRP材质。

3.根据权利要求1所述的污水深度处理和浓水处置的系统，其特征在于：所述纳滤装置(2)由纳滤膜组件构成，纳滤膜材质为聚酰胺，膜壳采用FRP材质，纳滤膜表面微孔直径为1～2nm，可截留有机物的分子量为150～500，可截留溶解性盐的能力为2％～98％，工作压力为3.5～30bar。

4.根据权利要求1所述的污水深度处理和浓水处置的系统，其特征在于：所述一级AO生化池(3)、二级AO生化池(4)、三级AO生化池(5)均包括缺氧区和好氧区，所述一级AO生化池(3)、二级AO生化池(4)、三级AO生化池(5)水力停留时间分别为2～3h，3～5h，5～7h，所述一级AO生化池(3)、二级AO生化池(4)、三级AO生化池(5)中缺氧区和好氧区的水力停留时间分配比分别为1:1，2:1，3:2，所述一级AO生化池(3)、二级AO生化池(4)、三级AO生化池(5)配置有风机(15)，池底均通过风机(15)曝气增氧。

5.根据权利要求1所述的污水深度处理和浓水处置的系统，其特征在于：所述高密度沉淀池(7)包含混凝区、絮凝区、斜管沉淀区以及污泥回流系统和剩余污泥排放系统；所述混凝区、絮凝区内分别投加一定剂量的混凝剂、絮凝剂，所述斜管沉淀区内一部分污泥回流至所述混凝区。

6.根据权利要求1所述的污水深度处理和浓水处置的系统，其特征在于：所述高密度沉淀池(7)还配置有应急粉末活性炭投加装置(12)，所述应急粉末活性炭投加装置(12)包括粉末活性炭给料机(16)、炭投加罐(17)、炭浆投加泵(18)。

7.根据权利要求1-6任意一项所述的污水深度处理和浓水处置的系统，其特征在于：所述精密过滤器(8)筒体外壳材质为不锈钢304，内部采用PP熔喷管状滤芯作为过滤原件，使用压力为0.1～0.6Mpa，过滤精度为20～30微米。

8.一种污水深度处理和浓水处置的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：市政污水厂排出的尾水经超滤提升泵(10)提升进入超滤装置(1)，利用超滤膜组件去除胶体及悬浮物，超滤装置(1)排出的净水经纳滤提升泵(11)提升进入纳滤装置(2)，超滤装置(1)排出的浓水回到污水厂原有生化系统；

步骤2：在所述纳滤装置(2)内，通过纳滤膜组件去除水中的色度、细菌、部分溶解性盐及部分有机物，纳滤产水直接排放；纳滤装置(2)排出的浓水进入下一步处理；

步骤3：纳滤浓水分段流入一级AO生化池(3)、二级AO生化池(4)、三级AO生化池(5)；向污水中投加碳源，并控制池内溶解氧浓度，在交替的缺氧-好氧条件下，通过硝化、反硝化的作用，进一步降低COD、氨氮及总氮含量，三级AO生化池(5)排出的泥水混合液通过沉淀池(6)进行分离，一部分污泥回流至一级AO生化池(3)进水管线，沉淀池(6)出水流入高密度沉淀池(7)；

步骤4：于高密度沉淀池(7)内投加10-80mg/L的混凝剂、2-3mg/L的絮凝剂，将来水中的可溶性磷转化为磷酸盐沉淀，通过斜管分离后去除，降低总磷含量；同时于高密度沉淀池(7)进水管处投加5-110mg/L的应急粉末活性炭以应对来水水质波动较大的紧急情况；

步骤5：高密度沉淀池(7)排出的净水经出水泵(19)的提升进入精密过滤器(8)，通过内置滤芯的过滤作用，降低悬浮物含量、同时提升水质，出水消毒后与纳滤装置(2)产水混合排放；

步骤6：所述沉淀池(6)、所述高密度沉淀池(7)中的剩余污泥排放至污泥浓缩池(9)，经污泥泵(13)输送至污泥脱水机(14)，脱水后的干泥外运处理。

9.根据权利要求8所述的污水深度处理和浓水处置的方法，其特征在于：步骤3中，所述的纳滤浓水采用分段进水的方式，所述一级AO生化池(3)、二级AO生化池(4)、三级AO生化池(5)中接纳所述纳滤浓水的体积比例为40％、35％、25％。

10.根据权利要求8所述的污水深度处理和浓水处置的方法，其特征在于：步骤4中，所述高密度沉淀池(7)表面负荷取值8～12m³/(m².h)，污泥循环率取值5％-10％。