CN110510824B - 一种基于混凝强化膜生物反应池的污水处理设备及污水处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于混凝强化膜生物反应池的污水处理设备及污水处理方法，包括膜生物反应池，膜生物反应池内设有分隔板，分隔板将膜生物反应池分隔成升流区和降流区；升流区内设有膜分离组件，膜分离组件下方设有曝气头，曝气头与压缩空气管连通，升流区上部设有第一混凝剂投加单元；降流区上部设有第二混凝剂投加单元；进水管，进水管与膜生物反应池的进水口连通；出水管，出水管与膜分离组件的出水口连通，在出水管上设有抽吸泵。本发明使出水能达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918—2002)一级排放标准A标准，并且处理设备能够长时间稳定地运行，膜组件化学药剂清洗频率低。
Description
技术领域
本发明属于污水处理技术领域，更具体地，涉及一种基于混凝强化膜生物反应池的污水处理设备及污水处理方法。
背景技术
膜生物反应池MBR是将膜分离技术和生物反应器结合而成的一个新的污水处理工艺。它把膜分离与生物降解结合起来，以膜分离装置取代普通生物反应器中的二沉池，从而取得高效的固液分离效果。MBR作为一种新型的高效水处理技术，日益受到各国的水处理技术研究者的关注。与传统生物处理相比，该技术能使处理水水质好且稳定、剩余污泥产生量少，占地少等优点，具有良好的发展前景。虽然MBR是一高效的水处理技术，然而作为一种新型的技术其仍然存在自身的缺陷。目前，运行能耗和膜污染问题是限制MBR广泛应用的主要瓶颈。其中曝气能耗是决定MBR运行能耗的根本原因，其占整个运行能耗的80％以上。另外，由于膜在运行过程中容易受到污染，即指与膜接触的料液中的微粒、胶体粒子或溶质大分子与膜存在物理、化学、生化作用或机械作用，引起膜面或膜孔内吸附、沉积以及微生物在膜水界面的积累，造成膜孔径变小或堵塞，使膜产生透过流量与分离特性大幅度降低的现象造成膜通量下降，增加了膜清洗频率和膜的更换频率，直接影响了膜组件的效率和使用寿命，阻碍了其在实际中的广泛应用。因此，发明一种能高效去除污染物质，并且尽量少用化学清洗或无需化学清洗控制，使系统能够连续稳定地运行，保证出水水质和产水量的新的MBR工艺成了水处理技术人员研究的热点问题。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的缺陷，提供一种通过混凝强化MBR膜生物反应池的污水处理设备及污水处理方法。通过该处理设备不仅能高效降解水中有机污染物质，同时还具有脱氮除磷功能，使出水能达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918—2002)一级排放标准A标准，并且处理设备能够长时间稳定地运行，膜组件化学药剂清洗频率低，大大降低运行成本。
为了实现上述目的，本发明的一方面提供一种基于混凝强化膜生物反应池的污水处理设备，该污水处理设备包括：
膜生物反应池，所述膜生物反应池内设置有分隔板，所述分隔板将所述膜生物反应池分隔成升流区和降流区，所述升流区和降流区之间能够进行水流循环流动；所述升流区内设置有膜分离组件，所述膜分离组件下方设置有曝气头，所述曝气头与压缩空气管连通，所述升流区上部设置有第一混凝剂投加单元；所述降流区上部设置有第二混凝剂投加单元；
进水管，所述进水管与所述膜生物反应池的进水口连通；
出水管，所述出水管与所述膜分离组件的出水口连通，在所述出水管上设置有抽吸泵。
本发明的另一方面提供一种污水处理方法，采用上述污水处理设备，该污水处理方法包括：
(1)在膜生物反应池内先投加活性污泥微生物，然后在升流区持续投加第一混凝剂并且持续通入压缩空气，同时在降流区持续投加第二混凝剂，使原水在膜生物反应池内进行微生物降解和混凝处理；
(2)处理后的水在抽吸泵的抽吸作用下通过膜分离组件进行固液分离，得到处理水。
本发明的技术方案具有如下优点：
(1)本发明中，在膜生物反应池的升流区投加传统铝盐AlCl3混凝剂，AlCl3水解后转化为单体和低聚物，这些水解产物在混合液中分布均匀，向活性污泥微生物絮体内部渗透能力强，与活性污泥微生物小絮体结合。同时水解产物中的铝元素主要通过沉淀分布在小絮体中心形成微晶核，微生物小絮体以微晶核为中心聚集形成较小的密实颗粒，随着晶核的逐渐形成，越来越多的微生物聚集在晶核上生长，形成具有一定粒径和机械强度的微生物絮凝体。较高的机械强度表明AlCl3的投加使得微生物絮凝体结构更加紧密，其内部的微生物具有良好的稳定性。
(2)污水在升流区经过AlCl3混凝反应后，进入降流区，在降流区投加聚合氯化铝(PAC)进行混凝反应，利用在水解缩合过程中产生的高价多核配合物的压缩双电层和吸附电中和以及架桥作用，使混合液中的活性污泥微生物絮凝体进一步进行絮凝，形成更大的絮凝体。
(3)由于AlCl3混凝和聚合氯化铝(PAC)混凝的协同效应，使反应池中的微生物絮凝体结构密实，比重大，尺寸大，使得微生物絮凝体在反应池内免遭气水剪切力的破碎，维持了微生物絮凝体结构的稳定，同时絮凝体结构致密可压缩性低，沉降性能好，体系内尺寸微小而又松散的絮凝体很少，大大减轻了MBR膜面的吸附沉积和膜孔内的阻塞，减缓了膜污染，延长了膜的使用寿命，而且当膜污染后清洗方法简便，膜通量恢复率高。
(4)膜生物反应池内由于微生物絮凝体尺寸大，沿传质方向产生溶解氧梯度，从而在絮凝体表面和内部产生好氧区、兼氧区和厌氧区，使异养菌、硝化菌和反硝化菌等共存于一个体系中，从而形成有利于实现同步硝化反硝化的微环境，同时混凝剂水解反应产生的金属铝离子与污水中的磷酸根发生反应，生成金属磷酸盐絮状物被MBR分离膜截留，最后从污泥排放管中排出。因此本发明能使MBR膜生物反应池中有机物降解、硝化及反硝化脱氮以及化学除磷反应同步进行，大大减少了构筑物和管路系统，简化了工艺流程。
(5)本发明的技术方案中所形成的微生物絮凝体比较密实且表面较光滑，存在明显边界，由于密度和尺寸相对于传统微生物絮凝体要大得多，在反应器内曝气的过程中，微生物絮凝体体积和气泡体积相差不大，使得微生物絮凝体和气泡是一种碰撞关系，这种碰撞关系并不会随着反应器内活性污泥微生物浓度的增大而改变，所以气液接触面积也不会随着活性污泥微生物浓度的增大而减小，相反的是这种碰撞作用起到了一种搅拌的作用，使得膜生物反应池内气液传质方面有着明显的优势，本发明和传统MBR膜生物反应器相比，在维持反应池内同样浓度的溶解氧条件下，本发明需要的曝气量就会相应减少，节省了能耗。
本发明的其它特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
通过结合附图对本发明示例性实施方式进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本发明示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。
图1示出了根据本发明的一个实施例的基于混凝强化膜生物反应池的污水处理设备的示意性结构图。
附图标记说明：
1、进水管；2、膜生物反应池；3、分隔板；4、升流区；5、降流区；6、膜分离组件；7、压缩空气管；8、曝气头；9、第一混凝剂投加单元；10、第二混凝剂投加单元；11、出水管；12、抽吸泵；13、排泥管
具体实施方式
下面将更详细地描述本发明的优选实施方式。虽然以下描述了本发明的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。
本发明的一方面提供一种基于混凝强化膜生物反应池的污水处理设备，该污水处理设备包括：
膜生物反应池，所述膜生物反应池内设置有分隔板，所述分隔板将所述膜生物反应池分隔成升流区和降流区，所述升流区和降流区之间能够进行水流循环流动；所述升流区内设置有膜分离组件，所述膜分离组件下方设置有曝气头，所述曝气头与压缩空气管连通，所述升流区上部设置有第一混凝剂投加单元；所述降流区上部设置有第二混凝剂投加单元；
进水管，所述进水管与所述膜生物反应池的进水口连通；
出水管，所述出水管与所述膜分离组件的出水口连通，在所述出水管上设置有抽吸泵。
本发明中，膜生物反应池内含有一定浓度的活性污泥微生物，原水(即经过格栅、沉砂池、初沉池等构筑物进行预处理后的生活污水)通过进水管进入MBR膜生物反应池中的升流区，在膜生物反应池的升流区内设有膜分离组件，在膜分离组件下方设有曝气头，曝气头安装在压缩空气管上，向膜生物反应池中通入压缩空气供氧，污水中的污染物质在膜生物反应池内的活性污泥微生物的作用下被降解去除。同时在升流区设有第一混凝剂投加单元向升流区投加第一混凝剂进行混凝反应，升流区的污水在底部曝气的作用下向上流动，并越过分隔板进入降流区，在降流区设有第二混凝剂投加单元向降流区投加第二混凝剂进行混凝反应。降流区的污水通过分隔板底部的回流间隙回流至升流区，形成循环流动。经过本发明的处理装置处理后的水在抽吸泵的抽吸作用下通过膜分离组件进行固液分离后能达标排放或根据需要回收利用。
根据本发明，优选地，所述分隔板沿竖直方向的一端低于所述膜生物反应池的液面，以使所述升流区水流能够流向所述降流区，另一端与所述膜生物反应池的内底面形成回流间隙，以使所述降流区水流能够回流到所述升流区。
本发明中，优选地，分隔板沿竖直方向的一端与膜生物反应池的液面的距离能够保证污水流向降流区的流速V为0.7-1.0m/s；分隔板沿竖直方向的另一端与膜生物反应池的内底面形成的回流间隙大小能够保证污水流经回流间隙的流速V为0.7-1.0m/s。
根据本发明，优选地，所述第一混凝剂投加单元为AlCl3混凝剂投加单元；优选为AlCl3混凝剂投加管；
所述第二混凝剂投加单元为聚合氯化铝混凝剂(PAC)投加单元；优选为聚合氯化铝混凝剂投加管。
根据本发明，优选地，所述曝气头为多个。
根据本发明，优选地，所述抽吸泵与时间继电器连接。
本发明中，所述抽吸泵与时间继电器可以为电连接或通讯连接。抽吸泵采用间歇运行方式，由时间继电器控制，采用间歇抽吸操作模式旨在通过定期的停止膜过滤，使沉积在膜表面上的污泥在水力作用下从膜表面脱落出来，使膜的过滤性能得以恢复。
根据本发明，优选地，所述污水处理设备还包括排泥管，所述排泥管与所述膜生物反应池的底部连通。
本发明中，优选地，所述排泥管上还设置有控制阀；通过排泥管定期将膜生物反应池中的污泥排出。
本发明中，作为优选方案，所述膜分离组件所用膜的孔径为0.4-0.8μm。
本发明的另一方面提供一种污水处理方法，采用上述污水处理设备，该污水处理方法包括：
(1)在膜生物反应池内先投加活性污泥微生物，然后在升流区持续投加第一混凝剂并且持续通入压缩空气，同时在降流区持续投加第二混凝剂，使原水在膜生物反应池内进行微生物降解和混凝处理；
(2)处理后的水在抽吸泵的抽吸作用下通过膜分离组件进行固液分离，得到处理水。
本发明中，活性污泥微生物为设备运行初始阶段一次性投加，其投加量为0.15-0.4kgCOD/kgMLSS·d；第一混凝剂和第二混凝剂为运行过程中持续投加，原水中的污染物质在膜生物反应池内的活性污泥微生物的作用下被降解去除，同时通过升流区投加的第一混凝剂进行混凝反应，升流区的污水在底部曝气的作用下向上流动，并越过分隔板进入降流区，通过降流区投加的第二混凝剂再次进行混凝反应，降流区的污水通过分隔板底部的回流间隙回流至升流区，形成循环流动
根据本发明，优选地，所述抽吸泵与时间继电器连接，处理后的水在抽吸泵的间歇式抽吸作用下通过所述分离膜组件进行固液分离，得到处理水。
本发明中，抽吸泵采用间歇运行方式，由时间继电器控制，采用间歇抽吸操作模式旨在通过定期的停止膜过滤，使沉积在膜表面上的污泥在水力作用下从膜表面脱落出来，使膜的过滤性能得以恢复。
根据本发明，优选地，所述第一混凝剂为AlCl3，所述第二混凝剂为聚合氯化铝(PAC)。
根据本发明，优选地，所述持续通入压缩空气的气水比为25-45:1；
所述升流区的水力停留时间为7-10h，所述降流区的水力停留时间为0.2-0.5h；
以所述第一混凝剂的阳离子计，所述第一混凝剂的投加浓度为10-20mg/L；以所述第二混凝剂的阳离子计，所述第二混凝剂的投加浓度为10-15mg/L；；
所述膜生物反应池的污泥负荷为0.15-0.4kgCOD/kgMLSS·d。
本发明中，第一混凝剂和第二混凝剂的投加浓度是指相对于进水的投加浓度，即相对于1L的流入原水，第一混凝剂的投加量为10-20mg；相对于1L的流入原水，第二混凝剂的投加量为10-15mg。
以下通过实施例进一步说明本发明：
实施例
如图1所示，本实施例提供一种基于混凝强化膜生物反应池的污水处理设备，该污水处理设备包括：膜生物反应池2，所述膜生物反应池2内设置有分隔板3，所述分隔板3将所述膜生物反应池2分隔成升流区4和降流区5，所述升流区4和降流区5之间能够进行水流循环流动；所述升流区4内设置有膜分离组件6，所述膜分离组件6下方设置有多个曝气头8，所述多个曝气头8与压缩空气管7连通，所述升流区4上部设置有第一混凝剂投加单元9；所述降流区5上部设置有第二混凝剂投加单元10；进水管1，所述进水管1与所述膜生物反应池2的进水口连通；出水管11，所述出水管11与所述膜分离组件6的出水口连通，在所述出水管11上设置有抽吸泵12；排泥管13，所述排泥管13与所述膜生物反应池2的底部连通；其中，所述分隔板3沿竖直方向的一端低于所述膜生物反应池2的液面，以使所述升流区4水流能够流向所述降流区5，另一端与所述膜生物反应池2的内底面形成回流间隙，以使所述降流区5水流能够回流到所述升流区4；所述第一混凝剂投加单元9为AlCl3混凝剂投加管；所述第二混凝剂投加单元10为聚合氯化铝混凝剂投加管；所述抽吸泵12与时间继电器(未示出)连接；所述膜分离组件6所用膜的孔径为0.6μm。
利用上述污水处理设备进行污水处理，该污水处理方法包括如下步骤：
(1)在膜生物反应池内先投加活性污泥微生物，然后在升流区4持续投加AlCl3并且持续通入压缩空气，同时在降流区5持续投加聚合氯化铝，使原水在膜生物反应池2内进行生物降解和混凝处理；
(2)处理后的水在抽吸泵12的间歇式抽吸作用下通过所述分离膜组件6进行固液分离，得到处理水。
其中，所述持续通入压缩空气的气水比为33:1；原水在膜生物反应池2内的水力停留时间为8.9h(其中升流区4的水力停留时间为8.5h，降流区5的水力停留时间为0.4h)；以Al3+计，所述AlCl3的投加浓度为15mg/L，以Al3+计，聚合氯化铝(PAC)的投加浓度为12mg/L；所述膜生物反应池2的污泥负荷为0.25kgCOD/kgMLSS·d；抽吸泵12间断运行，开15min，停2min。
待处理的原水CODcr为264mg/L，NH3-N浓度为22mg/L，总氮TN为45mg/L，总磷TP为4.8mg/L；利用本实施例的上述处理方法处理后，出水CODcr降为19mg/L，NH3-N浓度为0.6mg/L，总氮TN降为5.8mg/L，总磷TP降为0.46mg/L。处理后的出水达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918—2002)一级排放标准A标准；
本实施例中膜通量初始值为10L/m2·h，在30天的运行过程中，膜通量一直维持在9.2L/m2·h以上，无需停止过滤过程进行化学清洗。
以上已经描述了本发明的实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的实施例。在不偏离所说明的实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。
Claims (5)
1.一种污水处理方法，其特征在于，采用如下基于混凝强化膜生物反应池的污水处理设备，该污水处理方法包括：
（1）在膜生物反应池内先投加活性污泥微生物，然后在升流区持续投加第一混凝剂并且持续通入压缩空气，同时在降流区持续投加第二混凝剂，使原水在膜生物反应池内进行微生物降解和混凝处理；
（2）处理后的水在抽吸泵的抽吸作用下通过膜分离组件进行固液分离，得到处理水；
其中，所述第一混凝剂为AlCl3，所述第二混凝剂为聚合氯化铝；
其中，所述抽吸泵与时间继电器连接，处理后的水在抽吸泵的间歇式抽吸作用下通过所述膜分离组件进行固液分离，得到处理水；
所述持续通入压缩空气的气水比为25-45:1；
所述升流区的水力停留时间为7-10h，所述降流区的水力停留时间为0.2-0.5h；
以所述第一混凝剂的阳离子计，所述第一混凝剂的投加浓度为10-20mg/L；以所述第二混凝剂的阳离子计，所述第二混凝剂的投加浓度为10-15mg/L；
所述膜生物反应池的污泥负荷为0.15-0.4kgCOD/kgMLSS•d；
所述基于混凝强化膜生物反应池的污水处理设备，包括：
膜生物反应池，所述膜生物反应池内设置有分隔板，所述分隔板将所述膜生物反应池分隔成升流区和降流区，所述升流区和降流区之间能够进行水流循环流动；所述升流区内设置有膜分离组件，所述膜分离组件下方设置有曝气头，所述曝气头与压缩空气管连通，所述升流区上部设置有第一混凝剂投加单元；所述降流区上部设置有第二混凝剂投加单元；
进水管，所述进水管与所述膜生物反应池的进水口连通；
出水管，所述出水管与所述膜分离组件的出水口连通，在所述出水管上设置有抽吸泵；
所述第一混凝剂投加单元为AlCl3；
混凝剂投加单元；所述第二混凝剂投加单元为聚合氯化铝混凝剂投加单元。
2.根据权利要求1所述的污水处理方法，其中，所述分隔板沿竖直方向的一端低于所述膜生物反应池的液面，以使所述升流区水流能够流向所述降流区，另一端与所述膜生物反应池的内底面形成回流间隙，以使所述降流区水流能够回流到所述升流区。
3.根据权利要求1所述的污水处理方法，其中，所述第一混凝剂投加单元为AlCl3混凝剂投加管；
所述第二混凝剂投加单元为聚合氯化铝混凝剂投加管。
4.根据权利要求1所述的污水处理方法，其中，所述曝气头为多个。
5.根据权利要求1所述的污水处理方法，其中，所述污水处理设备还包括排泥管，所述排泥管与所述膜生物反应池的底部连通。
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