CN110655280A - 一种基于多点进水-mabr工艺的分散式污水处理工艺及其处理系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于多点进水‑MABR工艺的分散式污水处理工艺及其处理系统，污水经分流器分流，分别进入一级缺氧池和二级缺氧池，一级缺氧池出水进入一级好氧池，一级好氧池内设有若干组疏水性MABR膜组件，一级好氧池出水进入二级缺氧池，二级缺氧池出水进入二级好氧池，二级好氧池内设有若干组亲水性MABR膜组件，二级好氧池出水进入沉淀池实现固液分离，沉淀池出水最终经紫外消毒处理后达标排放。本发明装机功率低、运行成本低、不需要污泥回流、脱氮效果好、占地面积紧凑，极其适合于农村等分散式生活污水处理。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于多点进水-MABR工艺的分散式污水处理工艺及其处理系统，属于废水处理领域。
背景技术
农村、度假村等通常与城区距离非常远，且比较分散，不适合于大规模修建管网，收集入城镇污水处理厂进行集中处理，适合于就地进行分散式污水处理。农村等污水受条件、习惯和季节气候等因素的影响，农村等废水的水量和水质波动性大，排水管网不完善，COD等有机物一般要低于城镇污水处理厂，缺乏专业的污水处理人员。且由于农村经济水平较低，农村对污水处理费用的承受能力比较低，运行费用高的分散式设备大部分都处于闲置状态中。针对我国农村污水的现状，开发运行费用低、适用性强、操作简单的分散式污水处理设备，是农村水环境综合整治，乃至美丽乡村建设的关键。
膜曝气生物反应器(MABR)是利用透氧膜作为微生物生长的载体，同时又利用其为附着生长的微生物供氧，是一种将气体分离膜技术与生物膜法处理技术相结合的新型水处理技术。MABR最主要的优点是利用透氧膜实现无泡曝气，氧气的利用率非常高，且MABR的原理为渗透扩散，不需要很高的风压，可以极大地降低风机的装机功率。同时MABR可以同步实现硝化和反硝化，对总氮有较高的去除率。MABR作为一种非常有前景的分散式污水处理技术，现在还存在以下问题制约MABR的大规模应用：
1、由于农村污水管网不完善，农村污水排放无规律等，农村污水的水质和水量变化非常大。在即使建设较大容积的调节池情况下，一体化设备的进水水质也变化极大，对MABR等一体化设备有比较大的冲击，且不同地方农村的水质变化很大，尤其是当废水进水浓度非常低时，会造成现有一体化设备功能性冗余，或脱氮效果不佳。
2、传统MABR膜系统由于需要挂生物膜，且生物膜的厚度比较厚，导致MABR膜填充密度比较低，MABR的透氧量也低，MABR组件比较大，需要比较大的MABR反应器实现生物脱氮。
发明内容
为了解决现有分散式污水处理存在的技术问题，本发明旨在开发一种运行成本低、占地面积比较小、操作简单的基于多点进水-MABR工艺的分散式污水处理工艺及其标准化、一体化处理系统。
为了实现上述技术目的，本发明提供了一种基于多点进水-MABR工艺的分散式污水处理工艺，污水经分流器分流，分别进入一级缺氧池和二级缺氧池，一级缺氧池出水进入一级好氧池，一级好氧池内设有若干组疏水性MABR膜组件，一级好氧池出水进入二级缺氧池，二级缺氧池出水进入二级好氧池，二级好氧池内设有若干组亲水性MABR膜组件，二级好氧池出水进入沉淀池实现固液分离，沉淀池出水最终经紫外消毒处理后达标排放。
优选的，所述分流器的分流比(即一级缺氧池和二级缺氧池的进水量之比)为1-10，当处理低碳氮比(BOD5/总氮)的生活污水时(有机物浓度低，碳源不足，碳氮比低于4)，分流比取1-5；而处理高碳氮比的生活污水时(碳源充足，碳氮比高于4)，分流比取6-10。农村等分散式污水进水水质差异非常大，水质波动性非常大，根据污水水质成分的不同，通过调节一级缺氧池和二级缺氧池的进水量，协同各处理水池的停留时间，可以实现低有机物浓度下生物脱氮。当处理低碳氮比的生活污水时，减小分流比，减少一级缺氧池的进水量，增加直接进入二级缺氧池的进水量，生活污水中的有机物优先用于缺氧池反硝化脱氮，不需要补加碳源；当处理碳源充足的生活污水时，提高分流比，增加一级缺氧池的进水量，减少直接进入二级缺氧池的进水量，生活污水中的有机物部分满足生物脱氮，更多地在好氧段得到降解。本发明适用范围广，非常适合低浓度和水质波动较大的生活污水处理。
优选的，所述疏水性MABR膜组件为中空纤维式，疏水性MABR膜为硅橡胶类，例如含PDMS、PTMSP及其衍生物的材料；氟塑料类，例如含PDVF、PTFE及衍生物的材料；聚醚类，例如PEBA；所述亲水性MABR膜组件为中空纤维式，亲水性MABR膜采用聚亚酰胺类、聚酯类或聚乙烯醇类。亲水膜组件有利于生物膜挂膜。本发明采用缺氧-好氧-缺氧-好氧反应系统，第一级好氧段采用疏水性MABR膜组件，第二级好氧段采用亲水性MABR膜组件。第一级好氧池停留时间较短，为短程硝化反应器，出水进入二级缺氧池进行脱氮。短程硝化反应器需要较低的停留时间，需要较高的曝气量。为保证无泡曝气和短程硝化反应，第一级好氧池采用透氧量大的疏水性MABR膜组件。疏水性MABR膜组件的氧气透过性高于亲水性MABR膜组件，且表面不易挂生物膜，氧气的传递阻力要小，可以实现更大的曝气量。第二级好氧池采用亲水性MABR膜组件进行无泡曝气，亲水性MABR的透氧量要小，且有利于生物膜的挂膜，生物膜挂膜可以在好氧池内进行同步硝化和反硝化作用，实现生物脱氮。
优选的，疏水性MABR膜组件的填充密度为20-80％，亲水性MABR膜组件的填充密度为10-40％。疏水性MABR膜组件只是维持无泡曝气的功能，实现短程硝化，可以选用较高的膜组件填充密度；而亲水性MABR膜组件要实现无泡曝气和生物挂膜，膜组件的填充密度低。
优选的，所述一级缺氧池的水力停留时间为0.5-2h；一级好氧池的水力停留时间为0.5-2h；二级缺氧池的水力停留时间为1-3h；二级好氧池的水力停留时间为1-4h。
优选的，一级好氧池的曝气风压为0.01-0.05Mpa，二级好氧池的曝气风压为0.02-0.1Mpa。
优选的，所述二级好氧池内设有微型搅拌机，保证污泥处于悬浮状态，有利于亲水性MABR膜组件上生物膜的挂膜。
本发明还提供了一种基于多点进水-MABR工艺的分散式污水处理系统，包括分流器、一级缺氧池、一级好氧池、二级缺氧池、二级好氧池、沉淀池和紫外消毒池，所述分流器通过进水管分别与一级缺氧池和二级缺氧池相连，所述一级缺氧池、一级好氧池、二级缺氧池、二级好氧池、沉淀池和紫外消毒池依次连接，所述一级好氧池内设有若干组疏水性MABR膜组件，二级好氧池内设有若干组亲水性MABR膜组件。
优选的，所述疏水性MABR膜组件为中空纤维式，疏水性MABR膜为硅橡胶类，例如含PDMS、PTMSP及其衍生物的材料；氟塑料类，例如含PDVF、PTFE及衍生物的材料；聚醚类，例如PEBA；所述亲水性MABR膜组件为中空纤维式，亲水性MABR膜采用聚亚酰胺类、聚酯类或聚乙烯醇类。
优选的，疏水性MABR膜组件的填充密度为20-80％，亲水性MABR膜组件的填充密度为10-40％。疏水性MABR膜组件只是维持无泡曝气的功能，实现短程硝化，可以选用较高的膜组件填充密度；而亲水性MABR膜组件要实现无泡曝气和生物挂膜，膜组件的填充密度低。
优选的，所述二级好氧池内设有微型搅拌机，保证污泥处于悬浮状态，有利于亲水性MABR膜组件上生物膜的挂膜。
本工艺无需要污泥回流和硝化液回流，主要用电设备为风机和二级MABR微型搅拌器等，装机功率非常低，操作简单，极其适用于农村等分散式污水处理。
农村污水主要存在水质波动性大、碳氮比一般比较低等问题，MABR反应器是一种脱氮效果比较好、运行成本比较低的水处理技术，在处理农村污水的过程中仍然存在抗水质冲击比较差，脱氮效果还需要提升等问题。本发明创新性地采用多点进水和疏水-亲水两级MABR耦合系统，成功地解决了污水波动性大和低有机物浓度下生物脱氮困难的问题。本发明采用多点进水的方式，解决了污水波动性的问题，既适合于有机物浓度较高常规生活污水，又适合低浓度生活污水的处理。当处理低浓度生活污水时，采用多点进水，反应器可以优先利用污水中的有机物，进行反硝化反应，优先实现脱氮，提高MABR反应器的生物脱氮效果。与传统MABR系统相比，本发明创新性采用了疏水和亲水两级MABR系统。在一级好氧段采用疏水性MABR系统，提高了一级好氧段的MABR膜系统填充密度，提高了低容积下的MABR系统的无泡曝气量，减少了一级好氧段的容积，为短程硝化反应提供了良好的条件，有利于后续生物脱氮。第二级好氧段采用亲水性MABR系统，实现无泡曝气和同步硝化反硝化作用，进一步实现生物脱氮。进一步降低了污水处理过程中的运行费用。本发明简单、高效，生物脱氮好，成本低，可以实现大规模应用。
附图说明
图1为本发明一种基于多点进水-MABR工艺的分散式污水处理系统示意图，其中：1、分流器，2、一级缺氧池，3、一级好氧池，4、疏水性MABR膜组件，5、二级缺氧池，6、二级好氧池，7、亲水性MABR膜组件，8、微型搅拌机，9、沉淀池，10、紫外消毒池，11、进水管。
具体实施方式
本发明由下列实施例进一步说明，但不受这些实施例的限制。
如图1所示，为本发明一种优选的基于多点进水-MABR工艺的分散式污水处理系统，包括分流器1、一级缺氧池2、一级好氧池3、二级缺氧池5、二级好氧池6、沉淀池9和紫外消毒池10，所述分流器1通过进水管11分别与一级缺氧池2和二级缺氧池5相连，所述一级缺氧池2、一级好氧池3、二级缺氧池5、二级好氧池6、沉淀池9和紫外消毒池10依次连接，所述一级好氧池3内设有若干组疏水性MABR膜组件4，二级好氧池6内设有若干组亲水性MABR膜组件7和微型搅拌机8。
所述疏水性MABR膜组件4为中空纤维式，疏水性MABR膜组件只是维持无泡曝气的功能，实现短程硝化，可以选用较高的膜组件填充密度，例如20-80％，疏水性MABR膜为硅橡胶类，例如含PDMS、PTMSP及其衍生物的材料；氟塑料类，例如含PDVF、PTFE及衍生物的材料；聚醚类，例如PEBA；所述亲水性MABR膜组件7为中空纤维式，亲水性MABR膜组件要实现无泡曝气和生物挂膜，膜组件的填充密度低，例如10-40％，亲水性MABR膜采用聚亚酰胺类、聚酯类或聚乙烯醇类。
实施例1
以南方某农村生活污水为进水，进水水质COD为110mg/L，BOD5为60mg/L，氨氮为15mg/L，总氮为25mg/L。采用图1的处理系统，根据碳氮比为2.4，生活污水按分流比2：1通过分流器分别进入一级缺氧池和二级缺氧池，一级缺氧池出水进入一级好氧池，一级好氧池内设有若干组中空纤维式的疏水性MABR膜组件，疏水性MABR膜为PDMS膜，一级好氧池出水进入二级缺氧池，二级缺氧池出水进入二级好氧池，二级好氧池内设有若干组中空纤维式的亲水性MABR膜组件，亲水性MABR膜为聚酰胺膜，然后经沉淀池实现固液分离，最终经紫外消毒池达标排放。一级好氧池曝气风压在0.01-0.03Mpa，pH控制在7.5-8.0，二级好氧池曝气风压在0.02-0.03Mpa，pH控制在7.5-8.0，一级缺氧池的水力停留时间1h，一级好氧池的水力停留时间1.5h，二级缺氧池的水力停留时间1.5h，二级好氧池的水力停留时间2h，本实施例的处理系统运行稳定后，经检测其出水指标为COD<40mg/L，氨氮<5mg/L，总氮<10mg/L，对总氮的去除率为＞60％。
实施例2
以南方某农村生活污水为进水，进水水质COD为80mg/L，BOD5为40mg/L，氨氮为10mg/L，总氮为20mg/L。采用图1的处理系统，根据碳氮比为2，生活污水按分流比1：1通过分流器分别进入一级缺氧池和二级缺氧池，一级缺氧池出水进入一级好氧池，一级好氧池内设有若干组中空纤维式的疏水性MABR膜组件，疏水性MABR膜为PDMS膜，一级好氧池出水进入二级缺氧池，二级缺氧池出水进入二级好氧池，二级好氧池内设有若干组中空纤维式的亲水性MABR膜组件，亲水性MABR膜为聚酰胺膜，然后经沉淀池实现固液分离，最终经紫外消毒池达标排放。一级好氧池曝气风压在0.01-0.02Mpa，pH控制在7.5-8.0，二级好氧池曝气风压在0.02-0.03Mpa，pH控制在7.5-8.0。一级缺氧池的水力停留时间1h，一级好氧池的水力停留时间1.5h，二级缺氧池的水力停留时间1h，二级好氧池的水力停留时间2h，本实施例的处理系统运行稳定后，经检测其出水指标为COD<35mg/L，氨氮<3mg/L，总氮<9mg/L，对总氮的去除率＞55％。
实施例3
以南方某农村生活污水为进水，进水水质COD为200mg/L，BOD5为130mg/L，氨氮为25mg/L，总氮为40mg/L。采用图1的处理系统，根据碳氮比为3.3，生活污水按分流比5：1通过分流器分别进入一级缺氧池和二级缺氧池，一级缺氧池出水进入一级好氧池，一级好氧池内设有若干组中空纤维式的疏水性MABR膜组件，疏水性MABR膜为PDMS膜，一级好氧池出水进入二级缺氧池，二级缺氧池出水进入二级好氧池，二级好氧池内设有若干组中空纤维式的亲水性MABR膜组件，亲水性MABR膜为聚酰胺膜，然后经沉淀池实现固液分离，最终经紫外消毒池达标排放。一级好氧池曝气风压在0.01-0.03Mpa，pH控制在7.5-8.0，二级好氧池曝气风压在0.02-0.03Mpa，pH控制在7.5-8.0，一级缺氧池的水力停留时间1h，一级好氧池的水力停留时间2h，二级缺氧池的水力停留时间2h，二级好氧池的水力停留时间2h，本实施例的处理系统运行稳定后，经检测其出水指标为COD<50mg/L，氨氮<8mg/L，总氮<15mg/L，对总氮的去除率＞62.5％。
实施例4
以南方某农村生活污水为进水，进水水质COD为350mg/L，BOD5为240mg/L，氨氮为35mg/L，总氮为50mg/L。采用图1的处理系统，根据碳氮比为4.8，生活污水按分流比10：1通过分流器分别进入一级缺氧池和二级缺氧池，一级缺氧池出水进入一级好氧池，一级好氧池内设有若干组中空纤维式的疏水性MABR膜组件，疏水性MABR膜为PDMS膜，一级好氧池出水进入二级缺氧池，二级缺氧池出水进入二级好氧池，二级好氧池内设有若干组中空纤维式的亲水性MABR膜组件，亲水性MABR膜为聚酰胺膜，然后经沉淀池实现固液分离，最终经紫外消毒池达标排放。一级好氧池曝气风压在0.01-0.03Mpa，pH控制在7.5-8.0，二级好氧池曝气风压在0.02-0.03Mpa，pH控制在7.5-8.0，一级缺氧池的水力停留时间1.5h，一级好氧池的水力停留时间2h，二级缺氧池的水力停留时间3h，二级好氧池的水力停留时间3h，本实施例的处理系统运行稳定后，经检测其出水指标为COD<50mg/L，氨氮<8mg/L，总氮<15mg/L，对总氮的去除率＞70％。
对比例1
以南方某农村生活污水为进水，进水水质COD为110mg/L，BOD5为60mg/L，氨氮为15mg/L，总氮为25mg/L，碳氮比为2.4。生活污水不分流直接进入一级缺氧池，一级缺氧池出水进入一级好氧池，一级好氧池内设有若干组中空纤维式的疏水性MABR膜组件，疏水性MABR膜为PDMS膜，一级好氧池出水进入二级缺氧池，二级缺氧池出水进入二级好氧池，二级好氧池内设有若干组中空纤维式的亲水性MABR膜组件，亲水性MABR膜为聚酰胺膜，然后经沉淀池实现固液分离，最终经紫外消毒池达标排放。一级好氧池曝气风压在0.01-0.03Mpa，pH控制在7.5-8.0，二级好氧池曝气风压在0.02-0.03Mpa，pH控制在7.5-8.0，一级缺氧池的水力停留时间1h，一级好氧池的水力停留时间1.5h，二级缺氧池的水力停留时间1.5h，二级好氧池的水力停留时间2h，本对比例的处理系统运行稳定后，经检测其出水指标为COD<40mg/L，氨氮<8mg/L，总氮<14mg/L，对总氮的去除率＞44％。
对比例2
以南方某农村生活污水为进水，进水水质COD为110mg/L，BOD5为60mg/L，氨氮为15mg/L，总氮为25mg/L。根据碳氮比为2.4，生活污水按分流比2：1通过分流器分别进入一级缺氧池和二级缺氧池，一级缺氧池出水进入一级好氧池，一级好氧池出水进入二级缺氧池，二级缺氧池出水进入二级好氧池，二级好氧池内设有若干组中空纤维式的亲水性MABR膜组件，亲水性MABR膜为聚酰胺膜，然后经沉淀池实现固液分离，最终经紫外消毒池达标排放。一级好氧池曝气风压在0.01-0.03Mpa，pH控制在7.5-8.0，二级好氧池曝气风压在0.02-0.03Mpa，pH控制在7.5-8.0，一级缺氧池的水力停留时间1h，一级好氧池的水力停留时间1.5h，二级缺氧池的水力停留时间1.5h，二级好氧池的水力停留时间2h，本对比例的处理系统运行稳定后，经检测其出水指标为COD<40mg/L，氨氮<8mg/L，总氮<12mg/L，对总氮的去除率＞52％。
Claims (10)
1.一种基于多点进水-MABR工艺的分散式污水处理工艺，其特征在于：污水经分流器分流，分别进入一级缺氧池和二级缺氧池，一级缺氧池出水进入一级好氧池，一级好氧池内设有若干组疏水性MABR膜组件，一级好氧池出水进入二级缺氧池，二级缺氧池出水进入二级好氧池，二级好氧池内设有若干组亲水性MABR膜组件，二级好氧池出水进入沉淀池实现固液分离，沉淀池出水最终经紫外消毒处理后达标排放。
2.根据权利要求1所述的基于多点进水-MABR工艺的分散式污水处理工艺，其特征在于：所述分流器的分流比为1-10。
3.根据权利要求1所述的基于多点进水-MABR工艺的分散式污水处理工艺，其特征在于：所述疏水性MABR膜组件为中空纤维式，疏水性MABR膜为硅橡胶类、氟塑料类和聚醚类；所述亲水性MABR膜组件为中空纤维式，亲水性MABR膜为聚亚酰胺类、聚酯类或聚乙烯醇类。
4.根据权利要求1所述的基于多点进水-MABR工艺的分散式污水处理工艺，其特征在于：疏水性MABR膜组件的填充密度为20-80％，亲水性MABR膜组件的填充密度为10-40％。
5.根据权利要求1所述的基于多点进水-MABR工艺的分散式污水处理工艺，其特征在于：所述一级缺氧池的水力停留时间为0.5-2h；一级好氧池的水力停留时间为0.5-2h；二级缺氧池的水力停留时间为1-3h；二级好氧池的水力停留时间为1-4h。
6.根据权利要求1所述的基于多点进水-MABR工艺的分散式污水处理工艺，其特征在于：一级好氧池的曝气风压为0.01-0.05Mpa，二级好氧池的曝气风压为0.02-0.1Mpa。
7.根据权利要求1所述的基于多点进水-MABR工艺的分散式污水处理工艺，其特征在于：所述二级好氧池内设有微型搅拌机。
8.一种基于多点进水-MABR工艺的分散式污水处理系统，其特征在于：包括分流器、一级缺氧池、一级好氧池、二级缺氧池、二级好氧池、沉淀池和紫外消毒池，所述分流器通过进水管分别与一级缺氧池和二级缺氧池相连，所述一级缺氧池、一级好氧池、二级缺氧池、二级好氧池、沉淀池和紫外消毒池依次连接，所述一级好氧池内设有若干组疏水性MABR膜组件，二级好氧池内设有若干组亲水性MABR膜组件。
9.根据权利要求8所述的基于多点进水-MABR工艺的分散式污水处理系统，其特征在于：所述疏水性MABR膜组件为中空纤维式，填充密度为20-80％；所述亲水性MABR膜组件为中空纤维式，填充密度为10-40％。
10.根据权利要求8所述的基于多点进水-MABR工艺的分散式污水处理系统，其特征在于：所述二级好氧池内设有微型搅拌机。
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