CN111138038B

CN111138038B - 光伏驱动农村生活污水一体化处理系统和处理方法

Info

Publication number: CN111138038B
Application number: CN202010061850.8A
Authority: CN
Inventors: 董家华; 董烜伊; 钟志强; 李宇; 曾思远; 叶蓁
Original assignee: South China Institute of Environmental Science of Ministry of Ecology and Environment
Current assignee: South China Institute of Environmental Science of Ministry of Ecology and Environment
Priority date: 2020-01-17
Filing date: 2020-01-17
Publication date: 2024-02-13
Anticipated expiration: 2040-01-17
Also published as: CN111138038A

Abstract

本发明公开了一种光伏驱动农村生活污水一体化处理系统和处理工艺，包括：太阳能驱动单元以及污水处理单元；所述污水处理单元包括依次通过管路连接的格栅池、水质调节池、预缺氧池、厌氧池、缺氧池、MBR反应池、好氧池消毒池和污泥池。本发明采用太阳能驱动单元产生的电能驱动污水处理系统，大幅降低了处理系统的能耗，同时创造性地将A²/O工艺和MBR工艺结合在一起，提高了污水处理的效果。其次，通过往MBR反应池中投加Fe₂O₃和表面活性素，提高了活性污泥混合液中微生物的活性，且对MBR膜污染有较好的减缓效果，从而提高了污染物降解效果，与现有技术相比，取得了显著的进步。

Description

光伏驱动农村生活污水一体化处理系统和处理方法

技术领域

本发明属于污水处理技术领域，具体涉及光伏驱动农村生活污水一体化处理系统和处理方法。

背景技术

农村生活污水含有有机物质、氮磷营养物质、悬浮物及病菌等污染成分，各污染物浓度一般为：COD为60～200mg/L，NH₃-N为10～25mg/L，总氮TN为20～40mg/L，总磷TP为1.0～2.5mg/L。

现有的农村生活污水处理设施多采用A²/O工艺和MBR工艺。其中A²/O(Anaerobic-Anoxic-Oxic厌氧-缺氧-好氧)工艺，亦称A-A-O工艺，是运用厌氧-缺氧-好氧交替反应法实现生物脱氮除磷的一系列工艺的简称，是流程最简单，应用最广泛的脱氮除磷工艺。主要由厌氧反应器、缺氧反应器、好氧反应器--曝气池、沉淀池等几部分组成。具有工艺简单、同步脱氮除磷、总水力停留时间少于其他同类工艺、运行无需投药、运行费用低等特点，其厌氧(缺氧)、好氧交替运行，无污泥膨胀之忧，SVI值一般均小于100。

MBR又称膜生物反应器(Membrane Bio-Reactor)，是一种由活性污泥法与膜分离技术相结合的新型水处理技术，实现污泥停留时间和水力停留时间的分离，大大提高了固液分离效率，并且由于曝气池中活性污泥浓度的增大和污泥中特效菌(特别是优势菌群)的出现，提高了生化反应速率。同时，通过降低F/M比减少剩余污泥产生量(甚至为零)，从而基本解决了传统活性污泥法存在的许多突出问题。具有出水水质优质稳定、剩余污泥产量少、占地面积小、可去除氨氮及难降解有机物、操作管理方便、易于实现自动控制等特点。

但是传统A²/O与MBR工艺均有短板，无法很好适应农村污水水质及排放特征：①传统A²/O工艺的基建费和运行费均高于普通活性污泥法，运行管理要求高。除磷效果难于再行提高，污泥增长有一定的限度，不易提高，特别是当P/BOD值高时更是如此，脱氮效果也难于进一步提高，因此，传统A²/O工艺出水只能达到一级B标准；②传统MBR工艺成本较高，膜生物反应器的基建投资高于传统污水处理工艺，MBR的能耗要比传统的生物处理工艺高。

此外，MBR在膜过滤过程中，存在一个不可忽视的问题，即与膜接触的物质极容易在膜面或膜孔内沉积，造成膜孔孔径变小甚至堵塞，使膜产生透过流量与分离特性大福降低的现象，这种现象称为膜污染，膜污染导致MBR处理效率大大降低，影响着水处理工艺的整体运行效果。

发明内容

基于此，为了克服已有的处理工艺存在的有效性差、能耗较大等技术问题，本发明旨在提供一种光伏驱动农村生活污水一体化处理系统和处理方法。

为了实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：光伏驱动农村生活污水一体化处理系统，包括：

太阳能驱动单元；以及污水处理单元；所述污水处理单元包括依次通过管路连接的格栅池、水质调节池、预缺氧池、厌氧池、缺氧池、MBR反应池、好氧池、消毒池和污泥池。

进一步地，所述太阳能驱动单元包括太阳能电池组件、光电调节器、蓄电池组件和控制组件。采用光伏驱动进行供能，为进水、通气提供驱动力，克服了一般污水处理系统消耗电能高，成本高的问题。

进一步地，所述MBR反应池内设置有MBR膜组件、絮凝剂和虹吸曝气系统，所述虹吸曝气系统由太阳能驱动单元产生的电能驱动风机和抽吸泵，将空气通入虹吸曝气系统中，可满足下一步好氧池反应需氧量，同时大幅降低生化工艺曝气需能。相对于传统曝气装置，省略了风机等曝气设备，利用水流势能进行曝气，通过虹吸的进水方式做到了进水进气的一体化。

进一步地，所述絮凝剂为Fe₂O₃和/或表面活性素。进一步地，所述絮凝剂为Fe₂O₃和表面活性素；所述Fe₂O₃的投加量为30～85mg/L，所述表面活性素的投加量为1～12mg/L。

进一步地，所述厌氧池和缺氧池内设置有搅拌装置，用于混合液搅拌，使泥水充分反应。

进一步地，所述处理系统还包括气升回流装置，所述气升回流装置将污泥池的活性污泥送入好氧池内。

进一步地，所述太阳能驱动单元连接有单轴太阳光跟踪系统。通过太阳光跟踪系统，可有效的提高太阳能电池的光电转换效率，提升12-15％的发电量。

本发明还提供了一种利用上述处理系统处理农村生活污水的工艺，包括以下步骤：

S1、收集农村生活污水，去除污水中呈悬浮状态的固体污染物质后，调节污水的pH为6～8；

S2、预缺氧处理：将上述污水泵送至预缺氧池，水力停留时间为1～2d；

S3、厌氧处理：将工序S2的出水泵送至厌氧池，同步搅拌，使活性污泥和污水充分反应，水力停留时间为1～3h；

S4、缺氧处理：将工序S3的出水泵送至缺氧池，同步搅拌，使活性污泥和污水充分反应，水力停留时间为1～3h；

S5、MBR膜反应处理：将工序S4的出水泵送至MBR反应池，在曝气情况下经过微生物降解后，通过抽吸泵经膜组件过滤出水，水力停留时间为8～12h污泥停留时间为1～2d；

S6、好氧处理：将工序S5的出水泵送至好氧池，水力停留时间为6～8h，出水经消毒后排放，部分进入污泥池的污泥回流至好氧池。同时，在水质、水量出现超负荷状态时，厌氧池、缺氧池、MBR反应池的部分混合液会通过潜水泵和控制阀回流到调节池。

进一步地，所述抽吸泵采用间歇运行方式，每运行5～10min，停止1～3min。

本发明通过往MBR反应池中投加Fe₂O₃可以提高活性污泥混合液中微生物的活性，提高降解效果，这种效果在投加一定量的表面活性素后表现的更加明显，同时，意外地发现，表面活性素的加入有效改善了膜污染的问题。原因可能是，表面活性素自身的表活性质，增加了膜表面某些溶质大分子或胶体颗粒的溶解度，在抽吸泵的水力作用下，部分吸附物从膜上脱落，从而改善了膜污染，延长了膜的使用寿命。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1)本发明采用太阳能驱动单元产生的电能驱动污水处理系统，大幅降低了处理系统的能耗，同时创造性地将A²/O工艺和MBR工艺结合在一起，提高了污水处理的效果，出水达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级A标准，两者相辅相成。

2)本发明通过往MBR反应池中投加Fe₂O₃和表面活性素，提高了活性污泥混合液中微生物的活性，且对MBR膜污染有较好的减缓效果，从而提高了污染物降解效果，与现有技术相比，取得了显著的进步。

附图说明

图1为本发明处理系统结构示意图。

图1中，格栅池1；污水泵2；水泵流量计3；水质调节池4；预缺氧池5；厌氧池6；缺氧池7；MBR反应池8；虹吸系统801；好氧池9；消毒池10；污泥池11；导气管12；气升室13；回流管14；出水口15；潜水泵16。

具体实施方式

以下通过实施例形式的具体实施方法，对本发明的上述内容作进一步的详细说明。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下实施例。

实施例中，所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法，所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。

实施例一、光伏驱动农村生活污水一体化处理系统

本实施例处理系统包括太阳能驱动单元；以及污水处理单元。

所述太阳能驱动单元包括太阳能电池组件、光电调节器、蓄电池组件和控制组件(图中未标记)；为了提高太阳能电池的光电转换效率，所述太阳能驱动单元可连接单轴太阳光跟踪系统，通过该系统，可提升12-15％的发电量。

所述污水处理单元包括依次通过管路连接的格栅池1、水质调节池4、预缺氧池5、厌氧池6、缺氧池7、MBR反应池8、好氧池9、消毒池10和污泥池11。所述MBR反应池内设置有MBR膜组件、絮凝剂和虹吸曝气系统；所述絮凝剂为Fe₂O₃和表面活性素；所述Fe₂O₃的投加量为55mg/L，所述表面活性素的投加量为6mg/L。

污水由污水泵2提取后经过水泵流量计3通入水质调节池，为了使泥水充分反应，所述厌氧池和缺氧池内设置有搅拌装置(图中未示出)，在污水通入池内时同步开启搅拌。

好氧池的出水通过出水口15通入消毒池内进行消毒处理后排放；所述处理系统还包括气升回流装置，其包括气升室13、导气管12和回流管14，该结构可将部分进入污泥池的污泥通过回流管送入好氧池内。同时，在水质、水量出现超负荷状态时，厌氧池、缺氧池、MBR反应池的部分混合液会通过潜水泵16和控制阀回流到调节池。

采用上述处理系统处理农村生活污水的工艺

S1、农村生活污水通入格栅池，通过格栅截留较大的悬浮物或漂浮物，由污水泵提取后经过水泵流量计进入水质调节池，调节pH为7.0左右；该污水泵和水泵流量计主要通过太阳能驱动单元产生的电能驱动；

S2、为了尽量减少硝酸盐进入厌氧池，将上述出水泵入预缺氧池，水力停留时间为1～2d；

S3、预缺氧池出水通入厌氧池进行厌氧处理，同步开启搅拌装置，使泥水充分反应，水力停留时间为2h；

S4、厌氧池的出水泵送至缺氧池，同步搅拌，使活性污泥和污水充分反应，水力停留时间为2h；

S5、缺氧池出水通入MBR反应池，水力停留时间为10h，污泥停留时间为1.5d。通过抽吸泵经膜过滤出水，所述抽吸泵采用间歇运行方式，每运行8min，停止2min；

S6、MBR膜反应后的出水进入好氧池进行好氧反应，水力停留时间为6h，出水进入消毒池消毒后排放，部分活性污泥会进入污泥池，通过回流管回流到好氧池。

实施例二、

实施例二与实施例一的区别在于，所述Fe₂O₃的投加量为35mg/L，所述表面活性素的投加量为3mg/L，其余参数与实施例一相同。

实施例三、

实施例三与实施例一的区别在于，所述Fe₂O₃的投加量为63mg/L，所述表面活性素的投加量为10mg/L，其余参数与实施例一相同。

对比例一、

对比例一与实施例一的区别在于，所述絮凝剂为Fe₂O₃，其投加量为61mg/L，其余参数与实施例一相同。

对比例二、

对比例二与实施例一的区别在于，所述絮凝剂为表面活性素，其投加量为61mg/L，其余参数与实施例一相同。

对比例三、

对比例三与实施例一的区别在于，所述絮凝剂为Fe₂O₃和海藻糖脂，所述Fe₂O₃的投加量为55mg/L，所述海藻糖脂的投加量为6mg/L，其余参数与实施例一相同。

对比例四、

对比例四与实施例一的区别在于，采用Fe₃O₄替代Fe₂O₃，其余参数与实施例一相同。

应用效果例

采用实施例一～三以及对比例一～四所述处理系统进行处理，处理效果如下表1所示。

表1处理效果

其次，对MBR的过滤周期进行了考察，发现，投加了表面活性素的MBR反应器其过滤周期均比没有投加表面活性素的组别长，其中，以实施例一过滤周期最长，为40～50h，可见表面活性素对于减缓MBR膜污染具有较好的效果。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所述技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims

1.一种利用光伏驱动农村生活污水一体化处理系统处理农村生活污水的工艺，其特征在于，包括以下步骤：

S1、收集农村生活污水，去除污水中呈悬浮状态的固体污染物质后，调节污水的pH为6~8；

S2、预缺氧处理：将上述污水泵送至预缺氧池，水力停留时间为1~2d;

S3、厌氧处理：将工序S2的出水泵送至厌氧池，同步搅拌，使活性污泥和污水充分反应，水力停留时间为1~3h；

S4、缺氧处理：将工序S3的出水泵送至缺氧池，同步搅拌，使活性污泥和污水充分反应，水力停留时间为1~3h；

S5、MBR膜反应处理：将工序S4的出水泵送至MBR反应池，在曝气情况下经过微生物降解后，通过抽吸泵经膜组件过滤出水，水力停留时间为8~12h，污泥停留时间为1~2d；

S6、好氧处理：将工序S5的出水泵送至好氧池，水力停留时间为6~8h，出水经消毒后排放，部分进入污泥池的污泥回流至好氧池；

所述的光伏驱动农村生活污水一体化处理系统，包括：

太阳能驱动单元；以及污水处理单元；所述污水处理单元包括依次通过管路连接的格栅池、水质调节池、预缺氧池、厌氧池、缺氧池、MBR反应池、好氧池、消毒池和污泥池；

所述太阳能驱动单元包括太阳能电池组件、光电调节器、蓄电池组件和控制组件；

所述MBR反应池内设置有MBR膜组件、絮凝剂和虹吸曝气系统，所述虹吸曝气系统由所述太阳能驱动单元驱动；

所述絮凝剂为Fe₂O₃和表面活性素，所述Fe₂O₃的投加量为30~85mg/L，所述表面活性素的投加量为1~12mg/L。

2.如权利要求1所述的处理农村生活污水的工艺，其特征在于，所述Fe₂O₃的投加量为30~85mg/L，所述表面活性素的投加量为1~12mg/L。

3.如权利要求1所述的处理农村生活污水的工艺，其特征在于，所述厌氧池和缺氧池内设置有搅拌装置；所述太阳能驱动单元连接有太阳光跟踪系统。

4.如权利要求1所述的处理农村生活污水的工艺，其特征在于，所述处理系统还包括气升回流装置，所述气升回流装置将污泥池的活性污泥送入好氧池内。

5.如权利要求1所述的处理农村生活污水的工艺，其特征在于，所述步骤S5中所述抽吸泵每运行5~10min，停止1~3min。