CN111875191A - 基于电解脱氮和mbr的水体深度净化系统及其方法 - Google Patents

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Abstract

基于电解脱氮和MBR的水体深度净化系统及其方法,涉及一种基于电解脱氮和MBR的水体净化技术领域。所述净化系统包括预处理装置(100)、混凝沉淀装置(200)、电解脱氮装置(300)、膜生物反应器(400)和污泥处理系统(500),在膜生物反应器前还可设置一个微电解装置(600),在膜生物反应器后还可设一个吸附除磷装置(700)。方法:1)预处理;2)混凝沉淀;3)电解脱氮;4)微电解除次氯酸钠;5)膜生物反应器(MBR)净化;6)消毒;7)污泥处理。可以将水体中的COD去除80%~95%,克服了现有出水质量差、投资大、净化周期长、占地大的缺陷,出水达到《地表水水环境质量标准》。

Description

基于电解脱氮和MBR的水体深度净化系统及其方法
技术领域
本发明涉及一种基于电解脱氮和MBR的水体净化技术领域,具体涉及一种集混凝沉淀除磷、电解脱氮、膜生物反应器(MBR)和深度除磷等装置于一体的水体净化系统及方法。
背景技术
水体富营养化主要是水体中氮磷含量日积月累、不断积累,严重超标,造成这一结果的主要原因之一就是城镇污水处理厂的污水排放,大量的氮、磷随之排入水体。水体富营养化导致藻类大量增殖,水华反复爆发,因此,治理水体富营养化是国内外的重要难题。
城镇生活污水是人们生活过程中产生的污染水体,通常理化指标为COD≤800mg/L(多数在280~500mg/L)、BOD≤350mg/L(多在150~300mg/L)、SS≤400mg/L、氨氮≤50mg/L、总氮≤70mg/L、总磷≤10mg/L、pH7~9。目前,国内外污染处理分为一级处理、二级处理和深度处理。一级处理的主要工艺包括污水收集、粗格栅过滤、细格栅过滤到曝气沉沙池和初沉池;二级处理的主要工艺有:活性污泥处理工艺、生物膜法工艺和膜生物反应器(MBR)三大类。应用于城市污水厂的活性污泥处理工艺主要有三个系列:(1)氧化沟系列;(2)A/A/O系列;(3)序批式反应器(SBR)系列。应用于城市污水处理厂的生物膜法工艺主要是曝气生物滤池工艺(BAF)和移动床生物膜(MBBR)工艺。膜生物反应器(MBR)是上世纪九十年代发展起来的新型污水处理工艺,根据膜组件的加工方式不同,可以分为管式膜、帘式膜和板式膜等,根据膜组件的与生物反应器的安装位置不同,又分为内置式或外置式MBR。国内外主要应用的深度处理工艺为混凝除磷和反硝化脱氮工艺。
采用以上工艺建设污水处理厂对污水进行处理时,污水停留时间长达17小时以上,不仅污水处理厂占地面积大、构筑物多、投资多、运行费用高、施工时间长,而且出水水质多数为《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918-2002)或《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)的准Ⅳ类(主要是总氮只能达到10mg/L左右),水质较差,多数不能满足水资源利用要求。此外,从现有标准角度分析,目前,国内城镇污水处理厂实施的是《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918-2002),与《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)的主要理化指标对比,总氮、总磷和溶解氧满足不了《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)的指标要求。尽管这些经典污水处理工艺应用了一百多年,但至今未见较大的改变,出水水质也不能满足《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)的指标要求,因此,急需一种出水水质高(能满足水资源利用要求)、污水停留时间短、占地面积小、构筑物少、投资较少、运行费用较低并大幅缩短施工时间的新型污水处理工艺。
劣Ⅴ类水体和黑臭水体是因水体过量纳污、超出其水环境容量而导致变黑、发臭,通常低于《地表水水环境质量标准》(GB3838-2002)V类水质标准,其主要特征指标为溶解氧小于2.0mg/L、氨氮大于2.0mg/L或总磷大于0.4mg/L,多位于人口密集、污染负荷强度大、基础设施不完善的区域,主要包括城市建成区、城乡结合部、县城及中心镇等区域内水体。为了加强水体治理,改善水环境,国务院于2015年下达了“水十条”。要求:“整治城市黑臭水体。采取控源截污、垃圾清理、清淤疏浚、生态修复等措施,加大黑臭水体治理力度,每半年向社会公布治理情况。住房城乡建设部会同环境保护部、水利部、农业部组织制定了《城市黑臭水体整治工作指南》。因此,治理水体污染是一项紧迫的任务。
发明内容
本发明的目的在于针对现有污水处理厂处理工艺或水体净化技术存在的出水质量差、投资大、净化时间长、占地大的缺陷,提供一种工艺流程短、污水处理停留时间短、运行成本低、对水质的适应性强、持续效果好、出水水质高的基于电解脱氮和MBR的水体深度净化系统及其方法。
所述基于电解脱氮和MBR的水体深度净化系统包括预处理装置(100)、混凝沉淀装置(200)、电解脱氮装置(300)、膜生物反应器(400)和污泥处理系统(500):
所述预处理装置(100)包括依次连通的粗格栅(110)、细粗格栅(120)、曝气沉砂池(130)和提升泵(140);所述粗格栅(110)的进水口与需要处理的污染水体的进水管道联通,通入原水,粗格栅(110)的出水口与细格栅(120)进水口联通;细格栅(120)出水口与曝气沉砂池(130)的进水口联通,曝气沉砂池(130)的出水口与提升泵(140)的进水口联通,提升泵(140)接混凝沉淀装置(200);粗格栅(110)和细格栅(120)用于除去较大颗粒的固体物,曝气沉砂池(130)用于沉淀水体的泥沙等杂物,沉淀后的污泥进入污泥处理系统(500)。
所述混凝沉淀装置(200)包括依次连通的混凝池(210)、助凝池(220)、混凝沉淀池(230)、中间水池(240)和污泥池(250);混凝沉淀池(230)设有清水出口(231)和污泥出口(232);所述混凝池(210)的进水口与预处理装置(100)的提升泵(140)的出水口联通,混凝池(210)、助凝池(220)、混凝沉淀池(230)依次连通;所述混凝沉淀池(230)的清水出口(231)与中间水池(240)的进水口连通,中间水池(240)的出水口(241)与电解脱氮装置(300)的电解脱氮主机(310)的进水口连通,所述清水出口与电解脱氮主机(310)的连接管路中还设有提升泵(311);混凝沉淀池(230)的污泥出口(232)通过污泥泵(233)、排泥管(235)与污泥池(250)的进口(251)联通,污泥池(250)的出口与污泥脱水系统(500)的进口联通;混凝沉淀池(230)的污泥出口(232)还通过污泥泵(233)、排泥管(235)、回流泵(234)与助凝池(220)联通。
混凝沉淀装置(200)可采用高效沉淀装置、磁混凝装置、超磁混凝沉淀装置等中的一种。所述混凝沉淀装置(200)的混凝池(210)还包括混凝剂加药装置(211)和搅拌机(212);混凝剂加药装置(211)中贮藏有质量比为5%~10%硫酸亚铁或10%~15%的聚合氯化铝溶液;助凝池(220)还包括助凝剂加药装置(221)和搅拌机(222);助凝剂加药装置(221)中贮藏有质量比为1~2‰的PAM溶液。
所述电解脱氮装置(300)包括电解脱氮主机(310)、直流电源(320)和脱氮反应池(330);混凝沉淀装置(200)的出水经过提升泵(311)、流量计(312)、阀门(313)、管道混合器(314)、阀门(315)和三通(316)与电解脱氮主机(310)的进水口联接。所述电解脱氮主机(310)的出水口以三通(317)、阀门(318)、三通(319)分别与所述脱氮反应池(330)的进水口和混凝沉池(210)的进水口连通。
具体地,所述电解脱氮主机(310)的工作电压为2~500V,电流密度可为0.5~10mA/cm2
所述电解脱氮装置还可包括一个电解质投加装置(340),它由电解质溶液配制罐(342)、电解质溶液贮罐(341)、电解质溶液输送泵(343)和电解质溶液流量计(344)构成,电解质溶液在电解质溶液配制罐(342)配制完成后通过泵输送至电解质溶液贮罐(341)贮存和使用。电解脱氮装置工作时,启动电解质溶液输送泵(343)并通过电解质溶液流量计(344)和管道混合器(314)输入到污染水体中,然后进入电解脱氮系统的主机中电解;
更具体的说,电解质投加装置(340)用于向电解脱氮装置(300)投加3%~12%的次氯酸钠溶液或2%~6%的氯化钠溶液;电解质溶液配制罐(342)用于配制4%~12%的次氯酸钠溶液或2%~6%的氯化钠溶液;
优选地,在脱氨氮和总氮时,根据水体中氨氮的浓度,采用电解质投加装置(340)向电解脱氮装置投加3%~12%的次氯酸钠溶液;
更优选地,在脱氨氮和总氮时,根据水体中氨氮的浓度,采用电解质投加装置(340)向电解脱氮装置投加3%~5%的次氯酸钠溶液;
具体地,电解脱氮装置还包括一个电解主机酸洗系统(350),它由酸洗溶液配制罐(351)酸洗溶液输送泵(352)构成。酸洗溶液采用2%~3%盐酸溶液或者3%~5%的柠檬酸溶液。当电解脱氮装置的电极被污染,电解效率降低时,停止电解脱氮装置工作,启动酸洗系统(350)去除沉积于电极表面的结垢。
更进一步地,酸洗系统(350)的废水经三通(319)进入混凝沉淀净化处理。
所述膜生物反应器(400)简称MBR,由生物反应池体(410)、曝气管(420)、膜组件(430)、曝气风机(440)、反洗水管(450)、真空系统(460)和消毒池(470)构成;所述膜生物反应器(400)的进水口与电解脱氮装置(300)系统的脱氮反应池(330)的出水口联通,所述膜生物反应器(400)的出水口(411)与消毒机(460)的出水口联通并流入消毒池(470);膜生物反应器(400)的污泥出口(412)接污泥处理系统(500),消毒池(470)的出口接吸附除磷系统(700)或排放口;
所述污泥处理装置(500)包括污泥泵(510)、重力浓缩池(520)、理化调理池(530)和脱水机(540),所述污泥泵(510)的进口与所述混凝沉淀池(230)的污泥出口(232)、膜生物反应器(MBR)的生物池(410)的污泥出口(414)连通,所述污泥泵(510)的出口与重力浓缩池(520)的进口连通,重力浓缩池(520)的污泥出口(521)与理化调理池(530)的进口(531)联通,重力浓缩池(520)的污水出口(522)与膜生物反应器(MBR)(400)的进水口联通;理化调理池(530)的出口与脱水机(540)的污泥进口联通,脱水机(540)的泥块收集于污泥收集坪内,脱水机(540)的污水与膜生物反应器(MBR)(400)的生物反应池体(410)的进水口联通。
在膜生物反应器(MBR)前还可以设置一个微电解装置(600),微电解装置(600)由池体(610)、支撑架(620)、支撑层(630)、铁碳层(640)和滤料层(650)构成;微电解装置(600)还设有进水口(611)、出水口(612)、污泥出口(613)、反洗管和反洗水出口(614);反洗水出口(614)出口与混凝沉淀装置(200)进水口联接;进水口(611)连脱氮反应罐(330)的出水口,出水口(612)膜生物反应器(MBR)(400)的进水口。污泥出口(613)与污泥脱水装置(500)的进口联通。微电解装置(600)主要用于消耗电解脱氮时的过量次氯酸钠,保证膜生物反应器(MBR)生物池中微生物菌群的正常生长。
在MBR(400)后还可以设一个吸附除磷装置(700)。吸附除磷系统(700)是在对磷的要求达到0.1mg/L以下或水体中含有大量铁离子时可以设置。所述吸附除磷装置(700)至少包括一个吸附塔(710)、一个脱附再生系统(720)和磷沉淀回收系统(730);
进一步地,需要连续运行的,所述吸附除磷装置至少包括两个吸附塔(710)、一个脱附再生系统(720)和磷沉淀回收系统(730);
所述脱附再生系统(720)由脱附再生液贮罐(721)、再生液输送泵(722)、流量计(723)、再生液进口阀(724)、吸附塔(710)、清水罐(728)、清水泵(729)、洗脱液出水阀(726)和洗脱液贮罐(727)构成;所述吸附塔(710)由阀门(711)、进水口(712)、下支撑板(713)、吸附填料(714)、上支撑板(715)、出水口(716)、三通(717)、三通(718)和阀门(719)构成;脱附再生液贮罐(721)通过再生液输送泵(722)和进水阀(724)与进水口三通联接到吸附塔(710)上;清水罐(728)通过清水泵(729)、三通(718)与出水三通(717)与吸附塔(710)联接;洗脱液贮罐(727)通过洗脱液出水阀(726)、出水三通(717)与吸附塔(710)联接;
所述磷沉淀回收系统(730)由脱附液输送泵(731)、进口阀(732)、沉淀反应池(733)、搅拌器(734)、沉淀剂贮罐(735)、加药泵(736)、沉淀罐(739)、输送泵(738)、浓缩罐(737)和回收泵构成;脱附液输送泵(731)入口接洗脱液贮罐(727)的出水口,脱附液输送泵(731)的出水口与脱附液进口阀(732)入口联接,脱附液进口阀(732)出口与磷沉淀反应池(733)联接;沉淀反应池(733)上还安装有搅拌器(734)和沉淀剂贮罐(735),沉淀反应池(733)的出水口与磷沉淀罐(739)进水口连接,磷沉淀回收池(739)出水口经输送泵(738)与浓缩罐(737)的进口联接,浓缩罐(737)的出口通过回收泵与脱附再生液贮罐(721)联接。
具体地,沉淀剂贮罐(735)内贮存有氢氧化钙饱和溶液。
更具体地,如图1所示,所述污泥泵(510)的进口分别与所述预处理装置(100)、混凝沉淀装置(200)、电解脱氮装置(300)、MBR(400)、铁碳微电解装置(600)、吸附除磷装置(700)的污泥出口连通。
本发明所述基于电解脱氮和MBR的水体净化系统是采用地下式、半地下式或地上式中的一种。
基于电解脱氮和MBR的水体深度净化方法,采用上述水体深度净化系统,包括如下步骤:
1)预处理:经过管道收集的污染水体通过粗格栅(110)、细格栅(120)过滤,除去较大颗粒的固体物,再经过曝气沉砂池(130)沉淀去除水体的泥沙等杂物;
2)混凝沉淀:将经过预处理后的水体经提升泵(140)提升进入混凝池(210),通过混凝加药装置加入硫酸亚铁溶液或聚合氯化铝溶液,再加入电解水混合搅拌,混凝反应后的水体进入助凝池(220),通过助凝加药装置加入PAM溶液助凝反应,助凝反应后的污水进入混凝沉淀池(230),进行固液分离,形成混凝沉淀池(230)上层的上清液区(231)、混凝沉淀池(230)的底部的污泥浓缩区(233)和混凝沉淀池(230)的中部形成固液分离区(232);当助凝池(220)内形成的沉淀量不足时,开启污泥回流泵(270),部分污泥从混凝沉淀池(230)回流入助凝池(220),促进沉淀生成;
3)电解脱氮:将步骤2)混凝沉淀后污染水体经中间水池(240)和提升泵(311)输送至电解脱氮主机(310)中电解;电解时通过电解质投加系统投加3%~12%的次氯酸钠溶液或2%~6%的氯化钠溶液;将电解脱氮主机(310)的电解出水送入脱氮反应罐(330)中并通过布水器均匀分布在脱氮反应罐(330)的底部,使水体由下向上流动,停留时间为30~150min,次氯酸钠和电解产生的氧气和氢气在脱氮反应罐(330)中分别与污染水体中的氨氮和硝态氮反应反应,生成氮气和水,从而除去水体中的氨氮和硝态氮;
4)微电解除次氯酸钠:电解脱氮后的水体流入铁碳微电解除次氯酸钠装置并停留5~20min,使电解脱氮时过量的次氯酸钠与铁碳反应,以消除次氯酸钠对后续曝气生物滤池运行的干扰;
5)膜生物反应器(MBR)净化:将经过微电解除次氯酸钠后的水体输送至膜生物反应器(MBR)(400)中,进行生化和膜过滤处理,污染水体在滤池中的停留时间为150~240min,以充分去除水体中的COD、BOD和总氮;
6)消毒:将经过MBR处理后的水体送入经过接触消毒池消毒,达到《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)Ⅲ或Ⅳ类水质标准后,底部污泥通过污泥泵送入污泥处理装置(500)中进行污泥脱水处理;
7)污泥处理:将步骤2)混凝沉淀的混凝沉淀池(230)内污泥的污泥、二沉池(420)的污泥通过污泥泵(510)输送至重力浓缩池(520)内,经过搅拌,利用水、有机物和无机物三者的密度差异进行重力沉淀分离,将上清液层内的液体输送至膜生物反应器(MBR)(400)中再净化;将下层无机层在理化调理池(530)内加入理化调理剂,再输送至脱水机(540)内脱水成有机泥块和水,脱水机(540)的出水送至曝气生物滤池(400)中再净化;将中层有机物富集层脱水干燥成碳肥。
在步骤2)中,所述混凝沉淀的具体步骤可为:
①混凝:将经过预处理后的水体经提升泵(140)提升进入混凝池(210),通过混凝加药装置加入10~120g/m3硫酸亚铁溶液或15~150g/m3的聚合氯化铝溶液和进水总量3%~5%的电解水混合并不断搅拌,搅拌速度为50~300r/min,混凝反应时间为3~15min;
②助凝:步骤(1)中混凝反应后的水体进入助凝池(220),通过助凝加药装置加入PAM,加入PAM的重量与污水体积的关系为0.1~1g/m3,搅拌并反应1~5min,搅拌速度10~80r/min;
③沉淀:步骤(2)中经助凝反应的污水进入混凝沉淀池(230),进行固液分离,固液分离的时间为3~10min,经过3~10min的固液分离,形成所述混凝沉淀池(230)上层的上清液区、混凝沉淀池(230)的底部的污泥浓缩区和混凝沉淀池(230)的中部形成固液分离区;当步骤(2)中助凝池(220)内形成的沉淀量不足时,开启污泥回流泵(234),将部分污泥从所述混凝沉淀池(230)回流入助凝池(220),促进沉淀生成。
在混凝、助凝和沉淀过程中,水体中的磷酸根和磷酸氢根与三价铁离子反应,生成磷酸铁沉淀,从而去除水体中的总磷;
3Fe3++2PO4 3-=Fe3(PO4)2
此外,由于生成的大量絮体沉淀具有巨大的比表面积并且带有电荷,能够吸附水体中的有机物,可以同时去除水体中的色度和COD;
通过混凝沉淀处理后,除去水体80%~95%的SS,使水体的SS≤50mg/L,去除水体中40%~90%的总磷,使水体的总磷≤1mg/L,并一同去除水体中40%~75%的COD,使水体的COD≤150mg/L;
在步骤3)中,所述电解脱氮的具体步骤可为:
①电解:将经过混凝沉淀后污染水体经中间水池(240)和提升泵(311)输送至电解脱氮主机(310)中电解10~150s,电解的工作电压为2~500V,电流密度可为0.5~10mA/cm2;电解时通过电解质投加系统投加3%~12%的次氯酸钠溶液或2%~6%的氯化钠溶液;
②脱氮反应:将电解脱氮主机的电解出水送入脱氮反应罐(330)中并通过布水器均匀分布在脱氮反应罐(330)的底部,使水体由下向上流动,停留时间为30~150min,次氯酸钠和电解产生的氧气和氢气在脱氮反应罐(330)中分别与污染水体中的氨氮和硝态氮反应反应10~150min,生成氮气和水,从而除去水体中的氨氮和硝态氮;所述电解脱氮主机(310)的工作电压为2~500V,电流密度为0.05~10mA/cm2;通过电解脱氮,使水体中的氨氮50mg/L下降到≦1mg/L以下,使水体中的总氮从10~70mg/L下降到≦5mg/L;通过电解脱氮反应还一同去除水体的5%~15%的COD,5%~10%的总磷,同时,还可以将水体中的溶解氧增加到7mg/L以上。
电解次氯酸钠溶液脱氨氮的原理是次氯酸与氨反应,最终生成氮气。
NaOCl+H2O→HOCl+NaOH
NH3+HOCl→NH2Cl+H2O(一氯胺)
NH2Cl+HOCl→NHCl2+H2O(二氯胺)
2NHCl2+HOCl→N2↑+3HCl+H2O(脱氮主反应一)
主反应式:
2NH3+3NaOCl→N2↑+3NaCl+3H2O
脱氨氮原理(副反应)
同时,电解产生的自由基O·与氨反应,生成硝酸根。
2NH4 ++5O2→2NO3 -+4H2O
此外,电解产生的氢气在催化剂的作用下,与水体中的硝酸根和亚硝酸根反应,生成氮气,从而去除水体中的硝态氮。
NO3 -+H2—→NO2 -+H2O
2NO2 -+2H2—→N2↑+2H2O(脱总氮反应)
在步骤4)中,微电解除次氯酸钠时,铁碳微电解的停留的时间可为10~30min;微电解出水的次氯酸钠含量≦0.1mg/L。
经过本发明方法处理后,水体净化各步骤去除主要污水物效果预测如表1:
表1水体净化各步骤去除主要污水物效果预测
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经过上述方法处理,各工序的停留时间如表2。
表2工序的停留时间单位:min
预处理 混凝沉淀 电解脱氮 微电解 MBR 深度除磷 合计
10~15 25~30 30~40 10~20 120~300 10~15 235~420
采用所述电解脱氮和膜生物反应器组合的水体净化系统并经过以上步骤处理后,可以将水体中的COD去除80%~95%、使出水的COD≦20mg/L;BOD去除95%~99%、使出水的BOD≦4mg/L;总磷除90%~95%,使出水的总磷≦0.1mg/L;使出水的氨氮≦1.0mg/L、氨氮去除95%~99.99%,使出水的总氮≦1mg/L、总氮去除80%~95%;色度去除80%~95%,溶解氧增加到7mg/L以上。特别适合于低于劣Ⅴ类水质的水体或黑臭水体的净化处理,使水体达《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)Ⅲ类或Ⅳ水质标准。污水或水体深度净化的进出水主要指标如表3。
表3污水或水体净化的进出水主要指标
序号 项目 单位 进水 出水 去除率(%)
1 pH 无量纲 6~9 6~9 -
2 溶解氧≥ mg/L - 7 -600
3 化学需氧量(COD)≤ mg/L 800 20 97.5
4 五日生化需氧量(BOD)≤ mg/L 350 4 98.9
5 氨氮(NH<sub>3</sub>-N)≤ mg/L 50 1 98.0
6 总磷(以P计)≤ mg/L 10 0.1 99.0
7 总氮(以N计)≤ mg/L 70 1 98.57
8 石油类≤ mg/L - 0.5 -
9 阴离子表面活性剂≤ mg/L 0.3 -
10 粪大肠菌群 个/L 3
本发明克服了现有污水处理厂处理工艺或水体净化技术存在的出水质量差、投资大、净化周期长、占地大的缺陷,使得污水处理厂出水达到《地表水水环境质量标准》(GB3838-2002)Ⅳ类甚至Ⅲ水质标准,使水体水质改善、水生态体系恢复,实现河流、湖泊生态系统的重构和健康可持续发展。与现有技术相比,本发明具有如下突出效果:
1、水质高、变污水为水资源
采用本发明基于电解脱氮和膜生物反应器的水体净化系统及其方法对水体净化后包括总氮在内的主要指标全部达到《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)Ⅲ类或Ⅳ水质标准,且溶解氧含量高大于7mg/L,已经将污水直接转变成了水资源,排入自然水体中,能够有效提高水体的溶解氧,抑制藻类的生长,全面改善水质,同时能作为工农业生产和商业用水。
2、从源头上根除氮磷污染
当前,水体中氮磷严重超标,造成江湖等水体的富营养化,从而导致我国很多湖泊的蓝藻年复一年的爆发。为了根治蓝藻,我国投入了大量人力、物力,但收效不高。由于现有的污水厂执行的《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918-2002),污水的排放标准是总氮≤15mg/L,总磷≤0.5mg/L,大量的氮磷随着污水处理厂的排放水进入水体,造成水体氮磷大量富集,因此,污水处理厂的排放水是水体中氮磷的主要来源之一。采用本发明的基于电解脱氮和膜生物反应器的污水净化系统及其方法对污水进行净化处理后,水体的总氮≤1mg/L,总磷≤0.1mg/L,均达到了《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)Ⅲ类或Ⅳ水质标准,将从源头上彻底根除水体的氮磷污染。
3、工艺流程简单
采用本发明对污水进行处理只有混凝、电解脱氮和MBR等主要工序,生产工艺流程较现有的污水处理生产工艺流程更为简单,建筑构筑物更少。
4、投资省
目前,国内外主流的城镇污水处理工艺的万吨/日污水处理厂固定资产建设投资约3500~5000万元,而采用本发明的水体深度净化系统的万吨/日污水处理厂固定资产建设投资约3300~4500万元,较现有工艺可节省投资约10%~20%。
5、运行成本低
采用本发明的水体深度净化系统对污水进行深度净化处理的运行成本较现有污水城镇污水处理厂的运行成本低15%~20%。
6、大量节省土地
目前,国内外采用活性污泥法建设的污水处理厂对污水进行处理时,多数停留时间在17小时以上,有的甚至长达20多个小时,每万吨污水处理设施占地在0.6~1公顷之间,占地面积大。采用本发明的水体深度净化系统对水体进行处理时,水体的停留时间只有5~7小时,装置占地面积只有传统污水处理厂的三分之一,占地面积小,可以大量节省土地资源,特别适合土地资源紧张的城市。
7、建设周期短
本发明的水体深度净化系统的主要部件混凝沉淀装置、电解脱氮装置、MBR装置、吸附除磷装置等都是定型设备,主要设备都在工厂生产,采用这些设备建设污水处理厂时,只要将这些定型设备在污水处理厂进行组装,无需大量建设构筑物,所以,污水处理厂的建设周期较传统污水厂的建设工期将缩短一半以上,建设施工周期短。
附图说明
图1是本发明基于电解脱氮和MBR水体净化装置的示意图
图2是本发明的预处理装置(100)示意图;
图3是本发明的混凝沉淀装置(200)的示意图;
图4是本发明的电解脱氮装置(300)的示意图;
图5是本发明的MBR装置(400)的示意图;
图6是本发明的污泥脱水装置(500)的示意图
图7是本发明的微电解脱次氯酸钠残留装置(600)的示意图;
图8是本发明的吸附除磷装置(700)的示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
参见图1,本发明实施例所述水体深度净化系统,包括:预处理装置(100)、混凝沉淀装置(200)、电解脱氮装置(300)、铁碳微电解装置(600)、MBR装置(400)、吸附除磷装置(700)和污泥处理装置(500):
(一)预处理装置(100),参见图2,预处理装置(100)包括依次连通的粗格栅(110)、细粗格栅(120)、曝气沉砂池(130)和提升泵(140);所述粗格栅(110)的进水口与需要处理的污染水体的进水管道联通,粗格栅(110)的出水口与细粗格栅(120)进水口联通,细粗格栅(120)出水口与曝气沉砂池(130)的进水口联通,曝气沉砂池(130)的出水口与提升泵(140)的进水口联通;
(二)混凝沉淀装置(200),参见图3,混凝沉淀装置(200)包括依次连通的混凝池(210)、助凝池(220)、混凝沉淀池(230)、中间水池(240)和污泥池(250);混凝沉淀池(230)设有清水出口(231)和污泥出口(232);所述混凝池(210)的进水口与预处理装置(100)的提升泵(140)的出水口联通,所述混凝池(210)的出水口与助凝池(220)的进水口连通,所述助凝池(220)的出水口与混凝沉淀池(230)的进水口连通;所述混凝沉淀池(230)清水出口(231)与中间水池(240)的进水口连通,中间水池(240)的出水口与电解脱氮装置(300)的电解脱氮主机(310)的进水口连通,所述清水出口与电解脱氮主机(310)的连接管路中还设有提升泵(311);混凝沉淀池(230)的污泥出口(232)与污泥收集池(250)的进口联通,污泥收集池(250)的出口与污泥脱水装置(500)的进口联通;
(三)电解脱氮装置(300),参见图4,电解脱氮装置(300)包括电解脱氮主机(310)、直流电源(320)和脱氮反应池(330),所述电解脱氮主机(310)的进水口用于混凝沉淀后的清水进入,所述电解脱氮主机(310)的出水口以三通(311)分别与所述脱氮反应池(330)的进水口(331)和混凝沉池(210)的进水口连通;
(四)膜生物反应器(400),参见图5,膜生物反应器简称MBR,它由生物反应池体(410)、曝气管(420)、膜组件(430)、曝气风机(440)、反洗水管(450)、出水口(411)、污泥出口(412)和消毒池(460)构成;所述膜生物反应器(400)的进水口与电解脱氮装置(300)系统的脱氮反应池(330)的出水口联通,所述膜生物反应器(400)的水出口与消毒机(460)的出水口联通并流入消毒池(470)中或排水系统中;
(五)污泥处理装置(500),参见图6,污泥处理装置(500)包括污泥泵(510)、重力浓缩池(520)、理化调理池(530)和脱水机(540),所述污泥泵(510)的进口与所述混凝混凝沉淀池(230)的污泥出口(232)、膜生物反应器(MBR)生物池(410)的污泥出口(414)连通,所述污泥泵(510)的出口与重力浓缩池(520)的进口连通,重力浓缩池(520)的污泥出口(521)与理化调理池(530)的进口(531)联通,重力浓缩池(520)的污水出口(522)与膜生物反应器(MBR)(410)的进水口联通;理化调理池(530)的出口与脱水机(540)的污泥进口联通,脱水机(540)的泥块收集于污泥收集坪内,脱水机(540)的污水与膜生物反应器(MBR)(410)的进水口联通。
混凝沉淀装置(200)是高效沉淀装置、磁混凝装置、超磁混凝沉淀装置的一种。
具体地,混凝沉淀装置(200)的混凝池(210)还包括混凝剂加药装置(211)和搅拌机(212)。
更进一步地,混凝剂加药装置(211)中贮藏有质量比为5%~10%硫酸亚铁或10%~15%的聚合氯化铝溶液。
具体地,助凝池(220)还包括助凝剂加药装置(221)和搅拌机(222)。
更进一步地,助凝剂加药装置(221)中贮藏有质量比为1~2‰的PAM溶液。
具体地,电解脱氮装置还包括一个电解质投加装置(340),它由电解质溶液贮罐(341)、电解质溶液配制罐(342),电解质溶液输送泵(343)和电解质溶液流量计(344)构成,电解质溶液在电解质溶液配制罐(342)配制完成后通过泵(345)输送至电解质溶液贮罐(341)贮存。电解脱氮装置工作时,启动电解质溶液输送泵(343)并通过电解质溶液流量计(344)输入到污染水体管道中,然后进入电解脱氮装置的主机中电解;
更具体的说,电解质投加装置(340)用于向电解脱氮装置投加3%~12%的次氯酸钠溶液或2%~6%的氯化钠溶液;电解质溶液配制罐(342)用于配制4%~12%的次氯酸钠溶液或2%~6%的氯化钠溶液;
优选地,在脱氨氮和总氮时,根据水体中氨氮的浓度,采用电解质投加装置(340)用于向电解脱氮装置投加3%~12%的次氯酸钠溶液;
更优选地,在脱氨氮和总氮时,根据水体中氨氮的浓度,采用电解质投加装置(340)用于向电解脱氮装置投加3%~5%的次氯酸钠溶液;
具体地,电解脱氮装置还包括一个电解主机酸洗系统(350),它由酸洗溶液配制罐(351)、酸洗溶液输送泵(352)构成。酸洗溶液采用2%~3%盐酸溶液或者3%~5%的柠檬酸溶液。当电解脱氮装置的电极被污染,电解效率降低时,停止电解脱氮装置工作,启动酸洗系统(350)去除沉积于电极表面的结垢。
更进一步地,酸洗系统(350)的废水进入混凝沉淀净化处理。
具体地,膜生物反应器(MBR)前还可以设置一个微电解装置(600),参见图7,微电解装置(600)由池体(610)、支撑架(620)、支撑层(630)、铁碳层(640)和滤料层(650)构成;微电解装置(600)还设有进水口(611)、出水口中(612)、污泥出口(613)和反洗管及反洗水出口(614);反洗水出口(614)出口与混凝沉淀装置(200)进水口联接。微电解装置(600)主要用于消耗电解脱氮时的过量次氯酸钠,保证曝气生物滤池内细菌的正常生长。
具体地,膜生物反应器(MBR)后还可以有一个深度除磷装置,所述深度除磷装置是吸附除磷装置。
具体地,参见图8,吸附除磷装置(700),至少包括一个吸附塔(710)、一个脱附再生系统(720)和磷沉淀回收系统(730)。
进一步地,需要连续运行的,所述吸附除磷装置至少包括两个吸附塔(710)、一个脱附再生系统(720)和磷沉淀回收系统(730)。
所述吸附塔(710)由阀门(711)、进水口(712)、下支撑板(713)、吸附填料(714)、上支撑板(715)、出水口(716)、三通(717)、三通(718)和阀门(719)构成;所述脱附再生系统(720)由脱附再生液贮罐(721)、再生液输送泵(722)、流量计(723)、再生液进口阀(724)、吸附塔(710)、清水罐(728)、清水泵(729)、洗脱液出水阀(726)和洗脱液贮罐(727)构成;脱附再生液贮罐(721)通过再生液输送泵(722)和进水阀(724)与进水口三通联接到吸附塔(710)上;清水罐(728)通过清水泵(729)、三通(718)与出水三通(717)与吸附塔(710)联接;洗脱液贮罐(727)通过洗脱液出水阀(726)、出水三通(717)与吸附塔(710)联接;
所述磷沉淀回收系统(730)由脱附液输送泵(731)、进口阀(732)、沉淀反应池(733)、搅拌器(734)、沉淀剂贮罐(735)、加药泵(736)、沉淀罐(739)、输送泵(738)、浓缩罐(737)和回收泵构成;脱附液输送泵(731)入口接洗脱液贮罐(727)的出水口,脱附液输送泵(731)的出水口与脱附液进口阀(732)入口联接,脱附液进口阀(732)出口与磷沉淀反应池(733)联接;沉淀反应池(733)上还安装有搅拌器(734)和沉淀剂贮罐(735),沉淀反应池(733)的出水口与磷沉淀罐(739)进水口连接,磷沉淀回收池(739)出水口经输送泵(738)与浓缩罐(737)的进口联接,浓缩罐(737)的出口通过回收泵与脱附再生液贮罐(721)联接。
具体地,沉淀剂贮罐(735)内贮存有氢氧化钙饱和溶液。
具体地,污泥泵(510)的进口分别与所述混凝沉淀装置(200)、膜生物反应器(MBR)(400)的污泥出口连通,所述污泥泵(510)的出口与所述重力浓缩池(520)的进口连通,所述重力浓缩池(520)内包括由上至下的上层区、中层区和下层区,所述上层区的出水口用于连通MBR的进水口,所述下层区的出口与所述脱水机(540)的进口连通,所述中层区、理化调理池(530)和脱水机(540)按序依次连通;所述重力浓缩池(520)中还设置有搅拌器。
一种基于电解脱氮和膜生物反应器(MBR)的水体净化方法,它利用上述的一种基于电解脱氮和MBR的水体深度净化系统进行水体深度净化,包括如下步骤:
1)预处理:经过管道收集的污染水体通过粗格栅(110)、细格栅(120)过滤,除去较大颗粒的固体物,再经过曝气沉砂池(130)沉淀去除水体的泥沙等杂物;
2)混凝沉淀:将经过预处理后的水体经提升泵(140)提升进入混凝池(210),通过混凝加药装置加入硫酸亚铁溶液或聚合氯化铝溶液,再加入电解水混合搅拌,混凝反应后的水体进入助凝池(220),通过助凝加药装置加入PAM溶液助凝反应,助凝反应后的污水进入混凝沉淀池(230),进行固液分离,形成混凝沉淀池(230)上层的上清液区(231)、混凝沉淀池(230)的底部的污泥浓缩区(233)和混凝沉淀池(230)的中部形成固液分离区(232);当助凝池(220)内形成的沉淀量不足时,开启污泥回流泵(270),部分污泥从混凝沉淀池(230)回流入助凝池(220),促进沉淀生成;
3)电解脱氮:将步骤2)混凝沉淀后污染水体经中间水池(240)和提升泵(311)输送至电解脱氮主机(310)中电解,电解的工作电压为2~500V,电流密度可为0.5~10mA/cm2;电解时通过电解质投加系统投加3%~12%的次氯酸钠溶液或2%~6%的氯化钠溶液;将电解脱氮主机(310)的电解出水送入脱氮反应罐(330)中并通过布水器均匀分布在脱氮反应罐(330)的底部,使水体由下向上流动,停留时间为30~150min,次氯酸钠和电解产生的氧气和氢气在脱氮反应罐(330)中分别与污染水体中的氨氮和硝态氮反应反应,生成氮气和水,从而除去水体中的氨氮和硝态氮;
4)微电解除次氯酸钠:电解脱氮后的水体流入铁碳微电解除次氯酸钠装置并停留5~20min,使电解脱氮时过量的次氯酸钠与铁碳反应,以消除次氯酸钠对后续曝气生物滤池运行的干扰;
5)膜生物反应器(MBR)净化:将经过微电解除次氯酸钠后的水体输送至膜生物反应器(MBR)(400)中,进行生化和膜过滤处理,污染水体在滤池中的停留时间为120~300min,以充分去除水体中的COD、BOD和总氮;
6)消毒:将经过MBR处理后的水体送入经过接触消毒池消毒,达到《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)Ⅲ或Ⅳ类水质标准后,底部污泥通过污泥泵送入污泥处理装置(500)中进行污泥脱水处理;
7)污泥处理:将步骤2)混凝沉淀的混凝沉淀池(230)内污泥的污泥、二沉池(420)的污泥通过污泥泵(510)输送至重力浓缩池(520)内,经过搅拌,利用水、有机物和无机物三者的密度差异进行重力沉淀分离,将上清液层内的液体输送至膜生物反应器(MBR)(400)中再净化;将下层无机层在理化调理池(530)内加入理化调理剂,再输送至脱水机(540)内脱水成有机泥块和水,脱水机(540)的出水送至曝气生物滤池(400)中再净化;将中层有机物富集层脱水干燥成碳肥。
在步骤2)中,所述混凝沉淀的具体步骤可为:
①混凝:将经过预处理后的水体经提升泵(140)提升进入混凝池(210),通过混凝加药装置加入10~120g/m3硫酸亚铁溶液或15~150g/m3的聚合氯化铝溶液和进水总量3%~5%的电解水混合并不断搅拌,搅拌速度为50~300r/min,混凝反应时间为3~15min;
②助凝:步骤(1)中混凝反应后的水体进入助凝池(220),通过助凝加药装置加入PAM,加入PAM的重量与污水体积的关系为0.1~1g/m3,搅拌并反应1~5min,搅拌速度10~80r/min;
③沉淀:步骤(2)中经助凝反应的污水进入混凝沉淀池(230),进行固液分离,固液分离的时间为3~10min,经过3~10min的固液分离,形成所述混凝沉淀池(230)上层的上清液区、混凝沉淀池(230)的底部的污泥浓缩区和混凝沉淀池(230)的中部形成固液分离区;当步骤(2)中助凝池(220)内形成的沉淀量不足时,开启污泥回流泵(234),将部分污泥从所述混凝沉淀池(230)回流入助凝池(220),促进沉淀生成。
在混凝、助凝和沉淀过程中,水体中的磷酸根和磷酸氢根与三价铁离子反应,生成磷酸铁沉淀,从而去除水体中的总磷;
3Fe3++2PO4 3-=Fe3(PO4)2
此外,由于生成的大量絮体沉淀具有巨大的比表面积并且带有电荷,能够吸附水体中的有机物,可以同时去除水体中的色度和COD;
通过混凝沉淀处理后,除去水体80%~95%的SS,使水体的SS≤50mg/L,去除水体中40%~90%的总磷,使水体的总磷≤1mg/L,并一同去除水体中40%~75%的COD,使水体的COD≤150mg/L;
在电解脱氮时,包括如下步骤:
①电解:将经过混凝沉淀后污染水体经中间水池(240)和提升泵(311)输送至电解脱氮主机(310)中电解10~150s,电解的工作电压为2~500V,电流密度可为0.5~10mA/cm2;电解时通过电解质投加系统投加3%~12%的次氯酸钠溶液或2%~6%的氯化钠溶液;
②脱氮反应:将电解脱氮主机的电解出水送入脱氮反应池(330)中并通过布水器(331)均匀分布在脱氮反应池(330)的底部,使水体由下向上流动,停留时间为30~150min,次氯酸钠和电解产生的氧气和氢气在脱氮反应罐(330)中分别与污染水体中的氨氮和硝态氮反应反应10~150min,生成氮气和水,从而除去水体中的氨氮和硝态氮;所述电解脱氮主机(310)的工作电压为35~90V,电流密度为3~50mA/cm2;通过电解脱氮,使水体中的氨氮50mg/L下降到≦1mg/L以下,使水体中的总氮从10~70mg/L下降到≦5mg/L;通过电解脱氮反应还一同去除水体的5%~15%的COD,5%~10%的总磷,同时,还可以将水体中的溶解氧增加到7mg/L以上。
电解次氯酸钠溶液脱氨氮的原理是次氯酸与氨反应,最终生成氮气。
NaOCl+H2O→HOCl+NaOH
NH3+HOCl→NH2Cl+H2O(一氯胺)
NH2Cl+HOCl→NHCl2+H2O(二氯胺)
2NHCl2+HOCl→N2↑+3HCl+H2O(脱氮主反应一)
主反应式:
2NH3+3NaOCl→N2↑+3NaCl+3H2O
脱氨氮原理(副反应)
同时,电解产生的自由基O·与氨反应,生成硝酸根。
2NH4 ++5O2→2NO3 -+4H2O
此外,电解产生的氢气在催化剂的作用下,与水体中的硝酸根和亚硝酸根反应,生成氮气,从而去除水体中的硝态氮。
NO3 -+H2—→NO2 -+H2O
2NO2 -+2H2—→N2↑+2H2O(脱总氮反应)
以下给出具体实施例。
实施例1
某城市污水处理厂采用本发明的生产工艺建设,主要包括预处理(粗格栅+细格栅+曝气沉沙池)+混凝沉淀+电解脱氮+微电解+MBR+吸附除磷+消毒。
表4、某污水处理厂的进水水质指标
序号 基本控制项目 测定值(mg/L)
1 COD 521
2 BOD 236
3 SS 200
4 总氮(以N计) 47.2
5 氨氮(以N计) 42.7
6 总磷(以P计) 8
7 色度(稀释倍数) 80
8 pH 6~9
所述生活污水进入所述污水处理厂的水体净化系统。水体净化系统包括预处理装置(100)、混凝沉淀装置(200)、电解脱氮装置(300)和膜生物反应器(MBR)(400)。污水处理厂净化系统还包括一个污泥处理装置(500)。
污水依次进入预处理装置(100)、混凝沉淀装置(200)、电解脱氮装置(300)和膜生物反应器(MBR)(400)。
向所述混凝沉淀装置中加入硫酸亚铁混凝剂,加入量为45mg/L,在转速为100转的条件下混凝反应后,按1mg/L加入助凝剂PAM在转速为20转的条件下反应后进入沉淀池分离,混凝沉淀出水水质如表5。
表5某城市污水混凝沉淀处理处理后的水质指标
序号 基本控制项目 污水厂进水(mg/L) 混凝出水(mg/L) 去除率(%)
1 COD 521 182.05 65.06
2 BOD 236 86.51 63.34
3 SS 200 35 82.50
4 动植物油 - 0.5
5 石油类 - 0.3
6 总氮(以N计) 47.2 45.31 4.00
7 氨氮(以N计) 42.7 40.09 6.11
8 总磷(以P计) 8 0.95 88.13
9 溶解氧 - 2.5 -
10 色度(稀释倍数) 80 20 75.00
11 pH 6~9 6-9 -
经过混凝沉淀后的水体进入电解脱氮装置(300)处理,处理后水体进入脱氮反应池(330)进行脱氮反应,出水指标如表6。电解脱氮主机(310)的工作电压为36.5V,电流密度为3mA/cm2
表6某污水经混凝沉淀和电解脱氮处理后的水质指标
序号 基本控制项目 混凝出水(mg/L) 脱氮出水(mg/L) 去除率(%)
1 COD 182.05 101.35 44.33
2 BOD 86.51 未检出 -
3 SS 35 19 45.71
4 动植物油 0.5 0.4 20
5 石油类 0.3 0.2 33.33
6 总氮(以N计) 45.31 1.93 95.74
7 氨氮(以N计) 40.09 1.12 97.21
8 总磷(以P计) 0.44 0.41 6.82
9 溶解氧 2.5 8.91 -
10 色度(稀释倍数) 20 5 -
11 pH 6~9 6~9 -
经过电解脱氮装置(300)处理的出水再经膜生物反应器(MBR)(400)进行生化处理和过滤,净化处理后的出水水质见表7。
表7某污水经过电解脱氮和MBR系统处理后的水质指标
序号 基本控制项目 脱氮出水(mg/L) MBR出水(mg/L) 去除率(%)
1 COD 101.35 16.35 83.82
2 BOD 2 -
3 SS 19 7 63.16
4 动植物油 0.4 0.2 -
5 石油类 0.2 0.1 -
6 总氮(以N计) 1.93 0.94 51.03
7 氨氮(以N计) 1.12 0.81 27.68
8 总磷(以P计) 0.41 0.33 19.51
9 溶解氧 8.91 8.02 -
10 色度(稀释倍数) 5 1 80
11 pH 7~9 7~9 -
从表7可知,某污水经过本发明的基于电解脱氮和膜生物反应器的污水处理工艺净化后的出水指标完全满足《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)Ⅲ类水质标准。
实施例2
表8某污水厂的水质指标
序号 基本控制项目 测定值(mg/L)
1 COD 282.43
2 BOD 125.08
3 SS 155
4 总氮(以N计) 42.22
5 氨氮(以N计) 39.66
6 总磷(以P计) 8.1
7 色度(稀释倍数) 120
8 pH 7~9
9 溶解氧 2.3
所述水体进入所述水体深度净化系统。水体净化系统包括预处理装置(100)、混凝沉淀装置(200)、电解脱氮装置(300)、膜生物反应器(MBR)(400)和吸附除磷(600)。水体净化系统还包括一个污泥处理装置。
所述水体进入依次进入预处理装置(100)、混凝沉淀装置(200)、电解脱氮装置(300)、膜生物反应器(MBR)(400)和吸附除磷装置(600)。
向所述混凝沉淀装置(200)中加入15%PAC溶液,加入量为200mg/L,在转速为100转的条件下混凝反应后,按1mg/L加入助凝剂PAM在转速为20转的条件下反应后进入沉淀池分离,混凝沉淀出水水质如表9。
表9某污水经过混凝沉淀处理后的水质指标
序号 基本控制项目 某污水进水(mg/L) 混凝出水(mg/L) 去除率(%)
1 COD 282.43 93.11 67.03
2 BOD 125.08 71.55 42.80
3 SS 155 16 89.68
4 动植物油 0.9 0.5 44.44
5 石油类 1.2 0.7 41.67
6 总氮(以N计) 42.22 37.51 11.16
7 氨氮(以N计) 39.66 37.09 6.48
8 总磷(以P计) 8.1 0.91 88.76
9 溶解氧 2.3 2.5 -
10 色度(稀释倍数) 120 30 75.00
11 pH 7~9 7~9 -
经过混凝沉淀后的水体进入电解脱氮装置(300)处理,处理后水体进入脱氮反应池(330)进行脱氮反应,出水指标如表10。电解脱氮主机(310)的工作电压为90V,电流密度为0.5mA/cm2
表10某污水经混凝沉淀和电解脱氮装置处理后的水质指标
序号 基本控制项目 混凝出水(mg/L) 脱氮出水(mg/L) 去除率(%)
1 COD 93.11 66.21 7.62
2 BOD 71.55 - -
3 SS 16 13 18.75
4 动植物油 0.5 0.1 80.00
5 石油类 0.7 0.2 71.43
6 总氮(以N计) 37.51 3.72 90.08
7 氨氮(以N计) 37.09 0.57 98.46
8 总磷(以P计) 0.91 0.82 9.89
9 溶解氧 2.5 8.1 -
10 色度(稀释倍数) 30 20 -
11 pH 7~9 7.3 -
经过电解脱氮装置(300)处理的出水经微电解除去残余次氯酸钠后进入MBR(400)进行净化处理;电解脱氮装置(300)处理的出水经过MBR(400)处理和吸附除磷装置(600)后的出水水质见表11。
表11某污水经电解脱氮、MBR和吸附除磷处理后的水质指标
序号 基本控制项目 脱氮出水(mg/L) MBR出水(mg/L) 去除率(%)
1 COD 66.21 14.55 78.02
2 BOD - 2
3 SS 13 3 76.92
4 动植物油 0.1 未检出 100
5 石油类 0.2 未检出 100
6 总氮(以N计) 3.72 1.93 48.12
7 氨氮(以N计) 0.57 0.35 38.60
8 总磷(以P计) 0.82 0.04 95.12
9 溶解氧 8.1 7.9
10 色度(稀释倍数) 20 1 95
11 pH 7~9 7~9
从表11可知,污水经过预处理+混凝沉淀+电解脱氮+微电解+MBR+吸附除磷处理后的出水指标完全满足《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)Ⅲ类水质标准。
实施例3
表12某黑臭水体的水质指标
序号 基本控制项目 测定值(mg/L)
1 COD 449.47
2 BOD 219.84
3 SS 360.21
4 总氮(以N计) 43.61
5 氨氮(以N计) 27.96
6 总磷(以P计) 8.43
7 色度(稀释倍数) 29.59
8 pH 7.5
9 溶解氧 1.2
黑臭水体进入所述水体深度净化系统。水体净化系统包括预处理装置(100)、混凝沉淀装置(200)、电解脱氮装置(300)、微电解装置(600)和膜生物反应器MBR(400)构成。水体净化系统还包括一个污泥处理装置(500)。
水体进入依次进入预处理装置(100)、混凝沉淀装置(200)、电解脱氮装置(300)、微电解装置(600)和膜生物反应器MBR(400)。
向所述混凝沉淀装置中加入硫酸亚铁混凝剂,加入量为50mg/L,在转速为100转的条件下混凝反应后,按1mg/L加入助凝剂PAM在转速为20转的条件下反应后进入沉淀池分离,混凝沉淀出水水质如表13。
表13某黑臭水体混凝沉淀处理处理后的水质指标
序号 基本控制项目 某河道进水(mg/L) 混凝出水(mg/L) 去除率(%)
1 COD 449.47 195.84 56.43
2 BOD 219.84 144.44 34.30
3 SS 360.21 18 95.00
4 动植物油 5 0.3 94.00
5 石油类 2.3 0.2 91.30
6 总氮(以N计) 43.61 29.42 32.52
7 氨氮(以N计) 27.96 25.12 10.14
8 总磷(以P计) 8.43 0.18 97.86
9 溶解氧 1.20 2.1 -
10 色度(稀释倍数) 29.59 4.46 84.92
11 pH 7.5 7.6 -
经过混凝沉淀后的水体进入电解脱氮净化装置(300)处理,处理后水体进入脱氮反应池(330)进行脱氮反应,出水指标如表14。电解脱氮主机(310)的工作电压为39V,电流密度为10mA/cm2。电解脱氮主机工作时,同时将4%的次氯酸钠溶液混合到水体中,加入量为千分之七至千分之十(体积比)。
表14某黑臭水体混凝沉淀和电解脱氮装置处理后的水质指标
序号 基本控制项目 混凝出水(mg/L) 脱氮出水(mg/L) 去除率(%)
1 COD 195.84 176.21 10.02
2 BOD 144.44 未检出 -
3 SS 18 13 27.78
4 动植物油 0.5 0.1 80.00
5 石油类 0.5 0.2 60.00
6 总氮(以N计) 29.37 3.72 87.33
7 氨氮(以N计) 21.09 0.39 98.15
8 总磷(以P计) 0.81 0.69 14.81
9 溶解氧 2.5 8.1 -
10 色度(稀释倍数) 20 20 -
11 pH 7.6 7.3 -
经过等离子脱氮装置(300)处理的出水再流经微电解(600)和膜生物反应器MBR(400)进行净化。电解脱氮装置(300)处理的出水经过微电解(600)进行深度净化处理后的出水水质见表15。
表15某黑臭水体等离子脱氮和MBR处理后的水质指标
序号 基本控制项目 脱氮出水(mg/L) MBR出水(mg/L) 去除率(%)
1 COD 176.21 17.64 89.99
2 BOD 未检出 2 -
3 SS 13 7 46.15
4 动植物油 0.1 未检出 -
5 石油类 0.2 未检出 -
6 总氮(以N计) 3.72 0.93 75.00
7 氨氮(以N计) 0.39 0.35 10.26
8 总磷(以P计) 0.69 0.09 87.00
9 溶解氧 8.1 7.9 -2.47
10 色度(稀释倍数) 20 1 95.00
11 pH 7.3 7.4 -
从表15可知,严重污染的河道黑臭水体经过处理后的出水指标完全满足《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)Ⅲ类水质标准。
实施例4
表16某污水处理厂二沉池沉淀后的水质指标
序号 基本控制项目 测定值(mg/L)
1 COD 57
2 BOD 19
3 SS 23
4 动植物油 3
5 石油类 1.5
6 阴离子表面活性剂 1.2
7 总氮(以N计) 23
8 氨氮(以N计) 12
9 总磷(以P计) 1.0
10 色度(稀释倍数) 40
11 pH 7
所述污水处理厂出水进入水体净化系统的混凝沉淀装置(200)混凝处理后,出水经过电解脱氮主机(310)进行脱氮处理,电解的工作电压为500V,电流密度可为0.5mA/cm2。电解脱氮主机处理后的出水进入脱氮反应池(330)进行脱氮反应,脱氮反应池(330)出水再流经水微电解(600)进行深度净化处理。
进入混凝沉淀装置(200)混凝处理时,由于水体中总磷只有1mg/L,浓度较低,因此,按5mg/L加入聚合氯化铝(通常称PAC)溶液,并加5%氢氧化钠溶液调节pH至7~8(由于pH为6~7),在转速为200转的条件下混凝反应后,进入助凝灌,按1mg/L加入助凝剂PAM在转速为60转的条件下混凝后进入混凝沉淀池(230)固液分离,出水水质如表17。
表17某污水处理厂二沉池沉淀后的水经混凝沉淀后的水质指标
序号 基本控制项目 污水厂进水(mg/L) 混凝出水(mg/L) 去除率(%)
1 COD 57 34.2 40.00
2 BOD 19 13.00 31.58
3 SS 23 9 60.87
4 动植物油 3 0.5 83.33
5 石油类 1.5 0.2 86.67
6 总氮(以N计) 23 22.07 4.04
7 氨氮(以N计) 12 11.51 4.08
8 总磷(以P计) 1.0 0.41 59.00
9 溶解氧 4.6 4.8 -
10 色度(稀释倍数) 40 20 50
11 pH 7 7.2 -
经过混凝沉淀(200)处理后的出水进入电解脱氮主机(310),电解脱氮主机(310)的工作电压为56V,电流密度为6mA/cm2。经过电解脱氮(310)处理后的出水进入脱氮反应池(330)进行脱氮反应,脱氮处理后的出水水质如表15。
表18某污水厂出水混凝沉淀和脱氮装置处理后的水质指标
序号 基本控制项目 混凝出水(mg/L) 脱氮出水(mg/L) 去除率(%)
1 COD 34.2 32.31 5.56
2 BOD 15.00 未检出 100
3 SS 9 7 22.22
4 动植物油 0.5 0 100
5 石油类 0.2 0 100
6 总氮(以N计) 22.07 9 59.22
7 氨氮(以N计) 11.51 1.32 88.53
8 总磷(以P计) 0.41 0.35 14.63
9 溶解氧 4.8 7.93 -
10 色度(稀释倍数) 20 20 0
11 pH 7.2 7.1 -
经过电解脱氮装置(300)处理的出水再流微电解(600)进行深度净化。
电解脱氮装置(300)处理的出水经过微电解(600)进行深度净化处理后的出水水质见表19。
表19某污水厂出水经电解脱氮和微电解处理后的水质指标
序号 基本控制项目 脱氮出水(mg/L) 微电解出水(mg/L) 去除率(%)
1 COD 32.31 18.75 41.97
2 BOD 未检出 1 -
3 SS 7 5 28.57
4 动植物油 0 0 -
5 石油类 0 0 -
6 总氮(以N计) 9 1.45 83.89
7 氨氮(以N计) 1.32 0.76 42.42
8 总磷(以P计) 0.35 0.11 68.57
9 溶解氧 7.93 7.71 -
10 色度(稀释倍数) 20 20 -
11 pH 7.1 7.1 -
从表19可知,污水处理厂出水经过处理后的出水指标完全满足《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)Ⅳ类水质标准。
实施例5
表20、某微污染水体的水质指标
序号 基本控制项目 测定值(mg/L)
1 COD 89.56
2 BOD 29.88
3 SS 69.67
4 总氮(以N计) 43.61
5 氨氮(以N计) 27.96
6 总磷(以P计) 5.44
7 色度(稀释倍数) 29.59
8 pH 7.5
9 溶解氧 1.2
微污染水体进入所述水体净化系统。水体净化系统包括预处理装置(100)、混凝沉淀装置(200)、电解脱氮装置(300)和微电解装置(600)构成。水体净化系统还包括一个污泥处理装置(500)。
水体进入依次进入预处理装置(100)、混凝沉淀装置(200)、电解脱氮装置(300)和微电解装置(600)。
向所述混凝沉淀装置中加入10%聚合铝溶液,加入量为40mg/L,在转速为100转的条件下混凝反应后,按1mg/L加入助凝剂PAM在转速为20转的条件下反应后进入沉淀池分离,混凝沉淀出水水质如表21。
表21、某微污染水体混凝沉淀处理处理后的水质指标
序号 基本控制项目 某河道进水(mg/L) 混凝出水(mg/L) 去除率(%)
1 COD 89.56 25.81 72.30
2 BOD 29.88 14.45 51.64
3 SS 69.67 13 81.34
4 动植物油 5 0.3 94.00
5 石油类 2.3 0.2 91.30
6 总氮(以N计) 43.61 29.42 32.52
7 氨氮(以N计) 27.96 25.12 10.14
8 总磷(以P计) 8.43 0.18 97.86
9 溶解氧 1.20 2.1 -
10 色度(稀释倍数) 29.59 4.46 84.92
11 pH 7.5 7.6 -
经过混凝沉淀后的水体进入电解脱氮净化装置(300)处理,处理后水体进入脱氮反应池(330)进行脱氮反应,出水指标如表22。电解脱氮主机(310)的工作电压为39V,电流密度为7mA/cm2。电解脱氮主机工作时,同时将4%的次氯酸钠溶液混合到水体中,加入量为千分之七至千分之十(体积比)。
表22、某微污染水体混凝沉淀和电解脱氮装置处理后的水质指标
序号 基本控制项目 混凝出水(mg/L) 脱氮出水(mg/L) 去除率(%)
1 COD 25.81 16.21 37.19
2 BOD 14.45 未检出
3 SS 13 11 15.38
4 动植物油 0.5 0.1 80.00
5 石油类 0.5 0.2 60.00
6 总氮(以N计) 29.37 3.72 87.33
7 氨氮(以N计) 21.09 0.39 98.15
8 总磷(以P计) 0.81 0.69 14.81
9 溶解氧 2.5 8.1 -
10 色度(稀释倍数) 20 20 -
11 pH 7.6 7.3 -
经过等离子脱氮装置(300)处理的出水再流经微电解(600)进行深度净化。电解脱氮装置(300)处理的出水经过微电解(600)进行深度净化处理后的出水水质见表23。
表23、某微污染水体等离子脱氮和微电解处理后的水质指标
序号 基本控制项目 脱氮出水(mg/L) 微电解出水(mg/L) 去除率(%)
1 COD 16.21 12.10 25.35
2 BOD 未检出 2 -
3 SS 11 5 54.55
4 动植物油 0.1 未检出 -
5 石油类 0.2 未检出 -
6 总氮(以N计) 3.72 0.93 75.00
7 氨氮(以N计) 0.39 0.35 10.26
8 总磷(以P计) 0.69 0.09 87.00
9 溶解氧 8.1 7.9 -2.47
10 色度(稀释倍数) 20 1 95.00
11 pH 7.3 7.4 -
从表23可知,微污染的河道水体经过处理后的出水指标完全满足《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)Ⅲ类水质标准。
实施例6
表24、某微污染水体的水质指标
序号 基本控制项目 测定值(mg/L)
1 COD 69.51
2 BOD 27.80
3 SS 39.50
4 动植物油 4.6
5 石油类 0.5
6 总氮(以N计) 23.00
7 氨氮(以N计) 12.95
8 总磷(以P计) 1.41
9 色度(稀释倍数) 50
10 pH 7.1
11 溶解氧 2.9
微污染水体进入水体净化系统实验。水体净化系统包括预处理装置(100)、混凝沉淀装置(200)、电解脱氮装置(300)和微电解装置(600)构成。
水体进入依次进入预处理装置(100)、混凝沉淀装置(200)、电解脱氮装置(300)和微电解装置(600)。
向所述混凝沉淀装置中加入10%聚合铝溶液,加入量为20mg/L,在转速为100转的条件下混凝反应后,按1mg/L加入助凝剂PAM在转速为20转的条件下反应后进入沉淀池分离,混凝沉淀出水水质如表25。
表25、某微污染水体混凝沉淀处理处理后的水质指标
序号 基本控制项目 某河道进水(mg/L) 混凝出水(mg/L) 去除率(%)
1 COD 69.51 33.50 51.81
2 BOD 27.80 15.50 44.24
3 SS 39.50 11 72.15
4 动植物油 4.6 0.3 93.48
5 石油类 0.5 0.2 60.00
6 总氮(以N计) 23.00 21.49 6.57
7 氨氮(以N计) 12.95 12.31 4.94
8 总磷(以P计) 1.41 0.18 87.23
9 溶解氧 2.9 2.8 -
10 色度(稀释倍数) 50 4 92.00
11 pH 7.1 7.1 -
经过混凝沉淀后的水体进入电解脱氮净化装置(300)处理,处理后水体进入脱氮反应池(330)进行脱氮反应,出水指标如表26。电解脱氮主机(310)的工作电压为2V,电流密度为0.5mA/cm2。电解脱氮主机工作时,同时将4%的次氯酸钠溶液混合到水体中,加入量为千分之七至千分之十(体积比)。
表26、某微污染水体混凝沉淀和电解脱氮装置处理后的水质指标
序号 基本控制项目 混凝出水(mg/L) 脱氮出水(mg/L) 去除率(%)
1 COD 33.50 26.25 21.70
2 BOD 15.50 未检出 -
3 SS 11 11 0
4 动植物油 0.3 0.1 66.67
5 石油类 0.2 0.05 75.00
6 总氮(以N计) 21.49 1.42 93.39
7 氨氮(以N计) 12.31 0.75 93.91
8 总磷(以P计) 0.18 0.17 5.56
9 溶解氧 2.8 8.1 -
10 色度(稀释倍数) 4 2 -
11 pH 7.1 7.0 -
经过等离子脱氮装置(300)处理的出水再流经微电解(600)进行深度净化。电解脱氮装置(300)处理的出水经过微电解(600)进行深度净化处理后的出水水质见表27。
表27、某微污染水体等离子脱氮和微电解处理后的水质指标
序号 基本控制项目 脱氮出水(mg/L) 微电解出水(mg/L) 去除率(%)
1 COD 26.25 13.55 48.38
2 BOD 未检出 2 -
3 SS 11 5 54.55
4 动植物油 0.1 未检出 -
5 石油类 0.05 未检出 -
6 总氮(以N计) 1.42 1.13 20.00
7 氨氮(以N计) 0.75 0.65 13.33
8 总磷(以P计) 0.17 0.09 47.06
9 溶解氧 8.1 7.9 -2.47
10 色度(稀释倍数) 2 2 -
11 pH 7.0 7.1 -
从表27可知,微污染的河道水体经过处理后的出水指标完全满足《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)Ⅲ类水质标准。
本发明公开一种基于电解脱氮和MBR的水体深度净化系统及方法,将污染水体依次经过预处理装置、混凝装置、电解脱氮装置、膜生物反应器(MBR)、吸附除磷装置处理后可以将水体中的COD去除80%~95%、使出水的COD≦20mg/L;BOD去除95%~99%、使出水的BOD≦4mg/L;总磷去除60%~98%,使出水的总磷≦0.1mg/L;氨氮去除95%~99.99%,使出水的氨氮≦1.0mg/L、总氮的去除95%~99.00%,使出水的总氮≦1mg/L、色度去除80%~95%,并使水体中的溶解氧上升至7mg/L以上。特别适合于污水的深度净化处理、再生利用和低于劣Ⅴ类水质的地表水体或黑臭水体的净化处理或污水处理厂的提标改造,使净化后的水体达《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)Ⅲ或Ⅳ类水质标准,变污水、废水为水资源。

Claims (10)

1.一种基于电解脱氮和MBR的水体深度净化系统,其特征在于,包括:预处理装置(100)、混凝沉淀装置(200)、电解脱氮装置(300)、膜生物反应器(400)和污泥处理系统(500):
预处理装置(100),包括依次连通的粗格栅(110)、细粗格栅(120)、曝气沉砂池(130)和提升泵(140);所述粗格栅(110)的进水口与需要处理的污染水体的进水管道联通,粗格栅(110)的出水口与细粗格栅(120)进水口联通,细粗格栅(120)出水口与曝气沉砂池(130)的进水口联通,曝气沉砂池(130)的出水口与提升泵(140)的进水口联通;
混凝沉淀装置(200),包括依次连通的混凝池(210)、助凝池(220)、混凝沉淀池(230)、中间水池(240)和污泥池(250);混凝沉淀池(230)设有清水出口(231)和污泥出口(232);所述混凝池(210)的进水口与预处理装置(100)的提升泵(140)的出水口联通,所述混凝池(210)的出水口与助凝池(220)的进水口连通,所述助凝池(220)的出水口与混凝沉淀池(230)的进水口连通;所述混凝沉淀池(230)清水出口(231)与中间水池(240)的进水口连通,中间水池(240)的出水口与电解脱氮装置(300)的电解脱氮主机(310)的进水口连通,所述清水出口与电解脱氮主机(310)的连接管路中还设有提升泵(311);混凝沉淀池(230)的污泥出口(232)与污泥收集池(250)的进口联通,污泥收集池(250)的出口与污泥脱水装置(500)的进口联通;
电解脱氮装置(300),包括电解脱氮主机(310)、直流电源(320)和脱氮反应池(330),所述电解脱氮主机(310)的进水口用于混凝沉淀后的清水进入,所述电解脱氮主机(310)的出水口以三通(319)分别与所述脱氮反应池(330)的进水口和混凝沉池(210)的进水口连通;
膜生物反应器(400),膜生物反应器简称MBR,由生物反应池体(410)、曝气管(420)、膜组件(430)、曝气风机(440)、反洗水管(450)、出水口(411)、污泥出口(412)和消毒池(460)构成;所述膜生物反应器(400)的进水口与电解脱氮装置(300)系统的脱氮反应池(330)的出水口联通,所述膜生物反应器(400)的水出口与消毒机(460)的出水口联通并流入消毒池(470)中;
污泥处理装置(500),包括污泥泵(510)、重力浓缩池(520)、理化调理池(530)和脱水机(540),所述污泥泵(510)的进口与所述曝气沉砂池(130)的污泥出口、混凝沉淀池(230)的污泥出口(232)、膜生物反应器(MBR)生物池(410)的污泥出口(414) 连通,所述污泥泵(510)的出口与重力浓缩池(520)的进口连通,重力浓缩池(520)的污泥出口(521)与理化调理池(530)的进口(531)联通,重力浓缩池(520)的污水出口(522)与膜生物反应器的生物反应池(410)的进水口联通;理化调理池(530)的出口与脱水机(540)的污泥进口联通,脱水机(540)的泥块收集于污泥收集坪内,脱水机(540)的污水与膜生物反应器的生物反应池(410)的进水口联通。
2.根据权利要求1所述一种基于电解脱氮和MBR的水体深度净化系统,其特征在于,所述混凝沉淀装置(200)是高效沉淀装置、磁混凝装置、超磁混凝沉淀装置的一种;
所述混凝沉淀装置(200)的混凝池(210)还包括混凝剂加药装置(211)和搅拌机(212),混凝剂加药装置(211)中贮藏有质量比为5%~10%硫酸亚铁或10%~15%的聚合氯化铝溶液;所述助凝池(220)还包括助凝剂加药装置(221)和搅拌机(222),所述助凝剂加药装置(221)中贮藏有质量比为1~2‰的PAM溶液。
3.根据权利要求1所述一种基于电解脱氮和MBR的水体深度净化系统,其特征在于,所述电解脱氮装置还包括一个电解质投加装置(340),它由电解质溶液配制罐(342),电解质溶液贮罐(341)、电解质溶液输送泵(343)和电解质溶液流量计(344)构成,电解质溶液在电解质溶液配制罐(342)配制完成后通过泵输送至电解质溶液贮罐(341)贮存,电解脱氮装置工作时,启动电解质溶液输送泵(343)并通过电解质溶液流量计(344)输入到污染水体中,然后进入电解脱氮系统的主机中电解;电解质投加装置(340)用于向电解脱氮装置投加3%~12%的次氯酸钠溶液或2%~6%的氯化钠溶液;电解质溶液配制罐(342)用于配制4%~12%的次氯酸钠溶液或2%~6%的氯化钠溶液。
4.根据权利要求1所述一种基于电解脱氮和MBR的水体深度净化系统,其特征在于,所述电解脱氮装置还包括一个主机酸洗系统(350),它由酸洗溶液配制罐(351)、酸洗溶液输送泵(352)构成。
5.根据权利要求1所述一种基于电解脱氮和MBR的水体深度净化系统,其特征在于,所述膜生物反应器(MBR)前还设一个微电解装置(600),微电解装置(600)由池体(610)、支撑架(620)、支撑层(630)、铁碳层(640)和滤料层(650)构成;微电解装置(600)主要用于消耗电解脱氮时的过量次氯酸钠,保证曝气生物滤池的细菌的正常生长。
6.根据权利要求1所述一种基于电解脱氮和MBR的水体深度净化系统,其特征在于,所述膜生物反应器(MBR)后还设有一个深度除磷装置,所述深度除磷装置是吸附除磷装置、化学沉淀除磷装置中的一种。
7.根据权利要求6所述一种基于电解脱氮和MBR的水体深度净化系统,其特征在于,所述吸附除磷装置至少包括一个吸附塔(710)、一个脱附再生系统(720)和磷沉淀回收系统(730);所述吸附除磷装置至少包括一个吸附塔(710)、一个脱附再生系统(720)和磷沉淀回收系统(730);需要连续运行的,所述吸附除磷装置至少包括两个吸附塔(710)、一个脱附再生系统(720)和磷沉淀回收系统(730);所述吸附塔(710)由阀门(711)、进水口(712)、下支撑板(713)、吸附填料(714)、上支撑板(715)、出水口(716)、三通(717)、三通(718)和阀门(719)构成;所述脱附再生系统(720)由脱附再生液贮罐(721)、再生液输送泵(722)、流量计(723)、再生液进口阀(724)、吸附塔(710)、清水罐(728)、清水泵(729)、洗脱液出水阀(726)和洗脱液贮罐(727)构成;脱附再生液贮罐(721)通过再生液输送泵(722)和进水阀(724)与进水口三通联接到吸附塔(710)上;清水罐(728)通过清水泵(729)、三通(718)与出水三通(717)与吸附塔(710)联接;洗脱液贮罐(727)通过洗脱液出水阀(726)、出水三通(717)与吸附塔(710)联接;所述磷沉淀回收系统(730)由脱附液输送泵(731)、进口阀(732)、沉淀反应池(733)、搅拌器(734)、沉淀剂贮罐(735)、加药泵(736)、沉淀罐(739)、输送泵(738)、浓缩罐(737)和回收泵构成;脱附液输送泵(731)入口接洗脱液贮罐(727)的出水口,脱附液输送泵(731)的出水口与脱附液进口阀(732)入口联接,脱附液进口阀(732)出口与磷沉淀反应池(733)联接;沉淀反应池(733)上还安装有搅拌器(734)和沉淀剂贮罐(735),沉淀反应池(733)的出水口与磷沉淀罐(739)进水口连接,磷沉淀回收池(739)出水口经输送泵(738)与浓缩罐(737)的进口联接,浓缩罐(737)的出口通过回收泵与脱附再生液贮罐(721)联接。
8.根据权利要求1所述基于电解脱氮和MBR的水体深度净化系统,其特征在于,所述污泥泵(510)的进口分别与预处理装置(100)、混凝沉淀装置(200)、电解脱氮装置(300)、膜生物反应器(MBR)(400)和铁碳微电解装置(600)的污泥出口连通。
9.根据权利要求1所述一种基于电解脱氮和MBR的水体深度净化系统,其特征在于,所述水体深度净化系统是地下式、半地下式或地上式的一种。
10.一种基于电解脱氮和MBR的水体深度净化方法,其特征在于,采用如权利要求1所述基于电解脱氮和MBR的水体深度净化系统进行水体净化,包括如下步骤:
(1)预处理:经过管道收集的污染水体通过粗格栅(110)、细格栅(120)过滤,除去较大颗粒的固体物,再经过曝气沉砂池(130)沉淀去除水体的泥沙等杂物;
(2)混凝沉淀:包括如下步骤:
①将经过预处理后的水体经提升泵(140)提升进入混凝池(210),通过混凝加药装置加入10~120g/m3硫酸亚铁溶液或15~150g/m3的聚合氯化铝溶液和进水总量3~5%的电解水混合并不断搅拌,搅拌速度为50~300r/min,混凝反应时间为3~15min;
②助凝:步骤(1)中混凝反应后的水体进入助凝池(220),通过助凝加药装置加入PAM,加入PAM的重量与污水体积的关系为0.1~1g/m3,搅拌并反应1~5min,搅拌速度10~80r/min;
③沉淀:步骤(2)中经助凝反应的污水进入混凝沉淀池(230),进行固液分离,固液分离的时间为3~10min,经过3~10min的固液分离,形成所述混凝沉淀池(230)上层的上清液区、混凝沉淀池(230)的底部的污泥浓缩区和混凝沉淀池(230)的中部形成固液分离区;当步骤(2)中助凝池(220)内形成的沉淀量不足时,开启污泥回流泵(234),部分污泥从所述混凝沉淀池(230)回流入助凝池(220),促进沉淀生成;通过混凝沉淀处理后,除去水体80~95%的SS,使水体的SS≤50mg/L,去除水体中40~90%的总磷,使水体的总磷≤1mg/L,并一同去除水体中40~75%的COD,使水体的COD≤150mg/L;
(3)电解脱氮包括如下步骤:
①电解:将经过混凝沉淀后污染水体经中间水池(240)和提升泵(311)输送至电解脱氮主机(310)中电解10~150s;电解时通过电解质投加系统投加3%~12%的次氯酸钠溶液或2%~6%的氯化钠溶液;电解的电压为2~500V,电流密度0.05~3mA/cm2
②脱氮反应:将电解脱氮主机的电解出水送入脱氮反应池(330)中并通过布水器均匀分布在脱氮反应池(330)的底部,使水体由下向上流动,停留时间为10~150min,电解产生的次氯酸钠,氧气和氢气在脱氮反应罐(330)中分别与污染水体中的氨氮和硝态氮反应反应10~150min,生成氮气和水,从而除去水体中的氨氮和硝态氮;所述电解脱氮主机(310)的工作电压为35~90V,电流密度为3~50mA/cm2;通过电解脱氮,使水体中的氨氮浓度从8~70mg/L下降到≦1mg/L以下,使水体中的总氮浓度从10~80mg/L下降到≦5mg/L;通过电解脱氮反应还一同去除水体的10%~90%的BOD,99%~100%的粪大肠菌群,5%~15%的COD,5%~10%的总磷,同时,还可以将水体中的溶解氧增加到7mg/L以上;
(4)微电解除次氯酸钠:电解脱氮后的水体流入铁碳微电解除次氯酸钠装置,在装置中停留10~30min,电解脱氮时过量的次氯酸钠与铁碳反应,消除次氯酸钠对后续好氧生化段的干扰,微电解出水的次氯酸钠含量≦0.1mg/L;
(5)膜生物反应器(MBR)净化:将经过微电解除次氯酸钠后的水体输送至膜生物反应器(MBR)中,进行生化处理和膜过滤,污染水体在滤池中的停留时间为150~240min,以充分去除水体中的COD、BOD和总氮;
(6)消毒:将经过膜生物反应器(MBR)净化后的水体送入经过接触消毒池消毒,处理后达到《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)Ⅲ或Ⅳ类水质标准,底部污泥通过污泥泵送入污泥处理装置(500)中进行污泥脱水处理。
(7)污泥处理:步骤(2)混凝沉淀所述混凝沉淀池(230)内污泥的污泥、二沉池(420)的污泥通过污泥泵(510)输送至重力浓缩池(520)内,经过搅拌,利用水、有机物和无机物三者的密度差异进行重力沉淀分离,形成上清液层、中层有机物富集层和下层无机层,将上述上清液层内的液体输送至好氧装置(400)中再净化;将下层无机层在上述理化调理池(530)内加入理化调理剂,再输送至脱水机(540)内脱水成有机泥块和水,脱水机(540)的出水送至膜生物反应器(MBR)(400)中再净化;将中层有机物富集层脱水干燥成碳肥。
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