CN111943463B - 一种降低膜污染的污水处理系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种降低膜污染的污水处理系统。该系统包括缺氧池、好氧池、膜池和污泥处理系统。工作时，污水首先进入缺氧池，随后进入好氧池，最终进入膜池。经过膜池抽吸后，混合液同样分为两部分，一部分直接排出处理系统，剩余部分则回流至缺氧池中。本发明的污水处理系统，在膜池与缺氧池之间设置有污泥处理系统，回流至缺氧池的混合液先流经污泥处理系统，经过污泥处理系统的处理后，混合液中的污泥被分为轻质污泥和重质污泥。不仅解决了膜易堵塞的问题，还促进了污水的净化处理。

Description

一种降低膜污染的污水处理系统
技术领域
本发明属于污水处理技术领域，具体涉及一种降低膜污染的污水处理系统。
背景技术
膜生物反应器（Membrane Bioreactor，简称MBR）是一种将生物处理技术与膜分离相结合的新型污水处理工艺，该工艺在污水处理过程中，利用膜组件的拦截作用实现泥水的分离，并将分离出的水排放，而活性污泥则保留在生物处理系统之中，具有污泥膨胀几率低、占地面积小、运行控制灵活等优点。
然而，由于污泥中通常含有大量轻质污泥，系统的反洗周期短，膜丝极易堵塞。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种降低膜污染的污水处理系统。
本发明第一方面提供了一种降低膜污染的污水处理系统，包括：
缺氧池，所述缺氧池上设置有污水总进水口；
好氧池，所述好氧池与所述缺氧池相连通；
膜池，所述膜池与所述好氧池相连通，所述膜池上设置有污水总出水口；
污泥处理系统，所述污泥处理系统具有进水端与出水端，所述进水端与所述膜池相连通，所述出水端与所述缺氧池相连通；
所述进水端与所述膜池之间设置有回流系统；
所述污泥处理系统包括依次相连的水力旋分装置和减缩廊道，所述水力旋分装置与所述回流系统相连通，所述减缩廊道与所述缺氧池相连通；
所述减缩廊道的底部具有倾角，所述倾角向靠近所述水力旋分装置的一端倾斜，所述倾角的度数为25~35°；
所述减缩廊道具有廊道进水端与廊道出水端，所述廊道进水端的宽度大于所述廊道出水端的宽度。
“廊道”一般是指不同于两侧基质的狭长地带。本申请污水处理系统中的“减缩廊道”，特指位于水力旋分装置和缺氧池之间的廊道部分，该部分廊道具有底部具有倾角，并且廊道进水端的宽度大于所述廊道出水端的宽度的特点。
根据本发明实施方式的污水处理系统，至少具有如下技术效果：
首先，传统的膜生物反应器工艺中，污水最后经膜生物反应器处理后，混合液分为两部分，一部分混合液直接排出处理系统，另一部分混合液则通过污泥回流系统回流。回流指在膜池后端安装泵，通过泵将含有污泥的混合液直接回流至缺氧池前端，污泥未经过分选，轻质污泥长期富集易造成膜堵塞。而本发明的污水处理系统，工作时，污水首先进入缺氧池，随后进入好氧池，最终进入膜池。经过膜池抽吸后，混合液同样分为两部分，一部分直接排出处理系统，剩余部分则回流至缺氧池中。本发明的污水处理系统，在膜池与缺氧池之间设置有污泥处理系统，回流至缺氧池的混合液先流经污泥处理系统，经过污泥处理系统的处理后，混合液中的污泥被分为轻质污泥和重质污泥。其中，轻质污泥较为分散，黏度大，易大面积堵塞膜系统。将轻质污泥排出污泥处理系统，实现了有效避免膜系统堵塞的效果。重质污泥经过污泥处理系统的处理后，粒径增大，形成表面具有多孔结构的疏松大颗粒污泥，这些具有多孔结构的疏松大颗粒污泥，回流到缺氧池内时，污水中的污染物从孔隙进入大颗粒污泥的内部，被反硝化菌去除。回流到好氧池内时，这些具有多孔结构的疏松大颗粒污泥最外层发生硝化反应，产生的硝态氮进入颗粒污泥内部，直接供给污泥内部的反硝化菌，即在好氧池也能发生一定效率的反硝化作用。因此，本发明的污水处理系统，不仅解决了膜易堵塞的问题，还促进了污水的净化处理。
其次，本发明的污水处理系统中，污泥处理系统可以制造为成套设备，结构紧凑，占地面积小。
第三，本发明的污水处理系统中，减缩廊道的底部具有倾角，廊道进水端宽度大，廊道出水端小，可以使污泥颗粒流动的速度梯度逐渐增大，污泥颗粒之间的相互凝聚作用增大，利于形成疏松大颗粒污泥。
本发明的污水处理系统：
刚开始运行时，缺氧池主要发生生物反硝化作用，好氧池发生生物硝化反应，膜池发生抽吸反应，污泥处理系统内主要发生水力旋分作用和污泥凝聚反应。
运行稳定后，污泥处理系统会培育出具有多孔结构的疏松大颗粒污泥，这类污泥粒径较大，通常为0.1~3 mm，内部包裹不同类别的微生物，主要为缺氧性质的反硝化细菌，外部为好氧菌和硝化菌。内部在污泥中形成一个硝化-反硝化系统，增加系统脱氮效率。
本发明的污水处理系统，一方面将轻质污泥去除后，可大大加强膜的耐污性，另一方面，在生化系统内形成了颗粒性质污泥，促进了污水的净化处理，工程应用价值显著。
根据本发明的一些实施方式，回流系统为回流泵，回流泵的作用是将需要回流的部分水送回缺氧池中，回流泵通常设置于膜池底部。
根据本发明的一些实施方式，所述污泥处理系统包括依次相连的水力旋分装置和减缩廊道，所述水力旋分装置与所述回流系统相连通，所述减缩廊道与所述缺氧池相连通。回流的混合液先流经水力旋分装置，被分为轻质污泥和重质污泥，轻质污泥排出污泥处理系统，重质污泥进入减缩廊道。
根据本发明的一些实施方式，所述水力旋分装置为水力旋分器，所述水力旋分器包括相互连通的第一水力旋分器、第二水力旋分器、第三水力旋分器和第四水力旋分器。
膜池中，混合液由回流系统加压泵入回流管路，混合液通过管路三通平均分配至第一水力旋分器、第二水力旋分器、第三水力旋分器和第四水力旋分器，混合液首先进入旋分器中部偏上的进泥口，进泥口顶部通常位于顶部往下0.1倍总长度，混合液进入旋水力旋分器后，直接撞击轻质污泥排放口下的可调式挡板，挡板倾角设置为45~90°，并随后沿水力旋分器外壁做外旋流作用，在离心作用下，重质污泥相互碰撞形成密实颗粒状污泥从下端重质污泥排放口排出，轻质污泥形成内旋流向上运动，最终由轻质污泥排放口排出。
根据本发明的一些实施方式，所述水力旋分器的锥角为18~20°，进口压力≤0.15MPa。
根据本发明的一些实施方式，所述廊道进水端与所述廊道出水端的宽度比为（2~4）:1。
根据本发明的一些实施方式，所述廊道进水端与所述廊道出水端的宽度比为3:1。
减缩廊道的底部具有倾角，廊道进水端宽度大，廊道出水端小，可以使污泥颗粒流动的速度梯度逐渐增大，污泥颗粒之间的相互凝聚作用增大，利于形成疏松大颗粒污泥。
根据本发明的一些实施方式，所述污泥处理系统包括轻质污泥储泥池，所述轻质污泥储泥池与所述水力旋分装置相连通。用于储存自水力旋分装置排出的轻质污泥。
附图说明
图1是本发明实施例的降低膜污染的污水处理系统示意图。
图2是本发明实施例的污泥处理系统的俯视图。
图3是本发明实施例的污泥处理系统的侧视图。
图4是本发明实施例的水力旋分器的俯视图。
图5是本发明实施例2的SVI分布图。
图6是本发明实施例2的跨膜压差测试图。
图7是本发明实施例2的膜通量测试图。
图8是处理前MBR系统污泥镜检结果。
图9是处理后MBR系统污泥镜检结果。
附图标记：
缺氧池100；
好氧池200；
膜池300；
污泥处理系统400；水力旋分装置410，减缩廊道420；
第一水力旋分器4110，第二水力旋分器4120，第三水力旋分器4130，第四水力旋分器4140；
进泥口4010，可调式挡板4020，重质污泥排放口4030，轻质污泥排放口4040；
回流系统500；
轻质污泥储泥池600。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，如果有描述到第一、第二、第三等只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
实施例1
参考图1描述本发明实施例的降低膜污染的污水处理系统。该系统包括缺氧池100、好氧池200、膜池300和污泥处理系统400。其中，缺氧池100上设置有污水总进水口，好氧池200与缺氧池100相连通，膜池300与好氧池200相连通，膜池300上设置有污水总出水口，污泥处理系统400具有进水端（图中未示）与出水端（图中未示），进水端与膜池300相连通，出水端与缺氧池100相连通。
可理解到，传统的膜生物反应器工艺中，污水最后经膜生物反应器处理后，混合液分为两部分，一部分混合液直接排出处理系统，另一部分混合液则通过污泥回流系统回流。回流指在膜池300后端安装泵，通过泵将含有污泥的混合液直接回流至缺氧池100前端，这样易造成膜堵塞。而本发明的污水处理系统，工作时，污水首先进入缺氧池100，随后进入好氧池200，最终进入膜池300。经过膜池300抽吸后，混合液同样分为两部分，一部分出水直接排出处理系统，剩余部分则回流至缺氧池100中。本发明的污水处理系统，在膜池300与缺氧池100之间设置有污泥处理系统400，回流至缺氧池100的混合液先流经污泥处理系统400，经过污泥处理系统400的处理后，混合液中的污泥被分为轻质污泥和重质污泥。其中，轻质污泥较为分散，黏度大，易大面积堵塞膜系统。将轻质污泥排出污泥处理系统400，实现了有效避免膜系统堵塞的效果。重质污泥经过污泥处理系统400的处理后，粒径增大，形成表面具有多孔结构的疏松大颗粒污泥，这些具有多孔结构的疏松大颗粒污泥，回流到缺氧池100内时，污水中的污染物从孔隙进入大颗粒污泥的内部，被反硝化菌去除。回流到好氧池200内时，这些具有多孔结构的疏松大颗粒污泥最外层发生硝化反应，产生的硝态氮进入颗粒污泥内部，直接供给污泥内部的反硝化菌，即在好氧池200也能发生一定效率的反硝化作用。因此，本发明的污水处理系统，不仅解决了膜易堵塞的问题，还促进了污水的净化处理。
在一些实施例中，污泥处理系统400可以制造为成套设备，结构紧凑，占地面积小。
可理解到，本发明的污水处理系统：
刚开始运行时，缺氧池100主要发生生物反硝化作用，好氧池200发生生物硝化反应，膜池300发生抽吸反应，污泥处理系统400内主要发生水力旋分作用和污泥凝聚反应。
运行稳定后，污泥处理系统400会培育出具有多孔结构的疏松大颗粒污泥，这类污泥粒径较大，通常为0.1~3 mm，内部包裹不同类别的微生物，主要为缺氧性质的反硝化细菌，外部为好氧菌和硝化菌。内部在污泥中形成一个硝化-反硝化系统，增加系统脱氮效率。
本发明的污水处理系统，一方面将轻质污泥去除后，可大大加强膜的耐污性，另一方面，在生化系统内形成了颗粒性质污泥，促进了污水的净化处理，工程应用价值显著。
可理解到，进水端与膜池300之间设置有回流系统500。回流系统500为回流泵（图中未示），回流泵的作用是将需要回流的部分水送回缺氧池100中，回流泵通常设置于膜池300底部。
在一些实施例中，污泥处理系统400包括依次相连的水力旋分装置410和减缩廊道420，水力旋分装置410与回流系统500相连通，减缩廊道420与缺氧池100相连通。回流的混合液先流经水力旋分装置410，被分为轻质污泥和重质污泥，轻质污泥排出污泥处理系统400，重质污泥进入减缩廊道420。
在一些实施例中，水力旋分装置410为水力旋分器，参考图2和图3所示，水力旋分器包括相互连通的第一水力旋分器4110、第二水力旋分器4120、第三水力旋分器4130和第四水力旋分器4140。膜池300中，混合液由回流系统500加压泵入回流管路，混合液通过管路三通平均分配至第一水力旋分器4110、第二水力旋分器4120、第三水力旋分器4130和第四水力旋分器4140。参考图4所示，混合液首先进入旋分器中部偏上的进泥口4010，进泥口4010通常位于顶部往下0.1倍总长度，混合液进入旋水力旋分器后，直接撞击轻质污泥排放口下的可调式挡板4020，可调式挡板4020倾角α设置为45~90°，混合液随后沿水力旋分器外壁做外旋流作用，在离心作用下，重质污泥相互碰撞形成密实颗粒状污泥从下端重质污泥排放口4030排出，轻质污泥形成内旋流向上运动，最终由轻质污泥排放口4040排出。
在一些实施例中，水力旋分器的锥角β为18~20°，进口压力≤0.15 MPa。
在一些实施例中，减缩廊道420的底部具有倾角γ，倾角γ向靠近水力旋分装置410的一端倾斜，倾角γ的度数为25~35°。
在一些实施例中，减缩廊道420具有廊道进水端与廊道出水端（图中未示），廊道进水端的宽度大于廊道出水端的宽度。
在一些实施例中，廊道进水端与廊道出水端的宽度比为（2~4）:1。
在一些实施例中，廊道进水端与廊道出水端的宽度比为3:1。
减缩廊道420的底部具有倾角γ，廊道进水端宽度大，廊道出水端小，可以使污泥颗粒流动的速度梯度逐渐增大，污泥颗粒之间的相互凝聚作用增大，利于形成疏松大颗粒污泥。
在一些实施例中，污泥处理系统400包括轻质污泥储泥池600，轻质污泥储泥池600与水力旋分装置410相连通。用于储存自水力旋分装置410排出的轻质污泥。
作为一种实施方式，膜池300混合液进入污泥处理系统400，首先在水力旋分装置410进行初次分选，分选的重质污泥和轻质污泥比例为4:1，重质污泥进入减缩廊道420，在水力作用下，相互碰撞，凝聚成大颗粒污泥，排入缺氧池100。轻质污泥排入储泥池，第一阶段持续运行10 d，压力维持在0.15 MPa，通过调节污泥处理系统400进水量控制出水SVI值位于80~100 ml/kg。第二阶段持续运行5 d，污泥处理系统400进水量保持不变，控制压力维持在0.10~0.12 MPa，控制出水SVI值小于80 ml/kg。第三阶段一周运行1 d，压力维持在0.10 MPa，控制出水SVI值小于75 ml/kg。系统正常运行后，生化池和膜池300混合液SVI值降低15 %，平均粒度提升30 %，膜在线反洗周期从2周/次提升至36周/次。分选的重质污泥和轻质污泥比例为4:1，可以通过调节轻质污泥排放口下的可调式挡板角度，从而改变轻质污泥排放口的流量大小来实现。可以调节的范围为（3~5）：1，实际运行中4:1效果最佳。控制出水SVI是一方面，同时还要对稳定性进行控制，10 d属于工程经验，在实际运行中，可能3~5 d就可以达到这个值。上述描述中的天数是实际运行和操作中的最佳值，也是污泥性状最佳所需要的三阶段天数。
实施例2
本例为采用降低膜污染的污水处理系统，在湖南某生活污水处理厂的处理实例。
采用AO+MBR（缺氧-好氧-）工艺，处理规模为10万m3/d，在厂内采用AO+MBR一体化装置进行测试，最大处理规模100m3/d，装置处理污水厂沉砂池出水。
工艺设备
测试关键设备其一为AO+MBR一体化装置，按照污水厂工艺比例式搭建，在本发明内不做赘述；其二为降低膜污染成套设备，处理混合液流量为100~200 m3/d，其中，水力旋分器高度为2.0 m，直径为0.6 m，锥角为20°，内含四套。渐缩廊道长度为1.8 m，进出口分别为3.0 m和1.0 m，深度为2 m，平面及底部倾角均为30°。污泥处理系统连接一体化装置的好氧池回流系统，处理的重质污泥相互凝聚后回流至缺氧池，轻质污泥排至储泥池。
运行效果
装置首先按照正常工艺运行，降低膜污染的污水处理系统不开启，并约定跨膜压差大于0.6 bar且膜通量低于10 L/m2·min进行在线反洗（次氯酸钠+氢氧化钠+清水）。当正常运行60日后，开启降低膜污染的污水处理系统，按照下列方式运行，即第一阶段持续运行10 d，压力维持在0.15 MPa，通过调节成套设备进水量控制出水SVI值位于80~100 mL/g；第二阶段持续运行5 d，成套设备进水量保持不变，控制压力在0.10~0.12 MPa范围，控制出水SVI值小于80 mL/g；第三阶段一周运行1 d，压力控制在0.10 MPa，控制出水SVI值小于75mL/g。项目运行时间为140天，运行情况如图5至图7所示。
分析图5至图7可得，开启成套装置后，生化池内SVI值波动性降低，平稳降低，至测试结束接近70 ml/g。在运行的前60日内，跨膜压差约14日到达规定的上限值，需要进行在线反洗。同样的，膜通量约14日达到规定的下限值，需要进行在线反洗。第60日后，膜污染成套设备开启，可发现，20日调整后，跨膜压差约60日达到规定的上限值。同样的，膜通量约60日达到规定的下限值。因此，本发明的污水处理系统显著缓解了膜污染的能力，对未来膜污染控制和MBR工艺运行均具备很好的指导意义。
对经过污泥处理系统前的污泥和经过污泥处理系统后的污泥分别取样进行检测。经过污泥处理系统前的污泥颗粒的镜检如图8所示，经过污泥处理系统后的污泥颗粒的镜检如图9所示。比较经过污泥处理系统前后的检测结果可以观察到，污泥经过污泥处理系统的处理后，粒径增大，形成表面具有多孔结构的疏松较大颗粒污泥。这些具有多孔结构的疏松大颗粒污泥，回流到缺氧池内时，污水中的污染物从孔隙进入大颗粒污泥的内部，被反硝化菌去除。回流到好氧池内时，这些具有多孔结构的疏松大颗粒污泥最外层发生硝化反应，产生的硝态氮进入颗粒污泥内部，直接供给污泥内部的反硝化菌，即在好氧池也能发生一定效率的反硝化作用。
对比例1
本例与实施例2的区别在于，渐缩廊道的进出口宽度相同，均为3.0 m。按照实施例2运行，稳定后重点对第三阶段进行比较和分析，相关数据对比见下表：
项目 实施例2 对比例1
清洗周期 约60天 约35天
清洗周期内SVI平均值 77.06 mL/g 80.47 mL/g
清洗周期内跨膜压差平均值 0.38 bar 0.37 bar
清洗周期内膜通量平均值 19.12 L/m2·h 18.64 L/m2·h
有上表可发现当渐缩廊道进出口宽度相同时，对比例1清洗周期大幅度降低，远低于实施例2中60天，SVI平均值略高于实施例2，跨膜压差与实施例2接近，平均膜通量略低于实施例2。间接反映了进出口宽度比影响污泥性质，并对膜运行产生了较大影响。
对比例2
本例与实施例2的区别在于，渐缩廊道的底部为平底，没有倾角。按照实施例2运行，稳定后重点对第三阶段进行比较和分析，相关数据对比见下表：
项目 实施例2 对比例2
清洗周期 约60天 约40天
清洗周期内SVI平均值 77.06 mL/g 78.35 mL/g
清洗周期内跨膜压差平均值 0.38 bar 0.37 bar
清洗周期内膜通量平均值 19.12 L/m2·h 18.88L/m2·h
有上表可发现当渐缩廊道的底部为平底，没有倾角时，对比例1清洗周期一定幅度降低，低于实施例2中60天，SVI平均值略高于实施例2，跨膜压差与实施例2接近，平均膜通量略低于实施例2。间接反映了底部倾角影响污泥性质，并对膜运行产生一定影响。
综上所述，渐缩通道结构对污泥聚合有促进作用，可对污泥进一步聚合，降低污泥SVI值，提升清洗周期，提高膜的抗污染能力。
上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (6)

1.一种降低膜污染的污水处理系统，其特征在于，包括：
缺氧池，所述缺氧池上设置有污水总进水口；
好氧池，所述好氧池与所述缺氧池相连通；
膜池，所述膜池与所述好氧池相连通，所述膜池上设置有污水总出水口；
污泥处理系统，所述污泥处理系统具有进水端与出水端，所述进水端与所述膜池相连通，所述出水端与所述缺氧池相连通；
所述进水端与所述膜池之间设置有回流系统；
所述污泥处理系统包括依次相连的水力旋分装置和减缩廊道，所述水力旋分装置与所述回流系统相连通，所述减缩廊道与所述缺氧池相连通；
所述减缩廊道的底部具有倾角，所述倾角向靠近所述水力旋分装置的一端倾斜，所述倾角的度数为25~35°；
所述减缩廊道具有廊道进水端与廊道出水端，所述廊道进水端的宽度大于所述廊道出水端的宽度。
2.根据权利要求1所述的降低膜污染的污水处理系统，其特征在于，所述水力旋分装置为水力旋分器，所述水力旋分器包括相互连通的第一水力旋分器、第二水力旋分器、第三水力旋分器和第四水力旋分器。
3.根据权利要求2所述的降低膜污染的污水处理系统，其特征在于，所述水力旋分器的锥角为18~20°。
4.根据权利要求1所述的降低膜污染的污水处理系统，其特征在于，所述廊道进水端与所述廊道出水端的宽度比为（2~4）:1。
5.根据权利要求4所述的降低膜污染的污水处理系统，其特征在于，所述廊道进水端与所述廊道出水端的宽度比为3:1。
6.根据权利要求1至5任一项所述的降低膜污染的污水处理系统，其特征在于，所述污泥处理系统包括轻质污泥储泥池，所述轻质污泥储泥池与所述水力旋分装置相连通。
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