CN112429845A - 一种用于易起泡污水好氧生化处理的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于易起泡污水好氧生化处理的方法和装置，属于污水处理技术领域。本发明通过MABR生物膜无泡曝气的方式，在为易起泡污水充氧的同时不产生泡沫，不仅大量节省曝气能耗，而且MABR生物膜协同污泥能够提升生化处理的污染物去除负荷，实现同步硝化反硝化去除污染物，增加生化系统抗冲击性，防止曝气气体搅动带动污水中臭味和挥发性有机物溢出，降低环境污染风险。

Description

一种用于易起泡污水好氧生化处理的方法和装置
技术领域
本发明属于污水处理技术领域，更具体地说，涉及一种用于易起泡污水好氧生化处理的方法和装置。
背景技术
易起泡废水主要为有起泡表观现象的废水类型，主要成因为废水中的表面活性剂含量。常规处理含表面活性剂废水的手段包括：混凝吸附法：常用混凝剂铝盐、铁盐及有机聚合类混凝剂，在去除该类型废水中胶体颗粒的同时，能够吸附胶体表面的各类表面活性剂，还可以与水相中溶解的表面活性剂生成难溶的沉淀物。吸附法：利用活性炭、硅藻土、高岭土等材料对其废水中的易起泡组分进行吸附作用。催化氧化法：是对传统化学氧化法的改进与强化，常用臭氧或芬顿法对有机组分进行氧化，将表面活性剂分解为CO2和H2O。
但这些处理工艺不仅繁琐，处理效果有限，而且使用的混凝剂、活性炭、臭氧等都是运行处理工艺的消耗品，带来较高的运行成本消耗。
对于活性污泥法处理易起泡污水，一般包括但不限于以下废水行业和类型：原油开采含油废水，印染废水，植物油加工废水，屠宰及肉类加工废水，医药有机废水，农药废水，炼焦含酚废水等，但传统曝气形式如微孔曝气和表面曝气，在充氧曝气的过程中，容易产生大量泡沫。例如，曝气池中的部分有机物被表面活性剂降解进而形成泡沫以及在曝气的情况下，表面活性剂这种双亲分子的极性基团会吸附在亲水物质上，而非极性基团则伸入气泡中从而浮起水面；在曝气不足的角落以及在二沉池中一般都会发生反硝化反应导致氮气被释放而产生泡沫问题；以及由于各种因素的影响，微生物增长异常，导致比表面积较大的丝状菌增长大大高于菌胶团细菌，从而形成生物泡沫。这些泡沫会导致氧气不能够及时传送，大大降低了充氧能力。不但会对微生物造成不良影响，严重影响生化功能，导致出水质量不过关，甚至会导致生化系统的崩溃。生物泡沫更会因为其粘滞性形成浮渣，干扰污泥浓缩和污泥消化。
一般采用添加消泡剂或者清水表面喷淋的方式来控制泡沫，添加消泡剂抑制的方式，对于污水处理存在以下几点问题：1、长久添加增加污水处理运行成本；2、消泡剂性能千差万别，对不同起泡原因的污水难以普适；3、硅油的性质决定了消泡剂的抑泡时间，难以衡量合理用量。而清水表面喷淋的方式，一方面增加了水资源浪费，另一方面无法从根本抑制泡沫的产生。
MABR(膜曝气生物膜反应器(Membrane Aerated Biofilm Reactor))是一种以透氧膜材料作为传氧介质的无泡曝气污水处理工艺，该工艺的优势在于利用膜材料的高透氧性能和膜两侧的氧浓度差，分子级氧由膜的富氧侧向污水中渗透传质，MABR在曝气充氧的过程中没有气泡产生，所需的气量极少，氧利用率和传氧动力效率极高。
发明内容
1.要解决的问题
针对现有技术中易起泡污水处理过程中容易产生大量泡沫，导致处理效果差的问题，本发明提供一种用于易起泡污水好氧生化处理的方法和装置。本发明通过MABR生物膜无泡曝气的方式，在为易起泡污水充氧的同时不产生泡沫，不仅大量节省曝气能耗，而且MABR生物膜协同污泥能够提升生化处理的污染物去除负荷，实现同步硝化反硝化去除污染物，增加生化系统抗冲击性，防止曝气气体搅动带动污水中臭味和挥发性有机物溢出，降低环境污染风险。
2.技术方案
为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：
本发明的一种用于易起泡污水好氧生化处理的装置，包括MABR膜组件、第一鼓风机和第二鼓风机，所述MABR膜组件顶部连接有出气主集管，MABR膜组件底部连接有进气主集管，进气主集管下方设置有穿孔管，穿孔管通过管道与MABR膜组件相连，并且穿孔管上设置有多个开孔；第一鼓风机通过进气管路与进气主集管相连，第二鼓风机通过吹扫管路与穿孔管相连，并且出气主集管通过管道与尾气管路相连。
优选地，本发明的一种用于易起泡污水好氧生化处理的装置还包括凝水罐，所述凝水罐设置在尾气管路上，并且通过尾气管路与出气主集管相连。
优选地，所述MABR膜组件位于污水处理好氧反应池内部。
优选地，所述MABR膜组件包括多个中空纤维膜，其中每个中空纤维膜的一端与出气主集管相连，另一端与进气主集管相连。
优选地，所述开孔的直径为0.5-1.0cm，开孔之间的距离为3～8cm。
优选地，所述凝水罐顶部安装有通气阀，凝水罐底部安装有排水电磁阀。
优选地，所述MABR膜组件的中空纤维膜的总外表面积为1452～1760m2。
优选地，所述穿孔管为呈列管状排布的多个穿孔管，每根穿孔管之间的距离为10～12cm，并且穿孔管的排布方向与中空纤维膜的排布方向呈十字形。
本发明的一种对易起泡污水进行好氧生化处理的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S10、将上述的一种用于易起泡污水好氧生化处理的装置置于污水处理好氧反应池内；
S20、开启第一鼓风机，空气通过进气管路进入进气主集管，对MABR膜组件内部进行供氧，使得MABR膜组件外部的生物膜进行生化反应，去除污水中的污染物；
S30、开启第二鼓风机，空气通过吹扫管路进入穿孔管，经由穿孔管上设置的多个开孔对MABR膜组件进行吹扫清洗，以控制MABR膜组件外部形成厚度为300μm-500μm之间的生物膜。
优选地，在步骤S30中，对MABR膜组件进行吹扫清洗是间歇性的，吹扫清洗的操作设定为每间隔1小时开启20秒，吹扫曝气强度为65Nm3/m2。
3.有益效果
相比于现有技术，本发明的有益效果为：
(1)本发明的一种用于易起泡污水好氧生化处理的装置，采用MABR膜组件作为好氧处理的供氧装置，以无泡的形式向污水中传递氧，处理过程中完全消除了易起泡污水的泡沫产生，并且能够强化生化处理效果，挂载的生物膜具有更强的生物活性，有助于耦合活性污泥对污染物进行降解，并发生同步硝化反硝化反应，其处理的出水水质明显优于现有处理工艺的出水；
(2)本发明的一种用于易起泡污水好氧生化处理的装置，设置有穿孔管，通过穿孔管上的多个开孔间歇性对MABR膜组件进行吹扫清洗，将MABR膜组件外部形成的生物膜控制在一定厚度范围内，强化硝化反应发生；
(3)本发明的一种用于易起泡污水好氧生化处理的装置，结构简单，设计合理，具有较好的节能效果，相比现有处理工艺的盘式曝气节约了75％以上的电能消耗；
(4)本发明的一种对易起泡污水进行好氧生化处理的方法，特别适用于处理含表面活性剂的废水，生物膜在MABR膜上经驯化挂膜后，生物膜的生物活性对废水中的表面活性剂和COD保持稳定的去除率，同时由于MABR传氧曝气的形式为无气泡曝气，在含表面活性剂的废水中不会形成气泡，因此不会形成因气泡产生的难消解泡沫。
附图说明
图1为本发明的一种用于易起泡污水好氧生化处理的装置的结构示意图；
图2为本发明的底部吹扫穿孔管的结构示意图；
图3为本发明使用的中空纤维膜的实物图；
图4为本发明的MABR膜组件的结构示意图；
图5为本发明的MABR膜组件的实物图；
图中：
100、MABR膜组件；110、出气主集管；120、进气主集管；
200、第一鼓风机；201、第一电磁阀；202、压力变送器；
210、进气管路；300、第二鼓风机；301、第二电磁阀；
310、吹扫管路；400、穿孔管；410、开孔；500、凝水罐；
501、通气阀；502、排水电磁阀；503、电动调节阀；
510、尾气管路；600、污水处理好氧反应池；1010、中空纤维膜。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进一步进行描述。
如图1所示，本发明的一种用于易起泡污水好氧生化处理的装置，包括MABR膜组件100、第一鼓风机200和第二鼓风机300，所述MABR膜组件100顶部连接有出气主集管110，MABR膜组件100底部连接有进气主集管120，进气主集管120下方设置有穿孔管400，穿孔管400通过管道与MABR膜组件100相连；第一鼓风机200用于将空气鼓入进气管路210，通过进气管路210进入MABR膜组件100的进气主集管120，并对MABR膜组件100进行供氧，保证MABR膜组件100外部的生物膜能够完成生化反应，去除污水中的污染物，第二鼓风机300用于将空气鼓入吹扫管路310，通过吹扫管路310进入穿孔管400，穿孔管400上设置有多个开孔410(如图2所示)，经由多个开孔410对MABR膜组件100进行吹扫清洗，以控制MABR膜组件100外部形成一定厚度的生物膜，避免生物膜过厚而影响污染物(例如氨氮、COD)在生物膜内的传质，阻碍硝化和反硝化反应的发生，其中，生物膜的厚度优选为300μm-500μm之间。并且穿孔管400可以设置为呈列管状排布的多个穿孔管，每根穿孔管之间的距离为10cm。更优选地，开孔410的直径为0.5-1.0cm，开孔410之间的距离为5cm。
需要说明的是，对MABR膜组件100进行吹扫清洗的操作是间歇性的，具体操作设定为每间隔1小时开启20秒，吹扫曝气强度为65Nm3/m2。
更进一步地，进气管路210上设置有第一电磁阀201和压力变送器202，吹扫管路310上设置有第二电磁阀301，尾气管路510上设置有电动调节阀503；其中第一电磁阀201用于对进入的气体进行电磁控制，第二电磁阀301用于对吹扫的气体进行电磁控制，压力变送器202用于发送压力信号，电动调节阀503根据发送的压力信号控制进气压力低于中空纤维膜的泡点压力，正常设置压力变送器202的压力为150mbar-200mabr。
在进行易起泡污水好氧生化处理过程中，本发明的用于易起泡污水好氧生化处理的装置(特别是MABR膜组件100)位于污水处理好氧反应池600内部，可替代地位于污水处理缺氧池内，并且优选地，本发明的装置还包括凝水罐500，所述凝水罐500设置在尾气管路510上，尾气管路510通过管道与出气主集管110相连，用于收集曝气在MABR膜组件100内的冷凝水，以防止供氧气体(空气或氧气)中的凝结的水在膜组件积聚而影响传氧。所述凝水罐500顶部安装有通气阀501，保证凝水罐500的压力与气压连通，凝水罐500底部安装有排水电磁阀502，用于定时开启以排出冷凝水。
需要进一步说明的是，所述MABR膜组件100包括多个中空纤维膜1010，中空纤维膜1010的排布方向与穿孔管400的排布方向呈十字形，并且所述中空纤维膜1010的外形呈纤维状，是一种具有自支撑作用的通气空心结构的膜(如图3所示)。在本发明的装置中，每个中空纤维膜1010的一端与出气主集管110相连，另一端与进气主集管120相连(如图4和图5所示)；并且MABR膜组件100的中空纤维膜1010的总外表面积为1600m2。将膜面积1600m2的MABR膜组件100置于原生化池好氧段内，全面替代其好氧处理的供氧装置，以无泡的形式向污水中传递氧，较好完成正常的生化反应，并且处理过程中完全消除了泡沫的产生。
本发明的一种对易起泡污水进行好氧生化处理的方法，通过将本发明的用于易起泡污水好氧生化处理的装置置于活性污泥法污水处理的好氧或缺氧工艺段池内，通过中空纤维帘式膜的中空内侧，在低于膜的泡点压力下向膜内部供气，以保证膜腔内有充足的空气流动，膜内侧形成相对富氧环境，而膜外的污水侧生长需氧的好氧生物膜，形成了氧浓度梯度差进行自然渗透向水体传氧，因为活性污泥微生物的聚集作用，会在MABR膜外侧富集附着具有生化功能的生物膜，生物膜在传氧方向上也会也会因氧的利用和消耗的梯度不同，形成好氧微生物层和缺氧微生物层，同时实现硝化和反硝化反应，降解污水中的氮污染物和有机物，并且可降低污水处理生化段污泥产量50％。
实施例1
本实施例处理的污水为含有表面活性剂的市政污水，主生化处理工艺为A2O活性污泥处理工艺，将MABR装置置于生化段的缺氧池内加强氧气传质进行同步硝化反硝化反应，全流程工艺为粗格栅-细格栅-旋流沉砂-厌氧池-缺氧池-好氧池+二沉池+V型滤池+接触消毒，进水水质区间为COD：150-350mg/L，NH3-N：25-40mg/L，NO3 -：<0.5mg/L，TN：30-45mg/L，其中表面活性剂直链烷基苯磺酸钠(LAS)：10-15mg/L。
膜供气风量为12Nm3/h，进气压力为150mbar-200mbar，该MABR膜组件压损约为5kpa，尾气排放压力为10-15kpa。采用MABR膜组件可处理上述水质污水水量10m3/h，MABR膜组件稳定运行氨氮去除负荷为2.4-3.2kg NH3-N/d，稳定传氧能力为6-8kg O2/m2·d，正常为水体充氧工作时，不会产生泡沫，污水经处理后，污染物出水水质稳定达标地表准IV类水标准，具体的出水水质指标如表1所示。
表1实施例1处理后的出水水质指标
Figure BDA0002782251730000051
Figure BDA0002782251730000061
实施例2
本实施例的基本内容同实施例1，不同之处在于：处理的污水为某荧光增白剂生产企业的工艺生产污水，处理水量为8m3/h，其污水中有较高含量的表面活性剂，经检测日均LAS含量高达25.8mg/L，其厂区内原处理工艺为水解酸化-好氧池-臭氧催化氧化-高密度沉淀池-纳管。污水进水水质指标具体如下表2所示。
表2实施例2的污水进水水质指标(日均值)
Figure BDA0002782251730000062
将MABR装置置于该厂好氧池内，正常运行时膜供气风量为12Nm3/h，进气压力为150mbar-200mbar，配置30m3/h的曝气鼓风机，实际运行电耗为0.35kW·h。在节省曝气能耗的同时，保证了污水中污染物指标的高效去除，同时无泡传氧避免了泡沫产生。经本实施例处理后的出水指标满足污水综合排放二级标准，具体如下表3所示。
表3实施例2处理后的出水水质指标
Figure BDA0002782251730000063
实施例3
本实施例的基本内容同实施例1，不同之处在于：处理的污水为某洗涤剂生产行业污水，属于含有大量表面活性剂的易起泡废水，该污水进水的COD浓度为832mg/L，氨氮浓度为78mg/L，总氮浓度为150mg/L，其中表面活性剂LAS浓度为94mg/L；原处理工艺为AO活性污泥法，其处理负荷为50m3/d，具体工艺流程为缺氧池-好氧池-沉淀池。
将MABR装置置于原生化池好氧段内，以无泡的形式向污水中传递氧，较好完成正常的生化反应，处理过程中完全消除了泡沫的产生；MABR装置具有较好的节能效果，相比原处理工艺的盘式曝气节约了75％以上的电能消耗，仅使用原曝气能耗的1/4；本发明的MABR装置强化了其生化处理效果，挂载的生物膜具有更强的生物活性，有助于耦合活性污泥对污染物进行降解，并发生同步硝化反硝化反应，最终出水COD浓度为94mg/L，氨氮浓度为8.5mg/L，总氮浓度为35mg/L，LAS浓度为23mg/L。COD去除率达到88％，氨氮去除率达到89％，总氮去除率达到76％，LAS去除率达75.5％。
对比例1
本对比例的基本内容同实施例2，不同之处在于：厂内原有工艺中的好氧池采用微孔盘式曝气装置。该荧光增白剂生产企业执行污水综合排放二级标准，厂内原有工艺设备对氨氮去除效果不理想，出水COD浓度为187mg/L，氨氮浓度为58.1mg/L，总氮浓度为69.3mg/L，LAS浓度为11.2mg/L，超出标准范围。
此外，微孔曝气装置的曝气效率低，在曝气的同时好氧池表面产生大量泡沫，泡沫层厚度最高超过2m，严重影响污水处理设施的正常运行。本对比例采用的普通微孔曝气装置与实施例2的MABR装置在易气泡废水处理中的试验数据对比如下表4所示。
表4微孔曝气装置与MABR装置在易气泡废水处理中的试验数据对比
Figure BDA0002782251730000071
对比例2
本对比例的基本内容同实施例3，不同之处在于：原工艺好氧曝气处理采用微孔盘式曝气装置，好氧曝气处理时产生大量的难消解泡沫，不但导致厂容厂貌收到严重影响，同时生化处理性能收到严重抑制，过量泡沫导致生化池内活性污泥微生物大量流失，曝气传氧效果远远低于处理要求，最终其出水COD浓度为470mg/L，氨氮浓度为25mg/L，总氮浓度为76mg/L，LAS浓度为69mg/L，高于污水厂的接收标准。
以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，所用的数据也只是本发明的实施方式之一，实际的数据组合并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出于该技术方案相似的实施方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于易起泡污水好氧生化处理的装置，其特征在于：包括MABR膜组件(100)、第一鼓风机(200)和第二鼓风机(300)，所述MABR膜组件(100)顶部连接有出气主集管(110)，MABR膜组件(100)底部连接有进气主集管(120)，进气主集管(120)下方设置有穿孔管(400)，穿孔管(400)通过管道与MABR膜组件(100)相连，并且穿孔管(400)上设置有多个开孔(410)；第一鼓风机(200)通过进气管路(210)与进气主集管(120)相连，第二鼓风机(300)通过吹扫管路(310)与穿孔管(400)相连，并且出气主集管(110)通过管道与尾气管路(510)相连。
2.根据权利要求1所述的一种用于易起泡污水好氧生化处理的装置，其特征在于：还包括凝水罐(500)，所述凝水罐(500)设置在尾气管路(510)上，并且通过尾气管路(510)与出气主集管(110)相连。
3.根据权利要求1所述的一种用于易起泡污水好氧生化处理的装置，其特征在于：所述MABR膜组件(100)位于污水处理好氧反应池(600)内部。
4.根据权利要求1所述的一种用于易起泡污水好氧生化处理的装置，其特征在于：所述MABR膜组件(100)包括多个中空纤维膜(1010)，其中每个中空纤维膜(1010)的一端与出气主集管(110)相连，另一端与进气主集管(120)相连。
5.根据权利要求1所述的一种用于易起泡污水好氧生化处理的装置，其特征在于：所述开孔(410)的直径为0.5-1.0cm，开孔(410)之间的距离为3～8cm。
6.根据权利要求2所述的一种用于易起泡污水好氧生化处理的装置，其特征在于：所述凝水罐(500)顶部安装有通气阀(501)，凝水罐(500)底部安装有排水电磁阀(502)。
7.根据权利要求4所述的一种用于易起泡污水好氧生化处理的装置，其特征在于：所述MABR膜组件(100)的中空纤维膜(1010)的总外表面积为1452～1760m2。
8.根据权利要求4所述的一种用于易起泡污水好氧生化处理的装置，其特征在于：所述穿孔管(400)为呈列管状排布的多个穿孔管(400)，每根穿孔管(400)之间的距离为10～12cm，并且穿孔管(400)的排布方向与中空纤维膜(1010)的排布方向呈十字形。
9.一种对易起泡污水进行好氧生化处理的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S10、将根据权利要求1-8中任一项所述的一种用于易起泡污水好氧生化处理的装置置于污水处理好氧反应池(600)内；
S20、开启第一鼓风机(200)，空气通过进气管路(210)进入进气主集管(120)，对MABR膜组件(100)内部进行供氧，使得MABR膜组件(100)外部的生物膜进行生化反应，去除污水中的污染物；
S30、开启第二鼓风机(300)，空气通过吹扫管路(310)进入穿孔管(400)，经由穿孔管(400)上设置的多个开孔(410)对MABR膜组件(100)进行吹扫清洗，以控制MABR膜组件(100)外部形成厚度为300μm-500μm之间的生物膜。
10.根据权利要求9所述的一种对易起泡污水进行好氧生化处理的方法，其特征在于：在步骤S30中，对MABR膜组件(100)进行吹扫清洗是间歇性的，吹扫清洗的操作设定为每间隔1小时开启20秒，吹扫曝气强度为65Nm3/m2。
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