CN112939227B - 基于mbr工艺的污水处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于MBR工艺的污水处理方法，属于MBR污水处理技术领域，本发明通过将易腐垃圾通过发酵工序得到易腐垃圾发酵液，易腐垃圾发酵液中COD为100‑200g/L，SCOD为60‑120g/L；将易腐垃圾发酵液用于MBR工序中处理污水，MBR工序包括厌氧段处理、好氧段处理及膜段生化处理，为了提高污水的处理效果，污水处理中还可加入岩白菜素。本方法得到的污水处理后得到的清水的COD去除率高，污水处理后COD的去除率在93％以上；污水处理后得到的清水的总氮去除率好，污水处理后总氮的去除率在72％以上；并且得到的污泥颗粒大，降低对膜的污染，好氧池的污泥颗粒平均粒径在50‑55μm，污泥的d10值在6.5‑8.0μm。

Description

基于MBR工艺的污水处理方法
技术领域
本发明属于MBR污水处理技术领域，具体涉及一种基于MBR工艺的污水处理方法。
背景技术
膜生物反应器(Membrane Biological Reactor，缩写MBR)是膜分离技术与传统污水生物处理系统相结合而成的生物化学反应系统。它将以超滤或微滤为主体的固液分离技术与以传统活性污泥法为主体的生物处理技术有机结合起来，显著提高了出水水质和工艺的稳定性，同时由于膜的截留作用延长了难降解物质的水力停留时间，加强了系统对其的去除效果。
微生物反硝化作用需要利用碳源，从实际污水生物脱氮工艺来看，微生物反硝化作用所需有机物的来源主要可分为系统碳源和外加碳源两大类。而引入外加碳源可以弥补系统碳源的不足，并通过外加碳源的添加可以提高微生物处理的活性及提高污水处理效果。如何高效经济的给污水脱氮具有十分重大的意义。改进工艺充分利用系统内碳源是改善碳源不足的一个研究趋势，同时开发新型外加碳源也是非常必要的。新型外加碳源的不断开发与探索将提供更高效更经济的生物脱氮方法。
易腐垃圾(餐厨垃圾)，也可称湿垃圾，一般是指餐饮经营者、单位食堂等生产过程中产生的餐厨废弃物，以及家庭生活中产生的易腐性垃圾，主要包括：剩菜剩饭、菜梗菜叶、肉食内脏、果壳瓜皮等等。我国目前每年易腐垃圾的产量空前增长，易腐垃圾若不进行处理，则会占用土地资源，并且伴随腐烂产生有毒有害副产物，还会引起土壤污染；易腐垃圾在存储堆放时易产生渗滤液，渗入河流，引起水体污染；易腐垃圾的有机质被微生物分解会产生NH3、H2S等有害气体,从而引起空气污染。将易腐垃圾发酵处理得到的发酵液中含有的挥发性脂肪酸(缩写VFA)作为外加碳源可以提高污水反硝化脱氮效果。
发明内容
本发明的目的在于提供一种发酵速率快、对污水处理膜污染小的易腐垃圾发酵污水处理方法。
本发明为实现上述目的所采取的技术方案为：
一种易腐垃圾发酵污水处理方法，包括：
将易腐垃圾通过发酵工序得到易腐垃圾发酵液，易腐垃圾发酵液中COD为100-200g/L，SCOD为60-120g/L；
将易腐垃圾发酵液作为碳源用于MBR工序中处理污水，MBR工序包括厌氧段处理、好氧段处理及膜段生化处理。易腐垃圾中富含的复杂有机物质，经过发酵降解可以转化为能够有效提高污水脱氮效率的物质，通过控制发酵的条件，把发酵过程控制在水解产酸阶段，来获得乙酸、丙酸、丁酸、戊酸等挥发性脂肪酸，通过发酵可以将易腐垃圾作为污水处理的碳源重新利用，降低成本。
优选地，发酵工序包括易腐垃圾前处理和厌氧发酵。
优选地，发酵工序中发酵时间为48-96h。
优选地，发酵工序中发酵温度为30-55℃。
优选地，发酵工序中总固浓度为8.0-10.0％。
更优选地，易腐垃圾前处理中，将易腐垃圾除去非降解杂物，加入温度为20-50℃的水，搅拌使油脂和细碎杂物浮至水体表面除去，重复2-3次，除水后转移至粉碎机中，粉碎打磨后得到粉碎均匀易腐垃圾；易腐垃圾为餐厨垃圾，餐厨垃圾中含有馒头、米饭、面条、肉类、蛋白类和蔬菜类等食物固体残渣，非降解杂物为骨头、纸屑、木筷、汤勺等杂物，水的添加量为易腐垃圾的100-500wt％。
更优选地，易腐垃圾厌氧发酵中，向粉碎均匀易腐垃圾中加入蒸馏水，充分混合后加入发酵罐中，发酵过程采用机械搅拌，搅拌速度为30-100r/min，在30-55℃的温度下经厌氧微生物发酵48-96h得到易腐垃圾发酵液；粉碎均匀易腐垃圾的添加量使溶液中总固浓度达到8.0-10.0％。
更进一步优选地，易腐垃圾厌氧发酵中，同时向粉碎均匀易腐垃圾中加入蒸馏水、毡毛美洲茶素和N-羟甲基甘氨酸钠。毡毛美洲茶素的添加量为蒸馏水的0.5-3wt％，N-羟甲基甘氨酸钠的添加量为蒸馏水的0.1-2wt％。毡毛美洲茶素和N-羟甲基甘氨酸钠在发酵过程，与微生物相作用，刺激微生物活性，促进了发酵效率的提升，缩短了发酵时间的同时得到高含量有机组分的发酵液。
优选地，MBR工序中的污水处理液中含有岩白菜素。
优选地，厌氧段包括厌氧池。
优选地，好氧段包括好氧池。
优选地，膜生化处理段包括膜生物反应池。
优选地，膜段生化处理中使用的膜为中空纤维膜。
优选地，膜段生化处理中使用的膜材料为PVDF。
本发明公开了一种通过上述处理方法得到的清水。
优选地，污水处理中，将污水通过泵进入厌氧池，在厌氧池内经过厌氧微生物降解，然后进入好氧池，好氧池利用微孔曝气盘对污水进行曝气提供氧气，易腐垃圾发酵液作为碳源溶液经微孔曝气盘加入好氧池中，污水在好氧池内经过好氧微生物降解，随后进入膜生物反应池，膜生物反应池内含有活性污泥，经过微生物处理和膜截流双重处理后得到清水。
更优选地，碳源溶液为易腐垃圾发酵液。
更进一步优选地，碳源溶液为含有岩白菜素的易腐垃圾发酵液，岩白菜素的添加量为易腐垃圾发酵液的0.1-3wt％。易腐垃圾发酵液与岩白菜素共同加入好氧池中，好氧池中微生物在利用碳源时，调控微生物繁衍活性，提高微生物的相对浓度，从而提高污水处理效果，并且使得污水中细碎泥尘与易腐垃圾颗粒相互吸附，对污水中污泥的粒径产生一定影响，提高污泥颗粒粒径，降低对分离膜的污染。
更优选地，厌氧池中的溶解氧为0.1-0.9mg/L。
更优选地，好氧池微孔曝气盘的曝气量在150-200m3/h。
更优选地，碳源溶液的添加量为0.42-0.63L/h。
更优选地，膜生物反应池的溶解氧为2-5mg/L。
优选地，厌氧池、好氧池、膜生物反应池中分别接种活性污泥。
本发明由于在污水处理中加入了易腐垃圾发酵液和岩白菜素，因而具有如下有益效果：污水处理后得到的清水的COD去除率高，污水处理后COD的去除率在93％以上；污水处理后得到的清水的总氮去除率好，污水处理后总氮的去除率在72％以上；并且得到的污泥颗粒大，降低对膜的污染，好氧池的污泥颗粒平均粒径在50-55μm，污泥的d10值在6.5-8.0μm。因此，本发明是一种发酵速率快、对污水处理膜污染小的易腐垃圾发酵污水处理方法。
附图说明
图1为易腐垃圾发酵液中碳水化合物含量图；
图2为易腐垃圾发酵液中蛋白质含量图；
图3为好氧池污泥平均粒径图；
图4为好氧池污泥d10值图；
图5为污水处理后COD去除率图；
图6为污水处理后总氮去除率图。
具体实施方式
以下结合具体实施方式和附图对本发明的技术方案作进一步详细描述：
实施例1：
一种易腐垃圾发酵污水处理方法，
易腐垃圾前处理：将易腐垃圾除去非降解杂物，加入温度为40℃的水，搅拌使油脂和细碎杂物浮至水体表面除去，重复3次，除水后转移至粉碎机中，粉碎打磨后得到粉碎均匀易腐垃圾；易腐垃圾为餐厨垃圾，餐厨垃圾中含有馒头、米饭、面条、肉类、蛋白类和蔬菜类等食物固体残渣，非降解杂物为骨头、纸屑、木筷、汤勺等杂物，水的添加量为易腐垃圾的500wt％。
易腐垃圾厌氧发酵：向粉碎均匀易腐垃圾中加入蒸馏水，充分混合后加入发酵罐中，发酵过程采用机械搅拌，搅拌速度为100r/min，在55℃的温度下经厌氧微生物发酵60h得到易腐垃圾发酵液；粉碎均匀易腐垃圾的添加量使溶液中总固浓度达到9％。易腐垃圾发酵液中COD为150g/L，SCOD为100g/L。
污水处理：将污水通过泵进入厌氧池，在厌氧池内经过厌氧微生物降解，然后进入好氧池，好氧池利用微孔曝气盘对污水进行曝气提供氧气，易腐垃圾发酵液作为碳源溶液经微孔曝气盘加入好氧池中，污水在好氧池内经过好氧微生物降解，随后进入膜生物反应池，膜生物反应池内含有活性污泥，经过微生物处理和膜截流双重处理后得到清水；厌氧池中的溶解氧为0.1mg/L；好氧池微孔曝气盘的曝气量在200m3/h，碳源溶液为含有岩白菜素的易腐垃圾发酵液，岩白菜素的添加量为易腐垃圾发酵液的0.5wt％，碳源溶液的添加量为0.53L/h；膜生物反应池的溶解氧为5mg/L。膜段生化处理中使用的膜为中空纤维膜，膜材料为PVDF。
其中，厌氧池、好氧池、膜生物反应池中分别接种活性污泥。
实施例2：
本实施例与实施例1相比，不同之处仅在于，污水处理中，岩白菜素的添加量为易腐垃圾发酵液的1wt％。
实施例3：
本实施例与实施例1相比，不同之处仅在于，污水处理中，岩白菜素的添加量为易腐垃圾发酵液的2wt％。
实施例4：
本实施例与实施例3相比，不同之处仅在于，易腐垃圾厌氧发酵中，同时向粉碎均匀易腐垃圾中加入蒸馏水、毡毛美洲茶素和N-羟甲基甘氨酸钠。毡毛美洲茶素的添加量为蒸馏水的1wt％，N-羟甲基甘氨酸钠的添加量为蒸馏水的0.5wt％。
实施例5：
本实施例与实施例3相比，不同之处仅在于，易腐垃圾厌氧发酵中，同时向粉碎均匀易腐垃圾中加入蒸馏水、毡毛美洲茶素和N-羟甲基甘氨酸钠。毡毛美洲茶素的添加量为蒸馏水的2wt％，N-羟甲基甘氨酸钠的添加量为蒸馏水的1.2wt％。
对比例1：
本对比例与实施例3相比，不同之处仅在于，污水处理中未添加岩白菜素。
对比例2：
本对比例与实施例5相比，不同之处仅在于，易腐垃圾厌氧发酵中未添加N-羟甲基甘氨酸钠。
对比例3：
本对比例与实施例5相比，不同之处仅在于，易腐垃圾厌氧发酵中未添加毡毛美洲茶素。
试验例1：
1.碳水化合物测定
测试样品：各实施例和对比例中得到的易腐垃圾厌氧发酵液。
测试方法：碳水化合物的测定采用蒽酮-硫酸法。样品中的碳水化合物首先与浓硫酸生成糖醛，而后糖醛与芳香胺生成有色物质，并利用分光光度计在650nm条件下比色测量。
碳水化合物含量测定结果如图1所示，其中，实施例3、对比例2-3得到的易腐垃圾厌氧发酵液中的碳水化合物含量基本一致，实施例4-5得到的易腐垃圾厌氧发酵液中的碳水化合物含量高于实施例3和对比例2-3。实施例5与实施例3相比，表明毡毛美洲茶素和N-羟甲基甘氨酸钠的共同使用在相应时间下提高了发酵液中碳水化合物含量；实施例5与对比例2-3相比，表明毡毛美洲茶素和N-羟甲基甘氨酸钠的共同使用的效果优于毡毛美洲茶素或N-羟甲基甘氨酸钠的单独使用。实施例3与对比例2-3相比，表明毡毛美洲茶素或N-羟甲基甘氨酸钠的单独使用对发酵过程中提高碳水化合物含量几乎无影响。
2蛋白质测定
测试样品：各实施例和对比例中得到的易腐垃圾厌氧发酵液。
测试方法：蛋白质的测定采用Lowry-Folin法。在碱性条件下蛋白质首先与Cu2+作用生成络合物，然后该络合物还原Folin试剂生成深蓝色化合物，该有色物质在500nm条件下可以用分光光度计比色测定。
蛋白质含量测定结果如图1所示，其中，实施例3、对比例2-3得到的易腐垃圾厌氧发酵液中的蛋白质含量基本一致，实施例4-5得到的易腐垃圾厌氧发酵液中的蛋白质含量高于实施例3和对比例2-3。实施例5与实施例3相比，表明毡毛美洲茶素和N-羟甲基甘氨酸钠的共同使用在相应时间下提高了发酵液中蛋白质含量；实施例5与对比例2-3相比，表明毡毛美洲茶素和N-羟甲基甘氨酸钠的共同使用的效果优于毡毛美洲茶素或N-羟甲基甘氨酸钠的单独使用。实施例3与对比例2-3相比，表明毡毛美洲茶素或N-羟甲基甘氨酸钠的单独使用对发酵过程中提高蛋白质含量几乎无影响。
测试例2：
1.污泥颗粒粒径分布测定
测试样品：各实施例和对比例中好氧池中的污泥。
测试方法：分别取投加厨余发酵液前后的厌氧池、好氧池、膜池中的污泥样品进行污泥颗粒粒径分布测定。污泥颗粒粒径分布的测定由测量范围为0.4-2000μm的激光粒度仪来完成。
污泥颗粒平均粒径测试结果如图3所示，对比例1的污泥颗粒平均粒径最小，实施例1-3与对比例1相比，表明岩白菜素加入污水处理液中共同处理后，污泥颗粒的平均粒径提高，进而可以降低对分离膜的污染；实施4-5与实施例3相比，表明易腐垃圾厌氧发酵中含有毡毛美洲茶素和N-羟甲基甘氨酸钠发酵后，在后续污水处理中，可以使污泥颗粒的粒径提高，对比例2与实施例3相比，表明毡毛美洲茶素的使用可以提高污泥颗粒的粒径，对比例3与实施例3相比，表明N-羟甲基甘氨酸钠的使用可以提高污泥颗粒的粒径；实施例5与对比例2-3相比，表明毡毛美洲茶素和N-羟甲基甘氨酸钠的共同使用得到的发酵液用于污水处理后对污泥颗粒粒径的影响效果优于毡毛美洲茶素或N-羟甲基甘氨酸钠的分别使用。
较大颗粒而言小颗粒更容易受到抽吸作用的影响形成泥饼层，并且不容易被剪切作用脱离膜表面，通常以d10作为度量反应器内小颗粒污泥比例的指标，一般d10值越小表征装置内的小颗粒污泥比例越高。小粒径污泥颗粒比例指标d10的结果如图4所示，对比例1的d10值最小，实施例1-3与对比例1相比，表明岩白菜素加入污水处理液中共同处理后，污泥的d10值提高，进而可以降低对分离膜的污染；实施4-5与实施例3相比，表明易腐垃圾厌氧发酵中含有毡毛美洲茶素和N-羟甲基甘氨酸钠发酵后，在后续污水处理中，可以使污泥的d10值提高，对比例2与实施例3相比，表明毡毛美洲茶素的使用可以提高污泥的d10值，对比例3与实施例3相比，表明N-羟甲基甘氨酸钠的使用可以提高污泥的d10值；实施例5与对比例2-3相比，表明毡毛美洲茶素和N-羟甲基甘氨酸钠的共同使用得到的发酵液用于污水处理后对污泥颗粒粒径的影响效果优于毡毛美洲茶素或N-羟甲基甘氨酸钠的分别使用。
本发明中好氧池的污泥颗粒平均粒径在50-55μm，污泥的d10值在6.5-8.0μm。
测试例3：
1.COD检测
测试样品：各实施例和对比例方法处理后的污水。处理前的污水COD含量为213.72-378.29mg/L。
测试方法：重铬酸钾法。
COD去除率结果如图5所示，对比例1的去除率最低，去除率为90.59％，实施例3的去除率为96.42％，实施例3与对比例1相比，表明岩白菜素的使用提高了污水中COD的去除率；实施例4-5、对比例2-3与实施例3相比，表明毡毛美洲茶素和N-羟甲基甘氨酸钠、毡毛美洲茶素、N-羟甲基甘氨酸钠在发酵中的使用，对污水处理中COD的去除率基本无影响。
本发明方法得到的污水处理后COD的去除率在93％以上。
2总氮去除
测试样品：各实施例和对比例方法处理后的污水。处理前的污水总氮含量为18.17-45.27mg/L。
测试方法：过硫酸钾氧化分光光度法。
总氮去除率结果如图6所示，对比例1的去除率最低，去除率为71.25％，实施例3的去除率为75.63％，实施例3与对比例1相比，表明岩白菜素的使用提高了污水中总氮的去除率；实施例4-5、对比例2-3与实施例3相比，表明毡毛美洲茶素和N-羟甲基甘氨酸钠、毡毛美洲茶素、N-羟甲基甘氨酸钠在发酵中的使用，对污水处理中总氮的去除率稍有提高，但影响并不十分显著。
本发明方法得到的污水处理后总氮的去除率在72％以上。
以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型。因此，所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (7)

1.一种基于MBR工艺的污水处理方法，包括：
将易腐垃圾通过发酵工序得到易腐垃圾发酵液，所述易腐垃圾发酵液中COD为100-200g/L，SCOD为60-120g/L；
将易腐垃圾发酵液和岩白菜素作为碳源用于MBR工序中处理污水，所述MBR工序包括厌氧段处理、好氧段处理及膜段生化处理；所述岩白菜素的添加量为易腐垃圾发酵液的0.1-3wt％；
所述发酵工序中，向粉碎均匀易腐垃圾中加入蒸馏水、毡毛美洲茶素和N-羟甲基甘氨酸钠；
毡毛美洲茶素的添加量为蒸馏水的0.5-3wt％，N-羟甲基甘氨酸钠的添加量为蒸馏水的0.1-2wt％。
2.根据权利要求1所述的一种基于MBR工艺的污水处理方法，其特征是：所述发酵工序包括易腐垃圾前处理和厌氧发酵。
3.根据权利要求1所述的一种基于MBR工艺的污水处理方法，其特征是：所述发酵工序中发酵时间为48-96h。
4.根据权利要求1所述的一种基于MBR工艺的污水处理方法，其特征是：所述发酵工序中发酵温度为30-55℃。
5.根据权利要求1所述的一种基于MBR工艺的污水处理方法，其特征是：所述发酵工序中总固浓度为8.0-10.0%。
6.根据权利要求1所述的一种基于MBR工艺的污水处理方法，其特征是：所述膜段生化处理中使用的膜为中空纤维膜。
7.根据权利要求1所述的一种基于MBR工艺的污水处理方法，其特征是：所述膜段生化处理中使用的膜材料为PVDF。
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