CN113371940A - 一种基于包埋法的mbr深度脱氮一体化装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及基于包埋法的MBR深度脱氮一体化装置，包括进水模块和主模块；进水模块包括进水箱、提升泵和碳源投加装置，进水模块入口连接碳源投加装置，进水模块出口连接至提升泵入口；主模块包括缺氧池、好氧池、MBR池、除磷剂投加装置、絮凝池、沉淀池和清水池；提升泵出口连接至缺氧池入口，缺氧池出口连接至好氧池入口，好氧池内装填MBS包埋菌，好氧池连接曝气风机，好氧池回流出口通过回流泵连接至缺氧池回流入口。本发明的有益效果是：本发明将填装MBS包埋菌的好氧化池与MBR池相结合，充分发挥包埋法与MBR两者优越性、处理效率高；通过除磷剂投加装置在絮凝池入口投加除磷剂，提高固液分离效果。

Description

一种基于包埋法的MBR深度脱氮一体化装置及方法

技术领域

本专利涉及一种高氨氮废水处理系统和方法，具体涉及一种基于包埋法的MBR深度脱氮一体化装置及方法，属于市政污水深度处理回用技术领域。

背景技术

随着环保意识的逐渐增强，国家对污水的排放指标有了更高的要求，对于含低浓度氨氮的微污染源水而言，国内很多污水处理厂都面临着如何在有限的空间和有限的自然净化能力下，以最适合的方法和工艺或各类方法来实现对污水深度处理的难题。目前国内外采用生化工艺在废水深度处理方面起到了一定的作用，但仍存在着许多问题，如传统的生物脱氮技术通常利用微生物培养物直接对含氮废水进行处理，由于微生物游离在水中，脱氮处理后还需要沉淀、凝集、过滤等后续处理步骤，另一方面由于硝化细菌是一种无机化能自养细菌，增殖速度慢、世代周期长、对环境因子变化敏感、极易被处理系统淘汰、难以维持较高生物浓度，从而造成系统总水力停留时间较长，增加了基建投资和运行费用。因此，为进一步提高火力发电厂补水水质及水的利用率、减少污染物排放，有必要研发一种充分发挥包埋法与MBR两者优越性、处理效率高、固液分离效果好、占地面积小、经济性更优的高氨氮废水处理系统。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种充分发挥包埋法与MBR两者优越性、处理效率高、固液分离效果好、占地面积小、经济性更优的基于包埋法的MBR深度脱氮一体化装置及方法。

这种基于包埋法的MBR深度脱氮一体化装置，包括进水模块和主模块；进水模块包括进水箱、提升泵和碳源投加装置，进水模块入口连接碳源投加装置，进水模块出口连接至提升泵入口；主模块包括缺氧池、好氧池、MBR池、除磷剂投加装置、絮凝池、沉淀池和清水池；提升泵出口连接至缺氧池入口，缺氧池出口连接至好氧池入口，好氧池内装填MBS包埋菌，好氧池连接曝气风机，好氧池回流出口通过回流泵连接至缺氧池回流入口；好氧池出口连接至MBR池入口，MBR池内设有MBR膜，MBR膜连接曝气风机；MBR池出口通过MBR抽吸泵连接至絮凝池入口，絮凝池入口还连接除磷剂投加装置，絮凝池出口连接至沉淀池入口，沉淀池出口连接至清水池入口，清水池前端设有紫外线消毒器，清水池通过MBR反洗水泵连接至MBR池，反洗管路上连接MBR加药装置。

作为优选：进水模块单独撬装成套，进水模块主要由进水箱、搅拌器、提升泵和电控箱组成，进水箱内设有搅拌器，进水箱、搅拌器和提升泵均连接电控箱。

作为优选：主模块采用集装箱式结构设备；主模块中的缺氧池、好氧池、MBR池、絮凝池、沉淀池和清水池均采用碳钢材质。

作为优选：除磷剂投加装置主要由溶液箱、搅拌器、加药泵和电控箱组成，溶液箱中设置搅拌器，溶液箱出口连接至加药泵进口，溶液箱、搅拌器和加药泵均连接电控箱，溶液箱设有固定设施。

作为优选：好氧池布气管道采用环网方式。

作为优选：MBR池的MBR膜元件采用聚偏氟乙烯帘式MBR膜；曝气装置与MBR膜组件为一整体，曝气装置包括曝气器及相应管阀，MBR膜组件中的曝气支管采用配气系统，穿孔的开孔方向向下。

作为优选：缺氧池进口和清水池均设置流量计、pH计、DO计、COD在线监测仪、NH₃-N在线监测仪及在线温度仪，MBR池设有在线温度仪。

这种基于包埋法的MBR深度脱氮一体化装置的工作方法，包括以下步骤：

S1、污水进入进水箱，进水箱中污水与碳源投加装置引入的碳源充分搅拌混合后，再由提升泵送入缺氧池；

S2、在缺氧池中，反硝化细菌利用污水中的有机物作碳源，将污水中大量的硝态氮和亚硝态氮还原为氮气释放至空气；缺氧池水自流至好氧池，好氧池内填装MBS包埋菌，在好氧池中有机氮被氧化成氨氮，并进一步被硝化成硝态氮和亚硝态氮；好氧池通过回流泵进行回流；

S3、好氧池出水自流至MBR池进行过滤处理，经MBR膜去除悬浮物和浊度，截留生物性污染物，处理后出水通过MBR抽吸泵进入絮凝池，通过除磷剂投加装置在絮凝池入口投加除磷剂，使得水中难以沉淀的悬浮颗粒物因胶稳态被破坏而发生聚集形成容易进行固液分离的大颗粒；

S4、絮凝池出水在沉淀池泥水分离，沉淀池出水经紫外线消毒后自流进入清水池；

S5、MBR膜系统运行一段时间后，清水池的产水部分作为MBR膜的反洗用水，通过MBR反洗水泵进入MBR膜进行反洗，反洗时通过MBR加药装置投加次氯酸钠。

作为优选：步骤S2中，通过曝气风机对好氧池进行曝气供氧。

作为优选：步骤S3中，利用曝气风机产生的气泡对膜丝进行振荡擦洗；除磷剂投加装置根据所需药剂浓度由加药泵向絮凝池中输送所配置的溶液。

本发明的有益效果是：本发明将填装MBS包埋菌的好氧化池与MBR池相结合，充分发挥包埋法与MBR两者优越性、处理效率高；通过除磷剂投加装置在絮凝池入口投加除磷剂，提高固液分离效果；进水模块单独撬装成套，占地面积小、经济性更优。

附图说明

图1为本专利的工艺流程示意图。

附图标记说明：1-进水箱；2-提升泵；3-碳源投加装置；4-缺氧池；5-回流泵；6-好氧池；7-MBS包埋菌；8-MBR膜；9-曝气风机；10-MBR池；11-MBR抽吸泵；12-除磷剂投加装置；13-絮凝池；14-沉淀池；15-紫外线消毒器；16-清水池；17-MBR反洗水泵；18-MBR加药装置；19-洗膜药箱；61-进水模块；62-主模块。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步描述。下述实施例的说明只是用于帮助理解本发明。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

实施例一

本申请实施例一提供一种基于包埋法的MBR深度脱氮一体化装置，主要用于城市污水处理厂出水回用于火力发电厂循环冷却水及工业杂用水时的深度处理，其废水主要超标项目有NH₃-N、COD_Cr、BOD₅等。该装置具有微生物固定化方法操作简单，处理效率高、反应易于控制、菌种高纯高效、生物浓度高、不产生污泥、固液分离效果好、应用灵活等优点。其结构包括进水模块61和主模块62；进水模块61包括进水箱1、提升泵2和碳源投加装置3，进水模块61入口连接碳源投加装置3，进水模块61出口连接至提升泵2入口；主模块62包括缺氧池4、好氧池6、MBR池10、除磷剂投加装置12、絮凝池13、沉淀池14和清水池16；提升泵2出口连接至缺氧池4入口，缺氧池4出口连接至好氧池6入口，好氧池6内装填MBS包埋菌7，好氧池6连接曝气风机9，好氧池6回流出口通过回流泵5连接至缺氧池4回流入口；好氧池6出口连接至MBR池10入口，MBR池10内设有MBR膜8，MBR膜8连接曝气风机9；MBR池10出口通过MBR抽吸泵11连接至絮凝池13入口，絮凝池13入口还连接除磷剂投加装置12，絮凝池13出口连接至沉淀池14入口，沉淀池14出口连接至清水池16入口，清水池16前端设有紫外线消毒器15，清水池16通过MBR反洗水泵17连接至MBR池10，反洗管路上连接MBR加药装置18。

实施例二

在实施例一的基础上，本申请实施例二提供一种更具体的基于包埋法的MBR深度脱氮一体化装置，具体结构如下：

进水模块61单独撬装成套，结构紧凑占地小，可以根据现场实际情况就近布置。进水模块61主要由进水箱1、搅拌器、提升泵2和电控箱组成，进水箱1内设有搅拌器，进水箱1出口连接至提升泵2进口，进水箱1、搅拌器和提升泵2均连接电控箱，搅拌器启停、提升泵启停、进水箱液位信号均在电控箱上进行控制。进水模块将电厂中水通过进水泵引入进水箱与加药装置引入的高浓度药剂溶液充分搅拌混合后再由提升泵将混合溶液引入一体化生物反应池的缺氧池中进而完成后续的水处理过程。进水箱的液位与进水泵联锁，低液位时进水泵启动，高液位进水泵停止。

主模块62采用集装箱式结构设备，主模块集成A/O生物处理系统(内填装MBS包埋菌)、MBR膜处理系统、超滤膜反洗系统、清水池等单元。通过曝气风机对好氧池进行曝气供氧，采用包埋菌生物工艺，该工艺完全利用生物降解的技术，不添加任何化学助剂。主模块中的缺氧池4、好氧池6、MBR池10、絮凝池13、沉淀池14和清水池16均采用碳钢材质，内壁用环氧树脂防腐处理，外壁用过氯乙烯防腐漆处理。

主模块62内设置除磷剂投加装置12，除磷剂投加装置12主要由溶液箱、搅拌器、加药泵和电控箱等组成，溶液箱中设置搅拌器，溶液箱出口连接至加药泵进口，溶液箱、搅拌器和加药泵均连接电控箱，搅拌器启停、加药泵启停、溶液箱液位信号均在电控箱上进行控制。除磷剂投加装置根据所需药剂浓度由加药泵向投药点或制定的系统中输送所配置的溶液，溶液箱设有固定设施，防止倾倒。

缺氧池水力停留时间3.5h，好氧池水力停留时间2.4h。好氧池布气管道采用环网方式，主体盘面送气槽采用低阻力设计，运行时应避免曝气器微孔受堵。曝气器的底盘设有止回阀装置，当管道系统停止供气时阻止混合液进入布气支管，避免支管内进入混合液而被堵塞。空气不需特殊过滤，间歇曝气均不堵塞。

MBR池10的膜元件采用极强抗污染能力的聚偏氟乙烯(PVDF)帘式MBR膜，可耐受较高浓度的化学药剂。纤维膜组件内径约为0.6mm，外径约为1.0mm，中空纤维膜管壁上布满微孔，孔径为0.05μm。

曝气装置(包括曝气器及相应管阀)与MBR膜组件为一体化设计，膜组件中的曝气支管宜采用大阻力的配气系统，穿孔的开孔方向向下，孔径能使曝气器排出的气泡在整个范围内满足搅拌、充氧的要求和池内曝气的均匀性。曝气风机9连接MBR膜组件，为MBR膜提供空气。

MBR膜系统集成反洗系统、化学清洗系统、加药系统等单元。反洗系统包括MBR反洗水泵17及相应管道、阀门；化学清洗系统包括洗膜药箱19，一般半年或一年才把MBR膜吊出来放在药箱中清洗；加药系统包括MBR加药装置18。

主模块集装箱侧面单侧可电动翼展打开，两端为双开门，内部安装挂式空调及排风扇两台，两端均设有维修及其它用电设备取电预留插排。

A/O生物处理系统进口和清水池设置流量计、pH计、DO计、COD在线监测仪、NH₃-N在线监测仪及在线温度仪，MBR池设有在线温度仪。

为提高空间利用率，系统拆分为两个独立的模块，可根据场地情况进行组合布置；所述的进水模块61、主模块62通过通讯电缆形成完整系统，通过主模块上设置的就地集成PLC，实现系统全自动运行。

实施例三

本申请实施例三提供一种基于包埋法的MBR深度脱氮一体化装置的工作方法：城市污水处理厂来水经进水箱1后经提升泵2送入缺氧池4，在缺氧池4中，反硝化细菌利用污水中的有机物作碳源，将污水中大量的硝态氮(NO₃-N)和亚硝态氮(NO₂-N)还原为氮气(N₂)释放至空气，降低有机物(BOD₅)、硝态氮(NO₃-N)、亚硝态氮(NO₂-N)浓度；缺氧池水自流至好氧池6，好氧池6内填装MBS包埋菌7，池内通过回流泵5进行回流，在好氧池6中有机氮被氧化成氨氮(NH₃-N)，并进一步被硝化成硝态氮(NO₃-N)和亚硝态氮(NO₂-N)，完成硝化脱氮、脱磷、降低有机物(BOD₅)浓度过程；好氧池出水自流至MBR池10进行过滤处理，经MBR膜8去除悬浮物和浊度，截留大肠杆菌等生物性污染物，处理后出水进入絮凝池13，通过除磷剂投加装置12在絮凝池13入口投加除磷剂，使得水中难以沉淀的悬浮颗粒物因胶稳态被破坏而发生聚集形成容易进行固液分离的大颗粒，从而达到脱磷，降低有机物(BOD₅)浓度的目的；絮凝池出水在沉淀池14泥水分离，使系统出水澄清，最终进入清水池16；MBR膜系统运行一段时间后，清水池16的产水部分作为MBR膜8的反洗用水，通过MBR反洗水泵17进入MBR膜8进行反洗，反洗时通过MBR加药装置18投加次氯酸钠等药剂。

实施例四

结合基于包埋法的MBR深度脱氮一体化装置的处理流程，提供一种本装置工作方法的具体实施方式，包括以下步骤：

S1、市政中水(城市污水处理厂出水)首先进入进水箱1，进水箱中市政污水与加药装置引入的碳源充分搅拌混合后，再由提升泵2将混合溶液引入一体化生物反应池的缺氧池4。

S2、步骤S1中废水由提升泵(潜水泵，过流部分材质均采用304不锈钢)将混合溶液引入一体化生物反应池的缺氧池，在缺氧池中，反硝化细菌利用污水中的有机物作碳源，将污水中大量的硝态氮(NO₃-N)和亚硝态氮(NO₂-N)还原为氮气(N₂)释放至空气，降低有机物(BOD₅)、硝态氮(NO₃-N)、亚硝态氮(NO₂-N)浓度。缺氧池水力停留时间3.5h。

S3、步骤S2中废水自流进入好氧池6，在好氧池中有机氮被氧化成氨氮(NH₃-N)，并进一步被硝化成硝态氮(NO₃-N)和亚硝态氮(NO₂-N)，完成硝化脱氮、脱磷、降低有机物(BOD₅)浓度过程。好氧池水力停留时间2.4h，好氧池至缺氧池回流比为2Q，回流泵采用离心泵。好氧池布气管道采用环网方式，主体盘面送气槽采用低阻力设计，运行时可避免曝气器微孔受堵。曝气器的底盘设有止回阀装置，当管道系统停止供气时阻止混合液进入布气支管，避免支管内进入混合液而被堵塞。空气不需特殊过滤，间歇曝气均不堵塞。

S4、步骤S3中好氧池出水自流进入MBR池10，MBR池主要利用MBR膜的高效截留作用截留几乎所有悬浮物、胶体、细菌、藻类、浊度及部分高分子有机物，从而获得满足设计要求的出水水质。本例的MBR膜材质为PVDF，纤维膜组件内径约为0.6mm，外径约为1.0mm，中空纤维膜管壁上布满微孔，孔径为0.05μm，膜面积20m²/片。MBR膜产水通过抽吸泵进行抽吸。同时，为缓解MBR膜污染，MBR池旁设置空气擦洗系统，利用曝气风机产生的气泡对膜丝进行振荡擦洗。曝气风机采用螺杆式鼓风机，风机完整地配备电动机、传动装置、进口空气滤清器和消音弯头、进出口消音器、减震器、弹性接头、安全阀、压力表、止回阀及防护罩与基础连接件等附件，另再加装一隔音罩。

S5、步骤S4中MBR抽吸泵11出水进入絮凝池13，在絮凝池中通过外加除磷剂在沉析除磷的过程中同时进行絮凝过程，使得水中难以沉淀的悬浮颗粒物因胶稳态被破坏而发生聚集形成容易进行固液分离的大颗粒，从而达到脱磷，降低有机物(BOD₅)浓度的目的。絮凝池出水自流进入沉淀池14，沉淀池主要作用是泥水分离，使生化系统出水澄清，表面负荷为20-30m³/(m²·d)，最大水平流速为0.5mm/s，排泥采用水泵排泥。

S6、步骤S5中产水经紫外线消毒后自流进入清水池16，清水池主要目的是储存净化后的清水。

S7、步骤S4中的MBR膜工作一定时间后将自动进行在线水反洗。反洗用水来自清水池；同时在清水池上设计相应的管道和MBR反洗水泵，将清水池中的清水导入MBR池内，从下游侧向上游侧对MBR膜进行反洗。MBR膜运行一段时间后将自动进行在线化学反洗，化学反洗的过程与清水反洗基本相同，但在清洗过程中需在反洗水内加入次氯酸钠、柠檬酸等清洗药剂。MBR膜运行半年至一年，将膜组件吊装至洗膜药箱19进行彻底清洗。

污水在经过步骤S1至步骤S6的处理后，可有效去除氨氮、COD等主要污染物，出水氨氮浓度小于2mg/L，COD的去除率可达90％以上。

以上介绍中，各个部件之间必要的管道、阀门、泵、电子设备的电路等附属物，均为本领域技术人员熟知的常规设置，均为根据实际需要布置。限于篇幅，此处不再对这些常规设置展开详述；阅读者不能因此认定本实施例为不完整、不清楚或不可实施；阅读者对这些常规设置如有疑义，建议向本领域技术人员咨询，以获得必要的帮助，或学习高等教育相关专业的教材，以掌握本领域技术人员应当具备的基础技术能力。

下表为本装置采用上述处理流程，进水口与出水口水质参数对照表：

序号	项目	单位	水质数据(进水口)	水质数据(出水口)
					1.	化学需氧量(COD<sub>Cr</sub>)	mg/L	≤60	5.5
2.	生化需氧量(BOD<sub>5</sub>)	mg/L	≤20	0.9
					3.	SS	mg/L	≤20	4
4.	NH3-N	mg/L	≤15	1.3
					5.	TN	mg/L	≤20	8.7
6.	TP	mg/L	≤1.5	0.5
					7.	pH		6-9	7.5

Claims (10)

1.一种基于包埋法的MBR深度脱氮一体化装置，其特征在于：包括进水模块(61)和主模块(62)；进水模块(61)包括进水箱(1)、提升泵(2)和碳源投加装置(3)，进水模块(61)入口连接碳源投加装置(3)，进水模块(61)出口连接至提升泵(2)入口；主模块(62)包括缺氧池(4)、好氧池(6)、MBR池(10)、除磷剂投加装置(12)、絮凝池(13)、沉淀池(14)和清水池(16)；提升泵(2)出口连接至缺氧池(4)入口，缺氧池(4)出口连接至好氧池(6)入口，好氧池(6)内装填MBS包埋菌(7)，好氧池(6)连接曝气风机(9)，好氧池(6)回流出口通过回流泵(5)连接至缺氧池(4)回流入口；好氧池(6)出口连接至MBR池(10)入口，MBR池(10)内设有MBR膜(8)，MBR膜(8)连接曝气风机(9)；MBR池(10)出口通过MBR抽吸泵(11)连接至絮凝池(13)入口，絮凝池(13)入口还连接除磷剂投加装置(12)，絮凝池(13)出口连接至沉淀池(14)入口，沉淀池(14)出口连接至清水池(16)入口，清水池(16)前端设有紫外线消毒器(15)，清水池(16)通过MBR反洗水泵(17)连接至MBR池(10)，反洗管路上连接MBR加药装置(18)。

2.根据权利要求1所述的基于包埋法的MBR深度脱氮一体化装置，其特征在于：进水模块(61)单独撬装成套，进水模块(61)主要由进水箱(1)、搅拌器、提升泵(2)和电控箱组成，进水箱(1)内设有搅拌器，进水箱(1)、搅拌器和提升泵(2)均连接电控箱。

3.根据权利要求1所述的基于包埋法的MBR深度脱氮一体化装置，其特征在于：主模块(62)采用集装箱式结构设备；主模块中的缺氧池(4)、好氧池(6)、MBR池(10)、絮凝池(13)、沉淀池(14)和清水池(16)均采用碳钢材质。

4.根据权利要求1所述的基于包埋法的MBR深度脱氮一体化装置，其特征在于：除磷剂投加装置(12)主要由溶液箱、搅拌器、加药泵和电控箱组成，溶液箱中设置搅拌器，溶液箱出口连接至加药泵进口，溶液箱、搅拌器和加药泵均连接电控箱，溶液箱设有固定设施。

5.根据权利要求1所述的基于包埋法的MBR深度脱氮一体化装置，其特征在于：好氧池布气管道采用环网方式。

6.根据权利要求1所述的基于包埋法的MBR深度脱氮一体化装置，其特征在于：MBR池(10)的MBR膜元件采用聚偏氟乙烯帘式MBR膜；曝气装置与MBR膜组件为一整体，曝气装置包括曝气器及相应管阀，MBR膜组件中的曝气支管采用配气系统，穿孔的开孔方向向下。

7.根据权利要求1所述的基于包埋法的MBR深度脱氮一体化装置，其特征在于：缺氧池(4)进口和清水池(16)均设置流量计、pH计、DO计、COD在线监测仪、NH₃-N在线监测仪及在线温度仪，MBR池(10)设有在线温度仪。

8.一种如权利要求1所述的基于包埋法的MBR深度脱氮一体化装置的工作方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、污水进入进水箱(1)，进水箱(1)中污水与碳源投加装置(3)引入的碳源充分搅拌混合后，再由提升泵(2)送入缺氧池(4)；

S2、在缺氧池(4)中，反硝化细菌利用污水中的有机物作碳源，将污水中大量的硝态氮和亚硝态氮还原为氮气释放至空气；缺氧池水自流至好氧池(6)，好氧池(6)内填装MBS包埋菌(7)，在好氧池(6)中有机氮被氧化成氨氮，并进一步被硝化成硝态氮和亚硝态氮；好氧池通过回流泵(5)进行回流；

S3、好氧池出水自流至MBR池(10)进行过滤处理，经MBR膜(8)去除悬浮物和浊度，截留生物性污染物，处理后出水通过MBR抽吸泵(11)进入絮凝池(13)，通过除磷剂投加装置(12)在絮凝池(13)入口投加除磷剂，使得水中难以沉淀的悬浮颗粒物因胶稳态被破坏而发生聚集形成容易进行固液分离的大颗粒；

S4、絮凝池出水在沉淀池(14)泥水分离，沉淀池(14)出水经紫外线消毒后自流进入清水池(16)；

S5、MBR膜系统运行一段时间后，清水池(16)的产水部分作为MBR膜(8)的反洗用水，通过MBR反洗水泵(17)进入MBR膜(8)进行反洗，反洗时通过MBR加药装置(18)投加次氯酸钠。

9.根据权利要求8所述的基于包埋法的MBR深度脱氮一体化装置的工作方法，其特征在于：步骤S2中，通过曝气风机(9)对好氧池(6)进行曝气供氧。

10.根据权利要求8所述的基于包埋法的MBR深度脱氮一体化装置的工作方法，其特征在于：步骤S3中，利用曝气风机(9)产生的气泡对膜丝进行振荡擦洗；除磷剂投加装置(12)根据所需药剂浓度由加药泵向絮凝池(13)中输送所配置的溶液。

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