CN114212875A - 适于活性污泥工艺提标改造的系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种适于活性污泥工艺提标改造的系统及方法，该系统包括：所述厌氧池前端设有进水口，后端设有出水口，该出水口依次与所述膜格栅、膜传氧生物膜反应器、好氧池和沉淀池连接；所述鼓风机房的出风管与所述膜传氧生物膜反应器连接；所述好氧池通过所述污泥内回流管与所述膜传氧生物膜反应器连接；所述二沉池通过所述污泥外回流管回流至所述厌氧池；所述二沉池的后端设有出水管。该系统及方法具有能耗低、改造简单、不新增土建、药耗低、强化生物除磷等优点。通过传氧膜生物膜和好氧活性污泥两者污染物负荷的合理调配，可实现水质达标的前提下，一次性投资强度与现有提标改造工艺相同的目标。

Description

适于活性污泥工艺提标改造的系统及方法
技术领域
本发明涉及污水处理领域，尤其涉及一种适于活性污泥工艺提标改造的系统及方法。
背景技术
目前已建的污水处理厂，其核心工艺多为活性污泥工艺，规模较大的以氧化沟工艺较多，规模较小的以SBR工艺或仅以好氧曝气为主，部分新建设施采用AAO工艺或者AO工艺，但这些工艺的污水处理厂无法满足日益严格的出水排放标准。
已建污水处理厂的提标改造难点主要在于总氮和总磷的去除，采用的技术改造措施主要为以下方面：(一)强化生物处理措施，如采用MBBR工艺，向生物系统投加生物填料，提高生物系统微生物量，从而间接提高硝化及反硝化能力；(二)增设反硝化设施，生化段后新增加反硝化滤池；(三)增加碳源，向反硝化系统中投加碳源，解决进水碳氮源不足，TN去除能力差的问题；(四)增加MBR系统，当需提标改造的污水处理厂用地紧张时，增加MBR系统，可以提高原生物系统处理能力；(五)增加化学除磷措施，生物系统无法实现TP去除目标时，通常采用新建高密池和滤池的方式强化化学除磷。
但以上提标改造方式虽满足了出水水质达标的要求，同时也带来了污水处理厂能耗药耗增加、运行操作难度增加、新增工艺单元占地等问题。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的目的是提供了一种适于活性污泥工艺提标改造的系统及方法，适用于对已建污水处理厂的提标改造，进而解决现有技术中存在的上述技术问题。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
本发明为一种适于活性污泥工艺提标改造的系统，包括：
厌氧池、膜格栅、膜传氧生物膜反应器、好氧池、二沉池、鼓风机房、污泥内回流管和污泥外回流管；其中，
所述厌氧池采用原活性污泥工艺系统的厌氧池，所述厌氧池前端设有进水口，后端设有出水口，该出水口依次与所述膜格栅、膜传氧生物膜反应器、好氧池和沉淀池连接；
所述膜传氧生物膜反应器的池体采用原活性污泥工艺系统的缺氧池；
所述鼓风机房的出风管与所述膜传氧生物膜反应器连接；
所述好氧池采用原活性污泥工艺系统的好氧池，所述好氧池通过所述污泥内回流管与所述膜传氧生物膜反应器连接；
所述二沉池为在原活性污泥工艺系统的好氧池后端增设的二沉池，所述二沉池通过所述污泥外回流管回流至所述厌氧池；
所述二沉池的后端设有出水管。
本发明实施例还提供一种活性污泥污工艺提标改造方法，将本发明所述的方法用于原为已建以活性污泥工艺为核心的污水处理厂改造中，包括：
在原活性污泥工艺系统的缺氧池内设置传氧膜组件，将缺氧池改造成膜传氧生物膜反应器；
在原活性污泥工艺系统的厌氧池与所述膜传氧生物膜反应器之间设置膜格栅；
将原活性污泥工艺系统的鼓风机房的出风管与所述膜传氧生物膜反应器连接；
将好氧池通过污泥内回流管与所述膜传氧生物膜反应器连接
在原活性污泥工艺系统的好氧池后端增设二沉池，并通过污泥外回流管回流至所述膜传氧生物膜反应器前端的厌氧池。
与现有技术相比，本发明所提供的活性污泥工艺提标改造系统及方法，其有益效果包括：
通过充分利用原活性污泥工艺系统的各池体，构建成膜传氧生物膜反应器，配合好氧池形成以膜传氧生物膜反应器为核心的泥膜复合生物系统，膜传氧生物膜反应器中的好氧生物膜(以硝化菌为优势菌)和悬浮增长的反硝化菌实现同步硝化反硝化(SND)强化对污水中氨氮和总氮的去除。氧气的传质方向和氨氮、有机物的传质方向是对向流，可有效避免硝化自养菌和有机物去除异养菌在氧气上的竞争，从而提高了硝化菌的生物量，强化了氨氮的去除；膜传氧生物膜反应器除了节省氧气消耗之外，还能充分利用原进水的有机物，协同短程硝化反硝化作用，从而节省额外的碳源投加，这对于普遍低C/N比的污水而言，将节省巨额运行费用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。
图1为本发明实施例提供的适于活性污泥工艺提标改造的系统的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的系统的传氧膜组件的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的适于活性污泥工艺提标改造方法的处理流程图；
图中：1-厌氧池；2-膜格栅；3-膜传氧生物膜反应器；31-膜架；32-中空纤维传氧膜丝；4-鼓风机房；5-二沉池；6-好氧池；7-污泥内回流管；8-污泥外回流管。
具体实施方式
下面结合本发明的具体内容，对本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，这并不构成对本发明的限制。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前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
首先对本文中可能使用的术语进行如下说明：
术语“和/或”是表示两者任一或两者同时均可实现，例如，X和/或Y表示既包括“X”或“Y”的情况也包括“X和Y”的三种情况。
术语“包括”、“包含”、“含有”、“具有”或其它类似语义的描述，应被解释为非排它性的包括。例如：包括某技术特征要素(如原料、组分、成分、载体、剂型、材料、尺寸、零件、部件、机构、装置、步骤、工序、方法、反应条件、加工条件、参数、算法、信号、数据、产品或制品等)，应被解释为不仅包括明确列出的某技术特征要素，还可以包括未明确列出的本领域公知的其它技术特征要素。
术语“由……组成”表示排除任何未明确列出的技术特征要素。若将该术语用于权利要求中，则该术语将使权利要求成为封闭式，使其不包含除明确列出的技术特征要素以外的技术特征要素，但与其相关的常规杂质除外。如果该术语只是出现在权利要求的某子句中，那么其仅限定在该子句中明确列出的要素，其他子句中所记载的要素并不被排除在整体权利要求之外。
术语“质量份”是表示多个组分之间的质量比例关系，例如：如果描述了X组分为x质量份、Y组分为y质量份，那么表示X组分与Y组分的质量比为x:y；1质量份可表示任意的质量，例如：1质量份可以表示为1kg也可表示3.1415926kg等。所有组分的质量份之和并不一定是100份，可以大于100份、小于100份或等于100份。除另有说明外，本文中所述的份、比例和百分比均按质量计。
除另有明确的规定或限定外，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如：可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本文中的具体含义。
当浓度、温度、压力、尺寸或者其它参数以数值范围形式表示时，该数值范围应被理解为具体公开了该数值范围内任何上限值、下限值、优选值的配对所形成的所有范围，而不论该范围是否被明确记载；例如，如果记载了数值范围“2～8”时，那么该数值范围应被解释为包括“2～7”、“2～6”、“5～7”、“3～4和6～7”、“3～5和7”、“2和5～7”等范围。除另有说明外，本文中记载的数值范围既包括其端值也包括在该数值范围内的所有整数和分数。
术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”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，仅是为了便于描述和简化描述，而不是明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文的限制。
下面对本发明所提供的适于活性污泥工艺提标改造的系统及方法进行详细描述。本发明实施例中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。本发明实施例中未注明具体条件者，按照本领域常规条件或制造商建议的条件进行。本发明实施例中所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
如图1所示，本发明实施例提供一种适于活性污泥工艺提标改造的系统，包括：
厌氧池1、膜格栅2、膜传氧生物膜反应器3、好氧池4、二沉池6、鼓风机房4、污泥内回流管7和污泥外回流管8；其中，
所述厌氧池1采用原活性污泥工艺系统的厌氧池，所述厌氧池1前端设有进水口，后端设有出水口，该出水口依次与所述膜格栅2、膜传氧生物膜反应器3、好氧池4和沉淀池6连接；
所述膜传氧生物膜反应器3的池体采用原活性污泥工艺系统的缺氧池；
所述鼓风机房4的出风管与所述膜传氧生物膜反应器3连接；
所述好氧池4采用原活性污泥工艺系统的好氧池，所述好氧池4通过所述污泥内回流管7与所述膜传氧生物膜反应器3连接；
所述二沉池6为在原活性污泥工艺系统的好氧池后端增设的二沉池，所述二沉池6通过所述污泥外回流管8回流至所述厌氧池1；
所述二沉池6的后端设有出水管。
上述系统中，所述膜传氧生物膜反应器3由缺氧池内设置的传氧膜组件构成。优选的，可使用原污水处理厂的活性污泥系统的缺氧池或预处理区。这种膜传氧生物膜反应器可以有效的去除进水中的氨氮，提高出水水质。
上述系统中，所述传氧膜组件由膜架31和一端连接在所述膜架上的中空纤维传氧膜丝32构成。采用中空纤维传氧膜，增加了膜装填密度，同时还可以将传氧膜中剩余的尾气以大气泡的形式释放到池体中。
上述系统中，所述传氧膜组件为一组或多组。
上述系统中，所述膜格栅2的栅条间距为2mm。通过在膜传氧生物膜反应器前配置膜格栅，能很好的去除污水中微小杂质，防止膜传氧生物膜反应器中传氧膜缠绕和破损。
本发明实施例的系统，是一种以膜传氧生物膜反应器为核心的提标改造用系统，非常适用于对污水处理厂原为活性污泥工艺的系统进行提标改造，不仅能充分利用原有活性污泥工艺系统的设施，投入的成本也较低，且处理效果较好，能使活性污泥系统的排放达到更高的标准，该系统具有适应高氨氮污水、能耗低、药耗低、维护方便的特点。可以知道，本发明的系统也适用于新建的污水处理厂，作为活性污泥法的污水处理系统。
本发明实施例提供一种活性污泥污水处理系统用于改造活性污泥系统的方法，用于原为活性污泥系统的污水处理厂改造中，包括：
在原活性污泥工艺系统的缺氧池内设置传氧膜组件，将缺氧池改造成膜传氧生物膜反应器；
在原活性污泥工艺系统的厌氧池与所述膜传氧生物膜反应器之间设置膜格栅；
将原活性污泥工艺系统的鼓风机房的出风管与所述膜传氧生物膜反应器连接；
将好氧池通过污泥内回流管与所述膜传氧生物膜反应器连接
在原活性污泥工艺系统的好氧池后端增设二沉池，并通过污泥外回流管回流至所述膜传氧生物膜反应器前端的厌氧池。
上述方法中，所述膜传氧生物膜反应器由缺氧池内设置传氧膜组件构成。利用原活性污泥工艺系统中的缺氧池，通过添加传氧膜组件，形成了膜传氧生物膜反应器，可以有效的去除进水中的氨氮，提高出水水质。
上述方法中，所述传氧膜组件由膜架和一端连接在所述膜架上的中空纤维传氧膜丝构成。
上述方法中，所述传氧膜组件为一组或多组。
上述方法中，所述膜格栅2的栅条间距为2mm。
上述方法改造后的系统处理污水时，进水中氨氮的脱除主要依靠系统中膜传氧生物膜反应器中形成的生物膜和好氧池中活性污泥共同完成，可以通过调节以上两部分的脱氮负荷(膜传氧生物膜硝化负荷/好氧活性污泥硝化负荷＝1～3)，来调节两部分的规模，从而实现出水水质提升和控制投资的双重目标。
上述方法改造后的系统，由鼓风机向膜传氧生物膜反应器提供空气，空气中的氧气透过膜传氧生物膜反应器中的传氧膜，利用氧和污水中的有机质在传氧膜表面形成生物膜，由于氧直接传质到生物膜，生物膜内的硝化菌数量多，氧的利用率高，其脱氮负荷可达到2.0g N/m2·d，同时其氧消耗负荷可达到12～16g O2/m2·d。
上述方法改造的系统，好氧池到膜传氧生物膜反应器内回流量比为100％～0％，控制其污泥浓度为3～4g/L，膜传氧生物膜反应器中的生物膜可以高效的利用鼓风机输送的空气中的氧气，从而使得生物膜中硝化菌成为优势菌种，膜传氧生物膜反应器中的硝化菌生物量多于好氧池中硝化菌的生物量，进水氨氮的去除主要发生在膜传氧反应器中。
上述方法改造的系统，膜传氧生物膜反应器生物膜厚度依靠由鼓风机输送到靠传氧膜后的尾气形成的大气泡不断的擦洗进行控制，防止生物膜厚度增加，氧传质效率降低和风机风压增加。
上述方法改造的系统，膜传氧生物膜反应器脱落的生物膜随混合液到达好氧池后，可以向活性污泥接种硝化细菌，提高了好氧池中硝化菌的生物量；同时，脱落后的生物膜沉降性能好，有利于后续沉淀池泥水分离，且不会导致出水中SS的增加。
上述方法改造的系统，减少甚至取消在缺氧池投加碳源，生长在传氧膜上的反硝化菌优先利用了进水中的有机物，且生物膜发生的短程硝化反硝化减少了对碳源的需求，因此可减少碳源的投加。
上述方法改造的系统，减少由二沉池回流至压氧段的硝酸盐量，从而消弱了硝酸盐对厌氧释磷菌的影响，提高了活性污泥系统生物除磷的效果，减少了化学除磷中除磷药剂的投加。
本发明可以用在活性污泥法提标改造中。如原系统采用SBR工艺，可将传氧膜组件安装在缺氧区，或预处理区；如原系统采用氧化沟工艺，可放置在缺氧段；如原系统采用AAO或AO工艺，可放置在缺氧池中。传氧膜组件的投加量根据，脱氮负荷的需求配置。
综上可见，本发明实施例的以膜传氧生物膜反应器为核心的活性污泥系统提标改造系统及方法，与现有以流动床生物膜反应器为核心的改造方法或新增反硝化滤池的改造方法相比，无需对原活性污泥法池体进行改造，直接在原活性污泥法系统缺氧池中安装传氧膜组件；无需改造原曝气管路系统，无需新增鼓风机，改造过程中无需停水，无需进行池体清理，无需设置臭气收集系统，且后期膜组件到达寿命后清理和更新方便快捷，对进水温度低影响小，能耗低(以膜传氧生物膜反应器为核心的提标改造系统吨水能耗水平为0.2Kwh/吨，传统活性污泥法的吨水能耗谁水平为0.3Kwh/吨，以流化床生物膜反应器为核心的提标改造系统吨水能耗水平为0.4Kwh/吨)等优点，通过传氧膜生物膜和好氧活性污泥两者营养物负荷的合理调配，可实现水质达标的前提下，一次性投资强度与现有提标改造工艺相同的目标。
为了更加清晰地展现出本发明所提供的技术方案及所产生的技术效果，下面以具体实施例对本发明实施例所提供的活性污泥污水处理系统进行详细描述。
实施例1
如图1所示，本实施例提供一种适于活性污泥工艺提标改造的系统，以在某CASS工艺的污水处理系统应用该系统进行提标改造的过程为例进行说明，主要包括：
某污水处理站，处理规模为500m3/d，进水为生活污水，原设计出水水质为一级B标准，处理工艺流程为：进水格栅-提升泵房-旋流沉砂池-CASS池-消毒池。实际运行中来水氨氮较高，出水水质不达标，现场用地紧张，本次提标改造要求达到一级A标准，氨氮，总磷和SS为主要控制指标。
原CASS池一座两格，包含进水渠、预反应区和主反应区，其中进水渠作为厌氧池，预反应区作为缺氧池，主反应区作为好氧池，在预反应区设置有潜水混合搅拌器，在主反应区配置有滗水器、底部曝气器、搅拌器和内回流潜水泵。
1)系统改造：
升级改造工艺为在原CASS池预反应区安装传氧膜组件形成膜传氧生物膜反应器，在CASS后设置二沉池。
本次升级改造，在每格预反应区各放置2套传氧膜组件形成膜传氧生物膜反应器；将原主反应区改造为曝气好氧池(不再执行序批程序，持续曝气，滗水器固定)，保留内回流泵(曝气好氧池到膜传氧生物膜反应器)；二沉池污泥回流至进水区(厌氧池)回流比为100％。
原系统细格栅栅间距为2mm作为膜格栅，无需新增加传氧膜格栅。
CASS池进水设计氨氮浓度为70mg/L,设计出水氨氮浓度为5mg/L。由于改造后的曝气好氧池停留时间较短，要求膜传氧生物膜反应器出水氨氮浓度为10mg/L。设计膜传氧生物膜反应器硝化负荷为2gNH3-N/(m2·d)，需要生物膜面积为＝16250m2，每个缺氧池放置2套传氧膜组件。
在鼓风机主管上接DN100支管至传氧膜组件为中空纤维传氧膜丝(即传氧膜)供气，总供气量为32m3/h。
新建二沉池和污泥泵房，由2台潜水污泥回流泵向CASS池的厌氧池回流污泥，回流量为500m3/d。
2)处理运行：
安装改造后的工艺流程如附图2，污水首先进入进水格栅，经过提升泵房提升，进入旋流沉砂池，经过除砂后进入改造后生化池；
首先进入生化池的厌氧池。二沉池回流污泥返回至厌氧池，由于膜传氧生物膜反应器高效的除氮效果，回流至厌氧池的污泥中硝酸盐含量较低，有利于厌氧池厌氧释磷菌的生长，强化了生化除磷，减少了后续高密池化学除磷的投药量，强化生物除磷和化学除磷共同保证出水TP达标。
污水通过生化池厌氧池和膜传氧生物膜反应区的底部开孔，进入膜传氧生物膜反应区，通过潜水搅拌器，污水与传氧膜中空纤维传氧膜丝(即传氧膜)表面上的生物膜充分接触。股份机房输送的空气通过新建空气支管输送到传氧膜，利用传氧膜的传氧特性，将氧气100％输送至生物膜；硝化菌为主的生物膜，利用污水中的氨氮和传氧膜输送的氧气，实现氨氮的硝化。厌氧池混合污泥中的反硝化菌利用转换的硝化盐，形成氮气，最终将氮从系统中脱除。在生物膜培养初期，采用部分硝化液内回流来控制，生物膜和好氧活性污泥氨氮的负荷，后续生物膜培养驯化完毕，可根据实际情况，决定内回流量。
污水进入改造后的好氧曝气活性污泥区，主要利用好氧活性污泥去除进水中的BOD。
污水从好氧曝气好氧池，通过滗水器进入新建的二沉池。在二沉池内实现泥水分离，回流污泥通过回流污泥泵返回至生化池的厌氧池，剩余污泥输送到污泥系统。
3)日常维护：
改造后的膜传氧生物膜反应器，核心的传氧膜组件无需反洗养护；据进水水质水量的变化调整污泥回流和硝化液内回流。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。本文背景技术部分公开的信息仅仅旨在加深对本发明的总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

Claims (10)

1.一种适于活性污泥工艺提标改造的系统，其特征在于，包括：
厌氧池(1)、膜格栅(2)、膜传氧生物膜反应器(3)、好氧池(4)、二沉池(6)、鼓风机房(4)、污泥内回流管(7)和污泥外回流管(8)；其中，
所述厌氧池(1)采用原活性污泥工艺系统的厌氧池，所述厌氧池(1)前端设有进水口，后端设有出水口，该出水口依次与所述膜格栅(2)、膜传氧生物膜反应器(3)、好氧池(4)和沉淀池(6)连接；
所述膜传氧生物膜反应器(3)的池体采用原活性污泥工艺系统的缺氧池；
所述鼓风机房(4)的出风管与所述膜传氧生物膜反应器(3)连接；
所述好氧池(4)采用原活性污泥工艺系统的好氧池，所述好氧池(4)通过所述污泥内回流管(7)与所述膜传氧生物膜反应器(3)连接；
所述二沉池(6)为在原活性污泥工艺系统的好氧池后端增设的二沉池，所述二沉池(6)通过所述污泥外回流管(8)回流至所述厌氧池(1)；
所述二沉池(6)的后端设有出水管。
2.根据权利要求1所述的适于活性污泥工艺提标改造的系统，其特征在于，所述膜传氧生物膜反应器(3)由缺氧池内设置传氧膜组件构成。
3.根据权利要求2所述的适用于活性污泥工艺提标改造的系统，其特征在于，所述传氧膜组件由膜架和一端连接在所述膜架上的中空纤维传氧膜丝构成。
4.根据权利要求2所述的适于活性污泥工艺提标改造的系统，其特征在于，所述传氧膜组件为一组或多组。
5.根据权利要求1至3任一项所述的适于活性污泥工艺提标改造的系统，其特征在于，所述膜格栅(2)的栅条间距为2mm。
6.一种适于活性污泥工艺提标改造的方法，其特征在于，用于原为活性污泥系统的污水处理厂改造中，包括：
在原活性污泥工艺系统的缺氧池内设置传氧膜组件，将缺氧池改造成膜传氧生物膜反应器；
在原活性污泥工艺系统的厌氧池与所述膜传氧生物膜反应器之间设置膜格栅；
将原活性污泥工艺系统的鼓风机房的出风管与所述膜传氧生物膜反应器连接；
将好氧池通过污泥内回流管与所述膜传氧生物膜反应器连接
在原活性污泥工艺系统的好氧池后端增设二沉池，并通过污泥外回流管回流至所述膜传氧生物膜反应器前端的厌氧池。
7.根据权利要求6所述的适于活性污泥工艺提标改造的方法，其特征在于，所述膜传氧生物膜反应器由缺氧池内设置传氧膜组件构成。
8.根据权利要求7所述的适于活性污泥工艺提标改造的方法，其特征在于，所述传氧膜组件由膜架和一端连接在所述膜架上的中空纤维传氧膜丝构成。
9.根据权利要求8所述的适于活性污泥工艺提标改造的方法，其特征在于，所述传氧膜组件为一组或多组。
10.根据权利要求8所述的适于活性污泥工艺提标改造的方法，其特征在于，所述膜格栅(2)的栅条间距为2mm。
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