一種水氣流化生物載體膜分離廢水深度處理的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種現(xiàn)有廢水處理系統(tǒng)提標改造和中水回用的技術，具體是一種水氣流化生物載體膜分離廢水深度處理的工藝，本發(fā)明是現(xiàn)有污水處理系統(tǒng)出水的深度處理，反應池采用網(wǎng)狀填料培育以自養(yǎng)型微生物為主的生物降解體系，反應池通過折流隔板分割為3-11格，最后一格設置浮力式潷水器收集表層水作為出水，出水再進入無機膜分離器過濾，濾出水直接排放或回用，濃縮水回流至反應池第一格再繼續(xù)進行降解。本發(fā)明的優(yōu)點從微生物學的角度，構建了以自養(yǎng)型菌種為主微生物群體結合膜高效分離的深度處理工藝路線，設計合理、工藝可行、操作簡便、占地面積少、運行成本低、凈化效果好。
【專利說明】一種水氣流化生物載體膜分離廢水深度處理的方法
所屬【技術領域】
[0001]本發(fā)明專利涉及環(huán)境保護與資源綜合利用【技術領域】，特別涉及同步深度脫除廢水中難降解有機物、氮磷、懸浮物的工藝，可廣泛應用在現(xiàn)有污水處理設施提標改造和中水回用上。
【背景技術】
[0002]隨著水資源危機日益突出和國家環(huán)保排放標準的日益嚴格，現(xiàn)有污水處理廠和污水處理站均面臨著更高的提標改造壓力，并且廢水深度處理后回用也成為廢水產(chǎn)生單位需要解決的問題。目前大多數(shù)污水處理廠采用生物法二級處理工藝體系，主要依靠異養(yǎng)微生物降解廢水中可生化有機物，經(jīng)處理后廢水污染物濃度大幅降低，但仍難達到新排放標準的要求，尤其對于工業(yè)廢水比例高、污水濃度高、成分復雜的污水處理廠。其處理后廢水的特征是C0D&濃度高、BOD5濃度低、氨氮和總氮濃度高，以及存在高懸浮物和總磷的情況，僅通過挖掘和強化現(xiàn)有二級生化處理系統(tǒng)，已經(jīng)很難達到排放及回用標準的要求。
[0003]目前針對該類廢水提標改造解決方法主要有各種過濾技術、曝氣生物流化床技術和曝氣生物濾池技術等。其中單純過濾技術效果保障性不足，只對懸浮物處理效果好，深度脫碳脫氮效果不佳；BAF曝氣生物濾池和曝氣生物流化床技術可視為三級生物處理，通過載體或填料有效增大微生物接觸面積，提高處理效果，該工藝可視為前序二級生物法的延續(xù)，因廢水B/C比低，常常與臭氧氧化等高級氧化處理法結合，而且反沖洗水或出水需再次進行混凝沉淀或砂濾，導致占地面積、投資和運行成本均顯著增加，而且存在傳質(zhì)效率不高、載體生物量不大等問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有污水處理設施提標改造，提供一種不需外加碳源、能同時降低C0D、氨氮和總磷、出水水質(zhì)好、運行成本低、占地面積少的方法。
[0005]一種水氣流化生物載體膜分離廢水深度處理方法，其特征在于:
[0006](I)采用易生物吸附、空隙率高、彈性好、韌性強、化學性能穩(wěn)定的新型網(wǎng)狀填料，該填料空隙率達5ppi，有機負荷高達8.5kgB0D5/(m3 -d)，比表面積在18_45m2/g間；該填料顯著特征是固定化微生物后載體平均密度與水的密度十分接近，載體在水中呈穩(wěn)定的懸浮狀；該填料為網(wǎng)型寬孔高分子載體，填料在生產(chǎn)過程中進行催化和改性處理，表面帶有某些親水性基團以及氨基、羧基、環(huán)氧基等活性基團，能與微生物肽鏈氨基酸殘基鏈接形成離子鍵結合或共價鍵結合，進而將微生物及生物酶固定在載體上，該載體不僅適合真菌、絲狀菌和菌膠團等微生物吸附掛膜，還適合多種捕食細菌的原生動物和后生動物，能夠形成了具有穩(wěn)定食物鏈的微型生態(tài)系統(tǒng)，因此污泥產(chǎn)生量很小?；谔盍辖Y構形式，反應池內(nèi)部可同時實現(xiàn)無數(shù)個好氧、缺氧和厭氧狀態(tài)的微小區(qū)域，并可在流化狀態(tài)下相互轉(zhuǎn)換，具有優(yōu)良的脫氮效果。另外該填料切割氣泡能力強，空間體積利用率大、無死區(qū)等特點，使用后反應池體有效體積在95%以上。[0007](2)該工藝結合載體流化、固定化微生物技術，采用適應低堿度、低pH值水質(zhì)且抗負荷波動的特種優(yōu)勢細菌。該類菌種顯著特點是以自養(yǎng)型微生物為主，與前端二級處理中起主要作用的異養(yǎng)型菌種不同，該類菌種對BOD5濃度要求低于35mg/l，且越低越好，以防止異養(yǎng)菌菌種成為優(yōu)勢菌種，所以反應系統(tǒng)不需要外加碳源，運行成本大大降低。
[0008](3)本發(fā)明反應池體上設進水口和出水口，中間設多級折流隔板，將反應池分割為多個部分，排列可為均勻分布或不均勻分布，數(shù)量設置在3-11個間，主要作用為提高傳質(zhì)效率，增加污水與載體的接觸；折流隔板間設置上攔截網(wǎng)和下攔截網(wǎng)，可將生物填料固定在中間。第一級折流板區(qū)域攔截網(wǎng)下方設置穿孔曝氣管和回流濃縮水管，池體底部設置污泥收集溝和排泥管。
[0009](4)出水采用過濾精度高、通量大、穩(wěn)定可靠的無機膜分離器，尤其是采用高通量的碳化硅膜、復合陶瓷膜、不銹鋼膜，實現(xiàn)高效分離，從而有效保證高效的脫磷效果。根據(jù)出水排放或回用要求，過濾精度可選范圍在0.05-10 μ m ;采用錯流過濾,流速可選范圍l-5m/s，推薦2m/s ;根據(jù)進出水量和場地面積，過濾壓力可選0.Ι-lOMPa，綜合占地、投資和能耗間平衡，設計推薦l_3MPa。
[0010](5)采用分離和回流無縫銜接的工藝組合。經(jīng)無機膜分離器分離的清水直接排放或回用，濃縮水返回至反應池體第一級，通過濃縮水管回流，該設計可大幅延長污水中污染物停留時間，理論上可將反應器有效反應時間延長至無限，解決了氨氮和難降解有機物降解需要較長時間污泥齡和短水力停留時間的矛盾，可充分保證污染物得到降解，在處理高氨氮及總氮和難降解有機物的分解上具有顯著優(yōu)勢，同時大幅降低反應器占地面積和容積，顯著減少投資。
[0011](6)本發(fā)明創(chuàng)造出高效的流化作用，同時實現(xiàn)高效節(jié)能曝氣。以上作用的實現(xiàn)主要通過兩個設置來完成:一是曝氣采用易維護、成本低、水頭損失小、擾動大的穿孔曝氣管，所產(chǎn)生的氣泡能夠充分擾動填料層，實現(xiàn)流化效果，同時氣泡被網(wǎng)狀填料切割成細小氣泡，增加了氧的利用率，可減小曝氣·量；二是池體出水采用集水面積大的可調(diào)浮力潷水器，主要收集池體表層水。由于大氣氧分壓的存在，表層水中超飽和富氧水含量高，經(jīng)收集和膜分離后直接通過布水管回流至反應池，在實現(xiàn)回流沖刷的同時，增大水體溶解氧量，進一步減少曝氣量。
[0012]作為優(yōu)選，上述一種水氣流化生物載體膜分離廢水深度處理的方法，其中折流隔板將反應池分割為多個部分，排列可為均勻分布或不均勻分布，數(shù)量設置在3-11個間。雖然經(jīng)過大量實驗，本發(fā)明中隔板排列形式為不均勻分布時，也具有良好的效果，但效果穩(wěn)定性存在隱患，建議采用均勻分布，能保證更加穩(wěn)定的出水；另外根據(jù)實際應用情況，將池體分割為4-6級，處理效果和投資運行間成本最為理想。
[0013]作為優(yōu)選，上述一種水氣流化生物載體膜分離廢水深度處理的方法，其中無機膜分離器相對有機膜分離器，具有通量更大、性質(zhì)更穩(wěn)定、堅固耐用、可反向沖洗、易清洗再生的優(yōu)點，更加適合作為廢水深度處理和回用系統(tǒng)。經(jīng)試驗和應用研究，無機膜分離器中采用碳化硅膜最佳，理由是過濾通量最大，沖洗再生頻次最少，一般一天至一周沖洗一次。而且膜分離器為外置式，便于維護，且為多組并聯(lián)排列，可分別依此沖洗再生和維護，實際運行效果可靠、使用方便。
[0014]作為優(yōu)選，上述一種水氣流化生物載體膜分離廢水深度處理的方法，其中無機膜分離器過濾精度可選范圍在0.05-10 μ m,根據(jù)多次試驗的經(jīng)濟性評價，在滿足排放標準的情況下，過濾器精度選在3-5 μ m時,處理效果穩(wěn)定,經(jīng)濟性最突出；在滿足回用標準情況下，根據(jù)回用標準要求，過濾器精度可選在0.05-1 μ m,出水可直接進入RO系統(tǒng)。
[0015]本發(fā)明的目的包括如下裝置:池體、折流隔板、進水口、上攔截網(wǎng)、填料、下攔截網(wǎng)、穿孔曝氣管、濃縮水回流管、清水區(qū)、集泥區(qū)、排泥管、潷水器、無機膜分離器。
[0016]有益效果:本發(fā)明設計合理、工藝可行、操作簡便、占地面積少、運行成本低、凈化效果好，從微生物學的角度，構建了以自養(yǎng)型菌種為主微生物群體結合膜高效分離的深度處理工藝路線，對以異養(yǎng)型微生物處理為主的污水處理廠做有效補充，進一步降低廢水中可生物降解成分，滿足現(xiàn)有污水處理系統(tǒng)提標改造和中水回用要求。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1本發(fā)明實現(xiàn)的工藝流程結構示意圖
[0018]附圖標記說明:池體1、進水管2、進水口 3、填料4、曝氣管5、集泥區(qū)6、排泥管7、清水區(qū)8、潷水器9、排水管10、膜分離器11、濃縮水管12、清水管13。
【具體實施方式】:
[0019]下面結合實例進一步說明本發(fā)明，但并不是本
【發(fā)明內(nèi)容】
范圍的任何限制。
[0020]實施例1
[0021]根據(jù)附圖1所示流程結構圖，本實施方法為城市生活污水處理廠廢水深度處理后中水回用做河道景觀水。要求將執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準(GB18918-2002)》一級B標準的某污水處理廠提標改造，改造后污水作為景觀水回用到河流，回用水標準參照執(zhí)行《地表水環(huán)境質(zhì)量標準 》(GB3838-2002)中IV類標準中主要指標COD ( 30mg/l、NH3-N ^ 1.5mg/l。該污水處理廠采用改良氧化溝工藝，出水為一級B標準級別，冬季有氨氮超標情況。
[0022]如附圖1所示，本發(fā)明工藝首先根據(jù)流體動態(tài)模擬軟件，優(yōu)化中試裝置水力流態(tài)設計，結合經(jīng)驗，中試反應池水力有效停留時間為1-4小時可調(diào)，通過折流隔板設置為4格；膜分離器采用3μπι孔徑碳化硅陶瓷膜；在控制工藝條件下，進行中試裝置的啟動，通過逐漸增加負荷，使自養(yǎng)型微生物為主優(yōu)勢菌得到馴化和快速繁殖，經(jīng)I個月的調(diào)試啟動，系統(tǒng)達到穩(wěn)定運行狀態(tài)。穩(wěn)定后運行的載體填料密度接近于水的密度，相差在2%以內(nèi)；微生物容積負荷高達到8.2kgB0D5/(m3.d)，比表面積為25.lm2/g。通過中試證明在常溫及低溫條件下，不需要外加碳源的情況下，本發(fā)明工藝均具有顯著的脫氮效果，最佳HRT為1.3h，氨氮負荷為0.67kgNH3-N/ (m3.d)，冬季平均NH3-N去除率為95.3%，其他時間氨氮平均去除率均在96%以上。經(jīng)處理后廢水非常清澈，經(jīng)測廢水平均SS濃度低于5mg/l。碳化硅膜過濾器過流流速為2m/s，反沖洗時間設定為I天一次，反沖洗耗水量極少，約為I %。
[0023]最終統(tǒng)計經(jīng)處理后出水水質(zhì)穩(wěn)定，達到COD ( 12mg/l、NH3_N ( 1.2mg/l，直接運行成本僅為電耗，無其他藥劑消耗。中試規(guī)模放大至2萬t/d考慮，直接運行成本約為0.12元/to
[0024]結合本次實例，本發(fā)明工藝COD去除效率大于80%，氨氮降解效率大于95%，均好于設計要求。[0025]實施例2
[0026]根據(jù)附圖1所示流程結構圖，對實施例1中廢水進一步深度凈化，要求達到電廠冷卻塔回用水標準，即 COD ≤20mg/l、NH3-N ≤1.0mg/1。
[0027]保持實例I中試設備不變，將折流板設置為5格，經(jīng)測試最佳HRT為1.4h，微生物容積負荷仍在6.5-6.QkgNH3-N/(m3.d)間，變化不大，但氨氮去除效率顯著增大，經(jīng)測平均去除效果在98%以上，經(jīng)處理后COD平均值為9.8mg/l、NH3-N平均值為0.78mg/l,同樣效果穩(wěn)定持久，滿足電廠冷卻塔回用水的要求。
[0028]實施例3
[0029]根據(jù)附圖1所示流程結構圖，對南美對蝦養(yǎng)殖廢水進行深度凈化，要求達到養(yǎng)殖廢水回用標準，即:總氮〈10mg/l, NH4-N〈lmg/1,亞硝態(tài)氮〈0.3mg/l。
[0030]保持實例I中試設備不變，將折流板設置為4格，經(jīng)測試最佳HRT為2.6h ;采用
0.1ym碳化硅膜，分離出水和提供濃縮，使微生物容積負荷提升至6.7-8.2kgNH3-N/ (m3.d)間，氨氮去除效率顯著增大，經(jīng)測平均去除效果在98%以上，經(jīng)處理后COD平均值為5.6mg/
1、SS降低到5NTU，NH3-N平均值為0.45mg/l、亞硝態(tài)氮未檢測出，總氮值平均值為4.0mg/1，出水清澈通透，滿足南美對蝦養(yǎng)殖回用水的要求。
【權利要求】
1.一種水氣流化生物載體膜分離廢水深度處理的方法，其特征在于: (1)采用易生物吸附、空隙率高、彈性好、韌性強、化學性能穩(wěn)定的網(wǎng)狀填料，該填料空隙率達5ppi，有機負荷高達8.5kgB0D5/(m3 -d)，比表面積在18_45m2/g間；該填料顯著特征是固定化微生物后載體平均密度與水的密度十分接近，載體在水中呈穩(wěn)定的懸浮狀；該填料為網(wǎng)型寬孔高分子載體，填料在生產(chǎn)過程中進行催化和改性處理，表面帶有某些親水性基團以及氨基、羧基、環(huán)氧基等活性基團，能與微生物肽鏈氨基酸殘基鏈接形成離子鍵結合或共價鍵結合，進而將微生物及生物酶固定在載體上，該載體不僅適合真菌、絲狀菌和菌膠團等微生物吸附掛膜，還適合多種捕食細菌的原生動物和后生動物，能夠形成了具有穩(wěn)定食物鏈的微型生態(tài)系統(tǒng)，并且污泥產(chǎn)生量很小?；谔盍辖Y構形式，反應池內(nèi)部可同時實現(xiàn)無數(shù)個好氧、缺氧和厭氧狀態(tài)的微小區(qū)域，并可在流化狀態(tài)下相互轉(zhuǎn)換，具有優(yōu)良的脫氮效果。另外該填料切割氣泡能力強，空間體積利用率大、無死區(qū)等特點，使用后反應池體有效體積在95%以上。 (2)該工藝采用適應低堿度、低pH值水質(zhì)且抗負荷波動的特種優(yōu)勢細菌。該類菌種顯著特點是以自養(yǎng)型微生物為主，與前端二級處理中起主要作用的異養(yǎng)型菌種不同，該類菌種特點是對BOD5濃度要求低于35mg/l，且越低越好，以防止異養(yǎng)菌菌種成為優(yōu)勢菌種；該反應系統(tǒng)不需要外加碳源。 (3)反應池體上設進水口和出水口，中間設多級折流隔板，將反應池分割為多個部分，排列可為均勻分布或不均勻分布，數(shù)量設置在3-11個間，主要作用為提高傳質(zhì)效率，增加污水與載體的接觸；折流隔板間設置上攔截網(wǎng)和下攔截網(wǎng)，可將生物填料固定在中間。第一級折流板區(qū)域攔截網(wǎng)下方設置穿孔曝氣管和回流濃縮水管，池體底部設置污泥收集溝和排泥管。 (4)出水采用過濾精度高、通量大、穩(wěn)定可靠的無機膜分離器，尤其是采用高通量的碳化硅膜、復合陶瓷膜、不銹鋼膜，實現(xiàn)高效分離，從而有效保證高效的脫磷效果。根據(jù)出水排放或回用要求，過濾精度選范圍在0.05-10 μ m ;采用錯流過濾，流速選范圍l-5m/s，推薦2m/s ;根據(jù)進出水量和場地面積，過濾壓力選0.Ι-lOMPa，綜合占地、投資和能耗間平衡，設計推薦l-3MPa。 (5)采用分離和回流無縫銜接的工藝組合。經(jīng)無機膜分離器分離的清水直接排放或回用，濃縮水返回至反應池體第一級，通過濃縮水管回流，該設計可大幅延長污水中污染物停留時間，理論上可將反應器有效反應時間延長至無限，解決了氨氮和難降解有機物降解需要較長時間污泥齡和短水力停留時間的矛盾，可充分保證污染物得到降解，在處理高氨氮及總氮和難降解有機物的分解上具有顯著優(yōu)勢，同時大幅降低反應器占地面積和容積，顯著減少投資。 (6)創(chuàng)造出高效的流化作用，同時實現(xiàn)高效節(jié)能曝氣。以上作用的實現(xiàn)主要通過兩個設置來完成:一是曝氣采用易維護、成本低、水頭損失小、擾動大的穿孔曝氣管，所產(chǎn)生的氣泡能夠充分擾動填料層，實現(xiàn)流化效果，同時氣泡被網(wǎng)狀填料切割成細小氣泡，增加了氧的利用率，可減小曝氣量；二是池體出水采用集水面積大的可調(diào)浮力潷水器，主要收集池體表層水。由于大氣氧分壓的存在，表層水中超飽和富氧水含量高，經(jīng)收集和膜分離后直接通過布水管回流至反應池，在實現(xiàn)回流沖刷的同時，增大水體溶解氧量，進一步減少曝氣量。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種水氣流化生物載體膜分離廢水深度處理的方法，其特征在于將曝氣生物流化池與無機膜分離進行結合，實現(xiàn)延長反應時間和高效分離的新工藝。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種水氣流化生物載體膜分離廢水深度處理的方法，其特征在于采用高空隙、易微生物附著、在水中呈懸浮態(tài)的網(wǎng)狀填料。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種水氣流化生物載體膜分離廢水深度處理的方法，其特征在于采用自養(yǎng)型菌種微生物為主的生物降解體系。
5.根據(jù)權利要求1所述的一種水氣流化生物載體膜分離廢水深度處理的方法，其特征在于采用無機膜分離器，實現(xiàn)高效分離和污染物回流。
6.根據(jù)權利要求1所述的一種水氣流化生物載體膜分離廢水深度處理的方法，其特征在于采用潷水器收集上部表層水 回流，與下部設置穿孔管曝氣，增大水相和氣相流化效果。
【文檔編號】C02F3/00GK103570124SQ201310625338
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2013年11月27日 優(yōu)先權日:2013年11月27日
【發(fā)明者】張云飛 申請人:杭州創(chuàng)享環(huán)境技術有限公司