CN111423050A - 污水净化处理***及处理方法 - Google Patents
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Abstract
一种污水净化处理***和处理方法。所述污水净化处理***包括：MABR装置和化学处理单元，所述MABR装置和所述化学处理单元串联设置，并且配置为与受污染水体形成循环；或者，所述MABR装置和所述化学处理单元并联设置，并且所述MABR装置和所述化学处理单元中的每一个配置为与受污染水体形成循环。所述污水净化处理方法包括：采用所述污水净化处理***中的MABR装置和化学处理单元中的任意一个或两个对受污染水体进行循环。本申请的污水净化处理***和处理方法能够高效率地去除受污染水体中的氮、磷、有机物和不可生物降解的COD等污染物，提高受污染水体中的溶解氧的水平，而且运行能耗低。
Description
技术领域
本申请涉及但不限于污水处理技术，尤其涉及一种污水净化处理***及 处理方法。
背景技术
随着中国经济的高速发展，生态文明建设也变得越加重要。溪流、运河 和其他水体属于城市环境的一部分，其现场处理需要比独立的废水处理厂更 高的美学水平。许多废水处理厂包括多个覆盖大面积的处理区、固体的保留 和悬浮阶段、净化阶段和污泥循环。这种组成和结构不适合现场处理城市水 体。
在普通废水处理***中处理受污染的水体可能是不合适的，因为在许多 地方禁止将受污染的水体改道至城市废水处理厂。此外，由于受污染水体的 污染水平可能较低，并且污泥处理可能复杂且昂贵，使用高强度工艺(例如， 在普通污水处理厂中使用的工艺)处理受污染水体可能效率不高。
以河道为例，目前中国的河道水体污染较为严重，大多数为黑色有味的 河道。河道的水体污染主要为人为的污染，包括生活污水及工业废水管网的 渗漏污染等，造成河道水体由于自身的生化降解反应导致缺氧，溶解氧过低 产生水体恶臭。若采取常规的废水处理厂工艺对河道进行污水处理，不但设 备占地面积大，而且能耗高，然而中国的河道两侧基本为景观绿化，用地紧 张，因此废水处理厂工艺不适合河道水体的净化。
已有的污水处理工艺包括生物接触氧化工艺、机械增氧工艺、生态修复 工艺等，其中生物接触氧化工艺对有机碳、化学需氧量(Chemical Oxygen Demand，COD)、总磷等去除较为困难；常规的机械增氧工艺造成局部氧浓 度低，分散不均匀，氧利用率低下；生态修复工艺虽然强化了生物链的去除 能力，但是不能有效地解决受污染的水体缺氧的现状，对氨氮等去除效果也 有限，同时新的浮游植物的树叶腐烂等造成的新的水体污染。
发明内容
以下是对本文详细描述的主题的概述。本概述并非是为了限制权利要求 的保护范围。
膜曝气生物膜反应器(Membrane Aeration Biologic Reactor，MABR)是 最近开发的水处理***，其利用半透膜通过扩散到液体介质中来供应氧气， 并促进承载在膜水侧的生物膜的生长。生物膜消耗由膜空气侧扩散提供的氧 气、以及水中的铵化合物和可生物降解的有机材料。
在自然和城市水体中，例如在河流和运河中，由于水的表面积与体积之 比很高，初始溶解氧速率通常很高。在这种需氧条件下进行的MABR处理可 能缺乏脱氮能力，因为脱氮所需的缺氧条件不足。
本申请提供了一种污水净化处理***及处理方法，该污水净化处理*** 和方法可以高效曝气、高效率地去除受污染水体中的污染物(氮、磷、有机 物和不可生物降解的COD等)，而且运行能耗低。
本申请提供了一种污水净化处理***，包括：MABR装置和化学处理单 元；其中，
所述MABR装置和所述化学处理单元串联设置，并且配置为与受污染水 体形成循环；或者，
所述MABR装置和所述化学处理单元并联设置，并且所述MABR装置和 所述化学处理单元中的每一个配置为与受污染水体形成循环。
在本申请的实施例中，水从所述受污染水体的一端供给所述污水净化处 理***，处理过的水排放至所述受污染水体的另一端。
在本申请的一个实施例中，所述MABR装置和所述化学处理单元可以串 联设置，所述MABR装置的一端配置为与受污染水体的下游相接，另一端与 所述化学处理单元的一端相接，所述化学处理单元的另一端配置为与受污染 水体的上游相接。
在本申请的另一个实施例中，所述MABR装置和所述化学处理单元可以 并联设置，所述MABR装置的一端配置为与受污染水体的下游相接，另一端 配置为与受污染水体的上游相接；所述化学处理单元的一端配置为与受污染 水体的下游相接，另一端配置为与受污染水体的上游相接。
在本申请的实施例中，所述化学处理单元可以包括电化学电池。
任选地，所述化学处理单元为电化学电池。
在本申请的实施例中，所述电化学电池可以包括电源单元、电极、水容 器和所述电化学电池底部的用于固体悬浮物排放的出口。
在本申请的实施例中，所述电化学电池可以为电凝池。
在本申请的实施例中，所述电凝池的电极可以由铝合金或铁合金制成。
在本申请的实施例中，所述电极之间的电压可以周期性地交替或切换。
在本申请的一个实施例中，所述化学处理单元可以包括替代电化学电池 的去除磷和硝酸盐的化学加药单元。
在本申请的实施例中，所述化学加药单元可以包括例如氯化铁或硫酸铝 的除磷促凝剂的化学加药除磷单元。
在本申请的实施例中，所述化学处理单元可以包括用于在所述MABR装 置中生物脱氮的例如乙酸盐的有机碳的化学加药单元。
在本申请的实施例中，
所述化学处理单元包括电化学电池，任选地还包括有机碳加药单元；或 者，
所述化学处理单元包括化学加药除磷单元，任选地还包括有机碳加药单 元。
在本申请的实施例中，所述污水净化处理***还可以包括独立于所述 MABR装置的操作的用于打开或关闭所述化学处理单元的装置。
在本申请的实施例中，所述MABR装置内部设置有MABR膜，其中所述MABR膜为气体可透过性膜。
任选地，所述MABR膜可以为平板膜(例如，平板卷式膜)或中空纤维 膜。
在本申请的实施例中，所述MABR装置中可以设置有串联的多个MABR 膜。
在本申请的实施例中，任意两个相邻的MABR膜之间可以设置有与所述 MABR装置侧壁耦合连接的隔板，隔板底部可以设置有流通口。在本申请的 实施例中，所述污水净化处理***还可以包括用于混合水箱中的内容物的装 置。
在本申请的实施例中，所述用于混合水箱中的内容物的装置可以为粗泡 沫扩散器，所述粗泡沫扩散器可以设置在所述气体可透过性膜或用于循环所 述水箱中的内容物的至少一个气动提升泵或至少一个机械泵的下方。
在本申请的实施例中，所述粗泡沫扩散器可以为空气扩散器，所述空气 扩散器设置在所述MABR膜下方。
在本申请的实施例中，所述污水净化处理***还包括曝气设备，所述曝 气设备包括向所述膜内提供空气的风机和向所述用于混合水箱中的内容物的 装置提供空气的鼓合风机中的任意一种或多种。
在本申请的实施例中，所述MABR装置底部可以设置有疏水孔和与所述 疏水孔相接的冷凝液总排管。MABR装置内的冷凝水可以经疏水孔后汇集至 冷凝液总排管，再自流至受污染水体中。
在本申请的实施例中，所述污水净化处理***还可以包括至少一个从所 述受污染水体的一端向所述污水净化处理***供给水的泵，所述泵之后是自 清洗过滤器，和通过重力将来自于所述污水净化处理***的水排放至所述受 污染水体的另一端的管道。
任选地，所述自清洗过滤器可以设置在向所述污水净化处理***供给水 的泵和所述MABR装置之间的管道上。所述自清洗过滤器的过滤尺寸精度可 以小于3mm。
在本申请的实施例中，所述污水净化处理***还可以包括过滤网，所述 过滤网可以设置在向所述污水净化处理***供给水的泵之前，所述过滤网的 过滤尺寸精度可以小于10mm。
在本申请的实施例中，所述化学加药单元中的有机碳加药单元可以设置 在所述自清洗过滤器与所述MABR装置之间的管道上；所述有机碳加药单元 可以包括碳源储罐和碳源投加泵。
在本申请的实施例中，所述污水净化处理***还可以包括配置为能够检 测水体中污染物浓度的控制装置。
任选地，所述控制***包括铵传感器、硝酸盐传感器和磷传感器中的任 意一种或多种。
在本申请的实施例中，所述污水净化处理***可以包括：过滤网、污水 提升泵、自清洗过滤器、MABR装置、MABR膜和电化学电池，其中，所述 过滤网与所述自清洗过滤器的一端相接，所述污水提升泵设置在所述过滤网 与所述自清洗过滤器之间的管道上，所述自清洗过滤器的另一端与所述 MABR装置的一端相接，所述MABR装置的另一端与所述电化学电池相接， 所述MABR装置包括串联的多个MABR膜和曝气设备，所述多个MABR膜 设置在所述MABR装置内部，任意两个相邻的MABR膜之间设置有隔板，所 述隔板底部设置有流通口，所述曝气设备包括用于向所述膜内提供空气的工 艺风机和用于向粗泡沫扩散器等混合装置提供空气的混合风机，所述工艺风 机和所述混合风机的出口管道分别与所述MABR装置的接口相接，所述 MABR装置底部设置有疏水孔和与所述疏水孔相接的冷凝液总排管。
本申请还提供了一种污水净化处理方法，包括：采用如上所述的污水净 化处理***中的MABR装置和化学处理单元中的任意一个或两个对受污染水 体进行循环。
在本申请的实施例中，所述污水净化处理方法可以包括：
第一步：来自受污染水体的污水通过所述至少一个从所述受污染水体的 一端向所述污水净化处理***供给水的泵送至自清洗过滤器；自清洗过滤器 过滤后的污水流至MABR装置；
第二步：污水通过MABR装置的气体可透过性膜，MABR装置内的冷凝 水排放至受污染水体中；
第三步：经MABR装置处理后得到的清水进入化学处理单元，所述的化 学处理单元去除磷，同时去除部分氨氮及COD；将化学处理单元底部的少量 悬浊液疏放至受污染水体中；
第四步：经化学处理单元后的水体在重力作用下流至受污染水体中，并 再次进入MABR装置中进行循环处理，直至随着时间的推移达到预期水质要 求。
在本申请的实施例中，当受污染水体中的COD不足时，第一步还包括： 通过设置在所述自清洗过滤器与所述MABR装置之间的管道上的化学加药单 元补充碳源。
在本申请的实施例中，当所述化学处理单元包括电化学电池时，所述电 化学电池可以在整个处理过程中被连续激活或在部分处理过程中被激活。
在本申请的实施例中，所述电化学电池可以通过电凝聚沉淀磷，并且同 时通过电氧化去除硝酸盐。
在本申请的实施例中，当所述化学处理单元包括电化学电池时，所述电 化学电池的直流密度可以为0.5A/m2-5.0A/m2，直流电压可以为1V-6V。
本申请的污水净化处理***和处理方法具有以下有益效果：自动化程度 高，可协同脱除受污染水体中的COD、生化耗氧量(Biochemical Oxygen Demand，BOD)、N、P等污染物，并且提高受污染水体中的溶解氧的水平， 出水水质好，出水稳定达到中国国家标准GB3838《地表水环境质量标准》中 Ⅳ水的标准值。
本申请的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说 明书中变得显而易见，或者通过实施本申请而了解。本申请的其他优点可通 过在说明书、权利要求书以及附图中所描述的方案来实现和获得。
附图说明
附图用来提供对本申请技术方案的理解，并且构成说明书的一部分，与 本申请的实施例一起用于解释本申请的技术方案，并不构成对本申请技术方 案的限制。
图1为采用本申请实施例的污水净化处理***去除水体中硝酸盐时的处 理持续时间、电流密度、电压与去除率或硝酸盐浓度之间的关系图；
图2A为本申请一个实施例的污水处理方法的工艺流程简图；
图2B为本申请一个实施例的污水处理方法的工艺流程简图；
图2C为本申请一个实施例的污水处理方法的工艺流程简图；
图3为本申请实施例1的污水净化处理***的结构示意图；
图4为本申请实施例2的MABR阶段的工艺流程示意图；
图5为本申请实施例2的电凝池阶段的工艺流程示意图；
图6为本申请实施例2的COD和氨的去除效果图；
图7为本申请实施例2的总磷和总氮的去除效果图；
图8为本申请实施例2的总磷和总氮的去除效果图。
附图标记说明：
1，10，10’-MABR装置、2，20，20’-水体、3，30-电化学电池、4，40， 40’-第一泵、50-第二泵、6，60-第一入口导管、7，70-第一出口导管、8，80- 第二入口导管、90-第二出口导管、11-碳源投加泵、12-碳源储罐、13-化学除 磷药剂投加泵、14-化学除磷药剂罐；
100-集装箱式MABR装置、101-MABR膜、102-工艺风机、103-混合风 机、104-隔板、105-疏水孔、106-流通口、107-冷凝液总排管、200-河道污水、 300-电化学电池、400-污水提升泵、500-过滤网、600-自清洗过滤器、700-碳 源投加泵、800-碳源储罐。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图 对本申请的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申 请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
在本申请的上下文中，当提及水体时，应当理解为也指任何形式的水积 聚，包括静止的或被容纳在内的水体，例如水池、池塘、湿地、水坑，以及 流动的水体(可通航的水道)，例如运河、河流和小溪。此外，在本申请的 上下文中，虽然任选地是自然发生的地理特征，但是在一些实施例中，水体 可以是人工的，例如由工程水坝、建造的运河和人工港口。
本申请实施例提供了一种通过耦合MABR和电化学电池在有氧环境中以 去除有机物质、总氮和磷中的任意一种来处理受污染水体的***，包括： MABR装置和电化学电池，所述MABR装置和所述电化学电池串联设置，并 且配置为与受污染水体形成循环；或者，所述MABR装置和所述电化学电池 并联设置，并且所述MABR装置和所述电化学电池中的每一个配置为与受污 染水体形成循环。
在本申请的实施例中，水从所述受污染水体的一端供给所述污水净化处 理***，处理过的水排放至所述受污染水体的另一端。
在本申请的实施例中，所述MABR装置和所述电化学电池可以串联设置， 所述MABR装置的一端配置为与受污染水体的下游相接，另一端与所述电化 学电池的一端相接，所述电化学电池的另一端配置为与受污染水体的上游相 接。
在本申请的实施例中，所述MABR装置和所述电化学电池可以并联设置， 所述MABR装置的一端配置为与受污染水体的下游相接，另一端配置为与受 污染水体的上游相接；所述电化学电池的一端配置为与受污染水体的下游相 接，另一端配置为与受污染水体的上游相接。任选地，并联连接的MABR装 置和电化学电池可以被配置为连接到一个泵，所述泵将污水输送到分流管中 并且具有单独的控制阀来控制通过每个装置的流量。
在本申请的实施例中，所述电化学电池可以包括电源单元、电极和水容 器，所述电化学电池底部的少量悬浊液可以疏放至受污染水体中。
在本申请的实施例中，所述电化学电池可以为电凝池。
任选地，所述电化学电池为具有附加反应的电凝池，这些附加反应也可 能不会发生。
电凝法是一种电驱动的凝结工艺，一般用于处理高浓度废水，通常是工 业废水。在电凝过程中，金属电极的氧化将阳离子作为凝结剂释放到水中， 该凝结剂也与一些阴离子如磷酸盐一起沉淀。
在本申请的实施例中，所述电凝池的电极可以由铝合金或铁合金制成。
任选地，所述电极可以是板、片、棒、多孔结构和网的任意一种形式。
在本申请中，当提到电凝法时，应当理解，在电凝法中或作为电凝法的 结果，也可能发生非电凝法的附加反应。
在本申请的实施例中，所述电极之间的电压可以周期性地交替。
可以看出，在本申请的实施例中，所述污水净化处理***的化学处理单 元包括电化学电池。此外，所述化学处理单元还可以包括去除磷和硝酸盐的 化学加药单元。
在本申请的实施例中，所述化学加药单元可以包括例如氯化铁或硫酸铝 的除磷促凝剂的化学加药除磷单元以及用于在所述MABR装置中生物脱氮的 例如乙酸盐的有机碳加药单元中的至少一个。
任选地，所述电化学电池可以采用化学加药除磷单元替代。
在本申请的实施例中，所述污水净化处理***还可以包括独立于所述 MABR装置的操作的用于打开或关闭所述化学处理单元的装置。
在本申请的实施例中，所述污水净化处理***可以包括至少一个MABR 装置和至少一个电化学电池。
在本申请的实施例中，所述MABR装置可以包括MABR室，所述MABR 室可以是一个用于容纳从水体接收的水的水箱。在该水箱中，安装至少一个 透氧且不透水的膜(即MABR膜)，使得该膜被构造成浸没在水中。该至少 一个膜可以是空气室的形式。例如，膜可以是平板膜，如国际专利申请WO 2016/038606中所示；或者是中空纤维膜，如国际专利申请WO2016/108227 或WO 2004/071973中所示。
膜与空气源或其他含氧气体相连。含氧气体通过气体入口导管或歧管从 气源供应到膜室中。氧气通过扩散从膜的气体侧渗透到膜的水侧。在膜的水 侧形成的生物膜消耗从膜扩散的氧气，氧化水中的铵化合物和可生物降解的 有机材料。铵氧化的结果是产生硝酸盐。
在本申请的实施例中，所述MABR装置中可以设置有串联的多个MABR 膜。
在本申请的实施例中，任意两个相邻的MABR膜之间可以设置有与所述 MABR装置侧壁耦合连接的隔板，隔板底部设置有流通口。
在本申请的实施例中，所述污水净化处理***还可以包括用于混合水箱 中的内容物的装置。
在本申请的实施例中，所述用于混合水箱中的内容物的装置可以为粗泡 沫扩散器，所述粗泡沫扩散器可以设置在所述气体可透过性膜或用于循环所 述水箱中的内容物的至少一个气动提升泵或至少一个机械泵的下方。
在本申请的实施例中，所述粗泡沫扩散器可以为空气扩散器，所述空气 扩散器设置在所述MABR膜下方。
在本申请的实施例中，所述污水净化处理***还包括曝气设备，所述曝 气设备包括向所述膜内提供空气的风机和向所述用于混合水箱中的内容物的 装置提供空气的鼓风机中的任意一种或多种。
在本申请的实施例中，所述MABR装置底部可以设置有疏水孔和与所述 疏水孔相接的冷凝液总排管。MABR装置内的冷凝水可以经疏水孔后汇集至 冷凝液总排管，再自流至受污染水体中。
在本申请的实施例中，所述污水净化处理***还可以包括至少一个从所 述受污染水体的一端向所述污水净化处理***供给水的泵，所述泵之后是自 清洗过滤器，和通过重力将来自于所述污水净化处理***的水排放至所述受 污染水体的另一端的管道。
任选地，所述自清洗过滤器可以设置在向所述污水净化处理***供给水 的泵和所述MABR装置之间的管道上。所述自清洗过滤器的过滤尺寸精度可 以不大于1mm。
在本申请的实施例中，所述污水净化处理***还可以包括过滤网，所述 过滤网设置在向所述污水净化处理***供给水的泵之前，所述过滤网的过滤 尺寸精度可以不大于5mm。
在本申请的实施例中，所述化学加药单元中的有机碳加药单元可以设置 在所述自清洗过滤器与所述MABR装置之间的管道上；所述有机碳加药单元 可以包括碳源储罐和碳源投加泵。
在本申请的实施例中，所述碳源投加泵可以为计量泵或转子泵。
在本申请的实施例中，所述MABR装置可以为MABR集装箱式装置。
在本申请的实施例中，所述污水净化处理***还可以包括配置为能够检 测水体中污染物浓度的控制装置。
任选地，所述控制***可以包括铵传感器、硝酸盐传感器和磷传感器中 的任意一种或多种。
在本申请的实施例中，所述污水净化处理***可以是集装箱化的或可移 动的，并且在污染事件发生时可以在不同位置之间移动。
任选地，集装箱式污水净化处理***可以被安装成浸没在水体中，并且 对流入和流出集装箱的水流开放，使得在水体中流动的水在其流动过程中会 进入集装箱式污水净化处理***。
任选地，集装箱式污水净化处理***可以被封装在格栅笼中，格栅笼可 操作以防止粗固体进入水处理区。
任选地，污水净化处理***可以位于水体的堤岸上，并且细筛安装在入 口导管上。
本申请实施例还提供了一种污水净化处理方法，包括：采用如上所述的 污水净化处理***中的MABR装置和电化学电池中的任意一个或两个对受污 染水体进行循环。
在本申请的实施例中，所述处理方法还可以包括水在溶解氧方面的富集。
在本申请的实施例中，来自受污染水体的污水可以在MABR装置和电化 学电池中的任意一个或两个上循环。
在本申请的实施例中，水通过MABR装置和电化学电池(例如，电凝池) 中的任意一个或两个从水体的下游位置循环到水体的上游位置。例如，在运 河中，水从运河的下游位置泵送到位于泵上游的污水净化处理***，来自污 水净化处理***的水溢流到污水净化处理***的上游位置。
任选地，在每一个实施例中，水可以通过MABR装置和电化学电池从水 体的下游或上游位置循环到水体的下游或上游位置。
通常在安装的膜表面积、操作循环速率和处理持续时间之间有一个折衷。
示例性计算显示了这一原理，供选择的对比设计如表1A和表1B所示:
表1A 示例性设计数据
| 运河宽度 | m | 6 |
| 运河长度 | m | 800 |
| 水深 | m | 1.2 |
| 设计温度 | ℃ | 12 |
| 初始氨氮 | mg/L | 10 |
| 所需氨氮 | mg/L | 1.5 |
表1B 处理持续时间、膜表面积和循环流量的供选择设计计算
| 1a | 1b | 2a | 2b | ||
| 处理持续时间 | 天 | 10 | 10 | 20 | 20 |
| 膜表面积 | m<sup>2</sup> | 10,800 | 7,600 | 21,600 | 15,200 |
| 环流 | m<sup>3</sup>/h | 35 | 50 | 70 | 100 |
在一个处理阶段，水进入MABR室。在MABR室中，铵化合物和可生物 降解的有机化合物被去除。
在本申请实施例的处理方法中，可以在MABR装置中提供混合，以允许 水中的营养物接触生物膜。任选地，混合可以由安装在膜下的空气扩散器提 供，或者，循环速率足以在膜之间提供均匀的水流。任选地，可以使用控制 阀以进行间歇性混合。
在本申请的实施例中，可以调节混合频次去防止短流。
在本申请的实施例中，当投加外加碳源以通过促进脱氮作用来去除硝酸 盐时，可以关闭MABR工艺空气。
在本申请的实施例中，可以通过耦合MABR装置和电凝池来处理水体。
任选地，可以交替操作所述MABR装置和所述电凝池。
在电凝池中，安装至少两个由合适材料形成的电极。直流电通过***供 应。连接到电源的一个极的至少一个电极和连接到另一个极的一个电极。
在本申请的实施例中，所述电化学电池的直流密度可以在 0.5A/m2-5.0A/m2的范围内，以去除硝酸盐和磷，与运行的MABR装置相兼容。
在本申请的实施例中，所述电化学电池的直流电压可以在1V-6V的范围 内，以便与它所操作的MABR装置相容地去除硝酸盐和磷。对于普通地表水 和运河水，规定范围内的电压将产生足够的电流。
通常电流密度和电压与去除给定硝酸盐负载所需的处理时间成反比。高 电流和高电压允许更短的处理持续时间，反之亦然。显示该原理的示例性测 试结果如图1所示。
任选地，电极极性每天至少交替一次。
已经证明，本申请实施例的处理方法随着时间的推移能够使受污染水体 中磷的浓度低于0.05mgP/L，硝酸盐的浓度低于1.0mgN/L。
在本申请的实施例中，电凝阶段所需的持续时间可以比MABR阶段短， 因此电凝池可以在接近MABR处理持续时间结束时的部分时间***作。
任选地，在整个处理过程中，电凝池被连续激活。或者，电凝池在整个 处理过程中的一部分时间中被激活，可以通过计时器激活，或者在检测到水 中污染物浓度增加时激活。
在本申请的一些实施例中，作为去除污染物的结果，水体中的水溶解氧 增加。因此，MABR还被用来通过扩散使水富含溶解氧。
如图2A所示，在本申请一个实施例的处理方法中，MABR室1通过第 一泵4经由第一入口导管6从水体2接收水。在MABR室1中，铵化合物和 /或可生物降解的有机材料通过上述生物过程被氧化。
在MABR阶段的处理之后，水经由第一出口导管7流向电化学电池3。 在电化学电池3中，额外的污染物通过电化学反应被去除。经处理的水通过 第二入口导管8排放回水体2。
在本实施例中，电化学电池是电凝池，附加污染物是硝酸盐、磷和不可 生物降解的COD中的任何一种。任选地，电凝包括溶解磷向固体磷的转变。
如图2B所示，在本申请一个实施例的处理方法中，来自水体20的水分 别通过MABR室10和电化学电池30循环。
在一种可选的操作模式中，在检测到任何铵化合物和生物可降解有机材 料的不规则高浓度时，来自水体20的水通过第一泵40经由第一入口导管60 循环到MABR室10，在MABR室10中发生生物反应，如关于图2A的MABR 室1所述。具有还原铵化合物和/或可生物降解有机材料的处理水通过第一出 口导管70排放到水体20。
在检测到不规则高浓度的硝酸盐、磷和不可生物降解的有机材料时，或 者通过时间控制的顺序，来自水体20的水通过第二泵50经由电化学电池30 中的第二入口导管80循环到电化学电池30，发生电化学反应，如关于图2A 的电化学电池3所述。具有减少的硝酸盐和/或磷和/或不可生物降解的有机材 料的处理水通过第二出口导管90排放到水体20。
在另一可选操作模式中，本申请实施例的污水净化处理***连续工作， MABR室10和电化学电池30连续并行工作。
任选地，电化学电池在整个***运行时间的一部分期间被激活。
任选地，当检测到污染事件时，MABR阶段和电化学阶段中的任意一个 处理阶段被激活。
在本申请的实施例中，污染事件或污染物浓度的检测可以由控制装置完 成。任选地，控制装置可以包括位于水体中的铵、硝酸盐和磷传感器中的任 意一种或多种。当检测到高浓度铵时，MABR装置被激活。当检测到高浓度 的硝酸盐和/或磷时，电化学电池被激活。这种操作模式可应用于图2A和2B 所示的任意一种工艺方案。
例如，在第一阶段，MABR装置可以根据需要运行一段时间，例如几天， 以达到期望的水质或接近期望的氨氮和生物可降解化学需氧量的水质；然后， 在第二阶段，在沿着用MABR装置处理水的过程的某个时间点，或者在用 MABR装置处理水的过程之后，电凝池可以是根据需要激活较短的时间以去 除磷和硝酸盐氮；然后，在第三阶段，MABR装置和电凝池被间歇地、一起 或分开操作，例如每天几个小时或每隔几天一天，以保持期望的水质。所有阶段的操作都可以通过水中的离子特定传感器自动完成，或者根据取样和分 析手动完成，或者通过预设的计时器完成。
实施例1
如图3所示，本实施例的污水净化处理***包括集装箱式MABR装置100、 电化学电池300、污水提升泵400、过滤网500和自清洗过滤器600。
所述过滤网500与所述自清洗过滤器600的一端相接，所述污水提升泵 400设置在所述过滤网500与所述自清洗过滤器600之间的管道上，所述自清 洗过滤器600的另一端与所述集装箱式MABR装置100的一端相接，所述集 装箱式MABR装置100的另一端与所述电化学电池300相接。
所述集装箱式MABR装置100包括串联的多个MABR膜101和曝气设备， 所述多个MABR膜101设置在所述集装箱式MABR装置100内部，所述曝气 设备包括用于向所述膜内提供空气的工艺风机102和用于向粗泡沫扩散器等 混合装置提供空气的混合风机103，所述工艺风机102和所述混合风机103的 出口管道分别与所述集装箱式MABR装置100的接口相接；每个所述MABR 膜101的侧面均设置有与所述集装箱式MABR装置100的侧壁耦合连接的隔 板104，所述隔板104底部设置有流通口106，所述集装箱式MABR装置100 底部设置有疏水孔105和与所述流通孔105相接的冷凝液总排管107。
所述过滤网500的过滤尺寸精度为5mm，过滤网500的过滤部件为不锈 钢材质。所述污水提升泵400为潜水泵。所述自清洗过滤器600的过滤尺寸 精度为1mm。
所述MABR膜101可以为平板卷式膜，膜为透氧气的半透膜。
所述电化学电池300可以为电凝池，主要由电源单元、电极、水容器等 部件组成，电极可以为铝合金电极或铁合金电极。在本申请的其他实施例中， 所述电化学电池300也可采用化学加药单元中的化学加药除磷单元替代。
本实施例的污水净化处理***的化学加药单元还包括用于在所述MABR 装置中生物脱氮的例如乙酸盐的有机碳加药单元，所述有机碳加药单元设置 在所述自清洗过滤器600与所述集装箱式MABR装置100之间的管道上，所 述有机碳加药单元包括碳源投加泵700和碳源储罐800。所述碳源投加泵700 可以为计量泵或转子泵。
本实施例的污水净化处理***可以用于对溪流、河道等受污染水体进行 净化处理。以对受污染的河道进行净化处理为例，本实施例的污水净化处理 方法包括：
将本实施例的污水净化处理***放置在待治理河道的下游，布置在河岸。 使河道污水200的下游水经过滤网500后通过污水提升泵400送至自清洗过 滤器600；过滤后的河道污水200流至集装箱式MABR装置100；经集装箱 式MABR装置100处理后得到的清水进入电化学电池300，经电化学电池300 后的水体通过自流至河道污水200的上游中。
具体地，河道污水200的下游水通过污水提升泵400入口管道安装的过 滤网500，经过污水提升泵400增压后进入自清洗过滤器600以进一步过滤细 小过滤颗粒物；自清洗过滤器600可按照压差或时间间隔自动清洗过滤网500；
经自清洗过滤器600过滤后的出水进入集装箱式MABR装置100，集装 箱式MABR装置100中的水流依次通过各MABR膜101；为了避免出现水体 不经过MABR膜101的短流现象，在每个MABR膜101的侧面设置隔板104 与集装箱式MABR装置100的侧壁耦合连接；集装箱式MABR装置100内的 冷凝水经疏水孔105后汇集至冷凝液总排管107，再自流至河道；
污水经集装箱式MABR装置100生化处理后进入电化学电池300；所述 电化学电池300的主要作用是去除磷，同时能去除部分氨氮及COD等；经电 化学电池300处理后的出水回流至河道的上游，下游水取水再次进入本实施 例的污水净化处理***，对河道污水进行循环处理，直至达到预期水质要求。 所述电化学电池300底部的少量悬浊液可以疏放至河道下游。
实施例2
在中国浙江省玉环市，采用2.6升板框式平板MABR处理河水。首先用 活性污泥法的污泥和含有乙酸钠和氯化铵的合成原料接种反应器。当加入的 氨耗尽时，污泥被除去，反应器连续加入河水(COD 40mg/L-85mg/L；NH3-N 5mg/L-13mg/L；总氮7mg/L-17mg/L；总磷酸盐0.6mg/L-3.6mg/L)。河水样本 保存在一个200升的水箱中，水箱以4升/小时的速度在MABR循环(如图4 所示)。每天用标准方法分析COD、氨、硝酸盐、总氮(TN)、总磷(TP)、 pH和溶解氧(DO)。
在对槽中的氨进行处理之后，测试了电子控制对硝酸盐和总磷的去除。 将20升水转移到通过500毫升电化学电池循环的水箱中。使用与MABR工 艺中相同的流速，在电化学电池中产生5分钟的水力停留时间。1厘米距离的 铝板(面积A＝140平方厘米)用作电极(如图5A所示)。使用DC电源施加2.5 A/m2的直流电。硝酸盐、总氮、总磷和酸碱度每天用标准方法检测。同时， 使用面积为20cm2的铝电极进行150毫升批量实验(如图5B所示)。
在接种后用河水进行的几次试验中，观察到COD和氨的逐渐去除。COD
在MABR处理的河水上，分别测试了采用电化学电池的去除率。在150 毫升批次中进行的初步分析表明，在几个小时内去除了99％的总磷和73％的 硝酸盐(如图7所示)。根据这一结果，MABR处理的20升河水在连续流动 ***中进行处理，以与MABR相同的流速和2.5A/m2的恒定电流运行。该连 续测试表明，在3天内去除了99％的总磷，在15天内去除了57％的总氮(如 图8所示)。电极极化每24小时切换一次，以保持恒定电流下的低外加电压，导致最大电压为5.5V。结果证明了在低电流密度下进行电凝法去除总磷和总 氮的可能性。当两种工艺结合时，可以在无污泥和化学物质的***中以低能 耗对河水进行全面处理。
随着时间的推移，通过MABR循环以去除氨和COD，可以将大量不符合 要求的水体处理为符合要求。MABR的膜表面积和循环流速应成比例地设定 大小，以在给定的时间内实现处理。电凝法通过去除总磷和硝酸盐来有效地 完成MABR过程。
虽然本申请所揭露的实施方式如上，但所述的内容仅为便于理解本申请 而采用的实施方式，并非用以限定本申请。任何本申请所属领域内的技术人 员，在不脱离本申请所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式及细 节上进行任何的修改与变化，但本申请的专利保护范围，仍须以所附的权利 要求书所界定的范围为准。
Claims (19)
1.一种污水净化处理***，包括：MABR装置和化学处理单元；其中
所述MABR装置和所述化学处理单元串联设置，并且配置为与受污染水体形成循环；或者，
所述MABR装置和所述化学处理单元并联设置，并且所述MABR装置和所述化学处理单元中的每一个配置为与受污染水体形成循环。
2.根据权利要求1所述的污水净化处理***，其中，水从所述受污染水体的一端供给所述污水净化处理***，处理过的水排放至所述受污染水体的另一端。
3.根据权利要求1或2所述的污水净化处理***，其中，所述化学处理单元包括电化学电池。
4.根据权利要求3所述的污水净化处理***，其中，所述电化学电池为电凝池。
5.根据权利要求4所述的污水净化处理***，其中，所述电凝池的电极由铝合金或铁合金制成。
6.根据权利要求5所述的污水净化处理***，其中，所述电极之间的电压周期性地交替。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的污水净化处理***，其中，所述化学处理单元包括去除磷和硝酸盐的化学加药单元。
8.根据权利要求7所述的污水净化处理***，其中，所述化学加药单元包括例如氯化铁或硫酸铝的除磷促凝剂的化学加药除磷单元以及用于在所述MABR装置中生物脱氮的例如乙酸盐的有机碳加药单元中的至少一个。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的污水净化处理***，还包括独立于所述MABR装置的操作的用于打开或关闭所述化学处理单元的装置。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的污水净化处理***，其中，所述MABR装置包括设置在水箱中的气体可透过性膜。
11.根据权利要求10所述的污水净化处理***，还包括用于混合水箱中的内容物的装置。
12.根据权利要求11所述的污水净化处理***，其中，所述用于混合水箱中的内容物的装置为粗泡沫扩散器，所述粗泡沫扩散器设置在所述气体可透过性膜或用于循环所述水箱中的内容物的至少一个气动提升泵或至少一个机械泵的下方。
13.根据权利要求10至12中任一项所述的污水净化处理***，还包括曝气设备，所述曝气设备包括向所述膜内提供空气的风机和向所述用于混合水箱中的内容物的装置提供空气的鼓风机中的任意一种或多种。
14.根据权利要求1至13中任一项所述的污水净化处理***，还包括至少一个从所述受污染水体的一端向所述污水净化处理***供给水的泵，所述泵之后是自清洗过滤器，和通过重力将来自于所述污水净化处理***的水排放至所述受污染水体的另一端的管道。
15.根据权利要求1至14中任一项所述的污水净化处理***，还包括配置为能够检测水体中污染物浓度的控制装置；任选地，所述控制***包括铵传感器、硝酸盐传感器和磷传感器中的任意一种或多种。
16.一种污水净化处理方法，包括：采用根据权利要求1至15中任一项所述的污水净化处理***中的MABR装置和化学处理单元中的任意一个或两个对受污染水体进行循环。
17.一种污水净化处理方法，其采用根据权利要求14所述的污水净化处理***对受污染水体进行循环，包括：
第一步：来自受污染水体的污水通过所述至少一个从所述受污染水体的一端向所述污水净化处理***供给水的泵送至自清洗过滤器；自清洗过滤器过滤后的污水流至MABR装置；
第二步：污水通过MABR装置的气体可透过性膜，MABR装置内的冷凝水排放至受污染水体中；
第三步：经MABR装置处理后得到的清水进入化学处理单元，所述的化学处理单元去除磷，同时去除部分氨氮及COD；将化学处理单元底部的少量悬浊液疏放至受污染水体中；
第四步：经化学处理单元后的水体通过自流至受污染水体中，并再次进入MABR装置中进行循环处理，直至达到预期水质要求；
任选地，当受污染水体中的COD不足时，第一步还包括：通过设置在所述自清洗过滤器与所述MABR装置之间的管道上的化学加药单元补充碳源。
18.根据权利要求16或17所述的污水净化处理方法，其中，当所述化学处理单元包括电化学电池时，所述电化学电池在整个处理过程中被连续激活或在部分处理过程中被激活。
19.根据权利要求16或17所述的污水净化处理方法，其中，当所述化学处理单元包括电化学电池时，所述电化学电池的直流密度为0.5A/m2-5.0A/m2，直流电压为1V-6V。
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