CN112028402A - 膜泥耦合污水处理工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种膜泥耦合污水处理工艺，属于污水处理技术领域。其技术方案为：包括预处理工序、生化处理工序和后处理工序，所述生化处理工序包括生物膜法处理单元和活性污泥处理单元，生物膜法处理单元位于活性污泥处理单元的好氧段之前，污水在生物膜法处理单元的停留时间为0.05‑0.5h；所述生物膜法处理单元在好氧条件下将大分子物质水解成小分子物质，活性污泥处理单元将污染物质分解代谢。本发明利用生物膜法和活性污泥法的耦合作用，大大提高了污水处理的效率。

Description

膜泥耦合污水处理工艺

技术领域

本发明涉及污水处理技术领域，具体涉及一种膜泥耦合污水处理工艺。

背景技术

污水处理发展到目前出现了多种工艺，比如AO、AAO、氧化沟、SBR、MBBR、MBR 等，这些工艺各有不同的特点，为水环境治理做出了很大的贡献。

近年来，国家和地方制定了更加严格的排放标准，许多污水厂需要提高处理标准；同时随着城镇化的加速，有些污水厂不能完全处理排放的污水，提标和扩容成为很多污水处理厂紧迫的课题。但很多污水厂面临着增加占地困难、不能停运、改造后运行费用增高等一系列难题，找到能解决当前问题的更优质的污水处理方法显得尤为重要。

近年来，污水处理厂的升级提标和扩容以MBR和MBBR为主，有时在后端增加需要碳源的反硝化滤池以达到更高的总氮排放标准。但这些改造方法需要停机改造升级，工程改造难度较大，建设成本高，同时改造后运行费用较高，增加了企业的负担。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种膜泥耦合污水处理工艺，是生物膜法和活性污泥两大工艺耦合而成，发挥了两种处理方法的优势，又避免了各自的劣势，扬长避短，提升了整体的效率。

本发明提供了一种膜泥耦合污水处理工艺，包括预处理工序、生化处理工序和后处理工序，所述生化处理工序包括生物膜法处理单元和活性污泥处理单元，生物膜法处理单元位于活性污泥处理单元的好氧段之前，污水在生物膜法处理单元的停留时间为 0.05-0.5h；所述生物膜法处理单元在好氧条件下将大分子物质水解成小分子物质，活性污泥处理单元将污染物质分解代谢。

优选地，所述生物膜法处理单元采用生物转盘，生物转盘的盘片采用挂膜盘片，盘片上附着有生物膜，挂膜盘片上的微生物浓度为30-40g/L。

优选地，所述挂膜盘片采用极性材料制成，能够进一步增大盘片与微生物之间的附着力，提高盘片上的微生物浓度。

优选地，所述生物膜法处理单元中，溶解氧的浓度为1-6mg/L。

优选地，所述预处理工序包括集水池、格栅、沉砂池、初沉池和调节池中的至少一种。

优选地，所述活性污泥处理单元包括AO、A²/O、氧化沟、SBR中的至少一种。

优选地，所述后处理工序包括沉淀池、过滤池、消毒池中的至少一种。

本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：

1.本发明将生物膜法与活性污泥法耦合起来对污水进行处理，其中生物膜法在好氧条件下主要完成将大分子物质水解成小分子物质，再由活性污泥处理单元将污染物质继续分解代谢。即本发明的生物膜法处理单元与活性污泥处理单元是两个独立的处理单元且各自处于不同的处理阶段、实现不同的功能，并依靠相互之间的工艺作用原理发挥耦合作用，大大提高了污水的处理效率，可用于处理市政污水，也可用于处理工业废水。

2.本发明在生物膜法处理单元中，污水的停留时间很短，仅为0.05-0.5h，从而使得污水在生物膜法处理单元中高浓度进水高浓度出水，这样就能够产生更高浓度的生物量和更高浓度的胞外酶，加速将大分子物质水解成小分子物质，小分子物质容易渗透入细胞内部，提高了后续的生化效率。

3.本发明的生物转盘和活性污泥处理不是在一个单元构筑物内完成，是两个独立的处理单元，这样的设计可以用于原有的污水处理设施(如AO、A²/O等传统处理设施)，对原有处理设施的改动小，可以离线不停产进行安装，工期短、投资省、运行费用低；也可以用于新建工程。

4.本发明的处理工艺较原有的活性污泥法，由于生物膜法和活性污泥法的耦合作用，活性污泥处理单元内悬浮污泥更加密实，SVI低，沉降速度高(可达12m/h)，二沉池表面负荷可达1.2～1.5m³/m²·h，出水ss可低于10mg/L；丝状菌少，污泥膨胀几率低，运行更稳定；并且生物脱氮除磷效果更高，出水水质好。

5.本发明采用生物转盘与好氧环境下将大分子有机物水解成小分子有机物，而不是常规的水解酸化池，不会显著降低污水的pH。

6.本发明的整个工艺过程中，产生胞外水解酶的微生物为活性污泥处理单元内原有的微生物，不用特别加入芽孢杆菌等特殊菌种，也无需额外接种或投加特定的营养液，运行费用低，维护简单。

附图说明

图1是实施例1的生物转盘的结构示意图。

图2是实施例1的转盘轴、内支撑管、外支撑管的连接示意图。

图3是实施例1的盘片的结构示意图。

图4是实施例1的扇形片体的结构示意图。

图5是实施例1的网状结构的结构示意图。

图6是图5的A-A向剖视图。

图7是实施例1的固定支架的结构示意图。

图8是实施例1的污水槽的结构示意图。

图9是实施例1的污水槽的俯视图。

图10是实施例1的污水槽和盘片的俯视图。

图11是实施例1的工艺流程图。

图12是对比例1的工艺流程图。

图中，1-生物转盘本体、2-污水槽、3-盘片、31-扇形片体、311-盘片边、312-盘片支撑件、313-网状结构、3131-圆柱筋、3132-方格孔、3133-突起、31331-突起圆柱、31332-突起半球、314-盘片固定件、315-固定孔、4-气管、5-挡流板、6-转盘轴、7-轴承座、8-挡水板、9-盘片组、10-挡块、11-支架法兰、12-固定支架、121-半支架外圆、122-辐板、123-管卡、124-固定圆孔、125-半圆连接件、126-内支撑管、127-外支撑管、13-污水进口、14-清水出口、15-盘片罩、16-放空口。

具体实施方式

实施例1

本实施例的膜泥耦合污水处理工艺，包括预处理工序、生化处理工序和后处理工序，所述生化处理工序包括生物膜法处理单元和活性污泥处理单元，生物膜法处理单元采用生物转盘，生物转盘的盘片上附着有生物膜；生物转盘位于活性污泥处理单元的好氧段之前，污水在生物转盘的停留时间为0.05-0.5h；所述生物膜法处理单元在好氧条件下将大分子物质水解成小分子物质，活性污泥处理单元将污染物质分解代谢。所述预处理工序包括粗格栅、细格栅、沉砂池和初沉池，活性污泥处理单元为A²/O，后处理工序采用二沉池和消毒池。

本实施例的工艺流程如图11所示。

污水首先经过格栅的过滤、沉砂池和初沉池初步沉淀后，进入A²/O处理单元的厌氧池，厌氧处理后再进入生物转盘。

本实施例的生物转盘包括设有支架法兰11的固定支架12，设有污水进口13、清水出口 14和设置在污水进口13与清水出口14之间的污水槽2，污水槽2上设置有放空口16，污水槽2内壁上设置有防腐层。

还包括设置在固定支架12上的盘片3，盘片3的顶部设有盘片罩15，在所述盘片3中心设有转盘轴6，所述转盘轴6的两端通过轴法兰17和支架法兰11与固定支架12相连接，所述转盘轴6的两端通过调心轴承18与污水槽2的两端相连接，在所述污水槽2外部设有驱动电机，带动所述转盘轴6转动。

所述盘片3由n个角度为360°/n的扇形片体31组合而成的整圆体，n为偶数，所述扇形片体31包括盘片边311、连接盘片边311与中心的盘片支撑件312和供生物膜生长的网状结构313；所述盘片支撑件312与所述盘片边311的连接处和盘片边311的中间处均设有盘片固定件314，在盘片支撑件312的中部设有固定孔315，所述盘片固定件314和固定孔315均采用一面为凸起内环，另一面为下凹内环，盘片3在连接时，其中一个盘片3的凸起内环卡接在另一盘片3的下凹内环中扣合固定。

所述网状结构313包括垂直交叉的圆柱筋3131、交叉形成的方格孔3132和与圆柱筋3131 形成平面相垂直的突起3133，所述突起3133设置在所述圆柱筋3131交叉处，其同列中每间隔一方格孔3132间距的突起3133位于不同平面上，每隔两个方格孔3132间距的突起3133 位于同一平面上，同行中每间隔一方格孔3132间距的突起3133位于相同平面上，在所述盘片边311和盘片支撑件312上的正面设有一排突起3133，其背面设有两排突起3133。

所述突起3133包括突起圆柱31331和设置在突起圆柱31331端部的突起半球31332，所述圆柱筋3131的直径与所述突起圆柱31331和突起半球31332的直径相等。

所述圆柱筋3131的直径为2-6mm，所述方格孔3132的边长为5-12mm，所述突起圆柱31331和所述突起半球31332的总长为5-15mm。平行盘片3之间的距离会略大于突起圆柱31331和突起半球31332的半径之和，盘片3之间就会形成一定的间隙。圆柱筋3131、方格孔3132、不同方向的突起3133等排列组合成一个立体空间结构。这种立体结构使同样体积的盘片3具有更大的比表面积，可以生长更多的微生物；立体结构有利于生物膜与空气的交换，有利于老化生物膜的脱落，增加了生物的活性。

所述固定支架12还包括半支架外圆121和辐板122，所述半支架外圆121上设有管卡123，所述辐板122上设有固定圆孔124，在所述半支架外圆121上设有半圆连接件125，所述半圆连接件125将两个半支架外圆121连接成一个整圆。还包括内支撑管126和外支撑管127，所述内支撑管126的两端固定在半支架外圆121的辐板122上上，所述外支撑管127的两端固定设置在所述半支架外圆121的管卡123上。当盘片3固定孔315用外支撑管127和内支撑管126串在一起，并且相邻盘片3用若干盘片固定件314扣在一起就可以形成盘片组9，盘片组9内的盘片3位置相对固定，防止转盘转动时发生位移。

所述盘片3为极性材料盘片3，以增加生物膜与盘片3之间的吸附力，利于微生物的附着生长。

所述污水槽2内位于盘片3的下方设置有若干个贯穿污水槽2的气管4，气管4的两端伸出污水槽2外且其中一端连接有鼓风机，另一端法兰连接有盲板，气管4上开设有若干个朝上的气孔。

安装时，一般会同时安装使用多个生物转盘，可根据现场施工及布局的需要选择每根气管4的哪一端连接鼓风机，哪一端连接盲板作为清理口。安装完成后，当盘片3上的生物膜过厚时可以启动鼓风机通过气管4上的气孔曝气的方式清洗掉盘片3上多余的生物膜。当生物转盘长时间使用导致气管4中残存污泥时，可打开盲板清理气管4内部，相比于一端位于污水槽2内的曝气管4在清理时需要拆卸生物转盘，操作更加方便省力。

所述污水槽2内位于污水进口13处设置有挡流板5，将挡流板5焊接在支架上，再将支架焊接在污水槽2内壁上。将设置有挡流板5的生物转盘应用于膜泥耦合污水处理工艺中时，由于膜泥耦合污水处理工艺需要大流量的进出水，因此挡流板5可以起到改变进水方向的作用，这样就可以防止大流量高速度的污水直接冲刷盘片3而导致盘片3 上附着的微生物脱落。其中，挡流板5可以为平板、网状板或其他能够起到挡流缓冲作用的结构。

所述生物转盘本体1的转盘轴6通过轴承座7安装在污水槽2侧壁上，污水槽2内壁上固设有挡水板8，挡水板8位于轴承座7处且挡水板8的顶部位于转盘轴6的下方，挡水板8顶部的形状与转盘轴6相适应。

传统生物转盘设备中转盘轴6的轴承座7通常都设置于污水槽2外侧，主要是由于轴承座7底部要低于转盘轴6，因生物转盘为了尽可能增加盘片3浸水高度，需尽可能提高水位，当水位提升至接近转盘轴6时则高于轴承座7底部，如果轴承座7设置于污水槽2的两端池壁上时会导致轴承座7底部及周边漏水，如内部轴承进水也会影响轴承寿命，因而传统生物转盘设备中轴承座7直接设置于槽体池壁外侧，但这种安装方式需要于外侧另外安装支架承托轴承，成本提高的同时，由于转轴及盘片3重量较大，外置式支架采用侧面固定安装的方式稳定性较差，且增加了整体长度。

本实施例的生物转盘采用了一种非外置轴承座7，转盘轴6的轴承座7设置于污水槽2的两端池壁，本实施例在污水槽2侧壁上的轴承座7处安装了挡水板8，挡水板8 的高度达到转盘轴6处且挡水板8顶部形状与转盘轴6相适应，这样污水槽2内的水位最高就可以达到转轴处，从而提高了内部水位，防止轴承座7底部及周边漏水，并且满足了轴承座7的稳定性要求，也更加简洁美观。

所述盘片3分成若干个盘片组9，盘片组9之间设置有挡块10，挡块10安装在转盘轴6上，盘片组9之间通过挡块10留有较大间隙。

由于膜泥耦合污水处理工艺需要大流量的进出水，导致盘片3上附着的生物量大，因此各盘片组9之间的挡块10造成的较大间隙可防止堵塞，并利于后期老化生物膜顺利脱落以便进行生物膜更新。

此外，各个盘片组9的盘片3数量具体可根据工艺需要而设计，如可设置沿水流方向程梯度分布等。本实施例的盘片组9盘片3数量以应用于膜泥耦合污水处理工艺为例来说明。将靠近进水端的盘片组9设计由4片盘片组9成，靠近出水端的盘片组9设计由8片盘片组9成，中间几组盘片组9的盘片3数量每两组递增。这样进水端的盘片组9的个数较多，挡块10数量多，因此进水端的间隙多，总的间隙更大。由于进水端有机物浓度更高、挂膜更多，间隙大更有利于防止堵塞。同时，进水端的盘片3上的挂膜更多，导致进水端和出水端的挂膜重量不均，造成前重后轻，而本实施例的各盘片组9的盘片3数量的设计，有利于转盘轴 6的配重均匀。

本实施例的生物转盘的盘片3转动时在水中不断吸附和分解污水中的有机物，在露出水面时又与空气中的氧进行交换。所用盘片是立体空间结构，在同样的空间内生物膜具有巨大的比表面积，形成了面积巨大的生物膜，其整体挂膜性能好，生物膜不随污水转移到后续的 A²/O处理单元中；由于立体空间结构，空气易于到达生物膜的任何部分，老化的生物膜也易于脱落并随水排出污水槽，这样整个转盘的生物膜活性较好，效率较高，且相同体积的本发明的生物转盘具有更多的高活性微生物，微生物浓度可达30-40g/L，就可以处理更多的污水，可有效提高其污水处理效率。

本实施例的生物转盘结构使得附着在盘片上面的生物膜的生物浓度可相当于活性污泥中的污泥浓度为40000mg/L，是活性污泥法的5-10倍；微生物产生的胞外酶的数量也大大增加，胞外酶的活性可以达到活性污泥法的2-5倍。这样就使得污水在生物转盘阶段可以充分水解，水解效率提高10倍以上，因此有机物于活性污泥处理单元的好氧段的氧化分解速度得以提升，可有效缩短好氧段的停留时间，提高BOD₅去除率。

盘片3上附着的生物膜将污水中的糖类、油脂类、蛋白质类等大分子有机物水解成小分子有机物。随后污水进入缺氧池和好氧池，经过处理后进入到二沉池中沉淀、消毒池消毒。好氧池中的硝化液回流至缺氧池中，以更高效地脱氮除磷，污泥浓缩池的污泥回流至厌氧池中。

采用了本实施例的膜泥耦合污水处理工艺之后，对好氧段产生了以下有益的影响：

第一方面，本实施例的膜泥耦合污水处理工艺于活性污泥工艺中结合生物膜法，利用生物膜法固定附着大量微生物，充足的底物浓度下增强***酶活性，将大分子有机物水解为小分子有机物，大大提高了大分子有机物的水解速度，这样有机物于后面活性污泥处理单元中的好氧段的氧化分解速度得以提升，可有效缩短好氧段的停留时间。同时好氧段氧化分解速度的提升也有效降低了好氧段的进水负荷，有机物去除率得以提升的同时可减少曝气量，节约能耗。

第二方面，硝化菌为化能自养菌，有机基质浓度虽不是它的增殖限制因素，但若BOD 值过高，异养型细菌将迅速增殖，导致硝化菌不能成为优势种属，硝化反应难于进行。通常硝化反应过程中，BOD值宜在20mg/L以下。如前所述，本实施例采用膜泥耦合污水处理工艺，使得好氧池进水负荷低、有机物降解快，硝化菌竞争力增加，氨氮分解效率高。

采用了本实施例的膜泥耦合污水处理工艺之后，对厌氧段产生了以下有益的影响：

厌氧段要保持较低的溶解氧值以更利于厌氧菌的发酵产酸，同时较少的溶解氧更有利于减少易降解有机质的消耗，进而使聚磷菌合成更多的PHB达到更好的释磷效果。如前所述，本实施例的膜泥耦合污水处理工艺中好氧段降低了曝气量，有利于减少污泥回流对厌氧环境的影响。

采用了本实施例的膜泥耦合污水处理工艺之后，对缺氧段产生了以下有益的影响：

反硝化菌属异养兼性厌氧菌，反硝化对于碳源有较高的要求，有机碳源越充分，C/N 越高，反硝化作用越明显，TN的去除率也越高。在本实施例的膜泥耦合污水处理工艺中，前置生物转盘大量水解大分子有机物，可有效提供反硝化所用的有机碳源，增强反硝化效率，减少***中外置碳源的投加量，降低运行成本。

采用了本实施例的膜泥耦合污水处理工艺之后，对二沉池工序产生了以下有益的影响：

第一方面，污泥膨胀根据其诱因可以分为丝状菌异常增殖导致的丝状菌膨胀和因黏性物质大量积累导致的非丝状菌膨胀，其中丝状菌膨胀最为常见。而本发明的膜泥耦合污水处理工艺中好氧段内低EPS(Extracellular Polymeric Substances，胞外聚合物)条件下丝状菌生长受限，可有效避免丝状菌引发的污泥膨胀。

第二方面，EPS影响着污泥的表面特性如生物絮凝、沉降性能及脱水性能等，在活性污泥中具有重要作用，有关研究表明EPS的存在不利于污泥沉降。体现于本发明的二沉池工序中，其污泥的凝聚性能和沉降性能较佳，沉降池负荷提高，表面负荷可达 1.2-1.5m³/m²·h。

对比例1

对比例1采用传统的A²/O工艺对污水进行处理，工艺流程如图12所示。

通过对比例1的工艺处理污水，进水水质情况如表1所示：

表1进水水质

PH	COD<sub>cr</sub>	BOD<sub>5</sub>	NH<sub>3</sub>-N	TN	P	SS
							6-9	450	300	35	45	4	200

对比例1的实际运行处理水量180-190m³/d，处理后的典型水质如表2所示：

表2实际出水水质

PH	COD<sub>cr</sub>	BOD<sub>5</sub>	NH<sub>3</sub>-N	TN	P	SS
							6-9	56	19	10	18	0.5	15

GB18918-2002中出水的一级B标准如表3所示：

表3一级B标准出水要求

PH	COD<sub>cr</sub>	BOD<sub>5</sub>	NH<sub>3</sub>-N	TN	P	SS
							6-9	60	20	8(15)	20	1	20

由此看出，对比例1中传统的A²/O工艺除氨氮指标外基本达到一级B出水要求。

在对比例1的基础上，实施例1中在缺氧池前引入生物转盘，处理污水时，实际处理水量300-350m³/d，处理后的典型水质如表4所示：

表4膜泥耦合污水处理工艺的出水水质

PH	COD<sub>cr</sub>	BOD<sub>5</sub>	NH<sub>3</sub>-N	TN	P	SS
							6-9	30	5	2	12	0.4	8

GB18918-2002中出水的一级A标准如表5所示：

表5一级A标准出水要求

PH	COD<sub>cr</sub>	BOD<sub>5</sub>	NH<sub>3</sub>-N	TN	P	SS
							6-9	50	10	5(8)	15	0.5	10

本发明在传统的A²/O工艺为主的工艺中加入挂膜生物转盘，并在生物转盘中采用污水高浓度进水高浓度出水的方式，以使生物转盘在好氧条件下将污水中的大分子物质水解成小分子物质，而后续的A²/O工艺则继续完成污染物质的进一步分解代谢。由上述处理结果可以看出，相对于传统的A²/O工艺，本发明的处理工艺在水量处理增大60-85％的情况下，出水水质标准从一级B提至一级A，不仅处理效果更好，效率也大大提高了。说明本发明的污水处理工艺实现了生物膜法及活性污泥法的耦合作用，大大提高了污水处理的效率和效果。

Claims (6)

1.膜泥耦合污水处理工艺，包括预处理工序、生化处理工序和后处理工序，其特征在于：

所述生化处理工序包括生物膜法处理单元和活性污泥处理单元，生物膜法处理单元位于活性污泥处理单元的好氧段之前，污水在生物膜法处理单元的停留时间为0.05-0.5h；

所述生物膜法处理单元在好氧条件下将大分子物质水解成小分子物质，活性污泥处理单元将污染物质分解代谢。

2.如权利要求1所述的膜泥耦合污水处理工艺，其特征在于：所述生物膜法处理单元采用生物转盘。

3.如权利要求1所述的膜泥耦合污水处理工艺，其特征在于：所述生物膜法处理单元中，溶解氧的浓度为1-6mg/L。

4.如权利要求1-3任一项所述的膜泥耦合污水处理工艺，其特征在于：所述预处理工序包括集水池、格栅、沉砂池、初沉池和调节池中的至少一种。

5.如权利要求1-3任一项所述的膜泥耦合污水处理工艺，其特征在于：所述活性污泥处理单元包括AO、A²/O、氧化沟、SBR中的至少一种。

6.如权利要求5所述的膜泥耦合污水处理工艺，其特征在于：所述后处理工序包括沉淀池、过滤池、消毒池中的至少一种。

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