CN115196815A - 一种一体式污水处理***及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种一体式污水处理***，所述***包括相邻设置的MABR池、混凝池、絮凝池、沉淀池以及清水池；所述MABR池池底设置有搅拌器，池内设置有至少一个MABR装置，所述MABR装置由多个膜组件单元、膜曝气***、膜吹扫***以及膜架构成，所述膜组件单元设置于所述膜架上，所述膜吹扫***设置于所述膜架的下部，所述膜吹扫***用于对所述膜组件单元吹气，所述膜曝气***与所述膜组件单元连接，所述膜曝气***用于向所述膜组件单元供气。本发明的污水处理***具有总投资费用少，占地面积小，运行成本低以及脱氮除磷效果好等优点。

Description

一种一体式污水处理***及方法

技术领域

本发明涉及污水处理领域，尤其涉及一种一体式污水处理***及方法。

背景技术

由于受气候变化不可预测的影响，缺水、人口变化和运营效率这些全球水务行业面临的主要问题正在加剧；而日趋严格的排放标准更是给污水处理带来了极大的挑战。在现有的污水处理工艺设施基础上，寻找紧凑型、处理性能好且节省能耗的强化活性污泥处理工艺正成为人们不断探索的目标。特别针对这些相对分散的农村污水处理设施，迫切地需求一种投资省，占地小、效率高、运营操作简单的污水处理工艺或设施。

污水处理是能源密集(energy intensity)型的综合性专业技术。一段时期以来,能耗大、运行费用高，运营操作要求相对专业化等问题，一定程度上阻碍了我国农村污水处理站的建设,已建成的一些污水处理站也因无专业人员运营、能耗高等原因处于停产或半停产状态。在今后相当长的一段时期内,运营问题将成为城市污水处理的瓶颈。能否解决耗污水厂的自动化无人值守运营，合理进行优化设计，已经成为决定农村污水处理站运行效益好坏的关键因素。能耗是否较低，运营操作是否实现无人值守，也是未来新的污水处理厂站可行性分析的决定性因素，开发能效较低的污水处理技术，合理设计及运行农村污水处理站，必将是未来乡村振兴，农村污染治理工作的必由之路。

对出水水质要求高的农村污水处理设施，主要参照大型市政污水处理厂，采用传统的AAO工艺进行设计建设。所谓麻雀虽小，五脏俱全。工艺路线从最前端的格栅、到调节池泵房，提升泵到后续的AAO生化反应池，二沉池出水再经砂滤 /人工湿地后排放或生化池+MBR过滤后排放。全程涉及到鼓风机、提升泵、混合液回流泵、污泥回流泵、生化段PAC加药泵、排泥泵等各工段设备的运营控制。农村污水处理设施水量小，产泥量不大，一般均未设置独立的污泥脱水设施，其产生的大量剩余污泥处理处置问题又是农村小型污水处理设施的难点与痛点。

目前，传统的农村污水处理工艺存在以下问题：

(1)采用人工湿地处理***，存在如下不足：占地面积大，每天处理吨水需要占地5～10m²；易受病虫害的影响；生物和水力复杂性，使得设计运行参数不精确，需经过2～3个生长季节，才能形成稳定的植物和微生物***。

(2)采用AO处理工艺存在问题为：脱氮除磷无法同时兼顾，无法满足稳定出水水质要求。

(3)采用A²/O处理工艺也存在一定的缺点:反应池容积大，占地面积大，需要设置多级回流，能耗高；运行费用高。

(4)采用MBR膜处理的***，存在问题：投资大，膜组件造价高；其次是高强度曝气，能耗高；第三是膜污染清洗，需定期更换，日常维护费用高。

在出水水质要求相对较低的地区，农村污水处理工程主要采用的污水处置工艺为厌氧+人工湿地、A/O，在经济条件相对较好，出水水质要求较高的地区，农村污水处理工艺则推行了A²/O(A/O)+人工湿地组合工艺或A²/O+MBR工艺。传统的分散式农村污水处理工艺存在工程占地面积大、工艺流程长、泥水分离效率及生化反应效率低的缺陷，***相对复杂，对后期运维存在较大挑战。随着农村水污染管理规范要求的提高，以及对传统生化工艺的改良和创新，不时衍生出新的低能耗、模块化工艺技术，近年来兴起的膜曝气生物膜反应器(MABR)技术是一种采用中空纤维膜附着生物膜与活性污泥有机结合而成的新型、高效污水处置技术，因其高效的氧应用效率和内外分层的特殊生物膜构造，便于完成开展集装箱化和模块化的水处置***，遭到越来越多的关注。

发明内容

本发明的目的在于提供一种脱氮除磷效果好的一体式污水处理***及方法。

为实现上述的目的，本发明采用如下的技术方案：

一体式污水处理***，所述***包括相邻设置的MABR池、混凝池、絮凝池、沉淀池以及清水池；所述MABR池池底设置有搅拌器，池内设置有至少一套MABR装置，所述MABR装置由多个膜组件单元、膜曝气***、膜吹扫***以及膜架构成，所述膜组件单元设置于所述膜架上，所述膜吹扫***设置于所述膜架的下部，所述膜吹扫***用于对所述膜组件单元的积泥间歇进行吹扫，所述膜曝气***与所述膜组件单元连接，所述膜曝气***用于向所述膜组件单元供气。

进一步的，所述MABR池内两侧设有隔板，MABR池两侧经隔板遮挡后为非曝气。

进一步的，所述膜组件单元包括重离子微孔膜管，所述重离子微孔膜管的两端由膜管固定件固定，其中一端固定件设置有进气口；所述膜曝气***包括空压机、与所述空压机连接的曝气主管，与所述曝气主管连接的多个曝气支管，所述膜组件单元的进气口与所述曝气支管连接。

进一步的，所述述曝气支管的前端依次设置有阀门和气压表，所述曝气主管的前端设置有气体流量计和总阀门。

所述膜吹扫***包括底部穿孔管、膜吹扫主管、曝气风机，所述底部穿孔管位于膜组件单元下方，底部穿孔管连接膜吹扫主管；所述膜吹扫主管连接曝气风机，并在前端依次设置有气体流量计和阀门。

进一步的，所述膜架为不锈钢框架，其底部设置有穿孔管支架；所述膜组件单元左右间距不小于10mm，上下间距不小于10mm。

进一步的，所述MABR池与两个混凝池和一个絮凝池相邻，混凝池与絮凝池内均设置有卧式搅拌机；所述混凝池与絮凝池均与沉淀池相邻，所述沉淀池前端为平流式沉淀，后端设置斜管沉淀区，沉淀池下有V形泥斗，所述泥斗内设有排泥泵；所述沉淀池与清水池及污泥池相邻，所述清水池及污泥池均与设备间相邻。

进一步的，所述***还包括调节池，所述调节池设于所述MABR池的前端。

进一步的，所述***还包括污泥池，所述污泥池用于处理MABR池剩余污泥和沉淀池污泥。

本发明还提供了一种污水处理方法所述方法，包括使用上述的一体式污水处理***对污水进行处理。

本发明的MABR池因独特的MABR装置设置而在整个池内形成软分区，气体由空压机充入MABR装置管式膜管内，膜组件一方面作为微生物附着的载体，另一方面通过膜腔体为附着的微生物供氧。在气体分压保持在膜组件泡点以下时，以无泡曝气的形式为微生物供氧。膜腔内的氧气在压差的驱动下向生物膜内扩散，同时生物膜与水中的污染物充分接触，在浓差驱动和生物膜吸附等作用下，污染物进入生物膜内。在生物膜中，由于氧气的传递方向和污染物的传递方向完全相反，氧和污染物浓度梯度刚好相反，所以在生物膜中出现了独特的分层结构，进而出现了不同的功能区，膜组件生物膜内侧为好氧区，往外一层为缺氧区，最外层出现厌氧区，膜组件外部为活性污泥***，为完全混合的缺氧环境，整体 MABR池同时实现生物吸附、异养氧化反应、硝化反应和反硝化反应等，达到 COD、BOD、氨氮、总氮、总磷等污染物的高效去除。膜组件下方设置穿孔曝气管，用于间歇吹扫膜组件上的积泥和控制生物膜厚度，促进老化生物膜更新。

综上所述，运用本发明的技术方案，具有以下有益效果：

1、总投资省。该一体化污水处理装置，MABR池替代了传统的厌氧池、缺氧池与好氧池和二沉池，因此能很好地节省占地面积，其工艺流程短，经组合安装，可大大降低设施工程建设费用。

2、运行费用低。运行费用是污水处理厂能否正常运行的重要因素，是评判一套工艺优劣的主要指标之一。该一体化污水处理装置采用空压机通过膜管通气供氧，供氧气体分压保持在膜组件泡点以下时，以无泡曝气的形式为微生物供氧，既提高了氧的传递效率，又降低了运行电耗。同时，MABR池生物膜固着在管式膜载体上，其生物固体平均停留时间较长，能生长世代时间较长，比增殖速度很小的微生物如硝化菌，同时，在生物膜上生长繁育的生物类型广泛、种属较多，形成的食物链要长于活性污泥上的食物链；生物膜中高营养级的微生物大量存在，有机物代谢较多的转移为能量，合成新细胞，即剩余污泥量较少。因此，相应地污泥处置费用更低。

3、占地省。本发明用MABR池替代了传统的厌氧池、缺氧池与好氧池和二沉池，停留时间由常规的10--14小时降至6--8小时，同时通过对整体设施精简组合与一体化设置，同等处理规模下大大减少了设施占地面积。

4、脱氮除磷效果好。随着我国大面积水体环境的富营养化，污水的脱氮除磷已经成为一个迫切的水环境问题治理要求。《城镇污水处理厂排放标准》 (GB18918-2002)也明确对TP、TN和NH₃-N排放标准。这就意味着农村污水处理设施都要考虑脱氮除磷的问题。本发明运用重离子微孔膜作为MABR膜，其具有良好的微生物亲和性，能达到良好的挂膜效果，较常规中空纤维膜附着的微生物数量更多，生物链更长，与污水接触面也更大；另一方面氧气以无泡曝气的方式通过膜腔往微生物供氧，供氧效率高，氧和污染物浓度梯度刚好相反，在生物膜中出现了独特的分层结构，能高效的实现同步硝化与反硝化甚至短程硝化反硝化，水中的有机物及氮磷等污染物被微生物利用，使水体中的污染物同化为微生物菌体，固定在生物膜上或分解成无机代谢产物，从而实现对水体的净化；对污水中COD、BOD、氨氮、总氮和总磷等污染指标去除效果非常好加强对总氮去除效率，MABR池出水进入后端的混凝反应池及沉淀池，进一步去除SS与TP，确保了出水水质稳定优于《城镇污水处理厂排放标准》一级A标准。

5、现代先进技术与环保工程的有机结合。现代先进技术尤其是计算机技术和自控***设备的出现和完善，为环保工程的发展提供了有力的支持。本发明工艺流程简单，设施设备控制点相对较少，操作简便，且经一体化装配后，设施也更利于采用PLC程序自动化控制运行，并通过手机APP程序进行远程操控，因此，便于对多个一体化污水处理设施进行统一管理，进一步降低运行操作门槛。

附图说明

图1为本发明MABR池结构示意图；

图2为本发明一体化污水处理***的平面图；

图3为本发明一体化污水处理***的剖面图；

图4为本发明MABR装置结构示意图；

图5为本发明MABR膜组件结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，但不构成对本发明保护范围的限制。

参见附图1-5，本发明公开了一种一体式污水处理***，该***包括相邻设置的MABR池1、混凝池2、絮凝池3、沉淀池4以及清水池5；MABR池1池底设置有搅拌器101，池内设置有至少一个MABR装置，具体的，MABR装置由多个膜组件单元、膜曝气***、膜吹扫***以及膜架构成，膜组件单元100设置于膜架40上，膜吹扫***设置于膜架40的下部，膜吹扫***用于向膜组件单元100吹气，膜曝气***与膜组件单元100连接，膜曝气***用于向膜组件单元 100供气。

MABR池内两侧设有隔板102，MABR池两侧经隔板102遮挡后为非曝气。

MABR池1与两个混凝池2和一个絮凝池3相邻，混凝池2与絮凝池3内均设置有卧式搅拌机；混凝池2与絮凝池3均与沉淀池4相邻，沉淀池4前端为平流式沉淀，后端设置斜管沉淀区401，沉淀池下有V形泥斗，泥斗内设有排泥泵；沉淀池4与清水池5及污泥池6相邻，清水池5及污泥池6均与设备间7相邻；

本发明的***还可以包括调节池，该调节池设于MABR池1的前端。

本发明还提供了一种污水处理方法所述方法，包括使用上述的一体式污水处理***对污水进行处理。

参考附图4-5，本发明的MABR处理装置由膜组件单元、膜曝气***、膜吹扫***、膜架组成；膜组件单元设置于膜架上，膜吹扫***设置于膜架的下部，膜吹扫***用于对所述膜组件单元的积泥间歇进行吹扫，膜曝气***与膜组件单元连接，膜曝气***用于向膜组件单元供气；该装置为模块化设计，可根据实际需求将多个MABR处理装置进行组合安装；具体的：

膜组件单元100膜管采用重离子微孔膜管10、两端由膜管固定件11固定，其中一端固定件设置进气口12；重离子微孔膜长0.5～2m、管径2～8mm、膜管壁厚度5～120um、均匀的膜孔孔径范围为0.22～40um，孔密度范围为1×10⁷～1× 10⁹个/cm²，管心间距不小于10mm，数量和尺寸可根据实际运用情况灵活调整；膜组件单元左右间距不小于10mm，上下间距不小于10mm。

膜曝气***包括空压机20、气体流量计21、压力表22、阀门23、曝气主管 24、曝气支管25；在纵深方向上，各排膜组件单元进气口分别由一根横向膜曝气支管连接；各膜曝气支管前端依次设置阀门23和压力表22；各膜曝气支管25 连接曝气主管24；曝气主管24与空压机20相连，并在前端依次设置气体流量计 21和总阀门27。

膜吹扫***包括底部穿孔管30、膜吹扫主管31、曝气风机32。底部穿孔管 30位于膜组下方，连接膜吹扫主管31；膜吹扫主管31连接曝气风机32，并在前端依次设置气体流量计21和阀门23。

膜架40采用不锈钢框架为主体，底部设置穿孔管支架41，膜架尺寸根据膜组件单元数量和尺寸调整。

本发明的一体化污水处理***主要针对处理规模不大于2000m³/d的农村污水处理厂、相对独立区域的集中式生活污水处理站或黑臭水体治理临时一体化污水处理设施等。经格栅及沉砂后的生活污水，进入设施最前端的调节池(设泵房)，调节池来水进入一体化装置最前端的MABR池，MABR池底部中间连续进水，进行生化处理，MABR池中间为主反应区，两侧经隔板遮挡后为非曝气与搅拌区域，能作为独立沉淀区，活性污泥受重力自然沉降，上清液溢流后进入右侧的混凝池，投加PAC与PAM，经两级混凝搅拌和一级絮凝反应，出水进入平流沉淀区，平流沉淀发生泥水分离，上清液经斜管后进入清水池外排。MABR池剩余污泥和沉淀池污泥可排放至污泥池浓缩并进一步处理处置。空压机、曝气风机、电控箱柜、出水监测仪表等均设置在一体化装置最右侧的设备间。

本发明是在传统的活性污泥基础上，将泥膜共生的MABR技术应用于一体化污水处理设施，因MABR池独特设置，在整个池内形成软分区，空气由空压机充入MABR装置管式膜管内，膜组件一方面作为微生物附着的载体，另一方面通过膜腔体为附着的微生物供氧。在气体分压保持在膜组件泡点以下时，以无泡曝气的形式为微生物供氧。膜腔内的氧气在压差的驱动下向生物膜内扩散，同时生物膜与水中的污染物充分接触，在浓差驱动和生物膜吸附等作用下，污染物进入生物膜内。在生物膜中，由于氧气的传递方向和污染物的传递方向完全相反，氧和污染物浓度梯度刚好相反，所以在生物膜中出现了独特的分层结构，进而出现了不同的功能区，膜组件生物膜内侧为好氧区，往外一层为缺氧区，最外层甚至出现厌氧区，膜组件外部为活性污泥***，为完全混合的缺氧环境。因此，污水在完全混合的MABR池内进行生物吸附、异养氧化、同步硝化与反硝化甚至厌氧氨氧化，将来水中的COD、BOD、氨氮、总氮、总磷等污染物的高效去除。MABR 池两侧设置了可实现泥水分离区域，比重较大的活性污泥经自然沉降回流到***底部参与反应，上清液则溢流进入后端的混凝池，投加PAC与PAM药剂，并充分混合反应后，在平流沉淀池再次泥水分离，进一步去除水中的SS与TP，经斜管沉淀后，上清液自流入清水池并外排，确保出水水质稳定优于《城镇污水处理厂排放标准》一级A排放标准(其中COD≤50mg/L，BOD≤10mg/L,TP≤0.5mg/L， NH₃-N≤5mg/L，TN≤15mg/L,SS≤10mg/L)。MABR池根据生产实际情况，进行剩余污泥的排放，与混凝沉淀池泥斗抽过来的污泥一起，经泵抽至污泥池混合，经浓缩后统一进行压滤处理与处置。设备间主要为全部设备电气控制柜、出水在线监控仪表及PLC控制柜等。日常操作人员巡检及日常记录均在此完成。

下面，以60吨/日一体式污水处理装置案例说明：

(一)进出水水质指标

(二)一体化污水处理***各构筑物功能参数

1、MABR池

池体尺寸：L×W×H＝3.5m×3.0m×2.5m，超高0.3m

设计流量：60m³/d＝2.5m³/h

停留时间：HRT＝9.0h

污泥浓度：MLSS＝3000mg/L

生物膜表面有机负荷:13.5gBOD₅/(m².d)

污泥负荷：0.10kgBOD₅/(KgMLSS.d)

设备：潜水搅拌器，1台，D＝260mm，N＝1.1kw

MABR装置，4套，膜面积300m²

空压机，1台，N＝15kW,最大压力0.6mPa，Q＝1.0～2.5m³/min

吹扫风机，1台，N＝3.7kw，最大风压58.8kPa,Q＝0.5～1.8m³/min

排泥泵，1台，N＝1.1kw，扬程10m,Q＝60L/min

2、混凝池

池体尺寸：L×W×H＝2.5m×0.5m×2.5m，

分三格，分别为混凝池1(0.83m×0.5m×2.5m)、混凝池2

(0.83m×0.5m×2.5m)与絮凝池(0.84m×0.5m×2.5m)

设计流量：60m³/d＝2.5m³/h

停留时间：HRT＝1.0h

设备：搅拌机，3台，N＝0.55kw

3、沉淀池

池体尺寸：L×W×H＝2.5m×1.0m×2.5m，含斜管区与池底泥斗

停留时间：HRT＝2.0h

水力表面负荷：平均负荷1.0m³/(m².h)

设备：排泥泵，1台，N＝0.75kw，扬程10m，Q＝26L/min

4、清水池

池体尺寸：L×W×H＝2.5m×1.5m×2.5m

停留时间：HRT＝3.0h

5、污泥池

池体尺寸：L×W×H＝2.5m×1.0m×2.5m，含浓缩泥斗

设备：排泥泵，1台，N＝0.1.1kw，扬程10m,Q＝60L/min

6、设备间

池体尺寸：L×W×H＝2.5m×2.5m×2.5m

设备：出水在线监控设备(COD仪、氨氮仪、总磷总氮仪、PH计、流量计)及电气及PLC控制柜等。

以上所述是本发明的优选实施方式，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，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种一体式污水处理***，其特征在于：所述***包括相邻设置的MABR池、混凝池、絮凝池、沉淀池、清水池、污泥池以及设备间；所述MABR池池底设置有搅拌器，池内设置有至少一个MABR装置，所述MABR装置由多个膜组件单元、膜曝气***、膜吹扫***以及膜架构成，所述膜组件单元设置于所述膜架上，所述膜吹扫***设置于所述膜架的下部，所述膜吹扫***用于对所述膜组件单元的积泥间歇进行吹扫，所述膜曝气***与所述膜组件单元连接，所述膜曝气***用于向所述膜组件单元供气。

2.如权利要求1所述的一种一体式污水处理***，其特征在于：所述MABR池内两侧设有隔板，MABR池两侧经隔板遮挡后为非曝气且污泥沉淀泥水分离区域，污泥沉降后进入曝气反应区，上清液溢流排出MABR池。

3.如权利要求1或2所述的一种一体式污水处理***，其特征在于：所述膜组件单元包括重离子微孔膜管，所述重离子微孔膜管的两端由膜管固定件固定，其中一端固定件设置有进气口；所述膜曝气***包括空压机、与所述空压机连接的曝气主管，与所述曝气主管连接的多个曝气支管，所述膜组件单元的进气口与所述曝气支管连接。

4.如权利要求3所述的一种一体式污水处理***，其特征在于：所述曝气支管的前端依次设置有阀门和气压表，所述曝气主管的前端设置有气体流量计和总阀门。

5.如权利要求4所述的一种一体式污水处理***，其特征在于：所述膜吹扫***包括底部穿孔管、膜吹扫主管、曝气风机，所述底部穿孔管位于膜组件单元下方，底部穿孔管连接膜吹扫主管；所述膜吹扫主管连接曝气风机，并在前端依次设置有气体流量计和阀门。

6.如权利要求5所述的一种一体式污水处理***，其特征在于：所述膜架为不锈钢框架，其底部设置有穿孔管支架；所述膜组件单元左右间距不小于10mm，上下间距不小于10mm。

7.如权利要求1所述的一种一体式污水处理***，其特征在于：所述MABR池与两个混凝池和一个絮凝池相邻，混凝池与絮凝池内均设置有卧式搅拌机；所述混凝池与絮凝池均与沉淀池相邻，所述沉淀池前端为平流式沉淀，后端设置斜管沉淀区，沉淀池下有V形泥斗，所述泥斗内设有排泥泵；所述沉淀池与清水池及污泥池相邻，所述清水池及污泥池均与设备间相邻。

8.如权利要求1所述的一种一体式污水处理***，其特征在于：所述污泥池用于暂存MABR池剩余污泥和沉淀池污泥，所述清水池用于集中存放已处理出水，清水达标排放水体或作中水回用。

9.如权利要求1所述的一种一体式污水处理***，其特征在于：所述设备间内设置设备控制箱与PLC控制柜，设备操作均在设备间实现操作，且能自动化控制运行，通过APP控制程序远程操控。

10.一种污水处理方法，其特征在于：所述方法包括使用如权利要求1-9任意一项所述的一体式污水处理***对污水进行处理。

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