生物接触氧化与MBR及微滤膜过滤组合的污水处理方法及系统与流程

生物接触氧化与mbr及微滤膜过滤组合的污水处理方法及系统
技术领域
1.本发明属于污水处理方法及处理系统技术领域。


背景技术：

2.膜-生物反应器工艺即mbr工艺是一种将膜分离技术和污水生化处理相结合的技术，也称为膜分离活性污泥法。目前工业化应用的膜生物反应器中的过滤介质大多为中空纤维膜或平板膜,其孔径为0.1μm
‑‑
0.4μm,可将生化反应池中的活性污泥和大分子有机物截留住,活性污泥浓度因此大大提高,水力停留时间(hrt)和污泥停留时间(srt)可以分别控制,省去了二沉池,进而由反应器内活性污泥对污水中有机物进行生物降解，难降解的物质能够在反应池中不断反应降解,降解后的水通过膜装置抽滤出使水质能达标进行回用或排放。因此膜-生物反应器工艺通过膜分离技术大大强化了生物反应器的功能，能在运行一定期得清彻透明可达标的处理水，进而具有以下优点：
3.(1)由于膜的截留作用,使反应器内维持高浓度的微生物量,生化效率提高；
4.(2)膜分离可使微生物完全截留在生物反应器内，实现反应器水力停留时间(hrt)和污泥停留时间(srt)的完全分离，可以同时实现短的hrt和长的srt(或排污泥周期长)，故具备容积负荷高、抗负荷冲击能力强的功能。
5.但现有的膜-生物反应器工艺仍然存在一些不足，主要体现在：
6.(1)在运行过程中，膜易受到污染，膜通量下降速快。这是因为膜孔径为0.1μm
‑‑
0.4μm，使颗粒物在膜表面上沉积，膜表面上的细菌及大分子等均吸附或者进入膜材料中，或者发生膜孔的堵塞。若不及时清洗和维护，则造成产水量降低及出水水质不稳定达标，加速膜材料使用寿命短，进而给操作和维护管理带来不便，导致运行成本高；
7.(2)目前工业化应用的膜生物反应器中的膜分离材料大多为中空纤维膜或平板膜，其膜孔径为0.1μm～0.4μm,以平板膜为例，其膜反应元件片的运行通量为10l/
㎡
.h～50l/
㎡
.h，显然因其膜反应元件片的产水量低，在工程设计及实施污水处理时，所需的膜面积数量要以膜元件数量片累积成正比的匹配，即膜孔径越小则膜元件数量片要增多，累积成所需的膜面积数量，才能满足工程设计及所需的产水量(膜水量)，故造成了膜分离材料的制造成本及其工程造价均偏高，因此mbr膜反应器的性价比较差，阻碍了其广泛应用；
8.(3)目前工业化应用的膜生物反应器在运行过程中，膜易受到污染，膜通量下降速度快，当少数量的膜反应元件片的膜通量出现失效时(运行通量小于10l/
㎡
.h)，失效的膜反应元件片根本不能进行相应置换成合格的膜反应元件片，由于膜反应元件片不具备互换性，若要进行相应置换成合格的膜反应元件片，则要对整个mbr膜反应元件进行相应置换成合格的mbr膜反应元件，才能满足工程设计及所需的产水量(膜水量)，故造成了膜分离材料的维护和运行成本及其工程造价均偏高，从而mbr膜反应器的性价比差，阻碍了其广泛应用及使用价值。


技术实现要素：

9.本发明的目的正是为了解决现有技术存在的不足，提供一种低造价、低运行费用、能合理高效和稳定地对高浓度污水进行达标处理的污水处理方法及其处理系统。
10.本发明的目的是通过如下技术方案实现的。
11.生物接触氧化与mbr及微滤膜过滤组合的污水处理方法，其特征在于，包括如下步骤：
12.s1.将污水先用生物接触氧化装置进行处理，通过好氧生化反应、吸附及过滤，对污水进行一次处理，除去废污水中的部分污泥和有害物质；
13.s2.将经一次处理的污水用mbr膜生物反应及分离过滤装置进行二次处理，进一步除去废污水中的部分污泥和有害物质；
14.s3.将经二次处理的污水采用微滤膜分离过滤装置进行三次处理，更进一步除去废污水中的残留污泥和有害物质，得到初级清水；
15.s4.将初级清水进行消毒处理，得到可排放的达标清水；
16.s5.将部分达标清水分别抽回至生物接触氧化装置、mbr膜生物反应及分离过滤装置、微滤膜分离过滤装置，对生物接触氧化装置、mbr膜生物反应及分离过滤装置、微滤膜分离过滤装置进行清洗，并将清洗后的污泥和污水排出生物接触氧化装置、mbr膜生物反应及分离过滤装置、微滤膜分离过滤装置。
17.实现本发明所述污水处理方法的污水处理系统，包括顺序设置的污水调节池、一体式组合过滤装置、清水池，连接污水调节池和一体式组合过滤装置的进水管路，设置于进水管路上并位于污水调节池内的提升水泵，连接一体式组合过滤装置和清水池并装有自吸水泵的出水管路，连接清水池和一体式组合过滤装置的清洗水管；
18.所述一体式组合过滤装置包括过滤净化池，设置于过滤净化池内前端并从底部出水的第一深水井，设置于过滤净化池内的安装架，设置于安装架中间位置的mbr膜反应池、对称设置于mbr膜反应池正面和背面的微滤膜过滤池、分别设置于mbr膜反应池前端和后端的生物反应装置，设置于过滤净化池池底的第一曝气装置，所述进水管路的出水端插入第一深水井内；
19.所述mbr膜反应池内顺序安装有一组可更换的mbr膜反应元件，池底设置有第二曝气装置，池内设置有第一液位控制器，在mbr膜反应池内后部设置有从底部出水的第二深水井；所述mbr膜反应池的池壁顶面低于过滤净化池的池壁顶面，在mbr膜反应池后端的池壁顶部设置有下凹的溢流口，第二深水井顶端紧贴mbr膜反应池后端池壁顶部的溢流口；所述mbr膜反应元件包括对称设置的两个槽口相对的第一竖管、两端插装于槽口内的第一网板、缠绕于第一网板上的工业滤布，第一网板的外表面两端与第一竖管的槽口之间留有缝隙；
20.所述生物反应装置为设置于安装架上的一组可更换的填料载体反应组件；所述填料载体反应组件包括对称设置的两个槽口相对的第二竖管、两端插装于槽口内的两层第二网板、填装于两层第二网板之间内腔的填料，网板的外表面两端与第二竖管的槽口之间留有缝隙；
21.所述微滤膜过滤池内设置有可更换的微滤膜芯组件，在微滤膜过滤池与mbr膜反应池之间的分隔池壁上分布有过水孔，在微滤膜过滤池的两边插装有抽水管路，抽水管路与所述出水管路连接；所述微滤膜芯组件包括支撑骨架、缠绕于支撑骨架上的工业滤布；
22.所述连接清水池和一体式组合过滤装置的清洗水管包括从清水池引出并分两路延伸插入mbr膜反应元件两边的第一竖管内的第一组清洗水管、从清水池引出并分两路延伸插入填料载体反应组件两边的第二竖管内的第二组清洗水管、从清水池引出后延伸插入微滤膜芯组件的支撑骨架内的第三组清洗水管，在清洗水管上设置有清洗水泵；
23.在所述污水过滤净化池、mbr膜反应池、微滤膜过滤池的底部分别设置有排水口和排泥口；
24.在出水管路上位于自吸水泵后面设置有压力表和流量表；
25.所述第一曝气装置和第二曝气装置分别通过供气管路连接罗茨风机，在供气管路上设置有电磁阀；
26.所述提升水泵、自吸水泵、清洗水泵、压力表、流量表、罗茨风机、电磁阀、第一液位控制器均与plc控制系统连接。
27.进一步地，在所述污水调节池内设置有第二液位控制器，第二液位控制器与plc控制系统连接。
28.进一步地，所述mbr膜反应池内的膜反应元件，工业滤布缠绕于第一网板上形成的膜的孔径为15μm～38μm。
29.进一步地，所述微滤膜过滤池内的微滤膜芯组件，工业滤布缠绕于支撑骨架上形成的膜的孔径为0.1μm～15μm。
30.本发明至少具有以下优点：
31.1、本发明方法集生物接触氧化法工艺、mbr膜-生物反应工艺、微滤膜过滤工艺于一体，对污水依序采用生物接触氧化装置、mbr膜生物反应及分离过滤装置、微滤膜分离过滤装置进行连续、渐进性的有序处理，处理得到的清水经消毒后即成为可直接排放的达标水，对污水的净化处理能力强，处理效率高；同时采用自身处理得到的达标水返回对生物接触氧化装置、mbr膜生物反应及分离过滤装置、微滤膜分离过滤装置进行在线清洗，清洗水又可经生物接触氧化装置、mbr膜生物反应及分离过滤装置、微滤膜分离过滤装置进行处理，形成污水处理、处理设备清洗的良性循环，节能环保。
32.2、本发明的污水处理系统设备布局紧凑，占地面积小，尤其是一体式组合过滤装置将mbr膜生物反应及分离过滤装置、生物接触氧化装置、微滤膜分离过滤装置设置于同一个过滤净化池，可以做成整体装置，作为单体设备出售，易于实现污水处理系统的模块化、标准化建设，降低造价，也易于用于扩建和改建原有的污水处理厂站。
33.3、采用本发明的污水处理系统，污水顺序通过生物接触氧化装置、mbr膜生物反应及分离过滤装置、微滤膜分离过滤装置处理和过滤，尤其是将生物接触氧化装置分别设置于mbr膜生物反应及分离过滤装置前后两端，将微滤膜分离过滤装置分别设置于mbr膜生物反应及分离过滤装置正面和背面，配之以设置的两组曝气装置，在紧凑的布局空间内延长了污水的流经路径，强化了传质过程和作用效果，强化了生物膜与污水之间的接触，加速了有机物从污水中向微生物细胞的传递，可大大提高集成化处理设备或基建单位容积内的微生物栖息和繁殖面积，并提高对污水的充氧能力，大幅提升了污水净化能力和净化效果。
34.4、本发明的mbr膜生物反应及分离过滤装置的mbr膜反应元件、生物接触氧化装置的填料载体反应组件、微滤膜分离过滤装置的微滤膜芯组件均可以更换，其安装拆卸简单，便于检修维护，可提高污水处理系统的运行效率。
35.5、本发明的mbr膜反应元件、填料载体反应组件、微滤膜芯组件结构设计科学合理，配之以合理高效的清洗系统，可对mbr膜反应元件、填料载体反应组件、微滤膜芯组件进行高效的清洗，延长mbr膜反应元件、填料载体反应组件、微滤膜芯组件的运行时间，减少停机检修，降低运行费用。
36.6、本发明有效解决了现有污水处理系统的污泥处理组件易受污染、难维护及mbr膜反应元件、微滤膜芯组件制造成本高、系统运行成本过高等问题和困难，使处理后的水质更好，污水处理能力更强，保持系统始终稳定达标出水，操作和维护更方便，且实现了整个处理过程的自动控制。特别适合于处理水污染严重、但处理量较小的中小型污水处理厂。
附图说明
37.图1为本发明的工艺流程图；
38.图2为本发明系统的水电控制示意图；
39.图3为本发明系统的平面示意图；
40.图4为本发明系统将图3中的一体式组合过滤装置沿a-a剖开的立面示意图；
41.图5为一体式组合过滤装置的示意图；
42.图6为图3中一体式组合过滤装置的b-b剖面图；
43.图7为mbr膜反应元件配合构成的示意图；
44.图8为微滤膜芯组件的横断面图；
45.图9为微滤膜过滤池与mbr膜反应池之间的分隔池壁示意图；
46.图10为清洗管路设置示意图。
具体实施方式
47.下面结合说明书附图进一步阐述本发明的内容。
48.生物接触氧化与mbr及微滤膜过滤组合的污水处理方法，如图1所示，包括如下步骤：
49.s1.将污水调节池内的污水先送入生物接触氧化装置，进行生物接触氧化处理，通过好氧生化反应、吸附及过滤，对污水进行一次处理，除去废污水中的部分污泥和有害物质；
50.s2.经一次处理的污水进入mbr膜生物反应及分离过滤装置，进行mbr膜-生物反应，完成二次处理，进一步除去废污水中的部分污泥和有害物质；
51.s3.经二次处理的污水进入微滤膜分离过滤装置，进行微滤膜过滤处理，深度除去废污水中的残留污泥和有害物质，得到初级清水；
52.s4.将初级清水进行消毒处理，得到可排放的达标清水；
53.s5.如图2所示，将部分达标清水分别抽回至生物接触氧化装置6、mbr膜生物反应及分离过滤装置12.1、微滤膜分离过滤装置13.1，对生物接触氧化装置、mbr膜生物反应及分离过滤装置、微滤膜分离过滤装置进行清洗，并将清洗后的污泥和污水排出生物接触氧化装置、mbr膜生物反应及分离过滤装置、微滤膜分离过滤装置，排放出的清洗污水再回送到污水调节池1。
54.如图3、图4所示，实现本发明的污水处理方法的污水处理系统，包括顺序设置的污
水调节池1、一体式组合过滤装置、清水池17，连接污水调节池和一体式组合过滤装置的进水管路9，设置于进水管路上并位于污水调节池1内的提升水泵2，连接一体式组合过滤装置和清水池并装有自吸水泵14的出水管路11，连接清水池和一体式组合过滤装置的清洗水管。
55.所述一体式组合过滤装置如图3、图4、图5、图6所示，包括过滤净化池4，设置于过滤净化池内前端并从底部出水的第一深水井7，设置于过滤净化池内的安装架5，设置于安装架中间位置的mbr膜反应池12、对称设置于mbr膜反应池正面和背面的微滤膜过滤池13、分别设置于mbr膜反应池前端和后端的生物反应装置6，设置于过滤净化池池底的第一曝气装置8，所述进水管路9的出水端插入第一深水井7内。第一曝气装置为现有技术装置，其供气管连接罗茨风机。所述mbr膜反应池12的池壁顶面低于过滤净化池4的池壁顶面，在mbr膜反应池后端的池壁顶部设置有下凹的溢流口。
56.所述mbr膜反应池12内顺序安装有一组可更换的mbr膜反应元件12.1，池底设置有第二曝气装置12.2，池内设置有第一液位控制器12.6，在mbr膜反应池内后部设置有从底部出水的第二深水井12.3。第二深水井顶端紧贴mbr膜反应池后端池壁顶部的溢流口。第二曝气装置为现有技术装置，其供气管连接罗茨风机。mbr膜反应池可用钢材制作。
57.所述mbr膜反应元件12.1如图7所示，包括对称设置的两个槽口相对的第一竖管12.1.1、两端插装于槽口内的第一网板12.1.2、缠绕于第一网板上的工业滤布，工业滤布缠绕于第一网板上形成的膜的孔径为15μm～38μm。第一网板的外表面两端与第一竖管的槽口之间留有缝隙，在需要清洗mbr膜反应元件时，通过plc控制系统启动清洗系统，将清洗水通过清洗管路注入第一网板两边的第一竖管内，水从缝隙喷出，从两侧对工业滤布及第一网板进行冲洗，实现对mbr膜反应元件定期在线或离线清洗的功能。mbr膜反应元件整体为一板状元件，等间距竖直设置于mbr膜反应池内，mbr膜反应元件的两侧插装于mbr膜反应池的前后池壁上。如图3、图5、图7所示，可以在mbr膜反应池的前后池壁上成对焊接竖直的方管，在两根方管之间形成供mbr膜反应元件插入的插槽。mbr膜反应元件可以方便地插装在mbr膜反应池中或者取出。也可以在mbr膜反应池的池壁上直接加工供mbr膜反应元件插入的竖直凹槽。
58.所述生物反应装置6为设置于安装架5上的一组可更换的填料载体反应组件。所述填料载体反应组件如图5所示，包括对称设置的两个槽口相对的第二竖管6.1、两端插装于槽口内的两层第二网板6.2、填装于两层第二网板之间的填料，网板的外表面两端与第二竖管的槽口之间留有缝隙。在需要清洗填料载体反应组件时，通过plc控制系统启动清洗系统，将清洗水通过清洗管路注入第二网板两边的第二竖管内，水从缝隙喷出，从两侧对第二网板及填料进行冲洗，实现对填料载体反应组件定期离线清洗的功能。所述填装于两层第二网板之间内腔的填料，填料可采用有吸附过滤功能的生物反应填料,如活性炭,陶粒,不锈钢网球,碳纤维等。填料载体反应元件整体也为一板状元件，等间距插装在安装架上。如图5所示，可以在安装架上成对焊接竖直的方管，在两根方管之间形成供填料载体反应元件插入的插槽。
59.如图3、图4、图5所示，所述微滤膜过滤池13内设置有可更换的微滤膜芯组件13.1，如图9所示，在微滤膜过滤池与mbr膜反应池之间的分隔池壁12.4上分布有过水孔12.5。在微滤膜过滤池的两边插装有抽水管路13.2，抽水管路与所述出水管路11连接。如图8所示，
所述微滤膜芯组件13.1包括支撑骨架13.1.1、缠绕于支撑骨架上的工业滤布13.1.2，工业滤布缠绕于支撑骨架上形成的膜的孔径为0.1μm～15μm。如图8所示，所述支撑骨架为长方体空心框架，便于过水和清洗。由于进入微滤膜过滤池的水中残留的污泥及杂质已经较少，因此采用空心的支撑骨架和缠绕于支撑骨架上的工业滤布形成微滤膜芯组件，即可深度过滤水中残留的废污、杂质，又可确保顺畅的过水，提高水处理效率。清洗水管直接插入到空心的支撑骨架中，可直接冲洗微滤膜芯组件。微滤膜芯组件可以直接竖直置放于微滤膜过滤池内，需要更换维修时，直接取出即可。
60.如图2、图10所示，所述连接清水池和一体式组合过滤装置的清洗水管包括从清水池引出并分两路延伸插入mbr膜反应元件12.1两边的第一竖管12.1.1内的第一组清洗水管、从清水池引出并分两路延伸插入填料载体反应组件两边的第二竖管6.1内的第二组清洗水管、从清水池引出后延伸插入微滤膜芯组件13.1的支撑骨架13.1.1内的第三组清洗水管，在清洗水管上设置有清洗水泵20。为了不影响一体式组合过滤装置的表达，在图3、图4中未画出清洗水管。
61.生物反应装置6、mbr膜反应池12、微滤膜过滤池13均安装于安装架5上，安装架将生物反应装置6、mbr膜反应池12、微滤膜过滤池13悬空支撑，在生物反应装置、mbr膜反应池和微滤膜过滤池的底部与过滤净化池池底之间形成供污水流过的通道。
62.在所述污水过滤净化池4、mbr膜反应池12、微滤膜过滤池13的底部分别设置有排水口和排泥口。排水口将清洗水排放出来，再回送到污水调节池1，重新进入一体式组合过滤装置进行处理，形成污水的循环处理和利用。排泥口用于将沉积在池底的污泥排放至污泥池，定期清理即可。
63.在出水管路11上位于自吸水泵14后面设置有压力表15和流量表16。
64.所述第一曝气装置8和第二曝气装置12.2分别通过供气管路连接罗茨风机10，在供气管路上分别设置有电磁阀18。所述提升水泵2、自吸水泵14、清洗水泵20、压力表15、流量表16、罗茨风机10、电磁阀18、第一液位控制器12.6均与plc控制系统19连接。在所述污水调节池内可以设置第二液位控制器3，第二液位控制器3也与plc控制系统19连接。
65.如图3、图4、图5所示，第二液位控制器3经plc控制系统19来指令提升水泵2启闭，污水调节池1内的污水经提升水泵泵入第一深井管7，并经第一深水井底部流入过滤净化池4，从生物反应装置6底部慢慢向上渗透，在与填料载体反应组件充分接触的过程中进行好氧生化反应及吸附过滤处理，能有效地降解有机物的浓度及进行脱氮除磷处理。同时plc控制系统控制罗茨风机的启停，启动第一曝气装置进行正常曝气，污水预先充氧曝气再经过填料载体反应组件，强化好氧生化反应的速度和效果。在mbr膜反应池12的前端和后端分别设置生物反应装置6，污水经第一深水井流入后沿生物反应装置、mbr膜反应池和微滤膜过滤池底部与过滤净化池池底之间形成的通道向后流动，并同时沿前后端的生物反应装置慢慢向上渗透，经生物反应装置进行一次处理后的污水慢慢漫过mbr膜反应池后端的池壁顶端的溢流口，流入到第二深水井12.3，并经第二深水井底部进入到mbr膜反应池。经生物反应装置一次处理后的污水中的污染物浓度已大大降低，转化成了可生化性好及可减轻对mbr膜反应元件污染的次污水，使mbr膜反应元件的氧传输效率提高，供氧动力消耗降低，处理单位污水的电耗降低。次污水进入到mbr膜反应池后，通过膜分离截留粒径大于15μm
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38μm的污染物。由于活性污泥大部分颗粒的粒径都大于40μm，膜分离截留了活性污泥，可将污
水中的微生物基本截留在mbr膜反应池内，使得mbr膜反应池内可一直维持高浓度的微生物量,生化效率提高，并对毒性、挥发性、高色度的高浓度污水进行处理，还能阻止悬浮物和大分子量有机物的流失，使许多分解速度慢的大分子难降降解有机物，通过污水在mbr膜反应池中的停留时间延长，实现mbr膜分离工艺的水力停留时间(hrt)和污泥停留时间(srt)的完全分离，可以同时实现短的hrt和长的srt(或排污泥周期长)，故具备容积负荷高、抗负荷冲击能力强的功能，强化了mbr工艺处理难降解有机物的能力。
66.本发明由于采用廉价的工业滤布构成膜孔径15μm
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38μm的mbr滤膜，材料价格比现有技术常用的膜孔径0.1μm～0.4μm的中空纤维膜或平板膜低，同时本发明的mbr膜反应元件的产水量比现有技术采用中空纤维膜或平板膜的mbr膜反应元件的产水量高，并且具有更好的耐磨性、强度、耐腐蚀性、耐酸性等，还具有表面光滑、使用寿命长等优点，实现了以更低造价、更好性能的mbr膜反应元件取得更好的污水处理效果。加之进入mbr膜反应池的污水已经生物反应装置处理过，大大减轻了污水对mbr膜反应元件的污染，可实现mbr膜反应元件的稳定高通量的产出水，并延长mbr膜反应元件的使用寿命降低系统运行费用。
67.经mbr膜反应二次处理后的污水通过微滤膜过滤池与mbr膜反应池之间分隔池壁12.4上的过水孔12.5进入微滤膜过滤池13，通过微滤膜芯组件对水中污染物进行更深度的处理及过滤，得到初级清水，通过自吸水泵14及抽水管路13.2将初级清水抽至清水池17中，实现对污水有序连续、推流渐进式的深度处理。向清水池中投入二氧化氯、次氯酸钠、二氯异氰尿酸钠等消毒剂，进一杀死水中的大肠杆菌等病菌，得到可排放的达标清水。
68.本发明的plc控制系统19可实时监控系统工作情况并进行自动控制。当mbr膜反应元件12.1、填料载体反应组件、微滤膜芯组件13.1堵塞严重时，出水管路上的压力表15和流量表16会将压力和流量信息传送至plc控制系统，plc控制系统控制清洗水泵20启停，停止从微滤膜过滤池抽水并将清水池中的水抽至清洗水管，对mbr膜反应元件12.1、填料载体反应组件、微滤膜芯组件13.1进行清洗。plc控制系统19通过第二液位控制器3传输的信息控制提升水泵2启闭，从而控制污水调节池的水位，通过第一液位控制器12.6传输的信息控制自吸水泵14启闭，从而控制mbr膜反应池的水位。
69.本发明系统特别适合处理水污染严重、但处理量较小的中小型污水处理厂，可以高效和稳定地对中小型规模污水处理量的高浓度污废水进行达标处理。