CN101928096A - 生态敏感区污水处理方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种生态敏感区污水处理方法及系统。该方法包括：用入口设有机械粗格栅的集水井去除污水中较大悬浮物，然后进入预处理池，粗格栅进一步去除悬浮物，然后隔油池去除动植物油与矿物油，最后进入调节池进行水量水质均衡；预处理后的污水进入厌氧池，同来自缺氧池的回流混合液混合；厌氧池出水与来自膜池的回流混合液混合进入缺氧池，然后出水进入好氧池；好氧池出水进入膜池，完成生物降解后通过膜过滤处理出水。本发明采用厌氧-缺氧-好氧-MBR联用，有较高的处理效率和稳定性，满足对污水中COD，BOD，TN，TP及油类的高效去除，出水满足一级A排放要求，也作为回用水源、环保、节约水资源，尤其适用于生态敏感区的农村生活污水与餐饮废水处理。

Description

生态敏感区污水处理方法及系统 

技术领域

本发明涉及一种用于生态敏感区的生活污水与餐饮废水处理的一体化MBR(Membrane Bioreactor，膜生物反应器)处理方法及系统。 

背景技术

生态敏感区是指沙尘暴源区、荒漠中的绿洲、严重缺水地区、珍稀动植物栖息地或特殊生态系统、天然林、热带雨林、红树林、珊瑚礁、鱼虾产卵场、重要湿地和天然渔场等。生态敏感区水资源珍贵，用以维持特殊物种的生存。在这些区域，对排放污水的水质要求高或者要求零排放，而且水资源紧张，污水再生回应用的需求明显。因此防止污水对排放水资源的污染在保护生态敏感区的工程中尤为重要。 

在这些区域中，除国家重点保护区等一些强制性禁止住人的地区外，往往以村落为单位居住着我国部分农民，而我国的农村排污体制还不健全，除部分经济发达地区的农村建设了污水处理设备外，大部分地区的农村都没有有效的污水处理设施，而是直接排放到周围的水系中。农村生活污水中含有大量的有机物及N、P等元素，排入水体会引起水体中叶绿素a的含量呈现出数量级的上升，导致水体中的藻类大量繁殖，引发富营养化现象，造成受纳水体的水质恶化，严重影响生态敏感地区的生态环境。随着市场经济的不断发展与深入，很多农村地区根据敏感生态区域优越的地理生态环境特点，发展了旅游业，开发了农家乐、度假区等形式的娱乐设施。在提高整个农村的经济发展水平的同时，餐饮废水的增加更加快了生态敏感地区的环境污染。因此，加强生态敏感区域周边农村的生活污水的治理工作刻不容缓。 

我国农村污水治理工作尚属起步阶段。由于传统大范围城镇式污水收集后集中处理模式不能普遍推广到农村，尤其对于处于生态敏感的农村地区，对排水水质要求高，而且水资源紧张，污水再生回用需求明显。因此可以采取一定区域范围内收集，建设分散式污水处理站实现污水处理后达标排放或回用。 

目前农村污水分散治理主要采用人工湿地处理系统、接触氧化工艺、生物滤池、SBR(Sequencing Batch Reactor Activated Sludge，序批式活性污泥法)等工艺。人工湿地尽管具有良好的景观效果，但是也存在很多缺点：其建设占用耗费了大量的土地面积，这对于我国土地资源匮乏的国情有着不可忽视的影响；人工湿地建设的开挖量大，对环境的影响较大，尤其是对工程建设区域的复耕具有非常重大而长远的影响；人工湿地的管理体制不完善，以至于人工湿地在建成后很多都成为了当地政府的一个累赘。接触氧化工艺对水质有较高的容积负荷，对水质水量变化有较好的适应能力，同时污泥产生量较少，缺点是池内填料间的生物膜有时会出现堵塞现象，后续管理不方便，在农村地区基本无专业的从事污水治理的管理人员，则无法进行相关问题的处理，最终导致污水处理不达标的现象发生。生物滤池处理效果好，运行稳定，易于管理，节省能源，但是占地面积大，滤料容易堵塞，容易产生臭味和滤池蝇，恶化环境卫生。SBR适用于分散处理污水，其工艺流程简单、处理效果稳定、占地面积小、耐冲击负荷强及具有脱氮除磷能力等优点，但是在农村这种没有较高环保意识的地区，对反应器的开启运行，农民往往不够在意，也影响最终的污水处理效果。 

现有的MBR处理系统主要针对城镇污水的处理，鉴于城镇污水与农村污水特征有明显的不同，利用相关的设计运行数据来指导农村污水处理系统建设往往是不合理的，需要调研分析农村排水的地域特点、收集方式与污水水量与水质变化等情况，得出结合农村生活习惯 的基础数据，最终确定处理系统的参数设计。我国目前还没有结合生态敏感地域农村污水的处理特点的一体化MBR处理系统的设计参数以及运行参数。在这些区域，农村污水处理后排放标准严格，或不允许有污水排放，要求污水处理系统运行稳定，因此，研究MBR单项处理技术用于农村污水处理的相关参数，能够保证这些环境敏感区域的污水处理效果。另外，在我国东部经济发达地区的农村，可以推广MBR污水处理技术，进行小型化、分散式、庭院污水处理。 

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中存在的缺陷和不足，提供一种主要用于处理生态敏感区的生活污水的系统。 

为达到上述目的，本发明提供了一种生态敏感区污水处理方法，包括步骤： 

S1，预处理：使用入口设置有机械粗格栅的集水井去除污水中较大的悬浮物，之后污水进入预处理池，设置在预处理池入口的粗格栅用来进一步去除污水中的悬浮物，然后采用隔油池去除污水中的浮油和重油，最后污水进入调节池进行处理； 

S2，生物处理及污泥处理：预处理后的污水进入厌氧池，在厌氧池中同来自缺氧池的回流混合液混合；厌氧池出水与来自膜池的回流混合液混合进入缺氧池；缺氧池出水进入好氧池，以同时实现混合液与污泥回流；好氧池出水进入膜池，在膜池的负压条件下完成过滤处理。 

其中，污水在集水井中的停留时间为1～2小时。 

其中，所述机械粗格栅的栅条间距为20mm；所述粗格栅的栅条间距为5mm；在调节池和厌氧池之间设置细格栅，其栅条间距为0.5mm。 

其中，污水在隔油池中的停留时间为2～4小时，且隔油池内设置带式撇油器。 

其中，污水在调节池中的停留时间为8～16小时，且在调节池内设置搅拌机或在其底部布置穿孔管用于曝气。 

其中，污水在厌氧池中的处理时间为2～4小时；在缺氧池中的处理时间为2～4小时；在好氧池中的处理时间为3～5小时，泥龄为15-25d；在好氧池内设置微孔曝气头，以便向好氧池供氧，微孔曝气头孔径为￠215，好氧池内的气水比为8∶1。 

其中，所述膜池为膜生物反应器，污水在所述膜生物反应器中的处理时间为3～5小时，其中的污泥浓度为2000～5000mg/L、气水比为20～30∶1、混合液回流比为500～150％；膜生物反应器的自吸泵运行时间为运行13min，停止2min，其鼓风机的切换时间为8小时、膜通量为10～20L/m2h。 

本发明还提供了一种生态敏感区污水处理系统，包括：依次连接的集水井、预处理池、厌氧池、缺氧池、好氧池和膜池，从集水井来的污水经过预处理池处理之后调节池，然后进入厌氧池，在厌氧池中污水同来自缺氧池的回流混合液相混合；厌氧池出水与来自膜池的回流混合液混合进入缺氧池；缺氧池出水进入好氧池；好氧池出水进入膜池，在膜池中完成过滤处理。 

其中，还包括机械粗格栅，其位于所述集水井的入口处；还包括粗格栅，其位于所述预处理池的入口处；还包括细格栅，其位于所述调节池和厌氧池之间。 

其中，所述膜池为膜生物反应器MBR，其包括膜组件、穿孔曝气管、出水系统、反洗系统、清洗系统、吹扫系统以及吊装系统，所述膜组件位于所述穿孔曝气管正上方，所述吹扫系统设置在所述膜组件的下方。 

其中，该系统还包括可编程逻辑控制器系统，其用于调节污水在调节池中的停留时间、调节设置于调节池和厌氧池之间的提升泵的流量，并调节分别设置于好氧池和膜池内的风机的运行时间与风量。 

其中，所述调节池内设置用于监测水位的在线液位计。 

该系统的特点包括： 

1)本发明的系统主要用于农村污水与餐饮废水处理，能够满足对污水中COD，BOD，TN，TP以及油类的高效去除，出水满足一级A排放要求的同时，也可回用水源，同时达到环境保护与节约水资源的目标； 

2)采用从膜池回流混合液，同时实现混合液与污泥回流，减少污泥回流环节，使得系统更易操作控制，并减少了污泥回流泵，减少投资与运行费用； 

3)针对农村污水以及餐饮废水水量波动大的特点，采用了优化的控制系统，在调节池设置在线液位计，监测调节池水位并通过PLC(Programmable Logic Control，可编程逻辑控制器)系统调节污水置于调节池内的时间与提升泵流量、调节好氧池与膜池内风机的运行时间与风量，实现系统运行参数以及系统能耗随水量日变化以及淡旺季节变化而调节，在保证处理效果基础上达到节能降耗； 

4)采用合理的预处理，如多级细格栅与精细格栅，以及优化的运行条件，如组合式曝气、气体吹扫与优化的曝气量，间歇出水等实现膜在生物反应池中通过曝气与间歇出水等的自清洁，从而减轻膜在运行中的污染程度，减少膜清洗频率，保证膜系统水通量，延长膜使用寿命，降低运行费用。 

5)处理系统采用合理高程设计，尽可能利用重力流，减少污水提升，大部分处理设施可置于地下，地上可进行绿化，满足景观要求。而且系统设施均便于维护。 

6)膜区设置MBR膜组件系统及配套的出水、反洗、清洗、吹扫、吊装等系统。所处膜组件位于所述穿孔曝气管正上方。膜组件下部设置专用的吹扫系统，吹扫抖动膜元件，以延缓膜元件周边的污泥浓度累积。 

综上，上述技术方案具有如下优点：采用厌氧-缺氧-好氧联用技术，具有较高的处理效率和稳定处理效果，尤其适用于生态敏感区中 的农村的生活污水与餐饮废水处理。 

附图说明

图1是本发明实施例的方法的流程图； 

图2是本发明实施例中MBR反应器的结构示意图。 

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。 

图1是本发明实施例的方法流程图。该方法主要处理生态敏感区的餐饮水、冲厕黑水和杂排水的混合水，其中冲厕黑水需要全部经过三格式化粪池停留24小时后再纳管。污水经污水管道收集汇流至污水站，依次经过预处理、生物处理和污泥处理。 

本发明处理实施例的方法在处理污水时，包括预处理，生物处理和污泥处理。适用处理水量范围为5～1,000t/d。 

具体来说，污水首先进入预处理段，依次经过集水井1、预处理池2和调节池3。预处理的作用主要是截留生活污水中的大部分悬浮物质，以及去除水中的油脂，确保后续的生物处理单元正常进行。其中，机械粗格栅置于集水井入口，作用是去除水中较大的悬浮物，截留生活污水中较大的塑料、树枝等悬浮物，去除一部分非溶解性的有机物。之后污水进入预处理池，在预处理池入口的粗格栅(第二道粗格栅)用来进一步去除水中的悬浮物，之后采用带有撇油器的隔油池去除污水中的浮油和重油，最后污水进入调节池。第三道细格栅置于调节池与厌氧池之间，主要确保膜生物反应器的正常运行。调节池出水口处还设置提升泵池，而细格栅安放在厌氧池的壁内，并设置提升导轨，定期将细格栅提升至地面进行清理。为了保证膜生物反应器的正常运行，必须将各种纤维、渣物、废纸等杂物拦截在系统之外，因此，利用细格栅去除废水中较小的悬浮物。 

调节池出水进入AAO-MBR一体化生物反应器(包括AAO及一 体化MBR反应器)。其中AAO包括缺氧池、厌氧池和好氧池。 

预处理后的污水进入厌氧池4，在这里，污水同来自缺氧池5的回流混合液相混合，回流比为50％。在厌氧条件下，污水里的聚磷菌体内的ATP进行水解，放出H₃PO₄和能量，形成ADP，维持自身生长。污泥中的磷在厌氧条件下得到有效的释放，为好氧条件污泥对磷的大量吸收做准备。由于缺氧池的回流污泥与进水混合，使饥饿高效的活性污泥快速吸附原水中的溶解性有机物，并对难降解的有机物起到良好的水解作用。同时，部分NH₃-N因细胞的合成得以去除，污水中的NH₃-N浓度下降、BOD浓度下降。 

厌氧池4出水与来自膜池7的回流混合液混合进入缺氧池5，在这里完成TN的去除，并保证生物池内的污泥浓度。厌氧池4出水进入缺氧池5，同时进入的还有膜池7的回流污泥，混合液回流比为50％-150％。缺氧池5的首要功能是脱氮，在此反应器中，在缺氧的条件下，反硝化菌利用污水中的有机物作碳源，将膜池7回流污泥中带入的大量硝态氮和亚硝态氮还原为N₂并释放到空气中，BOD₅浓度继续下降，硝态氮浓度也大幅度下降。 

缺氧池5的出水进入好氧(曝气)池6，在这里完成BOD₅的去除和氨氮的硝化。在曝气阶段利用生物池中大量繁殖的活性污泥中微生物以及硝化菌群、聚磷菌，降解或吸附水中含碳、氨氮、磷有机污染物质，以达到净化水质的目的。 

好氧池6出水进入膜池7，膜块浸没在混合液中，在渗透(出水)泵产生的负压条件下，水穿过膜而完成过滤处理。膜池7取代了二沉池悬浮物与液体分离和颗粒滤料滤池的功能。其中，膜生物反应器(MBR)是把膜技术与污水处理中的生化反应结合起来的一项新技术，目前在世界范围内得到越来越广泛地应用。膜池7利用膜对生化反应池内的含泥污水进行过滤，实现泥水分离，膜池7出水进入清水池8。一方面，膜截留了反应池中的微生物，使池中的活性污泥浓度 大大增加，达到很高的水平，使降解污水的生化反应进行得更迅速更彻底，另一方面，由于膜的高过滤精度，保证了出水清澈透明，得到高质量的产水。 

膜组件选用设计通量10-20L/m²·h，鼓风机每8小时切换一次，自吸泵工作13分钟停2分钟。MBR膜区内的吹扫(曝气)有两个用途，一是用于膜组件周围的气水振荡，保持膜表面清洁，二是也可为有机物的进一步降解提供所需要的氧气。生物降解后的水在滤液自吸泵的抽提作用下通过MBR膜组件，滤过液经由MBR集水管汇集送到臭氧缓冲接触池。通过膜的高效截留作用，全部细菌及悬浮物均被截流在曝气池中，可以有效截留硝化菌，使硝化反应顺利进行，有效去除氨氮；同时可以截留难于降解的大分子有机物，延长其在反应器中的停留时间，使之得到最大限度的降解。 

需要说明的是，本方法所采用的系统中不设置初沉池，因为虽然初沉池可有效的去除SS、BOD₅，降低二级生物处理的工程费和运行费，但由于农村污水的进水浓度较低，而最终的处理程度是要达到除磷脱氮，为保证生物除磷脱氮C∶N及C∶P的基本比值需要，因此本系统中不设置初沉池。 

该方法防止减轻膜污染的工艺设计如下： 

1)膜池设置MBR膜组件系统及配套的出水、反洗、清洗、吹扫、吊装等系统。所述膜组件位于穿孔曝气管正上方。膜组件下部设置专用的吹扫系统，吹扫抖动膜元件，以延缓膜元件周边的污泥浓度累积。剩余污泥通过剩余污泥泵定期排出，可控制系统内活性污泥的浓度及污泥龄。 

2)采用多级粗细格栅，保证预处理效果。 

3)基于上述设计，通过组合曝气、曝气时间曝气量与间歇时间的控制、自吸泵运行与间歇时间控制、减轻膜在运行中的污染程度，减少膜清洗频率，保证膜系统水通量，延长膜使用寿命，降低运行费 用。 

由以上实施例可以看出，本发明实施例的方法主要采用MBR技术处理生态敏感区的生活污水，采用厌氧-缺氧-好氧-MBR联用技术，具有较高的处理效率和稳定处理效果。实验表明，在进水COD为400mg/L，NH₄ ⁺-N为40mg/L，SS为200mg/L，总磷为6mg/L，总氮为55mg/L的条件下，MBR反应器出水COD为14mg/L，氨氮为0.38mg/L，悬浮物为10mg/L，总氮为5.34mg/L，总磷为0.484mg/L，出水水质可达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)中一级A标准。 

该方法适合处理的污水水质的各指标如表1所示： 

表1 

序号	指标	水质
			1	pH	6～9
2	化学需氧量CODcr(mg/L)≤	400
			3	5日生化需氧量BOD5(mg/L)≤	250
4	悬浮物(SS)(mg/L)≤	200
			5	氨氮(mg/L)≤	40
6	TN(mg/L)≤	55
			7	TP(mg/L)≤	6
8	植物油≤	50
			9	矿物油≤	3

污水经本方法处理后，出水可以达到表2所示的水质，满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)中一级A排放标准。另外，该方法出水经消毒后可以满足《污水再生利用工程设计规范》(GB/T 50335-2002)中的标准，回用于绿化、冲厕、洗车以及景观用水等。 

表2 

项目	城镇污水处理厂污染物一级A标准	再生水回用于景观环境的水质   标准
			pH	6～9	6～9
CODcr(mg/L)	50	-
			BOD5(mg/L)	10	6
SS(mg/L)	10	10
			NH4 +-N(mg/L)	5	5
TN(mg/L)	15	15
			TP(mg/L)	0.5	0.5
总(粪)大肠菌群(个 /L)	1000	2000

本发明还提供了一种生态敏感区污水处理系统，包括：依次连接的集水井、预处理池、厌氧池、缺氧池、好氧池和膜池，从集水井来的污水经过预处理池处理之后调节池，然后进入厌氧池，在厌氧池中污水同来自缺氧池的回流混合液相混合；厌氧池出水与来自膜池的回流混合液混合进入缺氧池；缺氧池出水进入好氧池；好氧池出水进入膜池，在膜池中完成过滤处理。该系统的各个组成部分之间的连接关系及使用的工艺参数如前所述。在本实施例中，该系统还设置PLC系统，其用于调节污水在调节池中的停留时间、调节设置于调节池和厌氧池之间的提升泵的流量，并调节分别设置于好氧池和膜池内的风机的运行时间与风量。所述调节池内还设置用于监测水位的在线液位计。

进行上述实验时，该系统的运行费用约为1元/吨水。 

以上所述仅是本发明的实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。 

Claims (10)

1.一种生态敏感区污水处理方法，其特征在于，包括步骤：

S1，预处理：使用入口设置有机械粗格栅的集水井(1)去除污水中较大的悬浮物，之后污水进入预处理池(2)，设置在预处理池(2)入口的粗格栅进一步去除污水中的悬浮物，然后采用隔油池去除污水中的动植物油和矿物油，最后污水进入调节池(3)进行处理；

S2，生物处理及污泥处理：预处理后的污水进入厌氧池(4)，在厌氧池(4)中同来自缺氧池(5)的回流混合液混合；厌氧池(4)出水与来自膜池(7)的回流混合液混合进入缺氧池(5)，同时实现混合液与污泥回流，缺氧池(5)出水进入好氧池(6)；好氧池(6)出水进入膜池(7)，在膜池(7)完成生物降解以及负压条件下的过滤处理。

2.如权利要求1所述的生态敏感区污水处理方法，其特征在于，污水在集水井中的停留时间为1～2小时；污水在隔油池中的停留时间为2～4小时，且隔油池内设置带式撇油器；污水在调节池中的停留时间为8～16小时，且在调节池内设置搅拌机或在其底部布置穿孔管用于曝气。

3.如权利要求1所述的生态敏感区污水处理方法，其特征在于，所述机械粗格栅的栅条间距为20mm；所述粗格栅的栅条间距为5mm；在调节池(3)和厌氧池(4)之间设置细格栅，其栅条间距为0.5mm。

4.如权利要求1所述的生态敏感区污水处理方法，其特征在于，污水在厌氧池中的处理时间为2～4小时；在缺氧池中的处理时间为2～4小时；在好氧池中的处理时间为3～5小时，泥龄为15-25d；在好氧池内设置微孔曝气头，以便向好氧池供氧，微孔曝气头孔径为￠215，好氧池内的气水比为8∶1。

5.如权利要求1～4之任一项所述的生态敏感区污水处理方法，其特征在于，所述膜池为膜生物反应器，污水在所述膜生物反应器中的处理时间为3～5小时，其中的污泥浓度为2000～5000mg/L、气水比为20～30∶1、混合液回流比为500～150％；膜生物反应器的自吸泵运行时间为运行13min，停止2min，其鼓风机的切换时间为8小时、膜通量为10～20L/m2h。

6.一种生态敏感区污水处理系统，其特征在于，包括：依次连接的集水井(1)、预处理池(2)、厌氧池(4)、缺氧池(5)、好氧池(6)和膜池(7)，从集水井(1)来的污水经过预处理池(2)处理之后调节池，然后进入厌氧池(4)，在厌氧池(4)中污水同来自缺氧池(5)的回流混合液相混合；厌氧池(4)出水与来自膜池(7)的回流混合液混合进入缺氧池(5)；缺氧池(5)出水进入好氧池(6)；好氧池(6)出水进入膜池，在膜池(7)中完成过滤处理。

7.如权利要求6所述的生态敏感区污水处理系统，其特征在于，还包括机械粗格栅，其位于所述集水井(1)的入口处；还包括粗格栅，其位于所述预处理池(2)的入口处；还包括细格栅，其位于所述调节池(3)和厌氧池(4)之间。

8.如权利要求6所述的生态敏感区污水处理系统，其特征在于，所述膜池(7)为膜生物反应器MBR，其包括膜组件、穿孔曝气管、出水系统、反洗系统、清洗系统、吹扫系统以及吊装系统，所述膜组件位于所述穿孔曝气管正上方，所述吹扫系统设置在所述膜组件的下方。

9.如权利要求6所述的生态敏感区污水处理系统，其特征在于，还包括可编程逻辑控制器系统，其用于调节污水在调节池(3)中的停留时间、调节设置于调节池(3)和厌氧池(4)之间的提升泵的流量，并调节分别设置于好氧池(6)和膜池(7)内的风机的运行时间与风量。

10.如权利要求6～9之任一项所述的生态敏感区污水处理系统，其特征在于，所述调节池(3)内设置用于监测水位的在线液位计。

Images