CN104909520A - Mabr和mbr联用式污水处理装置及处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于污水处理技术领域，公开了一种MABR和MBR联用式污水处理装置，包括沿污水流动方向依次设置的预处理单元，MABR单元和MBR单元，以及与所述的MBR单元匹配的反冲洗单元。同时公开了其控制方法。本发明充分结合了两种膜反应器的优势，能很好的实现脱氮除磷。这是由于在MABR池采用无泡曝气，氧的利用率很高，几乎可达到100％。由于氧的传质范围很小，水中主要存在反硝化菌和反硝化聚磷菌，完成硝酸盐反硝化和释磷过程，强化了下一阶段脱氮除磷的性能。进入好氧的MBR池后，好氧菌进一步去除水中残留的亚硝氮和氨氮，好氧聚磷菌完成除磷工作。通过MABR前期的处理，减少了MBR的容积负荷。

Description

MABR和MBR联用式污水处理装置及处理方法

技术领域

本发明涉及污水处理技术领域，特别是涉及一种MABR和MBR联用式污水处理装置及处理方法。

背景技术

如图1所示，膜曝气生物反应器(通常简称MABR)是膜生物反应器的一种类型，该反应器是一种通过向疏水透气性的中空纤维膜腔体100内充氧，氧气和污染物在生物膜附近形成浓度差，以膜腔为中心，两者分别由内向外和由外向内异向扩散，通过生物膜中微生物的新陈代谢消耗溶解氧并使污水中的有机污染物得到降解的一种污水处理技术。MABR系统去除污染物的过程可分为以下四步：首先，水体中的污染物与水流中的厌氧菌反应，使得一部分磷酸盐被吸附、含氮有机物降解为氨氮，第二，降解后的污染物随水流与生物膜碰撞接触，在浓度差驱动下，向生物膜面扩散，同时氧气由膜腔内向外部扩散；第三，生物膜内的好氧菌或兼氧菌通过新陈代谢将污染物进一步降解为硝酸盐NO₃ ^-、亚硝酸盐NO₂ ^-等；第四，二次降解后的污染物随水流再次进入厌氧区，转化后的硝酸盐、亚硝酸盐被还原成N₂，释放达到除氮效果。该反应器缺氧与厌氧环境的共存还使得反硝化聚磷菌得以富集，在脱氮的同时还可去除部分磷。

无泡曝气避免了传统曝气时污水中易挥发性物质如甲苯、苯酚随气泡进入大气而对环境造成污染，同时不会由于表面活性剂的存在而产生泡沫。通过无泡供氧，传氧效率得到极大的提高，几乎能达到100％，运行费用也会降低。同时，气液两相以膜作为分界，曝气系统的控制可以更加灵活方便。

目前该反应器存在的问题就是MABR单独使用时，有研究表明反应器虽然可同时进行硝化和反硝化，但除磷效果不佳。

膜分离生物反应器(MBR)是一种将生物处理技术与膜过滤技术相结合的新型高效污水处理工艺。它是以膜组件代替传统的生物处理技术末端二沉池，使生物反应器中保持高活性污泥浓度，提高生物处理有机负荷，通过保持低污泥负荷减少剩余污泥量。在连续曝气条件下，活性污泥中的好氧菌对待处理的有机污染物一部分用于自身消耗，一部分降解为小分子物质进行去除。经过膜生物反应器工艺处理的废水出水细菌、悬浮物和浊度接近于零，还可以截留粪大肠菌等生物性污染物，处理后的出水经消毒后可以直接回用。

MBR工艺完成对污染物的去除大致分如下：第一，进入MBR反应器的污水与活性污泥直接接触，连续的曝气不仅持续为颗粒污泥中好氧菌充氧，也加大了污染物与细菌的接触碰撞概率，好氧菌以污染物作为自身代谢所需的营养物质进行消耗与降解；第二，在产水泵的抽吸作用下，处理后的水通过膜组件上的微孔排出，而颗粒污泥继续停留在池内进行反应，这可能会造成硝化菌的积累，使反应器适合处理高氨氮废水。已经有研究表明，在高氨氮废水处理方明，MBR反应器可达到较好的处理效果。

但是单独使用MBR时氧的利用率过低，大部分的氧通过气泡扩散到空气中，曝气系统能耗高。只有微量的氧被微生物所利用，当废水中有表面活性剂时容易产生泡沫，不易去除，而且由于曝气池内污泥浓度的提高，实际运行过程中又会经常存在膜污染的问题，需要经常清洗膜组件，因此又会存在膜的寿命短，维护费用高等缺点。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷，而提供一种MABR和MBR联用式污水处理装置及其处理方法。

为实现本发明的目的所采用的技术方案是：

一种MABR和MBR联用式污水处理装置，包括沿污水流动方向依次设置的预处理单元，MABR单元和MBR单元，以及与所述的MBR单元匹配的反冲洗单元。

所述的预处理单元为依次设置的格栅、调节池和毛发过滤器，或调节池和毛发过滤器。

所述的MABR单元包括池体，浸没式固定设置在所述池体内的疏水透气性微孔膜组件或透气性致密MABR膜组件，以及与所述的MABR膜组件连通的的曝气系统。

所述的MBR单元包括池体，浸没式设置在所述池体内的亲水性微孔MBR膜组件，设置在所述池体底部的曝气部件和排泥管，以及串接在所述的MBR膜组件的产水管上的输水泵。

所述的反冲洗单元包括与输水泵出水口连通的用以存储或缓存产水的水箱，可受控将所述的水箱连与输水泵进水口连通的反洗进水支路，以及可受控将输水泵出水口与产水管连通的反洗支路。

所述曝气系统包括空压机、连通所述的空压机出气口至所述的MABR膜组件的膜腔一端的进气管，串接在所述的进气管上的气体流量计、压力表和进气电磁阀，以及与膜腔另一端连通的出气管和串接在所述的出气管上的泄压阀。

一种采用污水处理装置的处理方法，包括以下步骤：

1)将经过预处理单元处理的废水引入MABR反应池中，通过曝气系统以无泡供氧的形式向MABR膜组件的膜腔内曝气，氧在浓度差的驱动下由内向外扩散，为附着在MABR膜组件的膜壁上的微生物供氧，使MABR膜组件及附近区域形成好氧、兼氧、缺氧三个层次，实现好氧菌、兼氧菌与厌氧菌以及富集反硝化聚磷菌共存，在去除有机物和氨氮的同时还可通过反硝化去除部分硝态氮，强化了下一阶段MBR脱氮除磷性能，在运行时，一般将曝气压调节到所用曝气膜泡点以下且接近泡点，PH控制在6.5～8.5、水力停留时间控制在8～15h左右时，反应器处理效果达到最佳状态；

2)经过MABR处理的废水进入MBR反应池，在池底进行曝气，在上一阶段水中的残余有机碳、硝氮、亚硝氮以及磷酸盐经过活性污泥中好氧菌的处理进一步去除，最后在MBR膜组件截留作用下，污水得到最终的净化。经实验证明，在该阶段，通过调节曝气量控制溶解氧使该池内溶解氧浓度控制在3.5～5.5mg/L、PH控制在7～8.5、水力停留时间控制在5～15h、污泥浓度在5000～10000mg/L左右时，反应器处理效果达到最佳状态。

所述的污水为生活污水及生化降解的高氮磷废水。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明充分结合了两种膜反应器的优势，能很好的实现脱氮除磷。这是由于在MABR池采用无泡曝气，氧的利用率很高，几乎可达到100％。由于氧的传质范围很小，水中主要存在反硝化菌和反硝化聚磷菌，完成硝酸盐反硝化和释磷过程，强化了下一阶段脱氮除磷的性能。进入好氧的MBR池后，好氧菌进一步去除水中残留的亚硝氮和氨氮，好氧聚磷菌完成除磷工作。通过MABR前期的处理，减少了MBR的容积负荷，容积负荷减小，相应的能耗、物耗、折旧等都会相应降低，而且双膜处理单元充分提高了出水水质，处理水可直接作为非饮用市政杂用水进行回用。

2、MABR与MBR反应器联用，可以省去污泥回流的环节，这是因为MABR本身好氧厌氧兼存，可实现同步硝化反硝化，而且MBR高效的截流作用保证了池内高浓度活性污泥的稳定存在，污泥浓度可高达12000mg/L，这也使得剩余污泥的产量很少，节省了污泥处理费用。

3、省去了多个前置处理单元,节省了占地面积,节约了基建费用和处理能耗。

4、可采用自动化控制，操作、管理方便，运行费用低，出水水质好。

附图说明

图1所示为MABR的结构功能示意图；

图2所示为本发明的MABR和MBR联用式污水处理装置的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图2所示，本发明的MABR和MBR联用式污水处理装置，包括沿污水流动方向依次设置的预处理单元，MABR单元和MBR单元，以及用于MBR单元反冲洗的反冲洗单元。具体地说，所述的预处理单元为依次设置的格栅、调节池和毛发过滤器，或调节池和毛发过滤器。

所述的MABR单元包括池体1，浸没式固定设置在所述池体内的疏水透气性微孔中空MABR膜组件或透气性致密中空MABR膜组件3，以及与所述的MABR膜组件连通的曝气系统。同时在MABR池体内设置有有引导待处理水上下迂回流动的多个导流板5，所述的MABR膜组件对应地设置在由导流板分割出的分池内，经过预处理的污水在泵7的作用下经控制阀13进入池体内，当实际的生产中出水量一般较大，设置多个MABR膜组件时，设导流板不会出现死水区，而且微生物对污水中有机物的处理更加彻底。同时，导流板也可设置在MBR池体内。

所述曝气系统包括空压机9、连通所述的空压机出气口至所述的MABR膜组件的膜腔一端的进气管，串接在所述的进气管上的气体流量计11、压力表12和进气电磁阀10，以及与膜腔另一端连通的出气管和串接在所述的出气管上的泄压阀14。

所述的MBR单元包括池体2，浸没式设置在所述池体内的亲水透气性微孔MBR膜膜组件4，以及设置在所述池体底部的曝气部件和排泥管，以及串接在所述的MBR膜组件的产水管上的输水泵。优选地，所述的MABR单元的池体和MBR的池体相邻设置，只需要用底部留有通道的导流墙6进行区分即可，两个单元的池体底部连通，污水案处理方向自由流动，有效减少了泵体使用，节省了电力。

所述与MBR池体的曝气部件包括空压机8、连接空压机与MBR池的作为曝气部件的曝气管道及穿过池壁深入MBR膜单元下部的穿孔管道，所述的穿孔管道在池底安装固定管夹并与曝气管道连通。在所述的曝气管道上设置有气体流量计17、控制阀16和压力表15。MABR和MBR分别设置单独的曝气系统，能针对各用氧量单独提供，有效控制了整体设备的大型化，化整为零利于节能减排。

所述的反冲洗单元包括与输水泵28出水口连通的用以存储或缓存产水的水箱27，可受控将所述的水箱连通与疏水泵进水口连通的反洗进水支路，以及可受控将输水泵出水口与产水管连通的反洗支路，具体来说，即通过阀门18、19、21、23、24、26、29，以及止回阀22来控制产水和反洗支路的切换，同时设置有压力计20和25以进行压力监控，此与现有技术类似，在此不再展开描述。

本发明的MABR和MBR一体式污水处理装置，实现了膜分离技术与生物处理技术的高效结合，对进水负荷变化有很好的适用性，同时也提高了有机物氧化及硝化与反硝化的效率，降低了动力消耗。其操作简单，易于实现自动控制，管理更加方便。将两种膜运用于一个工艺，以疏水性的中空纤维膜为生物膜载体，以亲水性的微滤膜取代传统工艺中的二沉池和常规吸附过滤单元，使废水中的悬浮物质、胶体物质、微生物菌群与已净化的水彻底分离，使出水水质更加优质与稳定，双膜的处理也保证了出水的效果。同时两者结合，水力停留时间可以缩短，在降低能耗的同时处理效率得到提高，外加膜组件占地面积小，操作方便，运行灵活等优点使得该技术有很好的应用前景。

采用本发明的装置水处理工艺如下：

1)将经过预处理单元处理的废水引入MABR反应池中，通过曝气系统以无泡供氧的形式向MABR膜组件的膜腔内曝气，氧在浓度差的驱动下由内向外扩散，为附着在MABR膜组件的膜壁上的微生物供氧，使MABR膜组件及附近区域形成好氧、兼氧、缺氧三个层次，实现了好氧菌、兼氧菌与厌氧菌以及富集反硝化聚磷菌共存，在去除有机物和氨氮的同时还可通过反硝化去除部分硝态氮，强化了下一阶段MBR脱氮除磷性能。在运行时，一般将曝气压调节到所用曝气膜泡点以下且接近泡点，PH控制在6.5～8.5、水力停留时间控制在8～15h左右时，反应器处理效果达到最佳状态；

2)经过MABR处理的废水进入MBR反应池，在池底进行曝气，在上一阶段水中的残余有机碳、硝氮、亚硝氮以及磷酸盐经过活性污泥中好氧菌的处理进一步去除，最后在MBR膜组件截留作用下，污水得到最终的净化。经实验证明，在该阶段，通过调节曝气量控制溶解氧使该池内溶解氧浓度控制在3.5～5.5mg/L、PH控制在7～8.5、水力停留时间控制在5～15h、污泥浓度在5000～10000mg/L左右时，反应器处理效果达到最佳状态。

其中，所述的污水适合生活污水及含高氮磷等可生化处理的废水。

实施例1

采用如图2所示结构的MABR-MBR一体式废水处理装置，通入预处理后的生活污水，生活污水采用的是某洗浴中心的淋浴废水，其水质指标为：COD：140mg/L,NH3-N：42mg/L,SS:45mg/L，LAS：6.2mg/L,MABR膜组件材质为聚偏氟乙烯(PVDF)，内径0.4mm，外径0.45mm，MBR膜组件材质与MABR膜相同，孔径为0.1um，膜通量为16L/(m²·h)。首先利用进水泵将预处理后的水打入MABR池，同时向MABR膜腔体曝气，曝气压在0.07～0.1MPa左右、PH控制在7.5～8、水力停留时间控制在8h，经过MABR膜处理后的水通过导流墙进入MBR池，在池底进行曝气，调节曝气量使溶解氧浓度控制在3～4mg/L、PH在7～8、水力停留时间控制在6h、污泥浓度在4500～5500mg/L，在MBR反应器的底部设置排泥管，将剩余污泥定期排放。出水后的水质为：COD：<20mg/L,NH^3-N：<3mg/L,SS:<7mg/L，LAS：<0.2mg/L，各指标的去除率为：COD：85％,NH^3-N：92％,SS:84％，LAS：96％。出水水质达到《城市污水再生利用城市杂用水水质》(GB/T 18920-2002)中的水质要求。

实施例2

处理装置与实施例1相同。进水采用预处理后的富营养化严重的景观湖水，其水质指标为COD：83mg/L,TP：0.23mg/L,TN：13mg/L,NH^3-N：0.8mg/L。运行操作条件与实施例1基本一致：MABR池，曝气压在0.07～0.1MPa左右，PH控制在7.5～8.5，水力停留时间控制在8h；MBR池，调节曝气量使溶解氧浓度控制在3.5～4.5mg/L、PH在7.5～8、水力停留时间控制在6h、污泥浓度在4000～5000mg/L。常温下，装置运行稳定后，其出水指标为COD：<11mg/L,TP：<0.08mg/L,TN：<2.3mg/L,NH3-N：<0.2mg/L。

实施例3

处理装置与实施例1相同。进水采用预处理后的玉米淀粉废水，其水质指标为COD：8350mg/L，NH^3-N：13mg/L,TN：210mg/L,SS：2200mg/L,PO^4-：48mg/L，PH:3.4。运行操作条件除下列之外与实施例1基本一致：MABR池，曝气压在0.07～0.1MPa左右，投加NaOH使PH控制在7.5～8.5，水力停留时间控制在12h；MBR池，溶解氧浓度控制在3.5～4mg/L、PH在7.5～8、水力停留时间控制在9h、污泥浓度在6000～9000mg/L。装置运行稳定后，其出水指标为COD：<50mg/L，NH3-N：<2.3mg/L,TN：<20mg/L,SS：<30mg/L,PO^4-：<2mg/L，PH:7.1。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，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，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种MABR和MBR联用式污水处理装置，其特征在于，包括沿污水流动方向依次设置的预处理单元，MABR单元和MBR单元，以及与所述的MBR单元匹配的反冲洗单元。

2.如权利要求1所述的污水处理装置，其特征在于，所述的预处理单元为依次设置的格栅、调节池和毛发过滤器，或调节池和毛发过滤器。

3.如权利要求1所述的污水处理装置，其特征在于，所述的MABR单元包括池体，浸没式固定设置在所述池体内的疏水透气性微孔膜组件或透气性致密MABR膜组件，以及与所述的MABR膜组件连通的的曝气系统。

4.如权利要求1所述的污水处理装置，其特征在于，所述的MBR单元包括池体，浸没式设置在所述池体内的亲水性微孔MBR膜组件，设置在所述池体底部的曝气部件和排泥管，以及串接在所述的MBR膜组件的产水管上的输水泵。

5.如权利要求4所述的污水处理装置，其特征在于，所述的反冲洗单元包括与输水泵出水口连通的用以存储或缓存产水的水箱，可受控将所述的水箱连与输水泵进水口连通的反洗进水支路，以及可受控将输水泵出水口与产水管连通的反洗支路。

6.如权利要求3所述的污水处理装置，其特征在于，所述曝气系统包括空压机、连通所述的空压机出气口至所述的MABR膜组件的膜腔一端的进气管，串接在所述的进气管上的气体流量计、压力表和进气电磁阀，以及与膜腔另一端连通的出气管和串接在所述的出气管上的泄压阀。

7.一种采用如权利要求1所述的污水处理装置的处理方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)将经过预处理单元处理的废水引入MABR反应池中，通过曝气系统以无泡供氧的形式向MABR膜组件的膜腔内曝气，氧在浓度差的驱动下由内向外扩散，为附着在MABR膜组件的膜壁上的微生物供氧，使MABR膜组件及附近区域形成好氧、兼氧、缺氧三个层次，其中，将曝气气压调节到所用曝气膜泡点以下且接近泡点，PH控制在6.5～8.5、水力停留时间控制在8～15h；

2)经过MABR处理的废水进入MBR反应池，在池体底部进行曝气，在上一阶段水中的残余有机碳、硝氮、亚硝氮以及磷酸盐经过活性污泥中好氧菌的处理进一步去除，最后在MBR膜组件截留作用下，污水得到最终的净化，在该阶段，通过调节曝气量控制溶解氧使该池内溶解氧浓度控制在3.5～5.5mg/L、PH控制在7～8.5、水力停留时间控制在5～15h，污泥浓度在5000～10000mg/L。

8.如权利要求7所述的的处理方法，其特征在于，所述的污水为生活污水及生化降解的高氮磷废水。