CN107827230B - 针对低温地区高氮、磷污水的恒温智控mbr水处理装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种环保设备，即针对低温地区高氮、磷污水的恒温智控MBR水处理装置。它包括顺次连通的污水收集管网、细隔栅池、调节池、恒温智控MBR水处理装置；恒温智控MBR水处理装置包括顺次连通的厌氧区、好氧区、MBR膜区，在好氧区采用中间隔板，上下分出好氧区和缺氧区，中间隔板为穿孔不锈钢板，好氧区中间隔板上有穿孔曝气底盘，并与变频罗茨鼓风机相连；针对MBR膜区，通过支撑杆方式，将膜组件向上提升，下部预留足够的空间，并通过增设斜板，底泥通过斜板沉降汇总到回流泵口，底泥通过穿墙污泥回流泵输送至缺氧区。恒温加热系统解决了北方地区在低温季节生化系统难以培育、成熟，导致调试周期长、系统运行不稳定的问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种环保设备，即针对低温地区高氮、磷污水的恒温智控MBR水处理装置。
背景技术
在现有技术中，MBR又称膜生物反应器（Membrane Bio-Reactor），是一种由膜分离单元与生物处理单元相结合的新型水处理技术。该项技术已在我国华南、华东地区被广泛应用，该工艺具有出水水质优质稳定，剩余污泥产量少，占地面积小，不受设置场合限制，可去除氨氮及难降解有机物，操作管理方便，易于实现自动控制等优点。
但该工艺在我国北方低温地区应用案例相对缺乏，主要原因如下：1、季节温差大：相比华南、华东地区，北方地区四季分明，气温波动较大；不适宜微生物生长的低温、冷冻期较长，导致所有生物法反应器都存在调试期漫长，系统运行不稳定，处理效果不理想，MBR工艺也不例外；2、运行成本高：相比传统A/O工艺的自流、沉降的出水流程，MBR工艺需增加产水泵、吹扫风机、反洗系统和清洗药剂，用以支持系统运行。因此电费支出MBR工艺远远超出传统A/O工艺，但药剂成本和占地面积却远远优于传统工艺。然而北方地区发展较华南、华东滞后，除省会城市外，其他地区土地成本相对合理；3、污堵负荷大：北方低温地区污水存在“水量少，污染物浓度高，氮、磷含量高”的特点，传统工艺升级MBR工艺过程中，运营主体仍会选择高污泥浓度方式来处理污染物，从而导致膜系统在高污泥浓度的环境下高负荷运行。另外超滤膜组件清洗温度要求在5~45℃，露天或地埋MBR设备无法在春、秋、冬季进行离线清洗，造成膜组件通量衰减，膜丝因表面污泥厌氧附着，发生脆断或过滤层脱离现象；4、溶氧量过高：为减缓膜元件表面污泥附着，膜系统运行均要求每片20㎡有效过滤面积的超滤膜元件，至少提供3m³/h的吹扫气量，而多数的MBR反应器将好氧池与MBR膜池进行联通，导致好氧池溶氧量过高，造成微生物快速老化，降低了微生物的污水处理效率；5、缺乏运行经验：MBR工艺虽然在我国已经普及一段时间，但因为企业人员流动较大，工程设备质保仅为一年，超滤膜组件售后服务不到位等问题，导致多数超滤膜组件并没有被合理的运行，从而导致短于膜运行生命周期便需更换。
发明内容
本发明提供一种针对低温地区高氮、磷污水的恒温智控MBR水处理装置，通过对当前普及的MBR处理工艺流程进行重塑，实现对高氮、磷污水的处理达标；在满足膜系统正常运行的前提下，实现MBR水处理装置的风机能耗大幅降低；同时基于低温地区地方性特点，创新出恒温保障系统，在满足微生物生长条件的同时，提升热源利用效率。
本发明的技术解决方案是：针对低温地区高氮、磷污水的恒温智控MBR水处理装置，包括顺次连通的污水收集管网、细隔栅池、调节池、恒温智控MBR水处理装置；恒温智控MBR水处理装置包括顺次连通的厌氧区、好氧区、MBR膜区，其特征在于将传统工艺中好氧区通过中间隔板，上下区分出好氧区和缺氧区，中间隔板为穿孔不锈钢板，好氧区中间隔板上有穿孔曝气底盘，并与变频罗茨鼓风机相连；针对MBR膜区，通过支撑杆方式，将膜组件向上提升，下部预留足够的空间，并通过增设斜板，底泥通过斜板沉降汇总到回流泵口，底泥通过穿墙污泥回流泵输送至缺氧区。
上述方案中，在厌氧区碳钢外壳采用“万字符”形状进行地热管铺设，对厌氧区恒温加热。
膜组件底部穿孔曝气底盘与两台定频罗茨鼓风机相连，鼓风机由时间继电器进行叠加运行控制。
在厌氧区上部设备空间增设喷淋除臭装置，喷淋除臭装置其内部采用填料加水雾喷淋方式，喷淋除臭装置与厌氧区、好氧区连通。
处理工艺重塑：新的处理工艺利用微生物群落在缺氧环境下对COD、BOD、氮、磷等污染物均有适度处理能力的特点，通过合理调整MBR水处理装置空间结构，在MBR处理正向工艺流中增加了缺氧区的设置，并将反向工艺流中的膜池回流至好氧池，更替为回流至缺氧池。其特点是利用跨区混流方式，将厌氧区出水与MBR膜池回流污水混合，通过缺氧区沉积层和混合层的混合微生物群落，实现对厌氧区出水COD、BOD的预处理，以及对MBR区回流污水中残余氮、磷的深度处理。新工艺流程提升了系统的抗冲击能力，降低了好氧区和MBR膜区污泥负荷，达成了最终出水各项指标达标的目标。
降低风机能耗：针对MBR工艺风机能耗高，好氧区与MBR区联通导致微生物快速氧化，处理效能下降的问题，本次发明选用了先进的溶氧量实时监控设备，并配以变频罗茨鼓风机，在PLC自控程序的管控下，实现根据好氧区的溶氧量，快速自动调整变频鼓风机输出功率和气量，满足好氧区微生物的正常生长需要。
同时针对MBR膜区吹扫风量需求较大的问题，通过时间继电器对两台风机进行运行管控。从而实现在不新增气动阀门和其他外部设备的前提下，运用重叠时间短时增大气量的方式，形成脉冲型曝气冲刷。该方法不仅能够提供较好的吹扫效果，同时使连续曝气所需的3m³/小时气量，降低到2m³/小时气量，而叠加时段气量提升至4m³/小时，综合能耗下降近25%。
恒温均匀加热：北方低温地区比较常用的升温方式为在调节池注入蒸汽，通过气压搅动调节池污水，达到升温效果。因厌氧区污水停留时间较长，保温效果差，所以需要将调节池污水温度做较大程度提升，热能消耗较大。同时在厌氧区的不同区域形成了高温区、中温区和低温区，微生物在高温区和低温区均不能得到较好的生存条件，从而导致厌氧区的有效微生物浓度下降，处理效率不足。本发明在MBR水处理装置厌氧区碳钢外壳，采用“万字符”形状进行地热管铺设，利用热交换原理和碳钢结构的导热性，将水温均匀提升，并利用保温隔热材料，减缓装置的热能散失。该方法不仅降低了调节池提升水温所需的热源能耗，更使得厌氧区整体水温相对均衡，有效微生物浓度提升，抗击季节温差对微生物生长的影响，提升了装置的地区适应性。
消减污泥影响：基于多年的膜系统运行经验，在系统运行过程中，好氧区和MBR膜区即便加大回流也会存在底泥，而底泥的沉积会导致曝气底盘吹扫气管的堵塞，从而使得部分穿孔曝气管曝气不均匀，大量污泥粘附在对应的膜元件表面，造成膜元件通量下降。经过对多个项目的改造实践，对装置中好氧区和缺氧区的顺序结构，更替为上下结构，并将中间隔板从整板改为穿孔不锈钢板。该方法及实现了缺氧区到好氧区的均匀布水，同时有助于好氧区的底泥通过穿孔板沉降到缺氧区底部，满足缺氧区厌氧层污泥的补充需求。针对MBR膜区，通过支撑杆方式，将膜组件向上提升，下部预留足够的空间，并通过增设斜板，促进底泥沉积到池底，降低MBR膜区污泥浓度负荷，提升超滤膜组件运行条件。底泥通过穿墙污泥回流泵，将通过斜板沉降汇总到回流泵口的污泥，输送至缺氧区，与厌氧区出水快速形成混合液。
增设除臭装置：传统MBR水处理装置，多采用弯管方式，将反应区的气体直排到空气中。严重影响了污水站周边人员的工作、生活感受。通过增设载有生物填料的喷淋塔除臭装置，生物填料可有效吸附、去除水处理装置运行过程中所产生的刺激性气味，并借助喷淋装置将部分溶水性污染物收集至厌氧池，实现综合处理。
本发明优点是：1、创新了恒温加热系统，解决了北方地区在低温季节生化系统难以培育、成熟，导致调试周期长、系统运行不稳定的问题，热源利用效率高，加温持续均衡，生化系统培育快速，运行稳定；2、重塑了水处理工艺流程，提升了对高氮、磷污水的处理效能，且无需额外增设前、后预处理设施，对COD、BOD、氨氮、总磷、总氮、SS处理效果好，出水稳定达标；3、装置运行成本低，智控程度高，可有效减少电费及管理人工成本；4、改进了MBR膜区及好氧区设计结构，实现了对污泥的资源化、合理化应用，弱化了污泥对超滤膜组件所造成通量衰减影响，延长了膜组件使用寿命，膜系统自清洁能力强，清洗频率可适度减少，组件寿命得以延长；5、运行过程无异味，消除了反应过程中所产生的刺激性气体，对污水处理站周边人员工作、生活所带来的困扰，满足低温地区室内装配，常年稳定运行的需求。6、增强了装置自动监测和智能化控制的能力，降低了因操作经验不足对系统稳定性造成的影响。7、通过对污泥的合理利用，强化了污水处理效果，实现了变废为宝。减少了污泥外运的次数和成本，优化了超滤膜系统的运行环境，延长了超滤膜组件的服务年限，成功降低了MBR水处理装置的综合运行成本。满足了水处理过程中对“装置高效能，出水高质量、运行低成本”的产品需求。
下面将结合附图对本发明的实施方式作进一步详细描述。
附图说明
图1是本发明结构简图。
图2是本发明工艺流程图。
图3是万字符多水管铺设结构简图。
图4是万字符单水管铺设结构简图。
具体实施方式
参见图1、2、3、4，零部件名称如下：厌氧区1，好氧区2，MBR膜区3，缺氧区4，中间隔板5，穿孔曝气底盘6，变频罗茨鼓风机7，支撑杆8，斜板9，污泥回流泵10，喷淋除臭装置11，MBR膜组件12，喷淋液回收管13，布水管14，污泥底排管路15，万字符铺设进水管16，万字符铺设出水管17。
参见图1、2，针对低温地区高氮、磷污水的恒温智控MBR水处理装置，包括顺次连通的污水收集管网（原水）、细隔栅池、调节池、恒温智控MBR水处理装置、出水（口）；恒温智控MBR水处理装置包括顺次连通的厌氧区1（厌氧池）、好氧区2（好氧池）、MBR膜区3（MBR膜池），其特征在于在好氧区2采用中间隔板3，上下分出好氧区2和缺氧区4（缺氧池），中间隔板5为穿孔不锈钢板，好氧区中间隔板上有穿孔曝气底盘6，并与变频罗茨鼓风机7相连；针对MBR膜区3，通过支撑杆8方式，将膜组件向上提升，下部预留足够的空间，并通过增设斜板9，底泥通过斜板9沉降汇总到污泥回流泵10泵口，底泥通过穿墙污泥回流泵10输送至缺氧区4。
参见图3、4，在厌氧区1碳钢外壳采用“万字符”形状进行地热管铺设，对厌氧区1恒温加热。水管铺设可以是单水管或多水管，不限。设有万字符铺设进水管16，万字符铺设出水管17。“万字符”形状进行地热管铺设好处是：通过进水管和出水管的间隔性排布，实现所铺设区域的均匀加热，消除传统加热方式形成高温区、中温区、低温区的格局。使所铺设区域对应的微生物群落，获得相对均衡、稳定的生长发育条件，从而消除季节温差对该区域生化效果的直接影响。
MBR膜组件12底部穿孔曝气底盘与两台定频罗茨鼓风机相连，鼓风机由时间继电器进行叠加运行控制。
在厌氧区1上部设备空间增设喷淋除臭装置11，喷淋除臭装置11其内部采用填料加水雾喷淋方式，喷淋除臭装置11与厌氧区1、好氧区2连通。
实际污水处理过程中，除“恒温智控MBR水处理装置”外，仍需保留原工艺中的细隔栅池、调节池、清水池和膜组件清洗池。水处理流程如下：
污水经收集管网汇集至格栅池，经机械细隔栅的截留作用，去除水中较大的块状污染物，如：植物茎叶、包装碎料、毛发等。机械细隔栅转动周期设置为20分钟/次。
污水通过细隔栅后自流进入调节池，除调节池原有pH值在线探头外，在蒸汽管口远端（近提升泵测）增设温感探头，用于采集调节池污水水温。通过温度传感器度数，控制蒸汽管气动阀开关，气动阀关闭温度设定为30℃，可有效降低蒸汽用量。通过蒸汽的分阶段冲击和搅拌机的搅动作用，实现调节池的水温均衡，pH值满足厌氧所需，同时促进较细颗粒泥沙进一步沉降到池底。
污水经过前段的预处理和混合升温后，经提升泵输送至“恒温智控MBR水处理装置”的厌氧区1，并通过底部布水管14均匀施布。污水需根据COD值判定在厌氧区1的停留时间，期间将导致水温下降。“恒温智控MBR水处理装置”通过厌氧区1外壁“万字符”结构布放循环水散热层，对厌氧区1恒温加热。经分层、分段温度采集，厌氧区1冬季水温波动范围在32~35℃之间，使得厌氧区1微生物有一个相对恒温的生长环境。该措施有效利用了循环水的剩余热能，提升了热源利用率，降低了系统低温期所需的增温成本。
污水通过溢流方式由厌氧区1流至缺氧区4，并在缺氧区4与MBR膜区3的回流污水进行混合。缺氧区4中心溶氧量度数范围为0.3~0.5mg/L，污泥颗粒受重力影响，在该区缓慢沉降，形成泥区、混合区。缺氧区4为好氧、兼氧和一部分厌氧微生物提供了共存基础，实现对污水中的氮、磷、COD、BOD的综合性去除。
随着缺氧区4污水水位不断提升，上层混合液通过中间隔板5（穿孔不锈钢板）的圆孔进入好氧区2。好氧区2穿孔曝气底盘6与变频罗茨鼓风机7相连。溶解氧探头监控该区域侧壁溶氧数值，当度数小于1mg/L时，启动变频罗茨鼓风机6，并随溶解氧度数上升，对鼓风机自动降频处理，溶解氧度数超过3mg/L时，自动关闭变频罗茨鼓风机6。该设置可有效控制好氧区2溶解氧，通过气量的变化，形成不规则搅动，有助于较大的污泥颗粒向下沉降，并通过不锈钢穿孔板圆孔沉降到缺氧区4，从而降低从好氧区2进入MBR膜区3的污泥浓度。同时能够较好的促进好氧微生物对BOD、COD的处理，避免因曝气过量造成微生物早衰和污泥团颗粒被冲散的现象，影响污泥沉降性能。
好氧区2污水溢流进入MBR膜区3，超滤MBR膜组件12基于自吸泵的负压产水，实现对水和污泥颗粒的物理分离。膜系统出水经管道进入清水池，用以膜系统反洗，其他回用所需或直接排放。MBR膜组件12底部穿孔曝气底盘与两台定频罗茨鼓风机相连，鼓风机由时间继电器进行控制，单台运行时间为30分钟，休息时间为20分钟，叠加运行时间为5分钟。定频罗茨鼓风机选型单台风量公式：2.5m³/h*膜片数量。两台鼓风机交替重叠期，会产生较大风量，与持续曝气期连续作用形成脉冲曝气。脉冲曝气会使膜丝形成剧烈抖动，加强膜丝间的摩擦，从而更为有效去除了膜丝表面污染物，提升了膜系统的抗污染能力和自清洗能力。从能耗角度膜组件吹扫风量从要求的不低于3m³/h下降到2.5m³/h，使得曝气能耗进一步下降。
MBR膜区3底部采用斜板+限位支撑的方法，将MBR膜组件12由池底提升至中段，该区域多余的污泥通过斜板9沉降收集汇总至穿墙污泥回流泵10泵口，进一步降低了MBR膜池的污泥浓度和底部死泥量。不仅有效的降低了膜污染压力，还避免了曝气地盘因污泥沉积堵塞气孔，导致曝气不均。该方法避免了增设管道气动阀的相关成本，也避免了管路改造，同时可以更加有效的去除曝气地盘吹扫气管中的污泥，降低曝气地盘堵塞的情况发生。
因采用活性污泥法，MBR膜区3的活性污泥会将好氧区2处理残余的氮、磷吸附在污泥颗粒中，并通过污泥回流泵10回到缺氧区4进一步处理。基于该发明在电镀废水+生活污水综合处理的试验案例中，可有效满足对高氮、磷污水处理要求。
缺氧区4与厌氧区1之间有管路联通，并根据实际运行情况，调整两个区域的污泥量。多余的污泥经污泥泵输送至污泥压滤机，降低水含量后外运处理。
本发明同时考虑到厌氧区1和好氧区2气体直接排放，会对周边造成一定影响，利用厌氧区1上部设备空间，增设喷淋除臭装置11。其内部采用填料加水雾喷淋方式，培养微生物菌群对气体中的刺激性气体进行回收和处理。喷淋液通过除臭装置底部漏斗状收集器并入厌氧去污水综合处理，净化处理后的气体通过高空排放方式自然排放。
上面描述，只是本发明的具体实施方式，各种举例说明不对本发明的实质内容构成限制。
Claims (4)
1.针对低温地区高氮、磷污水的恒温智控MBR水处理装置，包括顺次连通的污水收集管网、细隔栅池、调节池、恒温智控MBR水处理装置；恒温智控MBR水处理装置包括顺次连通的厌氧区（1）、好氧区（2）、MBR膜区（3），其特征在于将传统工艺中好氧区（2）通过中间隔板（5），上下区分出好氧区（2）和缺氧区（4），中间隔板（5）为穿孔不锈钢板，好氧区中间隔板（5）上有穿孔曝气底盘（6），并与变频罗茨鼓风机（7）相连；针对MBR膜区（3），通过支撑杆（8）方式，将膜组件向上提升，下部预留足够的空间，并通过增设斜板（9），底泥通过斜板（9）沉降汇总到污泥回流泵（10）泵口，底泥通过穿墙污泥回流泵（10）输送至缺氧区（4）。
2.按照权利要求1所述的针对低温地区高氮、磷污水的恒温智控MBR水处理装置，其特征在于在厌氧区（1）碳钢外壳采用“万字符”形状进行地热管铺设，对厌氧区（1）恒温加热。
3.按照权利要求1或2所述的针对低温地区高氮、磷污水的恒温智控MBR水处理装置，其特征在于膜组件底部穿孔曝气底盘与两台定频罗茨鼓风机相连，鼓风机由时间继电器进行叠加运行控制。
4.按照权利要求3所述的针对低温地区高氮、磷污水的恒温智控MBR水处理装置，其特征在于在厌氧区（1）上部设备空间增设喷淋除臭装置（11），喷淋除臭装置（11）其内部采用填料加水雾喷淋方式，喷淋除臭装置（11）与厌氧区（1）、好氧区（2）连通。
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