一種固化高效微生物膜汙水處理設備的製作方法

2023-06-20 02:08:26 1

本實用新型涉及一種固化高效微生物膜汙水處理設備，可實現汙水處理模塊的快速啟動和出水達標，降低汙泥產量，提高抗衝擊性，屬於汙水或微汙染水處理領域。

背景技術：

隨著我國社會經濟的發展，水環境汙染問題日益突出，各類汙水和微汙染水隨處可見，嚴重威脅水體環境。分散型汙水，如農村汙水，以及流域中的點源汙染，無法實現集中，或集中處理投資和運行維護費用高，所以具有靈活、簡單和高效的一體化汙水處理裝置或處理模塊越來越受歡迎。

目前，一體化汙水處理裝置或汙水處理模塊的技術種類較為豐富，對水汙染控制也起到一定的貢獻作用，但這些一體化汙水處理設備或汙水處理模塊簡單的將汙水處理廠的工藝流程進行縮放，以企獲得同樣的效果，可實際實施都存在著不同程度的問題和缺陷。如專利CN103991957A的一體化汙水處理設備設計為圓柱形的殼體，分厭氧室、缺氧室、好氧室、混合室及沉澱室，採用傳統的工藝，一體化設備易出現運行不穩定，受衝擊後恢復很難，而且出水只能達到一級B，對於微汙染水，傳統的工藝很難正常運行；專利CN105731735A的一種一體化農村汙水處理裝置，缺氧和好氧池內設置懸掛填料，固液分離採用MBR池，首先存在懸掛填料使用壽命短，需定期更換，且更換複雜的問題，其次採用MBR池，投資和運行費用高，且易堵塞，導致設備無法正常運行，且檢修困難；專利CN103936157A一體化深度生活汙水處理設備及其汙水處理方法中，厭氧區和好氧區相通，好氧區的曝氣會影響厭氧區的溶氧，從而減弱系統的除磷效果，且一體化設備的啟動、運行複雜。專利CN104445830A一種A3/O-MBBR一體化汙水處理裝置及汙水處理方法中，設置了汙泥回流機構、硝化液回流機構和厭氧液回流機構，雖然用氣提可一定程度上降低能耗，但回流設施多，易出現問題，實現無人值守比較困難；此外在好氧池中填充了懸浮填料，雖可提高汙水處理裝置的處理效率，但汙泥與生物膜同處一個環境，生物膜不能發揮最佳的去除效果，降低了去除效率，且後續進行固液分離時困難，雖然專利中優化了沉澱池的結構，但無法解決汙泥上浮現象和出水懸浮物含量高的問題；再者處理裝置採用活性汙泥法，裝置的抗衝擊、恢復能力和運行穩定性都較差，且汙泥產量高，增加後續處理處置的難度和費用。其它專利技術，雖然有採用懸浮填料強化處理，但多為懸浮填料-活性汙泥共存體系，未能擺脫傳統活性汙泥法在一體化設備應用中存在的問題；而一些生物膜法，雖然抗衝擊性能及處理效果較為理想，但需反衝洗，無法實現無人值守，難以獲得較好的實踐效果。由此可見，在眾多的專利技術中，均存在設備運行穩定性差、去除效率低、系統抗衝擊性差、出水水質不穩定、汙泥產量高、不易維護、啟動時間長、佔地面積大及費用高等問題，急需改善。

為改善水環境質量，以及適應於當前分布廣且複雜的汙水點源汙染及微汙染水的特性，從根本上實現簡便、快速和水質達標問題，急需對現有一體化水處理設備及模塊的處理技術及設備進行改進。

技術實現要素：

本實用新型為解決現有汙水處理設備的問題及缺陷，提供一種固化高效微生物膜汙水處理設備，採用固化高效微生物膜汙水處理方法，模塊化、標準化設計，大大縮短施工、啟動和調試的時間，對氮、磷等汙染物質進行高效去除，能大大降低汙泥產量，及降低後續汙泥的處理處置費用，不會產生二次汙染。

為了達到上述目的，本實用新型方案包括：

一種固化高效微生物膜汙水處理設備，該設備為一體式箱體結構，包括箱體主體，箱體主體內包含依次連通的預處理區、固化高效微生物膜區和固液分離區，所述固化高效微生物膜區劃分成多個功能區，在預處理區、固化高效微生物膜區和固液分離區內均投加懸浮填料，在固液分離區和預處理區之間設置有第一回流系統，在固化高效微生物膜區內設置有第二回流系統。

優選的，所述固化高效微生物膜區分為固化高效反硝化微生物膜區段、固化高效有機物去除微生物膜區段和固化高效硝化微生物膜區段，所述第二回流系統設置在固化高效反硝化微生物膜區段和固化高效硝化微生物膜區段之間。

優選的，所述預處理區的端部設置有第一配水區，在第一配水區上設置有進水口和溢流口，在預處理區設置有預沉泥鬥，預沉泥鬥與第一排泥管連接，在預處理區和固化高效微生物膜區之間設置有溢流堰。

優選的，所述固化高效微生物膜區的端部設置有第二配水區，固化高效微生物膜區通過配水桶與第二配水區連通，第二配水區通過配水孔與固液分離區連通，在固液分離區的底部設置有第二排泥管，在固液分離區的內部設置有加藥閥。

優選的，所述箱體主體內還包含有設備操作區。

優選的，所述預處理區和固液分離區內部均設置兩層篩網，預處理區和固液分離區內投加的懸浮填料均位於兩層篩網之間。

優選的，所述箱體主體的材質為不鏽鋼、碳鋼防腐、玻璃鋼或工程塑料。

採用上述汙水處理設備進行汙水處理的方法，包括以下步驟：汙水依次經過預處理區、固化高效微生物膜區和固液分離區，實現汙染物的去除；第一回流系統的回流比為10％-100％，第二回流系統的回流比為30-300％。

上述步驟中：固化高效微生物膜區內的懸浮填料的填充率在20％-65％，懸浮態活性汙泥濃度90％。

上述步驟中：COD的容積負荷1500～2100g/m3·d，氨氮的容積負荷100g/m3·d～500g/m3·d；COD的去除率30％～90％，氨氮的去除率70％～99％；汙泥產率係數0.1～0.3。

上述步驟中：所述汙水包含生活汙水、工業廢水和黑臭的微汙染水。

上述的固化高效微生物膜區內只投加固定、誘導、篩選、馴化和富集適應不同水質的特異性菌群的生物活性高分子懸浮載體，懸浮填料的填充率在20％～65％之間，填料填充率根據進出水水質的不同而選擇。無懸浮態的活性汙泥，產泥量比普通活性汙泥法低70％以上。

懸浮填料的填充率指投加的懸浮載體填料的體積除以懸浮填料區的有效池容所得的百分數，厭缺氧區的填料填充率為20～40％，好氧區的填料填充率為40％～65％。

所述的固化高效微生物膜區投加的懸浮載體為活性高分子材質，比重為0.94-0.97，空隙率>90％，具有適宜微生物生存的微環境，提高微生物的耐受性，不同菌群依據降解速度和次序分級排列，從而實現快速、高效、穩定的處理效果。

懸浮填料的空隙率指單位懸浮載體填料的空隙體積佔總體積的百分比。

所述的固化高效微生物膜模塊內的高效微生物膜是針對不同水質，專門馴化和培養的，2～5天即可啟動成功，實現出水達標。

所述的固化高效微生物膜汙水或微汙染水處理模塊為一體式箱體結構，內部有不同的功能分區。

所述的固化高效微生物膜模塊根據功能要求分為固化高效反硝化微生物膜、固化高效有機物去除微生物膜和固化高效硝化微生物膜，為實現出水達標，可隨意搭配，如固化高效反硝化微生物膜區—固化高效有機物去除微生物膜區—固化高效硝化微生物膜區、固化高效反硝化微生物膜區—固化高效硝化微生物膜區—固化高效反硝化微生物膜區—固化高效硝化微生物膜區和固化高效反硝化微生物膜區—固化高效有機物去除微生物膜區—固化高效硝化微生物膜區—固化高效硝化微生物膜區等。

所述的固化高效微生物膜模塊的好氧區的部分汙水回流至固化高效微生物膜模塊的缺氧區中。

所述的固化高效微生物膜模塊內投加固化高效反硝化生物膜區域採用的混合方式為機械攪拌或大孔曝氣。

所述的固化高效微生物膜模塊內投加固化高效硝化生物膜區域和固化高效有機物去除微生物膜區域採用的混合方式為穿孔和微孔曝氣。

所述的固化高效硝化微生物膜模塊在投加固化高效硝化微生物膜區段和投加固化高效反硝化微生物膜區段設置回流系統，強化模塊對氮的去除。

所述的固化高效硝化微生物膜模塊的固液分離模塊與預處理模塊之間設有回流系統，回流比為10-100％，回流比根據氮磷去除需求進行相應調整。當處理微汙染水時，回流比為10％～30％。當處理普通生活汙水時，回流比為30％～60％。當處理濃度高的工藝汙水時，回流比為60％～100％。

所述的回流比是指固液分離模塊回流到預處理模塊的汙水量和預處理模塊的設計汙水量之比。

所述的固化高效微生物膜處理模塊的去除負荷和去除率受水質和填充率的影響，COD的容積負荷1500～2100g/m3·d，氨氮的容積負荷100g/m3·d～500g/m3·d，COD的去除率30％～90％，氨氮的去除率70％～99％；所需固化高效微生物膜處理模塊的汙泥產率係數隨水質的變化而變化，範圍為0.1～0.3。

所述的固化高效微生物膜汙水或微汙染水處理模塊為一體式箱體結構，箱體主體及內部結構的材質可為不鏽鋼、碳鋼防腐、玻璃鋼或工程塑料，可根據使用環境和投資自行選擇。

所述的固化高效微生物膜汙水或微汙染水處理模塊不同區域間留有過水孔，且過水孔裝有專用的攔截裝置。

所述的固化高效微生物膜汙水或微汙染水處理模塊的預沉區域底部設有泥鬥，上部設有堰板，中部裝有填料。

所述的固化高效微生物膜汙水或微汙染水處理模塊採用的固化高效微生物膜的產泥量極低，後處理區可將極低的泥量回流至前段，進行高效微生物的補充。

本實用新型具有如下的優點：

(1)設備運行穩定性高：設備處理工藝簡單，採用一體式箱體結構，大大降低設備故障率，基本無需檢修和維護，運行穩定性高。

(2)設備去除率高：分別在不同的區域分別投加固化高效反硝化微生物膜、固化高效有機物去除微生物膜和固化高效硝化微生物膜，分段強化不同汙染物質的去除，所以設備的去除率很高。

(3)抗衝擊性強：採用的固化高效微生物膜工藝，水處理模塊即可處理高濃度廢水，也能處理微汙染水，抗衝擊能力強，抗衝擊能力和恢復能力是傳統一體化設備的2～3倍。

(4)出水水質穩定達標：投加的活性高分子材質的懸浮填料，可富集和固化豐富的適應不同水質的高效優勢微生物群，且能提供適宜微生物生存的微環境，提高微生物的耐受性，不同菌群依據降解速度和次序分級排列，從而實現出水穩定達標。

(5)汙泥產量低：採用的固化高效微生物膜工藝，無活性汙泥，汙泥產率僅為傳統工藝的一半以下，可大大降低汙泥產量，也可避免汙泥上浮等問題。

(6)設備運行維護簡單：設備運行安全、可靠、穩定，無需嚴格的技術管理，操作管理簡單。

(7)啟動時間短：固化高效微生物膜模塊內投加固定、誘導、篩選、馴化和富集適應不同水質的特異性菌群的生物活性高分子懸浮載體，2～5天即可快速實現出水穩定達標，而傳統的一體化設備調試期基本為4～8周。

(8)佔地面積小：固化高效微生物膜處理模塊採用模塊化、標準化的設計，結構緊湊，佔地小(約為傳統一體化設備的1/3～1/2)，施工簡單、工期短，可採用就地化、自然化的處理模式，併兼容環境整治和景觀建設。

(9)費用省：固化高效微生物膜處理模塊工藝流程簡單，工程投資低，運行能耗低、使用壽命長，維護費用和運行成本低。

附圖說明

圖1是採用本實用新型固化高效微生物膜汙水處理設備進行汙水處理的方法流程簡圖；

圖2是本實用新型的固化高效微生物膜汙水處理設備的簡單示意圖；

圖3是實施例1中固化高效微生物膜汙水處理設備的示意圖；

圖4是實施例2中固化高效微生物膜汙水處理設備的示意圖；

圖5是本實用新型固化高效微生物膜汙水處理設備一種實施方式的俯視圖；

圖6是本實用新型固化高效微生物膜汙水處理設備一種實施方式的結構原理示意圖。

圖5、圖6中：1-進水口，2-配水區，3-溢流口，4-預沉區域，5-溢流堰，6-固化高效微生物膜缺氧區，7-固化高效微生物膜好氧區，8-固化高效微生物膜缺氧區，9-固化高效微生物膜好氧區，10-配水桶，11-配水孔，12-固液分離區，13-配水區，14-設備操作區，15-加藥閥，16-排泥管，17-排泥管，18-篩網，19-篩網。

具體實施方式

本實用新型提供了一種固化高效微生物膜汙水處理設備，為了使本實用新型的目的、技術方案以及優點更清楚、明確，對本實用新型進一步詳細說明。

本實用新型提供了一種固化高效微生物膜汙水處理設備，根據出水要求，通過不同的組合控制，在一定條件下將汙水或微汙染水泵入或自流進入水處理模塊，如圖1所示，首先進入預沉區域，汙水或微汙染水中的部分大顆粒懸浮物因重力作用沉入預沉泥鬥。同時溢流的出水流入後續的固化高效微生物膜區域，去除COD、氨氮、總氮和磷等汙染物質。然後出水進入後處理區域，進一步進行固液分離和消毒。因固化高效微生物膜技術的產泥量極低，所以後處理產生的少量汙泥再回流到進水端，進行高效微生物的補充。此外，固化高效微生物膜處理模塊的設備和自控系統放置在設備操作區，可實現一體式結構，減少現場的施工量。本實用新型的水處理模塊可快速實現出水穩定達標，產泥量少，採用模塊化、標準化的設計，結構緊湊，佔地小，且施工簡單、工期短。

圖5、圖6示出本實用新型固化高效微生物膜汙水處理設備的具體結構，其工作過程如下：汙水或微汙染水首先由進水口1進入配水區2，隨後進入預沉區域4，水量過大時由溢流口3排出，預沉區域內的上下篩網18之間設置填料，汙水或微汙染水中的部分大顆粒懸浮物因重力作用沉入預沉泥鬥，由排泥管17排出。經預沉後的汙水或微汙染水由溢流堰5溢流到後續的固化高效微生物膜缺氧區6，出水流經固化高效微生物膜好氧區7，再進入固化高效微生物膜缺氧區8，去除COD、氨氮、總氮等汙染物質，然後出水進入固化高效微生物膜好氧區9保障出水COD等達標。然後出水由配水桶10進入配水區13由配水孔11進入固液分離區12，固液分離區12內的上下篩網19之間設置填料，起到一定的過濾作用，沉澱的汙泥由排泥管16排出系統。為強化磷的去除，可由加藥閥15加入處理藥劑，處理後的出水可達標排放。因固化高效微生物膜技術的產泥量極低，後處理產生的少量汙泥再回流到進水端，進行高效微生物的補充。此外，固化高效微生物膜處理模塊的設備和自控系統放置在設備操作區14，可實現一體式結構，減少現場的施工量。本實用新型的水處理模塊可快速實現出水穩定達標，產泥量少，採用模塊化、標準化的設計，結構緊湊，佔地小，且施工簡單、工期短。

實施例1(生活汙水)：

本實施例提供了一種固化高效微生物膜汙水處理設備，進出水水質如下表1所示，汙水處理模塊為一體式箱體結構，包括依次相互連通的預處理區、固化高效微生物膜區、固液分離區和設備操作區，具體見圖3。

表1示出固化高效微生物膜汙水處理模塊的進出水水質表。

表1

進水為普通生活汙水，汙水首先由泵抽吸進入預沉區，實現汙水中的部分大顆粒懸浮物因重力作用沉入預沉泥鬥，降低對後續處理的影響。然後汙水溢流進入固化高效微生物膜區域，固化高效微生物膜區分割為3個小格，不同的隔斷之間通過攔截篩網連接，為防止短流，均採用下進上出的方式。固化高效微生物膜區分割出的3個小格中都投加已固定、誘導、篩選、馴化和富集特異性菌群的生物活性高分子懸浮載體，但3個小格中投加的固化高效微生物不同，分別為固化高效反硝化微生物膜區—固化高效硝化微生物膜區—固化高效硝化微生物膜區，總停留時間為8h，在不同的區段實現快速去除汙染物質的目的。為了利用原水中的碳源去除總氮，在固化高效微生物膜III和固化高效微生物膜I之間設置回流系統。

固化高效微生物膜汙水處理模塊的工藝簡單，基本無需檢修和維護，設備的運行穩定性高，處理模塊內投加的活性高分子懸浮載體已固化高效微生物，活性高分子懸浮載體的填充率為40％～55％，分段強化不同汙染物質的去除，所以設備的處理負荷很高，可高達1800～2100gCOD/m3·d和350～500gNH3-N/m3·d。且因懸浮載體的高分子效應影響，可創造出適宜高效微生物生存的微環境，提高微生物的耐受性，抗衝擊能力是傳統工藝的2倍以上，還能實現快速、高效、穩定的處理效果。汙水處理模塊啟動3天後，即可實現設備出水穩定達標，且進水水質有一定波動時，出水也可穩定達標，因採用純膜法，汙泥產量佔傳統工藝的一半左右，降低後續汙泥處理處置費用。

固化高效微生物膜處理方法為：通過汙水管進入固化高效微生物膜水處理模塊的預沉區，進行汙水中大顆粒懸浮物的沉降，降低後續處理的負荷；然後汙水進入固化高效微生物膜區進行氨氮\COD\總氮等的分段去除，且不同的區段之間設置回流，回流比為300～400％。處理後的汙水進入後處理區進行進一步的處理、消毒等，然後出水達一級A排放。固化高效微生物膜水處理模塊的COD和氨氮的去除率都在90％以上，汙泥產率係數為0.25。

實施例2(劣五類的河道水)：

本實施例提供了一種固化高效微生物膜汙水處理設備，進出水水質如下表2所示，汙水處理模塊為一體式箱體結構，包括依次相互連通的預處理區、固化高效微生物膜區、固液分離區和設備操作區，具體見圖4。

表2示出固化高效微生物膜微汙染水處理模塊的進出水水質表。

表2

進水為某河道的微汙染水，微汙染水首先由泵抽吸進入預沉區，實現汙水中的部分大顆粒懸浮物因重力作用沉入預沉泥鬥，降低對後續處理的影響。然後汙水溢流進入固化高效微生物膜區域，固化高效微生物膜區分割為5個小格，不同的隔斷之間通過攔截篩網連接，為防止短流，均採用下進上出的方式。固化高效微生物膜區的5個小格中都投加已固定、誘導、篩選、馴化和富集特異性菌群的生物活性高分子懸浮載體，但每格中投加的固化高效微生物不同，搭配為固化高效反硝化微生物膜區—固化高效硝化微生物膜區—固化高效硝化微生物膜區—固化高效反硝化微生物膜區—固化高效硝化微生物膜區，在不同的區段實現快速去除汙染物質的目的，總停留時間5h。為去除總氮，在固化高效微生物膜III和固化高效微生物膜I之間設置回流系統。

固化高效微生物膜汙水處理模塊的工藝簡單，基本無需檢修和維護，設備的運行穩定性高，處理模塊內投加的活性高分子懸浮載體已固化高效微生物，活性高分子懸浮載體的填充率為25～40％，可分段強化不同汙染物質的去除，所以設備的處理負荷很高，可高達1500～1800gCOD/m3·d和100～350gNH3-N/m3·d。且因懸浮載體的高分子效應影響，可創造出適宜高效微生物生存的微環境，提高微生物的耐受性，抗衝擊能力是傳統工藝的3倍以上，還能實現快速、高效、穩定的處理效果。汙水處理模塊啟動1天後，即可實現設備出水穩定達標，且進水水質有一定波動時，出水也可穩定達標，因採用純膜法，汙泥產率僅為0.1，汙泥產量佔傳統工藝1/3左右，汙水處理模塊的能耗低，噸水電耗為0.32度。

固化高效微生物膜處理方法為：通過進水管進入固化高效微生物膜水處理模塊的預處理區，進行大顆粒懸浮物的沉降，降低後續處理的負荷；然後微汙染水進入固化高效微生物膜區進行氨氮\COD\總氮等的分段去除，且不同的區段之間設置回流，回流比為150％。處理後的水進入後處理區進行進一步的處理、消毒等，然後達標排放。