一種粉末活性炭‑平板MBR汙水深度處理裝置的製作方法
2023-05-26 12:40:41
本實用新型具體涉及一種粉末活性炭-平板MBR汙水深度處理裝置，屬於汙水處理領域。
背景技術：
我國是一個水資源短缺的國家，人均佔有水資源量不足2200立方米，約為世界平均水平的30%，同時，我國還承受著水汙染這一嚴峻的考驗。雖然黨中央、國務院高度重視環保問題，我國水汙染防治形勢十分嚴峻。2015年4月，國務院向社會發布《水汙染防治行動計劃》（即「水十條」），對我國水汙染防治工作提出了新的要求和工作目標。目前，已有多個地區為深入貫徹「水十條」，實現汙染物減排和水環境質量改善，根據受納水體環境質量要求，頒布了強制性地方標準，將城鎮汙水處理廠排放標準提高到地表水IV類水體標準。因此，根據「水十條」要求與目標，未來幾年，越來越多的城鎮汙水處理廠執行更高的排放標準。我國有5000多座汙水處理廠，據相關人士統計，其中將近50%的汙水處理廠執行一級B標準，25%的汙水處理廠執行一級A標準，汙水處理廠提標改造的市場容量巨大。
目前，城鎮汙水處理廠二級出水中COD大部分是難生物降解的有機物，不易生物降解，C/N比較低，不利於脫氮除磷，因此，用於城鎮汙水處理廠升級改造的工藝路線均不太理想，出水水質不能穩定達標。針對日益提高的水質標準，提出一種用於汙水處理廠升級改造、能夠達到地表水IV類水體標準的汙水深度處理工藝迫在眉睫。膜生物反應器是一種將膜技術與生物技術有機結合的新型汙水處理工藝，但若將其應用於城鎮汙水處理廠二級出水的深度處理，還需對其技術進行進一步的改進，提高出水水質的穩定性和高效性。
技術實現要素：
本實用新型目的在於提供一種粉末活性炭-平板MBR汙水深度處理裝置，旨在解決上述背景技術問題。本實用新型克服了現存的技術問題，將粉末活性炭與膜生物反應器聯用，提出一種新型高效的MBR工藝，將其應用於城市汙水處理廠二級出水的深度處理，實現出水水質達到《地表水環境質量標準》Ⅳ類水體標準，為工程設計和工程實踐提供指導。
本實用新型的技術方案是通過如下方式實現的：一種粉末活性炭-平板MBR汙水深度處理裝置，設有進水泵、格柵、緩衝池、膜池、出水泵、鼓風機和PLC控制櫃；所述緩衝池中設有提升泵、潛水攪拌器和液位傳感器；所述膜池中設有平板膜組件、曝氣裝置、溶解氧傳感器和回流管；膜組件出水口上設有壓力傳感器；
特別地，所述進水泵出水口與格柵進水口相連；
特別地，所述格柵出水口與緩衝池相連；特別地，所述提升泵出水口與膜池相連；
特別地，所述平板膜組件出水管通過壓力傳感器與出水泵進水口相連；
特別地，所述膜池通過回流管將泥水混合液回流至緩衝池；
特別地，所述鼓風機與曝氣裝置相連；
特別地，所述進水泵、格柵、出水泵、鼓風機、提升泵、潛水攪拌器、液位傳感器、溶解氧傳感器和壓力傳感器與PLC控制櫃相連；
特別地，所述緩衝池和膜池中汙泥濃度（含粉末活性炭）控制在5000~6000mg/L，所述汙水深度處理裝置中投加200目粉末活性炭量為1g/L。
利用所述粉末活性炭-平板MBR汙水深度處理裝置處理汙水的方法，其特徵在於，具體運行步驟如下：
（1）啟動系統：將城鎮汙水處理廠含有硝化菌的剩餘汙泥投入緩衝池和膜池，汙泥濃度控制在4000~5000mg/L，加入待處理的汙水，投入適當的外部碳源，曝氣24h後，增強活性汙泥微生物活性；曝氣24h後，活性汙泥恢復活性後，在緩衝池和膜池中一次性投入1g/L的200目粉末活性炭，然後系統連續運行。
（2）運行控制：
I：裝置連續運行，PLC控制櫃控制裝置啟動，啟動時，緩衝池中潛水攪拌器和提升泵開始啟動，連續運行；鼓風機即開始運行，連續曝氣；出水泵間歇運行，開、停時間分別設置為9min和1min；
II：緩衝池中設有液位傳感器，用於測定緩衝池中的液位並傳輸給PLC控制櫃，PLC控制櫃中對緩衝池中液位分別設置高液位、中液位和低液位，當緩衝池中液位低於中液位，進水泵和格柵同時啟動，開始進水；當緩衝池中液位達到高液位，進水泵和格柵同時停止運行，停止進水；
III：當運行異常時，PLC控制櫃控制下裝置進入保護狀態，此時進水泵、格柵、潛水攪拌器、提升泵、出水泵均停止運行，鼓風機仍處於開啟狀態，連續曝氣；當緩衝池中液位低於低液位時，系統進入保護狀態；溶解氧傳感器測定膜池中溶解氧濃度，並將測定值輸入給PLC控制櫃，當溶解氧濃度異常時，系統進入保護狀態；壓力傳感器測定跨膜壓差，當跨膜壓差大於PLC控制櫃中設定數值時，系統進入保護狀態。
（3）待處理城鎮汙水處理廠二級出水，通過進水泵、格柵進入緩衝池，膜池溢流的含有粉末活性炭的硝化混合液通過回流管回流到緩衝池，回流率控制在200~300%，緩衝池的水力停留時間為1h，緩衝池主要作用是控制進水，對進水的水質水量進行緩衝，同時，因為是不供氧氣的，也可以實現部分反硝化功能，裝置中活性炭對通過吸附去除一定量的有機物。
（4）緩衝池中提升泵將緩衝池中混合液提升至膜池，鼓風機通過曝氣裝置向膜池提供氧氣，氣水比控制在（20-30）:1，曝氣目的一方面是提供汙染物降解所需氧氣，另一方面有利於減少膜汙染；活性炭上吸附的硝化菌和懸浮的活性汙泥中硝化菌對氨氮進行硝化；通過活性炭吸附作用和活性汙泥中微生物生物降解作用對難降解有機物進一步降解。
（5）平板膜組件對膜池中混合液進行泥水分離，膜通量為12-25L/m2.h，壓力傳感器測定跨膜壓差，並將數據傳輸給PLC控制櫃，數據異常時，系統進入保護狀態。
一種粉末活性炭-平板MBR汙水深度處理裝置，其特徵在於，裝置中投加一定量的粉末活性炭，一方麵粉末活性炭通過自身吸附作用，去除難降解有機物，另一方面利用活性炭多孔結構，為活性汙泥中微生物提供附著場所，提高微生物濃度，有效的提高了有機物和氨氮的去除率；膜池較大的氣水比，將活性汙泥部分分解，為反硝化提供了必要的碳源，粉末活性炭內部形成的缺氧環境，為反硝化提供了缺氧環境，因此，通過同步硝化反硝化作用實現脫氮，總氮去除率較高。
通過採用前述技術方案，本實用新型具有的優勢和積極效果：
（1）本實用新型將將粉末活性炭與膜生物反應器聯用，一方面，通過活性炭吸附作用，對小分子難降解有機汙染物進行有效吸附，對COD的去除率進一步提高；另一方面，活性炭具有多孔結構，有利於活性汙泥中微生物的聚集，提高了微生物濃度，有利於硝化菌生長，強化了硝化作用，提高了氨氮去除效果，因此，出水COD、氨氮濃度能夠穩定達到《地表水環境質量標準》IV類水體標準限制；
（2）本實用新型中投加粉末活性炭，在活性炭多孔結構內部形成缺氧環境，膜池較大的氣水比，使得活性汙泥部分分解提供了反硝化所需的碳源，因此，在本實用新型裝置中，硝化作用生成的硝態氮可以通過同步硝化反硝化作用而去除，出水中總氮濃度可以穩定達到《汙水綜合排放標準》一級A總氮限值。
（3）本實用新型設置緩衝池，有利於對進水水質水量的調節，提高了抗水力衝擊負荷能力。同時，本實用新型採用膜組件對活性汙泥和出水進行分離，替代二沉池，節省佔地面積，剩餘汙泥少，運行成本較低，自動化程度高，操作靈活。
本實用新型所述裝置可廣泛應用於城鎮汙水處理廠二級出水的深度處理，特別適用於汙水處理廠的提標升級改造。
附圖說明
圖1 為實用新型裝置示意圖。
圖中：1-進水泵，2-格柵，3-緩衝池，4-膜池，5-出水泵，6-鼓風機，7-提升泵，8-潛水攪拌器，9-液位傳感器，10-平板膜組件，11-曝氣裝置，12-溶解氧傳感器，13-回流管，14-壓力傳感器，15-PLC控制櫃。
具體實施方式
下面結合附圖1和實施例對本實用新型作進一步說明。
如圖1所示，一種粉末活性炭-平板MBR汙水深度處理裝置，其特徵在於，設有進水泵1、格柵2、緩衝池3、膜池4、出水泵5、鼓風機6和PLC控制櫃15；所述緩衝池3中設有提升泵7、潛水攪拌器8和液位傳感器9；所述膜池4中設有平板膜組件10、曝氣裝置11、溶解氧傳感器12和回流管13；膜組件出水口上設有壓力傳感器14；進水泵1出水口與格柵2進水口相連；格柵2出水口與緩衝池3相連；提升泵7出水口與膜池4相連；平板膜組件10出水管通過壓力傳感器14與出水泵5進水口相連；膜池4通過回流管13將泥水混合液回流至緩衝池3；鼓風機6與曝氣裝置11相連；進水泵1、格柵2、出水泵5、鼓風機6、提升泵7、潛水攪拌器8、液位傳感器9、溶解氧傳感器12和壓力傳感器14與PLC控制櫃15相連。
一種粉末活性炭-平板MBR汙水深度處理裝置，具體運行步驟為：
（1）啟動系統：將城鎮汙水處理廠含有硝化菌的剩餘汙泥投入緩衝池和膜池，汙泥濃度控制在4000~5000mg/L，加入待處理的汙水，投入適當的外部碳源，曝氣24h後，增強活性汙泥微生物活性；曝氣24h後，活性汙泥恢復活性後，在緩衝池和膜池中一次性投入1g/L的200目粉末活性炭，然後系統連續運行。
（2）運行控制：
I：裝置連續運行，PLC控制櫃控制裝置啟動，啟動時，緩衝池中潛水攪拌器和提升泵開始啟動，連續運行；鼓風機即開始運行，連續曝氣；出水泵間歇運行，開、停時間分別設置為9min和1min；
II：緩衝池中設有液位傳感器，用於測定緩衝池中的液位並傳輸給PLC控制櫃，PLC控制櫃中對緩衝池中液位分別設置高液位、中液位和低液位，當緩衝池中液位低於中液位，進水泵和格柵同時啟動，開始進水；當緩衝池中液位達到高液位，進水泵和格柵同時停止運行，停止進水；
III：當運行異常時，PLC控制櫃控制下裝置進入保護狀態，此時進水泵、格柵、潛水攪拌器、提升泵、出水泵均停止運行，鼓風機仍處於開啟狀態，連續曝氣；當緩衝池中液位低於低液位時，系統進入保護狀態；溶解氧傳感器測定膜池中溶解氧濃度，並將測定值輸入給PLC控制櫃，當溶解氧濃度異常時，系統進入保護狀態；壓力傳感器測定跨膜壓差，當跨膜壓差大於PLC控制櫃中設定數值時，系統進入保護狀態。
（3）待處理城鎮汙水處理廠二級出水，通過進水泵、格柵進入緩衝池，膜池溢流的含有粉末活性炭的硝化混合液通過回流管回流到緩衝池，回流率控制在200~300%，緩衝池的水力停留時間約為1h，緩衝池主要作用是控制進水，對進水的水質水量進行緩衝，同時，因為是不供氧氣的，也可以實現部分反硝化功能，裝置中活性炭對通過吸附去除一定量的有機物。
（4）緩衝池中提升泵將緩衝池中混合液提升至膜池，鼓風機通過曝氣裝置向膜池提供氧氣，氣水比控制在（20-30）:1，曝氣目的一方面是提供汙染物降解所需氧氣，另一方面有利於減少膜汙染；活性炭上吸附的硝化菌和懸浮的活性汙泥中硝化菌對氨氮進行硝化；通過活性炭吸附作用和活性汙泥中微生物生物降解作用對難降解有機物進一步降解。
（5）平板膜組件對膜池中混合液進行泥水分離，膜通量為12-25L/m2.h，壓力傳感器測定跨膜壓差，並將數據傳輸給PLC控制櫃，數據異常時，系統進入保護狀態。
下面結合實施例，對本實用新型所述裝置技術方案進一步介紹：
以某市開發區汙水處理廠二沉池出水為試驗原水：pH=6~9，COD=35~115mg/L，NH4-N=0.1~15.3 mg/L，TN=17~26 mg/L。每天取樣分析一次，試驗中採用的方法均是國家環境保護總局發布的標準方法，試驗裝置如圖1所示，為不鏽鋼材質中試裝置，緩衝池3有效容積0.45m3，膜池4有效容積1.36m3，處理水量為5.2~10.9m3/d。採用普通MBR工藝處理後最終出水COD和NH4-N不能穩定達到《地表水環境質量標準》IV類水體標準限值（30mg/L和1.5mg/L），TN濃度不但沒有降低，反而升高；採用本實用新型裝置最終出水，COD平均濃度為10.6mg/L，NH4-N平均濃度僅為0.2mg/L，TN平均濃度為14 mg/L，出水水質COD和NH4-N達到並遠低於《地表水環境質量標準》IV類水體標準，TN低於《城鎮汙水處理廠汙染物排放標準》一級A標準。