生態敏感區汙水處理方法及系統的製作方法

2023-07-19 15:41:26 1

專利名稱：生態敏感區汙水處理方法及系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於生態敏感區的生活汙水與餐飲廢水處理的一體化 MBR(Membrane Bioreactor，膜生物反應器)處理方法及系統。
背景技術：
生態敏感區是指沙塵暴源區、荒漠中的綠洲、嚴重缺水地區、珍稀動植物棲息地或 特殊生態系統、天然林、熱帶雨林、紅樹林、珊瑚礁、魚蝦產卵場、重要溼地和天然漁場等。生 態敏感區水資源珍貴，用以維持特殊物種的生存。在這些區域，對排放汙水的水質要求高或 者要求零排放，而且水資源緊張，汙水再生回應用的需求明顯。因此防止汙水對排放水資源 的汙染在保護生態敏感區的工程中尤為重要。在這些區域中，除國家重點保護區等一些強制性禁止住人的地區外，往往以村落 為單位居住著我國部分農民，而我國的農村排汙體制還不健全，除部分經濟發達地區的農 村建設了汙水處理設備外，大部分地區的農村都沒有有效的汙水處理設施，而是直接排放 到周圍的水系中。農村生活汙水中含有大量的有機物及N、P等元素，排入水體會引起水體 中葉綠素a的含量呈現出數量級的上升，導致水體中的藻類大量繁殖，引發富營養化現象， 造成受納水體的水質惡化，嚴重影響生態敏感地區的生態環境。隨著市場經濟的不斷發展 與深入，很多農村地區根據敏感生態區域優越的地理生態環境特點，發展了旅遊業，開發了 農家樂、度假區等形式的娛樂設施。在提高整個農村的經濟發展水平的同時，餐飲廢水的增 加更加快了生態敏感地區的環境汙染。因此，加強生態敏感區域周邊農村的生活汙水的治 理工作刻不容緩。我國農村汙水治理工作尚屬起步階段。由於傳統大範圍城鎮式汙水收集後集中處 理模式不能普遍推廣到農村，尤其對於處於生態敏感的農村地區，對排水水質要求高，而且 水資源緊張，汙水再生回用需求明顯。因此可以採取一定區域範圍內收集，建設分散式汙水 處理站實現汙水處理後達標排放或回用。目前農村汙水分散治理主要採用人工溼地處理系統、接觸氧化工藝、生物濾池、 SBR(Sequencing Batch Reactor Activated Sludge，序批式活性汙泥法)等工藝。人工溼 地儘管具有良好的景觀效果，但是也存在很多缺點其建設佔用耗費了大量的土地面積，這 對於我國土地資源匱乏的國情有著不可忽視的影響；人工溼地建設的開挖量大，對環境的 影響較大，尤其是對工程建設區域的復耕具有非常重大而長遠的影響；人工溼地的管理體 制不完善，以至於人工溼地在建成後很多都成為了當地政府的一個累贅。接觸氧化工藝對 水質有較高的容積負荷，對水質水量變化有較好的適應能力，同時汙泥產生量較少，缺點是 池內填料間的生物膜有時會出現堵塞現象，後續管理不方便，在農村地區基本無專業的從 事汙水治理的管理人員，則無法進行相關問題的處理，最終導致汙水處理不達標的現象發 生。生物濾池處理效果好，運行穩定，易於管理，節省能源，但是佔地面積大，濾料容易堵塞， 容易產生臭味和濾池蠅，惡化環境衛生。SBR適用於分散處理汙水，其工藝流程簡單、處理效 果穩定、佔地面積小、耐衝擊負荷強及具有脫氮除磷能力等優點，但是在農村這種沒有較高環保意識的地區，對反應器的開啟運行，農民往往不夠在意，也影響最終的汙水處理效果。現有的MBR處理系統主要針對城鎮汙水的處理，鑑於城鎮汙水與農村汙水特徵有 明顯的不同，利用相關的設計運行數據來指導農村汙水處理系統建設往往是不合理的，需 要調研分析農村排水的地域特點、收集方式與汙水水量與水質變化等情況，得出結合農村 生活習慣的基礎數據，最終確定處理系統的參數設計。我國目前還沒有結合生態敏感地域 農村汙水的處理特點的一體化MBR處理系統的設計參數以及運行參數。在這些區域，農村 汙水處理後排放標準嚴格，或不允許有汙水排放，要求汙水處理系統運行穩定，因此，研究 MBR單項處理技術用於農村汙水處理的相關參數，能夠保證這些環境敏感區域的汙水處理 效果。另外，在我國東部經濟發達地區的農村，可以推廣MBR汙水處理技術，進行小型化、分 散式、庭院汙水處理。

發明內容
本發明的目的是針對現有技術中存在的缺陷和不足，提供一種主要用於處理生態 敏感區的生活汙水的系統。為達到上述目的，本發明提供了一種生態敏感區汙水處理方法，包括步驟Si，預處理使用入口設置有機械粗格柵的集水井去除汙水中較大的懸浮物，之後 汙水進入預處理池，設置在預處理池入口的粗格柵用來進一步去除汙水中的懸浮物，然後 採用隔油池去除汙水中的浮油和重油，最後汙水進入調節池進行處理；S2，生物處理及汙泥處理預處理後的汙水進入厭氧池，在厭氧池中同來自缺氧池 的回流混合液混合；厭氧池出水與來自膜池的回流混合液混合進入缺氧池；缺氧池出水進 入好氧池，以同時實現混合液與汙泥回流；好氧池出水進入膜池，在膜池的負壓條件下完成 過濾處理。其中，汙水在集水井中的停留時間為1 2小時。其中，所述機械粗格柵的柵條間距為20mm ；所述粗格柵的柵條間距為5mm ；在調節 池和厭氧池之間設置細格柵，其柵條間距為0. 5mm。其中，汙水在隔油池中的停留時間為2 4小時，且隔油池內設置帶式撇油器。其中，汙水在調節池中的停留時間為8 16小時，且在調節池內設置攪拌機或在 其底部布置穿孔管用於曝氣。其中，汙水在厭氧池中的處理時間為2 4小時；在缺氧池中的處理時間為2 4 小時；在好氧池中的處理時間為3 5小時，泥齡為15-25d ；在好氧池內設置微孔曝氣頭， 以便向好氧池供氧，微孔曝氣頭孔徑為<2 215，好氧池內的氣水比為8 1。其中，所述膜池為膜生物反應器，汙水在所述膜生物反應器中的處理時間為3 5 小時，其中的汙泥濃度為2000 5000mg/L、氣水比為20 30 1、混合液回流比為500 150% ；膜生物反應器的自吸泵運行時間為運行13min，停止2min，其鼓風機的切換時間為8 小時、膜通量為10 20L/m2h。本發明還提供了一種生態敏感區汙水處理系統，包括依次連接的集水井、預處理 池、厭氧池、缺氧池、好氧池和膜池，從集水井來的汙水經過預處理池處理之後調節池，然後 進入厭氧池，在厭氧池中汙水同來自缺氧池的回流混合液相混合；厭氧池出水與來自膜池 的回流混合液混合進入缺氧池；缺氧池出水進入好氧池；好氧池出水進入膜池，在膜池中
其中，還包括機械粗格柵，其位於所述集水井的入口處；還包括粗格柵，其位於所 述預處理池的入口處；還包括細格柵，其位於所述調節池和厭氧池之間。其中，所述膜池為膜生物反應器MBR，其包括膜組件、穿孔曝氣管、出水系統、反洗 系統、清洗系統、吹掃系統以及吊裝系統，所述膜組件位於所述穿孔曝氣管正上方，所述吹 掃系統設置在所述膜組件的下方。其中，該系統還包括可編程邏輯控制器系統，其用於調節汙水在調節池中的停留 時間、調節設置於調節池和厭氧池之間的提升泵的流量，並調節分別設置於好氧池和膜池 內的風機的運行時間與風量。其中，所述調節池內設置用於監測水位的在線液位計。該系統的特點包括1)本發明的系統主要用於農村汙水與餐飲廢水處理，能夠滿足對汙水中C0D， BOD, TN, TP以及油類的高效去除，出水滿足一級A排放要求的同時，也可回用水源，同時達 到環境保護與節約水資源的目標；2)採用從膜池回流混合液，同時實現混合液與汙泥回流，減少汙泥回流環節，使得 系統更易操作控制，並減少了汙泥回流泵，減少投資與運行費用；3)針對農村汙水以及餐飲廢水水量波動大的特點，採用了優化的控制系統，在調 節池設置在線液位計，監測調節池水位並通過PLC (Programmable Logic Control，可編程 邏輯控制器)系統調節汙水置於調節池內的時間與提升泵流量、調節好氧池與膜池內風機 的運行時間與風量，實現系統運行參數以及系統能耗隨水量日變化以及淡旺季節變化而調 節，在保證處理效果基礎上達到節能降耗；4)採用合理的預處理，如多級細格柵與精細格柵，以及優化的運行條件，如組合式 曝氣、氣體吹掃與優化的曝氣量，間歇出水等實現膜在生物反應池中通過曝氣與間歇出水 等的自清潔，從而減輕膜在運行中的汙染程度，減少膜清洗頻率，保證膜系統水通量，延長 膜使用壽命，降低運行費用。5)處理系統採用合理高程設計，儘可能利用重力流，減少汙水提升，大部分處理設 施可置於地下，地上可進行綠化，滿足景觀要求。而且系統設施均便於維護。6)膜區設置MBR膜組件系統及配套的出水、反洗、清洗、吹掃、吊裝等系統。所處膜 組件位於所述穿孔曝氣管正上方。膜組件下部設置專用的吹掃系統，吹掃抖動膜元件，以延 緩膜元件周邊的汙泥濃度累積。綜上，上述技術方案具有如下優點採用厭氧_缺氧_好氧聯用技術，具有較高的 處理效率和穩定處理效果，尤其適用於生態敏感區中的農村的生活汙水與餐飲廢水處理。


圖1是本發明實施例的方法的流程圖；圖2是本發明實施例中MBR反應器的結構示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例，對本發明的具體實施方式
作進一步詳細描述。以下實施
6例用於說明本發明，但不用來限制本發明的範圍。圖1是本發明實施例的方法流程圖。該方法主要處理生態敏感區的餐飲水、衝廁 黑水和雜排水的混合水，其中衝廁黑水需要全部經過三格式化糞池停留24小時後再納管。 汙水經汙水管道收集匯流至汙水站，依次經過預處理、生物處理和汙泥處理。本發明處理實施例的方法在處理汙水時，包括預處理，生物處理和汙泥處理。適用 處理水量範圍為5 1，000t/d。具體來說，汙水首先進入預處理段，依次經過集水井1、預處理池2和調節池3。預 處理的作用主要是截留生活汙水中的大部分懸浮物質，以及去除水中的油脂，確保後續的 生物處理單元正常進行。其中，機械粗格柵置於集水井入口，作用是去除水中較大的懸浮 物，截留生活汙水中較大的塑料、樹枝等懸浮物，去除一部分非溶解性的有機物。之後汙水 進入預處理池，在預處理池入口的粗格柵(第二道粗格柵)用來進一步去除水中的懸浮物， 之後採用帶有撇油器的隔油池去除汙水中的浮油和重油，最後汙水進入調節池。第三道細 格柵置於調節池與厭氧池之間，主要確保膜生物反應器的正常運行。調節池出水口處還設 置提升泵池，而細格柵安放在厭氧池的壁內，並設置提升導軌，定期將細格柵提升至地面進 行清理。為了保證膜生物反應器的正常運行，必須將各種纖維、渣物、廢紙等雜物攔截在系 統之外，因此，利用細格柵去除廢水中較小的懸浮物。調節池出水進入AAO-MBR —體化生物反應器(包括AAO及一體化MBR反應器)。 其中AAO包括缺氧池、厭氧池和好氧池。預處理後的汙水進入厭氧池4，在這裡，汙水同來自缺氧池5的回流混合液相混 合，回流比為50%。在厭氧條件下，汙水裡的聚磷菌體內的ATP進行水解，放出H3PO4和能 量，形成ADP，維持自身生長。汙泥中的磷在厭氧條件下得到有效的釋放，為好氧條件汙泥對 磷的大量吸收做準備。由於缺氧池的回流汙泥與進水混合，使飢餓高效的活性汙泥快速吸 附原水中的溶解性有機物，並對難降解的有機物起到良好的水解作用。同時，部分NH3-N因 細胞的合成得以去除，汙水中的NH3-N濃度下降、BOD濃度下降。厭氧池4出水與來自膜池7的回流混合液混合進入缺氧池5，在這裡完成TN的去 除，並保證生物池內的汙泥濃度。厭氧池4出水進入缺氧池5，同時進入的還有膜池7的回 流汙泥，混合液回流比為50% -150%。缺氧池5的首要功能是脫氮，在此反應器中，在缺氧 的條件下，反硝化菌利用汙水中的有機物作碳源，將膜池7回流汙泥中帶入的大量硝態氮 和亞硝態氮還原為N2並釋放到空氣中，BOD5濃度繼續下降，硝態氮濃度也大幅度下降。缺氧池5的出水進入好氧(曝氣)池6，在這裡完成BOD5的去除和氨氮的硝化。在 曝氣階段利用生物池中大量繁殖的活性汙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、磷有機汙染物質，以達到淨化水質的目的。好氧池6出水進入膜池7，膜塊浸沒在混合液中，在滲透(出水)泵產生的負壓條 件下，水穿過膜而完成過濾處理。膜池7取代了二沉池懸浮物與液體分離和顆粒濾料濾池 的功能。其中，膜生物反應器(MBR)是把膜技術與汙水處理中的生化反應結合起來的一項 新技術，目前在世界範圍內得到越來越廣泛地應用。膜池7利用膜對生化反應池內的含泥 汙水進行過濾，實現泥水分離，膜池7出水進入清水池8。一方面，膜截留了反應池中的微生 物，使池中的活性汙泥濃度大大增加，達到很高的水平，使降解汙水的生化反應進行得更 迅速更徹底，另一方面，由於膜的高過濾精度，保證了出水清澈透明，得到高質量的產水。
膜組件選用設計通量10_20L/m2 · h，鼓風機每8小時切換一次，自吸泵工作13分 鐘停2分鐘。MBR膜區內的吹掃(曝氣)有兩個用途，一是用於膜組件周圍的氣水振蕩，保 持膜表面清潔，二是也可為有機物的進一步降解提供所需要的氧氣。生物降解後的水在濾 液自吸泵的抽提作用下通過MBR膜組件，濾過液經由MBR集水管匯集送到臭氧緩衝接觸池。 通過膜的高效截留作用，全部細菌及懸浮物均被截流在曝氣池中，可以有效截留硝化菌，使 硝化反應順利進行，有效去除氨氮；同時可以截留難於降解的大分子有機物，延長其在反應 器中的停留時間，使之得到最大限度的降解。需要說明的是，本方法所採用的系統中不設置初沉池，因為雖然初沉池可有效的 去除SS、BOD5,降低二級生物處理的工程費和運行費，但由於農村汙水的進水濃度較低，而 最終的處理程度是要達到除磷脫氮，為保證生物除磷脫氮C N及C P的基本比值需要， 因此本系統中不設置初沉池。該方法防止減輕膜汙染的工藝設計如下1)膜池設置MBR膜組件系統及配套的出水、反洗、清洗、吹掃、吊裝等系統。所述膜 組件位於穿孔曝氣管正上方。膜組件下部設置專用的吹掃系統，吹掃抖動膜元件，以延緩膜 元件周邊的汙泥濃度累積。剩餘汙泥通過剩餘汙泥泵定期排出，可控制系統內活性汙泥的 濃度及汙泥齡。2)採用多級粗細格柵，保證預處理效果。3)基於上述設計，通過組合曝氣、曝氣時間曝氣量與間歇時間的控制、自吸泵運行 與間歇時間控制、減輕膜在運行中的汙染程度，減少膜清洗頻率，保證膜系統水通量，延長 膜使用壽命，降低運行費用。由以上實施例可以看出，本發明實施例的方法主要採用MBR技術處理生態敏感區 的生活汙水，採用厭氧_缺氧_好氧-MBR聯用技術，具有較高的處理效率和穩定處理效 果。實驗表明，在進水COD為400mg/L, NH4+_N為40mg/L, SS為200mg/L,總磷為6mg/L,總 氮為55mg/L的條件下，MBR反應器出水COD為14mg/L，氨氮為0. 38mg/L，懸浮物為10mg/L， 總氮為5. 34mg/L,總磷為0. 484mg/L,出水水質可達到《城鎮汙水處理廠汙染物排放標準》 (GB18918-2002)中一級 A 標準。該方法適合處理的汙水水質的各指標如表1所示表 1 汙水經本方法處理後，出水可以達到表2所示的水質，滿足《城鎮汙水處理廠汙染 物排放標準》(GB18918-2002)中一級A排放標準。另外，該方法出水經消毒後可以滿足《汙水再生利用工程設計規範》(GB/T 50335-2002)中的標準，回用於綠化、衝廁、洗車以及景觀 用水等。表2 本發明還提供了一種生態敏感區汙水處理系統，包括依次連接的集水井、預處理 池、厭氧池、缺氧池、好氧池和膜池，從集水井來的汙水經過預處理池處理之後調節池，然後 進入厭氧池，在厭氧池中汙水同來自缺氧池的回流混合液相混合；厭氧池出水與來自膜池 的回流混合液混合進入缺氧池；缺氧池出水進入好氧池；好氧池出水進入膜池，在膜池中 完成過濾處理。該系統的各個組成部分之間的連接關係及使用的工藝參數如前所述。在本 實施例中，該系統還設置PLC系統，其用於調節汙水在調節池中的停留時間、調節設置於調 節池和厭氧池之間的提升泵的流量，並調節分別設置於好氧池和膜池內的風機的運行時間 與風量。所述調節池內還設置用於監測水位的在線液位計。進行上述實驗時，該系統的運行費用約為1元/噸水。以上所述僅是本發明的實施方式，應當指出，對於本技術領域的普通技術人員來 說，在不脫離本發明技術原理的前提下，還可以做出若干改進和變型，這些改進和變型也應 視為本發明的保護範圍。
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權利要求
一種生態敏感區汙水處理方法，其特徵在於，包括步驟S1，預處理使用入口設置有機械粗格柵的集水井(1)去除汙水中較大的懸浮物，之後汙水進入預處理池(2)，設置在預處理池(2)入口的粗格柵進一步去除汙水中的懸浮物，然後採用隔油池去除汙水中的動植物油和礦物油，最後汙水進入調節池(3)進行處理；S2，生物處理及汙泥處理預處理後的汙水進入厭氧池(4)，在厭氧池(4)中同來自缺氧池(5)的回流混合液混合；厭氧池(4)出水與來自膜池(7)的回流混合液混合進入缺氧池(5)，同時實現混合液與汙泥回流，缺氧池(5)出水進入好氧池(6)；好氧池(6)出水進入膜池(7)，在膜池(7)完成生物降解以及負壓條件下的過濾處理。
2.如權利要求1所述的生態敏感區汙水處理方法，其特徵在於，汙水在集水井中的停 留時間為1 2小時；汙水在隔油池中的停留時間為2 4小時，且隔油池內設置帶式撇油 器；汙水在調節池中的停留時間為8 16小時，且在調節池內設置攪拌機或在其底部布置 穿孔管用於曝氣。
3.如權利要求1所述的生態敏感區汙水處理方法，其特徵在於，所述機械粗格柵的柵 條間距為20mm ；所述粗格柵的柵條間距為5mm ；在調節池(3)和厭氧池(4)之間設置細格 柵，其柵條間距為0. 5mm。
4.如權利要求1所述的生態敏感區汙水處理方法，其特徵在於，汙水在厭氧池中的處 理時間為2 4小時；在缺氧池中的處理時間為2 4小時；在好氧池中的處理時間為3 5小時，泥齡為15-25d ；在好氧池內設置微孔曝氣頭，以便向好氧池供氧，微孔曝氣頭孔徑 為<2 215，好氧池內的氣水比為8 1。
5.如權利要求1 4之任一項所述的生態敏感區汙水處理方法，其特徵在於，所述膜 池為膜生物反應器，汙水在所述膜生物反應器中的處理時間為3 5小時，其中的汙泥濃度 為2000 5000mg/L、氣水比為20 30 1、混合液回流比為500 150% ；膜生物反應器 的自吸泵運行時間為運行13min，停止2min，其鼓風機的切換時間為8小時、膜通量為10 20L/m2ho
6.一種生態敏感區汙水處理系統，其特徵在於，包括依次連接的集水井(1)、預處理 池(2)、厭氧池(4)、缺氧池(5)、好氧池(6)和膜池(7)，從集水井(1)來的汙水經過預處理 池(2)處理之後調節池，然後進入厭氧池(4)，在厭氧池(4)中汙水同來自缺氧池(5)的回 流混合液相混合；厭氧池(4)出水與來自膜池(7)的回流混合液混合進入缺氧池(5)；缺氧 池(5)出水進入好氧池(6)；好氧池(6)出水進入膜池，在膜池(7)中完成過濾處理。
7.如權利要求6所述的生態敏感區汙水處理系統，其特徵在於，還包括機械粗格柵，其 位於所述集水井(1)的入口處；還包括粗格柵，其位於所述預處理池(2)的入口處；還包括 細格柵，其位於所述調節池(3)和厭氧池(4)之間。
8.如權利要求6所述的生態敏感區汙水處理系統，其特徵在於，所述膜池(7)為膜生物 反應器MBR，其包括膜組件、穿孔曝氣管、出水系統、反洗系統、清洗系統、吹掃系統以及吊裝 系統，所述膜組件位於所述穿孔曝氣管正上方，所述吹掃系統設置在所述膜組件的下方。
9.如權利要求6所述的生態敏感區汙水處理系統，其特徵在於，還包括可編程邏輯控 制器系統，其用於調節汙水在調節池(3)中的停留時間、調節設置於調節池(3)和厭氧池 (4)之間的提升泵的流量，並調節分別設置於好氧池(6)和膜池(7)內的風機的運行時間與 風量。2
10.如權利要求6 9之任一項所述的生態敏感區汙水處理系統，其特徵在於，所述調 節池(3)內設置用於監測水位的在線液位計。
全文摘要
本發明公開了一種生態敏感區汙水處理方法及系統。該方法包括用入口設有機械粗格柵的集水井去除汙水中較大懸浮物，然後進入預處理池，粗格柵進一步去除懸浮物，然後隔油池去除動植物油與礦物油，最後進入調節池進行水量水質均衡；預處理後的汙水進入厭氧池，同來自缺氧池的回流混合液混合；厭氧池出水與來自膜池的回流混合液混合進入缺氧池，然後出水進入好氧池；好氧池出水進入膜池，完成生物降解後通過膜過濾處理出水。本發明採用厭氧-缺氧-好氧-MBR聯用，有較高的處理效率和穩定性，滿足對汙水中COD，BOD，TN，TP及油類的高效去除，出水滿足一級A排放要求，也作為回用水源、環保、節約水資源，尤其適用於生態敏感區的農村生活汙水與餐飲廢水處理。
文檔編號C02F3/30GK101928096SQ20091024357
公開日2010年12月29日 申請日期2009年12月28日 優先權日2009年12月28日
發明者付宏祥, 汪誠文, 王欣, 趙雪峰 申請人:清華大學