申请日2013.11.27
公开(公告)日2014.02.12
IPC分类号C02F3/30; C02F3/00
摘要
本发明公开了一种现有废水处理系统提标改造和中水回用的技术，具体是一种水气流化生物载体膜分离废水深度处理的工艺，本发明是现有污水处理系统出水的深度处理，反应池采用网状填料培育以自养型微生物为主的生物降解体系，反应池通过折流隔板分割为3-11格，最后一格设置浮力式滗水器收集表层水作为出水，出水再进入无机膜分离器过滤，滤出水直接排放或回用，浓缩水回流至反应池第一格再继续进行降解。本发明的优点从微生物学的角度，构建了以自养型菌种为主微生物群体结合膜高效分离的深度处理工艺路线，设计合理、工艺可行、操作简便、占地面积少、运行成本低、净化效果好。
权利要求书
1.一种水气流化生物载体膜分离废水深度处理的方法，其特征在于：
(1)采用易生物吸附、空隙率高、弹性好、韧性强、化学性能稳定的网状填料，该填料空隙率达5ppi，有机负荷高达8.5kgBOD5/(m3·d)，比表面积在18-45m2/g间;该填料显著特征是固定化微生物后载体平均密度与水的密度十分接近，载体在水中呈稳定的悬浮状;该填料为网型宽孔高分子载体，填料在生产过程中进行催化和改性处理，表面带有某些亲水性基团以及氨基、羧基、环氧基等活性基团，能与微生物肽链氨基酸残基链接形成离子键结合或共价键结合，进而将微生物及生物酶固定在载体上，该载体不仅适合真菌、丝状菌和菌胶团等微生物吸附挂膜，还适合多种捕食细菌的原生动物和后生动物，能够形成了具有稳定食物链的微型生态系统，并且污泥产生量很小。基于填料结构形式，反应池内部可同时实现无数个好氧、缺氧和厌氧状态的微小区域，并可在流化状态下相互转换，具有优良的脱氮效果。另外该填料切割气泡能力强，空间体积利用率大、无死区等特点，使用后反应池体有效体积在95%以上。
(2)该工艺采用适应低碱度、低pH值水质且抗负荷波动的特种优势细菌。该类菌种显著特点是以自养型微生物为主，与前端二级处理中起主要作用的异养型菌种不同，该类菌种特点是对BOD5浓度要求低于35mg/l，且越低越好，以防止异养菌菌种成为优势菌种;该反应系统不需要外加碳源。
(3)反应池体上设进水口和出水口，中间设多级折流隔板，将反应池分割为多个部分，排列可为均匀分布或不均匀分布，数量设置在3-11个间，主要作用为提高传质效率，增加污水与载体的接触;折流隔板间设置上拦截网和下拦截网，可将生物填料固定在中间。第一级折流板区域拦截网下方设置穿孔曝气管和回流浓缩水管，池体底部设置污泥收集沟和排泥管。
(4)出水采用过滤精度高、通量大、稳定可靠的无机膜分离器，尤其是采用高通量的碳化硅膜、复合陶瓷膜、不锈钢膜，实现高效分离，从而有效保证高效的脱磷效果。根据出水排放或回用要求，过滤精度选范围在0.05-10μm;采用错流过滤，流速选范围1-5m/s，推荐2m/s;根据进出水量和场地面积，过滤压力选0.1-10MPa，综合占地、投资和能耗间平衡，设计推荐1-3MPa。
(5)采用分离和回流无缝衔接的工艺组合。经无机膜分离器分离的清水直接排放或回用，浓缩水返回至反应池体第一级，通过浓缩水管回流，该设计可大幅延长污水中污染物停留时间，理论上可将反应器有效反应时间延长至无限，解决了氨氮和难降解有机物降解需要较长时间污泥龄和短水力停留时间的矛盾，可充分保证污染物得到降解，在处理高氨氮及总氮和难降解有机物的分解上具有显著优势，同时大幅降低反应器占地面积和容积，显著减少投资。
(6)创造出高效的流化作用，同时实现高效节能曝气。以上作用的实现主要通过两个设置来完成：一是曝气采用易维护、成本低、水头损失小、扰动大的穿孔曝气管，所产生的气泡能够充分扰动填料层，实现流化效果，同时气泡被网状填料切割成细小气泡，增加了氧的利用率，可减小曝气量;二是池体出水采用集水面积大的可调浮力滗水器，主要收集池体表层水。由于大气氧分压的存在，表层水中超饱和富氧水含量高，经收集和膜分离后直接通过布水管回流至反应池，在实现回流冲刷的同时，增大水体溶解氧量，进一步减少曝气量。
2.根据权利要求1所述的一种水气流化生物载体膜分离废水深度处理的方法，其特征在于将曝气生物流化池与无机膜分离进行结合，实现延长反应时间和高效分离的新工艺。
3.根据权利要求1所述的一种水气流化生物载体膜分离废水深度处理的方法，其特征在于采用高空隙、易微生物附着、在水中呈悬浮态的网状填料。
4.根据权利要求1所述的一种水气流化生物载体膜分离废水深度处理的方法，其特征在于采用自养型菌种微生物为主的生物降解体系。
5.根据权利要求1所述的一种水气流化生物载体膜分离废水深度处理的方法，其特征在于采用无机膜分离器，实现高效分离和污染物回流。
6.根据权利要求1所述的一种水气流化生物载体膜分离废水深度处理的方法，其特征在于采用滗水器收集上部表层水回流，与下部设置穿孔管曝气，增大水相和气相流化效果。
说明书
一种水气流化生物载体膜分离废水深度处理的方法
所属技术领域
本发明专利涉及环境保护与资源综合利用技术领域，特别涉及同步深度脱除废水中难降 解有机物、氮磷、悬浮物的工艺，可广泛应用在现有污水处理设施提标改造和中水回用上。
背景技术
随着水资源危机日益突出和国家环保排放标准的日益严格，现有污水处理厂和污水处理 站均面临着更高的提标改造压力，并且废水深度处理后回用也成为废水产生单位需要解决的 问题。目前大多数污水处理厂采用生物法二级处理工艺体系，主要依靠异养微生物降解废水 中可生化有机物，经处理后废水污染物浓度大幅降低，但仍难达到新排放标准的要求，尤其 对于工业废水比例高、污水浓度高、成分复杂的污水处理厂。其处理后废水的特征是CODCr浓度高、BOD5浓度低、氨氮和总氮浓度高，以及存在高悬浮物和总磷的情况，仅通过挖掘和 强化现有二级生化处理系统，已经很难达到排放及回用标准的要求。
目前针对该类废水提标改造解决方法主要有各种过滤技术、曝气生物流化床技术和曝气 生物滤池技术等。其中单纯过滤技术效果保障性不足，只对悬浮物处理效果好，深度脱碳脱 氮效果不佳;BAF曝气生物滤池和曝气生物流化床技术可视为三级生物处理，通过载体或填 料有效增大微生物接触面积，提高处理效果，该工艺可视为前序二级生物法的延续，因废水 B/C比低，常常与臭氧氧化等高级氧化处理法结合，而且反冲洗水或出水需再次进行混凝沉 淀或砂滤，导致占地面积、投资和运行成本均显著增加，而且存在传质效率不高、载体生物 量不大等问题。
发明内容
本发明的目的是针对现有污水处理设施提标改造，提供一种不需外加碳源、能同时降低 COD、氨氮和总磷、出水水质好、运行成本低、占地面积少的方法。
一种水气流化生物载体膜分离废水深度处理方法，其特征在于：
(1)采用易生物吸附、空隙率高、弹性好、韧性强、化学性能稳定的新型网状填料，该 填料空隙率达5ppi，有机负荷高达8.5kgBOD5/(m3·d)，比表面积在18-45m2/g间;该填料显著 特征是固定化微生物后载体平均密度与水的密度十分接近，载体在水中呈稳定的悬浮状;该 填料为网型宽孔高分子载体，填料在生产过程中进行催化和改性处理，表面带有某些亲水性 基团以及氨基、羧基、环氧基等活性基团，能与微生物肽链氨基酸残基链接形成离子键结合 或共价键结合，进而将微生物及生物酶固定在载体上，该载体不仅适合真菌、丝状菌和菌胶 团等微生物吸附挂膜，还适合多种捕食细菌的原生动物和后生动物，能够形成了具有稳定食 物链的微型生态系统，因此污泥产生量很小。基于填料结构形式，反应池内部可同时实现无 数个好氧、缺氧和厌氧状态的微小区域，并可在流化状态下相互转换，具有优良的脱氮效果。 另外该填料切割气泡能力强，空间体积利用率大、无死区等特点，使用后反应池体有效体积 在95%以上。
(2)该工艺结合载体流化、固定化微生物技术，采用适应低碱度、低pH值水质且抗负 荷波动的特种优势细菌。该类菌种显著特点是以自养型微生物为主，与前端二级处理中起主 要作用的异养型菌种不同，该类菌种对BOD5浓度要求低于35mg/l，且越低越好，以防止异 养菌菌种成为优势菌种，所以反应系统不需要外加碳源，运行成本大大降低。
(3)本发明反应池体上设进水口和出水口，中间设多级折流隔板，将反应池分割为多个 部分，排列可为均匀分布或不均匀分布，数量设置在3-11个间，主要作用为提高传质效率， 增加污水与载体的接触;折流隔板间设置上拦截网和下拦截网，可将生物填料固定在中间。 第一级折流板区域拦截网下方设置穿孔曝气管和回流浓缩水管，池体底部设置污泥收集沟和 排泥管。
(4)出水采用过滤精度高、通量大、稳定可靠的无机膜分离器，尤其是采用高通量的碳 化硅膜、复合陶瓷膜、不锈钢膜，实现高效分离，从而有效保证高效的脱磷效果。根据出水 排放或回用要求，过滤精度可选范围在0.05-10μm;采用错流过滤，流速可选范围1-5m/s， 推荐2m/s;根据进出水量和场地面积，过滤压力可选0.1-10MPa，综合占地、投资和能耗间 平衡，设计推荐1-3MPa。
(5)采用分离和回流无缝衔接的工艺组合。经无机膜分离器分离的清水直接排放或回 用，浓缩水返回至反应池体第一级，通过浓缩水管回流，该设计可大幅延长污水中污染物停 留时间，理论上可将反应器有效反应时间延长至无限，解决了氨氮和难降解有机物降解需要 较长时间污泥龄和短水力停留时间的矛盾，可充分保证污染物得到降解，在处理高氨氮及总 氮和难降解有机物的分解上具有显著优势，同时大幅降低反应器占地面积和容积，显著减少 投资。
(6)本发明创造出高效的流化作用，同时实现高效节能曝气。以上作用的实现主要通过 两个设置来完成：一是曝气采用易维护、成本低、水头损失小、扰动大的穿孔曝气管，所产 生的气泡能够充分扰动填料层，实现流化效果，同时气泡被网状填料切割成细小气泡，增加 了氧的利用率，可减小曝气量;二是池体出水采用集水面积大的可调浮力滗水器，主要收集 池体表层水。由于大气氧分压的存在，表层水中超饱和富氧水含量高，经收集和膜分离后直 接通过布水管回流至反应池，在实现回流冲刷的同时，增大水体溶解氧量，进一步减少曝气 量。
作为优选，上述一种水气流化生物载体膜分离废水深度处理的方法，其中折流隔板将反 应池分割为多个部分，排列可为均匀分布或不均匀分布，数量设置在3-11个间。虽然经过大 量实验，本发明中隔板排列形式为不均匀分布时，也具有良好的效果，但效果稳定性存在隐 患，建议采用均匀分布，能保证更加稳定的出水;另外根据实际应用情况，将池体分割为4-6 级，处理效果和投资运行间成本最为理想。
作为优选，上述一种水气流化生物载体膜分离废水深度处理的方法，其中无机膜分离器 相对有机膜分离器，具有通量更大、性质更稳定、坚固耐用、可反向冲洗、易清洗再生的优 点，更加适合作为废水深度处理和回用系统。经试验和应用研究，无机膜分离器中采用碳化 硅膜最佳，理由是过滤通量最大，冲洗再生频次最少，一般一天至一周冲洗一次。而且膜分 离器为外置式，便于维护，且为多组并联排列，可分别依此冲洗再生和维护，实际运行效果 可靠、使用方便。
作为优选，上述一种水气流化生物载体膜分离废水深度处理的方法，其中无机膜分离器 过滤精度可选范围在0.05-10μm，根据多次试验的经济性评价，在满足排放标准的情况下，过 滤器精度选在3-5μm时，处理效果稳定，经济性最突出;在满足回用标准情况下，根据回用 标准要求，过滤器精度可选在0.05-1μm，出水可直接进入RO系统。
本发明的目的包括如下装置：池体、折流隔板、进水口、上拦截网、填料、下拦截网、 穿孔曝气管、浓缩水回流管、清水区、集泥区、排泥管、滗水器、无机膜分离器。
有益效果：本发明设计合理、工艺可行、操作简便、占地面积少、运行成本低、净化效 果好，从微生物学的角度，构建了以自养型菌种为主微生物群体结合膜高效分离的深度处理 工艺路线，对以异养型微生物处理为主的污水处理厂做有效补充，进一步降低废水中可生物 降解成分，满足现有污水处理系统提标改造和中水回用要求。