一种膜混凝反应器臭氧生物活性碳技术对污水的处理方法

摘要

本发明公开了一种污水处理方法，具体是指一种基于膜混凝反应器-臭氧-生物活性碳技术的园区污水处理厂提标处理方法。本发明是通过将前期处理的园区污水引入到MCR系统进行处理，使产水浊度≤0.5NTU、以及符合其它一些指标；然后MCR系统的产水进入O

说明书

技术领域

本发明涉及一种污水处理方法，具体是指一种基于膜混凝反应器-臭氧-生物 活性碳技术的园区污水处理厂提标处理方法。

背景技术

膜混凝反应器（MCR）是将混凝工艺和超滤膜分离工艺结合的方法，在同 一个体系中完成混凝和泥水分离，系统产水可以作为反渗透等中水回用系统的进 水。膜混凝反应器工艺能够适应宽泛的进水水质，对悬浮物的去除效率极高，与 反渗透等工艺组合，在中水回用领域的应用日益受到重视。

膜混凝反应器工艺起到分离作用的是超滤级别的分离膜，超滤膜组件根据构 型可以分为卷式超滤、中空纤维浸没式超滤、中空纤维压力式超滤、管式超滤、 平板式超滤。膜材质包括PP、PVC、PES、PVDF等，膜孔径<0.1μm，根据截留 分子量的不同，有多种级别的过滤精度。中空纤维浸没式超滤和平板超滤均可用 于膜混凝反应器工艺，其开放的结构能够适应复杂的进水水质。

臭氧氧化（O₃）工艺广泛的应用于自来水厂，发达国家的绝大部分自来水厂 均有臭氧-生物活性碳工艺，用于杀菌、去除水中微量污染物，提高自来水的水 质，保证用水安全。由于地表水污染日趋严重，国内的自来水厂也开始推广使用 臭氧-生物活性碳工艺。

园区污水处理厂废水具有以下共同的特点：

（1）废水种类繁多，成分复杂；

（2）工业废水水量大，兼顾地区生活污水处理；

（3）废水经过园区企业自备污水处理站处理，导致废水难生物降解物质 多，废水可生化性差；

（4）废水色度高，有毒成分多。

目前，国内有精细化工工业园区、医药工业园区、印染工业园区、综合工业 园区等，国内的园区污水处理厂基本采用前物化-生化-后物化的主导工艺路线， 经过一系列的工艺处理后，基本能够达到建厂初期的排放要求。由于地表水污染 压力增加，国家环保部针对不同区域的水质情况，不同程度的提高了污水处理厂 的排放标准，工业区较多，水污染压力大的区域，要求园区污水处理厂排水达到 《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级标准。由于废水水质和 处理工艺的限制，现有污水处理厂均无法达到更加严格的排放标准。新工艺应用 于园区污水处理厂提标改造势在必行。

提标改造在现有的工艺条件下进行，以现有工艺排水作为处理目标，目前主 要有以下在研究工艺：

（1）吸附法

利用大孔树脂等作为吸附剂，通过物理吸附作用将废水中的有污染物吸附， 降低产水的污染物浓度，实现提标目标，吸附剂再生产生的浓水回流至已有的前 处理工艺，进行循环。吸附工艺在特定污染物的废水处理中有应用，但是在园区 污水处理厂提标研究中发现，吸附剂的活性会出现严重衰减，这主要是由于废水 污染物成分过于复杂引起的，同时，难生物降解的污染物会在系统中累计，最终 会引起更加严重的后果。因此，吸附法在提标研究中遇到难以解决的问题，应用 受到限制。

（2）Fenton氧化

Fenton氧化工艺在造纸等难处理废水领域得到较广泛的应用，得益于其对难 生物降解废水处理效果显著，操作简便，工艺成熟。由于Fenton工艺属于化学 处理工艺，其加药量的控制主要受进水污染物浓度的影响，需要及时的水质信息 反馈来调整系统的加药量，因此系统的抗冲击负荷能力较差，为了提高其抗冲击 能力，通常氧化后的产水再进行生化处理。Fenton工艺会产生较多的物化污泥， 而目前污泥问题也亟待解决，因此限制了工艺的大规模应用。

（3）臭氧-生物活性碳

针对园区污水处理厂难生物降解物质含量多的问题，很多研究单位将用于自来水 的臭氧-生物活性碳工艺引入到提标工艺中，通过臭氧氧化，提高废水的可生化 性，再通过生物活性碳的生化降解作用，实现达标排放。同时还有臭氧-曝气生 物滤池等类似的提标工艺。由于经过现有工艺处理后，废水中仍含有一定量的悬 浮物、微生物、胶体的不溶污染物，降低了臭氧的利用效率，不溶物进入后续工 艺，也会导致生化系统的堵塞，缩短反洗周期，进而缩短了填料的使用寿命，降 低系统的运行稳定性。

发明内容

本发明针对现有技术中的不足，提出一种基于膜混凝反应器（MCR）-臭氧 （O₃）-生物活性碳（BAC）技术的园区污水处理厂提标处理方法。通过该发明 处理园区污水处理厂尾水，降低了臭氧-生物活性碳工艺段的污染负荷，提高了 臭氧的利用效率，降低吨水的臭氧消耗量，延长生物活性碳系统的运行周期，进 而延长滤料的使用寿命，提高系统运行的稳定性。臭氧氧化尾气作为BAC系统 曝气源，解决尾气需单独处理的问题，降低了工艺系统的复杂度。工艺系统自动 化程度高，管理维护简便，从根本上解决了园区污水处理厂无法达标排放的问题。

本发明通过上述技术方案得以实现的：

一种膜混凝反应器臭氧生物活性碳技术对污水的处理方法，其特征在于包 括下述步骤：

（1）将前期处理的园区污水引入到MCR系统，使产水浊度≤0.5NTU；其中 前期处理后的指标如下：

其中，MCR系统采用浸没式中空纤维膜或浸没式平板膜，膜分离孔径为 0.02～0.5μm，膜通量6～100L/m³h；

（2）MCR系统的产水进入O₃氧化系统进行氧化作用；处理水在O₃氧化系 统停留时间10～60min，O₃氧化系统产水的BOD₅/COD_Cr≥0.15；

（3）O₃氧化系统产水进入BAC系统，处理水在BAC系统停留时间1～5h； 通过活性炭吸附和微生物降解的协同作用，将废水中的污染物彻底分解，产水稳 定达到排放要求；其中BAC系统采用煤质、果壳、椰壳不定型活性炭、或定型 活性炭作为填料。作为更佳选择，采用强度较高的煤质不定型炭或者煤质定型炭。

作为优选，上述一种膜混凝反应器臭氧生物活性碳技术对污水的处理方法， 其中O₃氧化系统中的臭氧发生器采用空气源和氧气源，氧气源氧气浓度≥85%。

作为优选，上述一种膜混凝反应器臭氧生物活性碳技术对污水的处理方法， 其中BAC系统配有曝气装置，曝气源为O₃氧化系统尾气，尾气中氧气≥70%、 残余臭氧≤5%、挥发性易降解有机物≤0.5%、其他杂质气体≤24.5%。作为更佳选 择，其中BAC系统曝气装置的尾气作为臭氧发生器的气源。提高曝气效率，控 制微生物量，解决了尾气单独处理的问题。

作为优选，上述一种膜混凝反应器臭氧生物活性碳技术对污水的处理方法， 其中MCR系统膜通量为25～45L/m³h；处理水在O₃氧化系统停留时间为 25～45min，BAC系统中停留时间为1.5～3h。

在本发明中，将园区污水处理厂现有工艺生化系统的出水引入到膜混凝反应 器（MCR）系统，通过超滤膜的高效截留作用，将废水中绝大部分悬浮物、胶 体和微生物截留，系统产水浊度≤0.5NTU。膜截留不溶物的同时，不溶物中吸附 的可溶性污染物也被截留，因此废水的污染指标有所降低，尤其是色度和COD_Cr指标显著降低。

（2）MCR系统产水进入臭氧氧化（O₃）系统，通过臭氧的强氧化作用，将 废水中大分子量、难生物降解的有机物氧化分解成小分子量、易生物降解的有机 物，废水可生化性提高，由于显色有机物分子结构被打断，废水的色度指标显著 降低，同时，部分有机物被完全矿化，废水的COD_Cr指标有所降低。由于废水 中没有悬浮物、胶体和微生物干扰，臭氧几乎全部用于氧化溶解性有机物，提高 的臭氧的有效利用率，再加上污染物浓度的降低，显著降低臭氧的使用量。

（3）O₃系统产水进入到生物活性碳（BAC）系统，在生物活性碳系统中，活 性碳通过吸附作用，将有机污染物富集至活性碳微孔中，微孔中富集的污染物， 被部分附着在活性碳表面的微生物降解，活性碳的吸附作用和微生物的降解作用 形成动态平衡，提高了BAC系统的处理效率和系统的运行稳定性，系统产水稳 定达到排放标准的要求。

（4）由于有机物含量高，BAC系统需要曝气，BAC系统曝气采用O₃氧化塔 尾气。尾气中的残余臭氧能够防止微生物过度生长，堵塞BAC系统，延长运行 周期；BAC系统尾气主要成分是氧气，相当于纯氧曝气，提高系统曝气效率， 减少曝气量；尾气曝气可以分解尾气中的残余臭氧，不需要单独的尾气处理装置， 如果自备制氧系统，含高浓度氧气的尾气还可以作为气源，减少制氧系统的设备 配置量，降低系统的投资和能耗。

园区废水，以处理工业废水为主，废水种类繁杂，难生物降解有机污染物含 量高，难以实现达标排放，本发明经过研究，将MCR工艺与O₃-BAC工艺有机 结合，能够显著降低臭氧的消耗量，延长生物活性碳的反洗周期，系统运行更加 稳定，抗冲击负荷能力强，抵消了引入膜系统产生的运行成本。臭氧消耗量的降 低，减少氧气消耗量和臭氧发生器设备安装量，提高了整体系统的可靠性。

本发明的臭氧发生系统可采用空气源和氧气源，作为更佳选择，采用氧气源， 气源氧气含量≥85%；氧气源可以采用制氧机，也可外购液态氧。

在本发明中，MCR系统每天进行化学强化反洗，维护膜系统的稳定性能， 化学强化反洗采用自动方式进行。BAC系统进行定期反洗，防止微生物过度滋 生导致填料结块，BAC系统反洗产生的含大量微生物碎片的水回流至原有工艺 的好氧生化工艺段。

有益效果：根据本发明的工艺方案，能够稳定实现园区污水处理厂提标排放 要求，工艺具有以下突出特点：

（1）将膜分离技术和臭氧-生物活性碳技术有机结合，提高系统运行稳定性

以现有系统出水作为原水，引入膜分离技术，将废水中的不溶物分离，降低 废水的污染物浓度。同时，只含有溶解性有机物的废水进行臭氧氧化，臭氧全部 用于有机物的氧化，增强了臭氧的针对性，提高臭氧利用率，显著降低臭氧的使 用量。不含悬浮物的废水进入BAC系统，显著延长BAC系统的运行周期，减 少反洗次数，延长填料的使用寿命。每一级工艺都能够显著降低废水的污染物浓 度，三种工艺有机结合，提高整体运行的稳定性。

（2）臭氧尾气用于BAC系统曝气，解决尾气处理问题，提高BAC系统曝气效 率

臭氧氧化排出的尾气，因为含有一定浓度的残余臭氧，需要进行处理，分解 废气中的臭氧。针对这一问题，本发明将臭氧氧化尾气作为BAC系统的曝气气 源，由于臭氧氧化尾气为高浓度的氧气，BAC曝气相当于纯氧曝气，减少了曝 气量，提高了曝气效率，从而减少曝气成本。同时尾气中的残余臭氧具有杀菌作 用，可以抑制微生物的大量滋生，减缓滤床的污堵速率，延长BAC系统的运行 周期。臭氧尾气作为BAC曝气源，解决尾气处理问题的同时，提高了BAC系 统的曝气效率，减少曝气量，降低了系统的运行成本和工艺的复杂性。如果工艺 中配套制氧系统，BAC的尾气还可以作为含高浓度氧气的空气源，减少制氧机 的进气量，提高制氧机的制氧效率，降低系统运行费用。

（3）模块化配置，自动控制，系统可维护性强

系统根据处理水量，可以采用不同规模的模块进行组合，单套模块维护对整 体运行影响小，系统运行和在线维护采用自动方式，通过稳定可靠的监测仪表， 实时反映出系统的运行状态，及时发现并解决系统的潜在问题，提高系统的可靠 性。

具体实施方式

下面对本一发明的实施作具体说明：

实施例1

一种膜混凝反应器臭氧生物活性碳技术对污水的处理方法，

（1）将前期处理的园区污水引入到MCR系统，使产水浊度≤0.5NTU；其中 前期处理后的指标如下：

其中，MCR系统采用浸没式中空纤维膜或浸没式平板膜，膜分离孔径为 0.3μm，膜通量60L/m³h；

（2）MCR系统的产水进入O₃氧化系统进行氧化作用；处理水在O₃氧化系 统停留时间30min，O₃氧化系统产水的BOD₅/COD_Cr≥0.15；

（3）O₃氧化系统产水进入BAC系统，处理水在BAC系统停留时间2h；通 过活性炭吸附和微生物降解的协同作用，将废水中的污染物彻底分解，产水稳定 达到排放要求；其中BAC系统采用煤质不定型活性炭作为填料。

经过上述处理后，废水的污染物指标达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》 (GB18918-2002)一级A标准，实现提标要求。

处理系统最终产水达到如下指标（系统长期监测的平均值）：

实施例2

一种膜混凝反应器臭氧生物活性碳技术对污水的处理方法，其特征在于包 括下述步骤：

（1）将前期处理的园区污水引入到MCR系统，使产水浊度≤0.5NTU；其中 前期处理后的指标如下：

其中，MCR系统采用浸没式中空纤维膜或浸没式平板膜，膜分离孔径为 0.1μm，膜通量50L/m³h；

（2）MCR系统的产水进入O₃氧化系统进行氧化作用；处理水在O₃氧化系 统停留时间30min，O₃氧化系统产水的BOD₅/COD_Cr≥0.15；O₃氧化系统中的臭 氧发生器采用氧气源，氧气源氧气浓度≥85%。MCR系统膜通量为35L/m³h； BAC系统中停留时间为1.5h。

（3）O₃氧化系统产水进入BAC系统，处理水在BAC系统停留时间3h；通 过活性炭吸附和微生物降解的协同作用，将废水中的污染物彻底分解，产水稳定 达到排放要求；其中BAC系统采用定型活性炭作为填料；BAC系统配有曝气装 置，曝气源为O₃氧化系统尾气，尾气中氧气≥70%、残余臭氧≤5%、挥发性易 降解有机物≤0.5%、其他杂质气体≤24.5%；BAC系统曝气装置的尾气作为臭氧发 生器的气源。

在本实施例中，MCR系统、BAC系统分别配置有自动反洗装置。

经过上述处理后，废水的污染物指标达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》 (GB18918-2002)一级A标准，实现提标要求。

处理系统最终产水达到如下指标（系统长期监测的平均值）：

实施例3

一种基于膜混凝反应器（MCR）-臭氧（O₃）-生物活性碳（BAC）技术的园 区污水处理厂对污水的处理方法，其中污染物的具体指标如下（表中为长期监测 的平均值）：

（1）将上述园区污水处理厂生化后沉淀池产水引入到原水池；

（2）原水池中的水经过原水提升泵，进入MCR池，在MCR抽吸泵的负压 抽吸作用下，MCR池中的水经过膜截留后，MCR产水进入MCR产水池；MCR 膜孔径0.04μm，膜通量41L/m³h，产水浊度≤0.3NTU，色度≤100倍， COD_Cr≤70mg/L；

（3）MCR产水经O₃进水泵进入O₃反应塔，臭氧发生器产气进入反应塔， 氧化塔停留时间25min，吨水耗臭氧两10g；经过臭氧氧化后，废水中的大分子 量、难生物降解有机物被氧化成小分子量、易生物降解有机物，废水色度≤40 倍，COD_Cr≤65mg/L，BOD₅/COD_Cr≥0.17，产水进入BAC池；臭氧发生器气源 为制氧机产气；

（4）O₃反应塔中的水自流进入BAC反应池，停留时间1.2h；O₃反应塔尾 气经过尾气增压泵，为BAC曝气；BAC系统中，活性炭和微生物通过协同作用， 降解废水中的有机污染物，同时去除部分氮、磷等营养盐，废水的整体污染指标 降低，废水色度≤30倍，COD_Cr≤50mg/L；BAC尾气经过收集后作为制氧机的气 源，同时再引入少量空气，平衡系统的氧气量。

经过上述处理后，废水的污染物指标达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》 (GB18918-2002)一级A标准，实现提标要求。

处理系统最终产水达到如下指标（系统长期监测的平均值）：

实施例4

按实施例2相同的方法，园区污水处理厂现有系统生化产水主要指标如下 （表中为长期监测的平均值）：

（1）将上述园区污水处理厂生化后沉淀池产水引入MCR池，在MCR抽吸 泵的负压抽吸作用下，MCR池中的水经过膜截留后，MCR产水进入MCR产水 池；MCR膜孔径0.2μm，运行通量35L/m³h，产水浊度≤0.5NTU，色度≤120倍， COD_Cr≤100mg/L；；

（3）MCR产水经O₃进水泵进入O₃反应塔，臭氧发生器产气进入反应塔， 反应塔停留时间35min，吨水耗臭氧两21g；经过臭氧氧化后，废水中的大分子 量、难生物降解有机物被氧化成小分子量、易生物降解有机物，废水色度≤45 倍，COD_Cr≤85mg/L，BOD₅/COD_Cr≥0.18，产水进入BAC池；臭氧发生器气源 为液态氧储罐经液氧气化器后的带压氧气；

（4）O₃反应塔中的水自流进入BAC反应池，系统停留时间2h，O₃反应塔 尾气经过尾气增压泵，为BAC曝气，BAC系统中，活性炭和微生物通过协同作 用，降解废水中的有机污染物，同时去除部分氮、磷等营养盐，废水的整体污染 指标降低，废水色度≤30倍，COD_Cr≤60mg/L；BAC系统尾气直接排放至大气。

经过上述处理后，废水的污染物指标达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》 (GB18918-2002)一级B标准，实现提标要求。

处理系统最终产水达到如下指标（系统长期监测的平均值）：