A/A-MBR强化脱氮除磷组合装置及其工艺

摘要

本发明的目的在于提供一种针对城镇污水特征并能实现提标改造目标的强化脱氮除磷装置及其工艺。A/A-MBR强化脱氮除磷组合装置，该装置包括进水泵、格栅、调节池、缺氧池、厌氧池、MBR池、膜组件、出水泵、反冲洗泵、反冲洗水箱和鼓风机。利用A/A-MBR强化脱氮除磷组合装置处理城镇污水的工艺，污水由进水泵提升后，经格栅过滤后进入调节池，再进入缺氧池和厌氧池，最后进入MBR池，经膜分离后出水。

说明书

一、技术领域

本发明涉及污水处理领域，具体地说涉及一种污水处理中的脱氮除磷强化装置及其工艺。

二、背景技术

为实现各流域水环境可持续发展，重点整治水体富营养化，各级政府均加大了各地区的水环境质量管理力度，例如江苏省颁布了《太湖地区城镇污水处理厂及重点工业行业主要水污染物排放限制》(DB32 1072-2007)，要求流域内污水处理厂必须满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级A标准。重点流域城镇污水处理厂提标改造任务紧迫。国内外针对污水脱氮除磷的工艺形式很多，主要有Bardenpho、A/A/O、UCT、VIP、氧化沟和SBR等，这些工艺有其各自的特点和适用条件。但城镇污水水质水量变化大，碳氮比普遍偏低、悬浮固体无机组分所占比例偏高，有机碳源不足，导致系统反硝化和吸磷竞争碳源，反硝化和除磷效能差，总氮和总磷去除率比较低。为了达到一级A的排放标准，针对性措施主要是：1)在现有工艺上通过投加外加碳源提高反硝化效能，这使得污水处理成本增加和运行复杂。2)借鉴给水处理方法，在二级生物处理后增设混凝、沉淀和过滤工艺，即相当于污水处理厂叠加自来水厂，无疑经济指标高。3)对现有工艺进行改良和强化，增强除磷脱氮效果，如改良A/A/O、改良氧化沟、多级UNTANK、改进曝气方式及溶解氧分布等等，已应用的改良工艺仍有个别指标难以达标，大多数还在试验探索阶段。因此，进一步研发新技术与新工艺，提高处理系统脱氮除磷效率，将为推动城镇污水处理厂升级改造发挥重要作用。

膜生物反应器(MBR，Membrane bio-reactor)是由膜分离技术和生物处理技术相结合的一种新型、高效的污水处理技术。将MBR技术与A/A/O工艺有机整合，形成Anoxic/Anaerobic-Membrane bio-reactor(即A/A-MBR)组合工艺，不仅可利用其对悬浮物的高效去除功能，同时可为反应器内提供更高的污泥浓度和生物量，通过各项技术措施的合理配合将可实现强化脱氮除磷的功效。

三、发明内容

发明目的：本发明的目的在于提供一种针对城镇污水特征并能实现提标改造目标的强化脱氮除磷装置及其工艺。针对城镇污水特征，优选价廉质优的国产超滤膜，结合现有工艺改进，在不增设构筑物条件下与MBR联用，即在现有A/A/O工艺系统中，将好氧区改造为MBR，并加以改进形成Anoxic/Anaerobic-Membrane bio-reactor(即A/A-MBR)强化生物脱氮除磷的主体工艺流程，实现城镇污水处理厂出水达到一级A标准，为城镇污水处理厂提标改造提供理论基础与技术支撑。

技术方案：A/A-MBR强化脱氮除磷组合装置，该装置包括进水泵、格栅、调节池、缺氧池、厌氧池、MBR池、膜组件、出水泵、反冲洗泵、反冲洗水箱和鼓风机，进水泵、格栅、调节池、缺氧池、厌氧池、MBR池和出水泵依次顺序管道连接，调节池与缺氧池连接的管道上设有与厌氧池连接的管道，膜组件设于MBR池内，鼓风机与MBR池相连，MBR池设有一条回流管道与缺氧池相连，反冲洗水箱经反冲洗泵并联在MBR池与出水泵的连接管道上，所述膜组件为浸入式帘式膜，截留分子量15万道尔顿，滤膜材质为PVDF，膜丝内/外直径1.20/1.80mm，毛细管数量2200根，膜平均孔径0.02μm，单束膜绑扎后直径30mm，膜组件曝气管孔径3mm。所述缺氧池的有效容积为：4.0～8.4m³。所述厌氧池的有效容积为：3.2m³。所述MBR池的有效容积为：12m³。

利用A/A-MBR强化脱氮除磷组合装置处理城镇污水的工艺，污水由进水泵提升后，经格栅过滤后进入调节池，再进入缺氧池和厌氧池，最后进入MBR池，经膜分离后出水，其中缺氧池和厌氧池的进水流量设计按照1∶1的比例分配，同时MBR池内混合液按照回流比200％回流至缺氧池，污泥龄不小于15d；该组合工艺的水力停留时间(h)：缺氧池2.0～4.2、厌氧池1.6、MBR池6.0；混合液悬浮固体浓度(mg/L)：缺氧池3000～4000、厌氧池3000～4000、MBR池7000～8000；溶解氧(mg/L)：缺氧池0.5、厌氧池＜0.2、MBR池2.0；pH值：缺氧池7.5～8.0、厌氧池7.2～7.5、MBR池7.2～7.5。

有益效果：该技术解决了常规工艺脱氮除磷效率不稳定，无法满足一级A排放标准的问题，研发了针对城镇污水特征的工艺及装置。该方法和装置将MBR技术与传统脱氮除磷工艺有机结合，在不增设构筑物条件下将原有脱氮除磷工艺与MBR联用，即在现有A/A/O工艺系统装置中，将好氧区增设超滤膜形成MBR反应区，并将缺氧区(Anoxic)设置于厌氧区(Anaerobic)之后，形成A/A-MBR组合工艺。在MBR池内不仅可实现传统A/A/O工艺的降解BOD、硝化的功能，还能利用其中的超滤膜对悬浮物具有良好截留作用，同时实现泥水分离功能，另外还可通过合理的回流设置提高系统污泥浓度，强化组合工艺整体脱氮除磷功效。实验证明采用A/A-MBR组合工艺确保出水稳定达标，是一种有应用前景的技术。组合工艺缺氧区和厌氧区的进水流量设计宜按照1∶1的比例分配，同时MBR区内混合液按照回流比200％回流至缺氧区为宜，污泥龄应大于15d，MBR区的溶解氧控制在2mg/L左右为宜，以减少硝化回流液中高溶解氧对反硝化的抑制作用，稳定组合工艺的脱氮功效。组合工艺运行稳定，出水满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级A标准的要求。

工艺中，50％的进水和MBR池内的硝化混合液回流入缺氧池可有利于缺氧池内的反硝化菌充分利用进水碳源进行反硝化脱氮，同时经硝化后的混合液进入厌氧池，有利于聚磷菌充分利用分配50％进水中的有机碳源实现充分释磷，为聚磷菌进入MBR池(好氧区)过量释磷创造的有利条件，同时强化工艺的除磷功效；工艺末端的MBR池不仅具有常规好氧区进一步去除BOD、硝化的功能，还承担了传统工艺中二沉池截留SS、泥水分离和污泥回流的功能，可进一步是实现工艺对非溶解态磷及其他污染物的去除，强化了工艺的整体处理功效，并简化了工艺流程

四、附图说明

图1为本发明装置示意图，图中进水泵1、格栅2、调节池3、缺氧池4、厌氧池5、MBR池6、膜组件7、出水泵8、反冲洗泵9、反冲洗水箱10和鼓风机11；A进水、B出水、C反冲洗、D污泥回流；Q₁：分配入缺氧池的进水流量，Q₂：分配入厌氧池的进水流量。

图2为A/A-MBR工艺稳定运行期间的污染物去除功效。A/A-MBR工艺在实际进水波动较大的情况下，维持了高效稳定的污染物去除能力。当进水COD、NH₄⁺-N、TN和TP分别在184.05～650.00、12.11～31.00、21.06～44.93和1.73～6.42mg/L时，各主要污染物平均去除率分别为COD 89.50％(图2A)，NH₄⁺-N 98.29％(图2B)，TN 62.38％(图2C)，TP 95.00％(图2D)，出水平均值分别为COD 35.36mg/L，NH₄⁺-N 0.41mg/L，TN 10.91mg/L，TP 0.21mg/L，满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级A要求，实现稳定达标排放。

五、具体实施方式

下面结合具体实例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于对本发明进行说明，并不构成对权利要求范围的限制，本领域技术人员可以想到的其他替代手段，均在本发明权利要求范围内。

实施例1：

A/A-MBR强化脱氮除磷组合装置，该装置包括进水泵1、格栅2、调节池3、缺氧池4、厌氧池5、MBR池6、膜组件7、出水泵8、反冲洗泵9、反冲洗水箱10和鼓风机11，进水泵、格栅、调节池、缺氧池、厌氧池、MBR池和出水泵依次顺序管道连接，调节池与缺氧池连接的管道上设有与厌氧池连接的管道，膜组件7设于MBR池6内，鼓风机与MBR池相连，MBR池设有一条回流管道与缺氧池相连，反冲洗水箱经反冲洗泵并联在MBR池与出水泵的连接管道上，所述膜组件为浸入式帘式膜，截留分子量15万道尔顿，滤膜材质为PVDF，膜丝内/外直径1.20/1.80mm，毛细管数量2200根，膜平均孔径0.02μm，单束膜绑扎后直径30mm，膜组件曝气管孔径3mm。所述缺氧池的有效容积为：4.0～8.4m³。所述厌氧池的有效容积为：3.2m³。所述MBR池的有效容积为：12m³。

实施例2：

污水由进水泵提升后，经格栅过滤后进入调节池，再进入缺氧池和厌氧池，最后进入MBR池，经膜分离后出水，其中缺氧池和厌氧池的进水流量设计按照1∶1的比例分配，同时MBR池内混合液按照回流比200％回流至缺氧池，污泥龄不小于15d；该组合工艺的水力停留时间(h)：缺氧池2.0～4.2、厌氧池1.6、MBR池6.0；混合液悬浮固体浓度(mg/L)：缺氧池3000～4000、厌氧池3000～4000、MBR池7000～8000；溶解氧(mg/L)：缺氧池0.5、厌氧池＜0.2、MBR池2.0；pH值：缺氧池7.5～8.0、厌氧池7.2～7.5、MBR池7.2～7.5。

实施例3：

研究试验以某城镇污水处理厂沉砂池出水为进水条件，将A/A-MBR工艺技术为研究对象，通过控制不同试验条件，最终找到合理有效的强化脱氮除磷技术。

(1)实验在某城镇污水处理厂进行，该实验设计并安装中试规模装置(2m³/h，如图1)。装置进水为城镇污水处理厂旋流沉砂池出水，具体水质指标见表1。实验工艺流程如图1，A/A-MBR组合工艺的运行为：原水由潜污泵提升后，经细格栅和碟片过滤器后进入调节池，再依次进入缺氧区、厌氧区，最后进入MBR池，经膜分离后出水，并可根据工艺运行调整进水分配进入缺氧池，MBR池内的混合回流至缺氧池。在MBR池中设有中空纤维超滤膜组件，其参数见表2，组合工艺主要运行参数见表3。实验装置配备一套PLC自动化控制系统以及在线监测参数采集系统。

表1中试实验装置进、出水水质

*出水为《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级A标准。

表2膜组件及参数

表3A/A-MBR组合工艺运行参数

(2)组合工艺的稳定运行情况

A/A-MBR工艺稳定运行期间对污染物的去除高效稳定(见图2)，各主要污染物平均去除率分别为TP 95.00％，TN 62.38％，NH₄⁺-N 98.29％，COD 89.50％，出水平均值分别为TP0.21mg/L，TN 10.91mg/L，NH₄⁺-N 0.41mg/L，COD 35.36mg/L，满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级A要求。