本發(fā)明涉及本發(fā)明涉及一種微生物和膜處理聯(lián)用對工業(yè)廢水和城市污水凈化的工藝方法。
背景技術(shù):
生物處理技術(shù)是利用微生物的生命活動來清除有機(jī)污染物的一種有效方法?;钚晕勰喾ㄊ巧锾幚砑夹g(shù)中的一種,是當(dāng)前國內(nèi)外污水處理的主要方法,在廢水處理中應(yīng)用廣泛。然而目前使用的較多的活性污泥法存在著污水凈化效率低、占地大、能源消耗大等缺點。
將生物處理技術(shù)和膜技術(shù)相結(jié)合的方法具有明顯的優(yōu)勢,膜生物反應(yīng)器(MBR)是近來發(fā)展較迅速的一種污水治理設(shè)備,它是由膜分離技術(shù)和生物反應(yīng)技術(shù)相結(jié)合的生物化學(xué)反應(yīng)系統(tǒng)。由于它以膜分離代替常規(guī)活性污泥中以重力進(jìn)行沉降分離的二沉池,這就大大提高了系統(tǒng)固液分離的能力,從而使系統(tǒng)出水水質(zhì)和容積負(fù)荷都得到大幅度提高。作為一種新型的水處理技術(shù),由于具有占地少、能耗低等優(yōu)點,國內(nèi)外都在努力研究,將其推向?qū)嵱秒A段。MBR最先應(yīng)用于微生物發(fā)酵工業(yè),在廢水處理領(lǐng)域中的應(yīng)用研究始于20世紀(jì)60年代的美國,美國的Smith于1969年首次報道了活性污泥法和超濾結(jié)合處理城市污水的方法。20世紀(jì)70年代以后,厭氧MBR技術(shù)相繼開始研究,1978年,Grethlicn進(jìn)行了厭氧MBR處理生活污水的研究,與此同時,日本根據(jù)本國國土狹小、地價高的特點,對膜分離技術(shù)在廢水處理中的應(yīng)用進(jìn)行大力的研究,使MBR開始走向?qū)嶋H應(yīng)用。80年代以后,隨著膜質(zhì)量的提高和造價的降低、膜分離工藝的完善、膜清洗方法地改善和污水處理廠出水水質(zhì)要求的提高,國際上對MBR的研究更深人。日本學(xué)者Yamamoto等在1989年首次開發(fā)了一體式MBR。90年代,各國對MBR投人了大量的精力,從各個方面提高了MBR的實用性。MBR已不再局限于生活污水和城市污水處理,開始向特種廢水處理方向延伸,處理對象擴(kuò)展到工業(yè)廢水、石化廢水、發(fā)酵廢水,甚至堆肥、填埋場瀝濾液等的廢水處理方面。2002年,Chettiyappan Visvanayhafl等為減少反滲透法用于脫鹽海水中的操作和維護(hù),改進(jìn)了RO系統(tǒng)的工作情況。同一年,AlperNuhoglua等用MBR對飲用水進(jìn)行脫氮的實驗,實驗反應(yīng)器為一個攪拌釜,利用MBR可使NH3-N去除率上升98.5%。2003年,HideakiNoma等將膜技術(shù)應(yīng)用于菲律賓一旅游勝地海島的廢水處理,出水用于沖廁及灌溉。
MBR主要由膜組件和生物反應(yīng)器兩部分組成,生物反應(yīng)器是使污染物得到降解,膜組件是起到過濾的作用,進(jìn)一步凈化水質(zhì)。由兩部分間的組合方式而決定了MBR的分類。
按膜組件的作用方式,MBR可分為內(nèi)壓式和外壓式兩種。內(nèi)壓式中,水的透過方向是從管內(nèi)向管外,而外壓式相反。在實際應(yīng)用中大多使用的是外壓式MBR,因為內(nèi)壓式MBR流道往往較小,容易被污染顆粒所堵塞。
按膜分離技術(shù)與生物反應(yīng)器的組合方式,可分為分置式和一體式(淹沒式)兩種MBR:分置式MBR是指膜組件與生物反應(yīng)器分開設(shè)置,靠加壓泵加壓,從生物反應(yīng)器抽水壓入膜組件中,膜的濾過水排出系統(tǒng)。一體式MBR是將膜組件直接浸沒在生物反應(yīng)器中,微生物在曝氣池中好氧降解有機(jī)污染物,空氣攪動在膜表面產(chǎn)生紊流,在這種剪切力的作用下,膠體顆粒被迫離開膜表面,減緩膜的堵塞,膜出水靠抽吸泵抽吸出水。
按膜組件在生物反應(yīng)器中的作用不同可分為三種:固液分離MBR、無氣泡膜曝氣生物反應(yīng)器 (MABR)和萃取膜生物反應(yīng)器(EMBR)。其中固液分離MBR是最常用的。
技術(shù)實現(xiàn)要素:
本發(fā)明是污水處理的下游裝置,一般污水經(jīng)過篩濾、貯存、中和均化和沉降浮升后,過濾除去大顆粒污染物后,再經(jīng)過本裝置進(jìn)行凈化處理,降低污水的生物耗氧量(BOD)和有害物質(zhì),從而進(jìn)一步提高污水的凈化效果。本裝置包括有微生物和膜技術(shù)處理兩個單元,微生物反應(yīng)單元如圖1,由支架3、開孔泡沫塑料板1、容器4組成,微生物物理或者化學(xué)吸附在其載體開孔泡沫塑料板1上,開孔泡沫塑料板1裝載于支架3,支架3置于壓力容器4中,在容器內(nèi)形成多層微生物固定床。載體是擁有大量羥基、氨基、環(huán)氧基的活性官能團(tuán)的開孔泡沫塑料,在有限體積內(nèi)擴(kuò)大微生物的表面積,使得微生物的負(fù)載量達(dá)到30-75g/L,提高了微生物對污水的處理速度和效果。
經(jīng)過微生物處理的污水再通過膜技術(shù)進(jìn)行凈化處理,進(jìn)一步提高污水的處理效果。膜技術(shù)處理單元原理圖如圖2,膜材料2套在多孔內(nèi)管1上,然后用塑料固定網(wǎng)將膜材料2固定在多孔內(nèi)管1。膜材料需要根據(jù)污水情況,可采用醋酸纖維、聚砜、聚丙烯、聚氟化合物、聚酰胺、多孔陶瓷、沸石膜等有機(jī)膜或無機(jī)膜。根據(jù)容器的大小,可采用多根膜管。
本裝置在工作時,污水經(jīng)水泵由裝置上端的入口處進(jìn)入,在壓力和重力的作用下,污水自上而下,經(jīng)過多層載有微生物的泡孔塑料,然后在水壓和滲透力作用下,通過膜單元,最后容器底部流出。
本發(fā)明中微生物處理單元是利用好氧性微生物的生理活動,對污水中的有機(jī)物質(zhì)進(jìn)行生物降解,降低污水的生物耗氧量(BOD)。微生物通過其細(xì)胞組織內(nèi)酶的催化作用,能將有機(jī)物質(zhì)(包括碳水化合物、蛋白質(zhì)、脂肪質(zhì)等)中的碳、氫、氮、硫、磷等元素降解出來,轉(zhuǎn)化為微生物所必需的營養(yǎng)物質(zhì),滿足其增長繁殖的需要,并最后將之氧化成穩(wěn)定的碳酸鹽、硫酸鹽、磷酸鹽等。對于活性微生物的培養(yǎng)與馴化,一般在溫度15~30℃、pH值7~8、BOD120~150mg/L、溶解氧(DO)含量5mg/L以上,不斷充氧,時間48h以上的條件下,對污泥的好氧性微生物進(jìn)行培養(yǎng)與馴化。然后與污水充分混合,在充分充氧曝氣下,好氧性微生物會大量增長繁殖。在降解污水中有機(jī)物質(zhì)的同時還會產(chǎn)生一種絮凝狀膠態(tài)懸浮體(生物膜)。這種懸浮體擁有很大的表面積,其表面覆有粘性物質(zhì),能吸附污水中的懸浮固體與膠態(tài)物質(zhì)。被吸附物一部分被生物降解,一部分連同污泥一起沉降下來。這一過程是生物、物理、化學(xué)3種作用的綜合過程。
對污泥好氧性微生物的培養(yǎng)與馴化,一般培養(yǎng)2~3天后,鏡檢中如果看到各種微生物(包括各種細(xì)菌、藻類與原生動物)大量出現(xiàn)并活動,其中以獨縮蟲、鐘蟲游樸蟲、腎形蟲、草履蟲、盾生與輪蟲為主,即說明好氧性微生物已基本培養(yǎng)成功。接著,將少量污水逐漸導(dǎo)入,不斷攪拌并充氧,使微生物逐漸適應(yīng)環(huán)境(馴化)。
另外在培養(yǎng)或馴化中,污水中不可含有對微生物有毒害的物質(zhì)(例如含氯漂白劑或由表面活性劑形成的大量泡沫等),必要時可添加一些營養(yǎng)物質(zhì)。
采用本發(fā)明工藝優(yōu)點是設(shè)備可以小型化、微型化,處理各種污水投資少,占地小,處理效果好,運行成本低,具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。
本發(fā)明的主要工藝參數(shù)為:最大BOD5容積負(fù)荷為32kgBOD5/m3.d,最大NH+4-N容積負(fù)荷為4.1kgNH+4-N/m3.d。本發(fā)明工藝既適用于各種工業(yè)污水的處理和生活污水的處理。
附圖說明
圖1用于污水處理的膜微生物反應(yīng)裝置原理圖,其中:
1-開孔泡沫塑料板、2、微生物層、3-支架、4-容器、5-膜技術(shù)單元、6-入口、7-出口
圖2膜技術(shù)單元原理圖,其中:
1-多孔內(nèi)管,2-膜材料,3-塑料固定網(wǎng)
具體實施方式
實施例1:對于印染廠污水,采用下述處理流程:
篩濾→貯存→中和均化→凝聚浮升→生物降解、膜處理→排放
篩濾是使污水通過顆粒濾料或其它多孔介質(zhì),利用機(jī)械能篩濾作用,沉淀作用和接觸絮凝作用截留水中的懸浮雜質(zhì),從而改善水質(zhì),減輕后續(xù)階段處理的負(fù)擔(dān)。
中和均化用于調(diào)整污水pH值,使之呈中性或接近中性。中和酸性污水采用石灰漿,純堿或燒堿(當(dāng)然最好用堿性污水來中和)。中和堿性污水采用硫酸或鹽酸(當(dāng)然最好用酸性污水來中和),使污水pH值為6-9。
凝聚浮升利用污水中懸浮物質(zhì)本身的重量與體積,以及其它特性,使這些懸浮物下沉與水分離。但一般印染廠污水中多含膠態(tài)懸浮物質(zhì),不易快速自然沉降。為縮短分離時間,常使用凝聚劑來促進(jìn)其沉降。此例中采用的凝聚劑為無機(jī)高分子鋁鹽。
為了提高凝聚效果,也可以加用一些絮凝劑,加重劑與形成劑,此例中絮凝劑膨潤土;加重劑用水泥粉末;形成劑用活化硅酸。
對于污水中飄浮于水面的油脂物質(zhì)、皂化產(chǎn)物與表面活性劑所產(chǎn)生的泡沫。浮升分離較快,設(shè)備可以小型化,污泥含水量也少,易于濃縮與脫水。此例中采用的凝聚劑為堿式氯化鋁。
生物降解、膜處理參數(shù):溶氣水壓力為0.28-0.29MPa,空氣壓力為0.25-0.27MPa,水壓為
0.27-0.28MPa;處理時間為1-4min。
污水處理排出終端自測結(jié)果如下表:序號 污染物 測量方法 測試結(jié)果 二級標(biāo)準(zhǔn) 三級標(biāo)準(zhǔn) 確認(rèn) 1pH值 廣范試紙 7--8 6--9 6--9 符合 2 色度 感觀 無色透明 180mg/L——符合 3 懸浮物 感觀 眼觀不見 200mg/L 400mgL 符合 4 油類 感觀 眼觀不見 10mg/L 30mg/L 符合 5 BOD<15mg/L 6 NH3-N<0.5mg/L
引用標(biāo)準(zhǔn):GB8978--1996。