中水和生活污水MBR工艺Word文档下载推荐.docx
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根据建设方提供的水质水量,同时参考相关污水处理厂的实际经验,本方案设计水质水量如下:
指标类别
单位
出水水质
pH
-
6~9
CODCr
mg/L
400-700mg/l
BOD5
250-400mg/l
SS
270-450mg/l
油脂
氨氮
4-40mg/l
水量:
Q=882m3/d
3.2.2出水水质要求
根据建设方要求用于绿化、浇洒道路、洗车、冲厕时的回用水水质标准,应达到《城市污水再生利用城市杂用水水质标准》(GB/T18920)的规定
序号
项目
冲厕
道路清扫
城市绿化
车辆冲洗
1
PH
6.0-9.0
2
色度(度)≤
30
3
嗅
无不快感
4
浊度(NTU)≤
5
10
溶解性总固体(mg/l)≤
1500
1000
6
五日生化需氧量BOD5(mg/l)≤
15
20
7
氨氮(mg/l)≤
8
阴离子表面活性剂(mg/l)≤
1.0
0.5
9
铁(mg/l)≤
0.3
-----
锰(mg/l)≤
0.1
11
溶解氧(mg/l)≥
12
总余氯(mg/l)
接触30min后≥1.0,管网末端≥0.2
13
总大肠菌群(个/l)≤
4工程设计说明
4.1工艺选择
原水大部分为餐饮废水,还含有小部分优质杂排水。
餐饮废水的成分复杂,有机物含量高,主要有食物纤维、淀粉、脂肪、动植物油脂、各类佐料、洗涤剂和蛋白质等,餐饮废水的治理任务主要是去除油脂、有机物和悬浮物,该废水可生化性相对较高,采用单纯的物化或生化方法很难达到处理要求,且处理成本较高,根据水质分析和已有实际工程的经验,本方案考虑采用物化预处理+生化预处理+MBR生化处理作为本工程的处理工艺。
常见生化法有接触氧化法、陶粒生物滤池法、膜生物反应器法(MBR)。
接触氧化法、生物陶粒滤池法耐冲击负荷、降解难降解物质如发泡剂等能力差,且占地大,管理复杂。
后续处理操作复杂,运行成本高,不易进行程控化管理(PLC),杀菌全靠消毒工序完成,当投药不均匀或是投药系统出现故障时不符合要求的水将进入使用系统,待发现更改时,用户已经受到长时间不合格水的侵害。
膜生物反应器技术是二十世纪末发展起来的高新技术。
它是将污水中的生化处理与物化处理结合在一起的崭新处理工艺,生化有效降解有机物,孔隙率≤0.08μm级膜将净水与杂质彻底分离,出水中SS值趋于零。
绝大部分的细菌、微生物、热源、病毒随同它的载体一道被截留在污水中,后续消毒手段可做为杀菌的双重保险,避免了传统工艺可能会出现的水质不合格的问题,出水水质完全得到保证。
它的前处理与后处理极其简单,所以占地小,可程控化管理,每年仅需清洗2~3次。
MBR反应器污泥浓度(MLSS)可达到3000~20000mg/l以上,所以有机物在MBR池内被分解氧化,基本不产生剩余污泥,极少需要排泥,不产生二次污染,仅需利用简单的PLC技术对水位进行自动控制、膜污染报警及开启相应反洗设施即可程控化管理。
MBR是较为理想的水处理工艺。
MBR工艺的实际商业应用最早出现在20世纪70年代末期的北美,紧接着出现在80年代早期的日本。
在这个时候,MBR工艺在南非进入了工业污水处理市场。
在欧洲,MBR工艺直到80年代中期才第一次出现。
我国在2000年也已将膜产业列为国家重点支持的22项化工产业之一。
对膜生物反应器处理污水技术还设立了国家高技术研究发展计划(863计划)课题进行研究。
目前在世界范围内,实际运行的MBR系统已超过几千套,同时许多工程正在计划或者建设中。
对于所有的MBR工艺而言,获得非常高质量的出水水质是很平常的。
不管处理的污水类型如何,也不管采用何种商业化的MBR工艺,固体物质的完全去除、优良的消毒特性、高速度和高效率的有机物与营养物质的去除以及占地面积小是所有MBR的共同特点。
关键问题是膜组件的使用寿命。
4.1.1物化预处理
为保证后续主体生化工艺的稳定运行,确保出水水质稳定,需要对来水进行预处理。
预处理的目的有如下几点:
防止大块悬浮物、漂浮物进入污水处理系统,造成水泵、管路的堵塞
均匀来水水质,减轻主处理工艺的冲击负荷
防止悬浮物在原水池中沉淀,造成原水池中的淤泥沉积
防止污水在原水池中发生腐败
去除来水中的油脂,包括乳化油,油脂堵塞MBR膜组件,直接影响MBR膜的通量及污染熟虑
去除来水中的悬浮物,防止对MBR膜照成堵塞
为满足后续生化处理的要求,本方案的预处理工艺采用机械格栅+曝气调节池+混凝气浮。
4.1.2生化预处理
污水中有机物和悬浮物等大颗粒物质较多,如直接采用好氧处理势必加大曝气量和污水停留时间,造成投资及运行成本增加。
所以,本方案设计污水在进入好氧处理系统之前,先经过生化预处理——水解酸化工艺提高废水的可生化性,以降低投资和运行成本。
水解酸化放弃了厌氧反应中甲烷发酵阶段,利用厌氧反应中水解和产酸作用,使得污水、污泥一次得到处理。
在整个过程中80%以上的进水悬浮物水解成可溶性物质,将大分子降解为小分子,不仅使难降解的大分子物质得到降解,对污水中的部分COD及BOD得到一定程度的去除,同时出水BOD/COD比值提高,降低了生化处理的需氧量和曝气时间。
并把部分消化液回流到水解酸化池,利用反硝化达到去除氨氮的目的。
我公司针对传统水解酸化池的运行情况进行了优化改进,并且已经成功运用于国内多个中等浓度废水处理工程,在设计、施工、调试和运营中积累了丰富的经验,故本方案选定水解酸化池作为好氧工艺的预处理工艺。
4.1.3好氧工艺的选择
好氧工艺是一个主要耗能单元,在选择时应考虑如何提高污泥负荷,降低投资费用和运行费用。
根据上述原则,结合工程特点,参照国内外中水运行经验,列出下面的工艺进行比较:
表3.1主要生物处理技术的比较
生物接触氧化法工艺
MBR膜生物反应器工艺
处理工艺的先进性
比较传统
国际先进技术
处理工艺的复杂性
较复杂
本处理工艺后需加过滤、吸附及消毒设备的处理才能够达到中水回用水水质的要求
简单
MBR设备出水即可达到中水回用水水质的要求。
设备及购筑物占地面积
较大
较小(仅为接触氧化法的50%左右——主要是调节池及回用池占用面积)
出水水质情况
仅能达到中水回用水水质的要求,如长时间不使用再次使用启动期较长(需做生物膜培养工作)。
稳定且优于中水回用水水质要求。
即使长时间不使用再次使用仍可随时启动。
操作维护
较复杂(反冲洗由人工控制)。
可完全实现自动化控制、无人值守。
设备每年只需清洗2-3次。
运行费用
较高
低(耗电量低、加氯量小、无人值守)
初期投资
低
综合比较
综合性价比较低
综合性价比高
通过对于两种工艺的比较,具体总结如下:
占地:
膜工艺占地为传统接触氧化处理工艺的1/3—1/2。
出水水质:
接触氧化工艺虽然可以达到中水回用标准(COD≤50,BOD5≤20,SS≤20),但不稳定,膜工艺出水水质稳定可靠,均可达到相当高的水平(COD≤20,BOD5≤5,SS≤无),同时由于处理后中水回用至冲厕水箱,长时间存放不会有异味产生。
运行费用:
膜处理工艺运行成本比常规接触氧化处理工艺每吨水略高。
运行操作:
膜处理工艺采用PLC可编程控制器进行控制,操作简单,无需专人运行。
由于接触氧化工艺处理工艺较膜处理工艺长,因此占地及水箱个数均较多,膜工艺需要3个水箱,而接触氧化工艺需要7个箱体,而且对层高均有要求,。
4.2艺流程说明
4.2.1流程框图
根据以上分析可以确定本改造工程采用MBR工艺,具体工艺流程为:
提升泵
罗茨鼓风机
MBR反应池
混凝气浮
细格栅
格栅槽
原水
曝气调节池
自吸泵
变频回用设备
中水储存池
消毒设备
药洗设备
水解酸化
4.2.2工艺流程说明
混合废水经机械格栅除去较大的漂浮的杂物后进入曝气调节池,调节池内装穿孔管进行水力搅拌,均衡和调节水质水量。
调节池出水通过污水泵泵入混凝气浮,通过混凝和破乳,去除大部分悬浮物和油脂。
气浮出水泵入水解酸化池,在水解酸化池内大块有机物得到分解或去除,MBR池的部分污泥返回水解酸化池,保证水解酸化池的运行效果,并起到去除氨氮的作用。
水解酸化池出水自流入后续的MBR池,在此完成有机物的好氧去除。
4.3单元说明
1.格栅槽
作为安装细格栅之用,底部落在曝气调节池的顶板上。
格栅槽为:
钢板焊接;
用以去除水中的悬浮物和漂浮物,包括纸张、塑料袋等,保证后续构筑物的正常运转。
2.调节池
厂区废水的排放水质和水量一天24小时不是恒定和连续的,这种波动对污水处理设备发挥其净化功能是不利的,甚至可能遭到破坏,水量水质的波动越大,过程参数越难以控制,处理效果越不稳定,反之,波动越小,效果越稳定,在这种情况下,为了保证后续的正常工作,必须在废水站内设置大容积的调节池。
本方案在调节池内装设穿孔管进行水力搅拌,对水质水量进行均衡处理。
调节池为碳钢防腐结构,设计尺寸为:
10×
6.5×
5.5m,有效容积为325m3。
3.混凝气浮
原水大部分为餐饮废水,餐饮废水的成分复杂,主要是含有油脂、有机物和悬浮物,虽然前端设置了一级隔油,但是仍有一部分油不能去除,特别是乳化油,废水中的油直接影响MBR膜的通量及污染速率。
为彻底去除水中的油类,并减少运行费用,考虑采用混凝气浮对污水进行预处理。
4.水解酸化池
在整个过程中80%以上的进水悬浮物水解成可溶性物质,将大分子降解为小分子,不仅使难降解的大分子物质得到降解,而且出水BOD/COD比值提高,降低了生化处理的需氧量和曝气时间。
MBR池的部分污泥返回水解酸化池,保证水解酸化池的运行效果,并起到去除氨氮的作用。
5.MBR池
膜生物反应器(MembraneBio-reactor)是膜分离技术和生物技术的有机结合。
使水力停留时间(HRT)和污泥停留时间(STR)完全分离。
其高效的固液分离能力使出水水质良好,悬浮物和浊度接近于零,并可截留大肠菌等生物性污染物,处理后出水可直接回用或外排。
MBR技术特点
●由于膜的分离作用,不必设立沉淀、过滤等其他固液分离设备。
高效的固液分离将废水中的悬浮物质、胶体物质、生物单元的微生物菌群与已净化的水分开,不须经三级处理即直接可回用。
●可使生物处理单元微生物量维持在高浓度,使容积负荷大大提高,同时膜分离的高效性,使处理单元水力停留时间大大缩短,生物反应器的占地面积减少。
系统占地仅为传统方法的三分之一。
●
膜生物反应器可以滤除细菌、病毒等有害生物,可显著节省加药消毒所带来的长期运行费用并扩大废水回用范围。
●膜的高效截留作用,使微生物完全截留在反映器内,实现反应器水力停留时间(HRT)和污泥龄(SRT)的完全分离,运行控制灵活稳定。
●防止各种微生物菌群的流失,有利于生长速度缓慢的细菌(硝化细菌等)的生长,使一些大分子难降解有机物停留时间长,有利于它们的分解,从而使系统中各种代谢过程顺利进行。
●膜生物反应器内生物污泥在运行中可以达到动态平衡,几乎无剩余污泥排放,污泥处理费用低。
●由于膜的分离作用,不必设立沉淀过滤等其他固液分离设备。
高效的固液分离将废水中的悬浮物质、胶体物质、生物单元的微生物菌群与已净化的水分开,不须经三级处理。
在反应池中设有好氧区和厌氧区,因为在好氧区内固定大量的硝化菌,进行硝化作用:
硝化菌
NH4++1.382O2+1.982HCO3-0.982NO2-+0.018C5H7O2N+1.036H2O+1.891H2CO3
NO2-+0.003NH4++0.01H2CO3+0.003HCO3-+0.488O20.003C5H7O2N+NO3-
而在缺氧区和厌氧区固定大量兼性的反硝化菌,进行反硝化反应:
反硝化菌
NO3-+[H]NO2-+H2O
NO2-+[H]N2↑+H2O
这样使整个系统具有较高的脱氮效果。
图1-1和图1-2分别为传统活性污泥法和MBR(膜生物反应器)的流程图。
相对传统的活性污泥法,MBR用膜分离来取代活性污泥法沉淀池的沉降分离。
MBR还具有如下一些优点。
活性污泥槽
沉淀池(沉降分离)
污水
放流
图1-1标准活性污泥法流程
浸没式膜组件
放流或中水回用
RO膜
再利用
图1-2MBR流程
(1)紧凑合理的污水处理系统
MBR可以在高浓度的活性污泥(7000~18000mg/L)条件下,仍可以进行生物反应。
也就是说,在MBR中,含有更多有机组分的污水在短时间内或在更小的空间内可以被分解,生物反应速度较快。
他不仅可以降解BOD等有机物,还具有硝化除氮的功能。
而且在MBR中,不需要二沉池。
因此相比传统的活性污泥法来说,安装MBR空间要小得多。
它可以适用于既有设备的扩容改造,也可以减少新建设备的占地面积。
(2)高质量的处理水质
膜分离不可能像沉降分离那样发生悬浮物泄漏的问题,而且一些微生物如大肠杆菌,隐孢子虫等均可被微滤膜除去。
设计采用日本东丽MBR膜组件:
东丽浸没式膜组件包含曝气箱和膜元件箱组成。
膜元件箱装有一定数量的按一定的间隔装填的膜元件,每片膜元件是在支持板的两面贴上平板膜而形成的。
曝气箱体包括了提供空气的曝气管(如图1-3所示)。
图1-3MBR组件
这就是在活性污泥池中使用的组件。
关于东丽浸没式膜组件的特性叙述如下:
(1)膜元件形状
膜元件是由具有竖直放置的支撑板作为夹层的平板膜组成(如图1-4所示)。
从膜元件底部曝气管不断进入的气泡对膜表面进行有效的清洗(如图1-5所示)。
因为这一机理使得活性污泥不易在膜表面沉积,从而保证了过滤的稳定进行。
图1-4平板膜元件的结构
图1-5活性污泥的过滤原理
(2)膜的材料
采用了PVDF(聚偏氟乙烯)作为膜材料和PET无纺布作为基层的复合膜构造保证了膜的物理强度和化学稳定性。
(3)膜结构
东丽的PVDF膜表面上孔的直径小而均匀,相对于其它厂商的膜而言,东丽的PVDF膜不仅可生产高质量的产水还具有卓越的透水性能,并且可以防止膜孔的污堵。
图1-6膜表面电子显微镜照片
图1-8膜孔径分布
在过滤运转中,存在简便的连续过滤运转以及间歇的过滤运转两种方式。
在间歇的过滤运转状态下,过滤和停止的反复操作,而曝气是连续进行的,如图4-1所示。
当过滤暂停时,曝气仍然连续。
没有抽吸时的曝气可以实现有效的膜面清洁。
尽管过滤的启动和停止需要控制设备,当需要获得高通量时,推荐并鼓励使用间歇过滤运转。
推荐的间歇过滤设定:
9min运转,1min停止。
图4-1运转时间
标准运转流程图
关于膜元件的标准化的运转流程图(过滤运转部分),自然水头运转和泵的抽吸运转的流程如
(1)、
(2)所示。
另外,关于附带设备如(3)所示。
自然水头运转
从反应池的液面开始到过滤水出水口间的高度差所引起的自然水头作为进行过滤运转的驱动力(如图4-2所示)。
为了利用自然水头,将过滤水出水口设置在相对膜生物反应器的液面较低的位置。
(通常,以元件的最下端高度计算)
过滤水配管推荐使用如图4-2所示的贯通膜生物反应器的过滤水出水口连接方式。
对于不贯通槽、而是跨越槽壁的配管场合,使用一种虹吸管作用的设备(自吸泵等)是非常必要的。
另外,在过滤水出水口处,为了在过滤停止时,使配管水封,设计U型管部件。
图4-2自然水头运转
出水控制阀的开度由流量计自动控制。
此外,如果反应池内的水位到达下液位时,停止过滤出水;
如果到达上液位时,停止进原水。
原水流量的波动通过调节池来解决(图中没有给出),调节池的容量要能够满足原水水量的波动调节。
为了聚集配管内的空气,有效减少自然水头损失,自然水头运转时,请务必实施1次/日的抽空气操作。
贯通壁的过滤水出水口连接场合,过滤停止时,打开排气阀排除空气。
推荐使用自动排气阀。
跨越槽壁的配管场合,请使用一种设备来抽空气从而保证虹吸。
泵抽吸运转
利用泵抽吸进行过滤运转如图4-3所示。
图4-3泵抽吸运转
MBR是中水处理工艺的主处理单元,它是将污水中的生化处理与物化处理结合在一起的崭新处理工艺。
水透过膜的推动力主要靠自吸泵产生的负压来实现,依靠曝气时空气泡的搅动在膜表面形成交错流,来实现膜表面的清洁。
池内生化有效降解有机物,膜将净水与杂质彻底分离,省掉二沉池。
因此其污泥浓度大大提高,污泥停留时间得到延长,而难降解的物质在反应器中不断反应、降解。
因此MBR通过膜分离技术强化了生物反应器的功能,与传统的生物处理方法相比,占地小,低能耗节省运行费用,抗负荷冲击能力强,出水水质好,出水中SS值趋于零,出水水质大大优于其它污水处理工艺。
采用液中膜具有以下特点:
①液中膜是标准模块化组件,可根据处理水量不同任意组合;
②液中膜的结构,它是由两张过滤膜粘贴在一个框架而构成的,使膜组件寿命长;
③膜片之间的气水异向流使的空气既为好氧微生物供氧,又为膜片的自净提供动力,使膜片不易堵塞。
6.鼓风机
采用罗茨鼓风机,并加隔音罩降低躁音。
鼓风机供气给MBR反应池中,池中好氧微生物用以降解污染物,同时以空气动力使膜组件表面震动达到膜片自净的目的。
7.药洗设备
药洗设备包含融药筒、搅拌器、耐腐蚀药液提升泵。
8.自吸泵
用于抽吸膜组件处理出水。
5工程设计及设备选型
5.1主要构筑物与设备选型
5.11机械细格栅
材质:
耙齿不锈钢
栅宽:
300mm
间距:
3mm
5.12曝气调节池
碳钢防腐
尺寸:
5.5m(h)
设备:
1.穿孔布水管:
数量:
1套
pvc
2.提升泵
2台(一用一备)
流量:
40m3/h
扬程:
干式安装
5.14混凝气浮
7×
2.4×
2.0m(h)
1.PAM加药装置:
加药泵:
100L/H
数量:
1台
溶、加药桶:
1m3
2个
溶、加药搅拌机:
2台
2.PAC加药装置:
加药泵:
50L/H
溶、加药桶:
3.破乳剂加药装置:
加药桶:
1个
加药搅拌机:
4.提升泵
5.15MBR池
14.35×
5.5×
5.0m(h)
1.MBR膜单元
8套
正常运行压力:
-0.02~0.04MPa
型号:
TMR140-100S
形式:
平板膜
采用了PVDF(聚偏氟乙烯)作为膜材料和PET无纺布作为基层
品牌:
日本东丽
产地:
日本
2.调节池风机
风量:
1.84m3/min
风压:
60kp
3.MBR池风机
12.3m3/min
2台一用一备
4.混流曝气头
规格:
φ260
25套
方式:
微孔
5.MBR膜药洗装置
2000L
6.自吸泵:
3台
流量:
22m3/h
扬程:
10m
7.反冲洗泵
30m3/h
12m
8.电动葫芦
1吨
2套
5.16中水储存池
9×
3.0m(h)
1.回用泵:
15m
6建构筑物配置
6.1直接费用
名称
规格尺寸(m)
容积/面积
(m3/m2)
备注
调节池基础
10.0×
0.4
26
素混
中水池基础
9.0×
36
MBR一体化设备基础
32
合计
94
7
主要设备及仪器仪表选型及报价
7.1
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