一种含镍废水处理系统及其处理方法
【专利摘要】本发明公开一种含镍废水处理系统，其包括:化学反应系统、膜化学反应池和生化反应系统，其中，所述膜化学反应池中设有分隔壁（17），所述分隔壁将膜化学反应池分为强化沉淀室（12）和膜反应室（13），所述分隔壁开设有连通所述膜反应室与强化沉淀室的通道，以及上清液溢流槽（18）；其中，污水由化学反应系统经过处理后，由所述强化沉淀室（12）进入膜反应室（13），经过强化沉淀室和膜反应室处理后由膜反应室排出，其中，所述强化沉淀室对污水进行絮凝沉淀处理，所述膜反应室用于对污水进行固液分离；所述膜反应室包括膜组件，所述膜组件包括平板膜以及支撑框架，经过所述平板膜的深度固液分离，出水进入生化反应系统而后达标排放。
【专利说明】
一种含镍废水处理系统及其处理方法
技术领域
[0001] 本发明涉及水处理工艺，尤其涉及一种采用膜法结合物理、化学及生物方法的工 业废水处理系统及其处理方法。
【背景技术】
[0002] 随着国家或企业对绿色环保和节约资源等的需求，污(废)水处理变得越来越受到 大众的重视。目前较为有效可行的污水处理通常采用生物处理方法。例如，传统的生物处理 工艺使用二次沉淀池来对污水进行处理。然而，在进行污水处理时，污水在经过生化反应 后，还需要经过二次沉淀池沉淀后才可排放，造成污水处理的过程较长。另外，采用二次沉 淀池的处理工艺占地面积大，投资成本高。尤其是当运行泥龄较高时，这会导致不良的污泥 沉淀性。因此，这种处理系统及工艺并不适宜用于人口密集的地域。
[0003] 近年来，膜生物反应器(Membrane Bioreactor，简称MBR)技术逐渐成为主流处理 工艺。MBR的工艺特点是将活性污泥的生物降解处理与膜的固液分离相结合，取代常规的沉 淀、过滤技术，并使处理后的水质直接达到(优于)排放标准的水平。膜生物反应器具有许多 明显优势，例如具有系统处理效率尚、尚负荷率、占地面积小、排水质量尚及污泥终广物量 低等优点。
[0004] 典型的膜生物反应器包括膜组件和生物反应器，大量的微生物(活性污泥)在膜生 物反应器内与基质(废水中的可降解有机物等)充分接触，通过氧化分解作用进行新陈代谢 以维持生长、繁殖，同时使有机污染物降解，膜组件通过机械筛分、截留等作用对废水和污 泥混合液进行固液分离，生物处理系统和膜组件的有机结合，不仅提高了系统的出水水质 和运行的稳定性，还延长了大分子物质在生物反应器中的水力停留时间，使之得到最大限 度的降解，并加强了系统对难降解物质的去除效果。
[0005] 按照膜组件和生物反应器的相对位置，MBR主要有两种构型：浸没式和交流式(有 时称旁流式或分置式）。交流式膜反应器主要应用于工业废水的处理，易于膜的清洗和更 换，但动力消耗较高。与交流式膜反应器相比，浸没式膜反应器最大的特点是运行能耗低， 且具有结构紧凑、体积小等优点，并可用于大规模的污水处理厂，这也是浸没式膜反应器得 以广泛应用的原因。目前世界上大多数采用浸没式MBR。
[0006] 传统的膜组件中的膜采用微滤/超滤膜，微滤的孔径约为0.1微米，超滤膜的孔径 大约在0.001-0.01微米之间。由于微滤/超滤膜孔径较小，能有效地阻止细菌、病毒等，以促 进出水水质，从而能够起到消毒、去除致病的微生物的作用。然而此种微滤/超滤膜组件的 投资成本高且能耗较大，此限制其得到更加广泛的使用。因此，后来出现粗孔膜的使用，例 如合成纤维制成的无纺布或非织布，这种膜主要利用二次过滤层，即随着膜过滤时间加长 在其表面形成的沉积物，这种二次过滤层实现膜的实际有效过滤功能。然而，通常，随着越 来越多的生物质沉积于膜表面，这种二次过滤层会变得越来越厚，最终导致膜阻塞。
【发明内容】
[0007] 有鉴于此，有必要提供一种占地省、效率高、可实现达标排放的含镍废水处理系 统。
[0008] 以及提供一种采用上述含镍废水处理系统的废水处理方法。
[0009] -种含镍废水处理系统，其包括:化学反应系统、膜化学反应池和生化反应系统， 其中，所述膜化学反应池中设有分隔壁（17)，所述分隔壁将膜化学反应池分为强化沉淀室 (12)和膜反应室（13)，所述分隔壁开设有连通所述膜反应室与强化沉淀室的通道，以及上 清液溢流槽（18);其中，污水由化学反应系统经过处理后，由所述强化沉淀室（12)进入膜反 应室（13)，经过强化沉淀室和膜反应室处理后由膜反应室排出，其中，所述强化沉淀室对污 水进行絮凝沉淀处理，所述膜反应室用于对污水进行固液分离;所述膜反应室包括膜组件， 所述膜组件包括平板膜以及支撑框架，经过所述平板膜的深度固液分离，出水进入生化反 应系统而后达标排放。
[0010]优选的是，所述化学反应系统对污水进行加药絮凝，絮凝的废水进入强化沉淀室 (12) ，在基本没有水力搅动的条件下得到充分的絮凝与沉淀的时间，而后沉淀的絮凝体形 成高浓度含镍污泥，经过设于强化沉淀室（12)底部的斜板污泥收集槽（14)，定期排出强化 沉淀室（12)之外。
[0011]优选的是，上清液（15)通过所述溢流槽（18)排入膜反应室（13)中，通过设在膜反 应室（13)中的平板膜组件（132)排出膜化学反应池（11)，进入生物处理系统进行后续脱氮 及去除有机物的处理，
[0012]优选的是，所述上清液（15)通过设在分隔壁（17)上的溢流槽（18)排入膜反应室 (13) 时，部分泥水混合物（16)会通过分隔壁（17)与池底的间隔进入膜反应室（13)，以保证 膜组件（132)的正常工作污泥浓度。
[0013] 优选的是，还设置一空气扩散器（134)，其位于膜组件（132)的底部位置，并连接一 曝气机(136)，用于连续地向膜反应室（13)内曝气，以维持膜的正常运行，有效提高膜通量， 预防膜堵塞。
[0014] 一种含镍废水处理方法，使用物理、化学与生物相结合的方法，该方法包括以下步 骤：
[0015] 经过物理、化学方法除掉油脂与铬的废水中首先进入调节池中，调节pH值，预防进 水水质突然变化；
[0016] 调节池的出水随后进入加药絮凝池与反应池，在次氯酸钠与亚铁离子的作用下将 次、亚磷酸盐氧化成磷酸盐，从而絮凝成较大的颗粒沉淀；
[0017] 经过絮凝后的废水进入加药絮凝池加碱与聚合氯化铝从而将废水中的镍离子絮 凝沉淀；
[0018] 经过再次絮凝沉淀后的废水进入膜化学反应池中的强化沉淀室充分进行絮凝作 用并沉淀，沉淀的化学污泥通过强化沉淀室下的斜板沉淀槽排出膜化学反应池；
[0019] 絮凝沉淀后的上清液通过强化沉淀室溢流槽进入膜反应室，通过安装其中的平板 微滤膜实现固液分离，从而得到只含有微量镍的出水；
[0020] 膜反应室处理后，废水进入生物处理系统去除C0D与总氮，从而实现达标排放。 [0021]优选的是，所述空气扩散器连续定量地对膜反应室内进行曝气，所述曝气量小于 处理水量的10倍。
[0022] 优选的是，经过污水处理后，COD浓度在80mg/L以下，总镍浓度在0.3mg/L，总氮浓 度在15mg/L以下，总磷浓度在lmg/L以下，可以实现含镍废水的达标排放。
[0023] 与现有技术相比，所述含镍废水处理系统及方法通过膜化学反应池的强化絮凝沉 淀功能和高效固液分离功能，在进行废水处理时，膜化学反应池可以完全替代沉淀池，并较 传统工艺节约占地50%以上，同时膜组件曝气强度低，较传统膜工艺节省能耗;而且，膜不 容易形成阻塞，从而节省运行成本。在此基础上，可以提高镍的去除效率，使废水达标排放。
【附图说明】
[0024]图1是本发明实施例的废水处理系统流程图。
[0025]图2是本发明实施例的膜化学反应池结构示意图。
[0026]图3是本发明实施例的含镍废水处理方法运行过程中的日处理水量与膜通量 (flux)随运行时间变化曲线图。
[0027] 图4是本发明实施例的含镍废水处理方法运行过程中膜化学反应池出水的pH值随 运行时间变化曲线图。
[0028] 图5是本发明实施例的含镍废水处理方法运行过程中的进水与出水中的总镍浓度 以及总镍去除效率随运行时间变化曲线图。
[0029] 图6是本发明实施例的含镍废水处理方法运行过程中膜化学反应池的进水与出水 中的总磷浓度以及总磷去除效率随运行时间变化曲线图。
[0030]图7是本发明实施例的含镍废水处理方法运行过程中膜化学反应池的进水与出水 中的化学需氧量(C0D)及C0D去除效率随运行时间变化曲线图。
[0031 ]图8是本发明实施例的含镍废水处理方法运行过程中的进水与出水中的总铬浓度 以及总铬去除效率随运行时间变化曲线图。
[0032]图9是本发明实施例的含镍废水处理方法运行过程中膜透压力（TMP)随运行时间 变化曲线图。
[0033] 图10是本发明实施例的含镍废水处理方法运行过程中的进水与出水中的总磷浓 度以及总磷去除效率随运行时间变化曲线图。
[0034] 图11是本发明实施例的含镍废水处理方法运行过程中的进水与出水中的化学需 氧量(C0D)及C0D去除效率随运行时间变化曲线图。
[0035]图12是本发明实施例的含镍废水处理方法运行过程中的进水与出水中的总氮及 总氮去除效率随运行时间变化曲线图。
【具体实施方式】
[0036]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对 本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并 不用于限定本发明。
[0037]请参阅图1，本发明实施例的含镍废水处理系统包括依次连通的调节池、加药絮凝 池、反应池、加药絮凝池、内设有分隔壁的膜化学反应池以及前期的物理、化学处理系统处 理含油废水与含铬废水、后续的生物处理系统。
[0038]请参阅图2，本实施例中的核心部分为内设有分隔壁17的膜化学反应池 11，经过加 药絮凝池絮凝的废水首先进入内设有分隔壁17的膜化学反应池11中的强化沉淀室12,在基 本没有水力搅动的条件下得到充分的絮凝与沉淀的时间，而后沉淀的絮凝体形成污泥，经 过斜板污泥收集槽14排出膜化学反应器11。另外，上清液15通过设在分隔壁17上的溢流槽 18排入膜反应室13中，通过设在膜反应室13中的平板膜组件132排出膜化学反应池11，进入 生物处理系统进行后续脱氮及去除有机物的处理。
[0039] 具体地，强化沉淀室12可以为系统的絮凝作用提供更加充足的絮凝与沉淀时间， 同时在强化沉淀室12底部设有斜板污泥收集槽14,可以更高效的收集沉淀下来的絮凝体， 形成高浓度含镍污泥，定期排出强化沉淀室12之外。同时，上清液15通过设在分隔壁17上的 溢流槽18排入膜反应室13中，部分泥水混合物16会通过分隔壁17与池底的间隔进入膜反应 室13,以保证膜组件132的正常工作污泥浓度。空气扩散器134与一个曝气机136相连，空气 扩散器134位于膜组件132的底部位置，用于连续地向膜反应室13内曝气，提供充分的混合， 并通过平板膜组件132进行高效的固液分离，保证进入生物处理系统进行后续处理的废水 具有较低的金属污染物水平。
[0040] 其中，膜化学反应池 11的存在可以完全替代沉淀池，在更短的水力停留时间内提 供更好的固液分离效果，由于更短的水力停留时间，可以节约全部沉淀池的占地，占总系统 占地的50%以上。
[0041]继续参阅图1与图2,以下介绍本实施例中的处理系统的处理方法，包括以下步骤： (1)经过物理、化学方法除掉油脂与铬的废水中首先进入调节池中，调节pH值，预防进水水 质突然变化，（2)调节池的出水随后进入加药絮凝池与反应池，在次氯酸钠与亚铁离子的作 用下将次、亚磷酸盐氧化成磷酸盐，从而絮凝成较大的颗粒沉淀，（3)经过絮凝后的废水进 入加药絮凝池加碱与聚合氯化铝从而将废水中的镍离子絮凝沉淀，（4)经过再次絮凝沉淀 后的废水进入膜化学反应池中的强化沉淀室充分进行絮凝作用并沉淀，沉淀的化学污泥通 过强化沉淀室下的斜板沉淀槽排出膜化学反应池，（5)絮凝沉淀后的上清液通过强化沉淀 室溢流槽进入膜反应室，通过安装其中的平板微滤膜实现固液分离，从而得到只含有微量 镍的出水，（6)膜反应室处理后，废水进入生物处理系统去除⑶D与总氮，从而实现达标排 放。
[0042]在处理过程中，膜化学反应池11的存在可以完全替代沉淀池，在更短的水力停留 时间内提供更好的固液分离效果，由于更短的水力停留时间，可以节约全部沉淀池的占地， 占总系统占地的50%以上。另外，由于分隔壁17将膜化学反应池11分隔成两个不同的部分， 使得空气扩散器134可以更有效率的曝气，从而有效的预防膜堵塞。本实施例的处理工艺连 续运行4个月以上，始终维持较低的膜透压力(Transmembrane Pressures，简称为TMP)，由 此可降低成本。
[0043]下面以实际运行的含镍废水处理厂为例，
[0044] 下面以一个中试生物反应池例，该生物反应池的有效容积为1.5立方米，操作条件 为：水力停留时间为6小时，固体停留时间为15-50天，混合液悬浮固体(Mixed Liquor Suspended Solids，简称为MLSS)浓度为2000-4000mg/L。在中试过程中，进行如下各种操作 参数的试验。
[0045] 1.污水的膜通量:膜通量越大，工艺的处理能力越大，成本越低。本实施例分别以 lm3/m2 · d(立方米/平方米?天）、2m3/m2 · d、3m3/m2 · d和4m3/m2 · d四种膜通量作为试验对 象，并在稳定阶段保持混合液悬浮固体浓度为4500mg/L，以及膜面积不变，得出结果如下 表：
[0046] 表1不同膜通量下的操作性能参数
[0047]
[0048] 通常F/M越大，HRT越小表明系统的处理效率越高，普通MBR的膜通量仅为0.2-0.5。 因而，该表显示，本系统在较高膜通量的条件下，膜通量增大时，HRT仍能以一定比例下降， 说明该系统在较高膜通量下能够正常工作，保证出水量，而不会出现膜堵塞的情况。
[0049] 2.混合液悬浮固体浓度:本实施例分别以0-150mg/L(低范围）、0-1500mg/L(高范 围）以及0_15000mg/L(更高范围)三种浓度作为试验对象，并保持流量不变，F/M比例范围为 0.1-0.2gC0D/gMLSS· d，而固体停留时间（Solid Retention Time，简称为SRT)在25-60天 范围内，曝气速率恒定为3L/min，膜通量适当调整为1.7m3/m 2 · d，得出结果如下表：
[0050] 表2不同混合液悬浮固体浓度下的操作性能参数
[0051]
[0052] 根据通常的MBR膜通量及生物量(MLSS)的关系研究可知，当MLSS增大到一定程度 后，则由于膜堵塞问题无法继续增加膜通量。而在本系统中当MLSS为6000时仍然能保证较 高的膜通量（1.7)。一般而言，MBR工艺中活性污泥浓度越高（即MLSS越高），污水的处理能力 越强。因此，表2的数据说明本系统能够在较高负荷下运行，且能达到所预期的良好处理效 果。
[0053]另外，在中试时测定了其他参数如下：
[0054] 进水参数:pH，TSS(总悬浮物固体），B0D5(5日生化需氧量），Total COD(COD)(化学 需氧量），NH4+-N(氨氮），TKN(总有机氮），N〇2-N(亚硝态氮），N〇3-N(硝态氮），（TN)(总氮），D0 (溶氧)和温度
[0055] 混合溶液中：pH，MLSS，D0(膜反应室内）及温度
[0056] 出水参数：TSS，B0D5，COD，NH/-N，TKN，N〇2-N，N03-N，TN 及温度。
[0057] 具体的测定结果如图2-13所示。由图可知，本实施例的各种操作参数范围
[0058] 如下：
[0059] 流量：2-3m3/d
[0060] 流速：3-5m/d
[0061] pH： 5.5-7.0
[0062] 水温:在处理后期稳定于22_26°C
[0063] 从图6可知，进水中总悬浮物固体浓度稳定在100-300mg/L，处理后出水总悬浮物 固体浓度维持在较低水平，大约在20mg/L以下，悬浮物固体去除率平均达到92%。
[0064] 从图7可知，进水中C0D浓度稳定在200-400mg/L，处理后出水的C0D浓度维持在较 低水平，大约在l〇〇mg/L以下，C0D去除率平均达到90 %。
[0065] 从图8可知，进水中B0D浓度稳定在100-200mg/L，处理后出水的B0D浓度维持在较 低水平，大约在5011^/1以下，800去除率平均达到90%。
[0066]从图9可知，进水中总有机氮浓度稳定在20-40mg/L，处理后出水的总有机氮浓度 维持在较低水平，大约在l〇mg/L以下，有机氮去除率平均达到93 %。
[0067]从图10可知，进水中氨氮浓度稳定在30mg/L，处理后出水的氨氮浓度维持在较低 水平，大约在2mg/L以下，氨氮去除率平均达到93%。
[0068] 从图11和12可知，处理后出水的硝酸浓度较低，大约在lmg/L以下。
[0069] 在经过每次反冲洗后，膜透压力基本回到新膜状态，因此不需要化学清洗。
[0070] 最后处理的结果如下表所示：
[0071] 表3本处理方法的去除效果表
[0073]由上表可知，本实施例的污水处理方法的C0D、TSS、氨氮的去除效率都高达90%以 上，TN的去除效率也能达到81%，表现出优良的处理效果。由于本实施例采用了尼龙网膜进 行过滤，在污水处理过程中，不需要很大的曝气量反冲，曝气强度低，较传统膜工艺节省至 少50%的能耗;而且，膜不容易形成阻塞，从而节省清洗成本。另外，还对膜孔以及有效过滤 面积进行设计，以达到良好污水处理效果。
[0074]以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精 神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种含镍废水处理系统，其包括:化学反应系统、膜化学反应池和生化反应系统，其 中，所述膜化学反应池中设有分隔壁（17)，所述分隔壁将膜化学反应池分为强化沉淀室 (12) 和膜反应室（13)，所述分隔壁开设有连通所述膜反应室与强化沉淀室的通道，以及上 清液溢流槽（18);其中，污水由化学反应系统经过处理后，由所述强化沉淀室（12)进入膜反 应室（13)，经过强化沉淀室和膜反应室处理后由膜反应室排出，其中，所述强化沉淀室对污 水进行絮凝沉淀处理，所述膜反应室用于对污水进行固液分离;所述膜反应室包括膜组件， 所述膜组件包括平板膜以及支撑框架，经过所述平板膜的深度固液分离，出水进入生化反 应系统而后达标排放。2. 根据权利要求1所述的含镍废水处理系统，其特征在于，所述化学反应系统对污水进 行加药絮凝，絮凝的废水进入强化沉淀室（12)，在基本没有水力搅动的条件下得到充分的 絮凝与沉淀的时间，而后沉淀的絮凝体形成高浓度含镍污泥，经过设于强化沉淀室（12)底 部的斜板污泥收集槽(14)，定期排出强化沉淀室（12)之外。3. 根据权利要求1所述的含镍废水处理系统，其特征在于，所述分隔壁（17)上设有溢流 槽（18)，其中，上清液（15)通过所述溢流槽（18)排入膜反应室（13)中，通过设在膜反应室 (13) 中的平板膜组件（132)排出膜化学反应池（11)，进入生物处理系统进行后续脱氮及去 除有机物的处理。4. 根据权利要求3所述的含镍废水处理系统，其特征在于，所述上清液（15)通过设在分 隔壁（17)上的溢流槽（18)排入膜反应室（13)时，部分泥水混合物（16)会通过分隔壁（17)与 池底的间隔进入膜反应室（13)，以保证膜组件（132)的正常工作污泥浓度。5. 根据权利要求1所述的含镍废水处理系统，其特征在于，还设置一空气扩散器（134)， 其位于膜组件（132)的底部位置，并连接一曝气机（136)，用于连续地向膜反应室（13)内曝 气，以维持膜的正常运行，有效提高膜通量，预防膜堵塞。6. -种含镍废水处理方法，其特征在于，使用物理、化学与生物相结合的方法，该方法 包括以下步骤： 经过物理、化学方法除掉油脂与铬的废水中首先进入调节池中，调节pH值，预防进水水 质突然变化； 调节池的出水随后进入加药絮凝池与反应池，在次氯酸钠与亚铁离子的作用下将次、 亚磷酸盐氧化成磷酸盐，从而絮凝成较大的颗粒沉淀； 经过絮凝后的废水进入加药絮凝池加碱与聚合氯化铝从而将废水中的镍离子絮凝沉 淀； 经过再次絮凝沉淀后的废水进入膜化学反应池中的强化沉淀室充分进行絮凝作用并 沉淀，沉淀的化学污泥通过强化沉淀室下的斜板沉淀槽排出膜化学反应池； 絮凝沉淀后的上清液通过强化沉淀室溢流槽进入膜反应室，通过安装其中的平板微滤 膜实现固液分离，从而得到只含有微量镍的出水； 膜反应室处理后，废水进入生物处理系统去除COD与总氮，从而实现达标排放。7. 如权利要求6所述的污水处理方法，其特征在于，所述空气扩散器连续定量地对膜反 应室内进行曝气，所述曝气量小于处理水量的10倍。8. 如权利要求6所述的污水处理方法，其特征在于，经过污水处理后，COD浓度在80 mg/ L以下，总镍浓度在0.3 mg/L，总氮浓度在15 mg/L以下，总磷浓度在I mg/L以下，可以实现 含镍废水的达标排放。
【文档编号】C02F9/14GK105884128SQ201610218084
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年4月9日
【发明人】曾清, 黄超, 白鹏, 张福荣
【申请人】深圳市赛威赢环境技术工程有限公司