技术领域
本发明具体涉及一种粉末活性炭-平板mbr污水深度处理装置及方法，属于污水处理领域。
背景技术：
我国是一个水资源短缺的国家，人均占有水资源量不足2200立方米，约为世界平均水平的30%，同时，我国还承受着水污染这一严峻的考验。虽然党中央、国务院高度重视环保问题，我国水污染防治形势十分严峻。2015年4月，国务院向社会发布《水污染防治行动计划》（即“水十条”），对我国水污染防治工作提出了新的要求和工作目标。目前，已有多个地区为深入贯彻“水十条”，实现污染物减排和水环境质量改善，根据受纳水体环境质量要求，颁布了强制性地方标准，将城镇污水处理厂排放标准提高到地表水iv类水体标准。因此，根据“水十条”要求与目标，未来几年，越来越多的城镇污水处理厂执行更高的排放标准。我国有5000多座污水处理厂，据相关人士统计，其中将近50%的污水处理厂执行一级b标准，25%的污水处理厂执行一级a标准，污水处理厂提标改造的市场容量巨大。
目前，城镇污水处理厂二级出水中cod大部分是难生物降解的有机物，不易生物降解，c/n比较低，不利于脱氮除磷，因此，用于城镇污水处理厂升级改造的工艺路线均不太理想，出水水质不能稳定达标。针对日益提高的水质标准，提出一种用于污水处理厂升级改造、能够达到地表水iv类水体标准的污水深度处理工艺迫在眉睫。膜生物反应器是一种将膜技术与生物技术有机结合的新型污水处理工艺，但若将其应用于城镇污水处理厂二级出水的深度处理，还需对其技术进行进一步的改进，提高出水水质的稳定性和高效性。
技术实现要素：
本发明目的在于提供一种粉末活性炭-平板mbr污水深度处理装置，旨在解决上述背景技术问题。本发明克服了现存的技术问题，将粉末活性炭与膜生物反应器联用，提出一种新型高效的mbr工艺，将其应用于城市污水处理厂二级出水的深度处理，实现出水水质达到《地表水环境质量标准》ⅳ类水体标准，为工程设计和工程实践提供指导。
本发明的技术方案是通过如下方式实现的：一种粉末活性炭-平板mbr污水深度处理装置，设有进水泵、格栅、缓冲池、膜池、出水泵、鼓风机和plc控制柜；所述缓冲池中设有提升泵、潜水搅拌器和液位传感器；所述膜池中设有平板膜组件、曝气装置、溶解氧传感器和回流管；膜组件出水口上设有压力传感器；
特别地，所述进水泵出水口与格栅进水口相连；
特别地，所述格栅出水口与缓冲池相连；特别地，所述提升泵出水口与膜池相连；
特别地，所述平板膜组件出水管通过压力传感器与出水泵进水口相连；
特别地，所述膜池通过回流管将泥水混合液回流至缓冲池；
特别地，所述鼓风机与曝气装置相连；
特别地，所述进水泵、格栅、出水泵、鼓风机、提升泵、潜水搅拌器、液位传感器、溶解氧传感器和压力传感器与plc控制柜相连；
特别地，所述缓冲池和膜池中污泥浓度（含粉末活性炭）控制在5000~6000mg/l，所述污水深度处理装置中投加200目粉末活性炭量为1g/l。
利用所述粉末活性炭-平板mbr污水深度处理装置处理污水的方法，其特征在于，具体运行步骤如下：
（1）启动系统：将城镇污水处理厂含有硝化菌的剩余污泥投入缓冲池和膜池，污泥浓度控制在4000~5000mg/l，加入待处理的污水，投入适当的外部碳源，曝气24h后，增强活性污泥微生物活性；曝气24h后，活性污泥恢复活性后，在缓冲池和膜池中一次性投入1g/l的200目粉末活性炭，然后系统连续运行。
（2）运行控制：
i：装置连续运行，plc控制柜控制装置启动，启动时，缓冲池中潜水搅拌器和提升泵开始启动，连续运行；鼓风机即开始运行，连续曝气；抽吸泵间歇运行，开、停时间分别设置为9min和1min。
ii：缓冲池中设有液位传感器，用于测定缓冲池中的液位并传输给plc控制柜，plc控制柜中对缓冲池中液位分别设置高液位、中液位和低液位，当缓冲池中液位低于中液位，进水泵和格栅同时启动，开始进水；当缓冲池中液位达到高液位，进水泵和格栅同时停止运行，停止进水。
iii：当运行异常时，plc控制柜控制下装置进入保护状态，此时进水泵、格栅、潜水搅拌器、提升泵、出水泵均停止运行，鼓风机仍处于开启状态，连续曝气；当缓冲池中液位低于低液位时，系统进入保护状态；溶解氧传感器测定膜池中溶解氧浓度，并将测定值输入给plc控制柜，当溶解氧浓度异常时，系统进入保护状态；压力传感器测定跨膜压差，当跨膜压差大于plc控制柜中设定数值时，系统进入保护状态。
（3）待处理城镇污水处理厂二级出水，通过进水泵、格栅进入缓冲池，膜池溢流的含有粉末活性炭的硝化混合液通过回流管回流到缓冲池，回流率控制在200~300%，缓冲池的水力停留时间为1h，缓冲池主要作用是控制进水，对进水的水质水量进行缓冲，同时，因为是不供氧气的，也可以实现部分反硝化功能，装置中活性炭对通过吸附去除一定量的有机物。
（4）缓冲池中提升泵将缓冲池中混合液提升至膜池，鼓风机通过曝气装置向膜池提供氧气，气水比控制在（20-30）:1，曝气目的一方面是提供污染物降解所需氧气，另一方面有利于减少膜污染；活性炭上吸附的硝化菌和悬浮的活性污泥中硝化菌对氨氮进行硝化；通过活性炭吸附作用和活性污泥中微生物生物降解作用对难降解有机物进一步降解。
（5）平板膜组件对膜池中混合液进行泥水分离，膜通量为12~25l/m2.h，压力传感器测定跨膜压差，并将数据传输给plc控制柜，数据异常时，系统进入保护状态。
一种粉末活性炭-平板mbr污水深度处理装置，其特征在于，装置中投加一定量的粉末活性炭，一方面粉末活性炭通过自身吸附作用，去除难降解有机物，另一方面利用活性炭多孔结构，为活性污泥中微生物提供附着场所，提高微生物浓度，有效的提高了有机物和氨氮的去除率；膜池较大的气水比，将活性污泥部分分解，为反硝化提供了必要的碳源，粉末活性炭内部形成的缺氧环境，为反硝化提供了缺氧环境，因此，通过同步硝化反硝化作用实现脱氮，总氮去除率较高。
通过采用前述技术方案，本发明具有的优势和积极效果：
（1）本发明将粉末活性炭与膜生物反应器联用，一方面，通过活性炭吸附作用，对小分子难降解有机污染物进行有效吸附，对cod的去除率进一步提高；另一方面，活性炭具有多孔结构，有利于活性污泥中微生物的聚集，提高了微生物浓度，有利于硝化菌生长，强化了硝化作用，提高了氨氮去除效果，因此，出水cod、氨氮浓度能够稳定达到《地表水环境质量标准》iv类水体标准限制。
（2）本发明装置中投加粉末活性炭，在活性炭多孔结构内部形成缺氧环境，膜池较大的气水比，使得活性污泥部分分解提供了反硝化所需的碳源，因此，在本发明装置中，硝化作用生成的硝态氮可以通过同步硝化反硝化作用而去除，出水中总氮浓度可以稳定达到《污水综合排放标准》一级a总氮限值。
（3）本发明设置缓冲池，有利于对进水水质水量的调节，提高了抗水力冲击负荷能力。同时，本发明采用膜组件对活性污泥和出水进行分离，替代二沉池，节省占地面积，剩余污泥少，运行成本较低，自动化程度高，操作灵活。
本发明所述装置可广泛应用于城镇污水处理厂二级出水的深度处理，特别适用于污水处理厂的提标升级改造。
附图说明
图1为发明装置示意图。
图中：1-进水泵，2-格栅，3-缓冲池，4-膜池，5-出水泵，6-鼓风机，7-提升泵，8-潜水搅拌器，9-液位传感器，10-平板膜组件，11-曝气装置，12-溶解氧传感器，13-回流管，14-压力传感器，15-plc控制柜。
具体实施方式
下面结合附图1和实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示，一种粉末活性炭-平板mbr污水深度处理装置，其特征在于，设有进水泵1、格栅2、缓冲池3、膜池4、出水泵5、鼓风机6和plc控制柜15；所述缓冲池3中设有提升泵7、潜水搅拌器8和液位传感器9；所述膜池4中设有平板膜组件10、曝气装置11、溶解氧传感器12和回流管13；膜组件出水口上设有压力传感器14；进水泵1出水口与格栅2进水口相连；格栅2出水口与缓冲池3相连；提升泵7出水口与膜池4相连；平板膜组件10出水管通过压力传感器14与出水泵5进水口相连；膜池4通过回流管13将泥水混合液回流至缓冲池3；鼓风机6与曝气装置11相连；进水泵1、格栅2、出水泵5、鼓风机6、提升泵7、潜水搅拌器8、液位传感器9、溶解氧传感器12和压力传感器14与plc控制柜15相连。
一种粉末活性炭-平板mbr污水深度处理装置，具体运行步骤为：
（1）启动系统：将城镇污水处理厂含有硝化菌的剩余污泥投入缓冲池和膜池，污泥浓度控制在4000~5000mg/l，加入待处理的污水，投入适当的外部碳源，曝气24h后，增强活性污泥微生物活性；曝气24h后，活性污泥恢复活性后，在缓冲池和膜池中一次性投入1g/l的200目粉末活性炭，然后系统连续运行。
（2）运行控制：
i：装置连续运行，plc控制柜控制装置启动，启动时，缓冲池中潜水搅拌器和提升泵开始启动，连续运行；鼓风机即开始运行，连续曝气；抽吸泵间歇运行，开、停时间分别设置为9min和1min。
ii：缓冲池中设有液位传感器，用于测定缓冲池中的液位并传输给plc控制柜，plc控制柜中对缓冲池中液位分别设置高液位、中液位和低液位，当缓冲池中液位低于中液位，进水泵和格栅同时启动，开始进水；当缓冲池中液位达到高液位，进水泵和格栅同时停止运行，停止进水。
iii：当运行异常时，plc控制柜控制下装置进入保护状态，此时进水泵、格栅、潜水搅拌器、提升泵、出水泵均停止运行，鼓风机仍处于开启状态，连续曝气；当缓冲池中液位低于低液位时，系统进入保护状态；溶解氧传感器测定膜池中溶解氧浓度，并将测定值输入给plc控制柜，当溶解氧浓度异常时，系统进入保护状态；压力传感器测定跨膜压差，当跨膜压差大于plc控制柜中设定数值时，系统进入保护状态。
（3）待处理城镇污水处理厂二级出水，通过进水泵、格栅进入缓冲池，膜池溢流的含有粉末活性炭的硝化混合液通过回流管回流到缓冲池，回流率控制在200~300%，缓冲池的水力停留时间约为1h，缓冲池主要作用是控制进水，对进水的水质水量进行缓冲，同时，因为是不供氧气的，也可以实现部分反硝化功能，装置中活性炭对通过吸附去除一定量的有机物。
（4）缓冲池中提升泵将混合液提升至膜池，鼓风机通过曝气装置向膜池提供氧气，气水比控制在（20~30）:1，曝气目的一方面是提供污染物降解所需氧气，另一方面有利于减少膜污染；活性炭上吸附的硝化菌和悬浮的活性污泥中硝化菌对氨氮进行硝化；通过活性炭吸附作用和活性污泥中微生物生物降解作用对难降解有机物进一步降解。
（5）平板膜组件对膜池中混合液进行泥水分离，膜通量为12~25l/m2.h，压力传感器测定跨膜压差，并将数据传输给plc控制柜，数据异常时，系统进入保护状态。
下面结合实施例，对本发明所述装置技术方案进一步介绍：
以某市开发区污水处理厂二沉池出水为试验原水：ph=6~9，cod=35~115mg/l，nh4-n=0.1~15.3mg/l，tn=17~26mg/l。每天取样分析一次，试验中采用的方法均是国家环境保护总局发布的标准方法，试验装置如图1所示，为不锈钢材质中试装置，缓冲池3有效容积0.45m3，膜池4有效容积1.36m3，处理水量为5.2~10.9m3/d。采用普通mbr工艺处理后最终出水cod和nh4-n不能稳定达到《地表水环境质量标准》iv类水体标准限值（30mg/l和1.5mg/l），tn浓度不但没有降低，反而升高；采用本发明装置最终出水，cod平均浓度为10.6mg/l，nh4-n平均浓度仅为0.2mg/l，tn平均浓度为14mg/l，出水水质cod和nh4-n达到并远低于《地表水环境质量标准》iv类水体标准，tn低于《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级a标准。