CN101381155B - 一种用于污水净化和回用的生物生态组合的方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于污水净化和回用的生物生态组合的方法及装置，步骤是：A.待处理的污水经过格栅/调节池，将大颗粒物质除去；B.步骤A处理的污水泵入一体式膜生物反应器中，在泵抽吸下渗透过膜；C.步骤B处理的污水流入中间贮水池；D.步骤C流出的污水分次进入复合垂直流人工湿地。装置包括格栅/调节池、一体式膜生物反应器、贮水池、复合垂直流人工湿地四单元，各单元通过管道连接，阀门控制。在一体式膜生物反应器、贮水池、复合垂直流人工湿地各单元出口设置旁路管道，通过调节阀门实现一体式膜生物反应器和复合垂直流人工湿地的串联、分流、并联组合模式，方法易行，操作简便，运行效率高、成本低，实现了污水的净化和直接回用。

Description

一种用于污水净化和回用的生物生态组合的方法及装置 
技术领域
本发明属于水处理技术领域，更具体涉及一种用于污水净化和回用的生物生态组合的方法，同时还涉及一种污水净化和回用的生物生态组合方法的装置，适用于污水的处理与直接回用。 
背景技术
高效、廉价的污水处理工艺是促进污水防治及再生回用的一个重要环节。各种新型污水处理技术的不断涌现，极大繁荣了污水处理市场，但是单一的污水处理技术难以满足不同水质、不同处理要求的需要，目前还没有一种污水处理技术能在时间和空间上同时去除污水中的所有污染物质，多种技术工艺的组合与优化是解决这一问题的必然趋势。 
作为一种生物处理新型技术，一体式膜生物反应器技术(SMBR)以占地面积小，处理效率高、操作简单而广泛应用于高浓度及难降解污水的处理中。它对有机物、悬浮固体的去除效果甚佳，但由于SMBR为好氧式生物反应器，其内部厌氧、缺氧微环境较弱，因此反硝化作用远远小于硝化作用，常出现NO3 --N的积累，而造成出水总氮(TN)、总磷(TP)的浓度难以达标(Rosenberger S，KrugerU，Witzig R，et al.2002.Performance of a bioreactor with submerged membranes foraerobic treatment of municipal waste water；Water Research，36：413-420；Shin J H，Lee S M，Jung J Y，et al.2005.Enhanced COD and nitrogen removals for thetreatment of swine wastewater by combining submerged membrane bioreactor(MBR)and anaerobic upflow bed filter(AUBF)reactor.Process Biochemistry，40(12)：3769-3776)。 
作为一种生态净化技术，复合垂直流人工湿地技术(IVCW)(专利号：ZL00114693.9)以其低廉的投资运行成本、较高的N、P去除率、简单的管理维护、较好的生态环境效益等诸多优势广泛应用于污水的深度处理或受污染水体的 修复。其IVCW中下、上行流通道及植物根区创造了更为多样的好氧、缺氧、厌氧环境，使其脱氮除磷的能力更具优势。但是IVCW存在着占地面积过大、易受季节和温度的影响、待处理污水浓度不宜过高等问题，使其单独用作污水的二级处理颇受限制。 
将SMBR与IVCW组合形成生物-生态组合型处理方式，充分发挥两种技术的优势，对提高污水净化效果、降低处理成本将是一种很好的尝试。肖恩荣，吴振斌等(“SMBR-IVCW系统处理高浓度综合污水”，《环境科学学报》，2008，28(8)：1785-1792)在应用SMBR-IVCW串联系统处理高浓度综合污水时得到较优的水力负荷组合条件为：SMBR为1000L/d，IVCW为375mm/d；处理后的出水中COD、TP、NH3-N等指标可达地表水环境质量标准III类，TN<6mg/L。尽管出水大部分指标可达直接回用标准，但是TN浓度仍然过高。对于进一步优化SMBR-IVCW系统操作条件，降低TN浓度，提高系统的脱氮除磷能力还可进行更深入研究。 
发明内容
本发明的目的是在于提供了一种用于污水净化和回用的生物生态组合的方法，该方法简单易行，操作简便，实现了污水的高效净化、处理后污水的直接回用，有效降低了常规污水处理及回用的成本，成本低廉。 
本发明的另一个目的是在于提供了一种用于污水净化和回用的生物生态组合装置，该装置将生物处理装置和生态净化装置组合在一起，和预处理单元及回用单元一起形成一套完整的污水处理及回用系统装置。该装置通过阀门调节生物处理装置和生态处理装置的组合结构来针对性处理不同水质水量的污水，避免了常规污水处理后的中水直接排放，可回用作为冲厕、绿化用水，有效节约了水资源，降低了常规污水处理及回用成本。 
本发明核心由一种污水生物处理方式和一种生态净化方式组合而成。这种污水生物处理方式以一体式膜生物反应器(英文为：Submerged MembraneBioreactor，缩写为SMBR)为代表，生态净化方式以复合垂直流人工湿地(英文为：Integrated Vertical-flow Constructed Wetland，缩写为IVCW)为代表。这两者通过不同连接方式组合而成，形成SMBR-IVCW组合系统。为提高单个污水 处理技术的处理效果，采用生物-生态组合工艺模式，相互取长补短，来达到工艺优化配置，降低同等污水的处理成本。 
其中，SMBR单元为一立方体生物反应器，其规模为：长×宽×高＝800×400×1400(mm×mm×mm)，有效容积为0.320m3。反应器主体采用有机玻璃材料制作。反应器正中部悬挂膜组件，膜组件为聚偏氟乙烯材料的中空纤维帘式膜，其外形尺寸为长×宽＝300×420(mm×mm)。膜组件距反应器底端400mm；垂直放置，纵向排列，其上、下端通过ABS管连接到出水管并固定于反应器内壁。膜组件上下端垂直距离为400mm(小于膜组件自然悬垂长度，可保证膜丝的松弛状态，利于膜丝自由摆动)。膜组件由四片膜构成，单片膜面积为4m2，膜孔径为0.2μm，内径为0.6mm，外径为1.0mm，膜截留分子量为500ku，膜片间隔50mm，两端集水管用ABS管连接至抽吸泵进口。膜组件正下方设置穿孔曝气管，管下方开孔，孔径5mm，距反应器底端180mm。反应器中设置PVC挡板，两片挡板分别等距位于膜组件的两侧，高700mm，距反应器底端250mm。反应器中填充活性污泥(取自常规二级污水处理厂回流污泥)。 
IVCW单元由下行流池和上行流池构成：两池均为1m×1m的方形水泥池，均填入直径0.5～2mm的细河砂，下行池砂层深550mm，上行流池砂层深450mm，中间设置隔墙，底部连通；上行流池砂层中设置“H”型集水管，两池底部设有“H”型排空管。下行流池和上行流池内分别栽种美人蕉和菖蒲。 
一种用于污水净化和回用的生物生态组合方法，其步骤是： 
A、首先，待处理的污水经过格栅/调节池A(如污水浓度或水量变化较大或者pH值在5～9范围之外时最好设置调节池)；可将粗大颗粒的物质除去，污水的pH调节到6～9之间。 
B、其次，将经过步骤A处理的污水泵入一体式膜生物反应器(SMBR)B中，在反应器内停留5～15小时，经过活性污泥降解，在泵抽吸下渗透过膜；经过一体式膜生物反应器(SMBR)B后得到的污水COD、氨氮、总磷、总氮等指标可达到一级排放A标准(GB18918-2002)，COD、氨氮指标甚至可达地表水环境质量标准V～IV类标准(GB3838-2002)。 
C、接着，经过步骤B处理的污水流入贮水池C； 
D、然后，经过步骤C的污水分次进入复合垂直流人工湿地(IVCW)D单元 中的进水配水管，依次经过复合垂直流人工湿地(IVCW)D的下行流池、上行流池，最终从上行流池出水集水管排出，得到可回用的出水。 
一体式膜生物反应器(SMBR)B单元采用连续和间歇结合的进水方式：待反应器内水位升至最高水位控制线(反应器高1200mm处)，关闭进水阀，等水位自然下降至挡板下150mm后，开启进水阀，水位又缓慢上升至最高水位线，再次关闭水阀。2次关闭水阀的时间间隔约2～4h(依据出水水量而变化)，每天运行3个周期，其余时间为连续进水。SMBR单元维持在相对稳定的操作条件：活性污泥浓度为(10.0±0.5)g·L-1；底部采用间歇曝气方式，曝气2小时，停曝0.5小时，曝气量为(6±0.5)m3·h-1；泵抽吸/暂停时间为4min：1min；上升流区与下降流区面积比为1.7：1，污泥停留时间为25～30天。IVCW单元采用间歇进水方式，每天分4次进水。整个一体式膜生物反应器(SMBR)B-复合垂直流人工湿地(IVCW)D系统的环境温度在植物生长季节(以武汉地区为参照，每年4～11月)维持在25～35℃，在植物枯败季节(每年12月～次年3月)维持在8～12℃。待处理污水设置为高、中、低三种不同的浓度，相应的主要水质指标见表1。 
表1不同浓度污水主要水质指标 
Figure G2008101972429D00041
一种实现用于污水净化和回用的生物生态组合方法的装置结构如下(图2)：装置由四个子单元组成，分别为格栅/调节池A、一体式膜生物反应器(SMBR)B、贮水池C、复合垂直流人工湿地(IVCW)D。格栅/调节池A为一立方体水泥池，容积0.2m3，分为容积相等的格栅单池和调节单池。格栅/调节池A的格栅单池侧壁设置污水进水口2，连接待处理污水0的污水进水管道1，格栅单池上部设置细格栅3，格栅/调节池A的调节单池底部设置潜污泵4，潜污泵4出口通过管道与调节单池上侧壁的格栅/调节池出水口5一侧相连接。格栅/调节池出水口5另一侧连接一体式膜生物反应器(SMBR)B的进水管道6，一体式膜生物反应器(SMBR)B的进水管道6上依次安装格栅/调节池出水流量计7、格栅/调节池出水阀门8和一体式膜生物反应器(SMBR)B的进水阀门9。一体式膜生物反应器(SMBR)B为有效容积为320L的有机玻璃立方体，内部有活性污泥10。一体式膜生物反应器(SMBR)B的正中央悬挂聚偏氟乙烯中空纤维帘式膜组件11，该膜组件11由四片膜片12纵向平行排列、悬垂放置而成，膜片12之间间隔50mm。膜组件11上下端垂直距离为400mm，膜组件11的上、下集水管13通过ABS管连接到一体式膜生物反应器(SMBR)B的出水管20上，并通过反应器器壁上的卡槽固定于一体式膜生物反应器(SMBR)B的正中央(膜组件上端距离反应器顶端400mm，膜组件下端距离反应器底部400mm)。膜组件11的两侧等距设置两片挡板14，高700mm，距反应器底端250mm，通过侧壁卡槽固定于一体式膜生物反应器(SMBR)B中。膜组件11正下方距一体式膜生物反应器(SMBR)B的底端180mm处设置穿孔曝气管15，通过侧壁卡槽固定，管下部60度斜开孔，孔径5mm。穿孔曝气管15为活性污泥10提供必需的氧气16，并冲刷膜表面以防止膜污染，穿孔曝气管15一侧通过软管与曝气泵17出口相连，中间依次连接进气阀门18和气体流量计19。一体式膜生物反应器(SMBR)B的出水管道20与贮水池C的进水口25相接，中间依次安装一体式膜生物反应器(SMBR)B的出水阀门21、一体式膜生物反应器(SMBR)B的出水流量计22、抽吸泵23。贮水池C为0.3m3的方形水泥池，贮水池出水口26与复合垂直流人工湿地(IVCW)D的进水管道34相接，中间设置贮水池出水流量计27和贮水池出水阀门28、复合垂直流人工湿地(IVCW)D的进水阀门35。贮水池出水阀门28与复合垂直流人工湿地(IVCW)D的进水阀门35之间的管道上连接贮水池出水旁路管道32，通过格栅/调节池出水旁路阀门33和一体式膜生物反应器(SMBR)B的进水管道6相连。贮水池出水旁路管道32上依次设置贮水池出水旁路阀门29、贮水池出水旁路液体流量计30、贮水池出水旁路管道泵31、通过格栅/调节池出水旁路阀门33。复合垂直流人工湿地(IVCW)D由隔墙分隔的下行流池36和上行流池37构成。上行流池37和下行流池36的底部连通形成水流通畅的连通层38，并设置“H”型排空管39。下行流池填入0-2mm基质河砂40，砂层厚550mm，砂层上种植湿地植物美人蕉41。上行流池也填入0-2mm细河砂40，砂层厚450mm，砂层上种植湿地植物菖蒲42。上行流池砂层表面埋设进水配水管43，该进水配水管43与复合垂直流人工湿地(IVCW)D的进水管34相接；下行流池砂层表面埋设“H” 型出水收集管44，与复合垂直流人工湿地(IVCW)D的出水管道45相接。复合垂直流人工湿地(IVCW)D的出水管道45与出水回用管道51连接，其间安装出水回用水泵50。出水回用管道51上连接复合垂直流人工湿地(IVCW)D的出水旁路管道47，复合垂直流人工湿地(IVCW)D的出水旁路管道47上依次安装复合垂直流人工湿地(IVCW)D的出水旁路管道泵46、复合垂直流人工湿地(IVCW)D的出水旁路液体流量计48、复合垂直流人工湿地(IVCW)D的出水旁路阀门49，并通过复合垂直流人工湿地(IVCW)D的出水旁路阀门49与复合垂直流人工湿地(IVCW)D的进水管道34连接，形成闭路循环。在出水回用管道51上与贮水池出水阀门28间设置出水回用旁路管道53，该管道上依次设置出水回用旁路管道阀门54、出水回用旁路管道液体流量计55。整个装置的电动PLC自控系统52设置10个控制点，分别为：一体式膜生物反应器(SMBR)B的进水阀门9、格栅/调节池出水旁路阀门33、一体式膜生物反应器(SMBR)中液位24高度、一体式膜生物反应器(SMBR)B的抽吸泵23的抽/停时间、一体式膜生物反应器(SMBR)B的曝气泵17曝气/停止时间、贮水池C的出水阀门28、贮水池出水旁路管道32上的管道泵31、复合垂直流人工湿地(IVCW)D的进水阀门35、复合垂直流人工湿地D的出水旁路管道47上管道泵46、出水回用水泵50。电动PLC自控系统52实现各单元运行条件的独立控制与统一协调，为出水回用、或回流进一步处理提供智能化管理。 
本发明的优点在于： 
1、将一体式膜生物反应器(SMBR)B和IVCW这两种污水处理技术有效结合，提高了单一技术处理的出水水质，可达到污水的直接回用，回用作为绿化灌溉、洗车、家庭冲厕、路面清洗、景观娱乐、游泳池等的补水。 
2、该SMBR-IVCW生物生态组合工艺可针对不同的进水浓度及水量要求选择不同的组合形式，达到工艺的优化配置，有效地降低了同等污水处理及回用的成本，成本低廉。 
3、该SMBR-IVCW生物生态组合工艺不仅适合集中式污水处理模式也适合分散式污水处理模式，兼具景观绿化效果。尤适用于生活小区等人口集中，同时对绿化率有一定要求的地域。 
4、生物-生态型组合净化工艺更符合绿色、健康的环保理念。 
5、该生物-生态型污水净化和回用组合装置可通过阀门调节生物处理装置和生态处理装置的组合结构，针对不同水质水量的污水，采取不同组合方式。 
6、该生物-生态型污水净化和回用组合装置避免了常规污水处理后的中水直接排放，可直接回用作为冲厕、绿化用水，有效节约了水资源，降低了常规污水处理及回用成本。 
7、该生物-生态型污水净化和回用组合装置对一体式膜生物反应器(SMBR)B单元采用间歇进水和间歇曝气、间歇抽水等运行方式，对复合垂直流人工湿地(IVCW)D单元采用间歇进水运行方式，有利于创造好氧、缺氧、厌氧的交替环境，提高系统脱氮除磷能力。 
附图说明
图1为一种用于污水净化和回用的生物生态组合方法的方框示意图； 
图2为一种用于污水净化和回用的生物生态组合装置结构示意图； 
图3为SMBR单元的水位控制操作单个循环周期示意图； 
图4为SMBR-IVCW串联组合方式示意图，适合处理高、中浓度综合污水； 
图5为SMBR-IVCW分流组合方式示意图，适合处理低浓度、水量较稳定的综合污水； 
图6为SMBR-IVCW并联组合方式示意图，适合处理梅雨或暴雨时节水量变化大的低浓度综合污水； 
其中图1-6中各编号分别为： 
A-格栅/调节池，B-一体式膜生物反应器(SMBR)，C-贮水池，D-复合垂直流人工湿地(IVCW)，0-污水，1-污水进水管，2-格栅/调节池A进水口，3-细格栅，4-潜污泵，5-格栅/调节池出水口，6-一体式膜生物反应器(SMBR)进水管道，7-格栅/调节池出水流量计，8-格栅/调节池出水阀门，9-一体式膜生物反应器(SMBR)进水阀门，10-活性污泥，11-膜组件，12-膜片，13-上、下集水管，14-挡板，15-穿孔曝气管，16-氧气，17-曝气泵，18-进气阀门，19-气体流量计，20-一体式膜生物反应器(SMBR)出水管道，21-一体式膜生物反应器(SMBR)出水阀门，22-一体式膜生物反应器(SMBR)出水流量计，23-抽吸 泵，24-一体式膜生物反应器(SMBR)液位，25-贮水池进水口，26-贮水池出水口，27-贮水池出水流量计，28-贮水池出水阀门，29-贮水池出水旁路阀门，30-贮水池出水旁路液体流量计，31-贮水池出水旁路管道泵，31-贮水池出水旁路管道，33-格栅/调节池出水旁路阀门，34-复合垂直流人工湿地(IVCW)进水管道，35-复合垂直流人工湿地(IVCW)进水阀，36-下行流池，37-上行流池，38-连通层，39-放空管，40-基质河砂，41-美人蕉，42-菖蒲，43-进水配水管，44-出水集水管，45-复合垂直流人工湿地(IVCW)出水管道，46-复合垂直流人工湿地(IVCW)出水旁路管道泵，47-复合垂直流人工湿地(IVCW)出水旁路管道，48-复合垂直流人工湿地(IVCW)出水旁路液体流量计，49-复合垂直流人工湿地(IVCW)出水旁路阀门，50-出水回用水泵，51-出水回用管道，52-电动PLC自控系统，53-出水回用旁路管道，54-出水回用旁路管道阀门，55-出水回用旁路管道液体流量计，a-阀门，b-反应开始时，水位逐渐升至最高水位线，形成中间上升流、两侧下降流的环流，c-上升流区，d-下降流区，e-关闭进水阀，水位逐渐下降至挡板顶端，f-水位继续下降至挡板下150mm，形成中间好氧区和两侧的缺氧区，g-好氧区，h-缺氧区，i-开启进水阀，水位逐步上升至挡板顶端，此过程中仍然形成中间好氧区和两侧的缺氧区，j-水位逐步上升至最高水位线，又形成中间上升流、两侧下降流的环流。 
具体实施方式
实施例1(如图1-4所示) 
采用该种生物生态污水净化和回用组合的方法处理高浓度污水(主要水质指标见表1)，其步骤是： 
(1).待处理的污水0由污水进水管道1进入格栅/调节池A中。 
(2).开启格栅/调节池A的出水阀门8，开启一体式膜生物反应器(SMBR)B的进水阀门9，关闭格栅/调节池A的出水旁路阀门33，使格栅/调节池A中出水进入一体式膜生物反应器(SMBR)B单元中。保持一体式膜生物反应器(SMBR)B单元的基本操作条件为：活性污泥浓度为10.0±0.5g·L-1，曝气量为6±0.5m3·h-1，曝气/停曝时间为2h：0.5h，泵抽吸/暂停时间为4min：1min，上升流区与下降流区面积比为1.7：1，污泥停留时间为25～30天。要求出水主要指标COD、TP、 TN、NH3均达到一级A排放标准。 
(3).开启一体式膜生物反应器(SMBR)B的出水阀门21，使一体式膜生物反应器(SMBR)B中出水沿贮水池C的进水口25进入贮水池C中。开启贮水池C的出水阀门28，开启复合垂直流人工湿地(IVCW)D的进水阀门35，关闭贮水池C的出水旁路阀门29，使贮水池出水进入复合垂直流人工湿地(IVCW)D中。保持复合垂直流人工湿地(IVCW)D单元的基本操作条件为：每天分4次进水，两次进水时间间隔5～6小时。 
(4).维持一体式膜生物反应器(SMBR)B、复合垂直流人工湿地(IVCW)D两单元的环境温度在植物生长季节为25～35℃，植物非生长季节为8～12℃。要求复合垂直流人工湿地(IVCW)D处理后的出水COD、TP、NH3、TN均达到地表水环境质量标准V类以上。 
(5).关闭与复合垂直流人工湿地(IVCW)D的出水旁路管道连接的阀门49，使复合垂直流人工湿地(IVCW)D的出水全部经出水回用水泵50沿出水回用管道51送至各回用点。 
(6).以上操作步骤形成了一体式膜生物反应器(SMBR)B-复合垂直流人工湿地(IVCW)D串联组合模式：即所处理的污水由一体式膜生物反应器(SMBR)B单元处理后全部进入复合垂直流人工湿地(IVCW)D中。 
(7).当一体式膜生物反应器(SMBR)B单元出水未能达到指定出水要求时，则开启贮水池出水旁路阀门29和格栅/调节池出水旁路阀门33，未达到出水要求的部分污水则返回一体式膜生物反应器(SMBR)B中继续处理。同样，当复合垂直流人工湿地(IVCW)D单元出水未能达到回用水质标准时，开启复合垂直流人工湿地(IVCW)D的出水旁路阀门49，返回复合垂直流人工湿地(IVCW)D单元中继续处理。 
污水经过上述A-B-C-D组合系统的详细过程是(如图2)：污水0经污水进水管进入格栅/调节池A中，经细格栅3除去粗大颗粒物后由潜污泵4泵入一体式膜生物反应器(SMBR)B的进水管道6中。进入一体式膜生物反应器(SMBR)B中的污水在活性污泥10的作用下降解，并在抽吸泵作用下渗透过膜组件，进入一体式膜生物反应器(SMBR)B的出水管道。曝气泵16通过膜组件11正下方的穿孔曝气管15充氧气16，为活性污泥提供必要的氧气16，同时冲刷膜表面，有 效防止膜表面污泥的沉积。气体流量由进气阀门18控制，气体流量计19计量。膜组件11两侧的挡板14将整个反应器分成了包含膜组件11的内侧区和不包含膜组件11的外侧区。一体式膜生物反应器(SMBR)B的出水阀21和液体流量计22分别控制和计量一体式膜生物反应器(SMBR)B的出水量。经过一体式膜生物反应器(SMBR)B单元处理后的污水由贮水池C的进水口25进入贮水池C中，并由贮水池C的出水口26经复合垂直流人工湿地(IVCW)D的进水管道34进入复合垂直流人工湿地(IVCW)D中。贮水池出水流量计27，贮水池出水阀门28、复合垂直流人工湿地(IVCW)D的进水阀门35测量和控制分次进入复合垂直流人工湿地(IVCW)中的水量。进入复合垂直流人工湿地(IVCW)中的污水经进水配水管43均匀分散并渗透过下行流池36中的基质砂层40，并在重力作用下自流过底部连通层38进入上行流池37中，继续渗透过基质砂层40由出水集水管44排入复合垂直流人工湿地(IVCW)D的出水管道45中，得到处理后的回用水。该回用水经出水回用水泵50泵入出水回用管道51中，送至各回用点。当一体式膜生物反应器(SMBR)B单元出水未能达到指定出水要求时，则开启贮水池出水旁路阀门29和格栅/调节池出水旁路阀门33，未达到出水要求的部分污水则返回一体式膜生物反应器(SMBR)B中继续处理。同样，当复合垂直流人工湿地(IVCW)D单元出水未能达到回用水质标准时，开启与复合垂直流人工湿地(IVCW)D的出水旁路阀门49，返回复合垂直流人工湿地(IVCW)D单元中继续处理。 
所述一体式膜生物反应器(SMBR)B单元的水位控制步骤是(图3)： 
1)反应开始时打开进水阀a，当反应器B中水位上升到高水位控制线b(距反应器底部1200mm处)时，关闭进水阀a；此时由于膜组件底端曝气和膜过滤的作用，形成了包含膜组件的挡板内侧处污泥混合液缓慢向上移动的上升流区c，以及挡板外侧处污泥混合液缓慢向下移动的下降流区d；这种形成的上、下环流有利于氧气的充分传递。 
2)水位缓慢下降至挡板顶端e。此时反应器原来形成的上升流区c和下降流区d逐渐消失。 
3)水位继续缓慢自然下降至挡板顶端以下150mm处f。由于挡板内侧的污泥混合液没法穿越挡板，因此形成了挡板内侧的好氧区g；而挡板外侧由于没有 曝气设施，污泥混合液流动相对静止，因此形成缺氧区h。这种人为形成的好氧、缺氧区，有利于反硝化作用和生物除磷。 
4)开启进水阀a，水位缓慢上升至挡板顶端i。此时反应器中仍保持挡板内侧的好氧区g，挡板外侧的缺氧区h。 
5)水位继续缓慢上升至最高水位线j。由于反应器内水位高过挡板，反应器复又形成挡板内侧的上升流区c和挡板外侧的下降流区d。此时整个反应器内均成为好氧区。 
6)再次关闭进水阀a，重复1)～5)步骤。两次关闭进水阀a的时间间隔约2～4h(依据出水水量而变化)，每天运行3个周期，其余时间为连续进水。 
所述复合垂直流人工湿地(IVCW)D单元间歇进水的过程是(如图2)：贮水池C出水通过贮水池出水阀门28、合垂直流人工湿地(IVCW)D的进水阀门35每天分4次进入复合垂直流人工湿地(IVCW)D中，每两次时间间隔5～6小时。 
一种实现上述用于污水净化和回用的生物生态组合方法的装置，其连接关系是：格栅/调节池A、一体式膜生物反应器(SMBR)B、贮水池C、复合垂直流人工湿地(IVCW)D四个子单元通过管道连接。格栅/调节池A为一立方体水泥池，容积0.2m3，分为容积相等的格栅单池和调节单池。格栅/调节池A的格栅单池侧壁设置污水进水口2，连接待处理污水0的污水进水管道1，格栅单池上部设置细格栅3，格栅/调节池A的调节单池底部设置潜污泵4，潜污泵4出口通过管道与调节单池上侧壁的格栅/调节池出水口5一侧相连接。格栅/调节池出水口5另一侧连接一体式膜生物反应器(SMBR)B的进水管道6，一体式膜生物反应器(SMBR)B的进水管道6上依次安装格栅/调节池出水流量计7、格栅/调节池出水阀门8和一体式膜生物反应器(SMBR)B的进水阀门9。一体式膜生物反应器(SMBR)B为有效容积为320L的有机玻璃立方体，内部有活性污泥10。一体式膜生物反应器(SMBR)B的正中央悬挂聚偏氟乙烯中空纤维帘式膜组件11，该膜组件11由四片膜片12纵向平行排列、悬垂放置而成，膜片12之间间隔50mm。膜组件11上下端垂直距离为400mm，膜组件11的上、下集水管13通过ABS管连接到一体式膜生物反应器(SMBR)B的出水管20，并通过反应器器壁上的卡槽固定于一体式膜生物反应器(SMBR)B正中央(膜组件上端距离反应器顶端 400mm，膜组件下端距离反应器底部400mm)。膜组件11的两侧等距设置两片挡板14，高700mm，距反应器底端250mm，通过侧壁卡槽固定于一体式膜生物反应器(SMBR)B中。膜组件11正下方距一体式膜生物反应器(SMBR)B底端180mm处设置穿孔曝气管15，通过侧壁卡槽固定，管下部60度斜开孔，孔径5mm。穿孔曝气管15为活性污泥10提供必需的氧气16，穿孔曝气管15一侧通过软管与曝气泵17出口相连，中间依次连接进气阀门18和气体流量计19。一体式膜生物反应器(SMBR)B的出水管道20与贮水池C的进水口25相接，中间依次安装一体式膜生物反应器(SMBR)B的出水阀门21、一体式膜生物反应器(SMBR)B的出水流量计22、抽吸泵23。贮水池C为0.3m3的方形水泥池，贮水池出水口26与复合垂直流人工湿地(IVCW)D的进水管道34相接，中间设置贮水池出水流量计27和贮水池C的出水阀门28、复合垂直流人工湿地(IVCW)D的进水阀门35。贮水池C的出水阀门28与复合垂直流人工湿地(IVCW)D的进水阀门35之间的管道上连接贮水池出水旁路管道32，通过格栅/调节池出水旁路阀门33和一体式膜生物反应器(SMBR)B的进水管道6相连。贮水池C的出水旁路管道32上依次设置贮水池C的出水旁路阀门29、贮水池C的出水旁路液体流量计30、贮水池出水旁路管道泵31、通过格栅/调节池A的出水旁路阀门33。复合垂直流人工湿地(IVCW)D由隔墙分隔的下行流池36和上行流池37构成。上行流池37和下行流池36的底部连通形成水流通畅的连通层38，并设置“H”型排空管39。下行流池36填入0-2mm基质河砂40，砂层厚550mm，砂层上种植湿地植物美人蕉41。上行流池37也填入0-2mm基质河砂40，砂层厚450mm，砂层上种植湿地植物菖蒲42。上行流池37砂层表面埋设进水配水管43，该进水配水管43与复合垂直流人工湿地(IVCW)D的进水管34相接；下行流池36砂层表面埋设“H”型出水收集管44，与复合垂直流人工湿地(IVCW)D的出水管道45相接。复合垂直流人工湿地(IVCW)D的出水管道45与出水回用管道51连接，其间安装出水回用水泵50。出水回用管道51上连接复合垂直流人工湿地(IVCW)D的出水旁路管道47，复合垂直流人工湿地(IVCW)D的旁路管道47上依次安装复合垂直流人工湿地(IVCW)D的出水旁路管道泵46、复合垂直流人工湿地(IVCW)D的出水旁路液体流量计48、复合垂直流人工湿地(IVCW)D的出水旁路阀门49，并通过复合垂直流人工湿地(IVCW)D的出水旁路阀门49与复合垂 直流人工湿地(IVCW)D的进水管道34连接，形成闭路循环。在出水回用管道51上与贮水池出水阀门28间设置出水回用旁路管道53，该管道上依次设置出水回用旁路管道阀门54、出水回用旁路管道液体流量计55。整个装置的电动PLC自控系统52设置有10个控制点，分别为：一体式膜生物反应器(SMBR)B的进水阀门9、格栅/调节池A的出水旁路阀门33、一体式膜生物反应器(SMBR)B中液位24、一体式膜生物反应器(SMBR)B的抽吸泵23、一体式膜生物反应器(SMBR)B的曝气泵17、贮水池C的出水阀门28、贮水池C的出水旁路管道32上的管道泵31、复合垂直流人工湿地(IVCW)D的进水阀门35、复合垂直流人工湿地的出水旁路管道47上管道泵46、出水回用水泵50。电动PLC自控系统52可独立或联合控制进水阀门9、出水旁路阀门33、出水阀门28及进水阀门35的开关时间，一体式膜生物反应器(SMBR)中液位24的高度，抽吸泵23的流量及抽吸/停止时间，曝气泵17的流量及曝气/停止时间，旁路管道32上管道泵31的流量及开启/停止时间，出水旁路管道47上管道泵46的流量及开启/停止时间，出水回用水泵50的流量及开启停止时间，实现各单元运行条件的独立控制与统一协调，为出水回用、或回流进一步处理提供智能化管理。 
实验结果表明： 
1)在植物生长季节，当一体式膜生物反应器(SMBR)B单元的水力负荷控制为0.250m3/m2·d，复合垂直流人工湿地(IVCW)D单元的水力负荷为0.375m3/m2·d；出水主要指标COD、TP、NH3-N可稳定在地表水III类以内，TN达到地表水V类。 
2)在植物非生长季节，当一体式膜生物反应器(SMBR)B、复合垂直流人工湿地(IVCW)D两单元的水力负荷均控制为0.250m3/m2·d时，出水主要指标COD、TP、NH3-N可稳定在地表水III类以内，TN≤3mg/L。 
3)一体式膜生物反应器(SMBR)B单元膜面积与复合垂直流人工湿地(IVCW)D单元占地面积最佳比例在植物生长季节为1.5∶1，在植物非生长季节为1∶1。 
4) 在此组合模式下，一体式膜生物反应器(SMBR)B作为二级处理单元以降解有机物、硝化脱氨为主，可将出水降至一级A排放标准；复合垂直流人工湿地(IVCW)D作为深度处理单元，以脱硝除磷为主，进一步将出水水质提高到地表水III～V类。 
5)在此组合模式下，该生物-生态型污水净化和回用系统(按照发明内容中一体式膜生物反应器(SMBR)B、复合垂直流人工湿地(IVCW)D单元的尺寸大小)可处理污水量为1吨/天。 
实施例2(如图1-图4所示) 
采用该种生物生态污水净化和回用组合的方法处理中浓度污水(主要水质指标见表1)，其步骤与实施例1相同。 
实验结果表明： 
1)在植物生长季节，控制一体式膜生物反应器(SMBR)B单元的水力负荷为0.250m3/m2·d，复合垂直流人工湿地(IVCW)D单元的水力负荷为0.500m3/m2·d；出水主要指标COD、TP、NH3-N可稳定在地表水III类以内，TN达IV类； 
2)在植物非生长季节，一体式膜生物反应器(SMBR)B、复合垂直流人工湿地(IVCW)D两单元的水力负荷分别控制为0.250m3/m2·d，0.375m3/m2·d时，出水主要指标COD、TP、NH3-N可稳定在地表水III类以内，TN达V类。 
3)一体式膜生物反应器(SMBR)B单元膜面积与复合垂直流人工湿地(IVCW)D单元占地面积最佳比例在植物生长季节为2：1，在植物非生长季节为1.5：1。 
4)在此组合模式下，该生物-生态型污水净化及回用系统(按照发明内容中一体式膜生物反应器(SMBR)B、复合垂直流人工湿地(IVCW)D单元的尺寸大小)可处理污水量为1吨/天。 
实施例3(如图5所示) 
采用该种生物生态污水净化和回用组合的方法处理低浓度污水(主要水质指标见表1)，其步骤是： 
(1).待处理的污水0由污水进水管道1进入格栅/调节池A中。 
(2).开启格栅/调节池出水阀门8，开启一体式膜生物反应器(SMBR)进水阀门9，关闭格栅/调节池出水旁路阀门33，使格栅/调节池A中出全部进入一体式膜生物反应器(SMBR)B单元中。保持一体式膜生物反应器(SMBR)B单元的基 本操作条件为：活性污泥浓度为10.0±0.5g·L-1，曝气量为6±0.5m3·h-1，曝气/停曝时间为2h∶0.5h，泵抽吸/暂停时间为4min∶1min，上升流区与下降流区面积比为1.7∶1，污泥停留时间为25～30天。出水主要指标COD、TP、TN、NH3均达到一级A排放标准。 
(3).开启一体式膜生物反应器(SMBR)出水阀门21，使一体式膜生物反应器(SMBR)B中出水沿贮水池进水口25进入贮水池C中。 
(4).开启贮水池出水阀门28，开启复合垂直流人工湿地(IVCW)进水阀门35，关闭贮水池出水旁路阀门29，开启复合垂直流人工湿地(IVCW)出水旁路阀门49，使贮水池出水一部分进入复合垂直流人工湿地(IVCW)D中，另一部分直接流入出水回用管道51中。保持复合垂直流人工湿地(IVCW)D单元的基本操作条件为：每天分4次进水，两次进水时间间隔5～6小时。 
(5).维持一体式膜生物反应器(SMBR)B、复合垂直流人工湿地(IVCW)D两单元的环境温度在植物生长季节为25～35℃，植物非生长季节为8～12℃。复合垂直流人工湿地(IVCW)D处理后的出水COD、TP、NH3、TN均达到地表水环境质量标准V类。 
(6).复合垂直流人工湿地(IVCW)D出水经出水回用水泵50沿出水回用管道51送至各回用点。 
(7).以上操作步骤形成了一体式膜生物反应器(SMBR)B-复合垂直流人工湿地(IVCW)D分流组合模式：即所处理的污水由一体式膜生物反应器(SMBR)B单元处理后一部分进入复合垂直流人工湿地(IVCW)D中，另一部分直接流入出水回用管道51。 
(8).当一体式膜生物反应器(SMBR)B单元出水未能达到指定出水要求时，则开启贮水池出水旁路阀门29和格栅/调节池出水旁路阀门33，未达到出水要求的部分污水则返回一体式膜生物反应器(SMBR)B中继续处理。 
实验结果表明： 
1)在植物生长季节，控制一体式膜生物反应器(SMBR)B单元的水力负荷为0.375m3/m2·d，复合垂直流人工湿地(IVCW)D单元的水力负荷为0.500m3/m2·d； 出水主要指标COD、TP、NH3-N、TN可稳定在地表水III类以内； 
2)在植物非生长季节，一体式膜生物反应器(SMBR)B、复合垂直流人工湿地(IVCW)D两单元的水力负荷分别控制为0.250m3/m2·d，0.500m3/m2·d时，出水主要指标COD、TP、NH3-N可稳定在地表水III类以内，TN达IV类。 
3)一体式膜生物反应器(SMBR)B单元膜面积与复合垂直流人工湿地(IVCW)D单元占地面积最佳比例在植物生长季节控制为1.3∶1，在植物非生长季节为2∶1。 
4)在此种组合模式下，复合垂直流人工湿地(IVCW)D仍作为深度处理单元，而一体式膜生物反应器(SMBR)B单元同时作为二级和深度处理单元。 
5)在此组合模式下，该生物-生态型污水净化及回用系统(按照发明内容中一体式膜生物反应器(SMBR)B、IVCW单元的尺寸大小)可处理污水量为1.5吨/天，其中一体式膜生物反应器(SMBR)B单元可承担全部的污水量1.5吨/天，而复合垂直流人工湿地(IVCW)D单元最多可分担1吨/天的处理量，另0.5吨/天的污水经由一体式膜生物反应器(SMBR)B单元达标后可直接回用。 
实施例4(如图6所示) 
采用该种生物生态污水净化和回用组合的方法处理低浓度污水(主要水质指标见表1)，而且短期内处理水量较大时，尤其在梅雨时节或暴雨时节，其步骤是： 
(1).待处理的污水0由污水进水管道1进入格栅/调节池A中。 
(2).开启格栅/调节池出水阀门8，开启一体式膜生物反应器(SMBR)B的进水阀门9，开启格栅/调节池A的出水旁路阀门33，开启体式膜生物反应器(SMBR)B的出水旁路阀门29，开启贮水池C的出水阀门28、开启复合垂直流人工湿地(IVCW)D的进水阀门35、开启回用管道旁路阀门55。使整个系统形成一体式膜生物反应器(SMBR)B-复合垂直流人工湿地(IVCW)D并联组合模式：即所处理的污水一部分经一体式膜生物反应器(SMBR)B单元处理后流入出水回用管道51中；另一部分直接进入复合垂直流人工湿地(IVCW)D中处理后流入出水回用管道51中。 
(3).保持一体式膜生物反应器(SMBR)B单元的基本操作条件为：活性污泥 浓度为10.0±0.5g·L-1，曝气量为6±0.5m3·h-1，曝气/停曝时间为2h：0.5h，泵抽吸/暂停时间为4min：1min，上升流区与下降流区面积比为1.7：1，污泥停留时间为25～30天。 
(4).保持复合垂直流人工湿地(IVCW)D单元的基本操作条件为：每天分4次进水，两次进水时间间隔5～6小时。 
(5).维持一体式膜生物反应器(SMBR)B、复合垂直流人工湿地(IVCW)D两单元的环境温度在植物生长季节为25～35℃，植物非生长季节为8～12℃。 
实验结果表明： 
1)在梅雨或暴雨时节，当一体式膜生物反应器(SMBR)B单元的水力负荷控制为0.375m3/m2·d，复合垂直流人工湿地(IVCW)D单元的水力负荷为0.500m3/m2·d；出水主要指标COD、TP、NH3-N、TN可稳定在地表水III类以内。 
2)一体式膜生物反应器(SMBR)B单元膜面积与复合垂直流人工湿地(IVCW)D单元占地面积最佳比例为2：1。 
3)在此组合模式下，一体式膜生物反应器(SMBR)B和复合垂直流人工湿地(IVCW)D单元均作为二级(或深度)处理单元。 
4)在此组合模式下，该生物-生态型污水净化和回用系统(按照发明内容中一体式膜生物反应器(SMBR)B、复合垂直流人工湿地(IVCW)D单元的尺寸大小)可处理污水量为2.5吨/天，其中一体式膜生物反应器(SMBR)B单元可分担污水量1.5吨/天，而复合垂直流人工湿地(IVCW)单元可分担1吨/天的处理量。

Claims (5)

1.一种用于污水净化及回用的生物生态组合的方法，其步骤是：
①、待处理的污水经过格栅/调节池(A)，污水pH值在5～9范围之外时设置调节池；将颗粒的物质除去，污水的pH调节到6～9之间；
②、将经过步骤①处理的污水泵入一体式膜生物反应器(B)中，在一体式膜生物反应器(B)内停留5～15小时，经过活性污泥降解，在泵抽吸下渗透过膜；经过一体式膜生物反应器(B)后得到的污水COD、氨氮、总磷、总氮指标达到城镇污水处理厂一级排放A标准～地表水环境质量IV类标准；
③、经过步骤②处理的污水流入贮水池(C)中；
④、经过步骤③的污水分次进入复合垂直流人工湿地(D)单元的进水配水管(40)，依次经过复合垂直流人工湿地(D)的下行流池(36)、上行流池(37)，从上行流池出水集水管(44)排出，得到可回用出水；
所述的一体式膜生物反应器(B)单元采用连续和间歇结合的进水方式：待反应器内水位升至水位控制线，关闭进水阀，等水位自然下降至挡板下150mm后，开启进水阀，水位又上升至最高水位线，再次关闭水阀，2次关闭水阀的时间间隔2～4h，每天运行3个周期，其余时间为连续进水，一体式膜生物反应器(B)单元操作条件：活性污泥浓度为10.0±0.5g·L-1，曝气量为6±0.5m3·h-1，曝气/停曝时间为2h∶0.5h，泵抽吸/暂停时间为4min∶1min，上升流区与下降流区面积比为1.7∶1，污泥停留时间为25～30天；
所述的复合垂直流人工湿地(D)单元采用间歇进水方式，每天分4次进水，整个一体式膜生物反应器(B)和复合垂直流人工湿地(D)系统的环境温度在植物生长季节，温度在25～35℃；在植物枯败季节，温度在8～12℃。
2.一种实现用于污水净化和回用的生物生态组合方法的装置，它包括格栅/调节池(A)、一体式膜生物反应器(B)、贮水池(C)、复合垂直流人工湿地(D)，其特征在于：污水进水管(1)与格栅/调节池(A)一侧上壁进口(2)相连，格栅/调节池(A)上部安装细格栅(3)，格栅/调节池(A)底部安装潜污泵(4)，潜污泵(4)出口与格栅/调节池出口(5)相连，格栅/调节池出口(5)与一体式膜生物反应器(B)的进水管道(6)相连，进水管道(6)上依次安装格栅/调节 池(A)的出水流量计(7)、格栅/调节池(A)的出水阀门(8)和一体式膜生物反应器(B)的进水阀门(9)，一体式膜生物反应器(B)内部有活性污泥(10)，一体式膜生物反应器(B)正中央悬挂聚偏氟乙烯中空纤维帘式膜组件(11)，膜组件(11)由四片膜片(12)纵向平行排列、悬垂放置而成，膜片(12)之间间隔50mm，膜组件(11)上下端垂直距离为400mm，膜组件(11)的上、下集水管(13)通过ABS管连接到一体式膜生物反应器(B)的出水管(20)上，并通过反应器器壁上的卡槽固定于一体式膜生物反应器(B)的正中央，膜组件(11)的两侧等距设置两片挡板(14)，高700mm，距反应器底端250mm，通过侧壁卡槽固定于一体式膜生物反应器(B)中，膜组件(11)正下方距一体式膜生物反应器(B)底端180mm处设置穿孔曝气管(15)，通过侧壁卡槽固定，管下部60度斜开孔，穿孔曝气管(15)一侧通过软管与曝气泵(17)出口相连，中间依次连接进气阀门(18)和气体流量计(19)，一体式膜生物反应器(B)的出水管道(20)与贮水池(C)的进水口(25)相接，中间依次安装一体式膜生物反应器(B)的出水阀门(21)、出水流量计(22)、抽吸泵(23)，贮水池(C)的出水口(26)与复合垂直流人工湿地(D)的进水管道(34)相接，中间设置贮水池(C)的出水流量计(27)和贮水池(C)出水阀门(28)、复合垂直流人工湿地(D)的进水阀门(35)，贮水池(C)的出水阀门(28)与复合垂直流人工湿地(D)的进水阀门(35)之间的管道上连接贮水池(C)出水旁路管道(32)，通过格栅/调节池(A)的出水旁路阀门(33)和一体式膜生物反应器(B)的进水管道(6)相连，贮水池(C)的出水旁路管道(32)上依次设置贮水池(C)的出水旁路阀门(29)、贮水池(C)的出水旁路液体流量计(30)、贮水池(C)的出水旁路管道泵(31)，并通过格栅/调节池(A)出水旁路阀门(33)连接。
3.根据权利要求2所述的一种实现用于污水净化和回用的生物生态组合方法的装置，其特征在于：所述的复合垂直流人工湿地(D)由隔墙分隔的下行流池(36)和上行流池(37)构成，上行流池(37)和下行流池(36)的底部连通形成水流通畅的连通层(38)，并设置H型排空管(39)。
4.根据权利要求3所述的一种实现用于污水净化和回用的生物生态组合方法的装置，其特征在于：所述的下行流池(36)填入2mm基质河砂(40)，砂层厚550mm，砂层上种植湿地植物美人蕉(41)，上行流池(37)填入2mm基质 河砂(40)，砂层厚450mm，砂层上种植湿地植物菖蒲(42)，上行流池(37)砂层表面埋设进水配水管(43)，该进水配水管(43)与复合垂直流人工湿地(D)的进水管(34)相接；下行流池(36)砂层表面埋设H型出水收集管(44)，与复合垂直流人工湿地(D)的出水管道(45)相接。
5.根据权利要求2所述的一种实现用于污水净化和回用的生物生态组合方法的装置，其特征在于：所述的复合垂直流人工湿地(D)的出水管道(45)与出水回用管道(51)连接，其间安装出水回用水泵(50)，出水回用管道(51)上连接复合垂直流人工湿地(D)的出水旁路管道(47)，复合垂直流人工湿地(D)的出水旁路管道(47)上依次安装复合垂直流人工湿地(D)的出水旁路管道泵(46)、复合垂直流人工湿地(D)的出水旁路液体流量计(48)、复合垂直流人工湿地(D)的出水旁路阀门(49)，并通过复合垂直流人工湿地(D)的出水旁路阀门(49)与复合垂直流人工湿地(D)的进水管道(34)连接。 
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