CN101759332A - 家庭生活污水循环回用处理工艺 - Google Patents

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Abstract

一种家庭生活污水循环回用处理工艺，本发明处理工艺将家庭排放的生活污水分质收排，将浓水直接排放，优质杂排水(淡水)经生物处理，超滤处理成C类净水，优先回用于冲厕和绿化，剩余C类净水再反渗透处理成B类净水，供沐浴、盥洗和洗衣用。本发明对原水实行分质收排、分级处理、分类回用，解决了家庭用户循环回用水的心理障碍。经核算，排放水回收利用成本经济合理，可充分调动广大城乡居民的积极参与热情。

Description

家庭生活污水循环回用处理工艺
所属技术领域
本发明涉及一种家庭生活污水回收利用的工艺方法，尤其是对家庭生活污水分质收排、分级处理和分类循环回用的家庭生活污水循环回用处理工艺。
背景技术
我国人口众多，人均淡水资源却仅为世界人均数的四分之一。随着人口和经济规模的日渐扩大及城乡居民生活水平的不断提高，用水需求量的增加与全球气候变化及环境污染所带来的淡水资源匮乏之间的矛盾越来越尖锐；特别在我国华北、西北地区及一些特大城市中，缺水乃至断水时有发生，已经明显制约了居民的生活质量的提高甚至严重威胁到居民的生存安全。因此，研究和推行科学、合理的家庭生活污水循环回用处理工艺，对于提高城乡居民的用水安全度和生活质量，节约宝贵的水资源，削减污染排放总量和保持经济社会的健康发展，都具有不言而喻的重要意义。
现行的以中水回用为目的的生活污水循环回用技术，主要有集中处理(城市综合污水处理厂)和分散处理(小区中水回用处理站)两大类型，已经并将持续发挥重要作用。但多年实践显示出这两大类型的下述缺陷或不足：第一，投资巨大，运行成本也居高不下；第二，处理深度仅达中水，制约了回用水的回用范围；第三，由于原水包含了人体粪便排泄物，所形成的心理障碍极大限制了处理出水在家庭领域的使用；第四，投资主体仅为政府、社区或开发商，未能调动广大城乡居民的积极参与，从而迟滞了生活污水循环回用事业的发展。
在水污染日益严重、水资源日益匮乏的同时，二十世纪90年代至今，下列技术的长足发展为家庭生活污水循环回用处理工艺的开发和完善提供了条件：传感和控制技术；工程塑料材料与加工技术；生物处理，尤其是接触氧化处理技术；专属工程菌工业化生产技术；膜处理技术等。其中，膜处理工艺的成熟和推广运用，以及膜和膜处理设备的国产化及其使用寿命和性价比的显著提高，对家庭生活污水深度处理工艺的推广尤具重要的实用意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种家庭生活污水循环回用处理工艺。该处理工艺将家庭生活污水区分为浓水(首先是粪便水)和淡水(即优质杂排水)；而后对所收集的淡水进行接触氧化处理；在此基础上，对生物处理出水实行超滤膜处理，所得出水优先用于冲厕及绿化和保洁等杂用；多余部分再作反渗透膜处理，所得出水可用于除饮用外的其他各项家用。浓水(含各级处理产生的污泥及浓水)则排入化粪池经下水道送城市或小区污水处理厂(站)处置，其所得中水产品可回用于市政或小区公用工程；从而可逐步形成一个复盖全社会的生活污水复式处理系统。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
处理工艺依序如下：
分质收、排：在家庭排放的所有生活污水中，将厕所排放的粪便水和厨房排放污水中的含油浓水直接排入下水道交由城市污水处理厂处置；其余优质杂排水如厨房、沐浴、盥洗、洗衣、家庭保洁及绿化所排放的优质杂排水，则流经分水器6，利用光电传感系统控制，光电传感系统由控制光源7、受光元件8、光电传感器9组成；优质杂排水流经分水器6时，通过调整驱动电流大小以控制光源7的光照度，当受光元件8的光照度因过水浊度大而低于设定的光临界阈值，则浓水电磁阀11开启、淡水电磁阀10关闭，将浓水排入下水道；反之，则淡水电磁阀10开启，浓水电磁阀11关闭，将淡水收入集水箱12。
生物处理：由提水射流泵17提供动力，将集水箱12中的原水经止回阀13、调节阀14和流量计15提出，同时将接触氧化室19的部分回流水经调节阀16提出，两路提出水经射流器(18)吸入空气后射入接触氧化室(19)底部进行生物处理；生物处理系统由接触氧化室19和二次沉淀室21及二者之间的水气泥分离机构20按升流方式衔接而成；进入接触氧化室19的含氧原水完成生物氧化后，出水经由水气泥分离机构20升流入二次沉淀室21完成沉淀；二次沉淀室21中形成的生物污泥絮团，则经由水气泥分离机构20下沉回流入接触氧化室19继续参与生物处理；接触氧化室19产生的尾气泡经由尾气管，与剩余污泥均从排污管排入化粪池经下水道交由城市污水处理厂处置。
超滤处理成C类净水：生物处理系统的出水由超滤水泵22泵入超滤器23完成超滤膜处理，其出水即为C类净水，加入O3，再注入C类净水箱29；O3由O3发生器24产生，再经调节阀25、止回阀26进入C类净水中；C类净水箱设计为高位水箱，以增大水压，C类净水优先回用于冲厕和绿化；多余的C类净水供生产B类净水用；超滤器23产生的浓水则从排污管排入化粪池经下水道交由城市污水处理厂处置。
反渗透处理成B类净水：反渗透泵27将C类净水箱29中多余的C类净水泵入反渗透器28完成反渗透膜处理，其出水即为B类净水，注入B类净水箱30；B类净水箱设计为高位水箱，以增大水压；B类净水可回用于沐浴、盥洗和洗衣；不足部分由自来水系统经由调节阀2和止回阀3补充；反渗透器28产生的浓水则从排污管排入化粪池经下水道交由城市污水处理厂处置。
本发明将家庭生活排水(原水)按其污染物浓度高低划分为浓水、淡水两种，浓水排入化粪池经下水道送城市污水处理厂处置，淡水(优质杂排水)收集后经处理供循环回用。将家庭生活用水按其卫生安全标准划分为A类(饮用水)、B类(直接或间接与人体接触的优质水)和C类(生活杂用水)三类，从而建立不同的供水或循环回用水水源。根据上述划分的原水种别和用水类别，设计了外排(D类)、在生物处理基础上进行的超滤膜处理(产生C类水)和在超滤膜处理基础上进行的反渗透膜处理(产生B类水)三级处理工艺。由以上原水两种、用水三类、处理三级构成本工艺的完整体系。
本发明分以下两次按水质对原水进行排放和收集：首先，将厕所产生的粪便水(冲厕水)和厨房排水中的浓水(手动阀4控制)直接经排污管排入化粪池；其次，在其余原水流经分水器6时，根据此类原水污染物浓度与其浊度正相关的规律，通过驱动电流大小的调整以控制光源7的光照度，致使受光元件8的光照度因过水浊度大而低于设定的光临界阈值，则浓水电磁阀11开启、淡水电磁阀10关闭，将浓水排入下水道；反之，则淡水电磁阀10开启，浓水电磁阀11关闭，将淡水收入集水箱11。
本发明为适应在家庭用水中心即卫生间内安设相应处理装置的需要，将生物处理工艺设计为升流式，而用水气泥分离机构20完成处理水由接触氧化室19升流入二次沉淀室21、污泥由二次沉淀室21降流入接触氧化室19的工艺运行，并利用排气管将封闭容器接触氧化室19曝气中产生的尾气排空。
本发明在完成生物处理使出水达《污水综合排放标准》一级的基础上，为满足C类用水(厕所和其他)的水质需求设计了超滤膜处理工艺；又在超滤膜处理基础上，为满足B类用水(沐浴、盥洗和洗衣)的水质需求设计了反渗透膜处理工艺；从而实现按不同水质要求进行分级处理的目的。
本工艺发明针对不同水质用水设计了相应的贮水、输送系统：超滤处理产生的C类水贮存于C类净水箱(高位水箱)，优先回用于厕所和其他，多余部分供应反渗透处理所用；反渗透处理产生的B类水贮存于B类净水箱(高位水箱)，回用于沐浴、盥洗和洗衣，不足部分以自来水补充；自来水仅用于厨房和补充B类净水箱。
本发明的有益效果是：由于适应了循环回用水资源和减少污染排放量的客观需求，本工艺发明投入生产和使用后将产生巨大的社会效益和经济效益：
1、本工艺发明所采用的生物处理技术、膜处理技术和传感、控制技术，均为成熟、先进技术，且解决了家庭用户循环回用水的心理障碍问题，易于开发和推广。
2、本工艺发明如推广至3000万人使用，每年可减排BOD5约10.5万吨，减排SS约9.3万吨，节约净水约9亿m3。
3、本工艺发明创立了分级处理和分类供水工艺，可以更合理的节约循环用水处理所需的能源和费用：每立方米C类水(超滤出水)耗电约0.5kwh，每立方米B类水(反渗透出水)耗电约1kwh；综合处理费用(含折旧)为2.30元/m3C类水-3.00元/m3B类水，均属较为经济合理。
4、本工艺发明的推广使用，可使家庭生活污水循环回用和小区污水处理、城市污水处理相互配套、补充，形成一个复盖全社会的生活污水复式处理体系。并可催生一个新型产业。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1为家庭生活污水分类、水质与处理、循环回用/外排去向示意图；
图2为本发明工艺流程图。
图中：
Figure G201010045805XD00031
为污水走向
Figure G201010045805XD00032
为污泥或浓水走向
Figure G201010045805XD00033
为空气或尾气走向
Figure G201010045805XD00034
为自来水(A类水)走向
Figure G201010045805XD00035
为反渗透出水(B类水)走向
Figure G201010045805XD00036
为超滤出水(C类水)走向
△表示污染物为中、高浓度
Figure G201010045805XD00037
表示污染物为低浓度
Figure G201010045805XD00038
表示污染物为微量浓度
Figure G201010045805XD00039
表示可供增选的工艺
1.自来水给水调节阀，2.自来水补水调节阀，3.自来水补水止回阀，4.厨房含油浓水外排阀，5.厨房污水内排阀，6.分水器，7.光源，8.受光元件，9.光电传感器，10.淡水电磁阀，11.浓水电磁阀，12.集水箱，13.提水止回阀，14.提水调节阀，15.提水流量计，16.回流水调节阀，17.提水射流泵，18.射流器，19.接触氧化室，20.水气泥分离机构，21.二次沉淀室，22.超滤水泵，23.超滤器，24.O3发生器，25.O3调节阀，26.管道止回阀，27.反渗透水泵，28.反渗透器，29.C类净水箱，30.B类净水箱。
图1显示了对家庭生活排水按污染物浓度进行的分类以及浓水和淡水各自的污染物浓度状况；显示了对家庭生活用水进行的分类以及各类水的水质要求；并显示了原水处理的工艺流向和各类供水的走向。该图为本工艺发明提供了水质分类、分级依据和设计基础。
下表根据《城市居民生活用水量标准》(GB/T50331-2002)及相关资料对家庭生活污水水量和水质作一简要分析：
Figure G201010045805XD00041
其中：给水量采用了《城市居民生活用水量标准》表4数据。该《标准》指出：该水量值仅是“必不可少的水量消耗，所以调查值相对较低”。
分析表明：(1)本工艺发明所设计的排放浓水之后收集的淡水，其有机物、悬浮物浓度仅为综合污水浓度的50％左右；且因粪便水全部排除，厨房含油(及LAS)浓水也被排除，故所收淡水中基本不含N、P等污染物，从而可从根本上显著降低循环回用的处理难度，确保回用水的品质。(2)本工艺发明所设计的主要排放对象，应该是含COD、BOD、NH3-N和总P都较高的粪便水、厨房含油污水，以及含阴离子表面活性剂(LAS)高的沐浴、洗衣浓水。(3)一般情况下，本工艺发明所生产的回用水可满足家庭用水中除饮用水之外其他各类用水80％以上的用量需求。(4)显而易见的是，由于将粪便水排除在家庭用水回收范围之外，家庭用水领域中使用回用水的心理障碍可得以基本消除。
图2显示了本工艺发明的处理工艺流程。
家庭生活污水中优质杂排水的主要部分厨房、沐浴和洗衣污水，由于固体悬浮物和胶体物的存在，其污染物浓度与浊度之间呈明显的正相关关系。故在把厕所粪便水和厨房含油浓水直接外排后，其余污水仍可依据其浊度高低实行排、收。当原水进入分水器后，过水浊度的大小导致受光元件所受光照度低于或高于光临界阀值，从而通过光电传感器9控制淡水电磁阀10或浓水电磁阀11的启、闭，实现对浓、淡水的排、收。
污水的生物处理(二级处理)是深度处理(如膜处理)的基础处理。本发明采用的生物接触氧化工艺，特别适合于低浓度优质杂排水的处理，启动时只需投入一定量的处理生活污水的专属工程菌，系统便可正常运行；在室温条件下运行较短时间即可自行完成生物膜的培养；且此种工艺产泥量少，耐受停机间隔时间长，配以对系统开、停的自动化控制，可实现“傻瓜”式操作，是目前对家庭生活污水生物处理的首选工艺。为使相应的处理装置适于在家庭用/排水中心卫生间里安装，本工艺发明按升流式设计生物处理工艺，利用介于接触氧化室19和二次沉淀室21之间的水气泥分离机构20实现处理水的升流和污泥絮团的降流(回流)，并使在封闭容器中曝气产生的尾气通过排气管排空。
本发明采用超滤工艺对生物处理出水进行深度处理以生产C类净水；采用反渗透工艺对超滤处理出水进行二次深度处理以生产B类净水。在工艺设计中之所以未采用一般膜生物反应器(分置式MBR或一体式MBR)以膜处理替代二次沉淀室的做法，而是将超滤组件独立置于二次沉淀室之后，是因为要：(1)尽量降低膜污染，延长膜寿命，方便家庭用户操作；(2)便于相应装置的设计和日常维护。
随着膜处理技术的迅速发展，运用于水处理的超滤或反渗透膜组件通量日益增大，压降日益减小，其使用寿命、运行费用和性价比已达到可以进入家庭生活污水深度处理领域的程度。对生物处理排放液进行超滤处理后，除无机盐和N、P等营养物脱除较少外，总悬浮固体和微生物污染物基本脱除，浊度、色度可降低至原水10％以内，COD、BOD等也仅以微量存在，其水质优于现行的《生活杂用水水质标准》，完全可回用于冲厕、绿化、保洁等家用范围。而超滤出水经反渗透处理后，其出水除少数低分子有机物尚有残存外，溶盐、COD、BOD等可以基本乃至最后脱除，水质已接近饮用水标准，完全可回用于家庭除饮用水外的各种用水所需。
为适应各取水点对各类水源分类使用的需要，除自来水供水管道外，本工艺发明设计了C类净水箱29，连通厕所、绿化、保洁等取水点为其供水；设计了B类净水箱30，连通沐浴、盥洗、洗衣等取水点为其供水；利用虹收原理，使C类净水箱29当其贮水液位升高至设定高度时产生虹吸，将多余贮水供给反渗透组件进行处理；在B类净水箱30设有自来水入口，当贮水不足时可补入自来水以满足需要。

Claims (5)

1.一种家庭生活污水循环回用处理工艺，其特征是处理工艺依序如下：
分质收、排：在家庭排放的所有生活污水中，将厕所排放的粪便水和厨房排放污水中的含油浓水直接排入下水道交由城市污水处理厂处置；其余优质杂排水流经分水器(6)，利用光电传感系统控制，将浓水经由浓水电磁阀(11)排入化粪池经下水道交由城市污水处理厂处置，将优质杂排水经由淡水电磁阀(10)排入集水箱(12)进行后续处理。
生物处理：由提水射流泵(17)提供动力，将集水箱(12)中的原水经止回阀(13)、调节阀(14)和流量计(15)提出，同时将接触氧化室(19)的部分回流水经调节阀(16)提出，两路提出水经射流器(18)吸入空气后射入接触氧化室(19)底部进行生物处理；生物处理系统由接触氧化室(19)和二次沉淀室(21)及二者之间的水气泥分离机构(20)按升流方式衔接而成；进入接触氧化室(19)的含氧原水完成生物氧化后，出水经由水气泥分离机构(20)升流入二次沉淀室(21)完成沉淀；二次沉淀室(21)中形成的生物污泥絮团，则经由水气泥分离机构(20)下沉回流入接触氧化室(19)继续参与生物处理；接触氧化室(19)产生的尾气泡经由尾气管，与剩余污泥均从排污管排入化粪池经下水道交由城市污水处理厂处置。
超滤处理成C类净水：生物处理系统的出水由超滤水泵(22)泵入超滤器(23)完成超滤膜处理，其出水即为C类净水，注入C类净水箱(29)后优先回用于冲厕和绿化；多余的C类净水供生产B类净水用；超滤器(23)产生的浓水则从排污管排入化粪池经下水道交由城市污水处理厂处置。
反渗透处理成B类净水：反渗透泵(27)将C类净水箱(29)中多余的C类净水泵入反渗透器(28)完成反渗透膜处理，其出水即为B类净水，注入B类净水箱(30)后，回用于沐浴、盥洗和洗衣；不足部分由自来水系统经由调节阀(2)和止回阀(3)补充；反渗透器(28)产生的浓水则从排污管排入化粪池经下水道交由城市污水处理厂处置。
2.根据权利要求1所述的家庭生活污水循环回用处理工艺，其特征是：光电传感系统由控制光源(7)、受光元件(8)、光电传感器(9)组成；优质杂排水流经分水器(6)时，通过调整驱动电流大小以控制光源(7)的光照度，当受光元件(8)的光照度因过水浊度大而低于设定的光临界阈值，则浓水电磁阀(11)开启、淡水电磁阀(10)关闭，将浓水排入下水道；反之，则淡水电磁阀(10)开启，浓水电磁阀(11)关闭，将淡水收入集水箱(12)。
3.根据权利要求1所述的家庭生活污水循环回用处理工艺，其特征是：C类净水箱和B类净水箱均设计为高位水箱，高位水箱的水平高度高于用水点。
4.根据权利要求1所述的家庭生活污水循环回用处理工艺，其特征是：其余优质杂排水为厨房、沐浴、盥洗、洗衣、家庭保洁及绿化的低污染杂排水。
5.根据权利要求1所述的家庭生活污水循环回用处理工艺，其特征是：经超滤处理的C类净水，加入O3，再注入C类净水箱(29)；O3由O3发生器(24)产生，再经调节阀(25)、止回阀(26)进入C类净水中。
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