CN102503044A

CN102503044A - 膜生物反应器与人工湿地组合处理小区污水回用系统

Info

Publication number: CN102503044A
Application number: CN2011103654579A
Authority: CN
Inventors: 柴宏祥; 何强; 魏英华; 魏志文; 侯改娟; 邓轲
Original assignee: Chongqing University
Current assignee: Chongqing University
Priority date: 2011-11-17
Filing date: 2011-11-17
Publication date: 2012-06-20
Anticipated expiration: 2031-11-17
Also published as: CN102503044B

Abstract

本发明涉及一种膜生物反应器与人工湿地处理小区污水回用系统，由一体式膜生物反应器和一级人工湿地组成。所述膜生物反应器为核心处理部分,利用膜对混合液实现泥水分离。一方面,膜的截留作用可大幅增加活性污泥浓度，使生化反应进行得更迅速更彻底;另一方面,膜的高过滤精度可保证出水的高品质；膜生物反应器分为接触氧化区和活性污泥区，通过前置接触氧化区可减轻活性污泥区负荷，从而降低其污泥浓度，减轻膜污染。人工湿地进一步强化污染净化效果，保障出水水质达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918—2002)的一级A标准。所述系统组合工艺可充分发挥膜生物反应器和人工湿地工艺各自优势，弥补各自不足，对进水水质、水量变动有较强的适应性,且出水水质好,占地面积小,系统产泥量少,维护方便，是一项针对小区污水处理及回用的实用可行技术。

Description

膜生物反应器与人工湿地组合处理小区污水回用系统

技术领域

本发明属于污水处理技术领域，具体涉及一种“生物+生态”组合工艺处理小区生活污水，处理后水质达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918—2002)的一级A标准。

背景技术

我国是一个水资源匮乏的国家,随着经济的飞速发展,供水量不足已成为最严峻的现实问题,极大地阻碍着经济的发展,在北方和西北地区,水资源短缺尤为严重,水资源的再利用已成为当务之急,将城市污水和小区的生活污水处理后重新回用，作为杂用水(如冲厕所、洗车、绿化等),可缓解水资源短缺所引起的矛盾，保护环境，取得良好的环境、经济、社会效益。。

目前小区中水处理回用常用的技术主要有以下几类：①混凝、澄清、过滤法；②直接过滤法；③微絮凝法；④接触氧化法；⑤生物快滤池法。这些技术普遍存在占地面积大，剩余污泥量多的缺点，通用性较差，限制了应用，另外有些工艺由于其去除效果的影响，导致其应用受限。

另外活性污泥法及其它的变形工艺，包括氧化沟、SBR、AB法、A/O法、A/A/O法等技术在小区污水处理中有过应用。然而活性污泥法工艺在经过几十年的研究与实践，虽已经成为一种比较完善的工艺，但是在池形、运行方式、曝气方式、载体等方面已经很难有较大的发展，在节能减排降耗，占地面积大，管理复杂，污泥处理方面也很难得到根本性解决。。

可见，以上这些方法都有各自的不足，都不太适合针对小区污水的处理与回用。

发明内容

针对小区中水处理常用技术存在的缺点及不足，以及城市用水量剧增等现状，本发明的目的是提出一种可以普遍应用于小区污水处理的生物+生态组合处理系统，将膜生物反应器（MBR）与人工湿地有机组合，以达到简化处理工艺，对小区污水进行有效稳定的处理，减少单独采用膜生物反应器的运行费用，克服单独使用人工湿地占地面积大的缺点的目的。

本发明提出的膜生物反应器（MBR）与人工湿地组合处理系统的技术方案如下：

一种膜生物反应器与人工湿地组合处理小区污水回用系统，所述系统由膜生物反应器（MBR）和一个人工湿地处理装置构成，是一个生物生态组合式的污水处理系统；经过前期处理后的小区污水首先进入膜生物反应器，膜生物反应器作为核心处理单元，膜生物反应器的出水接人工湿地处理装置。

膜生物反应器（MBR）集膜的高效分离和生物降解于一体，是将污水生物处理技术与膜分离技术相结合的新型污水处理工艺。本发明采用的膜生物反应器为一体式膜生物反应器，由进水管，曝气系统，生物膜填料，平板膜组件和出水系统构成；膜生物反应器设计成前后两格，用隔板隔开，底部连通；前格接进水管，内部安装生物膜填料，为接触氧化区，后格接出水管.内部安装平板膜组件，为活性污泥区曝气系统设置在整个膜生物反应池底部；所述人工湿地采用侧向潜流湿地床，由多级梯度向下的侧向潜流湿地床和自然复氧区构成，侧向潜流湿地床和自然复氧区交替连接；每一级侧向潜流湿地床内设置有平行交错的隔墙，将床内空间分隔成S形的水流沟道，在水流沟道中装填碎石或陶粒填料，填料厚度0.45-0.65m，并栽种水生植物。

所述人工湿地(Constructed wetlands)装置是为模拟自然湿地系统而建设的人工强化了的自然净化系统。它利用系统中的物理、化学和生物的三重协同作用，通过过滤、吸附、共沉、离子交换、植物吸收和微生物分解来实现对污水的高效净化。膜生物反应器的出水经布水槽进入人工湿地，侧向潜流湿地床内设置有平行交错的隔墙，将湿地床内空间分隔成S形的水流廊道，尽量避免死水区，沿廊道水流方向底坡为1﹪。在人工湿地内分别装填不同粒径的填料，在每级之间设有自然复氧槽，可以利用空气中的氧与复氧槽中的薄层水接触来提高廊道出水中溶解氧的溶度。使得湿地床体内部出现连续的好氧、缺氧和厌氧状态，使硝化作用和反硝化作用可以在湿地系统中同时进行。

与现有技术比较，本发明具有以下特点：

处理效能高，稳定性强

本发明使用的膜生物反应器（MBR）和人工湿地对进水水质均具有较强适应性，具有较强抗冲击负荷能力。利用膜生物反应器（MBR）可高效地进行固液分离,其分离效果远好于传统的沉淀池,出水水质良好,出水悬浮物和浊度低。膜生物反应器（MBR）有利于硝化细菌的截留和繁殖,系统硝化效率高。由于膜生物反应器(MBR)泥龄可以非常长,从而大大提高难降解有机物的降解效率。人工湿地均有稳定良好的出水水质。

Figure 2011103654579100002DEST_PATH_IMAGE002

剩余污泥量少

膜生物反应器（MBR）反应器在高容积负荷、低污泥负荷、长泥龄下运行,剩余污泥产量极低,由于泥龄可无限长,理论上可实现零污泥排放。

可取得较好的环境、经济、社会效益

人工湿地污水处理系统可以充分发挥资源的生产潜力，防止环境的再污染，获得污水处理与资源化的最佳效益，因此具有较高的环境效益、经济效益及社会效益。

组合工艺可以弥补两种工艺各自的不足

前置膜生物反应器（MBR）可以防止人工湿地堵塞，减少人工湿地占地面积;冬季时两组膜生物反应器串联运行，提高人工湿地进水水质降低其处理负荷，可以弥补冬季人工湿地处理能力下降的缺点，保证出水水质;人工湿地可以弥补膜生物反应器对磷的去除功效。

附图说明

图1是本系统的膜生物反应器装置示意图；

图２是本系统的膜生物反应器的剖面图结构示意图；

图中：

１ —— 进水管 2 —— 曝气泵

3 ——曝气管 4 —— 曝气头

5 ——生物膜填料 6 ——隔板

7—— 平板膜组件８ —— 抽吸泵

９—— 出水管

图３是本系统的人工流湿地装置的平面图结构示意图；

图４是本系统的人工流湿地装置的剖面图结构示意图；

图中：

10—— 侧向潜流湿地床 11—— 自然复氧区

12 —— 隔墙 13 —— 水流沟道

14 —— 碎石或陶粒填料 15 —— 水生植物（芦苇）。

具体实施方式

本组合处理系统包括膜生物反应器装置和人工湿地处理装置两部分。

预处理后的小区污水由进水管进入膜生物反应器的接触氧化区，污水中污染物在接触氧化区，被附着在填料上的生物膜部分吸附降解后，进入活性污泥区，被进一步降解去除。通过前置接触氧化区可减轻活性污泥区负荷，从而降低其污泥浓度，减轻膜污染。污水在活性污泥区发生泥水分离，出水经出水管进入人工湿地。

膜生物反应器如图1和图2所示，为一体式膜生物反应器，由进水管1，曝气系统（含曝气泵2、曝气管3和曝气头4），生物膜填料5，平板膜组件7和出水系统（含抽吸泵8和出水管9）构成。膜生物反应器设计成前后两格，用隔板6隔开，底部连通；前格接进水管1，内部安装生物膜填料5，为接触氧化区，后格接出水管9.内部安装平板膜组件7，为活性污泥区曝气系统设置在整个膜生物反应池底部。

人工湿地处理装置的结构如图３和图４：由多级梯度向下的侧向潜流湿地床１０和自然复氧区１１组成；每一侧向潜流湿地床内设置有平行交错的隔墙１２，将床内空间分隔成S形的水流沟道１３，在沟道中装填碎石或陶粒填料１４（填料厚度0.45-0.65m），并栽种水生植物１５，这样可提以基本消除湿地中的死水区，高池容利用率；上一级湿地床与下一级湿地床之间由自然复氧区相连。自然复氧区为一水平的薄水层复氧沟，水流在沟中形成厚度为3～10mm的紊动薄水层，以加大水流与空气的接触面积，加速空气中氧向污水的传质作用，打破了传统潜流湿地系统氧传递能力的局限。自然复氧区沟长5～8m，可以将污水溶解氧浓度从0mg/L提高到3mg/L左右。在自然复氧区和水生植物供氧的作用下，整个湿地处于兼氧和好氧状态，可以有效提高填料表面和根区的微生物量，大大提高生物作用效率。

本发明可充分发挥膜生物反应器固液分离能力强，占地面积小，硝化效率高，对有机物降解能力好，剩余污泥量少的特点。并通过两个膜生物反应器串并联运行方式的转换提高污水处理系统对水质，水量，季节变化的适应能力。

膜生物反应器主要设计参数

1）主要技术参数

设计进水BOD浓度：100-500

Figure 2011103654579100002DEST_PATH_IMAGE005

COD容积负荷：0.4-0.9

Figure 2011103654579100002DEST_PATH_IMAGE006

MLSS：2.0-8.0

Figure 2011103654579100002DEST_PATH_IMAGE007

生物好氧反应所需供气量： (O为日平均需氧量，Q为设计处理水流量，

Figure 2011103654579100002DEST_PATH_IMAGE009

为去除BOD浓度，a为污泥自身氧化需氧率，X为反应器内混合液悬浮固体的浓度)

反应器剩余污泥量

Figure 2011103654579100002DEST_PATH_IMAGE010

（Y为每千克BOD产生的污泥量，

Figure 2011103654579100002DEST_PATH_IMAGE011

为污泥自身氧化速率）

2)主要规格参数

反应器规格（

Figure 2011103654579100002DEST_PATH_IMAGE012

）

有效水深

Figure 2011103654579100002DEST_PATH_IMAGE013

反应器有效容积

Figure 2011103654579100002DEST_PATH_IMAGE014

（接触氧化区与活性污泥区容积计算方法相同，Q为设计处理水流量，

Figure 2011103654579100002DEST_PATH_IMAGE015

为有机物浓度，为COD容积负荷）

本设计膜组件采用PVDF平板膜,平均孔径为0. 1~0. 3μm,设计通量为15~20 L/(m2·h)。膜池设置放空管,用于调试及检修。

人工湿地主要设计参数

设计流量Q

总水力停留时间HRT

设计水力负荷： 0.20m³/（m²·d）

总尺寸（L×B×H）。

Claims

1.膜生物反应器与人工湿地组合处理小区污水回用系统，其特征在于：所述系统由膜生物反应器（MBR）和人工湿地处理装置构成，是一个生物生态组合式的污水处理系统；经过前期处理后的小区污水首先进入膜生物反应器，膜生物反应器作为核心处理单元，膜生物反应器的出水接人工湿地处理装置；

所述膜生物反应器为一体式膜生物反应器，包括进水管（1），曝气系统，生物膜填料（5），平板膜组件（7）和出水管（9）；膜生物反应器设计成前后两格，用隔板（6）隔开，底部连通；前格接进水管（1），内部安装生物膜填料（5），为接触氧化区，后格接出水管（9），.内部安装平板膜组件（7），为活性污泥区，曝气系统设置在整个膜生物反应器的反应池的底部；

所述人工湿地采用侧向潜流湿地床，由多级梯度向下的侧向潜流湿地床（10）和自然复氧区（11）构成，侧向潜流湿地床（10）和自然复氧区（11）交错连接；每一级侧向潜流湿地床内设置有平行交错的隔墙（12），将床内空间分隔成S形的水流沟道（13），在水流沟道中装填碎石或陶粒填料（14），填料厚度0.45-0.65m，并栽种水生植物。