CN103359893B - 景观节能型小区污水处理及中水回用耦合系统 - Google Patents

景观节能型小区污水处理及中水回用耦合系统 Download PDF

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Abstract

一种景观节能型小区污水处理及中水回用耦合系统,包括PLC控制器以及依次连接的调节池、膜生物处理系统、配水池、跌水人工湿地系统、消毒池和清水池;调节池进水处和出水处均设有水质检测仪,膜生物处理系统包括依次连接的厌氧池、缺氧池和好氧池,好氧池内设置MBR反应器,MBR反应器内设置水质检测仪,好氧池与缺氧池之间设置有第一套内回流管路,缺氧池与厌氧池之间设置有第二套内回流管路,回流管路上设置回流泵;配水池内设置平面格网,格网下放置多孔球形填料;各处水质检测仪及各个泵均与PLC控制器连接。本发明实现了污水处理自动化控制,实现了中水回用、节能和美观的统一,可有效提高小区污水处理效果、提高中水资源回用能力。

Description

景观节能型小区污水处理及中水回用耦合系统
技术领域
[0001] 本发明涉及一种适用于居民小区生活污水处理和中水回用的综合系统,具有节能和景观效果,属于污水处理技术领域。
背景技术
[0002] 水是人类社会赖以生存的最重要物质条件之一,我国作为一个水资源紧缺的国家,人均水资源占有量为273立方米,仅为世界人均占有量的1/4,水资源紧缺已成为制约我国城市可持续发展的重要因素。小区是城市居民日常生活和休闲的主要场所,小区内不断产生大量的生活污水,如何有效地处理这些污水,已经成为一个重要的研究议题。
[0003]目前,小区污水处理及中水回用的主要技术有生物法、物理化学法及膜分离法。其中生物法是利用水中微生物吸附、氧化分解污水中的有机物,包括好氧和厌氧微生物处理,一般采用多种工艺相结合的办法;物理化学处理法以混凝沉淀(气浮)技术及活性炭吸附相结合为基本方式,提高出水水质;膜分离法一般采用超滤(微滤)或反渗透膜处理。但单纯的物理化学处理法,往往需要投加化学药剂,处理成本高,存在二次污染问题。
[0004] 中国专利文献专利CN1159234C公开了一种《居住小区污水湿地生态处理方法》,其主要处理包括好氧生物法初步处理和湿地的深度处理,其中用作好氧处理的主要设备是密闭式曝气生物滤池,其前设初沉池、后设二沉池,处理后的水经水堰板溢流至湿地;该方法存在处理流程复杂,占地面积大等问题。CN101863585B公开了一种《针对小区污水处理的物化处理和人工湿地组合处理系统》,具有一个物化处理装置和一个人工湿地处理装置,两者形成一个组合式的污水处理系统;小区污水的进水口设在物化处理装置前,物化处理装置的出水接人工湿地处理装置;该处理系统虽然发挥了人工湿地工艺的优势,受水质影响小,但存在脱氮除磷不充分、占地面积大、破坏小区环境美观等问题。
发明内容
[0005] 本发明针对现有小区污水处理及回用技术存在的氮磷去除效率低、处理费用高、与小区原有景观协调性差的问题,提供一种可有效提高小区污水处理效果、提高中水资源回用能力的景观节能型小区污水处理及中水回用耦合系统。
[0006] 本发明的景观节能型小区污水处理及中水回用耦合系统,采用以下技术方案:
[0007] 该系统,包括PLC控制器以及依次连接的调节池、膜生物处理系统、配水池、跌水人工湿地系统、消毒池和清水池;调节池内设置独立的碳源贮存池和常态调节池,调节池的进水处和常态调节池的出水处均设有水质检测仪,碳源贮存池内设置有与常态调节池连接的计量泵;膜生物处理系统包括依次连接的厌氧池、缺氧池和好氧池,厌氧池与常态调节池之间设置潜污泵,缺氧池和好氧池内均设置有排泥泵,好氧池内设置MBR反应器,MBR反应器内设置水质检测仪,好氧池的底部设置曝气装置,好氧池与缺氧池之间设置有第一套内回流管路,该回流管路上设置第一回流泵,缺氧池与厌氧池之间设置有第二套内回流管路,该回流管路上设置第二回流泵;MBR反应器与配水池的连接管路上设置有水泵;配水池设置在跌水人工湿地系统的前端,配水池的池体内设置平面格网,格网下放置多孔球形填料,填料填充率为50%,格网上部安装有人工喷泉装置;跌水人工湿地系统包括依次相连的第一跌水区、第二跌水区和第三跌水区,三个区的高度依次降低,前后跌水区高度差为10cm-30cm,第一跌水区内自上至下依次设置土壤、粗砂、多孔填料和粗砂四层填料,各层填料的厚度比为1:1:2-3:1,第二跌水区内自上至下依次设置土壤、粗砂、陶粒和粗砂四层填料,各层填料的厚度比为1:1:2-3:1,第三跌水区内自上至下依次设置土壤、粗砂、活性炭和粗砂四层填料,各层填料的厚度比为1:1:2-3:1,各个跌水区的土壤层上均种植植物;各处水质检测仪及各个计量泵、潜污泵、排泥泵、水泵、第一回流泵和第二回流泵均与PLC控制器连接;
[0008] 上述系统通过PLC控制器自动运行,小区的生活污水和生活废水由小区管网收集后进入调节池的常态调节池,当进水处的水质检测仪检测到进水的COD (化学需氧量)浓度大于900mg/L时,则进入到碳源贮存池;经调节池酸化处理的污水在厌氧池内停留
1.5-2.0小时,随后进入缺氧池与由好氧池回流的污水混合,进行脱氮反应,在缺氧池内停留2.0-2.5小时,最后进入好氧段,经由MBR反应器进一步去除BOD (生化需氧量),PLC控制器控制好氧段内的排泥泵间歇启动,将好氧段内的剩余污泥排入跌水人工湿地系统做肥料;通过常态调节池出水处的水质检测仪检测膜生物处理系统的进水总氮含量,通过MBR反应器内的水质检测仪检测膜生物处理系统出水总氮含量,并通过PLC控制器实时监测脱氮效率,当进出水脱氮效率降低至60-70%时,将第一套内回流管路的回流比控制在300-400%,以通过加大回流比,提高脱氮效率;当进出水脱氮效率为70-80%时,将第一套内回流管路的回流比控制至200-300% ;当进出水脱氮效率在80%以上时,将第一套内回流管路的回流比控制在150-200%;第二套内回流管路的回流比通过PLC控制器自动控制:当厌氧池中硝态氮浓度大于4mg/L时,控制第二套内回流管路的回流比为100-130%,硝态氮浓度在2-4mg/L时,控制第二套内回流管路的回流比为130-170%,硝态氮浓度小于2mg/L时,控制回流比为170-200% ;此外,PLC控制器还控制对膜生物处理系统碳源的自动补给,通过常态调节池出水处的水质检测仪实时监测缺氧池进水的B0D、TN (总氮)及TP (总磷),当进水BOD与TN之比小于4或BOD与TP之比小于17时,PLC控制器控制碳源贮存池内的计量泵启动,将碳源贮存池内污水泵入常态调节池,提高常态调节池内污水的BOD浓度,当常态调节池内污水的BOD与TN之比大于8且BOD与TP之比大于22时,计量泵自行关闭;MBR反应器的出水泵入配水池,配水池内在其内填料上形成生物膜系统,利用生物膜系统的食物链,进一步净化膜生物反应系统难以净化的有机物,利用配水池内的人工喷泉进行水气交换,增加溶解氧,满足填料生物膜生物降解的需要,同时也有利于跌水人工湿地系统根系及土壤好氧微生物更好地发挥生物净化作用;跌水人工湿地系统中前后跌水区的形成,既增加水体中的溶解氧含量,又形成了小瀑布景观;利用第一跌水区对进水中大有机颗粒物进行初步截留,截留有机物在此区逐步水解成小分子有机物,同时上部的植物根系吸收水体中溶解态无机氮及磷,通过第二跌水区去除第一跌水区出水中的小分子有机物及溶解态有机物,同时上部的植物根系吸收水体中溶解态无机氮及磷,通过第三跌水区进一步吸附和降解未去除的进水中的溶解性有机物;跌水人工湿地系统的出水进入消毒池消毒后排入清水池中。
[0009] 本发明实现了污水处理自动化控制,将Α/Α/0工艺、膜生物反应器工艺、人工湿地系统和人造景观进行有机耦合,通过节能调控实现系统的自动节能调控,实现了中水回用、节能和美观的统一,具有占地面积小、工艺设备集中、出水水质优良等优点,可有效提高小区污水处理效果、提高中水资源回用能力。
附图说明
[0010] 图1是本发明景观节能型小区污水处理及中水回用耦合系统的结构原理示意图。
[0011] 图中:1、碳源贮存池,2、常态调节池,3、水质检测仪,4、潜污泵,5、水质检测仪,6、第一回流泵,7、厌氧池,8、第二回流泵,9、排泥泵,10、MBR反应器,11、水质检测仪,12、缺氧池,13、排泥泵,14、好氧池,15、水泵,16、配水池,17、跌水第一区,18、跌水第二区,19、跌水第三区,20、消毒池,21、PLC控制器,22、清水池,23、曝气装置,24、计量泵。
具体实施方式
[0012] 如图1所示,本发明的景观节能型小区污水处理及中水回用耦合系统,主要包括PLC控制器21和由前至后依次连接的调节池、膜生物处理系统、配水池、跌水人工湿地系统、消毒池20和清水池22。调节池与膜生物处理系统之间的连接管路上设置潜污泵4,膜生物处理系统与配水池16的连接管路上设置水泵15,潜污泵4和水泵15均与PLC控制器21连接。
[0013] (I)通过调节池进行水质水量调节
[0014] 调节池内设置独立的碳源贮存池I和常态调节池2,调节池的进水处设有水质检测仪3,常态调节池2的出水处设有水质检测仪5,碳源贮存池I内设置有与常态调节池2连接的计量泵24,水质检测仪3、水质检测仪5和计量泵24均与PLC控制器21连接,PLC控制器21根据检测的水质情况控制计量泵24的启动与关闭。小区的生活污水和生活废水由小区管网收集后,进入调节池,一般情况下,小区排水经管网流入常态调节池2。当水质检测仪3检测到进水有机物含量处于高峰浓度(C0D浓度大于900mg/L)时,使废水进入到碳源贮存池I。
[0015] (2)在调节池后建立膜生物处理系统
[0016] 该膜生物处理系统采用串联的厌氧池7、缺氧池12和好氧池14三个处理反应工段,缺氧池12和好氧池14内分别设置有排泥泵9和排泥泵13,在好氧池14内设置MBR反应器(膜生物反应器)10,在MBR反应器10内设置水质检测仪11,好氧池14的底部设置曝气装置23。MBR反应器10内的膜组件采用PVC或PE等塑料中空纤维膜组件。经调节池酸化处理的污水首先通过潜污泵4抽送进入厌氧池7。在厌氧池7,流入的污水以及由缺氧池12回流的污水混合液进行以微生物释磷为主的反应,污水停留时间为1.5-2.0小时;随后进入缺氧池12和由好氧池14回流的污水混合,进行脱氮反应,停留时间为2.0-2.5小时;最后进入好氧段14,经由MBR反应器10进一步去除B0D,由于此阶段产生少量的剩余污泥,且剩余污泥已腐化,有机肥分含量高,可由PLC控制器21根据好氧池14内MLSS含量检测数据,启动间歇排泥泵13,排入人工湿地做肥料,解决了系统剩余污泥问题。此过程存在两套内回流管路:①第一套内回流管路,即好氧池14到缺氧池12的内回流管路,该管路上设置第一回流泵6,第一回流泵6与PLC控制器21连接。这样做是为了把好氧池14硝化作用产生的硝态氮和一部分BOD回流至缺氧池12,满足缺氧池12缺氧环境及进行反硝化脱氮反应。通过水质检测仪5检测膜生物处理系统的进水水质总氮含量,通过水质检测仪11检测膜生物处理系统出水水质总氮含量,并通过PLC控制器21实时监测脱氮效率,当进出水脱氮效率降低至60-70%时,将第一套内回流管路的回流比控制在300-400%,以通过加大回流比,提高脱氮效率的目的;当进出水脱氮效率在70-80%之间时,将第一套内回流的回流比控制至200-300% ;当进出水脱氮效率在80%以上时,将第一套内回流的回流比控制在150-200% ;通过PLC控制器21对第一套内回流实时调控,可以达到即满足较高的脱氮效率又达到节省能耗的目的。②第二套内回流管路,即缺氧池12到厌氧池7的内回流管路,该管路上设置第二回流泵8,第二回流泵8与PLC控制器21连接。不直接从好氧池14回流至厌氧池7的目的是为了在保证维持厌氧池7内微生物浓度的前提下,减少厌氧池7内污水硝酸盐浓度,从而增加了除磷能量,该回流管路的回流比是通过PLC控制器21自动控制:当厌氧池中硝态氮浓度> 4mg/L时,控制回流比为100-130% ;硝态氮浓度在2_4mg/L时,控制回流比为130-170% ;硝态氮浓度< 2mg/L时,控制回流比为170-200%。此外,PLC控制器21还可以完成对膜生物系统的碳源自动补给,PLC控制器21通过实时监测缺氧池7进水的BOD、TN (总氮)及TP (总磷),当进水BOD/TN低于4或BOD/TP低于17时,启动碳源贮存池I内的计量泵24,将碳源贮存池I内污水泵入常态调节池2,并根据PLC控制器21监测调节池的BOD、TN及TP反馈数据,提高常态调节池2内BOD浓度,当常态调节池2内B0D/TN大于8且B0D/TP大于22时,计量泵24自行关闭。MBR反应器10的出水经水泵15泵入配水池16。
[0017] (3) MBR反应器10的出水进入跌水人工湿地系统前端的增氧型配水池16,此配水池16的池体常水位深度2/3处设孔径为Icm的尼龙平面格网,格网下放置PVC塑料多孔球形填料,填料填充率为50%,形成简易的生物膜系统,利用生物膜系统的较长食物链,进一步净化膜生物反应系统难以净化的有机物。在格网上部安装喷泉装置,利用格网上部的清水形成喷泉。人工喷泉可以提高小区的景观品质,还可以利用水气交换,增加溶解氧,满足填料生物膜生物降解的需要,同时也有利于人工湿地系统根系及土壤好氧微生物更好地发挥生物净化作用。
[0018] (4)配水池16的出水通过跌水进入跌水人工湿地系统。该湿地系统在水流方向上分为三格,分别为跌水第一区17、跌水第二区18和跌水第三区19,从进水至出水整个人工湿地呈阶梯分布,高度依次降低,前后跌水区高度差为10-30cm,前后跌水区形成跌水,既增加水体中的溶解氧含量,又可以形成小瀑布景观。跌水系统提高了湿地进水的溶解氧含量,利于各区湿地进水端系统好氧微生物的增长,增加湿地系统的微生物量。为了更好的发挥人工湿地对氮、磷、COD的去除,跌水第一区17内自上至下依次设置土壤、粗砂、塑料多孔填料和粗砂四层填料,各层填料的厚度比为1: 1:2-3:1,利用多孔塑料填料的截留作用对进水中大有机颗粒物进行初步截留,截留有机物在此区逐步水解成小分子有机物,同时上部的植物根系吸收水体中溶解态无机氮及磷。跌水第二区18内自上至下依次设置土壤、粗砂、陶粒、粗砂四层填料,各层填料的厚度比为1:1:2-3:1,陶粒比表面积大、微孔多、截污能力强,利用其截留能力及表面形成生物膜系统,去除跌水第一区17出水中的小分子有机物及溶解态有机物,同时上部的植物根系吸收水体中溶解态无机氮及磷。跌水第三区19内自上至下依次设置土壤、粗砂、活性炭和粗砂四层填料,各层填料的厚度比为1:1:2-3:1,活性炭比表面积更大,孔隙率更高,利用该特性可以将前两区未去除进水中的生物膜残渣及胞外分泌物等溶解性有机物吸附,并进一步降解掉。
[0019] (5)跌水人工湿地系统出水进入消毒池20消毒后再排入清水池22中,采用氯气消毒,清水池22中的水一方面形成小型的景观池塘,另一方面用于建筑中便器的冲洗、绿化浇洒以及消防等用水水源。
[0020] 本发明出水水质满足GB/T18920-2002《城市污水再生利用城市杂用水水质》和《城市景观用水水质标准》要求。可以用于景观、绿化、消防、冲厕等用水水源。

Claims (1)

1.一种景观节能型小区污水处理及中水回用耦合系统,包括PLC控制器以及依次连接的调节池、膜生物处理系统、配水池、跌水人工湿地系统、消毒池和清水池;其特征是: 调节池内设置独立的碳源贮存池和常态调节池,调节池的进水处和常态调节池的出水处均设有水质检测仪,碳源贮存池内设置有与常态调节池连接的计量泵;膜生物处理系统包括依次连接的厌氧池、缺氧池和好氧池,厌氧池与常态调节池之间设置潜污泵,缺氧池和好氧池内均设置有排泥泵,好氧池内设置MBR反应器,MBR反应器内设置水质检测仪,好氧池的底部设置曝气装置,好氧池与缺氧池之间设置有第一套内回流管路,该回流管路上设置第一回流泵,缺氧池与厌氧池之间设置有第二套内回流管路,该回流管路上设置第二回流泵;MBR反应器与配水池的连接管路上设置有水泵;配水池设置在跌水人工湿地系统的前端,配水池的池体内设置平面格网,格网下放置多孔球形填料,填料填充率为50%,格网上部安装有人工喷泉装置;跌水人工湿地系统包括依次相连的第一跌水区、第二跌水区和第三跌水区,三个区的高度依次降低,前后跌水区高度差为10cm-30cm,第一跌水区内自上至下依次设置土壤、粗砂、多孔填料和粗砂四层填料,各层填料的厚度比为1:1:2-3:1,第二跌水区内自上至下依次设置土壤、粗砂、陶粒和粗砂四层填料,各层填料的厚度比为1:1:2-3:1,第三跌水区内自上至下依次设置土壤、粗砂、活性炭和粗砂四层填料,各层填料的厚度比为1:1:2-3:1,各个跌水区的土壤层上均种植植物;各处水质检测仪及各个计量泵、潜污泵、排泥泵、水泵、第一回流泵和第二回流泵均与PLC控制器连接; 上述系统通过PLC控制器自动运行,小区的生活污水和生活废水由小区管网收集后进入调节池的常态调节池,当进水处的水质检测仪检测到进水COD浓度大于900mg/L时,则进入到碳源贮存池;经调节池酸化处理的污水在厌氧池内停留1.5小时-2.0小时,随后进入缺氧池与由好氧池回流的污水混合,进行脱氮反应,在缺氧池内停留2.0小时-2.5小时,最后进入好氧段,经由MBR反应器进一步去除BOD,PLC控制器控制好氧段内的排泥泵间歇启动,将好氧段内的剩余污泥排入跌水人工湿地系统做肥料;通过常态调节池出水处的水质检测仪检测膜生物处理系统的进水水质总氮含量,通过MBR反应器内的水质检测仪检测膜生物处理系统出水水质总氮含量,并通过PLC控制器实时监测脱氮效率,当进出水脱氮效率降低至60-70%时,将第一套内回流管路的回流比控制在300-400%,以通过加大回流比,提高脱氮效率;当进出水脱氮效率为70-80%时,将第一套内回流管路的回流比控制至200-300% ;当进出水脱氮效率在80%以上时,将第一套内回流管路的回流比控制在150-200%;第二套内回流管路的回流比通过PLC控制器自动控制:当厌氧池中硝态氮浓度大于4mg/L时,控制第二套内回流管路的回流比为100-130%,硝态氮浓度在2_4mg/L时,控制第二套内回流管路的回流比为130-170%,硝态氮浓度小于2mg/L时,控制回流比为170-200% ;此外,PLC控制器还控制对膜生物处理系统碳源的自动补给,通过常态调节池出水处的水质检测仪实时监测缺氧池进水的B0D、TN及TP,当进水BOD与TN之比小于4或BOD与TP之比小于17时,PLC控制器控制碳源贮存池内的计量泵启动,将碳源贮存池内污水泵入常态调节池,提高常态调节池内污水的BOD浓度,当常态调节池内污水的BOD与TN之比大于8且BOD与TP之比大于22时,计量泵自行关闭;MBR反应器的出水泵入配水池,配水池内在其内填料上形成生物膜系统,利用生物膜系统的食物链,进一步净化膜生物反应系统难以净化的有机物,利用配水池内的人工喷泉进行水气交换,增加溶解氧,满足填料生物膜生物降解的需要,同时也有利于跌水人工湿地系统根系及土壤好氧微生物更好地发挥生物净化作用;跌水人工湿地系统中前后跌水区形成跌水,既增加水体中的溶解氧含量,又形成了小瀑布景观;利用第一跌水区对进水中大有机颗粒物进行初步截留,截留有机物在此区逐步水解成小分子有机物,同时上部的植物根系吸收水体中溶解态无机氮及磷,通过第二跌水区去除第一跌水区出水中的小分子有机物及溶解态有机物,同时上部的植物根系吸收水体中溶解态无机氮及磷,通过第三跌水区进一步吸附和降解未去除的进水中的溶解性有机物;跌水人工湿地系统的出水进入消毒池消毒后排入清水池中。
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