CN105130123A

CN105130123A - 一种北方居民住宅区污水处理系统与方法

Info

Publication number: CN105130123A
Application number: CN201510561239.0A
Authority: CN
Inventors: 李志颖; 张统; 董春宏; 方小军; 王开颜
Original assignee: Engineering Design and Research Institute of General Armament Department
Current assignee: Engineering Design and Research Institute of General Armament Department
Priority date: 2015-09-06
Filing date: 2015-09-06
Publication date: 2015-12-09

Abstract

本发明公开一种北方居民住宅区的污水处理系统与方法。所述系统包括格栅槽、调节池、磁分离净水单元和人工湿地单元。所述格栅槽、调节池、磁分离净水单元和人工湿地单元通过导水管依次连接。本发明根据北方居民住宅区污水水质特点，提出一种由磁分离净水技术与模块化人工湿地工艺相结合的污水处理方法，充分发挥磁分离净水技术与模块化人工湿地工艺对污染物的处理优势，合理分配两种新型工艺的处理配额，污水中悬浮态有机物、悬浮物和总磷的去除主要在磁分离净水技术工艺过程中完成，总氮、氨氮和溶解态有机物的去除由模块化人工湿地来完成。解决了单独采用人工湿地工艺单元占地面积大、湿地内部容易堵塞、氨氮和总氮难以达到水质标准等问题。

Description

一种北方居民住宅区污水处理系统与方法

技术领域

本发明属于环境保护领域，具体涉及一种用于北方居民住宅区的污水处理系统与方法。

背景技术

中国北方地区的气温较低，出于冬季防冻考虑，北方居民住宅区的地下管道埋设一般较深，且具有稳定的排水规律；水温较低，水解速度慢，悬浮态污染物浓度较高，悬浮态有机物占总有机物浓度比例高(40％～60％)；用水定额小，有机污染物浓度一般也较高。表1给出了北方居民住宅小区的典型水质指标，COD表示化学需氧量，BOD₅表示五日生化需氧量，TN表示总氮，NH₃-N表示氨氮，TP表示总磷，SS表示悬浮物。

表1北方居民住宅小区典型水质指标

指标

COD

BOD₅

TN

NH₃-N

TP

SS

浓度(mg/L)

≥300

100～200

≥50

≥30

3～5

≥100

目前，居民住宅小区的污水处理经常采用两种工艺：一种是生物处理+机械过滤工艺，如图1所示；一种是膜生物反应器工艺，如图2所示。上述两种工艺存在的问题是：没有充分考虑北方住宅小区的特点，没有将污水处理与小区的自然环境相结合。因此，两种处理工艺的能耗都比较高，处理与回用费用都在1.0元/吨水以上，而且机械过滤污泥排放量大，膜生物反应器需要定期进行化学清洗，管理要求高，膜寿命较短，一般3～5年，需要经常更换，费用高。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，本发明提出一种用于北方居民住宅区的污水处理系统与方法，采用磁分离净水技术与模块化人工湿地工艺相结合的方法实现污水处理。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案。

一种北方居民住宅区污水处理系统，包括格栅槽、调节池，还包括：磁分离净水单元和人工湿地单元。所述格栅槽、调节池、磁分离净水单元和人工湿地单元通过导水管依次连接。

所述磁分离净水单元包括由导水管相连的磁混凝反应器和磁鼓净水机；

所述人工湿地单元包括人工湿地植物、模块化填料及位于所述人工湿地植物和模块化填料之间的承托层。

进一步地，所述磁混凝反应器还包括相邻的混合反应器和磁絮凝反应器。

进一步地，所述混合反应器和磁絮凝反应器中分别至少包括一个搅拌机。

进一步地，所述磁絮凝反应器将投入所述磁混凝反应器的磁粉与污水中的污染物混合形成具有磁性的磁性絮团。

进一步地，所述磁分离净水单元还包括依次相连的超声波磁回收装置、磁粉均相器和磁粉投加泵。所述超声波磁回收装置与所述磁鼓净水机相连。所述磁粉投加泵与所述混合反应器相连。

进一步地，所述磁鼓净水机至少包括一个圆柱形的磁鼓、电机和刮栅条。电机与磁鼓相连。磁鼓的一部分位于水面以下。刮栅条安装在位于水面以上的磁鼓表面上。

进一步地，所述超声波磁回收装置包括一个超声波发生器、一个搅拌机和一个磁选装置。超声波发生器产生超声波使磁性絮团中的磁粉和污染物分散开；搅拌机使磁粉保持悬浮不沉降；磁选装置吸附磁粉并将其送到磁粉均相器。

进一步地，所述磁粉均相器至少包括一个搅拌机，使磁粉与水完全混合形成浓度分布均匀的悬浊液。

进一步地，所述模块化填料根据流入人工湿地单元中水的质量选择，所述模块化填料是钢渣、碎石、沸石、陶粒的组合。

应用所述系统进行污水处理方法，包括以下步骤：

步骤1，污水流经格栅槽后进入调节池。

步骤2，污水在调节池内经水量调节和水质均衡后，被提升进入磁分离净水单元。

步骤3，向磁分离净水单元中投加混凝剂、助凝剂和磁粉。

步骤4，在磁混凝反应器中，污水中的悬浮态和胶体态污染物在水力混合和搅拌的作用下，与磁粉形成具有磁性的磁性絮团。

步骤5，磁性絮团和污水一起流入磁鼓净水机，磁性絮团被吸附到磁鼓表面，磁鼓不断旋转，刮栅条将吸附的磁性絮团刮下来，磁性絮团在重力作用下输送到超声波磁回收装置；污水直接流出磁鼓净水机流入人工湿地单元。

步骤6，在超声波磁回收装置中，磁粉在超声波的冲击作用下与污染物分离，并进入磁粉均相器形成磁粉悬浊液，最后通过磁粉投加泵投入磁混凝反应器。

步骤7，人工湿地单元采用人工湿地植物和模块化填料对污水进一步净化。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明根据北方居民住宅区污水水质特点，提出一种由磁分离净水技术与模块化人工湿地工艺相结合的污水处理方法，充分发挥磁分离净水技术与模块化人工湿地工艺对污染物的处理优势，合理分配两种新型工艺的处理配额，污水中悬浮态有机物、悬浮物和总磷的去除主要在磁分离净水技术工艺过程中完成，总氮、氨氮和溶解态有机物的去除由模块化湿地来完成。解决了单独采用人工湿地工艺单元，占地面积大，湿地内部容易堵塞，氨氮和总氮难以达到水质标准等问题。

应用本发明所述的污水处理方法，处理后水质能够达到《城市污水再生利用杂用水水质》(GB18920-2002)规定的绿化用水标准，实现了污染物消除与水资源再生就地利用，达到节能减排与资源循环利用的效果。小区污水处理单纯采用人工湿地处理工艺时，每吨水每天需要的湿地面积为4～8m²，采用本发明所述方法，每吨水每天需要的湿地面积为1～2m²。

附图说明

图1为生物处理与机械过滤组合的工艺示意图；

图2为膜生物反应器工艺示意图；

图3为本发明实施例所涉及的北方住宅区污水处理系统组成框图；

图4为图3中磁分离净水单元和人工湿地单元的结构示意图。

图中：1-磁分离净水单元，11-磁混凝反应器，111-混合反应器，112-磁絮凝反应器，113-搅拌机，12-磁鼓净水机，121-磁鼓，122-电机，123-刮栅条，13-超声波磁回收装置，131-超声波发生器，132-搅拌机，133-磁选装置，14-磁粉均相器，141-搅拌机，15-磁粉投加泵；2-人工湿地单元，21-模块化填料，22-承托层，23-人工湿地植物；3-格栅槽；4-调节池。

具体实施方式

本发明利用磁分离净水技术不受冬季低温的影响，对污水中悬浮态有机物、悬浮物和总磷具有较高处理效率，以及模块化人工湿地具有较强的硝化能力，提升对氨氮的处理效率的特征，根据北方居民住宅区污水水质特点，提出一种由磁分离净水技术与模块化人工湿地工艺相结合的污水处理方法，对居民小区进行绿地改造，在不影响绿地功能的前提下，增加绿地的污水净化功能，将绿地变湿地，丰富旱湿植物种类，增强植物多样性，同时实现了回用水的就地利用。比传统人工湿地单独使用大量减少使用面积，而且节省了灌溉的动力费用，比当前处理技术大幅降低运行费用。

下面结合具体实施例及附图对本发明做进一步说明。

一种北方居民住宅区污水处理系统，如图3、4所示，包括格栅槽3、调节池4，磁分离净水单元1和人工湿地单元2。所述格栅槽3、调节池4、磁分离净水单元1和人工湿地单元2通过导水管依次相连。

所述磁分离净水单元1包括依次相连的磁混凝反应器11、磁鼓净水机12、超声波磁回收装置13、磁粉均相器14和磁粉投加泵15。其中，

所述磁混凝反应器11还包括相邻的混合反应器111和磁絮凝反应器112，所述混合反应器111和磁絮凝反应器112中分别至少包括一个搅拌机113，搅拌机113用于使污水中的悬浮态和胶体态污染物与从混合反应器111中加入的混凝剂、助凝剂和磁粉混合，在磁絮凝反应器112中形成以磁粉为核心的磁性絮团。

所述磁鼓净水机12用于将磁性絮团从污水中分离出来。磁鼓净水机12至少包括一个圆柱形的磁鼓121、电机122和刮栅条123。电机122与磁鼓121相连。磁鼓121的一部分位于水面以下，其表面具有高强度的磁场，将污水中的磁性絮团吸附到磁鼓121表面。刮栅条123安装在位于水面以上的磁鼓表面。电机122带动磁鼓绕其中心线旋转，水面下吸附磁性絮团的磁鼓表面旋转到水面以上；刮栅条123将磁鼓表面吸附的磁性絮团刮下来，刮下来的磁性絮团在重力作用下被输送到超声波磁回收装置13中。

所述超声波磁回收装置13用于对磁性絮团进行解絮并回收磁粉，实现磁粉的重复利用。包括一个超声波发生器131、一个搅拌机132和一个磁选装置133。超声波发生器131产生超声波使磁性絮团中的磁粉和污染物分散开；搅拌机132可使磁粉保持悬浮不沉降；磁选装置133吸附磁粉并将其送到磁粉均相器14，污染物自动排出。

所述磁粉均相器14至少包括一个搅拌机141，使磁粉与水完全混合形成浓度分布均匀的悬浊液。

所述磁粉投加泵15用于将磁粉悬浊液投送至磁絮凝反应器112中。

所述人工湿地单元2包括模块化填料21、人工湿地植物23及位于所述人工湿地植物23和模块化填料21之间的承托层22。湿地植物的种类主要有芦苇、菖蒲、香蒲、慈姑、鸢尾等；承托层22采用自然生态复合材料，厚度不超过5cm，植物根细可附着、穿透承托层22。为防止雨水进入湿地，承托层22比地面高出10cm。

所述模块化填料21根据流入人工湿地单元2中水的质量选择，所述模块化填料21是钢渣、碎石、沸石、陶粒的组合。

应用上述污水处理系统进行污水处理的方法包括以下步骤：

步骤1，污水流经格栅槽3后进入调节池4。

格栅槽3用于去除污水中的漂浮物和悬浮物，起到保护后续处理设施的作用。

步骤2，污水在调节池4内经水量调节和水质均衡后，被提升进入磁分离净水单元1。

步骤3，向磁分离净水单元1中投加混凝剂、助凝剂和磁粉。

混凝剂的作用是使污水中的悬浮物和胶体态物质与磁粉结合形成磁性絮团，主要采用聚合氯化铝、聚合氯化铁等；助凝剂的作用是促进磁性絮团之间相互结合，主要采用聚丙烯酰胺等；磁粉的作用是提供磁性絮团形成的核心，主要采用四氧化三铁粉末。

步骤4，在磁混凝反应器11中，污水中的悬浮态和胶体态污染物在水力混合和搅拌的作用下，与磁粉形成具有磁性的磁性絮团。

步骤5，磁性絮团和污水一起流入磁鼓净水机12，磁性絮团因具有磁性在与磁鼓121接触过程中被吸附到磁鼓表面，磁鼓121在电机122的作用下以磁鼓中心线为轴不断旋转，当水面以下的吸附了微磁絮团的部分磁鼓121旋转到水面以上时，磁性絮团被水面以上紧贴磁鼓表面安装的刮栅条123刮下来，磁性絮团在重力作用下输送到超声波磁回收装置13中。污水直接流出磁鼓净水机12进入人工湿地单元2。

步骤6，在超声波磁回收装置13中，利用超声波的冲击作用使磁粉与污染物分离，分离后的磁粉被磁选装置133回收到磁粉均相器14，在磁粉均相器的搅拌机141的作用下，磁粉与水完全混合形成浓度分布均匀的悬浊液。所述悬浊液通过磁粉投加泵15投入磁混凝反应器11，实现磁粉的重复循环再利用。分离出的污染物被排出系统。

步骤7，人工湿地单元2采用人工湿地植物和模块化填料对污水进一步净化。

下面给出本发明的4个应用实例，实验数据如表2～5所示。

表2案例1实验数据

表3案例2实验数据

表4案例3实验数据

表5案例4实验数据

表2～5表明，对悬浮物和总磷的去除率均达到90％以上。采用本发明，对于北方居民住宅区生活污水，磁分离净水单元停留时间为3～6min，模块化人工湿地停留时间48h，处理后出水达到国家《城市污水再生利用城市杂用水水质》标准(GB18920-2002)要求，大大节省了占地面积，降低了能耗。

本发明不限于上述实施方式，本领域技术人员所做出的对上述实施方式任何显而易见的改进或变更，都不会超出本发明的构思和所附权利要求的保护范围。

Claims

1.一种北方居民住宅区污水处理系统，包括格栅槽(3)、调节池(4)，其特征在于还包括：磁分离净水单元(1)和人工湿地单元(2)；所述格栅慒(3)、调节池(4)、磁分离净水单元(1)和人工湿地单元(2)通过导水管依次连接；

所述磁分离净水单元(1)包括由导水管相连的磁混凝反应器(11)和磁鼓净水机(12)；

所述人工湿地单元(2)包括人工湿地植物(23)、模块化填料(21)及位于所述人工湿地植物(23)和模块化填料(21)之间的承托层(22)。

2.根据权利要求1所述的北方居民住宅区污水处理系统，其特征在于，所述磁混凝反应器(11)还包括相邻的混合反应器(111)和磁絮凝反应器(112)。

3.根据权利要求2所述的北方居民住宅区污水处理系统，其特征在于，所述混合反应器(111)和磁絮凝反应器(112)中分别至少包括一个搅拌机(113)。

4.根据权利要求2所述的北方居民住宅区处理系统，其特征在于，所述磁絮凝反应器(112)将投入所述磁混凝反应器(11)的磁粉与污水中的污染物混合形成具有磁性的磁性絮团。

5.根据权利要求1所述的北方居民住宅区污水处理系统，其特征在于，所述磁分离净水单元(1)还包括依次相连的超声波磁回收装置(13)、磁粉均相器(14)和磁粉投加泵(15)；所述超声波磁回收装置(13)与所述磁鼓净水机(12)相连；所述磁粉投加泵(15)与所述混合反应器(111)相连。

6.根据权利要求5所述的北方居民住宅区污水处理系统，其特征在于，所述磁鼓净水机(12)至少包括一个圆柱形的磁鼓(121)、电机(122)和刮栅条(123)；电机(122)与磁鼓(121)相连；磁鼓(121)的一部分位于水面以下；刮栅条(123)安装在位于水面以上的磁鼓(121)的表面上。

7.根据权利要求5所述的北方居民住宅区污水处理系统，其特征在于，所述超声波磁回收装置(13)包括一个超声波发生器(131)、一个搅拌机(132)和一个磁选装置。

8.根据权利要求5所述的北方居民住宅区污水处理系统，其特征在于，所述磁粉均相器(14)至少包括一个搅拌机(141)。

9.根据权利要求1～8任意一项所述的北方居民住宅区污水处理系统，其特征在于，所述模块化填料(21)是钢渣、碎石、沸石、陶粒的组合。

10.一种应用权利要求1所述系统进行污水处理方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，污水流经格栅慒(3)后进入调节池(4)；

步骤2，污水在调节池(4)内经水量调节和水质均衡后，被提升进入磁分离净水单元(1)；

步骤3，向磁分离净水单元(1)中投加混凝剂、助凝剂和磁粉；

步骤4，在磁混凝反应器(11)中，污水中的悬浮态和胶体态污染物在水力混合和搅拌的作用下，与磁粉形成具有磁性的磁性絮团；

步骤5，磁性絮团和污水一起流入磁鼓净水机(12)，磁性絮团被吸附到磁鼓表面，磁鼓(121)不断旋转，刮栅条(123)将吸附的磁性絮团刮下来，磁性絮团在重力作用下输送到超声波磁回收装置(13)；污水直接流出磁鼓净水机(12)流入人工湿地单元(2)；

步骤6，在超声波磁回收装置(13)中，磁粉在超声波的冲击作用下与污染物分离，并进入磁粉均相器(14)形成磁粉悬浊液，最后通过磁粉投加泵(15)投入磁混凝反应器(11)；

步骤7，人工湿地单元(2)采用人工湿地植物(23)和模块化填料(21)对污水进一步净化。