CN105152475A - 一种南方居民住宅区污水处理系统与方法 - Google Patents

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刘士锐
王守中
李志颖
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Abstract

本发明公开一种南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、提升排水间歇生物反应器PSBR和人工湿地单元。格栅槽、PSBR和人工湿地单元通过导水管依次连接。本发明根据南方居民住宅区污水水质特点，提出一种PSBR与模块化人工湿地工艺相结合的处理方法。充分发挥PSBR对污水中有机物、悬浮物等具有较高处理效率，及模块化人工湿地对总氮、硝酸盐氮等处理效率高的特征，合理分配两种工艺的处理配额，污水中有机物等氧化主要在PSBR工艺中完成，总氮、硝酸盐氮和总磷的去除由模块化人工湿地完成。根据污水水量排放规律优化PSBR反应器构造，适应污水水量变化规律，不设调节池，减少一级提升，进一步降低了费用。

Description

一种南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，具体涉及一种用于南方居民住宅小区的污水处理系统与方法。
背景技术
中国南方地区的气温较高，居民住宅区管道埋设一般较浅，不受低温的影响，而且具有稳定的排水规律；水温高，水解速度快，污水中悬浮物浓度较低；用水定额大，污染物浓度较低。表1给出了南方居民住宅小区的典型水质指标，表中：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南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 ≤200 ≤50 ≤30 ≤3 ≤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：没有充分结合南方住宅小区的特点，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，结合南方气候特点，本发明提出一种用于南方居民住宅区的污水处理系统与方法，采用提升排水间歇生物反应器(简称PSBR)与模块化人工湿地工艺相结合的方法实现污水处理及再生利用。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案。
一种南方居民住宅区污水处理系统，包括格栅槽，还包括PSBR和人工湿地单元。所述格栅槽、PSBR和人工湿地单元通过导水管依次相连。
所述PSBR包括反应器箱体、液位计、溶解氧测定仪、上流压力滗水器和曝气头。
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PSBR分为相互连通的前、后两个区域，前端为负荷缓冲区，用于缓冲水质水量变化的冲击，后端为生物反应区，用于污染物的去除。
进一步地，所述液位计安装在所述生物反应区前端，实时监测箱体内的液面高度。
进一步地，所述溶解氧测定仪安装在生物反应区中段，实时监测生物反应区的溶解氧浓度。
进一步地，所述上流压力滗水器安装在生物反应区末端，用于排出处理后的污水。
进一步地，所述曝气头均匀地分布在反应器箱体底部，均匀地向反应器箱体里鼓入空气。
进一步地，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，污水流经格栅槽后由进水管流入PSBR的负荷缓冲区。
步骤2，流入PSBR的污水经负荷缓冲区缓冲后进入生物反应区。
步骤3，鼓风机通过底部均匀布置的曝气头鼓入空气，污染物在生物反应区中被活性污泥氧化分解和转化，利用溶解氧测定仪监测溶解氧浓度，通过控制鼓气量控制反应过程中溶解氧浓度；污水与污泥分离，污泥在重力作用下沉入底部；上流压力滗水器将处理后的上清液排出反应器箱体。
步骤4，排出反应器箱体的上清液流入人工湿地单元，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。
进一步地，所述反应过程中溶解氧浓度控制在2～3mg/L。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
本发明根据南方居民住宅区污水水质特点，提出一种提升排水间歇生物反应器与模块化人工湿地工艺相结合的污水处理方法。充分发挥PSBR对污水中有机物、悬浮物和氨氮具有较高处理效率，以及模块化人工湿地对总氮、硝酸盐氮和总磷处理效率较高的特征，合理分配两种新型工艺的处理配额，污水中有机物、悬浮物和氨氮等氧化主要在PSBR工艺过程中完成，总氮、硝酸盐氮和总磷的去除由模块化湿地来完成。另外，根据污水水量排放规律，优化PSBR反应器构造，适应污水水量的变化规律，不设调节池，减少一级提升，进一步降低了费用。
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)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时，每吨水每天需要的湿地面积为1～2m2。应用本发明所述方法的运行费用由每吨水1.0元以上降低至每吨水0.2～0.3元。
附图说明
图1为生物处理+机械过滤工艺示意图；
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南方住宅区污水处理系统组成框图；
图4为图3中的提升排水间歇生物反应器和人工湿地单元的结构示意图。
图中：1-提升排水间歇生物反应器，10-反应器箱体，11-液位计，12-溶解氧测定仪，13-上流压力滗水器，14-曝气头；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。
具体实施方式
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，提升排水间歇生物反应器1和人工湿地单元2。所述格栅槽3、提升排水间歇生物反应器1和人工湿地单元2通过导水管依次连接。
所述提升排水间歇生物反应器1包括反应器箱体10、液位计11、溶解氧测定仪12、上流压力滗水器13和曝气头14。其中，
所述水间歇生物反应器1分为相互连通的前、后两个区域，前端为负荷缓冲区，用于缓冲水质水量变化的冲击，后端为生物反应区，用于去除污染物。
所述液位计11安装在生物反应区前端，用于测量箱体内液面高度，从而控制上流压力滗水器13的排水高度。
所述溶解氧测定仪12安装在生物反应区中段，用于监测生物反应区的溶解氧浓度。根据生物反应区的溶解氧浓度控制由曝头气14鼓入的空气量。
所述上流压力滗水器13安装在生物反应区末端，将生物反应区处理后的污水排出注入人工湿地单元。
所述曝头气14均匀地分布在反应器箱体10底部，通过鼓风机均匀地鼓入空气，补充污水处理过程中所需的氧气。
所述人工湿地单元2包括模块化填料、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3后由PSBR的进水管流入PSBR的负荷缓冲区。
步骤2，流入PSBR的污水经负荷缓冲区缓冲后进入生物反应区。
步骤3，进行曝气反应、沉淀和排水三个过程。
曝气反应过程中，有机物、氮磷等污染物被生物反应区中的活性污泥氧化分解和转化，鼓风机通过底部均匀分布的曝气头14鼓入空气，根据溶解氧测定仪12测得的溶解氧浓度控制鼓气量，使反应过程中溶解氧浓度维持在2～3mg/L。
沉淀过程实现污水与污泥分离，污泥在重力作用下沉入底部。
排水过程通过上流压力滗水器13将处理后的上清液排出反应器箱体10。
上述三个过程进行中，污水仍然连续进入PSBR单元。
步骤4，排出反应器箱体10的上清液流入人工湿地单元2，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。
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，通过PSBR和模块化人工湿地单元处理负荷的合理分配，发挥PSBR对有机物、氨氮和悬浮物处理效率高的优势，承担了大部分有机物的降解以及氨氮和悬浮物的转化；发挥模块化人工湿地对总磷的吸附效果好、对氮转化效果好以及处理精度高的优势，将模块化人工湿地作为深度处理单元，通过二者工艺参数和反应器结构的合理设计，保证污水稳定达到处理要求。对于南方居民住宅区生活污水，PSBR停留时间12h，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、反应器容积，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 (9)

1.一种南方居民住宅区污水处理系统，包括格栅槽(3)，其特征在于还包括提升排水间歇生物反应器PSBR(1)和人工湿地单元(2)；所述格栅慒(3)、PSBR(1)和人工湿地单元(2)通过导水管依次连接；
所述PSBR(1)包括反应器箱体(10)、液位计(11)、溶解氧测定仪(12)、上流压力滗水器(13)和曝气头(14)；
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所述的南方居民住宅区污水处理系统，其特征在于，所述PSBR(1)分为相互连通的前端区域和后端区域，前端区域为负荷缓冲区，用于缓冲水质水量变化的冲击，后端区域为生物反应区，用于去除污染物。
3.根据权利要求1所述的南方居民住宅区污水处理系统，其特征在于，所述液位计(11)安装在所述生物反应区前端，实时监测反应器箱体(10)内的液面高度。
4.根据权利要求1所述的南方居民住宅区污水处理系统，其特征在于，所述溶解氧测定仪(12)安装在生物反应区中段，实时监测生物反应区的溶解氧浓度。
5.根据权利要求1所述的南方居民住宅区污水处理系统，其特征在于，所述上流压力滗水器(13)安装在生物反应区末端，用于排出处理后的污水。
6.根据权利要求1所述的南方居民住宅区污水处理系统，其特征在于，所述曝气头(14)均匀地分布在反应器箱体(10)底部。
7.根据权利要求1所述的南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。
8.利用权利要求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，污水流经格栅槽(3)后由进水管流入PSBR(1)的负荷缓冲区；
步骤2，流入PSBR(1)的污水经负荷缓冲区缓冲后进入生物反应区；
步骤3，由反应器箱体(10)底部均匀布置的曝气头(14)向反应器箱体(10)里鼓入空气，污染物在生物反应区中被活性污泥氧化分解和转化，利用溶解氧测定仪(12)监测溶解氧浓度，通过控制鼓气量控制反应过程中溶解氧浓度；污水与污泥分离，污泥在重力作用下沉入底部；上流压力滗水器(13)将处理后的上清液排出反应器箱体(10)；
步骤4，排出反应器箱体(10)的上清液流入人工湿地单元(2)，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。
9.根据权利要求8所述的南方居民住宅区污水处理系统，其特征在于，所述步骤3反应过程中的溶解氧浓度控制在为2～3mg/L。
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