生活污水在线处理系统的制作方法

本发明涉及污水处理领域，特别是涉及一种生活污水的在线处理系统。

背景技术：

生活污水是人们日常生活产生的一种有机废水，其中含有大量的有机污染物和无机污染物，比如含氮、磷、硫多，另外还含有较多的致病菌。生活污水具有如下特点：可生化性好；氮磷浓度较高，含有机物较多，卫生情况较差；总体污染物浓度不是很高，但cod、bod、总磷、总氮排放达标较难。

为了生活污水处理后能实现达标排放，现有方法一般是将水中的污染物进行分离或将其转化为无害物质，从而达到污水净化的目的。目前国内大中型生活污水处理厂常用的污水处理工艺有传统活性污泥法、a/o、a2/o、sbr、氧化沟法等。采用这类处理工艺需要较为昂贵的运行费用，并且该类处理工艺及系统较为复杂，设备运行的稳定性欠佳，更适合大中型城市等生活污水量大且较为集中的地区。而我国小城镇居住点分散，污水源分布点多量少，并不适合建立大中型的生活污水处理厂，再加上城镇级污水厂的布点率不高，即使已设点的地方其生活污水处理的效率偏低，一般只有34.23%。因此，有必要针对小城镇生活污水的特点采用投资省，运行费用低，技术稳定可靠，操作与管理相对简单的工艺及系统。

技术实现要素：

本发明主要解决的技术问题是提供一种生活污水的在线处理系统，该系统能够处理含有悬浮物以及较高含油量的重度生活污水，也可以自动处理浓缩处理后的污水，处理效率高，出水效果更好。

本发明采取的技术方案如下：

一种生活污水在线处理系统，按污水处理顺序依次包括：缓冲区、电渗析区、厌氧反应区、好氧硝化反应区、减阻辅助区、反重力交换区和紫外消毒区；

所述缓冲区包括初级过滤池和调节池；初级过滤池设置有细格栅，调节池用于调节待处理污水的ph值；调节池通过管路与电渗析区的淡水室连通；

所述电渗析区包括两个浓缩室和一个淡化室，浓缩室和淡化室之间分别通过阳离子交换膜和阴离子交换膜分隔开；淡化室设置有与调节池连通的进水口，以及通过管路与进水口连接的出水口；浓缩室设置有与厌氧反应区进水口连通的出水口；

所述厌氧反应区包括搅拌装置、微生物投料器、温度监测仪、ph监测仪及溶解氧监测仪，厌氧反应区通过管路与好氧硝化反应区连通；

所述好氧硝化反应区包括悬浮填料、溶解氧监测仪、旋混式曝气器和空气搅拌装置；另外，好氧硝化区还设置有通入厌氧反应区进水口的管路以使硝化液回流至厌氧反应区；好氧硝化反应区的出水口与减阻辅助区进水口连通；

所述减阻辅助区设置有减阻剂添加装置，进水口处设置有流量计，根据流量计的监控数据系统自动调整减阻剂的添加量；出水口与反重力交换区的进水口连通；

所述反重力交换区设置为上大下小的立体梯形形状，待处理水从区域下端进入，处理完毕后从上端出水；污泥、絮状胶体和粘稠液体重力沉降至区域底部形成天然污泥过滤层，沉淀的污泥定期排放至污泥池压缩处理；经污泥池压缩处理后的污水通过管路返回至厌氧反应区的进水口，浓缩污泥直接排放；

厌氧反应区、好氧硝化反应区和反重力交换区均设置有悬浮物清理装置，经清理的悬浮液通过管路返回缓冲区。

优选的，所述初级过滤池采用的细格栅栅条宽度5mm，栅条间隙5mm，格栅尺寸300×200mm。

优选的，所述调节池将待处理水的ph调至6.5~8.5之间。

优选的，所述电渗析区的电渗析条件为：电压3~5v/cm，ph值6.5~8.5，待处理水停留时间为1~5h。

优选的，所述厌氧反应区通过监测保持温度在30~35℃之间，ph值6.5~8.5之间，溶解氧浓度≤0.2mg/l，搅拌速率不超过60r/min，水中兼性厌氧微生物和专性厌氧微生物的投入量按待处理水中codcr的浓度计，codcr≥300mg/l时，菌添加量≥4g/m³，厌氧反应阶段待处理水停留时间为2-4h。

优选的，所述好氧硝化反应区通过监测保持溶解氧浓度在2-5mg/l之间，悬浮填料填充率在20-70%之间，待处理水停留时间为6-10h。

优选的，所述紫外消毒区紫外光源功率15~60w，水停留时间1~3s。

传统工艺中经常采用厌氧和好氧技术的污水处理工艺，该工艺的流程一般为：进水→初级过滤→厌氧处理→好氧处理→污泥沉淀→出水。该技术存在一定缺陷，比如对污水脱磷除氮只有二段处理区域，处理效果不够充分，污泥混杂较为严重，出水指标通常只能达到国标一级c和一级b的标准，难以达到高标准一级a的要求（王明辉等，《一体化污水处理技术研究进展》，广东石油化工学院学报，vol27（1），2017）。另外，该工艺还具有以下几个缺点：

（1）厌氧处理段的进水没有经过提纯浓缩等处理，进水浓度不高导致需要较大的处理空间才能完成同样的处理效果，设备的处理效率大大降低，往往为了满足污水处理量，需要将污水处理设备体积设计放大很多倍，占用设备空间和体积；

（2）对于重度污水，厌氧阶段、好氧反应阶段处理后形成的粘稠度较高的胶体物质在管道内的流动摩擦力较大，流动速率慢，不利于管道输送和后续阶段的污泥过滤交换沉淀；

（3）好氧反应阶段后设立污泥沉淀区域进行污泥沉淀虽然是一种简单有效的固液分离手段，但污泥沉淀区域一般都存在占地面积大，交换效率低，容易堵塞，反冲洗不彻底，维修操作量大的缺陷。

本发明的有益效果是：本发明提供了一种污水在线处理系统，该系统能处理含有选悬浮和含油高的重度生活污水，也可以自动处理浓缩处理污水，让污水处理效率更高，出水处理效果更好，杜绝了污泥结板等现象，可以实现无人操作连续自动清洗。系统中电渗析区能快速将污水进行浓缩，污水处理效率更高，同时，该污水处理系统将电渗析选择过滤、粘稠流体减阻辅助和流体反重力交换结合，让流体流动速度加快，让污泥能得到充分的过滤交换和分离处理，污泥分离处理效率更佳，使得可以直接处理高悬浮物、高含有等特殊污水，处理效果好。本发明所述处理系统的出水指标能达到国家一级a的水平。

本发明具备以下几个优点：

（1）针对好氧硝化反应单元中产生的污泥设计了流体的减阻辅助，减少流体在流动过程中的流动摩擦力，系统在plc内置控制程序下依据流量大小自动控制减阻剂的添加量进行流动辅助，降低流体流动的阻力，实现稳定的提高流体流动速率；

（2）污水处理的反重力交换单元设置为上大下小的三维立体梯形形状，此单元设置的作用是使流体流动减缓，反重力充分交换过滤，使污泥、絮状胶体和粘稠液体在重力作用下沉入底部，水上浮到顶部，便于污泥和清水的自动分层，减少了对外在刮渣、清淤设备的依赖，提高了清理效率；

（3）厌氧反应区增加了兼性厌氧菌，从好氧硝化反应单元回流的消化液使待处理水中的溶解氧含量偏高，对专性厌氧微生物是有害的，此时兼性厌氧菌发挥作用消耗溶解氧，既控低了水中溶解氧的浓度，同时兼性厌氧菌消耗氧气后得到繁殖生长，更提高了降解污水和有机物的能力。

附图说明

图1是本发明所述污水处理系统的工艺流程图；

图2是本发明所述污水处理系统中电渗析区的结构示意图。

附图标记：1-阴离子交换膜，2-阳离子交换膜，3-浓缩室，4-淡化室。

具体实施方式

下面对本发明的优选实施例进行详细的描述，实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件或按照制造厂商所建议的条件。

本发明所述电渗析的阴离子交换膜和阳离子交换膜均购自合肥科佳高分子材料科技有限公司，阴离子交换膜为cjma-3季铵型，阳离子膜采用cjmc-3型。

本发明所述悬浮填料采用的德国拜耳公司linpor载体表面处理并吸附30%活性炭粉，比表面积高达20000m²/m³，容积负荷比市面上常用的悬浮填料增强2-3倍，硝化功能增强2-4倍，具有强大的硝化功能和cod去除能力。

减阻剂采用美国conoco公司的cdr102型减阻剂。

本发明提供一种生活污水在线处理系统，按污水处理顺序依次包括：缓冲区、电渗析区、厌氧反应区、好氧硝化反应区、减阻辅助区、反重力交换区和紫外消毒区；

所述缓冲区包括初级过滤池和调节池；初级过滤池设置有细格栅，调节池用于调节待处理污水的ph值；调节池通过管路与电渗析区的淡水室连通；

所述电渗析区包括两个浓缩室和一个淡化室，浓缩室和淡化室之间分别通过阳离子交换膜和阴离子交换膜分隔开；淡化室设置有与调节池连通的进水口，以及通过管路与进水口连接的出水口；浓缩室设置有与厌氧反应区进水口连通的出水口；

所述厌氧反应区包括搅拌装置、微生物投料器、温度监测仪、ph监测仪及溶解氧监测仪，厌氧反应区通过管路与好氧硝化反应区连通；

所述好氧硝化反应区包括悬浮填料、溶解氧监测仪、旋混式曝气器和空气搅拌装置；另外，好氧硝化区还设置有通入厌氧反应区进水口的管路以使硝化液回流至厌氧反应区；好氧硝化反应区的出水口与减阻辅助区进水口连通；

所述减阻辅助区设置有减阻剂添加装置，进水口处设置有流量计，根据流量计的监控数据系统自动调整减阻剂的添加量；出水口与反重力交换区的进水口连通；

所述反重力交换区设置为上大下小的立体梯形形状，待处理水从区域下端进入，处理完毕后从上端出水；污泥、絮状胶体和粘稠液体重力沉降至区域底部形成天然污泥过滤层，沉淀的污泥定期排放至污泥池压缩处理；经污泥池压缩处理后的污水通过管路返回至厌氧反应区的进水口，浓缩污泥直接排放；

厌氧反应区、好氧硝化反应区和反重力交换区均设置有悬浮物清理装置，经清理的悬浮液通过管路返回缓冲区。

采用本发明所述生活污水在线处理系统进行污水处理，具体工艺流程如图1所示，包括如下步骤：

（1）将待处理污水泵入缓冲区的初级过滤池，采用细格栅进行初级过滤，过滤完毕后的污水进入缓冲区的调节池进行ph调节，待水的ph值调节至符合电渗析条件后进入电渗析阶段；优选细格栅栅条宽度5mm，栅条间隙5mm，格栅尺寸300×200mm；ph值调节采用碳酸钠或硫酸，调节范围6.5~8.5；污水在缓冲区的停留时间一般是0.5-1h；

（2）污水进入电渗析区进行离子交换，电渗析区设置有阳离子交换膜和阴离子交换膜（如图2所示），负离子穿过阴离子交换膜进入电渗析区的浓缩室，正离子穿过阳离子交换膜进入电渗析区的浓缩室，交换处理后的浓缩水进入下一阶段，淡化水返回电渗析区入水口进入下一次电渗析处理；电渗析区的电渗析条件为：电压3~5v/cm，优选4v/cm，ph值6.5~8.5，待处理水停留时间为1~5h，优选3h；在电泳作用下，经过阳离子交换膜和阴离子交换膜渗透后的浓缩水占原水比体积的70%，经过滤膜交换剩余的淡化水占原水比体积的30%；

电渗析使用的离子交换膜是一种半渗透膜，这种离子交换膜按离子的电荷性质可分为阳离子交换膜(阳膜)和阴离子交换膜(阴膜)两种，在电渗析过程中，离子交换膜对不同电性的离子起到选择性透过作用，达到离子转移的目的；

污水在阳离子交换膜和阴离子交换膜交换下进行浓缩，得到的浓缩水进入厌氧反应区进行深度处理，得到的淡化水由于仍旧含有一定浓度的杂质离子，还需要循环至电渗析区的入水口进一步处理；

（3）浓缩水进入厌氧反应区进行厌氧处理，厌氧处理条件为：温度30~35℃，ph值6.5~8.5，溶解氧浓度≤0.2mg/l，搅拌速率不超过60r/min，水中同时投入兼性厌氧微生物和专性厌氧微生物，投入量按待处理水中codcr的浓度计，codcr≥300mg/l时，菌添加量≥4g/m³，厌氧反应阶段待处理水停留时间为2-4h，优选3h；

（4）待处理污水经厌氧处理后进入好氧硝化反应区进一步处理，该阶段溶解氧浓度控制在2-5mg/l，悬浮填料填充率为20-70%，待处理水停留时间为6-10h，优选8h；硝化液回流至厌氧反应区入水口，回流比为50~100%（回流比=回流硝化液体积/厌氧反应区的入水体积）；所述溶解氧通过旋混式曝气器曝气供给，在整个污水处理过程中，溶解氧需氧量是不同的，起始微生物繁殖迅速，需氧量大，控制在5mg/l，随着后期污水处理稳定后，溶解氧控制在4mg/l；所述悬浮填料的填充率为60%；

好氧硝化反应区设置有好氧微生物，主要是反硝化菌、硝化菌和聚磷菌，在游离氧存在的条件下微生物消化降解污水中的有机物并通过硝化反应使其无害化；微生物一部分以生物膜的形式固着于填料表面，一部分则以絮状悬浮于水中，生物膜生长至一定厚度后，近填料壁的微生物将由于缺氧而进行厌氧代谢，产生的气体及曝气形成的冲刷作用造成部分生物膜脱落，促进了新生物膜的生长，形成生物的新陈代谢；脱落的生物膜此时粘稠度随之升高，随出水进入减阻辅助区；

（5）经好氧处理的水进入减阻辅助区添加减阻剂进行减阻处理，减阻剂添加量为25~45ml/m³；减阻辅助区入水口处设置有流量计，系统在plc内置控制程序下依据流量大小自动控制减阻剂的添加量进行流动辅助，降低流体流动的阻力，实现稳定的提高流体流动速率；

（6）含有减阻剂的待处理水进入反重力交换区进行反重力交换过滤，水从上部流出进入下一处理阶段，底部形成的污泥定期排放至污泥池中压缩处理，压缩得到的液体返回厌氧反应区入水口进入厌氧处理阶段，固态滤饼排放掉；具体地，反重力交换区设置为上大下小的立体梯形形状，待处理水从下端进入，处理完毕后从上端出水；污泥、絮状胶体和粘稠液体重力沉降至区域底部形成天然污泥过滤层，沉淀的污泥定期排放至污泥池；

污泥池进泥含水率：98.5%，出泥含水率：98.0%；污泥池内浓水污水返回流入厌氧反应单元，回流比为25-100%；

（7）经反重力交换过滤后的水进入紫外消毒区进行紫外光照消毒，达标后排放；紫外光源功率15~60w，优选可以为45w，水停留时间1~3s。

所述厌氧反应区、好氧硝化反应区及反重力交换区上层产生的悬浮物液体经清理返回缓冲区循环处理，悬浮物则定期清除。

采用本发明所述污水处理系统于2016年11月9日对河北省寿东村污水处理工程20t/d、50t/d治理项目出水水质进行检测分析，结果见表1。

表1寿东村污水处理结果

由表1可知，出水满足《农村生活污水排放标准》（db13/2171-2015）一级a标准要求。

另外，采用本发明所述污水处理系统处理城镇生活污水，具体进水和出水指标见表2。

表2城镇生活污水处理前后对比

由表2可知，经本发明所述污水处理系统处理过后全部指标均达到一级a标准，并有极少指标超过一级a标准。

采用本发明所述污水在线处理系统于2016年11月对河北省馆陶县寿南村的生活污水进行处理，具体结果见表3。

表3污水处理前后指标对比

表3再次表明，经过本发明所述污水在线处理系统处理，出水全部达到国标《城镇污水处理厂污染物排放标准》（gb18918-2002）中一级a标准。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。