一种生活污水净化装置及方法与流程

本发明属于生活污水处理的技术领域，尤其涉及一种生活污水净化装置及方法。

背景技术：

水是生命之源，是地球上一切生态环境存在的基础，是人类社会发展无法替代的自然资源。随着经济、社会的发展，人们生活水平逐渐提高，水安全问题越来越受到社会和国家的重视。近年来，污水排放量增加，污染物种类及浓度增加，水环境污染问题日益突出，水污染普遍存在的现象与生活饮用水水质标准不断提高、人民对水质要求越来越高的趋势之间形成了一个矛盾。这就要求水处理工作者不断探索新的水处理工艺，以保证在水源普遍受到污染的情况下为广大人民提供优质的水环境。

污水处理技术随着社会的需求在不断发展、改进和进步。20世纪前，人们对饮用水的安全性重视不够，水不经处理或仅经简单处理即行饮用，导致细菌型水介传染病(痢疾、霍乱等)时有发生。在20世纪初，研发出了第一代饮用水净化工艺，即混凝、沉淀、过滤、氯化消毒的净水工艺，也就是现在人们所说的常规饮用水处理工艺。20世纪70年代，随着检测技术的发展和水环境污染的加剧，在水源水中检测出种类众多的微量有机污染物，以除浊和灭活微生物为主要功能的第一代净水工艺不能有效去除这些微量有毒有机物，在这个背景下，水处理工作者研发出了第二代净水工艺，即在混凝沉淀过滤后增设臭氧/生物活性炭深度处理工艺，通过臭氧氧化将水中的大分子有机物转化成易于生物降解的小分子物质，再在其后的生物活性炭中通过炭吸附富集进而被附着于活性炭上的微生物降解。总体来说，污水处理技术经历了从最初简单的沉淀工艺和最原始的滴滤池到活性污泥法和生物膜法的演变，在现代的处理工艺中又将这些工艺不断改进和创新。

针对传统的活性污泥法和生物膜法的不足，膜生物反应器成为研究的热点。膜曝气生物反应器(mabr)是膜生物反应器的一种，是膜曝气技术应用于污水处理的一种新形式，即采用透气性的致密膜或疏水性微孔膜对生物反应器进行无孔曝气，更准确地说,是对附着于膜材料上的生物膜供氧，膜材料同时起到供氧和生物膜载体的作用。(mabr)膜曝气生物反应器氧和营养物分别从生物膜的两侧在浓差、吸附等作用下进入到生物膜内，而对于常规的生物膜体系，氧和营养物是从膜的同一侧进入膜内，这是mabr生物膜系统传质的特殊之处。膜曝气生物反应器(mabr)曝气效率高达100％，微生物高度富集在膜表面，不会随着水体流失，同时具有厌氧和好氧作用，单一反应器内能实现硝化和反硝化，能够较高效去除cod和氮素，但是不能有效达到除磷的效果。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于针对上述存在的问题，提供一种生活污水净化装置及方法，既具有mabr工艺特点又能达到有效除磷和强化脱氮的效果。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种生活污水净化装置，其特征在于，包括水解酸化池、膜曝气生物反应器和碳滤池，所述水解酸化池顶部两侧分别连接第一进水管和第一溢流管，所述第一溢流管与所述膜曝气生物反应器的底部进水口相连，膜曝气生物反应器的顶部出水口通过第二溢流管与所述炭滤池的一侧顶部进口相连，炭滤池另一侧设有出水管；水解酸化池顶部连接有硝化液回流管，底部连接有污泥回流管，所述消化液回流管上设有提升泵，进口端伸入膜曝气生物反应器的液面下，所述污泥回流管上依次设有污泥泵和污泥回流阀，进口端伸入炭滤池顶部，污泥回流管上连接排泥管，排泥管上设有排泥阀；膜曝气生物反应器内设有膜曝气生物反应机构，膜曝气生物反应器底板上设有加热器和磁力搅拌器；炭滤池内设有滤料层和承托层，池底设有反冲洗机构。

按上述方案，所述承托层为铺设于炭滤池底部的卵石，所述滤料层为上下两层，上层为石英砂，下层为生物活性炭渣。

按上述方案，所述卵石粒径范围为25～40mm，石英砂粒径范围为5～10mm，生物活性炭渣粒径范围为10～25mm。

按上述方案，所述膜曝气生物反应机构包括排列数层煤基微孔碳管，每层水平排列数根煤基微孔碳管，进气端套接进气管封头，排气端套接排气管封头，所述进气管封头连接第二进气管，所述排气管封头连接排气管，所述第二进气管上依次设有空气泵、空气阀、气体流量计和压力表，所述排气管上设有排气阀。

按上述方案，所述反冲洗机构由设于池底的曝气管及与所述曝气管相连的风机组成。

按上述方案，所述煤基微孔碳管外径为8.5～9.3mm，壁厚为1.9～2.3mm，微孔平均孔径3μm，孔隙率48％。

按上述方案，所述曝气管上半圆弧面均布曝气孔，曝气管外径20mm，壁厚2.1mm，曝气孔平均孔径8mm。

一种生活污水净化方法，其特征在于，包括如下步骤：

s1)污水经进水管逐渐进入水解酸化池，经水解酸化后污水通过第一溢流管从膜曝气生物反应器的底部进入膜曝气生物反应器；

s2)膜曝气生物反应器运行，调节空气阀和排气阀，控制气体流量，经过压力表严格控制反应器内的气体压力以保持气体分压低于泡点，实现向生物反应器中生物膜的无泡曝气；同时，两台磁力搅拌器搅拌，设置适当的转速使污水能够达到与生物膜充分接触的效果；反应器底部用加热器加热，保持温度30℃，以保证微生物较强的活性；

s3)膜曝气生物反应器内反应液经第二溢流管道进入碳滤池上部后逐渐下渗，分别经过石英砂、生物活性炭渣双层过滤，最终由出水管排出污水处理系统；

s4)通过控制提升泵使膜曝气生物反应器内的部分污泥回流至水解酸化池，形成内循环系统；

s5)当煤基微孔碳管上附着的生物膜厚度较厚，微生物活性减弱，污水处理效果明显降低时，可适当调大磁力搅拌器转速，加剧污水与生物膜的碰撞强度从而使老化的生物膜脱落以达到对附着的生物膜清洗的效果；

s6)当碳滤池中的双层滤料上的附着杂质较多时，可以每隔一段时间对其进行曝气反冲洗，以达到清洗滤料的效果。

本发明的有益效果是：1、提供一种生活污水净化装置及方法，综合了水解酸化池、mabr和碳滤三种工艺的特点，强化了mabr脱氮的作用，弥补了其对磷无去除效果的不足；2、无需投加任何药剂，对水质不产生不良影响，属于绿色的生物与物理净水工艺；3、曝气效率高(100％)，单位体积曝气膜面积大，供氧能力高，单一设备效率高；4、微生物高度富集在膜表面，膜系统抗水质冲击负荷强，不会随水体流失；5、无泡曝气避免易挥发组分挥发造成空气污染，污泥产量少；6、工程设备紧凑，占用空间小，投资少，动力能耗低，操作简单，过程控制可自动化。

附图说明

图1为本发明一个实施例的结构示意图。

其中：1-第一进水管，2-水解酸化池，3-第一溢流管，4-膜曝气生物反应器，5-进气管封头，6-排气管封头，7-煤基微孔碳管，8-加热器，9-磁力搅拌器，10-空气泵，11-空气阀，12-气体流量计，13-第二进气管，14-压力表，15-提升泵，16-硝化液回流管，17-排气管，18-排气阀，19-第二溢流管，20-石英砂，21-生物活性炭渣，22-卵石，23-碳滤池，24-出水管，25-风机，26-曝气管、27-排泥阀、28-污泥泵、29-污泥回流阀、30-污泥回流管、31-排泥管。

具体实施方式

为更好地理解本发明，下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。

如图1所示，一种生活污水净化装置，其特征在于，包括水解酸化池2、膜曝气生物反应器4和碳滤池23，水解酸化池顶部两侧分别连接第一进水管1和第一溢流管3，第一溢流管与膜曝气生物反应器的底部进水口相连，膜曝气生物反应器的顶部出水口通过第二溢流管19与炭滤池的一侧顶部进口相连，炭滤池另一侧设有出水管24；水解酸化池顶部连接有硝化液回流管16，底部连接有污泥回流管30，消化液回流管上设有提升泵15，进口端伸入膜曝气生物反应器的液面下，污泥回流管上依次设有污泥泵28和污泥回流阀29，进口端伸入炭滤池顶部，污泥回流管上连接排泥管31，排泥管上设有排泥阀27；膜曝气生物反应器内设有膜曝气生物反应机构，膜曝气生物反应器底板上设有加热器8和磁力搅拌器9；炭滤池内设有滤料层和承托层，池底设有反冲洗机构。

承托层为铺设于炭滤池底部的卵石22，滤料层为上下两层，上层为石英砂20，下层为生物活性炭渣21。卵石粒径范围为25～40mm，石英砂粒径范围为5～10mm，生物活性炭渣粒径范围为10～25mm。

膜曝气生物反应机构包括排列数层煤基微孔碳管7，每层水平排列数根煤基微孔碳管，进气端套接进气管封头5，排气端套接排气管封头6，进气管封头连接第二进气管13，排气管封头连接排气管17，第二进气管上依次设有空气泵10、空气阀11、气体流量计12和压力表14，排气管上设有排气阀18。

反冲洗机构由设于池底的曝气管26及与曝气管相连的风机25组成。

煤基微孔碳管外径为8.5～9.3mm，壁厚为1.9～2.3mm，微孔平均孔径3μm，孔隙率48％。

曝气管上半圆弧面均布曝气孔，曝气管外径20mm，壁厚2.1mm，曝气孔平均孔径8mm。

采用本生活污水净化装置的方法包括如下步骤：

s1)污水经进水管逐渐进入水解酸化池，经水解酸化后污水通过第一溢流管从膜曝气生物反应器的底部进入膜曝气生物反应器；

s2)膜曝气生物反应器运行，调节空气阀和排气阀，控制气体流量，经过压力表严格控制反应器内的气体压力以保持气体分压低于泡点，实现向生物反应器中生物膜的无泡曝气；同时，两台磁力搅拌器搅拌，设置适当的转速使污水能够达到与生物膜充分接触的效果；反应器底部用加热器加热，保持温度30℃，以保证微生物较强的活性；

s3)膜曝气生物反应器内反应液经第二溢流管道进入碳滤池上部后逐渐下渗，分别经过石英砂、生物活性炭渣双层过滤，最终由出水管排出污水处理系统；

s4)通过控制提升泵使膜曝气生物反应器内的部分污泥回流至水解酸化池，形成内循环系统；

s5)当煤基微孔碳管上附着的生物膜厚度较厚，微生物活性减弱，污水处理效果明显降低时，可适当调大磁力搅拌器转速，加剧污水与生物膜的碰撞强度从而使老化的生物膜脱落以达到对附着的生物膜清洗的效果；

s6)当碳滤池中的双层滤料上的附着杂质较多时，可以每隔一段时间对其进行曝气反冲洗，以达到清洗滤料的效果。

本发明采用了“水解酸化池+mabr+碳滤”联用的方式对污水进行系统的处理，水解酸化池一方面强化了mabr脱氮的效果，另一方面与mabr联用后在一定程度上能够起到一定的生物除磷的作用，后加碳滤池在一定程度上不仅能够达到吸附除磷效果，还有二沉池的作用。总体来说，本发明既强化了mabr脱氮的作用，又弥补了其对磷无去除效果的不足。

该工艺的生化池主要水解酸化池和mabr反应器构成，污水先进入水解酸化池然后再进入mabr反应器，然后经过内循环再次进入到水解酸化池。在水解酸化池，一方面，异养型微生物将污水中的淀粉、纤维、碳水化合物等悬浮物和可溶性有机物水解为有机酸，使大分子有机物水解为小分子的有机物，不溶性有机物转化为可溶性有机物，提高污水的可生化性。同时，在该阶段，异养微生物也能够将蛋白质、脂肪等污染物进行氨化(有机链上的n或氨基酸中的氨基游离出氨)；另一方面，在厌氧条件下，聚磷菌通过菌种间的协作，将有机物转化为挥发酸，借助水解释放的能量将挥发酸吸收并以聚β羟基丁酸phb的形式贮存于体内，以便为其在后续的好氧条件下过量摄磷和自身的繁殖提供所需的碳源和能量。在mabr反应器中，有机物被好氧层和厌氧层的微生物生化降解而继续下降，硝化细菌在好氧层将nh3-n氧化为no3^-后经厌氧层的反硝化细菌的反硝化作用还原成n2，另一部分硝化液通过回流控制系统返回至水解酸化池，在水解酸化池中的异养微生物的反硝化作用下也将no3^-还原成n2。同时，在mabr反应器中，磷随着聚磷菌的过量摄取，其浓度也迅速降低。污水经过“水解酸化池+mabr”中一系列生化处理后，污水中的c、n基本上达到了很好的去除效果，而p只是去除了一部分。

mabr反应器出水进入碳滤池，利用石英砂和生物活性炭构成滤池的双层滤料结构去除填料上脱落下来的生物膜和污泥，磷在此过程中也得到了进一步的吸附去除，一部分污泥通过污泥回流系统进入水解酸化池，剩余污泥经过污泥管排放从而使得磷脱离污水处理系统。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。