一种人工快渗协同膜生物反应器污水处理系统的制作方法

1.本实用新型属于污水处理技术领域，具体涉及一种人工快渗协同膜生物反应器污水处理系统。


背景技术：

2.人工快渗(constructed rapid infiltration，cri)系统是一种由土地处理系统逐渐优化而来的一种新型污水生态处理技术，其基建投资较少、工艺操作简便、水力负荷较高，特别适合在中小城镇、农村及市政管网没有覆盖的偏远地区使用。然而，由于cri系统通常采用下渗式进水，污水在向下渗透的过程中，污水中的有机物浓度随着滤料深度的增加而逐级减少，导致滤柱下部的污水碳源不足，不能满足反硝化菌对于碳源的需求，因此反硝化效率较低，导致传统cri系统对总氮(tn)的去除率仅有30％～50％左右，同时对磷素污染物的去除效率也较低，无法达到《城镇污水处理厂污染物排放标准(gb 18918-2002)》一级a排放标准，氮、磷素污染物的超标排放将引发一系列的水环境污染问题，如水体富营养化、水体发黑发臭等。正因为如此，cri技术的应用和推广受到限制。膜生物反应器(membrane bioreactor，mbr)是一种将膜组件与活性污泥处理单元有机结合而形成的一类新型污水处理工艺。根据活性污泥处理单元是否需要供氧，mbr工艺分为好氧型mbr工艺和缺/厌氧型mbr工艺。好氧型mbr工艺的出水效果较好，但剩余污泥产量高，曝气供氧能耗大。缺/厌氧型mbr工艺能耗相对较少，且污泥产量低，但对有机物、氮、磷素污染物的去除效果不如好氧型mbr工艺，特别是单独的缺/厌氧型mbr工艺很难发生硝化反应，无法实现氨氮(nh
4 -n)向亚硝酸盐氮(no
2-‑
n)、硝酸盐氮(no
3-‑
n)的高效氧化，因而对污水的脱氮效果更差。若将好氧型mbr工艺和缺/厌氧型mbr工艺联合起来用于污水处理，则会进一步增加运行成本。目前，将cri工艺与mbr工艺结合起来运行的生物处理系统还较少，若能将它们组合起来，协同发挥各自的优点，克服工艺中存在的有机物、氮、磷去除效率低、运行成本高等缺点，便可为污水净化提供更多的可选生物处理系统。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的是解决上述问题，提供一种结构简单，操作方便，污水处理效率高的人工快渗协同膜生物反应器污水处理系统。
4.为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案是：一种人工快渗协同膜生物反应器污水处理系统，包括进水池、cri池、mbr池、集泥池、出水池和布水器，进水池与布水器通过管道相连，布水器位于cri池的上方，cri池的底部与mbr池的底部通过连通层连通，mbr池通过管道分别与集泥池和出水池连通；污水从进水池进入后经布水器进入cri池，经过cri池处理后从cri池进入mbr池内，再经过mbr池处理后的水进入出水池，污泥进入集泥池。
5.优选地，所述cri池内部由上往下依次设有布水区、碎石区、第一滤料区、陶粒区和第二滤料区，污水依次从布水区、碎石区、第一滤料区、陶粒区和第二滤料区流过，布水区的高度为10cm～20cm；碎石区内部填充有粒径为0.5cm到1.5cm的碎石，碎石区的下方垫有1到
3层滤布；第一滤料区内采用粒径为1.0mm到1.5mm的粗河砂进行填充，填充前采用悬浮固体浓度为3000mg/l到4000mg/l的部分亚硝化污泥进行接种；陶粒区采用粒径为0.5cm到1.0cm的陶粒进行填充，陶粒区的高度为2cm到10cm，陶粒区的上方和下方各垫有1～3层滤布；第二滤料区采用粒径为0.3mm到0.5mm的细河砂进行填充，填充前采用悬浮固体浓度为4000mg/l到5000mg/l的厌氧氨氧化污泥进行接种。
6.优选地，所述mbr池内安装有搅拌器、中空纤维膜组件和排泥口，中空纤维膜组件位于mbr池内液面下，中空纤维膜组件的产水口通过管道与出水池连通，排泥口位于mbr池的底部，排泥口通过管道与集泥池连通。
7.优选地，所述mbr池内填充有反硝化污泥，反硝化污泥的悬浮固体浓度为3000mg/l到3500mg/l。
8.优选地，所述中空纤维膜组件的产水口与出水池相连的管道上安装有产水泵，产水泵上安装有第二定时器，第二定时器控制产水泵工作；排泥口与集泥池相连的管道上安装有排泥阀，排泥阀控制排泥口与集泥池之间管道的连通与阻断。
9.优选地，所述mbr池的高度与第二滤料区的高度相同，mbr池与第二滤料区的体积比为(1～3)：1。
10.优选地，所述进水池与布水器相连的管道上安装有进水泵，进水泵上设有第一定时器，第一定时器控制进水泵的工作。
11.优选地，所述连通层的上方垫有1～3层滤布，滤布位于cri池和mbr池的底部，连通层采用粒径为0.2cm到0.5cm的陶粒进行填充，连通层的高度为2cm到10cm。
12.本实用新型的有益效果是：
13.1、本实用新型所提供的一种人工快渗协同膜生物反应器污水处理系统，对有机物、氮、磷去除效率高，通过滤料截留、吸附、污泥吸附、微生物转化等作用，共同完成对污水中有机物、氮、磷的高效去除。特别是对于氮素污染物的去除，本实用新型在第一滤料区、第二滤料区、mbr池分别实现部分亚硝化、厌氧氨氧化、异养反硝化，通过部分亚硝化、厌氧氨氧化、异养反硝化的耦合实现高效脱氮。
14.2、运行成本低，cri池无需曝气供氧即可实现自然复氧，满足第一滤料区内部分亚硝化反应对溶解氧的需求，免去了曝气设备，节约了曝气能耗；第二滤料区发生厌氧氨氧化，无需额外投加有机碳源，而是利用未完全氧化的nh
4 -n作为电子供体，节省了大量碳源投加费用；cri池不产剩余污泥，mbr池属于缺/厌型工艺，剩余污泥产量低，剩余污泥总量大幅减少，节省了后续的处理费用，综合运行成本低。
附图说明
15.图1是本实用新型一种人工快渗协同膜生物反应器污水处理系统的结构示意图。
16.附图标记说明：1、进水池；2、cri池；3、mbr池；4、集泥池；5、出水池；6、连通层；7、布水器；8、进水泵；9、第一定时器；10、布水区；11、碎石区；12、第一滤料区；13、陶粒区；14、第二滤料区；15、搅拌器；16、中空纤维膜组件；17、排泥口；18、排泥阀；19、产水泵；20、第二定时器。
具体实施方式
17.下面结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步的说明：
18.如图1所示，本实用新型提供的一种人工快渗协同膜生物反应器污水处理系统，包括进水池1、cri池2、mbr池3、集泥池4、出水池5和布水器7，进水池1与布水器7通过管道相连，布水器7位于cri池2的上方，cri池2的底部与mbr池3的底部通过连通层6连通，mbr池3通过管道分别与集泥池4和出水池5连通。污水从进水池1进入后经布水器7进入cri池2，经过cri池2处理后从cri池2进入mbr池3内，再经过mbr池3处理后的水进入出水池5，污泥进入集泥池4。
19.cri池2内部由上往下依次设有布水区10、碎石区11、第一滤料区12、陶粒区13和第二滤料区14，污水依次从布水区10、碎石区11、第一滤料区12、陶粒区13和第二滤料区14流过。在本实施例中，cri池2、mbr池3和布水器7为现有成熟技术设备，cri池2中的cri为本领域的现有的专有名词代号。mbr池3中的mbr为本领域的现有的专有名词代号。
20.布水区10内部不做任何的填充，布水区10的高度为10cm～20cm。碎石区11内部填充有粒径为0.5cm到1.5cm的碎石，碎石区11的下方垫有1到3层滤布。在本实施例中，碎石区11的高度为5cm，碎石区11的下方垫有2层滤布。第一滤料区12内采用粒径为1.0mm到1.5mm的粗河砂进行填充，填充前采用悬浮固体浓度为3000mg/l到4000mg/l的部分亚硝化污泥进行接种。陶粒区13采用粒径为0.5cm到1.0cm的陶粒进行填充，陶粒区13的高度为2cm到10cm，陶粒区13的上方和下方各垫有1～3层滤布。在本实施例中，陶粒区13的高度为5cm，陶粒区13的上方和下方各垫有2层滤布。第二滤料区14采用粒径为0.3mm到0.5mm的细河砂进行填充，填充前采用悬浮固体浓度为4000mg/l到5000mg/l的厌氧氨氧化污泥进行接种。
21.mbr池3内安装有搅拌器15、中空纤维膜组件16和排泥口17，中空纤维膜组件16位于mbr池3内液面下，中空纤维膜组件16的产水口通过管道与出水池5连通，排泥口17位于mbr池3的底部，排泥口17通过管道与集泥池4连通。mbr池3内填充有反硝化污泥，反硝化污泥的悬浮固体浓度为3000mg/l到3500mg/l。
22.中空纤维膜组件16的产水口与出水池5相连的管道上安装有产水泵19，产水泵19上安装有第二定时器20，第二定时器20控制产水泵19工作；排泥口17与集泥池4相连的管道上安装有排泥阀18，排泥阀18控制排泥口17与集泥池4之间管道的连通与阻断。
23.在本实施例中，中空纤维膜组件16为现有成熟技术设备，中空纤维膜组件16由多个平行设置的中空纤维膜元件组成，中空纤维膜元件由膜壳和膜丝组成，膜丝的两端分别固定封装在膜壳中。
24.mbr池3的高度与第二滤料区14的高度相同，mbr池3与第二滤料区14的体积比为(1～3)：1。在本实施例中，mbr池3与滤料区14的体积比为2：1。
25.进水池1与布水器7相连的管道上安装有进水泵8，进水泵8上设有第一定时器9，第一定时器9控制进水泵8的工作。
26.布水器7的截面为三角形，布水器7安装在cri池2的上方，cri池2的上端为开口状结构。
27.连通层6的上方垫有1～3层滤布，滤布位于cri池2和mbr池3的底部，连通层6采用粒径为0.2cm到0.5cm的陶粒进行填充，连通层6的高度为2cm到10cm，在本实施例中，连通层6的高度为5cm，连通层6的上方垫有2层滤布。
28.在本实施例中，进水泵8和第一定时器9为电连接，第一定时器9控制进水泵8的转动，通过第一定时器9能够控制进水泵8的运转时间，从而控制进水池1中污水进入cri池2的时间，进而控制污水的进入量。产水泵19和第二定时器20电连接，第二定时器20控制产水泵19的运转时间。
29.本实用新型的工作过程为：
30.污水从进水池1经布水器7进入cri池2，通过进水泵8控制进水水量，通过第一定时器9控制进水时间，cri池2采用淹水、落干交替运行模式，水力负荷为0.8～1.2m/d，每天运行2～6个周期，每个周期运行4～12h，淹水、落干时间比为1：(2～6)。本实施例中，水力负荷为1.0m/d，每天运行2个周期，每个周期运行12h，淹水、落干时间比为1：3。污水从上往下依次流经布水区10、碎石区11、第一滤料区12、陶粒区13、第二滤料区14，再从连通层6进入mbr池3。mbr池3内设有的搅拌器15，将污水与反硝化污泥充分混合。mbr池3内设有的中空纤维膜组件16，在产水泵19的抽提作用下，污水透过中空纤维膜组件16从产水口进入出水池5，通过第二定时器20控制抽水和停止抽水的时间比为(5～10min)：2min。本实施例中，抽水和停止抽水的时间比为8min：2min。适时打开排泥口17上设置的排泥阀18，排除部分污泥至集泥池4，以保持mbr池3内反硝化污泥的悬浮固体浓度为3000～3500mg/l。
31.采用本系统对实际生活污水进行处理，设计进水化学需氧量(cod)、生化需氧量(bod5)、nh
4 -n、tn、总磷(tp)的质量浓度分别为161.5～280.9mg/l、135.6～230.4mg/l、39.8～47.3mg/l、45.2～58.9mg/l、3.5～4.7mg/l，运行期间环境温度为(25
±
5)℃，稳定运行30天，每天对进出水水质进行检测。运行结果表明，出水cod、bod5、nh
4 -n、tn、tp的质量浓度分别为10.5～22.9mg/l、1.5～2.5mg/l、0.2～1.3mg/l、1.8～3.5mg/l、0.13～0.19mg/l，其平均去除率分别可达到92.7％、98.8％、98.4％、95.2％、96.1％。由此可见，污水经本实用新型系统的处理后，出水中的有机物、氮、磷等污染物含量均可达到《城镇污水处理厂污染物排放标准(gb 18918-2002)》的一级a排放标准。
32.本实用新型提供的一种人工快渗协同膜生物反应器污水处理系统，对有机物、氮、磷去除效率高、运行成本低，具有很强的实用性。
33.本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本实用新型的原理，应被理解为本实用新型的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本实用新型公开的这些技术启示做出各种不脱离本实用新型实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本实用新型的保护范围内。