CN101215049B - 一种生态型农村污水与有机固体废弃物协同处理的工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种生态型农村污水以及农村有机固体废弃物协同处理的工艺，先将化粪池上清液和其他污水进行调节，将调节后的污水经过塔式蚯蚓生态滤池进行处理，出水达到国家排放标准；将化粪池中的下层沉积物和农村有机固体废弃物在厌氧生物气反应器中进行混合厌氧发酵以产出生物气。产出的生物气作为能源加以利用，排放的沼渣作为有机肥或者用于蚯蚓养殖，得到的蚯蚓又可以用于调节后污水的净化。本发明通过动物和微生物的联合作用，对农村废水和农村有机固体废弃物进行了“生态化、低成本化”的处理，同时还产出了清洁的生物气和有机肥，具有改善农村环境质量、获取清洁能源、以及同时处理农村污水和农村有机固体废弃物的多重功能。

Description

一种生态型农村污水与有机固体废弃物协同处理的工艺
技术领域
本发明属于环境保护领域，具体涉及一种生态型农村污水与有机固体废弃物协同处理的工艺。
背景技术
随着我国农村地区经济的快速发展以及人民的生活水平迅速提高，农民的生活方式发生了很大改变。农村污水和有机固体废弃物的任意排放所造成的面源污染，已经对农村水环境造成了巨大威胁。因此，为加强水资源保护，改善农村生态环境，提高农民生活质量，亟需开发一种适合我国农村特点的污水和固体废弃物联合处理的工艺。在这种迫切需求的推动下，国内外农村生活污水处理技术和工艺近年来得到了快速发展。针对中国广大农村地区的污水的水质，水量以及排放特点，南京大学研发的塔式蚯蚓生态滤池，可以有效解决中国农村尤其是苏南地区农村的污水面源污染问题，并且已在苏南部分地区进行了推广应用。
农村所产生的有机固体废弃物，如：水生生物(水葫芦、水花生等)、秸杆、草、餐余垃圾、活性污泥或粪便等。其中大部分被焚烧或者露天堆放。有机固体废弃物焚烧，不仅白白浪费了资源，而且焚烧过程会造成大气污染，使得人们的患病率明显提高，尤其是患呼吸道疾病的人。同时，秸秆在农田焚烧时，还会破坏土壤结构和生态平衡，造成土壤质量的下降。有机固体废弃物的露天堆放，在夏天会滋生蚊蝇，增加疾病传播的几率，同时影响农村整体景观效果。在我国南方地区，地下水水位相对较高，长时间堆放的有机固体废弃物中的污染物会随雨水的冲刷或淋溶进入地下水进而造成地下水污染，对饮用水安全直接造成威胁。农村地区的有机固体废弃物问题亟待解决。在此形势下，开发出一种有效综合处理农村污水和有机固体废弃物的工艺显得尤为紧迫。
发明内容
本发明的目的是提供一种生态型农村污水以及农村有机固体废弃物协同处理的工艺。
本发明的目的可以通过以下措施达到：
一种生态型农村污水以及农村有机固体废弃物协同处理的工艺，先将化粪池上清液和其他污水进入调节池进行调节，主要是起混匀作用(防止污水高峰流量或浓度变化影响塔式蚯蚓生态滤池正常工作的情况)；将调节后的污水经过塔式蚯蚓生态滤池进行处理，出水达到国家污水综合排放标准(GB8978-1996)一级标准；将化粪池中的沉积物和有机固体废弃物在厌氧生物气反应器内进行混合厌氧发酵以产出生物气(一种以甲烷和氢气为主要可燃成分的气体)和有机肥。厌氧发酵产生的部分沼渣又可用于养殖蚯蚓，重新进入塔式蚯蚓生态滤池进行污水处理。
其他污水选自除化粪池上清液以外的所有与家庭生活相关的污水(即生活污水)、养殖废水或食品加工废水中的一种或几种；有机固体废弃物选自水生生物、秸杆、草、餐余垃圾、活性污泥或粪便中的一种或几种。
在进行混合厌氧发酵时，厌氧生物气反应器可以采用全混合厌氧反应器、两相厌氧反应器或推流式厌氧反应器中的一种或几种。
本发明首先将化粪池上清液和其他污水在调节池内进行调节，然后将调节后的污水泵入塔式蚯蚓生态滤池，通过生态滤池中的蚯蚓和微生物的协同作用以去除水中的COD(化学需氧量)，以及氮和磷。污水在塔式蚯蚓生态滤池中的水力停留时间为3～5小时，水力负荷控制在1m3/(m2·d)左右(0.5～1.5m3/(m2·d))，对COD和总氮的去除率均在80％以上，对总磷的去除率在75％以上。蚯蚓生态滤池出水即可达到国家污水综合排放标准(GB8978-1996)一级标准。将化粪池中的沉积物和有机固体废弃物按C/N比为25～30∶1的配比关系进行配料，混合均匀后直接送入厌氧生物气反应器，在发酵温度为40～55度，发酵周期为35～45天进行混合厌氧发酵，产生生物气和有机肥。原料通过厌氧微生物的作用转化为生物气，其可通过净化用作燃料或者进一步转化为热能或电能加以利用，进一步将产生的热能亦可用于厌氧生物气反应器的保温。厌氧生物气反应器排出的沼渣可以直接或经加工后作为有机肥加以使用，或者用于蚯蚓的养殖；沼液亦可以作为有机肥。在厌氧生物气反应器中，多种不同性质的原料放在一起进行混合厌氧发酵可以平衡营养，降低抑制物，同时反应产物之间存在协同作用，可以大大提高发酵过程中原料能源产出率。尤其是将粪便等易生物降解原料与秸秆等不易生物降解原料进行混合发酵，具有明显的协同效果，从而提高了工艺的能源产出。
塔式蚯蚓生态滤池是根据蚯蚓具有提高土壤通气透水性能和促进有机物质的分解转化等生态学功能而设计，由多个塔层组成，每个塔层内有30cm左右的以土壤为主的滤料层，是蚯蚓活动区域也是主要的处理生活污水的区域；土壤层下是不同粒级、不同种类的填料。每个塔层下面布有均匀的出水孔，塔层与塔层之间有40cm左右的空间，在污水滴落的过程中，可以充分地补充有机质分解时所需的氧分。塔式蚯蚓生态滤池在普通的生态滤池基础上，充分利用了蚯蚓与微生物的协同作用，以及蚯蚓的增加通气性、分解有机物等功能，能够更好地更有效地进行污水处理。
本发明所涉及的农村污水以及农村有机固体废弃物协同处理的工艺具有以下几方面的特点：
①将农村污水与农村有机固体废弃物一起进行处理，以期实现统筹解决农村废弃物综合治理的目的。通过生物气技术的引入，在到达良好处理效果的同时，还产出了清洁能源以及可用作有机肥，同时还可将沼渣用于蚯蚓养殖，养殖得到的蚯蚓又可以重新用于塔式蚯蚓生态滤池，从而将原料与能源循环利用，提高了系统的经济性，系统的长期运行成本可以比单纯运用塔式蚯蚓生态滤池净化降低10～20％。
②整套工艺完全采用生物处理方法，即通过动物(蚯蚓)和微生物(好氧菌和厌氧菌)的分工协作和优势互补使农村污水和有机固体废弃物处理过程实现了“生态化、低成本化”。
③本发明将成分不同、降解特性不同的原料农村有机固体废弃物与化粪池的沉积物联合进行混合厌氧发酵，提高木质纤维类原料的生物降解率，增强厌氧生物处理系统的营养平衡，从而达到提高厌氧生物气反应器能源产出率的目的。与单用农村有机固体废弃物厌氧发酵相比，其生物气的产量提高了20～30％。
④本发明针对农村污水和农村有机固体废弃物的特点，将环境保护领域中的相关技术有机的结合起来用于农村污水和农村有机固体废弃物污染的控制，不仅使各个技术各自发挥作用，同时又能将各技术的缺点和优点互补，达到了完美的结合。
本发明通过动物(蚯蚓)和微生物(好氧菌和厌氧菌)的联合作用，对农村生活废水和农村有机固体废弃物进行了“生态化、低成本化”的处理，同时还产出了清洁的生物气和有机肥；产出的生物气作为能源加以利用，排放的沼渣作为有机肥或者用于蚯蚓养殖，得到的蚯蚓又可以用于调节后污水的净化。因此，本发明具有改善农村环境质量、获取清洁能源、以及同时处理农村污水和农村有机固体废弃物的多重功能。
附图说明
图1是本发明的生态型农村污水和农村有机固体废弃物协同处理的工艺流程图。
具体实施方式
下面详细的说明仅仅是阐述本发明的普遍原理，并非限制性的，实际应用过程中可以根据处理原料的不同性质和处理要求进行合理的调整和修改。
实施例1
将化粪池上清液和从厨房以及洗衣处排放的各种污水由管道收集后排入调节池进行调节混匀，调节后的污水泵入塔式蚯蚓生态滤池进行处理，经过塔式蚯蚓生态滤池4h后对污水中化学需氧量(CODCr)和总氮(TN)去除率均达到80％以上，总磷(TP)的去除率达75％以上。滤池出水可达国家污水综合排放标准(GB8978-1996)一级标准。从化粪池收集的下层沉积物与水稻秸秆按1∶6的比例(质量比，其C/N比为26∶1)混合均匀后投入全混合生物气反应器进行厌氧生物处理，发酵温度为55℃，投料间隔为15天的情况下发酵40天，原料的产气率最高可达380L/kg总固体含量(TS)，生物气中甲烷含量55％左右，反应器容积产气率大于0.6m3/m3·d。产生的生物气经脱硫脱水等净化处理后，可直接用作燃料或进一步转化为电能加以利用；产生的热能宜可以用来保持厌氧生物气反应器的温度。厌氧发酵后产生的沼渣可直接或经过进一步加工后作成有机肥，部分来养殖蚯蚓。产生的沼液可以用来作有机肥。
实施例2
将化粪池上清液和食品加工废水由管道收集后排入调节池进行调节混匀，调节后的污水泵入塔式蚯蚓生态滤池进行处理，经过塔式蚯蚓生态滤池5h后对污水中化学需氧量(CODCr)和总氮(TN)的去除率达到80％以上，总磷(TP)的去除率达78％以上。塔式蚯蚓生态滤池出水可达国家污水综合排放标准(GB8978-1996)一级标准。从化粪池收集的下层沉积物与玉米秸秆按3∶5的比例(质量比，其C/N比为28∶1)混合均匀后投入两相生物气反应器的产酸相，从产酸相流出的富含溶解性有机物的污水泵入产甲烷相完成产甲烷发酵过程。发酵温度为55℃，投料间隔为15天的情况下，原料的产气率最高可达400 L/kg总固体含量(TS)，生物气中甲烷含量60％左右，氢气的含量5％左右，反应器容积产气率大于0.8m3/m3·d。产生的生物气经脱硫脱水等净化处理后，可直接用作燃料或进一步转化为电能加以利用；产生的热能宜可以用来保持生物气反应器的温度。厌氧发酵后产生的沼渣可直接或经过进一步加工后作成有机肥，部分用来养殖蚯蚓。产生的沼液可以用来作有机肥。

Claims (3)

1.一种生态型农村污水与有机固体废弃物协同处理的工艺，其特征在于先将化粪池上清液和其他污水进入调节池进行调节，然后将污水经过塔式蚯蚓生态滤池进行处理，出水达到国家污水综合排放一级标准；将化粪池中的沉积物和有机固体废弃物在两相厌氧反应器中进行混合厌氧发酵以产出生物气和有机肥，厌氧发酵产生的部分沼渣用于养殖蚯蚓；其中所述的其他污水选自生活污水、养殖废水或食品加工废水中的一种或几种；
所述的有机固体废弃物选自水生生物、秸杆、草、餐余垃圾、活性污泥或粪便中的一种或几种；
化粪池中的沉积物与有机固体废弃物按C/N比为25～30∶1的比例混合，在发酵温度为40～55度，发酵周期为35～45天进行混合厌氧发酵，产生生物气和有机肥。
2.根据权利要求1所述的生态型农村污水与有机固体废弃物协同处理的工艺，其特征在于污水在塔式蚯蚓生态滤池中的处理时间为3～5小时。
3.根据权利要求1所述的生态型农村污水与有机固体废弃物协同处理的工艺，其特征在于污水在塔式蚯蚓生态滤池中的水力负荷为0.5～1.5m3/(m2·d)。
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