CN102491520A - 一种南方农村生活污水处理系统的装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种南方农村生活污水处理系统的装置及其方法，该装置该装置包括系统一和系统二，系统一由进水布水管、上层砾石层、河沙层、防水无纺布，下层砾石层、防堵集水槽和湿地植物A组成，系统二由上层砾石层，系统二河沙层，碎石层，下层砾石层，下行流出水管，上行流出水管，湿地植物B组成，详细结构和方法见说明书。本发明是根据南方农村生活水质和污水排放特点设计，工艺要求简单，运行管理方便，不需要外界电力设施，对生活污水处理效果好，适合在南方农村推广使用。

Description

一种南方农村生活污水处理系统的装置及其方法

技术领域

本发明涉及环保方面生活污水处理，属于环境工程领域，尤其涉及利用复合型人工湿地对南方农村小户型的生活污水进行处理的方法及系统。

背景技术

随着我国农村经济的迅速发展，尤其是南方农村，由于生活起居的变化所产生的生活污水已经成为农村水环境不断恶化的主要原因之一。调查报告显示多数地区90％以上村庄无排水沟渠和污水处理系统，生活污水都是随地泼洒排放，居民附近河流遭到污染，地下水也受到严重威胁，给农村居民生活用水带来危害。我国农村地区生活污水排放量不断增加，污染源总体呈分散状态，直接导致城镇污水大规模收集处理技术在农村受到限制。

人工湿地由基质、植物、微生物组成，相互依存，相互利用，通过物理、化学、生物三种方式对污染物质进行净化处理，是一种国外推广应用多年的生态治理途径。近些年来，人工湿地作为污水处理技术在国内也开始得到重视，从最初试验型的深圳白泥坑实验基地到现在遍地开花的各种大中小型人工湿地建造应用项目，说明这种工艺是顺应时代发展要求的一种有效的污水处理技术。因为与土壤渗滤，氧化塘等分散型处理方式相比，其具有投资成本小、工艺要求较低、操作费用少、卫生状况较好等优势，所以近几年对人工湿地开展的研究很多。针对农村污水处理设计的人工湿地也不少，随着应用时间的延长，出现不少应用上的局限和弊端，如需要外接动力源，在农村使用和管理方法不易实现，人工湿地填充的基质容易饱和使用寿命有限，运行一段时间后基质的孔隙率由于微生物的繁殖、不可滤物质的沉积等原因会减小，导致其水利性能变差，处理效率降低甚至出现雍水的情况。如CN101456629A公开一种深层布水多介质生态湿地污水处理系统的装置，特点是在亚表层布水以“砖墙式”方式交替填充多介功能滤料，利于北方地区系统四季运行，但是集水管安置底部的基质中难保证上层填料不下沉导致集水孔堵塞。

发明内容

本发明的目的是提供一种二段式基质填充水流流向可变性的防堵组合系统，解决现有的农村生活污水处理系统基质易饱和和堵塞的问题，延长系统的使用寿命，并且易于管理和维护的生活污水处理方法与系统。

所述目的是通过如下方案实现的：

一种南方农村生活污水处理系统的装置，该装置包括系统一和系统二，系统一由进水布水管、上层砾石层、河沙层、防水无纺布、下层砾石层、防堵集水槽和湿地植物A组成。进水布水管位于上层砾石层上方，河沙层位于上层砾石层和防水无纺布之间，下层砾石层和防堵集水槽位于防水无纺布下方，防堵集水槽周围设有下层砾石层，河沙层上种植有湿地植物A，系统一和系统二之间连通有系统一出水管并且分别连通下行流进水管和上行流进水管；系统二由上层砾石层、系统二河沙层、碎石层、下层砾石层、下行流出水管、上行流出水管、湿地植物B、系统二底部布水管、系统二上部布水管和系统二集水管组成。系统二上部布水管位于上层砾石层上方并连通下行流进水管，系统二底部设有为系统二底部布水管并且连通上行流进水管，系统二底部布水管周围布置有下层砾石层，河沙层位于上层砾石层和碎石层之间，防水无纺布位于碎石层下方，系统二底部布水管和下层砾石层以及防堵集水槽位于防水无纺布下方，防堵集水槽周围设有下层砾石层，系统二河沙层和碎石层上种植有湿地植物B，系统二集水管位于上层砾石层中，系统二连通上行流出水管和下行流出水管。

所述系统一的长×宽×高：0.4-0.7m×0.4-0.7m×0.6-1.0m，所述系统一和系统二都属于垂直潜流人工湿地其水流流向是下行流，所述进水布水管还包括主布水管和支布水管且呈“丰”字形，主布水管上无布水孔，支布水管有3-7根且均匀分布有3-8mm的布水孔，所述进水布水管高于上层砾石层2-4cm，所述上层砾石层和下层砾石层粒径都为1-3cm，铺设厚度为5-10cm，所述河沙层粒径为1-2mm，填充厚度为40-80cm。

所述防堵集水槽为空心结构，其高度与下层砾石层厚度一致且三面还设有积水小孔和另一面还设有出水口，积水小孔设有1-4排，每排有6-14个，所述系统一的出水口连通系统一出水管，所述系统二中的出水口连通有下行流出水管，所述出水管与下行流进水管和上行流进水管之间还设有水流流向转接头，所述下行流进水管还设有下行流布水管开关，所述上行流进水管还设有上行流布水管开关。

所述系统二的长×宽×高：0.4-0.7m×0.4-0.7m×0.5-0.9m，所述碎石层粒径为5-8mm，所述系统二河沙层粒径为1-2mm，碎石层和系统二河沙层铺设的厚度均为20-40cm且体积比为1∶1所述防水无纺布还设有网孔，孔径小于河沙层和系统二河沙层颗粒粒径。

所述湿地植物A(17)种植密度为25-30棵/m²，所述湿地植物B种植密度为30-40棵/m²。

一种南方农村生活污水处理系统的方法，经预处理后的生活污水由进水布水管以下行流的方式进入到系统一，经过基质与植物的处理之后，处理水由出水管和水流流向转接头分别进入下行流进水管和上行流进水管，打开或关闭上行流布水管开关或下行流布水管开关，处理水以上行流或下行流的方式进入到系统二，再经过其中的基质与植物处理，净化后的水质由下行流出水管或上行流出水管排出。

经过系统一的处理水由出水管和水流流向转接头分别进入下行流进水管和上行流进水管，打开上行流布水管开关关闭下行流布水管开关，处理水由系统二底部布水管进入系统二，水流流向为上行流，最后水从下行流出水管排出，或者打开下行流布水管开关并关闭上行流布水管开关，处理水由系统二上部布水管进入系统二，水流流向为下行流，最后水从上行流出水管排出。

本发明具有如下优点：

1、本发明是根据南方农村生活水质和污水排放特点设计，工艺要求简单，运行管理方便，不需要外界电力设施，对生活污水处理效果好，适合在南方农村推广使用。

2、本发明所采用的基质来源广泛，对污染物质去除率较好，可就地取材。两系统均用砾石以其较大的粒径和空隙优势填充在底部作承托层和集水层。两系统的上层均用砾石填充起到固定植物的作用，不同是其在系统一的作用是使进水布水管的出水更均匀地分散到湿地中；在系统二中以其空隙优势保证湿地植物A较快生长时所需的空间，另外系统二为上行流时作集水层。

3、本发明的系统运行前期主要依靠基质对磷的吸附截留去除，后期主要由植物对氮磷等其他污染物质的去除。运行约半年变换一次水流流向可以使系统无堵塞地工作。

4、本发明系统一的主要基质是河沙，pH在中性范围而且质地疏松排水良好，能为湿地植物A提供较好的生长环境，系统二的基质是碎石和河沙以二段式的方式填充，碎石因其含钙镁成分居多对磷有较好的吸附效果，pH偏碱性，上层铺上等厚度的河沙缓冲整个系统的pH，使得系统水质呈弱碱性达到湿地植物B的生长要求。

5、本发明在底层粒径较粗的砾石层上铺上防水无纺布，防止上层粒径较小的河沙进入下层砾石层较大的空隙中堵塞底层的布水管和出水管，同时使得底层以充满水的状态保持厌氧的环境，保证反硝化作用能够进行。

6、本发明两系统底部均安装一个三面开有小孔的防堵集水槽，使得系统底部的水能无阻地进入出水管路中，进一步加强系统防堵功能。

7、本发明中设置了一个水流流向转接头，调节系统二的水流流向。系统在不断运行的过程中，其中的基质对污染物的去除能力慢慢会趋向于饱和，用水流流向转接头上的开关调节系统二的水流流向，选择上行流和下行流交替运行，使得系统既可以延长使用寿命又可以减轻堵塞的影响。

8、本发明优选用美人蕉和香蒲组合为人工湿地的植被。美人蕉茎粗叶阔，香蒲叶繁根多，地上部分生物量都较大，在生长过程中能有效摄取污水中的氮磷和其他营养物质，而且都具有较发达的根系，附着的微生物更多，不仅为系统提供很多的微氧环境，提高内部水质的溶解氧，而且还促进内部的硝化反应。

9、本发明作为一种适用于南方农村生活污水的处理方式，将两种易于在南方生长并且生长周期较长分别具有去污优势的植物组合在一起，种植在以二段式方式填充的基质中能高效去除生活污水里的氮磷以及其他污染物，铺上无纺布、安装防堵集水槽和水流流向的改变解决基质易堵塞与易饱和的问题，能延长系统的使用寿命。

附图说明

图1为本发明的立体结构示意图；

图2为本发明的剖面图；

图3为水流流向转接头立体结构示意图；

图4为防堵集水槽立体结构示意图

图中数字说明：1-进水布水管，2-上层砾石层，3-河沙层，4-无纺布，5-下层砾石层，6-防堵集水槽(图4中①-集水小孔②-出水口)，7-系统一出水管，8-水流流向转接头，9-系统二的下行流布水管开关，10-系统二上行流进水管开关，11-下行流进水管，12-上行流进水管，13-系统二河沙层，14-碎石层，15-下行流出水管，16-上行流出水管，17-湿地植物A，18-湿地植物B，19-系统二底部布水管，20-系统二上部布水管，21-系统二集水管，22-主布水管，23-支布水管，61-积水小孔，62-出水口。

具体实施方式

以下结合几个较佳实施例对本发明的一种南方农村生活污水处理系统的装置及其方法作进一步的详细描述：

实施例1：

本发明一种南方农村生活污水处理系统的装置，其特征在于：该装置包括系统一和系统二，系统一由进水布水管1、上层砾石层2、河沙层3、防水无纺布4、下层砾石层5、防堵集水槽6和湿地植物A17组成。进水布水管1位于上层砾石层2上方，河沙层3位于上层砾石层2和防水无纺布4之间，下层砾石层2和防堵集水槽6位于防水无纺布4下方，防堵集水槽6周围设有下层砾石层2，河沙层3上种植有湿地植物A17，系统一和系统二之间连通有系统一出水管7，并且分别连通下行流进水管11和上行流进水管12，系统二由上层砾石层2、系统二河沙层13、碎石层14、下层砾石层5、下行流出水管15、上行流出水管16、湿地植物B18、系统二底部布水管19和系统二上部布水管20，系统二集水管21组成。系统二上部布水管20位于上层砾石层2上方并连通下行流进水管11，系统二底部设有系统二底部布水管19并且连通上行流进水管12，系统二底部布水管19周围布置有下层砾石层5，河沙层3位于上层砾石层2和碎石层14之间，防水无纺布位于碎石层14下方，系统二底部布水管19和下层砾石层2以及防堵集水槽6位于防水无纺布4下方，防堵集水槽6周围设有下层砾石层2，系统二河沙层13和碎石层14上种植有湿地植物B18，系统二集水管21位于上层砾石层2中，系统二连通上行流出水管16和下行流出水管15。

下面结合附图对本发明作进一步说明：本发明一种南方农村生活污水处理系统的方法，经预处理后的生活污水由进水布水管1以下行流的方式进入到系统一，经过基质与植物的处理之后，处理水由出水管7和水流流向转接头8分别进入下行流进水管11和上行流进水管12，打开或关闭上行流布水管开关10或下行流布水管开关9，处理水以上行流或下行流的方式进入到系统二，再经过其中的基质与植物处理，净化后的水质由下行流出水管15或上行流出水管16排出。

实施例2：

系统一的长×宽×高：0.5m×0.5m×0.6m，所述系统一和系统二都属于垂直潜流人工湿地其水流流向是下行流，所述进水布水管还包括主布水管22和支布水管23且呈“丰”字形，主布水管22上无布水孔，支布水管23有4根且均匀分布有5mm的布水孔，所述进水布水管高于上层砾石层2的高度为3cm，所述上层砾石层2和下层砾石层5粒径都为2cm，铺设厚度为5cm，所述河沙层3粒径为2mm，填充厚度为50cm。

所述防堵集水槽6为空心结构，其高度与下层砾石层厚度一致且三面还设有积水小孔61和一面还设有出水口62，积水小孔61设有2排，每排有10个，所述系统一的出水口62连通系统一出水管7，所述系统二中的出水口62连通有下行流出水管15，所述出水管7与下行流进水管11和上行流进水管12之间还设有水流流向转接头8，所述下行流进水管11还设有下行流布水管开关9，所述上行流进水管12还设有上行流布水管开关10。

所述系统二的长×宽×高：0.5m×0.5m×0.6m，所述碎石层14粒径为5mm，所述系统二河沙层13粒径为2mm，碎石层14和系统二河沙层13铺设的厚度均为20cm且体积比为1∶1所述防水无纺布4还设有网孔，孔径小于河沙层3和系统二河沙层13颗粒粒径。

所述湿地植物A17种植美人蕉，种植密度为25棵/m²，所述湿地植物B18种植香蒲，种植密度为30棵/m²。

在水力负荷为360L/m²d条件下，经过系统一的处理水由出水管7和水流流向转接头8分别进入下行流进水管11和上行流进水管12，打开上行流布水管开关10关闭者下行流布水管开关9，处理水由系统二底部布水管19进入系统二，水流流向为上行流，最后水从下行流出水管15排出。

表1：本例生活污水净化效果对比表

实施例3：

系统一的长×宽×高：0.5m×0.5m×0.6m，所述系统一和系统都属于垂直潜流人工湿地其水流流向是下行流，所述进水布水管还包括主布水管22和支布水管23且呈“丰”字形，主布水管22上无布水孔，支布水管23有4根且均匀分布有5mm的布水孔，所述进水布水管高于上层砾石层2的高度为3cm，所述上层砾石层2和下层砾石层5粒径都为2cm，铺设厚度为5cm，所述河沙层3粒径为2mm，填充厚度为50cm。

所述防堵集水槽6为空心结构，其高度与下层砾石层厚度一致且三面还设有积水小孔61和一面还设有出水口62，积水小孔61设有2排，每排有10个，所述系统一的出水口62连通系统一出水管7，所述系统二中的出水口62连通有下行流出水管15，所述出水管7与下行流进水管11和上行流进水管12之间还设有水流流向转接头8，所述下行流进水管11还设有下行流布水管开关9，所述上行流进水管12还设有上行流布水管开关10。

所述系统二的长×宽×高：0.5m×0.5m×0.6m，所述碎石层14粒径为5mm，所述系统二河沙层13粒径为2mm，碎石层14和系统二河沙层13铺设的厚度均为20cm且体积比为1∶1所述防水无纺布4还设有网孔，孔径小于河沙层3和系统二河沙层13颗粒粒径。

所述湿地植物A17种植美人蕉，种植密度为25棵/m²，所述湿地植物B18种植香蒲，种植密度为30棵/m²。

在水力负荷为360L/m2d条件下，经过系统一的处理水由出水管7和水流流向转接头8分别进入下行流进水管11和上行流进水管12，打开下行流布水管开关9并关闭上行流布水管开关10，处理水由系统二上部布水管20进入系统二，水流流向为下行流，最后水从上行流出水管16排出。

表2：本例生活污水净化效果对比表

以上实施例仅为了进一步说明本发明，并不限制本发明的内容。

Claims (8)

1.一种南方农村生活污水处理系统的装置，其特征在于：该装置包括系统一和系统二，所述系统一由进水布水管(1)、上层砾石层(2)、河沙层(3)、防水无纺布(4)、下层砾石层(5)、防堵集水槽(6)和湿地植物A(17)组成，所述进水布水管(1)位于上层砾石层(2)上方，河沙层(3)位于上层砾石层(2)和防水无纺布(4)之间，下层砾石层(2)和防堵集水槽(6)位于防水无纺布(4)下方，防堵集水槽(6)周围设有下层砾石层(2)，河沙层(3)上种植有湿地植物A(17)，系统一和系统二之间连通有系统一出水管(7)并且分别连通下行流进水管(11)和上行流进水管(12)；系统二由上层砾石层(2)、系统二河沙层(13)、碎石层(14)、下层砾石层(5)、下行流出水管(15)、上行流出水管(16)、湿地植物B(18)、系统二底部布水管(19)、系统二上部布水管(20)和系统二集水管(21)组成，系统二上部布水管(20)位于上层砾石层(2)上方并连通下行流进水管(11)，系统二底部设有为系统二底部布水管(19)并且连通上行流进水管(12)，系统二底部布水管(19)周围布置有下层砾石层(5)，河沙层(3)位于上层砾石层(2)和碎石层(14)之间，防水无纺布位于碎石层(14)下方，系统二底部布水管(19)和下层砾石层(2)以及防堵集水槽(6)位于防水无纺布(4)下方，防堵集水槽(6)周围设有下层砾石层(2)，系统二河沙层(13)和碎石层(14)上种植有湿地植物B(18)，系统二集水管(21)位于上层砾石层(2)中，系统二连通上行流出水管(16)和下行流出水管(15)。

2.根据权利要求书1所述一种南方农村生活污水处理系统的装置，其特征在于：所述系统一的长×宽×高：0.4-0.7m×0.4-0.7m×0.6-1.0m，所述系统一和系统二都属于垂直潜流人工湿地其水流流向是下行流，所述进水布水管还包括主布水管(22)和支布水管(23)且呈“丰”字形，主布水管(22)上无布水孔，支布水管(23)有3-7根且均匀分布有3-8mm的布水孔，所述进水布水管高于上层砾石层(2)2-4cm，所述上层砾石层(2)和下层砾石层(5)粒径都为1-3cm，铺设厚度为5-10cm，所述河沙层(3)粒径为1-2mm，填充厚度为40-80cm。

3.根据权利要求书1所述一种南方农村生活污水处理系统的装置，其特征在于：所述防堵集水槽(6)为空心结构，其高度与下层砾石层厚度一致且三面还设有积水小孔(61)和另一面还设有出水口(62)，积水小孔(61)设有1-4排，每排有6-14个，所述系统一的出水口(62)连通系统一出水管(7)，所述系统二中的出水口(62)连通有下行流出水管(15)，所述出水管(7)与下行流进水管(11)和上行流进水管(12)之间还设有水流流向转接头(8)，所述下行流进水管(11)还设有下行流布水管开关(9)，所述上行流进水管(12)还设有上行流布水管开关(10)。

4.根据权利要求书1所述一种南方农村生活污水处理系统的装置，其特征在于：所述系统二的长×宽×高：0.4-0.7m×0.4-0.7m×0.5-0.9m，所述碎石层(14)粒径为5-8mm，所述系统二河沙层(13)粒径为1-2mm，碎石层(14)和系统二河沙层(13)铺设的厚度均为20-40cm且体积比为1∶1所述防水无纺布(4)还设有网孔，孔径小于河沙层(3)和系统二河沙层(13)颗粒粒径。

5.根据权利要求书1所述一种南方农村生活污水处理系统的装置，其特征在于：所述湿地植物A(17)种植密度为25-30棵/m²，所述湿地植物B(18)种植密度为30-40棵/m²。

6.一种应用权利要求书1南方农村生活污水处理系统的方法，其特征在于：经预处理后的生活污水由进水布水管(1)以下行流的方式进入到系统一，经过基质与植物的处理之后，处理水由出水管(7)和水流流向转接头(8)分别进入下行流进水管(11)和上行流进水管(12)，打开或关闭上行流布水管开关(10)或下行流布水管开关(9)，处理水以上行流或下行流的方式进入到系统二，再经过其中的基质与植物处理，净化后的水质由下行流出水管(15)或上行流出水管(16)排出。

7.根据权利要求书1-6所述一种南方农村生活污水处理系统的方法，其特征在于：经过系统一的处理水由出水管(7)和水流流向转接头(8)分别进入下行流进水管(11)和上行流进水管(12)，打开上行流布水管开关(10)关闭者下行流布水管开关(9)，处理水由系统二底部布水管(19)进入系统二，水流流向为上行流，最后水从下行流出水管(15)排出；或者打开下行流布水管开关(9)并关闭上行流布水管开关(10)，处理水由系统二上部布水管(20)进入系统二，水流流向为下行流，最后水从上行流出水管(16)排出。

8.根据权利要求书1、3、6所述一种南方农村生活污水处理系统的方法，其特征在于：经过系统一的处理水由出水管(7)和水流流向转接头(8)分别进入下行流进水管(11)和上行流进水管(12)，打开上行流布水管开关(10)关闭下行流布水管开关(9)，处理水由系统二底部布水管(19)进入系统二，水流流向为上行流，最后水从下行流出水管(15)排出，打开下行流布水管开关(9)并关闭上行流布水管开关(10)，处理水由系统二上部布水管(20)进入系统二，水流流向为下行流，最后水从上行流出水管(16)排出。

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