CN102674631A - 一种集中式农村生活污水的深度处理方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于水处理技术领域，具体涉及一种集中式农村生活污水的深度处理方法与系统。本发明的处理系统包括水解酸化池、复合塔式生态滤池和表面流人工湿地系统；处理方法包括如下步骤：污水经管网收集，先进入水解酸化池稳定并调节水量，水解酸化池为一填埋池，然后通过扬程为5m以上的潜水电泵将污水抽上高位配水池；通过强化布水措施，将水解酸化池的生活污水布入复合塔式生态滤池，去除污水中有机污染物、总氮、氨氮、总磷以及病原微生物的去除；上述尾水和经收集的降雨径流进入人工湿地系统进行深度处理。人工湿地可以营造良好的水环境景观，出水达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级A标准。

Description

一种集中式农村生活污水的深度处理方法及系统

技术领域

本发明属于水处理技术领域，具体涉及一种集中式农村生活污水的深度处理方法与系统。

背景技术

农村生活污水的主要成分是有机代谢废物以及某些动物性、植物性食物残渣、生理排泄物（粪、尿）等一类物质，还含有大量非病原微生物和少量能引起人类传染病的病原微生物。据2010国家环保部的数据，全国农村年产生活污水90多亿吨，约占全国生活污水排放总量的1/3。建设部（2009）《村庄人居环境现状与问题》报告中，在对我国具有代表性的9个省43个县74个村庄的入村入户调查中发现，96%的村庄没有排水渠道和污水处理系统。

与国外相比，中国农村生活污水具有量大面广、有机物浓度偏高，以及日变化系数大、间歇排放、控制困难等特点，未经处理的生活污水肆意排放，和雨水一并进入合流管道，就近排入河道，使河道、湖泊受到污染，严重破坏农村生态环境，直接威胁农民群众的身体健康，阻碍农村经济发展。

复合式生态滤池是一种应用强化生态技术的土地处理系统，它是根据蚯蚓具有吞食有机物、提高土壤通气透水性能和蚯蚓与微生物的协同作用等生态学功能而设计的一种多层多级布水的污水生态处理系统。复合式生态滤池装置作为塔式蚯蚓生态滤池的改进和提高，由高位配水槽和一级或多级生态滴滤池组成，滴滤池表层为土地渗滤系统，下层为生物滤池，通过不同粒径的生物填料级配而成，构建了以微生物、植物、动物、填料等为主要元素的生态型污水处理系统，有效解决了污水处理中的充氧问题、低碳氮比条件下的硝化反硝化作用、磷去除率过低等普通滤池无法解决的关键技术难题。

人工湿地处理技术具有对氮磷去除效率高，工程投资少，能耗、运行和处理费用低，管理简单等优点，并且土地相对充足的农村又可以提供该技术所需的较大土地面积，因此该技术在农村地区具有广阔应用前景。以人工湿地为核心的尾水深度处理技术，将湿地的污水处理功能与其生态景观功能结合起来进行深度处理的同时，实现对环境的美化。出水达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级A标准。

发明内容

本发明的目的在于提出一种去污效率高，建设成本和运行成本低的集中式农村生活污水深度处理方法与系统。

本发明提出的集中式农村生活污水深度处理方法，是将复合式生态滤池技术和人工湿地技术有机组合，深度处理集中式农村生活污水，它包括下列步骤： 

步骤1：污水经管网收集，先进入水解酸化池稳定并调节水量，水解酸化池为一填埋池，然后通过扬程为5m以上的潜水电泵将污水抽上高位配水池；

步骤2：通过强化布水措施，将水解酸化池的生活污水布入复合塔式生态滤池，污水在复合塔式生态滤池内进行有机污染物（COD）、总氮（TN）、氨氮、总磷（TP）以及病原微生物的去除；

步骤3：步骤2的尾水和经收集的降雨径流进入人工湿地系统进行深度处理，人工湿地可以营造良好的水环境景观，出水可作中水回用。

本发明中，步骤1中的水解酸化池为有进、出口和检查口的填埋池。水解酸化池中设有砖混结构的挡板，以防发生短流，出水通过潜水泵投配到复合塔式生态滤池上方的高位配水槽中。 

本发明中，步骤2的复合塔式生态滤池由高位配水槽和一级或多级生态滴滤池依次连接组成；其中，每级生态滴滤池的表层为土地渗滤层，下层为生物滤层，该生物滤层由不同粒径的生物填料级配而成；复合式生态滤池为以微生物、植物、动物、填料等为主要元素的生态型污水处理系统。

所述复合塔式生态滤池采用梯度塔层布局、多级处理单元串联的方式，其结构见图2所示，一级生态滴滤池即为一塔层，构成一个处理单元；每个处理单元形状可以为方形、矩形或圆形；所谓梯度塔层布局，是指多层塔层采取阶梯型（包括直线阶梯型或回转阶梯等）组合，这样可增加光照面积，有助于滤池填料表面植物生长，强化其根部对污水中污染物质的吸附转化及其根部氧作用。所谓多级处理单元串联，是指梯度塔层布局的处理单元自上而下依次串联，污水经过一个单元的吸附、转化后，流入下一单元进行净化。多单元串联处理设计提高了系统的去污能力。

所述的人工湿地系统，是指按照一般湿地要求，根据当地地理环境而人工构建的系统。例如可以利用当地有利的地理特点，设计一定大小的池体，以碎青石等为填料，上层栽种当地常见的植物。

进一步，所述的复合塔式生物滤池中每层的生态滴滤池的设置基本一致，其上层（表层）是土地渗滤层，是由当地土壤中添加了木屑或稻壳等含碳的丰富有机物、以及细砂等组成的人工土层。其厚度一般为30~40cm，其中间有细砂、粒径为3~20mm碎石分层填充，该中间填充层厚度为10~15cm。这样一方面依托细砂和碎石的巨大表面积形成生物膜继续对污水的污染物质进行吸附、降解，另一方面由于细砂和碎石有较大的渗透系数，可以保证整个系统的水力负荷；下层由粒径10~50mm、厚度为10~15cm的卵石组成，起到承托和排水的作用。

所述土地渗滤层中投放有蚯蚓，由于有蚯蚓活动，所以称之为蚯蚓床；蚯蚓床中投放蚯蚓的密度为8~12g（蚯蚓）/L（填料）。蚯蚓分为表层种和深层种，表层种为大平2号蚯蚓，投放在3~7cm深度处；深层种为威廉环毛蚯蚓，投放在蚯蚓床15~20cm深度处。蚯蚓能加速构建高效的污水-土地生态系统，实现了污染物的有效转化。

本发明中，所述的复合塔式生物滤池，在每一级处理单元的人工土层的表层和内层分别设有布水管，在表面布水的同时，可增加内层布水的均匀性。在布水管的主进水管上安装有球门阀，通过阀门控制来调节量布水管水量分配。每一级表层的布水管为单排孔的PVC布水管，布水孔的直径为8mm~12mm，相邻布水孔的间距为20~35mm；内层布水管为双排孔的PVC布水管，布水孔的直径为6mm~12mm，相邻布水孔的间距为15mm~25mm，内层布水管的埋设深度为人工土层内25~30cm处；内层布水管周围是用土工布包裹的青石子，土工布外层即是人工土层。污水从布水管出来时，首先经过青石子上的生物膜净化；然后通过纤维织物和人工土胜率曾的毛管京润作用，缓慢的扩散到周围土壤。

本发明中，所述的复合塔式生物滤池，污水从水解酸化池进入高位配水槽时采取跌水曝气技术强化进水中的溶解氧含量。跌水级数可采取1~3级，每级跌水高度为0.4—0.6m。污水经潜水泵抽取投放入高位配水槽时，即放置竖缝型跌水挡板以使污水冲击挡板后均匀分布，这样能达到较好的充氧效果；设计单宽流量为20~50m³/(m².h)。高位配水槽出水经球门阀与下一级处理单元的布水管接通。

进一步，所述的复合塔式生物滤池，每一级处理单元的表层布管水采用穿孔管，布水时形成喷淋水结构，以提高一级处理单元和二级处理单元出水中的DO含量。穿孔管的孔眼直径可为6~12mm，孔眼流速为1.5~2.5m/s，安装高度为0.3~0.6m。

本发明中，所述的复合塔式生物滤池，使用定时器来控制潜水泵电源开关。将配水时间与系统落干时间比控制在1:3~1:5的范围内，将配水周期定位一天，可实现蚯蚓生态功能的最大化，实现反硝化-缺氧环境的实现。

本发明中，所述的复合塔式生物滤池，池体可采用玻璃钢预制，现场安装，极大的提高了施工速度，实现了污水处理设施设备化，有利于工业化生产。

本发明中，所述人工湿地结构见图3所示，其进水部分采用矩形平顶堰配水，在配水过程中同时起到曝气作用。湿地上层是高度为25~45cm的填料层，填料为砂和细石等，细石粒径为0.1~0.5cm。湿地下部是高度为10~15cm的填料层，填料为碎青石，粒径为3~5cm，以强化磷元素的去除；上、下两填料层组成填料床；填料床底部采用坡度设计，一般坡度值可为1%（倾角高度与底部长度之比）。填料床上面为10~15cm高度的自由水面。 

池底采用防水设计：首先铺设10~20cm厚的黏土层，夯实并找平，同时具有倾向出水端1%的坡度；然后铺设2mm厚强化塑料薄膜；为防止碎石填料将防渗透膜刺破，在防渗膜上部铺设1cm左右厚细砂。

出水区采用穿孔管集水设计，然后通过三通接出湿地外墙，外接垂直出水管。出水达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级A标准。

本发明具有以下特点：

1) 具有较高的脱氮除磷效率；

2) 滴滤的运行方式解决了污水的充氧问题，有利于污水中有机污染物质（主要为BOD）的去除和含氮物质的硝化；

3) 针对污水类型的集中程度，便于研发规模化、系列化的装置体系；

4) 建设成本和运行成本低，易于维护；

5) 适应中国国土辽阔，不同地域之间的气候类型差别较大的现状，可在不同类型地方使用。

附图说明

图1 为本发明的复合塔式生态滤池-人工湿地工艺流程示意图。   

图2为本发明的复合式生态滤池结构示意图。 

图3为本发明表面流人工湿地结构示意图。

图中标号：1为水解酸化池，2为高位配水池，3为表面布水管， 4为蚯蚓床，5为旁通阀，6为内层布水管，7为砂石层，8为卵石层；9为进水管；10为布水槽；11为布水堰墙；12为穿孔集水管；13为出水管；14为填料床；15为自由水面。 

具体实施方式

武进区集中农村生活污水处理在常州市武进区洛阳镇民丰村胡家头采用复合式生态滤池+表面流人工湿地的工艺进行处理。

复合式塔式生物滤池：

复合式塔式生物滤池由三级滤池组成，第一级滤池为高位配水厌氧滤池，滤池内配置新型厌氧滤料，厌氧滤料为不同级配的颗粒滤料，在污水处理过程中，通过利用滤料吸附、微生物协同作用，进一步拦截去除COD、SS以及部分氮磷。间歇式进水有利于生态滤池中微生物的内源消化，减少污泥的产生量，本级滤池基本不排泥。

第二、第三级每个塔层内有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。新型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。蚯蚓在滤池内降解有机物，还可通过其砂囊研磨与肠道的生物化学作用，以及与微生物的协同作用，促进C，N，P转化与矿化，但其主要功能为在土壤活动层内的机械疏松、消解，对滤床起物理清扫作用，防止土壤板结、堵塞。蚯蚓在滤池内的活动还能有效提高微生物数量及微生物活性，促进有机物质的厌氧分解转化。其结构示意图如图2所示。

新型塔式蚯蚓滤池主体为玻璃钢结构，现场安装而成，填料为陶粒、砂、煤渣等，塔式蚯蚓生态滤池蚯蚓一般是在以土壤为主的滤料层的表层至深度30cm的区域内活动。

经过了长时间的工程实践与工程论证，现有的复合式塔式生物滤池和塔式蚯蚓生态滤池的区别在于主体材料采用玻璃钢现场安装而成，保证塔体本身的密封性能，不漏水不渗水；采用新型的滤料，密度较小，比表面积大，更加容易负载微生物；延长水力停留时间，污水在塔体停留时间更长；蚯蚓为改良过的蚯蚓品种，其耐淹性显著提高，更耐脏；施工时间缩短，塔式蚯蚓生态滤池施工时间在40-50天左右，而新型塔式蚯蚓生态滤池的施工时间为10-20天左右，而主体安装时间为2-3天，极大的提高了工程效率等等。

人工湿地一座：利用当地有利的地理优势构建，以碎青石为填料，设计池体有效尺寸为15×8×4.8m，栽种的植物为当地常见的芦苇。

最终治理出水达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）一级A以上，以较高的处理率在武进区农村生活污水处理中发挥重要作用。

Claims (10)

1. 一种集中式农村生活污水的深度处理方法，其特征在于是将复合式生态滤池技术和人工湿地技术有机组合，深度处理集中式农村生活污水，具体步骤为： 

步骤1：污水经管网收集，先进入水解酸化池稳定并调节水量，水解酸化池为一填埋池，然后通过扬程为5m以上的潜水电泵将污水抽上高位配水池；

步骤2：通过强化布水措施，将水解酸化池的生活污水布入复合塔式生态滤池，去除污水中的有机污染物、总氮、氨氮、总磷以及病原微生物；

步骤3：步骤2的尾水和经收集的降雨径流进入人工湿地系统进行深度处理； 

其中，所述水解酸化池为一有进、出口和检查口的填埋池；水解酸化池中设有砖混结构的挡板，以防发生短流，出水通过潜水泵投配到复合塔式生态滤池上方的高位配水槽中；

所述的复合塔式生态滤池由高位配水槽和一级或多级生态滴滤池依次连接组成；其中，每级生态滴滤池的表层为土地渗滤层，下层为生物滤层，该生物滤层由不同粒径的生物填料级配而成；复合式生态滤池为以微生物、植物、动物和填料为主要元素的生态型污水处理系统；

所述复合塔式生态滤池采用梯度塔层布局、多级处理单元串联的方式；一级生态滴滤池即为一塔层，构成一个处理单元；每个处理单元形状为方形、矩形或圆形；所谓梯度塔层布局是指多层塔层采取阶梯型组合，所谓多级处理单元串联是指梯度塔层布局的处理单元自上而下依次串联，污水经过一个单元的吸附、转化后，流入下一单元进行净化；

所述的人工湿地系统，是指按照湿地要求，根据当地地理环境而人工构建的系统。

2. 根据权利要求1所述的集中式农村生活污水的深度处理方法，其特征在于所述的复合塔式生物滤池中每层的生态滴滤池，其上层为土地渗滤层，是由当地土壤中添加了木屑或稻壳含碳的丰富有机物、以及细砂组成的人工土层，其厚度为30~40cm，其中间有细砂、粒径为3~20mm碎石分层填充，该中间填充层厚度为10~15cm；其下层由粒径10~50mm、厚度为10~15cm的卵石组成；

土地渗滤层中投放有蚯蚓，蚯蚓密度为8~12g蚯蚓/L填料。

3. 根据权利要求2所述的集中式农村生活污水的深度处理方法，其特征在于所述的复合塔式生物滤池中，在每一级处理单元的人工土层的表层和内层分别设有布水管，在布水管的主进水管上安装有球门阀，通过阀门控制来调节量布水管水量分配；每一级表层的布水管为单排孔的PVC布水管，布水孔的直径为8mm~12mm，相邻布水孔的间距为20~35mm；内层布水管为双排孔的PVC布水管，布水孔的直径为6mm~12mm，相邻布水孔的间距为15mm~25mm，内层布水管的埋设深度为人工土层内25~30cm处；内层布水管周围是用土工布包裹的青石子，土工布外层即是人工土层；

所述的复合塔式生物滤池，污水从水解酸化池进入高位配水槽时采取跌水曝气方式，跌水级数为1~3级，每级跌水高度为0.4—0.6m；污水经潜水泵抽取投放入高位配水槽时，放置竖缝型跌水挡板以使污水冲击挡板后均匀分布；单宽流量为20~50m³/(m².h)；高位配水槽出水经球门阀与下一级处理单元的布水管接通；

所述的复合塔式生物滤池，其每一级处理单元的表层布管水采用穿孔管，布水时形成喷淋水结构，穿孔管的孔眼直径为6~12mm，孔眼流速为1.5~2.5m/s，安装高度为0.3~0.6m。

4. 根据权利要求3所述的集中式农村生活污水的深度处理方法，其特征在于所述的复合塔式生物滤池，使用定时器来控制潜水泵电源开关，将配水时间与系统落干时间比控制在1:3~1:5的范围内，将配水周期定位一天。

5. 根据权利要求1所述的集中式农村生活污水的深度处理方法，其特征在于所述的人工湿地，其进水部分采用矩形平顶堰配水；湿地上层是高度为25~45cm的填料层，填料为砂和细石，细石粒径为0.1~0.5cm；湿地下部是高度为10~15cm的填料层，填料为碎青石，粒径为3~5cm，以强化磷元素的去除；上、下两填料层组成填料床；填料床底部采用坡度设计；填料床上面为10~15cm高度的自由水面 ；

池底采用防水设计：首先铺设10~20cm厚的黏土层，夯实并找平，同时具有倾向出水端1%的坡度；然后铺设2mm厚强化塑料薄膜；为防止碎石填料将防渗透膜刺破，在防渗膜上部铺设0.8—1.5cm厚度的细砂。

6. 一种集中式农村生活污水的深度处理系统，其特征在于包括：水解酸化池，复合塔式生态滤池和表面流人工湿地系统；

污水经管网收集，先进入水解酸化池，然后通过扬程为5m以上的潜水电泵将污水抽上配水池；水解酸化池的生活污水布入复合塔式生态滤池，去除污水中的有机污染物、总氮、氨氮、总磷以及病原微生物；其尾水和经收集的降雨径流进入人工湿地系统进行深度处理； 

其中，所述水解酸化池为一有进、出口和检查口的填埋池；水解酸化池中设有砖混结构的挡板，以防发生短流，出水通过潜水泵投配到复合塔式生态滤池上方的高位配水槽中；

所述的复合塔式生态滤池由高位配水槽和一级或多级生态滴滤池依次连接组成；其中，每级生态滴滤池的表层为土地渗滤层，下层为生物滤层，该生物滤层由不同粒径的生物填料级配而成；复合式生态滤池为以微生物、植物、动物和填料为主要元素的生态型污水处理系统；

所述复合塔式生态滤池采用梯度塔层布局、多级处理单元串联的方式；一级生态滴滤池即为一塔层，构成一个处理单元；每个处理单元形状为方形、矩形或圆形；所谓梯度塔层布局是指多层塔层采取阶梯型组合，所谓多级处理单元串联是指梯度塔层布局的处理单元自上而下依次串联，污水经过一个单元的吸附、转化后，流入下一单元进行净化；

所述的人工湿地系统，是指按照湿地要求，根据当地地理环境而人工构建的系统。

7. 根据权利要求6所述的集中式农村生活污水的深度处理系统，其特征在于所述的复合塔式生物滤池中每层的生态滴滤池，其上层为土地渗滤层，是由当地土壤中添加了木屑或稻壳等含碳的丰富有机物、以及细砂组成的人工土层，其厚度为30~40cm，其中间有细砂、粒径为3~20mm碎石分层填充，该中间填充层厚度为10~15cm；其下层由粒径10~50mm、厚度为10~15cm的卵石组成；

土地渗滤层中投放有蚯蚓，蚯蚓密度为8~12g蚯蚓/L填料。

8. 根据权利要求7所述的集中式农村生活污水的深度处理系统，其特征在于所述的复合塔式生物滤池中，在每一级处理单元的人工土层的表层和内层分别设有布水管，在布水管的主进水管上安装有球门阀，通过阀门控制来调节量布水管水量分配；每一级表层的布水管为单排孔的PVC布水管，布水孔的直径为8mm~12mm，相邻布水孔的间距为20~35mm；内层布水管为双排孔的PVC布水管，布水孔的直径为6mm~12mm，相邻布水孔的间距为15mm~25mm，内层布水管的埋设深度为人工土层内25~30cm处；内层布水管周围是用土工布包裹的青石子，土工布外层即是人工土层；

所述的复合塔式生物滤池，污水从水解酸化池进入高位配水槽时采取跌水曝气方式，跌水级数为1~3级，每级跌水高度为0.4—0.6m；污水经潜水泵抽取投放入高位配水槽时，放置竖缝型跌水挡板以使污水冲击挡板后均匀分布；高位配水槽出水经球门阀与下一级处理单元的布水管接通；

所述的复合塔式生物滤池，其每一级处理单元的表层布管水采用穿孔管，布水时形成喷淋水结构，穿孔管的孔眼直径为6~12mm，孔眼流速为1.5~2.5m/s，安装高度为0.3~0.6m。

9. 根据权利要求8所述的集中式农村生活污水的深度处理系统，其特征在于所述的复合塔式生物滤池，使用定时器来控制潜水泵电源开关，将配水时间与系统落干时间比控制在1:3~1:5的范围内。

10. 根据权利要求9所述的集中式农村生活污水的深度处理系统，其特征在于所述的人工湿地，其进水部分采用矩形平顶堰配水；湿地上层是高度为25~45 cm的填料层，填料为砂和细石，细石粒径为0.1~0.5 cm；湿地下层是高度为10~15 cm的填料层，填料为碎青石，粒径为3~5 cm，以强化磷元素的去除；上、下两填料层组成填料床；填料床底部采用坡度设计；填料床上面为10~15cm高度的自由水面 ；

池底采用防水设计：首先铺设10~20cm厚的黏土层，夯实并找平，同时具有倾向出水端1%的坡度；然后铺设2mm厚强化塑料薄膜；为防止碎石填料将防渗透膜刺破，在防渗膜上部铺设0.8—1.5cm厚度的细砂。

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