CN103641282B - 一种农村生活污水地表慢速渗滤土地处理的方法 - Google Patents

Abstract

一种农村生活污水地表慢速渗滤土地处理的方法，属污水的处理类（C02F）。解决由于农村基础设施落后，资金缺乏，传统处理工艺复杂等造成的农村生活污水集中处理困难的难题。该技术主要包括干湿分离池、收集沉淀池、地表慢速渗滤沟三大系统，能实现污水的经济、高效、节能处理。具有一次性基建投资低、运行费用低、可实现准无人操作、管理简便、长期运行效果稳定等优点。尤其适于中西部丘陵地区农村中、低浓度的生活污水的集中处理，也可适用于农村养殖污水、小乡镇生活污水的集中处理。

Description

一种农村生活污水地表慢速渗滤土地处理的方法

(一)技术领域：

本发明涉及一种农村生活污水处理技术，尤其适于中西部丘陵地区农村中、低浓度的生活污水的集中处理，也可适用于农村养殖污水、小乡镇生活污水的集中处理，属污水的处理类（C02F）。

(二)背景技术：

当前，水环境污染已经成为我国可持续发展面临的严峻挑战之一。长期以来，我国污水治理的重点主要集中在城市生活污水和工业点源污染，而广大农村地区的水污染问题并没有受到充分的重视，农村水污染严重。我国目前共有60多万个行政村、250多万个自然村，居住生活着2亿多农户、近8亿人。目前全国农村有6亿多人实现了饮水安全和基本安全，但农村排水状况却不容乐观，96％的村庄没有排水渠道和污水处理系统，污水处理率低，大部分生活污水都随意排放，直接进入河流，或排出室外空地后任意渗入地下，少部分经化粪池简单处理之后渗入地下，严重污染河水。所以，生活污水已成为目前农村水体污染的主要污染源之一，使农村地区环境状况日益恶化，使农村环境质量明显下降，直接威胁着广大农民群众的生存环境和身体健康，制约了农村经济的健康发展，农村环境状况令人担忧。

现有的与本发明接近的农村生活污水处理技术，其主要缺陷如下：（1）采用的生活污水处理方法主要是通过大型城市污水处理厂土建工程方式，这种方式包括土建池体、机房、设备等，主要通过厌氧、好氧工艺的设计来保证污水在其中的降解效果，工艺复杂；（2）土建量大，占地面积宽，一次性投资高，操作管理专业性强，运行不稳定，能源消耗大，运行成本高，在中西部偏远农村地区难于大范围推广。

针对我国农村基础设施落后，环境治理资金缺乏，几乎无专业技术人员的情况，该技术利用低耗能干湿分离技术及土壤的自然净化能力，把污水处理与资源化综合利用相结合，实现污水的经济、高效、节能处理，具有一次性基建投资低、运行费用低、可实现准无人操作、管理简便、长期运行效果稳定等优点。

(三)发明内容：

本发明提出的一种农村生活污水地表慢速渗滤土地处理的方法，既能保证处理效果又不用按照传统方式修筑各种复杂的污水处理工艺池。其技术方案如下：

1.一种农村生活污水地表慢速渗滤土地处理的方法，其所述方法包括干湿分离池、收集沉淀池、地表慢速渗滤沟三大系统，其特征是：

A.见图2，干湿分离池采用无动力自然分离原理，由2.1干粪堆场、2.2堆场滤液导流槽、2.3原液池、2.4过滤网、2.5滤网滤液出水管、2.6滤液池、2.7导流槽一级阻滤网、2.8导流槽二级阻滤网组成。

B.见图1，农村生活污水经干湿分离池干湿分离后，再通过收集沉淀池进行过滤、收集、沉淀、配水，进入地表慢速渗滤沟净化处理。

2.见图2，将农村粪水原液人工放入原液池2.3，或直接在原液池2.3上修筑农村厕所使之自动进入原液池2.3，粪水原液通过过滤网2.4过滤，除去SS悬浮物，经过滤网2.4过滤后的粪水2.10进入滤液池2.6。

3.见图2，经过滤网2.4过滤后截留的沉积在原液池2.3池底的粪渣由人工定期清掏至干粪堆场2.1，粪渣2.9堆放在干粪堆场2.1上进行自然干化及堆肥发酵，干粪堆场2.1向原液池2.3方向设计倾斜坡度，以利于粪渣2.9中的水份通过堆场滤液导流槽2.2进入滤液池2.6，堆场滤液导流槽2.2中设导流槽一级阻滤网2.7和导流槽二级阻滤网2.8，进行二次过滤后进入滤液池2.6，再由滤网滤液出水管2.5重力自流或提升泵将粪水2.10抽至收集沉淀池。滤液池2.6经长期运行后，可人工定期将池底沉淀细粪渣清掏至原液池2.3再次过滤或清掏至干粪堆场2.1。同理，堆场滤液导流槽2.2中经导流槽一级阻滤网2.7和导流槽二级阻滤网2.8二次过滤后，可人工定期将截留沉淀在堆场滤液导流槽2.2槽底的沉淀细粪渣清掏至原液池2.3再次过滤或清掏至干粪堆场2.1。此系统可有效将粪水原液进行干湿分离，并且有利于粪渣的集中处理和综合利用。

4.见图2，干湿分离池采用砖混结构，过滤网2.4采用高密度不锈钢网，网孔径根据实际情况选用，池顶可密封，设人工清掏孔和排气孔，可开关，以制造厌氧环境，使其在干湿物理分离过程中进行厌氧生物发酵，以降低COD、BOD₅含量，为后续处理系统减轻负荷。

5.见图2，对于干湿分离池出水污水不能重力自流进入收集沉淀池的情形，干湿分离池的污水通过提升泵进入收集沉淀池。

6.见图1、图3，干湿分离池1.1排出的粪水进入收集沉淀池1.2（图1），详细过程见图3，干湿分离池排出的粪水由粪水进水管3.2进入收集沉淀池，并由一排各自独立的滴定阀门3.11以滴定方式慢速流出，进入地表慢速渗滤沟1.3（图1），滴速根据实际运行情况通过滴定阀门3.11进行调节。池中产生的气体经排气孔3.8排出，过量的液体通过溢流管3.3回流至干湿分离池中的滤液池，收集沉淀池池底沉积的沉渣由排泥管3.6或污泥清掏孔3.7人工排泥或人工清掏后，转至干粪堆场堆放。

7.见图3，收集沉淀池的滴定阀门3.11安装距离池底设置额定高度18-25cm，以防止长时间运行后池底沉淀的沉渣堵塞滴定阀门3.11；同时，滴定阀门采用并联独立安装，以防止其中一个滴定阀门堵塞后影响其他滴定阀门的正常运行。

8.见图3，收集沉淀池可起水量、水质调节和预处理作用。采用砖混结构，池顶可密封，以制造厌氧和缺氧环境，在硝化菌、亚硝化菌和反硝化菌的作用下，进行硝化和反硝化过程，实现生物脱氮；同时，在厌氧-缺氧交替运行环境中，利用聚磷微生物具有厌氧释磷及缺氧超量吸磷的特性，实现对磷的降解。

9.见图1，农村粪水原液经干湿分离池1.1、收集沉淀池1.2过滤、收集、沉淀后，进入地表慢速渗滤沟1.3，详细过程见图4，通过收集沉淀池滴定阀门调节流量流速后排出的污水，通过管道或露天渗滤沟流至网状地表慢速渗滤系统（4.1至4.4），地表慢速渗滤系统采用毛细作用强的矩阵网状分叉形式，规律的分布在有坡度的林地4.7，使其可以沿地表慢速渗滤水流方向4.5重力自流至坡底的渗滤出水截流沟4.9，无需消耗动能，再通过渗滤出水截流沟4.9将出水沿渗滤出水截流沟水流方向4.8汇聚至清水池（或水塘）4.11，并可通过监测取样井4.12取样，定期监测分析出水是否达标，以调节滴定阀门的滴速，最终使出水符合相关标准。

10.见图4，地表慢速渗滤沟直接在有坡度的林地4.7掏挖成土沟即可，渗滤沟的尺寸大小顺序为：一级渗滤沟4.1>二级渗滤沟4.2>三级渗滤沟4.3>四级渗滤沟4.4，其他依此类推，使污水在沟内的流量和流速逐级减小，通过分级渗滤后，实现污水与空气接触面积越来越大，提高渗滤系统自然曝气效率，并保证足够的水力停留时间，从而提高系统对污水的处理效果。

11.见图4，地表慢速渗滤沟的坡度林地要求选用通透性能强、活性高、水力负荷大、处理效率好的土质。如无此类土质条件，可据此用砂、草木灰及耕作土壤人工配置成滤料，制成人工渗滤床。待系统运行一段时间后，对渗滤床进行耕作翻新，以恢复其渗滤能力。

12.见图4，地表慢速渗滤沟中的污水在地表向下慢速渗滤过程中，可以充分利用土壤-微生物-植物系统的净化能力，经过土壤的物理、化学作用和微生物的生化作用以及植物吸收利用后得到净化。污水可根据实际运行情况周期性向渗滤沟灌水和休灌，使表层土壤处于淹水和干燥，即厌氧、缺氧和好氧交替运行状态，从而有利于氮、磷的去除。同时，在干湿交替运行环境下，有利于长期运行后形成的土壤表层膜脱水干化后自然脱落，使土壤通透性、生物活性及滤速得以恢复，实现渗滤系统的自动更新。

13.见图5，地表慢速渗滤沟结合当地土质、气候进行设计，容易形成由乔木5.2、灌木或农作物5.3、草本植物5.4、苔藓及蕨类5.5、微生物等为一体的生物多样性杂生原生态系统。运行过程形成两个阶段：第一阶段，渗滤初级阶段，污水流经网状毛细地表慢速渗滤沟5.8，形成主要以地下物理过滤5.7、地面自然蒸发5.6、物化吸附等作用机理为主，生物降解为辅的处理阶段；随着系统的不断运行，网状毛细地表慢速渗滤沟5.8表面会逐渐形成以各种苔藓、蕨类及微生物为优势群体的复杂生态系统，由此进入第二阶段，渗滤高级阶段，污水中的各种污染物被苔藓、蕨类及微生物拦截吸附，并不断进行彻底的生物降解，实现对污水的深度净化，此阶段以生物降解为主、物理及物化作用为辅。

14.见图5，地表慢速渗滤沟在运行过程中，由于地表慢速渗滤沟的水量、水深较小，地表慢速渗滤沟横向宽度较大，与大气接触面积大，且始终处于太阳5.1照射环境下，可起到天然紫外线杀毒功效，既克服了同类技术需单独设立消毒设施的繁琐环节问题，又保证了出水水质。

本发明有益效果：

（1）本发明采用的干湿分离池，能有效地去除农村污水中的SS悬浮物，而地表慢速渗滤沟，能有效地降解污水中的COD、BOD₅、TN、TP等，同时，慢速渗滤过程对渗滤沟周围的植物也有肥效作用。

（2）用干湿分离池代替格栅和沉淀池，可解决无地修筑池体的实际困难，且运行简单，基本无动力消耗，运行成本低。

（3）收集沉淀池设计独立可调节阀门，可根据地表慢速渗滤沟运行情况及出水水质进行适时调节，使渗滤效果得到实时有效控制。

（4）整个系统可因地制宜进行设计，施工简单，在渗滤系统部分无能耗，操作使用方便，可实现准无人操作，处理效果稳定、投资及运行费用低。

（5）地表慢速渗滤沟通过干、湿交替运行设计，使长期运行后形成的土壤表层膜在干燥运行状态时，脱水干化后自然脱落，使土壤通透性、生物活性及滤速得以恢复，实现渗滤系统的自动更新，有效解决了传统类似技术土壤会堵塞的弊病。

（6）地表慢速渗滤沟的水量、水深较小，地表慢速渗滤沟横向宽度较大，与大气接触面积大，且始终处于太阳照射环境下，可取到天然紫外线杀毒功效，既克服了同类技术需单独设立消毒设施的繁琐环节问题，又保证了出水水质。

(四)附图说明：

图1工艺总图：1.1干湿分离池、1.2收集沉淀池、1.3地表慢速渗滤沟、1.4清水池、1.5污泥回流系统。

图2干湿分离池三维图：2.1干粪堆场、2.2堆场滤液导流槽、2.3原液池、2.4过滤网、2.5滤网滤液出水管、2.6滤液池、2.7导流槽一级阻滤网、2.8导流槽二级阻滤网、2.9粪渣、2.10粪水。

图3收集沉淀池示意图（A正视图，B俯视图）：3.1和3.12粪水进水管阀门、3.2和3.13粪水进水管、3.3和3.14溢流管、3.4沉淀区、3.5和3.15排泥管阀门、3.6和3.16排泥管、3.7污泥清掏孔、3.8和3.19排气孔、3.9沉淀区液面、3.10收集沉淀池体、3.11和3.20滴定阀门、3.17污泥清掏孔顶盖、3.18拉手。

图4地表慢速渗滤沟平面图：4.1一级渗滤沟、4.2二级渗滤沟、4.3三级渗滤沟、4.4四级渗滤沟、4.5地表慢速渗滤水流方向、4.6植被、4.7有坡度的林地、4.8渗滤出水截流沟水流方向、4.9渗滤出水截流沟、4.10连接沟、4.11清水池（或水塘）、4.12监测取样井。

图5地表慢速渗滤沟剖面图：5.1太阳、5.2乔木、5.3灌木或农作物、5.4草本植物、5.5苔藓及蕨类、5.6地面自然蒸发、5.7地下物理过滤、5.8地表慢速渗滤沟、5.9出水、5.10渗滤出水截流沟。

(五)具体实施方式：

见图1，首先根据农村农户之间的距离和当地的环境条件确定系统总平面布置方案和管道的铺设位置；然后进行土建施工，挖沟、铺设污水管道或用砖砌体修建成暗渠，选取合适的过滤网安装在干湿分离池；污水进入干湿分离池后，进行自然无动力过滤，由带喇叭口PVC管将滤液重力流或由泵提升至收集沉淀池；收集沉淀池由进水口、溢流管、污泥清掏孔、排气孔、滴定阀门和排泥管组成，可适时调节将污水排至渗滤沟；渗滤沟呈矩阵网状规律的分布在具有一定坡度的林地里，并且定时检查，防止其堵塞；渗滤沟的出水由渗滤出水截流沟收集汇入清水池，定期采样监测其出水水质。

工作过程：

1、见图2，农村粪水原液人工放入或用泵提升进入干湿分离池的原液池2.3，通过过滤网2.4让干粪渣截留在原液池2.3处，粪水经过滤网2.4流入滤液池2.6，实现第一次粪水原液干湿分离；然后，人工将第一次干湿分离后的粪渣定期清掏至干粪堆场2.1，进行自然干化及堆肥发酵，粪渣中残留的水份经过倾斜坡度自然流入堆场滤液导流槽2.2，进入滤液池2.6，实现第二次干湿分离；在堆场滤液导流槽2.2设置2.7和2.8两级导流槽阻滤网，以防止粪渣进入滤液池2.6，再由滤网滤液出水管2.5重力自流或提升泵将粪水2.10抽至图3收集沉淀池。滤液池2.6经长期运行后，可人工定期将池底沉淀细粪渣清掏至原液池2.3再次过滤或清掏至干粪堆场2.1。同理，堆场滤液导流槽2.2中经导流槽一级阻滤网2.7和导流槽二级阻滤网2.8二次过滤后，可人工定期将截留沉淀在堆场滤液导流槽2.2槽底的沉淀细粪渣清掏至原液池2.3再次过滤或清掏至干粪堆场2.1。至此，完成干湿分离过程。

2、见图3，粪水原液经过干湿分离池的分离后，将粗大的SS悬浮物去除，过滤后的粪水经粪水进水管3.2进入收集沉淀池的沉淀区3.4；并由一排各自独立的滴定阀门3.11以滴定方式慢速滴出，进入图4地表慢速渗滤沟，滴速根据实际运行情况通过滴定阀门3.11进行调节。收集沉淀池中产生的气体经排气孔3.8自动排出，过量的粪水通过溢流管3.3回流至图2的滤液池2.6，收集沉淀池产生的少量沉渣由池底的排泥管3.6或污泥清掏孔3.7人工排泥或人工清掏后，转至图2的干粪堆场2.1进行干湿分离，如此循环将泥水最大化的分离。

3、见图4，收集沉淀池通过滴定阀门3.11将污水滴入一级渗滤沟4.1，然后分别流入平行的二级渗滤沟4.2，再分别流入平行的三级渗滤沟4.3，其他依此类推，逐级渗滤，从而实现地表慢速渗滤沟对污水的净化作用；当污水通过各级渗滤沟流至有坡度的林地4.7的坡底部时，由渗滤出水截流沟4.9将渗滤后的出水收集汇入清水池（或水塘）4.11；从监测取样井4.12抽取水样，定期监测分析出水是否达标，以调节滴定阀门的滴速，最终使出水符合相关标准；清水池的水可达标排放或用于农业灌溉。

Claims (10)

1.一种农村生活污水地表慢速渗滤土地处理的方法，其所述方法包括干湿分离池、收集沉淀池、地表慢速渗滤沟三大系统，其特征是：

A.干湿分离池采用无动力自然分离原理，由干粪堆场、堆场滤液导流槽、原液池、过滤网、滤网滤液出水管、滤液池、导流槽一级阻滤网、导流槽二级阻滤网组成，干粪堆场向原液池方向设计倾斜坡度；

B.农村生活污水经干湿分离池干湿分离后、再通过收集沉淀池进行过滤、收集、沉淀、配水，收集沉淀池的滴定阀门安装距离池底设置额定高度18-25cm，同时，滴定阀门采用并联独立安装，污水以滴定方式慢速流出，进入地表慢速渗滤沟净化处理。

2.权利要求1所述一种农村生活污水地表慢速渗滤土地处理的方法，其特征是所述A步骤干湿分离池采用砖混结构，过滤网采用高密度不锈钢网，网孔径根据实际情况选用，池顶可密封，设人工清掏孔和排气孔，可开关，以制造厌氧环境，使其在干湿物理分离过程中进行厌氧生物发酵，以降低COD、BOD₅含量，为后续处理系统减轻负荷。

3.权利要求1所述一种农村生活污水地表慢速渗滤土地处理的方法，其特征是所述A步骤干湿分离池排出的粪水由粪水进水管进入收集沉淀池，并由一排各自独立的滴定阀门以滴定方式慢速流出，进入地表慢速渗滤沟，滴速根据实际运行情况通过滴定阀门进行调节；池中产生的气体经排气孔排出，过量的液体通过溢流管回流至干湿分离池中的滤液池，收集沉淀池池底沉积的沉渣由排泥管或污泥清掏孔人工排泥或人工清掏后，转至干粪堆场堆放。

4.权利要求3所述一种农村生活污水地表慢速渗滤土地处理的方法，其特征是所述收集沉淀池的滴定阀门安装距离池底设置额定高度18-25cm，以防止长时间运行后池底沉淀的沉渣堵塞滴定阀门；同时，滴定阀门采用并联独立安装，以防止其中一个滴定阀门堵塞后影响其他滴定阀门的正常运行。

5.权利要求1所述一种农村生活污水地表慢速渗滤土地处理的方法，其特征是所述B步骤详细过程是，通过收集沉淀池阀门调节流量流速后排出的污水，通过管道或露天渗滤沟流至网状地表慢速渗滤系统，地表慢速渗滤系统采用毛细作用强的矩阵网状分叉形式，规律的分布在有坡度的林地，使其可以沿地表慢速渗滤水流方向重力自流至坡底的渗滤出水截流沟，无需消耗动能，再通过渗滤出水截流沟将出水沿渗滤出水截流沟水流方向汇聚至清水池，并可通过监测取样井取样，定期监测分析出水是否达标，以调节滴定阀门的滴速，最终使出水符合相关标准。

6.权利要求1所述一种农村生活污水地表慢速渗滤土地处理的方法，其特征是所述B步骤地表慢速渗滤沟直接在有坡度的林地掏挖成土沟即可，渗滤沟的尺寸大小顺序为：一级渗滤沟>二级渗滤沟>三级渗滤沟>四级渗滤沟，其他依此类推，使污水在沟内的流量和流速逐级减小，通过分级渗滤后，实现污水与空气接触面积越来越大，提高渗滤系统自然曝气效率，并保证足够的水力停留时间，从而提高系统对污水的处理效果。

7.权利要求1所述一种农村生活污水地表慢速渗滤土地处理的方法，其特征是所述B步骤地表慢速渗滤沟的坡度林地要求选用通透性能强、活性高、水力负荷大、处理效率好的土质；如无此类土质条件，可据此用砂、草木灰及耕作土壤人工配置成滤料，制成人工渗滤床；待系统运行一段时间后，对渗滤床进行耕作翻新，以恢复其渗滤能力。

8.权利要求1所述一种农村生活污水地表慢速渗滤土地处理的方法，其特征是所述B步骤地表慢速渗滤沟中的地表慢速渗滤沟中的污水在地表向下慢速渗滤过程中，可以充分利用土壤-微生物-植物系统的净化能力，经过土壤的物理、化学作用和微生物的生化作用以及植物吸收利用后得到净化；污水可根据实际运行情况周期性向渗滤沟灌水和休灌，使表层土壤处于淹水和干燥，即厌氧、缺氧和好氧交替运行状态，从而有利于氮、磷的去除；同时，在干湿交替运行环境下，有利于长期运行后形成的土壤表层膜脱水干化后自然脱落，使土壤通透性、生物活性及滤速得以恢复，实现渗滤系统的自动更新。

9.权利要求1所述一种农村生活污水地表慢速渗滤土地处理的方法，其特征是所述B步骤地表慢速渗滤沟应结合当地土质、气候进行设计，容易形成由乔木、灌木或农作物、草本植物、苔藓及蕨类、微生物为一体的生物多样性杂生原生态系统。

10.权利要求9所述一种农村生活污水地表慢速渗滤土地处理的方法，其生物多样性杂生原生态系统运行过程形成两个阶段：第一阶段，渗滤初级阶段，污水流经网状毛细地表慢速渗滤沟，形成主要以地下物理过滤、地面自然蒸发、物化吸附作用机理为主，生物降解为辅的处理阶段；随着系统的不断运行，网状毛细地表慢速渗滤沟表面会逐渐形成以各种苔藓、蕨类及微生物为优势群体的复杂生态系统，由此进入第二阶段，渗滤高级阶段，污水中的各种污染物被苔藓、蕨类及微生物拦截吸附，并不断进行彻底的生物降解，实现对污水的深度净化，此阶段以生物降解为主、物理及物化作用为辅。