CN103663676B - 一种农村生活污水无动力好氧生物处理的方法 - Google Patents

Abstract

一种农村污水无动力好氧生物处理的方法，属污水处理类(C02F)。主要解决传统生活污水处理工艺存在的土建工程量大、投资费用高、好氧曝气耗能巨大等问题。该技术利用农村丰富的青苔和竹编优势，发明一种无动力好氧风道综合处理系统。污水通过进水支管阀门进入配水槽，并均匀布满配水槽底部，完成第一次自然曝气；在配水槽以滴灌方式进入竹筐上、中、下三层青苔填充区，无动力好氧风道综合处理系统为其自动曝气氧气，完成第二次自然曝气，在青苔及微生物的过滤、吸附、降解等作用下，逐渐净化污水。系统无需人工曝气，无动力消耗，无需修建复杂构筑物，工程量小，无设备投入，操作简便，可实现准无人操作。适于农村中、低浓度的生活污水处理。

Description

一种农村生活污水无动力好氧生物处理的方法

(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、小乡镇生活污水的深度处理，属污水的处理类(C02F)。

(二)背景技术：

由于经济、技术、运行成本等原因，致使现有常规生活污水处理工艺难于在丘陵、山区等偏远分散的农村进行推广。如：传统活性污泥法、A₂/O法、CASS工艺等，存在如下缺陷：(1)土建工程量大，占地面积大，一次性投资费用高，运行管理复杂，对操作技术人员素质要求高等；(2)上述常规好氧工艺中，均需要通过人工曝气充氧，动能消耗巨大，运行成本高；(3)在常规生物处理环节，微生物对系统环境的运行参数，如pH、温度、溶解氧、C/N比、水力负荷等要求苛刻。

(三)发明内容：

本发明提出的一种农村生活污水无动力好氧生物处理的方法，主要针对性解决上述传统生活污水处理工艺存在的土建工程量大、投资费用高、好氧曝气耗能巨大等问题，充分利用农村具有丰富充足的天然青苔和竹编优势，发明一种无动力好氧风道形成的组合式综合处理系统自动充氧，从而实现对中、低浓度的农村生活污水进行有效处理。具有基建投资低、全程无动力消耗、运行费用低、操作管理简便、处理效果好等优点。其技术方案如下：

一种农村生活污水无动力好氧生物处理的方法，其所述方法包括：首先利用廉价易得的竹材编织成单个的竹筐，竹筐内装移植的青苔，形成单个竹筐生物好氧单元；然后将单个竹筐生物好氧单元按额定的组合方式堆放在一起形成生物好氧组合矩阵；再通过配水系统引入农村生活污水，生物好氧单元中的青苔在生物好氧组合矩阵中的无动力好氧风道作用下提供氧源、污水提供的营养源情况下逐渐形成生物床，进行新陈代谢，并实现对农村生活污水无动力好氧生物净化处理。其工作特征是：

1.见图1，工艺总图由1.1进水、1.2配水调节池、1.3无动力好氧风道综合处理系统、1.4集水池、1.5出水组成。农村生活污水依次通过以上流程，进行调节配水，在无动力好氧风道综合处理系统内净化后，经取样监测后达标排放或回用。

2.见图2，竹筐2.1由竹子编制而成，两侧安装竹编或麻绳制成的便携式提手2.2，方便搬运，内部用4根略长于竹筐直径的具有一定强度的竹枝插销2.3和2.4分两层(各2根)横向插入竹筐，并在其上分别放上夹层竹编格网2.10，在夹层竹编格网2.10上填充新鲜青苔2.5，使竹筐内部空间分隔为上2.6、中2.7、下2.8三层青苔填充区，以防止青苔2.5在长时间运行过程中板结、压实，并保证竹筐2.1内部具有良好的通风效果，从而形成单个竹筐生物好氧单元。

3.见图2，竹筐底部设置有竹筐竹编底座2.9，水可以透过竹筐内的青苔滴出，自然风也可以通过无动力好氧风道(见图4)穿过竹筐底部，以保证竹筐底部的透水性和透风性，使其处于好氧环境，从而促进青苔的生长及其对污水的吸附过滤作用，同时，有利于青苔内部寄生的微生物对污水进行好氧降解，提高出水水质。

4.见图2，竹筐内部空间分隔为上2.6、中2.7、下2.8三层青苔填充区，每层的青苔均不放置满，与上层竹编格网之间留有一定高度的空余空间，有利于无动力好氧风道的自然风穿透其中，使污水从最上层青苔填充区2.6逐层往下滴的过程中自然形成交替好氧-缺氧的降解环境，有利于青苔内部微生物对污水的COD、BOD₅、TN、TP等的降解。

5.见图2，竹筐内的青苔可对污水中的SS悬浮物进行物理过滤吸附，由于内部空间分为上、中、下三层青苔填充区，运行一段时间后，上层青苔填充区由于最先截留吸附大量SS，其过滤吸附能力要小于中层，同理，中层小于下层。为保证单个竹筐内青苔的降解活性，应人工将三层青苔进行位置轮换，即原来的上层轮换为下层，原来的中层轮换为上层，原来的下层轮换为中层，以此类推，根据实际运行情况，定期轮换，使青苔得以轮休，始终保持较高的吸附降解活性。

6.见图5，利用无动力好氧风道综合处理系统，对竹筐中的青苔进行第二次自然曝气充氧。在系统中，每个小六边形为单独一套配水槽及竹筐构建的一级模块5.1，以此一级模块作为“砖块”使用，按图5中的结构将每一个一级模块5.1按六边形拼接规律整齐排列成一个二级模块5.8，再按此排列方式将二级模块排列为更大的三级模块，各个模块之间的空隙则构建成了无动力好氧风道。其中一级模块之间的空隙为二级次风道5.3，二级模块之间的空隙为一级主风道5.1，二级次风道5.3的距离要小于一级主风道5.1的距离。自然风依次从三级模块全方位进入一级主风道5.1，再由一级主风道5.1穿过二级模块5.8分别进入二级次风道5.3，最后再由二级次风道5.3分别穿过一级模块5.1竹筐的上、中、下三层青苔填充区，形成360度全方位辐射进风效果，为竹筐内的青苔及微生物实现无动力曝气充氧。

7.见图5，无动力好氧风道综合处理系统中的一级模块5.1和二级模块5.8均设计为正六边形排列方式，是利用了自然风在穿过正六边形时，容易形成一种发散式辐射流态，此流态最利于自然风在最短的时间、最短的距离发散至最大的范围，且没有风道死角。

8.见图6，无动力好氧风道综合处理系统需构建在开阔通风处，同时，地面设计为阶梯状或一定斜坡6.2，竹筐模块放置在阶梯或斜坡上，竹筐出水沿着阶梯或斜坡自高而低的方向6.4流向竹筐出水收集沟6.6，使一级模块竹筐之间有纵向高度差，更利于自然风在各级风道中穿行，并增大竹筐与自然风的有效接触面积，从而提高无动力曝气充氧效果。

9.见图6，无动力好氧风道综合处理系统需用水泥砂浆硬化处理地面，且打磨光滑，减小地面粗糙系数，使地面风阻系数减小至最低，以提高无动力好氧风道通风效率。

10.见图3，配水系统由不锈钢配水槽3.1、配水孔3.2、配水区3.3、进水3.4、进水支管3.5、进水支管阀门3.6、配水槽挡水外缘3.9组成，其特征是：

A.不锈钢配水槽3.1由轻质不锈钢材料加工成正六边形且有一定高度配水槽挡水外缘3.8的水槽，不锈钢配水槽3.1底部均匀打上毫米级配水孔3.2，在六边形一个角落处开大孔，粘接上一定管径的PVC进水支管3.5，由进水支管阀门3.6控制。不锈钢配水槽3.1上面不加盖，使污水由进水支管3.5进入配水区3.3后，达到两个效果：(1)利用大气压力将污水从配水孔3.2自然往下滴入竹筐内的青苔上(见图4)，无需消耗动力；(2)污水能直接与外界空气大面积接触，实现处理前的第一次自然曝气，仍无需消耗动力；

B.配水孔3.2直径设计为毫米级，使污水呈现滴灌状态，以保证污水进入竹筐中的青苔后有足够的水力停留时间。配水孔3.2长时间运行后如发生堵塞，可人工定期进行清洁处理。

C.不锈钢配水槽3.1设计成正六边形及进水支管3.5设计在正六边形的一个角落，均是为了保证污水从进水支管3.5进入不锈钢配水槽3.1后能快速均匀分布于槽底，无死角和短流现象，水力条件好。

D.进水支管3.5离配水槽底部3.8有一定高度，以保证配水区3.7随时有污水，但此高度不能太大，否则将影响污水的第一次自然曝气效果。进水支管3.5的进水流速及流量根据实际运行情况通过进水支管阀门3.6单独控制或由外接总阀门控制，以保证处理效果。

11.见图4，每个不锈钢配水槽4.1下面放置一个竹筐4.11，且竹筐的直径与不锈钢配水槽六边形直径基本一致，以保证所有污水从不锈钢配水槽4.1的配水孔4.2中均匀滴入竹筐4.11内的青苔上，不滴入竹筐外，以免造成二次污染。

12.见图4，在运行过程中，由于不锈钢配水槽4.1采用轻质不锈钢，且槽内污水量不大，使其总重量较轻，放置在下面的竹筐4.11具有较大的机械强度，足以支撑不锈钢配水槽4.1及污水4.8，保证系统能长期稳定运行。确因时间较长，竹筐4.11出现腐烂塌陷现象，可以及时更换竹筐及其青苔或采用其他加固方式，以维持系统正常运行。

本发明有益效果：

(1)本发明充分利用农村丰富的天然青苔和竹编资源优势，采用的无动力好氧生物处理的方法，特别适于处理中、低浓度的农村污水，能有效去除污水中的SS、COD、BOD₅、TN、TP等，运行稳定，处理效果好。

(2)系统运行所需的竹编、青苔等原材料在农村均较为普遍，容易获取，且价格低廉，利于该技术在广大农村快速推广。

(3)不锈钢配水槽的设计采用正六边形，布水均匀，无死角和短流现象，形成滴灌效果，水力条件好。

(4)在无动力好氧风道综合处理系统设计中，充分利用了流体力学基本理论，将一级模块和二级模块均设计为正六边形排列方式，最大限度的保证了自然风在模块内的扩散效果，无风道死角。同时，将地面设计为阶梯状或一定斜坡，使一级模块竹筐之间有纵向高度差，更利于自然风在各级风道中穿行，并显著增大了竹筐与自然风的有效接触面积，从而提高无动力曝气充氧效果。

(5)在无动力好氧风道综合处理系统运行过程中，无需人工外力曝气充氧，整个污水处理过程无动力消耗，运行成本极低。

(6)系统无需修建传统生活污水处理工艺的各种复杂构筑物，工程量小，无设备投入，一次性投资低，操作使用简便，可实现准无人操作，处理效果稳定。

(四)附图说明：

图1工艺总图：1.1进水、1.2配水调节池、1.3无动力好氧风道综合处理系统、1.4集水池、1.5出水。

图2竹筐示意图(A正视图，B俯视图)：2.1竹筐、2.2便携式提手、2.3竹筐内第一层夹层竹枝插销、2.4竹筐内第二层夹层竹枝插销、2.5青苔、2.6竹筐上层青苔填充区、2.7竹筐中层青苔填充区、2.8竹筐下层青苔填充区、2.9竹筐竹编底座、2.10夹层竹编格网、2.11和2.12竹筐内夹层竹枝插销。

图3配水槽示意图(A俯视图，B正视图)：3.1不锈钢配水槽、3.2配水孔、3.3和3.7配水区、3.4进水、3.5进水支管、3.6进水支管阀门、3.8配水槽底部及配水孔、3.9配水槽挡水外缘。

图4配水槽及竹筐工作效果示意图(A俯视图，B正视图)：4.1不锈钢配水槽、4.2配水孔、4.3配水区、4.4进水、4.5进水支管、4.6和4.11竹筐、4.7进水支管阀门、4.8污水、4.9配水槽底部及配水孔、4.10配水槽挡水外缘。

图5无动力好氧风道示意图：5.1单独一套配水槽及竹筐构建的一级模块、5.2一级主风道、5.3二级次风道、5.4自然风走向、5.5竹筐出水流向、5.6竹筐出水收集沟、5.7流向集水池、5.8多套配水槽及竹筐构建的二级模块。

图6系统运行剖面图：6.1自然风走向、6.2阶梯状或斜坡地面、6.3竹筐一级模块、6.4竹筐出水流向、6.5竹筐出水、6.6竹筐出水收集沟。

(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，选取合适的位置修筑无动力好氧风道综合处理系统和集水池(见图5)，风道修筑在开阔地带，地面设计为阶梯状或一定斜坡，竹筐模块放置在阶梯或斜坡上(见图6)，以获得良好的通风效果；同时，人工采集或培植青苔，并准备大量符合规格要求的竹筐；最后，按图4方法将青苔放入竹筐中，将竹筐模块按图5和图6方式整齐排列，并接通管道，开始运行。在运行过程中，定期检查不锈钢配水槽(图4中4.8)中的污水是否有效的流入竹筐，配水孔(图4中4.9)是否堵塞，竹筐里的青苔是否具有活性，上、中、下三层青苔是否应该轮换以保持其活性；并跟踪监测出水收集池(图1中1.4)的水样，检查是否达到预期处理效果，以便及时调整系统。

工作过程：

1、农村生活污水流入(或提升进入)高位生活污水配水调节池(图1中1.2)，短时间沉淀后由配水总管分散进入各进水支管(图4中4.5)，通过进水支管阀门4.7控制其水量和流速，污水进入不锈钢配水槽4.1，并快速均匀布满不锈钢配水槽底部，完成第一次自然曝气充氧。

2、污水在不锈钢配水槽底部以滴灌的方式逐滴通过配水孔4.2，滴入竹筐上层青苔填充区(图2中2.6)，经上层青苔过滤、吸附、降解后，污水滴入竹筐中层青苔填充区(图2中2.7)，随后再滴入竹筐下层青苔填充区(图2中2.8)，在此过程中，无动力好氧风道综合处理系统为其提供充足的氧气，完成第二次自然曝气充氧，并进行充分的好氧-缺氧交替运行，逐渐将污水进行净化。

3、见图2，为保证单个竹筐内青苔的降解活性，系统运行一段时间后，人工将竹筐内上、中、下三层青苔进行位置轮换，即原来的上层轮换为下层，原来的中层轮换为上层，原来的下层轮换为中层，以此类推，根据实际运行情况，定期轮换，使青苔得以轮休，始终保持较高的吸附降解活性。

4、最终净化处理后的出水通过竹筐底部流至无动力好氧风道综合处理系统地面的阶梯，并顺着阶梯坡度流至竹筐出水收集沟(图6中6.6)，最终靠重力自流至出水收集池(图1中1.4)，使出水符合相关标准，收集池的出水可达标排放或用于农业灌溉。

5、定期从出水收集池(图1中1.4)抽取水样，跟踪监测分析出水是否达标，以适时调整系统。

Claims (7)

1.一种农村生活污水无动力好氧生物处理的方法，农村生活污水流入高位生活污水配水调节池，短时间沉淀后由配水总管分散进入各进水支管，通过进水支管阀门控制其水量和流速，生活污水进入不锈钢配水槽，并快速均匀布满不锈钢配水槽底部，完成第一次自然曝气充氧，生活污水在不锈钢配水槽底部以滴灌的方式逐滴通过配水孔，滴入竹筐上层青苔填充区，经上层青苔过滤、吸附、降解后，生活污水滴入竹筐中层青苔填充区，随后再滴入竹筐下层青苔填充区，在此过程中，无动力好氧风道综合处理系统为其提供充足的氧气，完成第二次自然曝气充氧，并进行充分的好氧-缺氧交替运行，逐渐将生活污水进行净化，其特征在于，利用廉价易得的竹材编织成单个的竹筐，竹筐内装移植的青苔，形成单个竹筐生物好氧单元，所述竹筐由竹子编制而成，两侧安装竹编或麻绳制成的便携式提手，方便搬运，内部用4根略长于竹筐直径的具有一定强度的竹枝插销分两层横向插入竹筐，并在其上分别放上夹层竹编格网，在夹层竹编格网上填充新鲜青苔，使竹筐内部空间分隔为上层、中层、下层青苔填充区，以防止青苔在长时间运行过程中板结、压实，并保证竹筐内部具有良好的通风效果，从而形成单个竹筐生物好氧单元；然后将单个竹筐生物好氧单元按额定的组合方式堆放在一起形成生物好氧组合矩阵，所述按额定的组合方式堆放在一起形成生物好氧组合矩阵为每个小六边形为单独一套不锈钢配水槽及竹筐构建的一级模块，以此一级模块作为“砖块”使用，将每一个一级模块按六边形拼接规律整齐排列成一个二级模块，再按此排列方式将二级模块排列为更大的三级模块，各个模块之间的空隙则构建成了无动力好氧风道，其中一级模块之间的空隙为二级次风道，二级模块之间的空隙为一级主风道，二级次风道的距离要小于一级主风道的距离，自然风依次从三级模块全方位进入一级主风道，再由一级主风道穿过二级模块分别进入二级次风道，最后再由二级次风道分别穿过一级模块竹筐的上层、中层、下层青苔填充区，形成360度全方位辐射进风效果，为竹筐内的青苔及微生物实现无动力曝气充氧。

2.权利要求1所述农村生活污水无动力好氧生物处理的方法，其特征是所述竹筐底部设置有竹编底座，生活污水透过竹筐内的青苔滴出，自然风通过无动力好氧风道穿过竹筐底部，以保证竹筐底部的透水性和透风性，使其处于好氧环境，从而促进青苔的生长及其对生活污水的吸附过滤作用，同时有利于青苔内部寄生的微生物对生活污水进行好氧降解，提高出水水质。

3.权利要求1所述农村生活污水无动力好氧生物处理的方法，其特征是所述竹筐内部空间分隔为上层、中层、下层青苔填充区，每层的青苔均不放置满，与上层竹编格网之间留有一定高度的空余空间，有利于无动力好氧风道的自然风穿透其中，使生活污水从最上层青苔填充区逐层往下滴的过程中自然形成交替好氧一缺氧的降解环境，有利于青苔内部微生物对生活污水的COD、BOD₅、TN、TP的降解。

4.权利要求1所述农村生活污水无动力好氧生物处理的方法，其特征是所述竹筐内的青苔对生活污水中的SS悬浮物进行物理过滤吸附，由于内部空间分为上层、中层、下层青苔填充区，运行一段时间后，上层青苔填充区由于最先截留吸附大量SS，其过滤吸附能力要小于中层，同理，中层小于下层；为保证单个竹筐内青苔的降解活性，应人工将三层青苔进行位置轮换，即原来的上层轮换为下层，原来的中层轮换为上层，原来的下层轮换为中层，以此类推，根据实际运行情况，定期轮换，使青苔得以轮休，始终保持较高的吸附降解活性。

5.权利要求1所述农村生活污水无动力好氧生物处理的方法，所述无动力好氧风道综合处理系统，其特征是：

A.所述无动力好氧风道综合处理系统中的一级模块和二级模块均设计为正六边形排列方式，是利用了自然风在穿过正六边形时，容易形成一种发散式辐射流态，此流态最利于自然风在最短的时间、最短的距离发散至最大的范围，且没有风道死角；

B.所述无动力好氧风道综合处理系统需构建在开阔通风处，同时，地面设计为阶梯状或一定斜坡，竹筐模块放置在阶梯或斜坡上，竹筐出水沿着阶梯或斜坡自高而低的方向流向出水收集沟，使一级模块竹筐之间有纵向高度差，更利于自然风在各级风道中穿行，并增大竹筐与自然风的有效接触面积，从而提高无动力曝气充氧效果。

6.权利要求1所述农村生活污水无动力好氧生物处理的方法，其特征是所述无动力好氧风道综合处理系统需用水泥砂浆硬化处理地面，且打磨光滑，减小地面粗糙系数，使地面风阻系数减小至最低，以提高无动力好氧风道通风效率。

7.权利要求1所述农村生活污水无动力好氧生物处理的方法，其特征是：

A.不锈钢配水槽是由轻质不锈钢材料加工成正六边形且有一定高度配水槽挡水外缘的水槽，不锈钢配水槽底部均匀打上毫米级配水孔，在正六边形一个角落处开大孔，粘接上一定管径的PVC进水支管，由进水支管阀门控制；不锈钢配水槽上面不加盖，使生活污水由进水支管进入配水区；

B.配水孔直径设计为毫米级，使生活污水呈现滴灌状态，以保证生活污水进入竹筐中的青苔后有足够的水力停留时间；

C.不锈钢配水槽设计成正六边形及进水支管设计在正六边形的一个角落，均是为了保证生活污水从进水支管进入不锈钢配水槽后能快速均匀分布于槽底，无死角和短流现象，水力条件好；

D.进水支管离不锈钢配水槽底部有一定高度，以保证配水区随时有生活污水，但此高度不能太大，否则将影响生活污水的第一次自然曝气效果；进水支管的进水流速及流量根据实际运行情况通过进水支管阀门单独控制或由外接总阀门控制，以保证处理效果。