CN104556378A - 一种农村生活污水的一体化处理系统及其工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种农村生活污水的一体化处理系统，包括罐体及罐体内依次连通的进水调节单元、处理单元和出水调节单元，处理单元包括：厌氧水解酸化处理室，内设迂回的污水通道，污水通道入口与进水调节单元相通，污水通道内设有填料；层叠式生态滤池处理室包括相互隔离的上下两层生态滤池；上层生态滤池的顶部设有与污水通道的出口相通的布水管，内设有带通孔的集水散气管，集水散气管顶部延伸至上层生态滤池上方，集水散气管的底部连通至下层生态滤池；下层生态滤池与出水调节单元相通。本发明的一体化处理系统，将厌氧水解酸化处理与层叠式生态滤池处理工艺集成，提高了土壤渗流系统的复氧能力，为好氧/缺氧反应的进行创造了有利条件。

Description

一种农村生活污水的一体化处理系统及其工艺

技术领域

本发明涉及污水处理的技术领域，尤其涉及一种农村生活污水的一体化处理系统及其工艺。

背景技术

近几年，城市生活污水的处理越来越趋于规范化，纳入集中式城市污水处理厂进行统一处理，一般城市污水处理厂多采用活性污泥法、生物膜法、接触氧化法等工艺。农村地区的生活污水一般具有水量小但波动大的特点，若采用城市污水处理厂的传统污水处理工艺，其投资成本高、工艺流程长、容易造成二次污染。

据调研资料显示，浙江省农村地区大多分布相对比较分散，有些处于山区和半山区的农村居民，其距离附近城镇较远，直接纳入城镇污水处理厂十分不便，所以研究投资省、处理效率高、适用于分散式小水量的农村生活污水处理工艺则是一个十分迫切的技术问题。

由于其地形地势原因，农村地区多宜采用自然处理系统，如土地渗滤系统、人工湿地污水处理系统、生态沟渠生态塘等。但是其占地面积大、处理效率低、运行管理不便等问题一直存在。

公开号为CN103880252A的中国专利文献公开了一种农村生活污水一体化处理设备，包括水解酸化池、接触氧化池、MBR膜生物反应器和消毒池，各处理单元按照工艺顺序串联，污水由水解酸化池接入，经水解酸化、接触氧化、生物膜过滤和消毒处理后，由消毒池出水口出水。运用该处理设备处理农村生活污水，具有噪声低、臭气污染低等特点，但是其采用传统的污水处理工艺，体积相对较大，占地面积大，设置的污泥回流装置需耗费大量电能，农村地区一般能够被利用建设污水处理设施的土地十分有限，污水中氮磷含量较高，该设备的脱氮除磷功能有限。

人工湿地是20世纪50年代后发展起来的一种污水处理技术，并在70年代后在全世界范围内进行了广泛的研究。在人工湿地污水处理系统中，供氧不足是影响净化效果的限制性因子，特别是对氮素的去除。在常见的几种复合人工湿地中，垂直流-水平潜流复合湿地不需设置回流且能充分利用垂直流湿地复氧能力强、对耗氧有机物去除效果好、硝化能力强以及水平潜流湿地反硝化能力强的特点，促进了微生物的硝化-反硝化脱氮，形成对氮素去除具有独特优势的复合湿地系统。但传统的垂直流-水平潜流复合湿地污水处理技术也存在缺点，主要表现在以下方面：

1、复氧能力有限，人工湿地主要依靠自然复氧和湿地植物根际的氧化机制，氧化能力有限，当污染负荷较高时，即使采用垂直流-水平潜流复合湿地仍存在氧量难以达到充分降解有机物并将氨氮转化的目的，不能产生大量的硝酸盐作为反硝化的底物，导致复合湿地系统中硝化-反硝化途径不畅通。

2、易堵塞，当进水污染负荷较高时，容易造成湿地中污染物积累，致使填料渗透系数下降，污水流通不畅，导致在湿地表面形成积水层，阻碍了空气中氧气进入，降低好氧微生物的活性。

发明内容

本发明提供了一种农村生活污水的一体化处理系统，通过将厌氧水解酸化处理与层叠式生态滤池处理工艺进行集成，同时在生态滤池处理工艺中采用了特殊结构的布水及集水散气系统，提高了人工湿地土壤渗流系统的复氧能力，为好氧/缺氧反应的进行创造了有利条件，其处理效率高，占地面积小，一体化结构模式便于搬运和安装，具有较高的环境效益和经济效益。

一种农村生活污水的一体化处理系统，包括罐体，罐体内设有依次连通的进水调节单元、处理单元和出水调节单元，所述的处理单元包括：

厌氧水解酸化处理室，内设迂回的污水通道，污水通道入口与进水调节单元相通，污水通道内设有填料；

层叠式生态滤池处理室，包括相互隔离的上下两层生态滤池；

上层生态滤池的顶部设有与所述污水通道的出口相通的布水管，上层生态滤池内设有带通孔的集水散气管，集水散气管顶部延伸至上层生态滤池上方，集水散气管的底部连通至下层生态滤池；

所述下层生态滤池与出水调节单元相通。

作为优选，所述厌氧水解酸化处理室和层叠式生态滤池处理室之间设有隔板，该隔板的顶部设有污水通道出口的溢流孔。

作为优选，所述污水通道是由多块竖直挡板隔成的上下折返通道，相邻竖直挡板之间的距离为20～25cm。设置成上下折返的污水通道，并设置不同数量的竖直挡板和填料固定架，可以调控污水在厌氧水解酸化处理室内的停留时间，进而控制溢流孔流出污水中BOD₅/COD_cr的比值。

厌氧水解酸化处理室还具有释磷(释放磷)功能，是除磷的首要步骤，经厌氧释磷后再在层叠式生态滤池处理室内进行好氧除磷，配合钙基填料，在好氧阶段将磷形成磷盐，随着层叠式生态滤池中填料上新陈代谢脱落的生物膜的一起变成“污泥”，或沉积于填料层，或随水流流出。经前、后两处理室的协同处理，促进了生活污水中磷的高效去除。

作为优选，相邻竖直挡板或竖直挡板与相邻隔板/墙板间均设有填料固定架，用于固定比表面积大且易于微生物附着并生长的弹性填料。

作为优选，所述布水管包括与溢流孔连通的主管以及并排连通至主管上的多根水平支管，各水平支管上均设有出水孔。

作为优选，所述集水散气管包括并排铺设在上层生态滤池底部的多根总管，每根总管上连通有多根向上延伸的竖直支管，各竖直支管顶端延伸至上层生态滤池上方，各总管上连通有延伸至下层生态滤池的过渡管。进一步优选，所述各总管以及各竖直支管上均排布有通孔，相邻通孔的距离为3～10mm，孔径小于上层生态滤池内填料的最小粒径。

集水散气管的总管和向上延伸的竖直支管的开口处于不同的高度，当上层生态滤床内部的空气由于生态滤床内部的保温、传热作用而与外界空气产生温度差时，生态滤床内部的空气受热密度变小，从向上延伸的竖直支管中上升排出，外界空气将由于生态滤床内部气体排出形成的负压通过多根总管进入滤床内部，从而形成由于温差导致的空气对流；另一方面，空气进入上层生态滤床内部后，由于生化作用，空气中的氧气被微生物消耗，导致空气密度变小(氧气的密度大于空气的密度)，而从竖直支管上升排出，外界空气将由于生态滤床内部气体排出形成的负压通过总管进入生态滤床内部，从而形成由于生态滤床内部生化作用导致的空气对流。通过该无动力(通风)充氧系统结构的创新设计，在污水向下垂直流动的过程中，在温差、密度差、负压、不同高度进出气口设置的共同作用下，就能在各总管和各竖直支管间形成明显的气体流动，并能通过集水散气管上的多孔结构进入生态滤床内部从而实现对上层生态滤床的无动力(通风)充氧，污水在好氧微生物菌群的生物降解作用下，有机污染物得到生物降解，氨氮则在好氧环境中通过硝化菌的硝化作用转化为硝态氮而得到去除。

作为优选，所述上层生态滤池和下层生态滤池内分别设有粒径30～50mm的级配填料。进一步优选，每层生态滤池中的级配填料粒径由下向上逐渐减小。

所述上层生态滤池中的级配填料为石料、砂、陶粒的混合物，所述石料为沸石、卵石、砾石中的至少一种。

所述下层生态滤池中的级配填料为火山岩、牡蛎壳、蚌壳的混合物，，火山岩、牡蛎壳、蚌壳均为钙基填料，均含有丰富的钙离子，在生物诱导作用下，对污水中的磷有较强的吸附固化作用，除磷效果明显。

作为优选，所述下层生态滤池朝向出水调节单元的一侧设有出水口，所述出水调节单元中设有排水泵以及液位检测装置，所述液位检测装置用于以所述出水口为基准高度向排水泵发送开机信号。

本发明还公开了一种农村生活污水的一体化处理工艺，步骤如下：

农村生活污水由污水进口进入进水调节单元，经污水过水孔进入厌氧水解酸化处理室，流经污水通道，厌氧水解酸化处理后的生活污水从溢流孔排出，经布水管以垂直渗流的方式均匀流入层叠式生态滤池的上层生态滤池中，与经集水散气管进入的氧气均匀混合后再由过渡管输送至下层生态滤池，最后经由出水口排入出水调节单元，当出水调节单元内的水位达到出水口时，液位检测装置向排水泵发送开机信号，经由排水泵从总出水口排出。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

本发明公开的一体化处理系统，采用多重技术集成的方式，将传统污水处理工艺作为不同的处理单元，放进一体化式的玻璃钢罐体。生活污水可从该一体化设备总进水口直接接入，厌氧水解酸化处理室内设置的隔板将其分隔成上下折返的污水通道，增大了污水在厌氧水解酸化处理室内的停留时间，填料固定架上悬挂比表面积大且易于微生物附着并生长的弹性填料，流经的污水与弹性填料上的微生物充分接触，发生的厌氧水解酸化反应可大量去除污水中的有机物，降低污水中的COD浓度，进而增大污水中BOD₅/COD_cr的比值，进一步提高了污水的可生化性，缓解了因污染负荷较高时而导致的人工湿地土壤渗流系统中复氧能力有限及易堵塞的缺点，为层叠式生态滤池处理室内的生物脱氮创造了必不可少的先决条件。

本发明的层叠式生态滤池处理室以人工湿地土壤渗流系统为核心，对传统的生物滤池进行改良，层叠式生态滤池上层采用水之潜流(以平面方式进行均匀滴滤布水)，下层采用水平潜力。通过采用特殊结构的布水及集水散气系统进一步优化提高了其水力负荷，产生无动力负压充氧的效果，更有利于氧气的吸收及水气结合，为好氧/缺氧反应的进行创造了有利条件，层叠式生态滤池的结构特征按顺序营造出好氧、兼氧、厌氧的微环境，配合含有丰富钙离子的滤池填料，具有良好的除磷脱氮效果。因为属于设备一体化模式，所以没有设置植物，植物的省略会降低一部分效果，但是集水散气官网的铺设会提升效果，相当于均衡补良。其横向放置的椭圆形罐体式外形适合地面式放置，无动力的结构设计大大降低了设备的运行成本，对于分散式并且环境功能要求一般的农村生活污水处理具有很高的性价比。农村生活污水经过处理后主要水质指标，化学需氧量(CODcr)、氨氮(NH₃-N)、总磷(TP)能够达到《污水综合排放标准》(GB8978-1996)的一级标准。

附图说明：

图1为本发明的一种农村生活污水的一体化处理系统的结构示意图；

图2为图1所示布水管的俯视图；

图3为图1所示集水散气管的俯视图；

图中，1-污水进口，2-墙板，3-污水过水孔，4-盖板，5-填料固定架，6-溢流孔，7-弹性填料，8-竖直挡板，9-隔板，10-布水管，11-竖直支管，12-罩板，13-上层填料，14-通风管，15-总管，16-过渡管，17-下层填料，18-水平挡板，19-排水泵，20-预留排放口，21-出水口，22-液位检测装置，23-总出水口；

101-水平支管，102-主管；

151-辅管。

具体实施方式

如图1～3所示，一种农村生活污水一体化处理系统，包括外部玻璃钢罐体，罐体内设有由墙板2分隔开但仍依次连通的进水调节单元、处理单元和出水调节单元。处理单元包括由隔板9分隔开的厌氧水解酸化处理室和层叠式生态滤池处理室，隔板9的顶部设有溢流孔6。

进水调节单元朝向罐体一侧的上方设有污水进口1，进水调节单元与处理单元间的墙板的底部设有污水过水孔3。

厌氧水解酸化处理室，顶部设有盖板4，内设由三块竖直挡版8隔成的上下折返的污水通道，相邻挡板之间的距离为25cm，相邻挡板、挡板与相邻墙板间或挡板与相邻隔板间均设有填料固定架5，用于固定比表面积大且易于微生物附着并生长的弹性填料7。污水通道入口通过污水过水孔3与进水调节单元相通，污水通道出口通过溢流孔6与层叠式生态滤池处理室相通。

层叠式生态滤池处理室，包括由水平挡板18相互隔离的上下两层生态滤池，顶部设有罩板12，罩板12上设有通风管14。

上层生态滤池内填充有由石料、砂、陶粒组成的上层填料13，粒径为30～50mm，粒径由下向上逐渐减小，其中石料为沸石、卵石、砾石的混合物。

上层生态滤池的顶部设有与污水通道的出口相通的布水管10，包括与溢流孔连通的主管102以及并排连通至主管上的多根水平支管101，各水101平支管上均设有出水孔。

上层生态滤池内还设有集水散气管，集水散气管包括并排铺设在上层生态滤池底部的七根总管15，其中，第奇数根的总管近厌氧水解酸化处理室一侧为封闭端，第偶数根的总管近厌氧水解酸化处理室一侧上连通有延伸至下层生态滤池的过渡管16，以利于气/水的混合收集且减缓水流的速度，增长停留时间；在上层生态滤池底部，每根总管上还设有与该总管相互连通的五根辅管151，辅管151的两端均封闭，从而形成纵横交错的管网。每根总管15上连通有五根向上延伸的竖直支管11，各竖直支管11顶端延伸至上层生态滤池上方，各总管15、各辅管151以及各竖直支管11上均排布有通孔，相邻通孔的距离为5mm，孔径小于上层填料的最小粒径。

下层生态滤池内填充有由火山岩、牡蛎壳、蚌壳组成的下层填料17，粒径为30～50mm，粒径由下向上逐渐减小。下层生态滤池与出水调节单元相通，其朝向出水调节单元的一侧设有出水口21。

出水调节单元朝向罐体一侧的上方设有总出水口23，下方设有预留排放口20，出水调节单元中还设有排水泵19以及液位检测装置21，液位检测装置21用于以出水口为基准高度向排水泵19发送开机信号。

本发明的农村生活污水一体化处理系统，罐体和其中的隔板、墙板及水平挡板均采用玻璃钢或碳钢材质。

本发明的工艺流程如下：

统一收集的农村生活污水由一体化处理系统的污水进口1进入进水调节单元，通过进水调节单元与处理单元间的墙板2底部的污水过水孔3进入厌氧水解酸化处理室，流经污水通道，并充分与填料固定架5上悬挂的比表面积大且易于微生物附着并生长的弹性填料7充分接触后，在厌氧微生物的作用下，污水中的有机污染物被大量分解，经溢流孔6排出的厌氧水解酸化处理后的生活污水中含有较低的有机物浓度，较高的氨氮浓度和一定量的磷。再将该处理后的生活污水经布水管10的主管102输送到各水平支管101，然后以垂直渗流的方式均匀流入层叠式生态滤池的上层生态滤池中，由于该一体化处理系统的罐体内部与外界存在一定的气压差，流入上层生态滤池的污水中会混有一部分氧，并通过内设的各总管15、各辅管151及各竖直支管11组成的集水散气管网，进一步提高了无动力负压充氧的效果，并保证了污水与氧气的均匀混合，在上层生态滤池中形成好氧环境，污水在好氧微生物的作用下，有机污染物得到进一步分解，氨氮在好氧环境中硝化细菌的作用下被氧化为硝酸盐态的氮，再经由过渡管16将污水输送至下层生态滤池。下层生态滤池会形成兼氧厌氧的微环境，为污水中反硝化反应的提供了有利的条件，硝态氮在微生物的作用下转变为氮气。同时由于填料中火山岩、牡蛎壳和蚌壳含有丰富的钙离子，对污水中的磷有较强的吸附固定作用，可除去污水中的磷。经过层叠式生态滤床处理室后的污水中氮、磷等污染物得到有效地去除，最后经由出水口21排入出水调节单元，当出水调节单元内的水位达到出水口时，液位检测装置22向排水泵19发送开机信号，经由排水泵19从总出水口23排出。

以下为本发明的具体实施实例，实验装置所接污水为一农村厂区宿舍和部分农村原住居民，间歇控制进水水量，进水时间段飞别为清晨、中午和傍晚三个时段，主要检测化学需氧量、氨氮以及总磷，其中CODcr的检测采用重铬酸盐法(GB11914-89)，NH₃-N的检测采用纳氏试剂分光光度法(HJ535-2009)，TP的检测采用钼酸铵分光光度法(GB11893-89)。

实施例1

采用上述的一体化处理系统处理某厂区的生活污水，污水原水中化学需氧量(CODcr)的浓度为287.12mg/L、氨氮(NH₃-N)浓度为29.43mg/L、总磷(TP)的浓度为3.65mg/L。在进入本一体化处理系统之前的生活污水先经过预置格栅去除杂物，格栅倾角55°放置于格栅池内，格栅条间距为20mm，污水经过格栅时的流速约为0.75m/s。实验所采用装置厌氧区水力停留时间约12h，层叠式生态滤床停留时间约4.1d。对出水口的出水进行取样检测，CODcr浓度为58.73mg/L(去除率约为79.5％)、NH₃-N浓度为6.64mg/L(去除率约为77.4％)、TP浓度为0.47mg/L(去除率约为87.1％),三项水质指标均达到《污水综合排放标准》(GB8978-1996)的一级标准。

实施例2

采用上述的一体化处理系统处理某农村生活污水，污水原水中化学需氧量(CODcr)的浓度为231.54mg/L、氨氮(NH₃-N)浓度为27.31mg/L、总磷(TP)的浓度为3.12mg/L。在进入本一体化处理系统之前的生活污水先经过预置格栅去除杂物，格栅倾角60°放置于格栅池内，格栅条间距为20mm，污水经过格栅时的流速约为0.8m/s。实验所采用装置厌氧区水力停留时间约12h，层叠式生态滤床停留时间约4.3d。对出水口的出水进行取样检测，CODcr浓度为61.61mg/L(去除率约为73.4％)、NH₃-N浓度为6.29mg/L(去除率约为77％)、TP浓度为0.44mg/L(去除率约为86％)，三项水质指标均达到《污水综合排放标准》(GB8978-1996)的一级标准。

Claims (10)

1.一种农村生活污水的一体化处理系统，包括罐体，罐体内设有依次连通的进水调节单元、处理单元和出水调节单元，其特征在于，所述的处理单元包括：

厌氧水解酸化处理室，内设迂回的污水通道，污水通道入口与进水调节单元相通，污水通道内设有填料；

层叠式生态滤池处理室，包括相互隔离的上下两层生态滤池；

上层生态滤池的顶部设有与所述污水通道的出口相通的布水管，上层生态滤池内设有带通孔的集水散气管，集水散气管顶部延伸至上层生态滤池单元上方，集水散气管的底部连通至下层生态滤池；

所述下层生态滤池与出水调节单元相通。

2.根据权利要求1所述的农村生活污水的一体化处理系统，其特征在于，所述厌氧水解酸化处理室和层叠式生态滤池处理室之间设有隔板，该隔板的顶部设有污水通道出口的溢流孔。

3.根据权利要求1所述的农村生活污水的一体化处理系统，其特征在于，所述污水通道是由多块竖直挡板隔成的上下折返通道，相邻竖直挡板之间的距离为20～25cm。

4.根据权利要求1所述的农村生活污水的一体化处理系统，其特征在于，所述布水管包括与溢流孔连通的主管以及并排连通至主管上的多根水平支管，各水平支管上均设有出水孔。

5.根据权利要求1所述的农村生活污水的一体化处理系统，其特征在于，所述集水散气管包括并排铺设在上层生态滤池底部的多根总管，每根总管上连通有多根向上延伸的竖直支管，各竖直支管顶端延伸至上层生态滤池单元上方，各总管上连通有延伸至下层生态滤池的过渡管。

6.根据权利要求5所述的农村生活污水的一体化处理系统，其特征在于，所述各总管以及各竖直支管上均排布有通孔，相邻通孔的距离为3～10mm。

7.根据权利要求1所述的农村生活污水的一体化处理系统，其特征在于，所述上层生态滤池和下层生态滤池内分别设有粒径30～50mm的级配填料。

8.根据权利要求7所述的农村生活污水的一体化处理系统，其特征在于，每层生态滤池中的级配填料粒径由下向上逐渐减小。

9.根据权利要求1所述的农村生活污水的一体化处理系统，其特征在于，所述下层生态滤池朝向出水调节单元的一侧设有出水口，所述出水调节单元中设有排水泵以及液位检测装置，所述液位检测装置用于以所述出水口为基准高度向排水泵发送开机信号。

10.一种根据权利要求1所述的农村生活污水的一体化处理系统的工艺，其特征在于，步骤如下：

农村生活污水由污水进口进入进水调节单元，经污水过水孔进入厌氧水解酸化处理室，流经污水通道，厌氧水解酸化处理后的生活污水从溢流孔排出，经布水管以垂直渗流的方式均匀流入层叠式生态滤池的上层生态滤池中，与经集水散气管进入的氧气均匀混合后再由过渡管输送至下层生态滤池，最后经由出水口排入出水调节单元，当出水调节单元内的水位达到出水口时，液位检测装置向排水泵发送开机信号，经由排水泵从总出水口排出。