CN104817238B - 一种农村生活污水自循环人工湿地处理系统及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种农村生活污水自循环人工湿地处理系统及其使用方法，属于污水处理技术领域。本发明的处理系统包括发酵池、沉淀池、过滤池、湿地和曝气装置；其中：发酵池为顶端密闭式，并通过第一出水管与生活污水进水管连通；沉淀池通过生活污水进水管引入生活污水；在过滤池中间层设置有过滤层，过滤层的底表面与过滤池的底面形成过滤水层；湿地的中间层设置有湿地填料层，在湿地填料层上表面栽有湿地植物，下表面与湿地的底面形成曝气层。本发明使用方法的运营过程形成一个有效的闭环式运营。本发明能够充分利用系统内的各类资源，提供了一种脱氮除磷效率高，环境效益好，资源利用率高的农村生活污水自循环人工湿地处理系统。

Description

一种农村生活污水自循环人工湿地处理系统及其使用方法

技术领域

本发明涉及污水处理技术领域，更具体地说，涉及一种农村生活污水自循环人工湿地处理系统及其使用方法。

背景技术

人工湿地是由人工建造和控制运行的与沼泽地类似的地面，将污水、污泥有控制的投配到经人工建造的湿地上，污水与污泥在沿一定方向流动的过程中，主要利用土壤、人工介质、植物、微生物的物理、化学、生物三重协同作用，对污水、污泥进行处理的一种技术。其作用机理包括吸附、滞留、过滤、氧化还原、沉淀、微生物分解、转化、植物遮蔽、残留物积累、蒸腾水分和养分吸收及各类动物的作用。它是一个综合的生态系统，它应用生态系统中物种共生、物质循环再生原理，结构与功能协调原则，在促进废水中污染物质良性循环的前提下，充分发挥资源的生产潜力，防止环境的再污染，获得污水处理与资源化的最佳效益。

众所周知，脱氮除磷是处理农村生活污水的关键步骤。生物脱氮是利用生物的反硝化过程和硝化过程，而碳源不足是生活污水处理的关键因素，如何在有机物含量较低的生活污水中改善碳氮比是提高脱氮效果的重要问题；磷的去除归功于聚磷菌的厌氧释磷和好氧过量吸磷，目前研究者开发出大量聚磷填料能够有效的去除水中的磷含量。

目前农村生活污水的典型脱氮除磷工艺以活性污泥工艺、人工湿地工艺为主，往往存在着碳源不足、废水中氮磷的去除效果不佳、人工湿地易堵塞、处理过程中产生的污泥、废弃物等难处置等弊端。因此，现有农村生活污水处理技术不足、氮磷排放过多是导致目前农村生活污水富营养化日趋严重的直接诱因。在中国专利公开号为CN201310181667A的中国发明专利《一种利用湿地收割植物强化人工湿地去除氨氮的方法》，该方法中将湿地植物收割后炭化处理为生物质炭材料，并将其作为湿地基质回填至池体内。该工艺存在如下缺陷：第一，将生物质炭材料回填至湿地系统内，不能根据水质、气温的变化，灵活调节水体中所需碳源的量，存在初期碳源过多，中后期碳源不足的情况；第二，作为固态碳源加入湿地系统内，微生物对生物质炭材料利用率偏低，且吸收降解的过程较慢，存在一定的局限。

发明内容

1.发明要解决的技术问题

本发明的目的在于克服现有技术农村生活污水脱氮除磷处理效果差、废弃物难处置的不足的问题，提供了一种农村生活污水自循环人工湿地处理系统及其使用方法。本发明能够充分利用系统内的各类资源，提供一种脱氮除磷效率高，环境效益好，资源利用率高的农村生活污水自循环人工湿地处理系统。

2.技术方案

本发明采用传统的人工湿地工艺进行生活污水的处理，将沉淀单元的富含氮磷等营养元素的污泥用作湿地系统植物的生长肥料，解决了农村污泥的难处置的问题，此外将收割后的湿地植物进行厌氧发酵，形成富含小分子有机酸类的液态营养源，能够快速的与生活污水混合均匀，并作为反硝化过程中所需的碳源，快速的提供给微生物，此外还能够灵活的调节水质中碳氮比，使得碳源能够充分利用，提高脱氮除磷的效率。

为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：

一种农村生活污水自循环人工湿地处理系统，包括发酵池、沉淀池、过滤池、湿地和曝气装置；其中：发酵池为顶端密闭式，并通过第一出水管与生活污水进水管连通；沉淀池通过生活污水进水管引入生活污水；过滤池通过溢流管与沉淀池连通；湿地通过第二出水管与过滤池的底部连通；曝气装置通过曝气管道与湿地的底部连通；在过滤池中间层设置有过滤层，过滤层的底表面与过滤池的底面形成过滤水层；第二污泥管穿过滤层，上端头在过滤层表面、下端穿过过滤池底部与穿过沉淀池底部的第一污泥管并连后与湿地连通；湿地的中间层设置有湿地填料层，底部一侧壁设置有排水管，在湿地填料层上表面栽有湿地植物，下表面与湿地的底面形成曝气层。

进一步的方案：沉淀池为斜管沉淀池，中间层设置有斜管填料层，斜管填料层的底表面与斜管沉淀池的底面形成污泥层；过滤池为砂滤池，过滤层为石英砂层。

进一步的方案：曝气管道的出气端与N个曝气口连通，曝气口均匀分布在湿地的底部表面并与曝气层连通。

进一步的方案：第一出水管在发酵池内的部分设置有过滤网，并与生活污水进水管之间设置有三通；溢流管上设置有阀门；曝气管道上设置有气阀；排水管上设置有水阀。

进一步的方案：第一污泥管与第二污泥管并连后与湿地连通处设置有污泥泵；第二出水管与湿地连通处设置有水泵。

进一步的方案：湿地填料层为高效聚磷填料层，湿地植物为芦苇。

进一步的方案：高效聚磷填料层厚度为20～30cm。

一种农村生活污水自循环人工湿地处理系统的使用方法，其过程如下：

A、湿地的湿地植物生长成熟后进行收割并资源化利用，废弃的湿地植物送入发酵池加入水进行厌氧发酵，经过30天的发酵，使其形成小分子有机酸类，通过第一出水管和生活污水在生活污水进水管内合流后进入沉淀池，有机酸类和生活污水的水量比例为1:150～300；

B、生活污水经过沉淀池的沉淀后，上清液通过溢流管进入过滤池，沉淀物在沉淀池的底部形成污泥层；

C、进入过滤池的水再经过过滤层的过滤进入过滤水层，过滤层的表面形成污泥层；

D、过滤水层的水经过第二出水管进入湿地，有机酸类为湿地的反硝化过程提供易降解碳源，并在湿地内发生硝化反应，同时通过高效聚磷填料层除磷，处理工序为：第二出水管进水→高效聚磷填料层除磷→曝气装置好氧曝气在曝气层内发生硝化反应脱氮→排水管排水→闲置；

E、湿地植物生长成熟后进行收割并资源化利用，废弃的湿地植物送入发酵池进行厌氧发酵，发酵后形成的小分子有机酸类用于作为整个系统的碳源再次回送至系统内；

F、通过以上步骤，完成整个农村生活污水自循环人工湿地处理系统的内部循环。

优选地，沉淀池和过滤池产生的污泥由污泥泵每隔7～15天泵入湿地用作湿地植物的肥料。

优选地，步骤D中，曝气层曝气时间为4～8h。

3.有益效果

采用本发明提供的技术方案，与已有的公知技术相比，具有如下显著效果：

(1)本发明的一种农村生活污水自循环人工湿地处理系统，沉淀池和过滤池内产生的富含氮磷元素的污泥收集用于湿地植物的营养肥料，解决了农村污泥处置的难题，实现了资源的有效利用；发酵池发酵产生的有机酸类为人工湿地的反硝化过程提供易降解碳源，极大地改善了系统的脱氮效果，此外湿地内设有大量聚磷填料，能够有效的去除水中的磷含量，同时避免了废弃植物的焚烧，实现废弃物的资源化利用；

(2)本发明的一种农村生活污水自循环人工湿地处理系统，斜管沉淀池的利用，提高了沉淀池的处理效率；过滤池为砂滤池，过滤层为石英砂层，经济实惠，运行成本低；

(3)本发明的一种农村生活污水自循环人工湿地处理系统，N个曝气口的均匀分布，提高了曝气效果和均匀曝气；

(4)本发明的一种农村生活污水自循环人工湿地处理系统，第一出水管过滤网的设置，有效避免杂质堵塞第一出水管；三通、阀门等开关的设置，提高了整个系统的灵活性；

(5)本发明的一种农村生活污水自循环人工湿地处理系统，污泥泵和水泵的设置提高了整个系统的处理效率；

(6)本发明的一种农村生活污水自循环人工湿地处理系统，高效聚磷填料层能很好的去除水中磷的含量；湿地植物为芦苇，能够速长，快速消耗水中氮磷量，且价格低廉，降低了整个系统的运营成本；

(7)本发明的一种农村生活污水自循环人工湿地处理系统，高效聚磷填料层厚度为20～30cm，是发明人经过长期试验总结得出的厚度范围，即达到有效处理磷残留，又不会过多的提高运营成本；

(8)本发明的一种农村生活污水自循环人工湿地处理系统的使用方法，整个运营过程形成一个有效的闭环式运营，不会产生新的污染且循环使用，运营成本低，处理效率高；

(9)本发明的一种农村生活污水自循环人工湿地处理系统的使用方法，污泥由污泥泵每隔7～15天泵入湿地，符合湿地植物的生长周期，避免时间过短湿地植物处理不及时，过长影响湿地植物的处理效率；

(10)本发明的一种农村生活污水自循环人工湿地处理系统的使用方法，曝气时间为4～8h，实际根据水质情况进行调节，提高系统的通用性。

(11)本发明的一种农村生活污水自循环人工湿地处理系统及使用方法，碳源来自于系统反应过程中，变废为宝，实现废物资源化利用。

附图说明

图1是本发明一种农村生活污水自循环人工湿地处理系统的结构示意图。

示意图中的标号说明：1、发酵池；2、沉淀池；3、过滤池；4、湿地；5、曝气装置；11、第一出水管；12、三通；13、生活污水进水管；21、斜管填料层；22、溢流管；23、第一污泥管；24、污泥泵；31、过滤层；33、第二污泥管；35、水泵；37、第二出水管；41、湿地填料层；43、湿地植物；45、排水管；47、曝气层；51、曝气管道；53、曝气口；55、气阀。

具体实施方式

为进一步了解本发明的内容，结合附图对本发明作详细描述。

如图1所示，一种农村生活污水自循环人工湿地处理系统，包括发酵池1、沉淀池2、过滤池3、湿地4和曝气装置5；其中：发酵池1为顶端密闭式，采用混凝土结构，并通过第一出水管11与生活污水进水管13连通，第一出水管11在发酵池1内的部分设置有过滤网，并与生活污水进水管13之间设置有三通12；沉淀池2为斜管沉淀池，中间层设置有斜管填料层21，斜管填料层21的底表面与斜管沉淀池的底面形成污泥层，并通过生活污水进水管13引入生活污水；过滤池3通过溢流管22与沉淀池2连通，溢流管上设置有阀门；湿地4通过第二出水管37与过滤池3的底部连通；曝气装置5通过曝气管道51与湿地4的底部连通，曝气管道51的出气端与曝气口53连通，曝气口53均匀分布在湿地4的底部表面并与曝气层47连通，曝气管道51上设置有气阀55；排水管45上设置有水阀；在过滤池3中间层设置有过滤层31，过滤层31的底表面与过滤池3的底面形成过滤水层；第二污泥管33穿过滤层31，上端头在过滤层31表面、下端穿过过滤池3底部与穿过沉淀池2底部的第一污泥管23并连后与湿地4连通，第一污泥管23与第二污泥管33并连后与湿地4连通处设置有污泥泵24；第二出水管37与湿地4连通处设置有水泵35；湿地4的中间层设置有湿地填料层41，底部一侧壁设置有排水管45，在湿地填料层41上表面栽有湿地植物43，下表面与湿地4的底面形成曝气层47，湿地填料层41为高效聚磷填料层，湿地植物43为芦苇。

实施例1

太湖流域某地区农村生活污水处理采用本系统进行处理。待处理农村生活污水：氨氮31mg/L，COD 69mg/L，总磷3.18mg/L，悬浮物质42mg/L。

本实施例的一种农村生活污水自循环人工湿地处理系统的使用方法：

A、湿地4的湿地植物43生长成熟后进行收割并资源化利用，废弃的湿地植物43送入发酵池1加入水进行厌氧发酵，经过30天的发酵，使其形成小分子有机酸类，通过第一出水管11和经过沉淀预处理单元过滤后的生活污水在生活污水进水管13内合流后进入沉淀池2，有机酸类和生活污水的水量比例为1:300；

B、生活污水经过沉淀池2的沉淀后，上清液通过溢流管22进入过滤池3，沉淀物在沉淀池2的底部形成污泥层；

C、进入过滤池3的水再经过过滤层31的过滤进入过滤水层，过滤层31的表面形成污泥层；，本实施例中，过滤池3为砂滤池，过滤层31为石英砂层，沉淀池2和过滤池3产生的污泥由污泥泵24每隔7天泵入湿地4用作湿地植物43的肥料；

D、过滤水层的水经过第二出水管37进入湿地4，有机酸类为湿地4的反硝化过程提供易降解碳源，并在湿地4内发生硝化反应，同时通过高效聚磷填料层除磷，高效聚磷填料层厚度为20cm，处理工序为：第二出水管37进水→高效聚磷填料层除磷→曝气装置4好氧曝气在曝气层47内发生硝化反应脱氮→排水管45排水→闲置；采用间歇曝气的方式，每天曝气4h；

E、湿地植物43芦苇生长成熟后进行收割并资源化利用，废弃的湿地植物43送入发酵池1进行厌氧发酵，发酵后形成的小分子有机酸类用于作为整个系统的碳源再次回送至系统内；

F、通过以上步骤，完成整个农村生活污水自循环人工湿地处理系统的内部循环。

处理后出水经检测，结果为：氨氮1.95mg/L，COD 21.1mg/l，总磷0.13mg/L，悬浮物质3.2mg/L。

本实施例的一种农村生活污水自循环人工湿地处理系统的使用方法，沉淀池和过滤池内产生的富含氮磷元素的污泥收集用于湿地植物的营养肥料，解决了农村污泥处置的难题，实现了资源的有效利用；发酵池发酵产生的有机酸类为人工湿地的反硝化过程提供易降解碳源，极大地改善了系统的脱氮效果，此外湿地内设有大量聚磷填料，能够有效的去除水中的磷含量，同时避免了废弃植物的焚烧，实现了废弃物的资源化利用，整个运营过程形成一个有效的闭环式运营，不会产生新的污染且循环使用，运营成本低，处理效率高。

实施例2

本应用实施例位于安徽省巢湖水系一支流地区，工程服务对象为流域内的农村污水以及农田径流等面源污染。其中，进水氨氮浓度为37mg/L，COD浓度为104.7mg/L，总磷浓度为2.63mg/L，悬浮物质浓度为35mg/L。

本实施例的一种农村生活污水自循环人工湿地处理系统的使用方法，具体应用步骤同实施例1，不同之处在于：步骤A中有机酸类和生活污水的水量比例为1:150；步骤C中沉淀池2和过滤池3产生的污泥由污泥泵24每隔10天泵入湿地4用作湿地植物43的肥料；步骤D中曝气装置4每天曝气6h，高效聚磷填料层厚度为30cm。

处理后出水经检测，结果为：氨氮2.35mg/L，COD 24.7mg/l，总磷0.11mg/L，悬浮物质1.89mg/L。

实施例3

本应用实施例位于江苏省长江水系一支流地区，工程服务对象为流域内的农村污水以及农田径流等面源污染。其中，进水氨氮浓度为42mg/L，COD浓度为86.8mg/L，总磷浓度为6.5mg/L，悬浮物质浓度为52mg/L。

本实施例的一种农村生活污水自循环人工湿地处理系统的使用方法，具体应用步骤同实施例1，不同之处在于：步骤A中有机酸类和生活污水的水量比例为1:200；步骤C中沉淀池2和过滤池3产生的污泥由污泥泵24每隔2周泵入湿地4用作湿地植物43的肥料；步骤D中曝气装置4每天曝气8h，高效聚磷填料层厚度为25cm。

处理后出水经检测，结果为：氨氮1.51mg/L，COD 27.9mg/l，总磷0.17mg/L，悬浮物质2.42mg/L。

以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种农村生活污水自循环人工湿地处理系统，包括发酵池(1)、沉淀池(2)、过滤池(3)、湿地(4)，其特征在于：还包括曝气装置(5)；其中：

所述的发酵池(1)为顶端密闭式，并通过第一出水管(11)与生活污水进水管(13)连通；所述的沉淀池(2)通过生活污水进水管(13)引入生活污水；所述的过滤池(3)通过溢流管(22)与沉淀池(2)连通；所述的湿地(4)通过第二出水管(37)与过滤池(3)的底部连通；所述的曝气装置(5)通过曝气管道(51)与湿地(4)的底部连通；

在所述的过滤池(3)中间层设置有过滤层(31)，过滤层(31)的底表面与过滤池(3)的底面形成过滤水层；第二污泥管(33)穿过滤层(31)，上端头在过滤层(31)表面、下端穿过过滤池(3)底部与穿过沉淀池(2)底部的第一污泥管(23)并连后与湿地(4)连通；

所述的湿地(4)的中间层设置有湿地填料层(41)，底部一侧壁设置有排水管(45)，在湿地填料层(41)上表面栽有湿地植物(43)，下表面与湿地(4)的底面形成曝气层(47)；

所述的沉淀池(2)为斜管沉淀池，中间层设置有斜管填料层(21)，斜管填料层(21)的底表面与斜管沉淀池的底面形成污泥层；所述的过滤池(3)为砂滤池，所述的过滤层(31)为石英砂层；

所述的曝气管道(51)的出气端与N个曝气口(53)连通，曝气口(53)均匀分布在湿地(4)的底部表面并与曝气层(47)连通；

所述的第一出水管(11)在发酵池(1)内的部分设置有过滤网，并与生活污水进水管(13)之间设置有三通(12)；所述的溢流管上设置有阀门；所述的曝气管道(51)上设置有气阀(55)；排水管(45)上设置有水阀。

2.根据权利要求1所述的一种农村生活污水自循环人工湿地处理系统，其特征在于：所述的第一污泥管(23)与第二污泥管(33)并连后与湿地(4)连通处设置有污泥泵(24)；所述的第二出水管(37)与湿地(4)连通处设置有水泵(35)。

3.根据权利要求1所述的一种农村生活污水自循环人工湿地处理系统，其特征在于：所述的湿地填料层(41)为高效聚磷填料层，所述的湿地植物(43)为芦苇。

4.根据权利要求3所述的一种农村生活污水自循环人工湿地处理系统，其特征在于：所述的高效聚磷填料层厚度为20～30cm。

5.一种根据权利要求1所述的农村生活污水自循环人工湿地处理系统的使用方法，其过程如下：

A、湿地(4)的湿地植物(43)生长成熟后进行收割并资源化利用，废弃的湿地植物(43)送入发酵池(1)加入水进行厌氧发酵，经过30天的发酵，使其形成小分子有机酸类，通过第一出水管(11)和生活污水在生活污水进水管(13)内合流后进入沉淀池(2)，有机酸类和生活污水的水量比例为1:150～300；

B、生活污水经过沉淀池(2)的沉淀后，上清液通过溢流管(22)进入过滤池(3)，沉淀物在沉淀池(2)的底部形成污泥层；

C、进入过滤池(3)的水再经过过滤层(31)的过滤进入过滤水层，过滤层(31)的表面形成污泥层；

D、过滤水层的水经过第二出水管(37)进入湿地(4)，有机酸类为湿地(4)的反硝化过程提供易降解碳源，并在湿地(4)内发生硝化反应，同时通过湿地填料层(41)除磷，处理工序为：第二出水管(37)进水→湿地填料层(41)除磷→曝气装置(4)好氧曝气在曝气层(47)内发生硝化反应脱氮→排水管(45)排水→闲置；

E、湿地植物(43)生长成熟后进行收割并资源化利用，废弃的湿地植物(43)送入发酵池(1)进行厌氧发酵，发酵后形成的小分子有机酸类用于作为整个系统的碳源再次回送至系统内；

F、通过以上步骤，完成整个农村生活污水自循环人工湿地处理系统的内部循环。

6.根据权利要求5所述的一种农村生活污水自循环人工湿地处理系统的使用方法，其特征在于：所述沉淀池(2)和过滤池(3)产生的污泥由污泥泵(24)每隔7～15天泵入湿地(4)用作湿地植物(43)的肥料。

7.根据权利要求5所述的一种农村生活污水自循环人工湿地处理系统的使用方法，其特征在于：步骤D中，曝气层(47)曝气时间为4～8h。