CN109761367B

CN109761367B - 一种农村生活污水处理装置及污水处理方法

Info

Publication number: CN109761367B
Application number: CN201910132666.5A
Authority: CN
Inventors: 盛晓琳; 刘锐; 陈吕军
Original assignee: Yangtze Delta Region Institute of Tsinghua University Zhejiang
Current assignee: Yangtze Delta Region Institute of Tsinghua University Zhejiang
Priority date: 2019-02-22
Filing date: 2019-02-22
Publication date: 2019-10-29
Anticipated expiration: 2039-02-22
Also published as: CN109761367A

Abstract

本发明公开了一种农村生活污水处理装置及污水处理方法，该装置包括池体，池体通过第一隔墙分隔成依次连通的垂直流人工湿地池和AAO滤池；AAO滤池沿水平方向依次分隔成厌氧段、缺氧段和好氧段；厌氧段与缺氧段之间通过第二隔墙进行分隔；缺氧段与好氧段之间设有导流墙；第二隔墙的底部设有可控制开闭的过水孔；垂直流人工湿地池的底部侧壁上开有与厌氧段相通的连通孔，AAO滤池位于好氧段处的池壁上开有出水口。本发明处理装置及其处理方法能够在不增加运行成本和占地面积的基础上，解决现有人工湿地系统无法同时去除农村生活污水总氮和氨氮的技术问题，实现农村生活污水总氮和氨氮的高效去除。

Description

一种农村生活污水处理装置及污水处理方法

技术领域

本发明涉及环保技术领域，尤其涉及一种农村生活污水处理装置及污水处理方法。

背景技术

由于村庄高度分散、经费不足等原因，目前，我国农村生活污水的处理率约为20％，大部分的生活污水未经处理直接排入河流湖泊，加剧了水体污染，影响了农户生活环境质量。

生活污水处理常采用生物和生态两种处理方法。相比于生物法处理，生态处理工艺具有运维简单、运行成本低的特点，较适用于地方偏远、经费不足的地区。而分散式生态处理工艺以人工湿地为主，人工湿地通过植物吸收、微生物反应、填料吸附等共同作用，实现对污染物的去除。

人工湿地污水处理系统在农村生活污水的处理中应用较多，例如：

授权公告号为CN207405033U的实用新型专利文献公开了一种微动力强化脱氮生态处理系统，该系统包括隔渣池，所述隔渣池的输出端沿水流方向依次设有厌氧折流板反应池、配水系统、复合填料生态床和出水池，所述复合填料生态床包括由上至下依次布置以形成多级好氧-缺氧环境的用于根系复氧的湿地植物、用于强化充氧的曝气系统和用于自然复氧的大气连通管，所述出水池中设有能使其中的水回流至生态床表面进行强化脱氮的回流装置。

授权公告号为CN204737776U的实用新型专利文献公开了一种具有该自然通风装置的生物滤池，该生物滤池包括滤池及布置于滤池内的生物填料，该滤池中还设有一自然通风装置，该自然通风装置包括集风罩，具有进风端口和出风端口，并且，前述进风端口口径至出风端口口径逐步缩小；布气总管，布置于前述的生物填料内并具有多个布气支管，前述的布气支管上开设有多个布气孔；导风管，纵向设置并上端与前述集风罩的出风端口连接，下端置于前述的生物填料内并与布气总管的进气口相接；以及单向进气阀，设于前述集风罩内并靠近出风端口布置。

然而，上述系统和滤池对氨氮的去除效果并不理想。由于氨氮的去除需要氧气的存在，所以，上述系统和装置采用增加动力设备或者增加自然通风装置的方式来提高池体内的溶解氧，但是这样会提高运行成本或者改变池体结构。

垂直流人工湿地是指污水在表层基质以下，污水从湿地进水端垂直流向出水端，主要通过植物根系和基质表面的微生物，基质阻截和吸附，植物吸收的共同作用去除污染物；垂直流人工湿地的结构包括进水系统、基质、出水系统；其中，基质按水流方向依次为主体基质层、过渡层和排水层。相比于水平流人工湿地，垂直流人工湿地对氨氮的去除效果更好；但是对总氮(TN)的去除率约为10～20％。目前，常采用增加动力设备来提供回流或其后新建水平流人工湿地的方式来提高总氮的去除效果，但在不同程度上增加了运行成本和占地面积。

总而言之，现有技术中还未有能够在不增加运行成本和占地面积的基础上，同时实现农村生活污水总氮和氨氮高效去除的人工湿地系统和污水处理方法。

发明内容

本发明提供了一种农村生活污水处理装置及污水处理方法，该处理装置及其处理方法能够在不增加运行成本和占地面积的基础上，解决现有人工湿地系统无法同时去除农村生活污水总氮和氨氮的技术问题，实现农村生活污水总氮和氨氮的高效去除。

具体技术方案如下：

一种农村生活污水处理装置，包括池体，所述池体通过第一隔墙分隔成依次连通的垂直流人工湿地池和AAO滤池；

所述垂直流人工湿地池的上方设有进水管，内部设有基质床体，基质床体的顶部种植有湿地植物；

所述AAO滤池沿水平方向依次分隔成厌氧段、缺氧段和好氧段；厌氧段与缺氧段之间通过第二隔墙进行分隔；缺氧段与好氧段之间设有导流墙；所述厌氧段内装有填料，好氧段内设有曝气装置；所述第二隔墙的底部设有可控制开闭的过水孔；

所述垂直流人工湿地池的底部侧壁上开有与厌氧段相通的连通孔，所述AAO滤池位于好氧段处的池壁上开有出水口。

本发明将垂直流人工湿地池和AAO滤池的结构进行合理组合形成了新的农村生活污水处理装置，该装置通过第二隔墙将AAO滤池中的厌氧段与缺氧段、好氧段进行分离，并与垂直流人工湿地池进行连通，使污水通入垂直流人工湿地池后形成厌氧环境，提高污水中总氮的去除效率。与此同时，上述厌氧环境也显著降低了粪大肠菌群的菌落数。

第二隔墙的底部设置过水孔是为了保证在进水结束后，所有缺氧段的污水可以全部排空，防止污水残留在厌氧段，不利于后续污水的处理。进一步地，所述过水孔成排设置于第二隔墙的底部。

控制过水孔开闭的方式有很多种，例如电路控制、阀控等方式，为了便于操作且减少能耗；作为优选，所述第二隔墙包括：固定墙和活动闸门；所述固定墙与AAO滤池的侧壁和底部固定连接，固定墙上设有插槽，所述活动闸门通过插槽插入至固定墙内，并遮盖住位置相对应的过水孔。

作为优选，所述第二隔墙上设有多组距隔墙底部高度不同的过水孔组，用于调节第二隔墙的过水高度。在农村生活污水泵入垂直流人工湿地池后，污水会通过连通孔进入AAO滤池的厌氧段，并且随着泵入的污水越来越多，厌氧段内的污水水位也越来越高；经试验发现，污水水位在逐渐提高的过程中，相当于垂直流人工湿地池内的厌氧区域越来越大，垂直流人工湿地池对总氮的去除率越来越高，当厌氧段内污水水位达到一定高度时，污水内总氮去除率基本达到80％，此后该厌氧环境所起的作用减小，可以通过调节不同高度的过水孔将去除大部分总氮后的污水排入缺氧段和好氧段进行处理。

进一步地，每组过水孔通过一个活动闸门进行遮盖，各活动闸门由下至上进行堆叠，每个活动闸门的顶部均设有用于提拉该活动闸门的提拉杆，底部均设有供提拉杆插入的插槽。通过活动闸门的堆叠设计可有效控制过水孔的开闭，进而调节第二隔墙的过水高度；提拉杆的设计可以便于活动闸门的提拉。作为优选，所述提拉杆的顶部设有提拉孔，可以利用挂钩勾住提拉孔进而提起活动闸门。

作为优选，所述AAO滤池的顶部与垂直流人工湿地池的顶部持平，AAO滤池中厌氧段与垂直流人工湿地池的体积比为1:5～10，AAO滤池的底面低于垂直流人工湿地池底面30～50cm。AAO滤池的底面低于垂直流人工湿地池底面可以提供更大地厌氧空间，使更多的污水在垂直流人工湿地池与厌氧段形成的厌氧环境中，提高单位时间内总氮的去除效果。

作为优选，所述AAO滤池的底面沿连通孔至出水孔方向逐渐向下倾斜，利于AAO滤池内各段之间污水的流通，防止污水残留在各段内，不利于后续污水的处理。

进一步地，垂直流人工湿地池内所述的基质床体由上至下分为三层，第一层由粒径2～6mm的碎石堆积而成，第二层由粒径8～20mm的碎石堆积而成，第三层由粒径20～40mm的碎石堆积而成；其中，第一层的厚度为25～40cm，第二层的厚度为20～25cm，第三层的厚度为10～15cm。

进一步地，厌氧段内填充填料为由粒径2～6mm的碎石堆积而成，堆积的高度与基质床体中的第二层平齐。

本发明还提供了一种利用所述农村生活污水处理装置处理农村生活污水的方法，包括以下步骤：

采用间歇进水模式，通过进水管将农村生活污水泵入垂直流人工湿地池内，使农村生活污水由上至下经过基质床体，再通过连通孔进入AAO滤池的厌氧段；随着厌氧段内污水水位的升高，污水翻越隔墙依次进入缺氧段和好氧段后，从出水口排出；待缺氧段和好氧段污水全部排出完毕后，打开过水孔，将厌氧段内污水全部排空。

作为优选，本发明还提供了一种处理农村生活污水的方法，包括：

(1)采用间歇进水模式，通过进水管将农村生活污水泵入垂直流人工湿地池内，使农村生活污水由上至下经过基质床体，再通过连通孔进入AAO滤池的厌氧段；

(2)随着厌氧段内污水水位的升高，对厌氧段内污水的总氮浓度进行实时监测；

当总氮浓度＞45mg/L时，关闭厌氧段内污水水位上方的过水孔，提升第二隔墙的过水高度，直至总氮浓度≤30mg/L；

当总氮浓度≤30mg/L时，保持厌氧段内污水水位下方的过水孔关闭，并打开水位上方的过水孔，使污水通过水位上方的过水孔依次进入缺氧段和好氧段，最后从出水口排出；

待缺氧段和好氧段污水全部排出完毕后，由上至下逐级开启水位下方的过水孔，污水全部从厌氧段内排至缺氧段，并通过出水口排出。

由于不同来源的农村生活污水其总氮浓度不同，本发明装置的总氮去除效率也会有所不同，可以在进行污水处理前，先取出除最低层活动闸门外的其他闸门，然后根据厌氧段内污水的总氮浓度的实时监测结果判断是否添加活动闸门数量，即增加第二隔墙的过水高度。对于相同来源的农村生物污水，在第一次污水处理时确认过第二隔墙的过水高度后，后续污水的批量处理则无需再修改过水高度。

间歇进水可提高氧转移效率，进水时空气被排出，出水时新鲜空气被带入池内。氧转移效率的提高可增加湿地中的溶解氧量，有利于氨氮及有机物的去除。氨氮去除及有机物氧化过程主要在两次进水间歇的时间内去除，因此，减少时间有利于增加污染物反应时间，提高氨氮和有机物去除效果。在保持水力负荷不变的情况下，增加进水次数也可以提高系统中的溶解量，降低污水短流的风险，有利于污染物的去除。作为优选，所述间歇进水模式为每天进水4～8次，进水时间为5～20min/天，水力负荷为0.1～0.2m3/m2·d，水力停留时间为1～2天。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明将垂直流人工湿地池和AAO滤池的结构进行合理组合形成了新的农村生活污水处理装置，该装置通过第二隔墙将AAO滤池中的厌氧段与缺氧段、好氧段进行分离，并与垂直流人工湿地池进行连通，使污水通入垂直流人工湿地池后形成厌氧环境，解决现有人工湿地系统无法同时去除农村生活污水总氮和氨氮的技术问题，实现农村生活污水总氮和氨氮的高效去除，并降低了粪大肠菌群的菌落数。

附图说明

图1为本发明农村生活污水处理装置主视角的透视结构示意图。

图2为本发明农村生活污水处理装置后视角的透视结构示意图。

图3为本发明农村生活污水处理装置的俯视结构示意图。

图4为图3中所示的第二隔墙24放大后的俯视结构示意图。

图5为图4第二隔墙24的后视结构示意图。

图6为图4中所示的固定墙241的后视结构示意图。

图7为图4中单个活动闸门242纵向剖视结构示意图。

图8为实施例2的厌氧池内污水和出水中COD、氨氮、TN、TP去除率以及粪大肠菌数的变化情况。

图9为实施例3处理(1)的厌氧池内污水和出水中COD、氨氮、TN、TP去除率以及粪大肠菌数的变化情况。

图10为实施例3处理(2)的AAO进水和出水中COD、氨氮、TN、TP去除率以及粪大肠菌数的变化情况。

图11为实施例3处理(3)的AAO进水和出水中COD、氨氮、TN、TP去除率以及粪大肠菌数的变化情况。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步描述，以下列举的仅是本发明的具体实施例，但本发明的保护范围不仅限于此。

实施例1

如图1和2所示，一种农村生活污水处理装置，包括池体，该池体通过第一隔墙3分隔成依次连通的垂直流人工湿地池1和AAO滤池2；

其中，垂直流人工湿地池1的上方设有进水管12，进水管12与进水泵11连通，进水泵11与承装农村生活污水的调节池相连通，进水泵11将污水泵至进水管12内，并通过进水管12进入垂直流人工湿地池1。在进水管12的进水口121的正下方设有比进水口面积大15倍的能承受水压的塑料板或不锈钢板等缓冲板13。进水管12的材质可以是钢管、PE等常用进水管。

垂直流人工湿地池1的内部设有基质床体14，基质床体14的顶部种植有湿地植物(芦苇)15；基质床体14由上至下分为三层，分别是：由粒径2～6mm的碎石堆积而成的第一基质层141，由粒径8～20mm的碎石堆积而成的第二基质层142，由粒径20～40mm的碎石堆积而成的第三基质层143；其中，第一基质层141的厚度为35cm，第二基质层142的厚度为20cm，第三基质层143的厚度为15cm。各基质层碎石的粒径以及厚度可进行调节，视具体处理对象而定。

第一隔墙3底部(位于第三基质层143处)开有若干的小孔，该小孔即为连通孔16，用于垂直流人工湿地池1与AAO滤池2之间的连通。污水由上至下经过第一基质层141、第二基质层142和第三基质层143后，通过连通孔16进入AAO滤池2内。连通孔16的孔径小于第三基质层143中碎石的粒径。

如图2和3所示，AAO滤池2沿水平方向依次被分隔成厌氧段21、缺氧段22和好氧段23。厌氧段21通过连通孔16与垂直流人工湿地池1相通，厌氧段21、缺氧段22和好氧段23的内部均填装有填料211。

如图4～7所示，厌氧段21与缺氧段22之间通过第二隔墙24进行分隔；第二隔墙24由固定墙241和4扇活动闸门242组成，固定墙241与AAO滤池2的侧壁和底部固定连接，固定墙241上开有4组距隔墙底部高度不同的过水孔组243，过水孔组243的外周设有插槽244，活动闸门242通过插槽244插入至固定墙241内，并遮盖住位置相对应的过水孔。每组过水孔通过一个活动闸门进行遮盖，各活动闸门由下至上进行堆叠，每个活动闸门的顶部均设有用于提拉该活动闸门的提拉杆245，底部均设有供提拉杆插入的凹槽246。为了避免过水孔过多而造成漏水本实施例仅在固定墙241的一侧设置高度不同的过水孔。

如图3所示，缺氧段22与好氧段23之间设有导流墙25，导流墙仅一侧固定于AAO滤池的侧壁上，即固定端，另一侧与侧壁间距15cm；并且导流墙25的固定端与固定墙上的过水孔设置在同一侧，可延长污水的运行路程。好氧段23内设有曝气装置，且AAO滤池的出水口26设置于好氧段处的池壁上。

第二隔墙24和导流墙均垂直于第一隔墙3，可保证垂直流人工湿地池1和AAO滤池2能够形成一体化，且结构紧凑。经过连通孔16后的污水先聚集在厌氧段内，翻过第二隔墙24进入缺氧段22和好氧段23，最终从出水口26流出。

本实施例采用上述农村生活污水处理装置进行农村生活污水的处理，具体步骤如下：

(1)采用间歇进水模式，通过进水管将农村生活污水泵入垂直流人工湿地池内，使农村生活污水由上至下经过基质床体，再通过连通孔进入AAO滤池的厌氧段；所述间歇进水模式为每天进水4～8次，进水时间为5～20min/天，水力负荷为0.1～0.2m³/m²·d，水力停留时间为1～2天。

当总氮浓度≤30mg/L时，保持厌氧段内污水水位下方的过水孔关闭，并打开水位上方的过水孔，使污水翻越第二隔墙依次进入缺氧段和好氧段，最后从出水口排出；

待缺氧段和好氧段污水全部排出完毕后，逐级开启水位下方的过水孔，直至污水全部从厌氧段内排至缺氧段，并通过出水口排出。

实施例2

本实施例采用典型平原河网地区的农村生活污水进行处理，处理前，污水各污染物指标如下：COD为146mg/L，氨氮为36mg/L，TN为41mg/L，TP为3mg/L，粪大肠菌数3.5×10⁶个/L。

控制间歇进水模式为：每天进水6次，进水时间为120min/天，水力负荷为0.15m³/m²·d，水力停留时间为2天。

结果图8所示：经人工湿地处理后，厌氧池内COD、氨氮、TN和TP去除率分别为89％、85％、47％和24％，粪大肠菌从3.5×10⁶个/L降低至2.1×10⁴个/L。再经缺氧和好氧处理后，出水中各污染物浓度分别降低至4.8mg/L、2.7mg/L、19.6mg/L、2.0mg/L和1.9×10⁴个/L。

实施例3

采用小试试验比较不同处理出水水质，其中，设置下列处理：

(1)本发明装置结构的；

(2)U型厌氧区人工湿地+AAO；U型厌氧区人工湿地是指排水口外置在池体之外且高于池底的垂直流人工湿地。U型厌氧区人工湿地与AAO串联，污水先经人工湿地处理后，通过排水口进入AAO滤池做进一步处理。

(3)人工湿地+AAO。人工湿地是指排水口与池底持平的垂直流人工湿地。人工湿地与AAO串联，污水先经人工湿地处理后，通过排水口进入AAO滤池做进一步处理。

上述处理的下列参数均相同，即：

人工湿地有效容积为100L，AAO滤池容积为60L。

进水污水的各污染物指标如下：COD为166mg/L，氨氮为38mg/L，TN为45mg/L，TP为3.2mg/L，粪大肠菌数7.1×10⁶个/L。

结果如图9～11所示：

处理(1)：经人工湿地处理后，厌氧池内COD、氨氮、TN和TP去除率分别为88％、84％、45％和23％，粪大肠菌从7.1×10⁶个/L降低至4.3×10⁴个/L；再经缺氧和好氧处理后，出水中各污染物浓度分别降低至6.0mg/L、3.0mg/L、22.3mg/L、2.2mg/L和3.7×10⁴个/L

处理(2)：经带U型厌氧区的人工湿地模拟装置处理后，COD、氨氮、TN和TP去除率分别为84％、78％、38％和19％，粪大肠菌降低至2.1×10⁵个/L；湿地出水进入AAO处理后，出水中各污染物浓度分别降低至8.0mg/L、5.0mg/L、22.3mg/L、2.3mg/L和2.1×10⁵个/L。

处理(3)：经人工湿地处理后，COD、氨氮、TN和TP去除率分别为75％、76％、14％和17％，粪大肠菌降低至1.8×10⁵个/L；湿地出水进入AAO处理后，出水中各污染物浓度分别降低至12.5mg/L、5.5mg/L、31.0mg/L、2.4mg/L和1.7×10⁵个/L。

Claims

1.一种农村生活污水处理装置，包括池体，其特征在于：

所述池体通过第一隔墙分隔成依次连通的垂直流人工湿地池和AAO滤池；

2.如权利要求1所述的农村生活污水处理装置，其特征在于：所述第二隔墙包括：固定墙和活动闸门；所述固定墙与AAO滤池的侧壁和底部固定连接，固定墙上设有插槽，所述活动闸门通过插槽插入至固定墙内，并遮盖住位置相对应的过水孔。

3.如权利要求1所述的农村生活污水处理装置，其特征在于：所述第二隔墙上设有多组距隔墙底部高度不同的过水孔组。

4.如权利要求3所述的农村生活污水处理装置，其特征在于：每组过水孔通过一个活动闸门进行遮盖，各活动闸门由下至上进行堆叠，每个活动闸门的顶部均设有用于提拉该活动闸门的提拉杆，底部均设有供提拉杆插入的插槽。

5.如权利要求1所述的农村生活污水处理装置，其特征在于：所述AAO滤池的顶部与垂直流人工湿地池的顶部持平，AAO滤池中厌氧段与垂直流人工湿地池的体积比为1：5～10，AAO滤池的底面低于垂直流人工湿地池底面30～50cm。

6.如权利要求1所述的农村生活污水处理装置，其特征在于：所述AAO滤池的底面沿连通孔至出水口方向逐渐向下倾斜。

7.一种利用权利要求1、5或6任一项所述农村生活污水处理装置处理农村生活污水的方法，其特征在于，包括以下步骤：

采用间歇进水模式，通过进水管将农村生活污水泵入垂直流人工湿地池内，使农村生活污水由上至下经过基质床体，再通过连通孔进入AAO滤池的厌氧段；随着厌氧段内污水水位的升高，污水翻越隔墙依次进入缺氧段和好氧段后，从出水口排出；待进水完毕后，打开过水孔，将厌氧段内污水排至缺氧段。

8.一种利用权利要3或4所述农村生活污水处理装置处理农村生活污水的方法，其特征在于，包括以下步骤：

当总氮浓度≤30mg/L时，保持厌氧段内污水水位下方的过水孔关闭，并打开水位上方的过水孔，通过水位上方的过水孔依次进入缺氧段和好氧段，最后从出水口排出；

待缺氧段和好氧段的污水全部排出完毕后，由上至下逐级开启水位下方的过水孔，使污水全部从厌氧段内排至缺氧段，并通过出水口排出。

9.如权利要求7或8任一项所述的方法，其特征在于，所述间歇进水模式为每天进水4～8次，进水时间为5～20min/天，水力负荷为0.1～0.2m³/m²·d，水力停留时间为1～2天。