CN110078299A - 一种人工湿地污水再利用装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种人工湿地污水再利用装置及方法，包括人工湿地系统和控制中心，所述人工湿地系统包括至少两个串联的人工湿地，所述至少两个串联的人工湿地之间安装有控制装置，与控制中心连接，用于控制进水流向和水力停留时间。本装置还包括污水分离系统、沉降池、消毒回流系统中的至少一种。本发明的装置及方法，无需曝气装置及沼气池，并且可以污水再利用，造价低、效率高，可在农村家庭污水处理领域大规模推广应用。
Description
技术领域
本发明涉及污水再利用装置及方法，尤其涉及一种人工湿地污水再利用装置及方法。
背景技术
农村家庭污水主要以厕所产生的黑水和室内用水产生的灰水为主，其中含有大量的有机物、细菌、氮、磷等物质，这些污染物不仅对地表水有影响，还会污染地下水。目前农村地区的污水处理设施较为简单，甚至有些地区直接排放。有些地区的污水尽管经过了污水处理厂的处理，但由于农村地区人口分散，污水难以收集，使得很难达到预期的处理效果。因此，一种适宜于农村地区家庭污水处理的装置和方法是很有必要的。此外，目前针对农村家庭污水再利用的设备较少，发明专利CN103253823A公开了一种利用垂直流人工湿地处理污水协同甲烷氧化的装置，一定程度上解决了农村沼气问题，但仍需曝气装置进行曝气；发明专利CN105293841B公开了一种利用4级人工湿地和渗滤系统处理农村污水的方法和装置，虽然实现了农村分散式污水的处理，但此专利中人工湿地的占地面积很大，并且上述两篇专利均没有考虑到污水再利用的问题。
发明内容
发明目的：针对上述现有技术中的不足，本发明提供一种占地面积小、无需曝气装置的人工湿地污水再利用装置及方法。
技术方案：本发明的人工湿地污水再利用装置，包括人工湿地系统和控制中心，其特征在于，所述人工湿地系统包括至少两个串联的人工湿地，所述至少两个串联的人工湿地之间安装有控制装置，与控制中心连接，用于控制进水流向和水力停留时间。
优选地，所述控制装置为蠕动泵、双向控制阀、双向全贯流潜水泵或者高压泵中的至少一种。
本发明公开了一种利用上述装置进行污水再利用的方法，包括如下步骤：
(S1)将污水以下流式排入人工湿地系统中的至少一个人工湿地，即下流式人工湿地，并控制进水时间；然后控制装置控制污水以上流式排入至少一个人工湿地，即上流式人工湿地，并控制进水时间，同时保持下流式人工湿地为无水状态；
(S2)污水经过步骤(S1)处理后排出，用于污水再利用。
优选地，本发明装置还包括污水分离系统，用于将污水分离为灰水和黑水；所述污水分离系统分别通过隔油池和厌氧污泥床与生物滤池连接；生物滤池与所述人工湿地系统连接。
本发明公开了一种利用上述装置进行污水再利用的方法，包括如下步骤：
(S1)将污水首先排入污水分离系统，分离出灰水和黑水后，分别排入隔油池和厌氧污泥床处理；
(S2)步骤(S1)处理后的污水排入生物滤池处理后，以下流式排入人工湿地系统中的至少一个人工湿地，即下流式人工湿地，并控制进水时间；然后控制装置控制污水以上流式排入至少一个人工湿地，即上流式人工湿地，并控制进水时间，同时保持下流式人工湿地为无水状态；
(S3)将步骤(S2)处理后的污水排入至厌氧污泥床，并重复步骤(S2)后，污水排出，用于污水再利用。
优选地，本发明装置还包括与人工湿地系统连接的消毒回用系统，所述消毒回用系统包括紫外灯、雨水收集器和除臭池；雨水收集器与除臭池相连；所述除臭池与厌氧污泥床相连，用于污水循环处理。
优选地，所述人工湿地系统与所述消毒回用系统之间还连接有沉降池。
本发明公开了一种利用上述装置进行污水再利用的方法，包括如下步骤：
(S1)将污水首先排入污水分离系统，分离出灰水和黑水后，分别排入隔油池和厌氧污泥床处理；
(S2)步骤(S1)处理后的污水排入生物滤池处理后，以下流式排入人工湿地系统中的至少一个人工湿地，即下流式人工湿地，并控制进水时间；然后控制装置控制污水以上流式排入至少一个人工湿地，即上流式人工湿地，并控制进水时间，同时保持下流式人工湿地为无水状态；
(S3)经过步骤(S2)处理并进一步通过沉降池沉降后的污水及雨水收集器收集的雨水排入消毒回用系统中的除臭池；紫外灯对其照射杀菌；
(S4)将步骤(S3)处理后的污水排入至厌氧污泥床，并重复步骤(S2)～(S3)后，污水排出，用于污水再利用。
工作原理：下流式进水，水体向下，而气体具有上浮力，因此，向下的水体会阻碍气体向下进入人工湿地，造成溶解氧较少；上流式进水，水体向上，而气体本身具有上浮力，向上的水体会促进更多气体进入人工湿地，使得溶解氧更多。
下流式人工湿地，用控制装置控制水力停留时间，主要发生：(1)厌氧反硝化反应，去除NO3 --N，并产生CH4；(2)厌氧释磷反应，利用聚磷菌等微生物释放菌体内的聚磷酸盐，聚磷酸盐更容易去除。此外，人工湿地系统的顶部植物设在地表，在下流式人工湿地处于无水状态时，光合作用产生的氧气进入下流式人工湿地，这本身也是一个内部的厌氧-好氧(硝化反硝化)交替的状态；
上流式人工湿地，用控制装置控制水力停留时间，主要发生：(1)好氧硝化反应，以去除水中的NH4 +-N和上流式人工湿地产生的CH4；(2)好氧吸磷反应，聚磷菌等微生物在好氧状态下过量地吸收磷：聚磷菌以分子氧或化合态氧作为电子受体，氧化代谢内贮物质PHB或PHV等，并产生能量，过量地从污水中摄取磷酸盐，能量以高能物质ATP的形式存贮，其中一部分有转化为聚磷，作为能量贮于胞内，通过剩余污泥的排放实现高效生物除磷目的。
有益效果：本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：(1)无需曝气装置，利用控制装置实现人工湿地的不同进水方式，并利用内部的砾石粒径不同，实现内部的厌氧-好氧交替反应，达到更全面的去除氮磷和CH4的效果。(2)无需建立沼气池，厌氧反硝化和人工湿地产生的CH4通过串联的不同进水方式的人工湿地即可进行处理。(3)控制中心可以实现对于不同进水方式的控制，也可以实现对于污水循环处理的控制，使净化更加充分。(4)增加的污水分离系统，将污水分为灰水和黑水，减少了负荷，加快了净水速率。(5)增加的消毒回用系统，利用除臭池对污水进行除臭，利用紫外灯对污水杀菌消毒，进一步净化污水。(6)增加的污水回用系统，能够处理下水道等其他污水。(7)本发明装置成本较低，节能环保，适用于污水的综合处理。
附图说明
图为本发明人工湿地污水再利用装置的结构图。
具体实施方式
为了详细的说明本发明公开的技术方案，下面结合说明书附图和具体的实施例做进一步的阐述。
实施例1
本发明公开了一种人工湿地污水再利用装置，如图1所示，其中：1、污水分离系统；2、隔油池；3、厌氧污泥床；4、生物滤池；5、人工湿地系统；501、植物；502、下流式人工湿地；503、上流式人工湿地；6、第一蠕动泵；7、法兰盘；8、沉降池；9、离心泵；10、紫外灯；11、消毒回用系统；12、雨水收集器；13、除臭池；14、第二电磁阀；15、第一电磁阀；16、控制中心；17、第二蠕动泵。
本实施方式的人工湿地污水再利用装置，包括依次连接的人工湿地系统5和控制中心16；所述人工湿地系统5包括两个串联的垂直流人工湿地502、503，垂直流人工湿地安放在土壤中，在两个人工湿地502、503之间设置第一蠕动泵6，所述控制中心16连接第一蠕动泵6(图中未画出)，控制蠕动泵的运行；人工湿地502、503由1.5-3.0mm厚的高密度聚乙烯(HDPE)密封膜制成，通过穿孔PVC管依次相连；下流式人工湿地502、上流式人工湿地503内部分别填充粒径范围40-50mm和90-100mm的砾石；顶部种植植物501，植物501可以为海门藻，根系长50cm；人工湿地系统5尺寸范围可以为3-5m2，过滤介质总空隙可以达到0.51％。
本发明提供了上述装置进行污水再利用的方法，包括如下步骤：
(S1)将污水排入以下流式排入人工湿地系统5中的至少一个人工湿地，即下流式人工湿地502，并控制进水时间0.5h，并保持淹没状态2h，再用20min以上流式将污水排至上流式人工湿地503，并控制水力停留时间6h，维持下流式人工湿地502处于无水状态的排空期6h；
(S2)污水经过步骤(S1)处理后排出，也可以通过控制中心16控制步骤(S1)循环进行，然后用于污水再利用。
实施例2
本发明装置在实施例1的基础上增加污水分离系统1、隔油池2、厌氧污泥床3和生物滤池4，所述污水分离系统1设有两条倾斜的软管，分别连接隔油池2和厌氧污泥床3，后并入生物滤池4，与所述人工湿地系统5连接；所述人工湿地系统5与厌氧污泥床3之间设置有第一电磁阀15、第二蠕动泵17，分别与控制中心16连接，与污水再利用出口之间设置有第二电磁阀14，与控制中心16连接(图中未画出)，如图1所示。
所述污水分离系统1包括转鼓式水力筛或转鼓式格栅除污机的一种，将灰水与黑水分开，以减少净水能耗损失、加快净化速率；所述厌氧污泥床3和生物滤池4均由玻璃纤维制成，体积分别为400L和210L；所述生物滤池4内部填充粒径为64-100mm的砾石，外部与20-30mm口径的PVC管相连，用于排放厌氧过程中产生的气体。
本发明提供了上述装置进行污水再利用的方法，包括如下步骤：
(S1)将污水首先排入污水分离系统1，分离出灰水和黑水后，分别排入隔油池2和厌氧污泥床3处理；
(S2)步骤(S1)处理后的污水排入生物滤池4水力停留时间24小时后，以下流式排入人工湿地系统5中的至少一个人工湿地，即下流式人工湿地502，并控制进水时间0.5h，并保持淹没状态2h，再用20min以上流式将污水排至上流式人工湿地503，并控制水力停留时间6h，维持下流式人工湿地502处于无水状态的排空期6h；
(S3)在控制中心16的控制下第一电磁阀15打开，第二电磁阀14关闭，经步骤(S2)处理后的污水由第二蠕动泵17抽回至厌氧污泥床3，并重复步骤(S2)后，第一电磁阀15关闭，第二电磁阀14打开，污水排出，用于污水再利用。
实施例3
本发明装置在实施例2的基础上增加与人工湿地系统5通过离心泵9连接的消毒回用系统11；所述消毒回用系统11包括紫外灯10和除臭池13；雨水收集器12与除臭池13相连；所述除臭池13与厌氧污泥床3相连，如图1所示。
所述紫外灯10选用功率30-50W、波长250-280nm的低压汞蒸气放电灯；除臭池13内部填充活性炭等除臭剂。
本装置在人工湿地系统5与所述消毒回用系统11之间通过法兰盘7还连接有沉降池8，沉降池8与消毒回用系统11之间通过离心泵9连接。
本发明提供了上述装置进行污水再利用的方法，包括如下步骤：
(S1)将污水首先排入污水分离系统1，分离出灰水和黑水后，分别排入隔油池2和厌氧污泥床3处理；
(S2)步骤(S1)处理后的污水排入生物滤池4水力停留时间24小时后，以下流式排入人工湿地系统5中的至少一个人工湿地，即下流式人工湿地502，并控制进水时间0.5h，并保持淹没状态2h，再用20min以上流式将污水排空至上流式人工湿地503，并控制水力停留时间6h，维持下流式人工湿地502处于无水状态的排空期6h；
(S3)步骤(S2)处理后，并通过沉降池8沉降后的污水通过离心泵9排入消毒回用系统11中的除臭池13，雨水收集器12收集的雨水排入除臭池13，收集的雨水一方面能够增加再利用的水量，另一方面能够稀释除臭池13内的污水；紫外灯10对其照射杀菌；
(S4)在控制中心16的控制下第一电磁阀15打开，第二电磁阀14关闭，经步骤(S2)处理后的污水由第二蠕动泵17抽回至厌氧污泥床3，并重复步骤(S2)～(S3)后，第一电磁阀15关闭，第二电磁阀14打开，污水排出，用于污水再利用。
Claims (8)
1.一种人工湿地污水再利用装置，包括人工湿地系统(5)和控制中心(16)，其特征在于，所述人工湿地系统(5)包括至少两个串联的人工湿地，所述至少两个串联的人工湿地之间安装有控制装置，与控制中心(16)连接，用于控制进入人工湿地的水流方向和水力停留时间。
2.根据权利要求1所述的人工湿地污水再利用装置，其特征在于，所述控制装置为蠕动泵、双向控制阀、双向全贯流潜水泵或者高压泵中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的人工湿地污水再利用装置，其特征在于，还包括污水分离系统(1)，用于将污水分离为灰水和黑水；所述污水分离系统(1)分别通过隔油池(2)和厌氧污泥床(3)与生物滤池(4)连接；生物滤池(4)与所述人工湿地系统(5)连接。
4.根据权利要求3所述的人工湿地污水再利用装置，其特征在于，还包括与人工湿地系统(5)连接的消毒回用系统(11)，所述消毒回用系统(11)包括紫外灯(10)、雨水收集器(12)和除臭池(13)；雨水收集器(12)与除臭池(13)相连；所述除臭池(13)与厌氧污泥床(3)相连，用于污水循环处理。
5.根据权利要求4所述的人工湿地污水再利用装置，其特征在于：所述人工湿地系统(5)与所述消毒回用系统(11)之间还连接有沉降池(8)。
6.一种利用权利要求1或2所述人工湿地污水再利用装置进行污水再利用的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(S1)将污水以下流式排入人工湿地系统(5)中的至少一个人工湿地，即下流式人工湿地(502)，并控制进水时间；然后控制装置控制污水以上流式排入至少一个人工湿地，即上流式人工湿地(503)，并控制进水时间，同时保持下流式人工湿地(502)为无水状态；
(S2)污水经过步骤(S1)处理后排出，用于污水再利用。
7.一种利用权利要求3所述人工湿地污水再利用装置进行污水再利用的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(S1)首先将污水排入污水分离系统(1)，分离出灰水和黑水后，分别排入隔油池(2)和厌氧污泥床(3)处理；
(S2)步骤(S1)处理后的污水排入生物滤池(4)处理后，以下流式排入人工湿地系统(5)中的至少一个人工湿地，即下流式人工湿地(502)，并控制进水时间；然后控制装置控制污水以上流式排入至少一个人工湿地，即上流式人工湿地(503)，并控制进水时间，同时保持下流式人工湿地(502)为无水状态；
(S3)将步骤(S2)处理后的污水排入至厌氧污泥床(3)，并重复步骤(S2)后，污水排出，用于污水再利用。
8.一种利用权利要求5所述人工湿地污水再利用装置进行污水再利用的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(S1)首先将污水排入污水分离系统(1)，分离出灰水和黑水后，分别排入隔油池(2)和厌氧污泥床(3)处理；
(S2)步骤(S1)处理后的污水排入生物滤池(4)处理后，以下流式排入人工湿地系统(5)中的至少一个人工湿地，即下流式人工湿地(502)，并控制进水时间；然后控制装置控制污水以上流式排入至少一个人工湿地，即上流式人工湿地(503)，并控制进水时间，同时保持下流式人工湿地(502)为无水状态；
(S3)经过步骤(S2)处理并进一步通过沉降池(8)沉降后的污水及雨水收集器(12)收集的雨水排入消毒回用系统(11)中的除臭池(13)；紫外灯(10)对其照射杀菌；
(S4)将步骤(S3)处理后的污水排入至厌氧污泥床(3)，并重复步骤(S2)～(S3)后，污水排出，用于污水再利用。
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