CN110550829A - 一种小城镇生活污水塔式生态净化一体化装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种小城镇生活污水塔式生态净化一体化装置，包括储水过滤池、介质反渗池、两栖生物反应系统和水生生物反应系统，所述两栖生物反应系统与水生生物反应系统从高到低交替衔接而成；两栖生物反应系统与水生生物反应系统交替组合形成干湿交替、氧化‑还原复合环境，结合植物拦截吸收、生物基质转化、曝氧和强化介质吸附，形成植物‑微生物‑动物多级生态净化处理一体化技术和集成装置，在较小的空间范围内，实现小城镇生活污水的高效净化与达标排放。

Description

一种小城镇生活污水塔式生态净化一体化装置

技术领域

本发明涉及生活污水多级生态净化技术领域，具体为一种小城镇生活污水塔式生态净化一体化装置。

背景技术

随着农村城镇化进程的加快和用水量需求不断增加，污水排放量不断增大，采用传统的化粪池处理村镇生活污水已不能满足水环境保护的要求；大量厨房污水、洗涤污水、冲厕污水、小型养殖厂冲圈水等废水直接排入了土壤、河流与湖泊中；而村镇生活污水污染物成分复杂，有机物浓度高，含一定量的氮、磷，部分生活污水中可能含有重金属和有毒有害物质，如不经处理直接排放，易导致一些流行性疾病的发生与传播。

目前，由于生态技术工艺相对简单，系统运行成本低廉，处理效果明显，越来越广泛地应用于农村污水处理技术领域。常用的农村污水生态处理技术包括人工湿地、稳定塘、地下渗滤系统及沟渠生态净化等。人工湿地系统是主要利用基质、植物根系及其周围微生物通过物理吸附、化学作用及微生物联合净化污水；稳定塘以太阳能为初始能量，通过多条食物链的物质迁移、转化和能量传递，将塘中有机污染物降解转化，并实现资源回收；地下渗滤系统主要通过物理截留吸附、化学沉淀及生物降解用去除污染物，这些技术将污水处理与生态工程相结合，克服了生化处理技术(接触氧化、SBR等)运行费用高且维护管理复杂的缺点，但是却存在以下问题：1.占地面积大、建设成本高，特别在欠发达的山区，地貌以山丘为主，难以找到适合建设污水处理系统的大面积平地；2.易受病虫害及受气候等条件制约，以植物拦截吸收为重要污水处理手段的生物方法容易遭受病虫害，且在冬季由于温度过低，存在植物越冬问题以及微生物代谢缓慢等问题，导致出水水质不稳定的缺点；3.生态净化技术存在二次污染、堵塞问题，后期维护管理困难且不规范。利用自然排水沟渠构建的生态净化体系充分利用自然跌落、植物拦截吸收等净化技术，具有投资少、管理简单的特点，可有效治理分散生活污水，但是该技术在部分地势低、排水沟渠短的小城镇应用较为困难。因此亟需发展一种可以在较小的空间范围内，建设低成本、低动力的集成化小型生活污水生态净化系统，对小城镇生活污水进行稳定高效净化，并且简化后期维护管理，这将为我国高速城镇化形势下的聚落生活污水处理提供关键控制技术，是保护水环境，促进和谐小城镇建设的重大课题，对于我国农村可持续发展，中国的水资源安全保障具有特殊的、重要的战略意义。

因此针对现有技术中存在易受病虫害及受气候，建设成本和运行管理成本较高等条件制约，出水水质不稳定、维持时间短等缺点，特别在欠发达的山区，地貌以山丘为主，难以找到适合建设污水处理系统的大面积平地；而利用自然排水沟渠构建的生态净化体系在部分地势低、排水沟渠短的村镇应用较为困难的问题，提出一种小城镇生活污水塔式生态净化一体化装置。

发明内容

本发明的目的在于提供一种小城镇生活污水塔式生态净化一体化装置，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种小城镇生活污水塔式生态净化一体化装置，包括储水过滤池、两栖生物反应系统和水生生物反应系统，所述两栖生物反应系统与水生生物反应系统从高到低交替衔接而成；

所述两栖生物反应系统由高到低依次包括反渗-两栖植物反应池、两栖植物反应池和两栖生物反应池；

所述水生生物反应系统由高到低依次包括反渗-水生植物反应池、水生植物反应池和水生生物反应池。

作为本技术方案的进一步优选的：所述储水过滤池包括第一进水口和第一出水口，所述第一进水口和第一出水口分别相对设置于储水过滤池的两侧。

作为本技术方案的进一步优选的：所述第一进水口距池底60cm，所述第一出水口距池底50cm，所述第一进水口处设有直径3cm竹格栅，所述第一出水口处设有直径0.5cm竹格栅。

作为本技术方案的进一步优选的：所述反渗-两栖植物反应池包括第一出水口、介质反渗池、填充层和第二出水口；所述第一出水口距反渗-两栖植物反应池池底90cm，所述介质反渗池设置于第一出水口的出水端，所述填充层包括底泥介质层、两栖植物及微生物，所述第二出水口距反渗-两栖植物反应池池底35cm略高于底泥介质层。

作为本技术方案的进一步优选的：所述反渗-水生植物反应池包括第二出水口、介质反渗池、填充层和第三出水口，所述第二出水口距反渗-水生植物反应池池底90cm，所述填充层包括底泥介质层、水生植物及微生物，所述水生植物为去除污染物效率高的水生植物；所述第三出水口距反渗-水生植物反应池池底75cm。

作为本技术方案的进一步优选的：所述介质反渗池隔断的底部设置有反渗口，所述反渗池从高到低依次设置有介质层、过滤层和、反滤层；所述介质层随水流方向依次由粒径0.01mm～0.03mm的蒙脱石(MTM-1)和粒径0.5mm～2.0mm的紫色石骨子(HWR-1)组成；所述过滤层粒径10mm～50mm的卵石随水流方向由小至大铺设形成，厚度10cm～20cm；所述反滤层由粒径10mm～50mm的碎石、卵石随水流方向由小至大铺设形成，厚度10cm～20cm。

作为本技术方案的进一步优选的：所述两栖植物反应池包括第三出水口、填充层和第四出水口，所述填充层包括底泥介质层、两栖植物、微生物及浮游生物，所述两栖植物为高矮组合的矮杆两栖植物组合，所述浮游生物包括原生动物、藻类及某些甲壳类及软体动物。

作为本技术方案的进一步优选的：所述水生植物反应池包括第四出水口、填充层和第五出水口，所述填充层包括底泥介质层、水生植物、微生物及浮游生物。

作为本技术方案的进一步优选的：所述两栖生物反应池包括第五出水口、填充层和第六出水口，所述填充层包括底泥介质层、两栖植物、微生物、浮游生物和两栖动物。

作为本技术方案的进一步优选的：所述水生生物反应池包括第六出水口、填充层和第七出水口，所述填充层包括底泥介质层、水生植物、微生物、浮游生物和水生动物。

作为本技术方案的进一步优选的：所述底泥介质层自上而下由粒径直径依次逐渐减少的大卵石、细卵石以及细沙组成，所述大卵石厚度为10cm、所述细卵石厚度为10cm、所述细砂厚度为5cm，所述底泥介质层上还包括砾石堆，所述砾石堆砌于池中央，由砾石或瓦片、瓷片组成，为微生物附着体，其上部生长着植物。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、两栖生物反应系统与水生生物反应系统交替组合而成的干湿交替、氧化-还原复合环境下经植物拦截吸收，再由生物基质、曝氧和强化介质组合，为植物-微生物-动物多级生态净化处理一体化技术和集成装置，高效去除生活污水污染物；

2、系统运行所需能源主要是重力能、太阳能、生物等生态型能源，无需其他动力，节能降耗；系统组分植物、动物、微生物组成具有自净功能的生态体系，降低维护污水处理的成本；

3、本发明尤其适用于山区村镇污水处理，充分利用山区自然地势，构筑一体化净化系统，具有占地小、运行成本低的特点；

4、通过上述植物-微生物-动物多级生态净化处理一体化技术，将跌落曝氧、植物拦截吸收的净化技术，与土壤微生物氧化还原、动物摄食等高效污水处理技术优化结合，充分利用生态系统各组分间相互依存、相互制约、作用互补、共同稳定的关系，提供一种结构合理、建设成本少、管理简单、运行成本低的小型生活污水塔式生态净化系统，基本解决长期困扰的山区小城镇生活污水治理问题，在广大村镇、村落的生活污水净化领域有较大的推广应用价值。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为两栖生物反应系统与水生生物反应系统的结构示意图；

图3为本发明的介质反渗池结构示意图；

图4为本发明的储水过滤池结构示意图。

图中：1、储水过滤池；2、反渗-两栖植物反应池；3、反渗-水生植物反应池；4、两栖植物反应池；5、水生植物反应池；6、两栖生物反应池；7、水生生物反应池；8、介质反渗池；81、反渗口；82、反滤层；83、过滤层；84、介质层；9、填充层；91、底泥介质层；11、第一进水口；12、第一出水口；21、第二出水口；31、第三出水口；41、第四出水口；51、第五出水口；61、第六出水口；71、第七出水口。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例

请参阅图1-4，本发明提供一种技术方案：一种小城镇生活污水塔式生态净化一体化装置，包括储水过滤池1、两栖生物反应系统和水生生物反应系统，所述两栖生物反应系统与水生生物反应系统从高到低交替衔接而成，所述两栖生物反应系统由高到低依次包括反渗-两栖植物反应池2、两栖植物反应池4和两栖生物反应池6；所述水生生物反应系统由高到低依次包括反渗-水生植物反应池3、水生植物反应池5和水生生物反应池7。

一种小城镇生活污水塔式生态净化一体化装置利用高程差形成无动力自流通道，生活污水经泄流、初步过滤沉淀后，由高处流入，垂直落入介质反渗池形成曝氧条件，氧化还原性污染物，降低BOD、COD；再经反渗池底反渗口利用压力差渗入植物反应池；在两栖生物反应系统与水生生物反应系统交替组合而成的干湿交替、氧化-还原复合环境下经植物拦截吸收、微生物氧化还原及动物摄食等多级生态净化处理技术高效去除生活污水的有害、有毒物质。生物反应系统中植物、动物、微生物组成具有自净功能的生态体系，降低维护污水处理的成本。

本实施例中，具体的：两栖生物反应系统的尺寸为：60cm深×120cm长×120cm宽，水生生物反应系统的尺寸为：90cm深×120cm长×120cm宽，池子在距入水口侧30cm处设置有介质反渗池8，隔断底部留有5cm高反渗口81；生活污水经泄流、初步过滤沉淀后，由高处进入生态净化系统，垂直落入介质反渗池8形成曝氧条件，氧化还原性污染物，降低BOD、COD；再经介质反渗池底反渗口81利用压力差渗入植物反应池；介质反渗池可延长污水停留时间，保证污水全部经由各反应系统处理。

本实施例中，具体的：所述储水过滤池1包括第一进水口11和第一出水口12，所述第一进水口11和第一出水口12分别相对设置于储水过滤池1的两侧，第一进水口11设置有直径3cm竹格栅，第一出水口12设置有直径0.5cm竹格栅，第一出水口12位置略低于第一进水口11，形成压力差；

本实施例中，具体的：所述反渗-两栖植物反应池2包括第一出水口12、介质反渗池8、填充层9和第二出水口21；所述第一出水口12距池底90cm，所述介质反渗池8设置于第一出水口12的出水端，介质反渗池可延长污水停留时间，保证污水全部经由各反应系统处理，所述填充层9包括底泥介质层91、两栖植物及微生物，所述第二出水口21距反渗-两栖植物反应池2池底35cm略高于底泥介质层91。底泥介质层91还包括砾石堆，随水流方向依次为层高10cm的介质粒径约为10cm的大卵石、层高10cm的介质粒径约为5cm的细卵石、层高5cm的介质粒径约为1.5cm的细砂、砾石或瓦片、瓷片，所述砾石堆砌于池中央，而形成上层好氧-下层厌氧结合环境，设置微生物脱氮除磷菌株，所述介质反渗池8隔断的底部设置有反渗口81，所述反渗池从高到低依次设置有介质层84、过滤层83和反滤层82；所述介质层84随水流方向依次由粒径0.01mm～0.03mm的蒙脱石(MTM-1)和粒径0.5mm～2.0mm的紫色石骨子(HWR-1)组成；所述过滤层83粒径10mm～50mm的卵石随水流方向由小至大铺设形成，厚度10cm～20cm；所述反滤层82由粒径10mm～50mm的碎石、卵石随水流方向由小至大铺设形成，厚度10cm～20cm。池内种植高秆植物(小叶榕、水竹)及矮杆植物(石菖蒲)，小叶榕、石菖蒲根系发达，抗冲刷，水竹对污水碳氮磷污染物利用效率高，高矮组合增加植物多样性及植被覆盖率，提高污染物吸收量，反应池中砾石、瓦片、瓷片、植物根系等为微生物提供附着体，形成生物膜，提高微生物对污染物的氧化还原作用；植物为根系发达、富集污染物强的高秆和矮杆；微生物为当地筛选脱氮除磷菌株，污水经池中两栖植物拦截吸收、微生物氧化还原后跌落至反渗-水生植物反应池。

本实施例中，具体的：所述反渗-水生植物反应池3包括第二出水口21、介质反渗池8、填充层9和第三出水口31，所述第二出水口21距反渗-水生植物反应池池底90cm，所述填充层9包括底泥介质层91、水生植物(铜钱草)及微生物，所述水生植物为去除污染物效率高的水生植物；所述第三出水口31距反渗-水生植物反应池池底75cm，以此形成淹水厌氧环境进行微生物厌氧反应，碳氮磷污染物通过介质吸附、铜钱草吸收利用及微生物厌氧氧化后进一步消减，经池底介质吸附、水生植物吸收跌落至两栖植物反应池；

本实施例中，具体的：所述两栖植物反应池4包括第三出水口31、填充层9和第四出水口41，所述填充层9包括底泥介质层91、两栖植物、微生物及浮游生物，所述两栖植物为高矮组合的矮杆两栖植物组合，所述浮游生物包括原生动物、藻类及某些甲壳类及软体动物。两栖植物为根系发达、富集污染物强的高秆植物和根系发达、抗冲刷的矮杆植物，高矮组合增加植物多样性及植被覆盖率，提高污染物吸收量，微生物利用植物发达根系形成生物膜，污水进一步经池中两栖植物吸收、微生物氧化还原及浮游生物摄食后进入水生植物反应池。

本实施例中，具体的：所述水生植物反应池5包括第四出水口41、填充层9和第五出水口51，所述填充层9包括底泥介质层91、水生植物、微生物及浮游生物。底泥介质层91可吸附部分有机物、悬浮物，池中散落砾石或瓦片、瓷片等可为微生物提供附着体，形成生物膜，分别经微生物厌氧氧化还原、水生植物吸收、浮游生物摄食、介质吸附拦截后跌落至两栖生物反应池.

本实施例中，具体的：所述两栖生物反应池6包括第五出水口51、填充层9和第六出水口61，所述填充层9包括底泥介质层91、两栖植物、微生物、浮游生物和两栖动物。浮游生物包括原生动物、藻类及某些甲壳类及软体动物，一方面直接摄食污染物，一方面摄食微生物及植物分泌物、脱落物等，清洁反应池环境，两栖动物为可富集污染物的动物，提高底泥介质层91的透气性，促进植物根系对污染物的吸收，防止堵塞出水口，除植物拦截吸收、微生物氧化还原、浮游生物摄食外，进一步丰富食物链，提高污水处理效率及反应池自净功能。

本实施例中，具体的：所述水生生物反应池7包括第六出水口61、填充层9和第七出水口71，所述填充层9包括底泥介质层91、水生植物、微生物、浮游生物和水生动物。水生动物为软体动物，污染物通过生物同化作用、微生物反硝化作用及水生动物的猎食进一步消减。

上述实施例中，所述底泥介质层91自上而下由粒径直径依次逐渐减少的大卵石、细卵石以及细沙组成，所述大卵石厚度为10cm、所述细卵石厚度为10cm、所述细砂厚度为5cm，所述底泥介质层91还包括砾石堆，所述砾石堆砌于池中央，由砾石或瓦片、瓷片组成，为微生物附着体，其上部生长着植物。

具体的，底泥介质层91，自下而上依次为高10cm大卵石(直径10cm左右)、高10cm细卵石(直径5cm)、高3cm细砂(直径1.5cm)、高2cm粉煤灰(直径1cm)、砾石或瓦片、瓷片(直径3cm)，砾石堆由直径10cm以上砾石堆砌。

微生物为当地筛选脱氮除磷菌株；两栖植物为根系发达、富集污染物强的高秆植物和根系发达、抗冲刷的矮杆植物；水生植物为去除污染物效率高的水生植物；浮游生物包括原生动物、藻类及某些甲壳类及软体动物；所述动物为可富集污染物的小型两栖动物或水生动物，如池内放养蚯蚓，利用蚯蚓活动破碎分解粗大有机物，提高底泥介质透气性，促进植物根系对污染物的吸收，防止堵塞出水口，并增强微生物氧化(硝化)作用、提高氨氮去除率，如水生动物为泥鳅。碳氮磷污染物通过铜钱草生物同化作用、微生物反硝化作用及水生动物的猎食进一步消减。

工作原理或者结构原理，使用时，生活污水经储水过滤池1初步过滤沉淀后，首先跌落至反渗-两栖植物反应池2，通过跌落曝氧，氧化还原性污染物，降低BOD、COD；再经介质反渗池8底反渗口81利用压力差渗入两栖植物反应池4；池中由岩石堆积形成水旱两栖环境，栽种两栖植物，污水经池中两栖植物拦截吸收、微生物氧化还原后跌落至反渗-水生植物反应池3；经跌入反渗池短暂曝氧后，由反渗口81进入水生植物反应池5，经池底介质吸附、水植物吸收跌落至两栖植物反应池4；微生物利用植物发达根系形成生物膜，污水进一步经池中两栖植物吸收、微生物氧化还原及浮游生物摄食后进入水生植物反应池5；分别经微生物厌氧氧化还原、水植物吸收、浮游生物摄食、介质吸附拦截后跌落至两栖生物反应池6及水生生物反应池7；在两栖生物反应池6中，除植物拦截吸收、微生物氧化还原、浮游生物摄食外，增加了两栖动物及水生动物丰富食物链；污水在两栖环境及水生环境交替组合而成的干湿交替、氧化-还原复合环境下经逐步增加的植物拦截吸收、微生物氧化还原及动物摄食等多级生态净化处理技术高效去除生活污水的有害、有毒物质；反应池中植物、水生动物、微生物组成具有自净功能的生态体系，降低维护污水处理的成本。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种小城镇生活污水塔式生态净化一体化装置，包括储水过滤池(1)、两栖生物反应系统和水生生物反应系统，其特征在于：所述两栖生物反应系统与水生生物反应系统从高到低交替衔接而成；

所述两栖生物反应系统由高到低依次包括反渗-两栖植物反应池(2)、两栖植物反应池(4)和两栖生物反应池(6)；

所述水生生物反应系统由高到低依次包括反渗-水生植物反应池(3)、水生植物反应池(5)和水生生物反应池(7)。

2.根据权利要求1所述的一种小城镇生活污水塔式生态净化一体化装置，其特征在于：所述储水过滤池(1)包括第一进水口(11)和第一出水口(12)，所述第一进水口(11)和第一出水口(12)分别相对设置于储水过滤池(1)的两侧，所述第一进水口(11)距池底60cm，所述第一出水口(12)距池底50cm，所述第一进水口(11)处设有直径3cm竹格栅，所述第一出水口(12)处设有直径0.5cm竹格栅。

3.根据权利要求1所述的一种小城镇生活污水塔式生态净化一体化装置，其特征在于：所述反渗-两栖植物反应池(2)包括第一出水口(12)、介质反渗池(8)、填充层(9)和第二出水口(21)；所述第一出水口(12)距池底90cm，所述介质反渗池(8)设置于第一出水口(12)的出水端，所述填充层(9)包括底泥介质层(91)、两栖植物及微生物，所述第二出水口(21)距反渗-两栖植物反应池(2)池底35cm，略高于底泥介质层(91)。

4.根据权利要求1所述的一种小城镇生活污水塔式生态净化一体化装置，其特征在于：所述反渗-水生植物反应池(3)包括第二出水口(21)、介质反渗池(8)、填充层(9)和第三出水口(31)，所述第二出水口(21)距反渗-水生植物反应池(3)池底90cm，所述填充层(9)包括底泥介质层(91)、水生植物及微生物，所述水生植物为去除污染物效率高的水生植物；所述第三出水口(31)距反渗-水生植物反应池(3)池底75cm。

5.根据权利要求3或4所述的一种小城镇生活污水塔式生态净化一体化装置，其特征在于：所述介质反渗池(8)隔断的底部设置有反渗口(81)，所述介质反渗池从高到低依次设置有介质层(84)、过滤层(83)和反滤层(82)；所述介质层(84)随水流方向依次由粒径0.01mm～0.03mm的蒙脱石(MTM-1)和粒径0.5mm～2.0mm的紫色石骨子(HWR-1)组成；所述过滤层(83)粒径10mm～50mm的卵石随水流方向由小至大铺设形成，厚度10cm～20cm；所述反滤层(82)由粒径10mm～50mm的碎石、卵石随水流方向由小至大铺设形成，厚度10cm～20cm。

6.根据权利要求1所述的一种小城镇生活污水塔式生态净化一体化装置，其特征在于：所述两栖植物反应池(4)包括第三出水口(31)、填充层(9)和第四出水口(41)，所述填充层(9)包括底泥介质层(91)、两栖植物、微生物及浮游生物，所述两栖植物为高矮组合的矮杆两栖植物组合，所述浮游生物包括原生动物、藻类及某些甲壳类及软体动物。

7.根据权利要求1所述的一种小城镇生活污水塔式生态净化一体化装置，其特征在于：所述水生植物反应池(5)包括第四出水口(41)、填充层(9)和第五出水口(51)，所述填充层(9)包括底泥介质层(91)、水生植物、微生物及浮游生物。

8.根据权利要求1所述的一种小城镇生活污水塔式生态净化一体化装置，其特征在于：所述两栖生物反应池(6)包括第五出水口(51)、填充层(9)和第六出水口(61)，所述填充层(9)包括底泥介质层(91)、两栖植物、微生物、浮游生物和两栖动物。

9.根据权利要求1所述的一种小城镇生活污水塔式生态净化一体化装置，其特征在于：所述水生生物反应池(7)包括第六出水口(61)、填充层(9)和第七出水口(71)，所述填充层(9)包括底泥介质层(91)、水生植物、微生物、浮游生物和水生动物。

10.根据权利要求3～9所述的一种小城镇生活污水塔式生态净化一体化装置，其特征在于：所述底泥介质层(91)自上而下由粒径直径依次逐渐减少的大卵石、细卵石以及细沙组成，所述大卵石厚度为10cm、所述细卵石厚度为10cm、所述细砂厚度为5cm。