CN111153507A - 一种活性污泥零排放的绿地式处理池及污水处理系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种活性污泥零排放的绿地式处理池，包括设于地面以下的池体，所述池体的内部从上往下依次布设有植被层、混砂土层、土工布层、砂石混合垫层、防渗层；所述植被层中间水平布设有布水管路，所述布水管路的进水口伸出位于池体外部；位于所述砂石混合垫层的池体侧壁上安装有雨水溢流管，位于所述防渗层的池体侧壁上安装有滤液收集管。同时还公开了一种利用上述绿地式处理池的污水处理系统。本发明中绿地式处理池是通过植被层对剩余污泥中固体成分的截留比例达到61.3%~83.0%；然后通过混砂土层、土工布层、砂石混合垫层实现了对活性污泥的零排放处理，且在处理过程中无二次污染，故具有运行费用低、操作简单、处理效率高等优点。

Description

一种活性污泥零排放的绿地式处理池及污水处理系统

技术领域

本发明属于污水处理技术领域，具体涉及一种村镇级污水厂（站）的活性污泥零排放的绿地式处理池及污水处理系统。

背景技术

随着国家对水环境污染问题的重视，全国各地不仅对城镇污水处理加大了整治力度，还对乡镇村级的点源水污染控制力度也在逐年加大。目前针对生活污水治理，全国90%以上选用最高效、经济与稳定的生化法作为主要工艺，但生化法处理不可避免地会产生剩余活性污泥，而剩余污泥的处理涉及干化、运输及末端处置，而为了保证不发生二次污染及对污泥的干化标准，故其运输方式及处置办法的要求极高，因此导致剩余污泥的处置成本居高不下。对于点源水污染控制的小型污水厂（站），一般由县、乡或底层村镇出资建设或运行，经费少且多数交通不便，基本是以少人或无人值守方式运行，故剩余污泥的处理、处置成本较城市污水厂更高。因此，剩余活性污泥的处理、处置问题成为目前阻碍我国村镇级点源水污染生化法治理发展的重要因素。

目前针对一般生活污水产生的活性污泥处置有四项原则：减量化、无害化、稳定化及资源化，最终目标是要达到污泥的资源化处理。针对村镇级污水厂（站）的剩余活性污泥的处理、处置需额外满足就地处置、不额外产生废水、废物及臭气、处理操作简单、成本低等原则。此外，村镇级污水厂水量小，水质情况简单，所以产生的剩余污泥总量少，成分简单，因此通过自然中动植物或微生物来处理剩余污泥是满足上述原则的最优路径。

发明内容

本发明的目的在于提供一种活性污泥零排放的绿地式处理池及污水处理系统，主要是针对绿地式村镇级污水厂（站）的活性污泥进行资源化处理。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种活性污泥零排放的绿地式处理池，包括设于地面以下的池体，所述池体的内部从上往下依次布设有植被层、混砂土层、土工布层、砂石混合垫层、防渗层；所述植被层中间水平布设有布水管路，所述布水管路的进水口伸出位于池体外部；位于所述砂石混合垫层的池体侧壁上安装有雨水溢流管，位于所述防渗层的池体侧壁上安装有滤液收集管。

进一步方案，所述植被层、混砂土层和砂石混合垫层的厚度比为（2.5-3）：1：（4-5）。

进一步方案，所述布水管路包括平行设置的两主管以及垂直连通两主管的支管；所述支管上布设有布水孔；两主管的一端封闭、另一端均位于池体的外侧形成清水进水管和污水进水管，所述清水进水管和污水进水管的进水口均安装有止回阀。

为防止剩余污泥风干可能产生的腐败气味，布水管路埋入植被层表面以下的200~300mm处，布水管路上的清水进水管和污水进水管上均设置的止回阀，是为了防止一侧进水（剩余污泥）时而导致另一侧管路出现倒灌情况。

更进一步方案，相邻支管间的间距为600-1600mm，所述布水孔对称分布于支管的两侧壁上，其出水方向与水平垂直线成45-60°夹角；位于同一侧的布水孔之间的间距为500-650mm，布水孔的孔隙8-12mm。

进一步方案，所述布水管路埋入植被层的200-350mm深度处；所述滤液收集管上安装有电磁阀。

进一步方案，所述植被层的表层栽种有表层植被，所述表层植被为草本类植物。

进一步方案，所述池体的四周铺设有由涤纶短纤针刺土工布与HDPE膜构成的双层防渗材料。

进一步方案，所述植被层是由黏土构成；

所述混砂土层是由黏土和粗砂按体积比为3.5-4.5：1搅拌均匀构成；

所述土工布层是由厚度为1.7~2.7mm涤纶短纤针刺土工布构成；

所述砂石混合垫层选用尺寸为30~50mm鹅卵石及粒径为0.35~0.5mm的中砂混合铺设而成，其中鹅卵石和中砂体积比为7~9：1；所述砂石混合垫层的厚度为3000~3900mm；

所述防渗层是由涤纶短纤针刺土工布与HDPE膜双层铺设而成，所述滤液收集管的端部位于所述涤纶短纤针刺土工布与HDPE膜之间。

本发明的池体是一个封闭式的槽体结构，其底部及四周均为防渗层，在其内部依次铺设砂石混合垫层、土工布层、混砂土层、植被层，并在植被层上栽种表层植被。防渗层用于防止剩余活性污泥中的高浓度滤液渗入地下，污染地下水及土壤。材料选用涤纶短纤针刺土工布与HDPE膜双层铺设。

表层植物根据当地气候特征选用成长周期较短的草本类植物，如华箬竹、野菊花等耐涝、耐寒且生长所需N、P元素需求量较大的植被，冬季可补植一定风信子等耐寒性强的植物。

混砂土层是用于强化剩余活性污泥的分离和截留效果，并通过在黏土中加入粗砂来增加透水效果，使分离后的滤液能快速沉降，经过此土层后剩余污泥固体截留比例≥99.5%，混砂土层是使用黏土和粗砂按体积比为3.5-4.5：1搅拌均匀后回填而成。

土工布层是用于阻隔滤液或雨水中夹带的土层中的固体杂质，以保证位于底部的雨水溢流管、滤液收集管的畅通，使用厚度在1.7~2.7mm的涤纶短纤针刺土工布。

砂石混合垫层的厚度一般在3000~3900mm之间，用于强化对雨水等高水量的过滤以及滤液的净化效果，由于剩余活性污泥滤液中COD及N、P元素浓度较高，长时间流经此垫层，在鹅卵石表面可形成一层厌氧生物膜，膜上附着的厌氧微生物又能利用滤液中的污染物进行新陈代谢，起到辅助净化滤液作用。使暴雨期间中后期雨水经多层过滤后可直接排入清水池中；此外还可以防止暴雨时期高水量对系统底部冲击。砂石混合垫层选用规格30~50mm鹅卵石及粒径0.35~0.5mm中砂混合铺设，石、砂体积比为7~9:1，中砂掺杂于鹅卵石中可以减缓水流速度，增加滤液与鹅卵石表层的厌氧生物膜反应时间，达到辅助净化作用，而底部中砂又可以截留脱落的生物膜污泥，防止其进入清水池中污染水质。另外，连通清水池的雨水溢流管路设置于砂石混合垫层的下部，其距防渗层距离450~650mm。

本发明的另一个发明目的是提供一种污水处理系统，包括污水生化处理池和上述的处理池，所述污水生化处理池通过污泥泵与平铺于处理池上方的布水器连通，将污水生化处理池内剩余污泥均匀分布于植被层中；所述处理池中的滤液收集管通过进水调节池与所述污水生化处理池连通，所述污水生化处理池的中水出口与自然水体或市政管网连通；所述处理池中的雨水溢流管与所述清水池连通。

进一步方案，所述污水生化处理池的中水出口与清水池连通；所述清水池通过清水泵与布水器连通用于植被层的浇灌；所述滤液收集管的出水端连接有与所述自然水体或市政管网连通连接的超越管道。

即当大雨、暴雨或连续降雨时，则打开超越管道上的阀门，无需排入进水调节池而直接排入自然水体。

污水生化处理池内剩余活性污泥用污泥泵提升至植被层，经布水器均匀分布于植被层，被植被层中的黏土及表层植物的根系等截留过滤，其固体成分于被截留在植被层土壤中，供植被成长所用；而其中的污泥滤液及雨水通过重力作用透过植被层、混砂土层、土工布层、砂石混合垫层后，在防渗层被截留，通过滤液收集管汇入进水调节池内，最终混合生活污水后进入污水生化处理池中进行处理。当雨量增加时，进水调节池内液位到达一定高度后，滤液收集管路上的电磁阀会自动关闭，则砂石混合垫层内液位上升，升至雨水溢流管后，经其流入清水池内储存。经污水生化处理池处理后的中水部分排入自然水体或市政管网，另一部分则排入清水池内。清水池定期用清水泵提升至植被层中为表层植被补水及清洁管路，另一方面也用于防止剩余污泥长时间对表层土壤侵蚀造成盐碱化。

上述电磁阀的自动关闭是由现有电路进行控制的，具体为：第一种电路控制包括水位感应器和PLC控制器，即在进水调节池内放置一个水位感应器，水位感应器感应到水位时，将信号反馈给PLC控制器（可市购），PLC控制器则驱动电动阀关闭；第二电路控制包括水位感应器和继电器，即在进水调节池内放置一个水位感应器，水位感应器感应到水位时，有信号反馈，则继电器电路接通，其触点闭合，电动阀接通电路而闭合。

本发明中绿地式处理池是通过植被根系及黏土层将污泥固体成分分离并截留于土层中，供植被吸收消化，植被层对剩余污泥中固体成分的截留比例达到61.3%~83.0%；然后通过混砂土层用于强化污泥分离和截留效果，增加透水效果，经过混砂土层后污泥固体截留比例≥99.5%。再通过土工布层的进一步阻隔滤液或雨水中夹带的土层中的固体杂质；最后通过砂石混合垫层进一步对雨水等高水量的过滤以及滤液的净化效果。所以本发明的绿地式处理池实现了对活性污泥的零排放处理，且在处理过程中无二次污染，故具有运行费用低、操作简单、处理效率高等优点。

附图说明

图1为本发明中活性污泥零排放的绿地式处理池的结构剖面图，

图2为本发明中污水处理系统的结构示意图，

图3为图1中布水管路的结构示意图。

图中：1-表层植被、2-布水管路、21-清水进水管、22-支管、23-污水进水管、24-止回阀；3-植被层、4-混砂土层、5-土工布层、6-砂石混合垫层、7-雨水溢流管、8-滤液收集管、9-防渗层；

11-处理池、12-污泥泵、13-污水生化处理池、14-进水调节池、15-清水池、16-清水泵。

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1：

如图1、3所示，一种活性污泥零排放的绿地式处理池，包括设于地面以下的池体，所述池体的内部从上往下依次布设有植被层3、混砂土层4、土工布层5、砂石混合垫层6、防渗层9；所述植被层2中间水平布设有布水管路2，所述布水管路2的进水口伸出位于池体外部；位于所述砂石混合垫层6的池体侧壁上安装有雨水溢流管7，位于所述防渗层9的池体侧壁上安装有滤液收集管8。

进一步方案，所述植被层3、混砂土层4和砂石混合垫层6的厚度比为（2.5-3）：1：（4-5）。在本实施例中优选方案为3：1：5，这样的厚度设计有利于污泥的去除和滤液的净化效果。

进一步方案，如图3所示，布水管路2包括平行设置的两主管以及垂直连通两主管的支管22；所述支管22上布设有布水孔；两主管的一端封闭、另一端均位于池体的外侧形成清水进水管21和污水进水管23，所述清水进水管21和污水进水管23的进水口均安装有止回阀24。

更进一步方案，相邻支管间的间距为600-1600mm，所述布水孔对称分布于支管22的两侧壁上，其出水方向与水平垂直线成45-60°夹角；位于同一侧的布水孔之间的间距为500-650mm，布水孔的孔隙8-12mm。这些具体的尺寸均是根据实际情况进行设计的。

进一步方案，所述布水管路2埋入植被层3的200-350mm深度处；所述滤液收集管8上安装有电磁阀。

进一步方案，所述植被层3的表层栽种有表层植被1，所述表层植被1为草本类植物，如华箬竹、野菊花、风信子等植物。

进一步方案，所述池体的四周铺设有由涤纶短纤针刺土工布与HDPE膜构成的双层防渗材料。

进一步方案，所述植被层3是由黏土构成；

所述混砂土层4是由黏土和粗砂按体积比为3.5-4.5：1搅拌均匀构成；

所述土工布层5是由厚度为1.7~2.7mm涤纶短纤针刺土工布构成；

所述砂石混合垫层6选用尺寸为30~50mm鹅卵石及粒径为0.35~0.5mm的中砂混合铺设而成，其中鹅卵石和中砂体积比为7~9：1；所述砂石混合垫层6的厚度为3000~3900mm；

所述防渗层9是由涤纶短纤针刺土工布与HDPE膜双层铺设而成，所述滤液收集管8的端部位于所述涤纶短纤针刺土工布与HDPE膜之间。

本发明的另一个发明目的是提供一种污水处理系统，如图2所示，其污水生化处理池13、和上述的处理池11，所述污水生化处理池13通过污泥泵12与平铺于处理池11上方的布水器连通，将污水生化处理池13内剩余污泥均匀分布于植被层3中；所述处理池11中的滤液收集管8通过进水调节池14与所述污水生化处理池13连通，所述污水生化处理池13的中水出口与自然水体或市政管网连通；所述处理池11中的雨水溢流管7与所述清水池15连通。

进一步方案，所述污水生化处理池12的中水出口与清水池15连通；所述清水池15通过清水泵16与布水器连通用于植被层3的浇灌。

实施例2：

地点选址于我国南方某村级污水站，日均处理水量550吨，污水处理设施为一体化A²/O生化活性污泥法，服务范围涉及三个行政村，服务人口2800户，约5900人。当地气候温暖、降雨充足，冬季最低气温＞10℃。污水站来水水量均衡，浓度较低。

根据当地气候条件及水质情况，该污水站水质浓度低，日均产剩余活性污泥量少，且气候湿润多雨，表层植被无需另外补水，且土壤盐碱化可能性低，故本发明设计建造时无需设置清水池。表层植被可选用在南方长势较好的箬竹、百合、美人蕉等生长周期短，N、P营养物质需求高的经济性作物，一方面可迅速脱除土壤内吸收的N、P元素，另一方面经济性作物可增加污水站运行单位经济收入。

根据该污水站实际污泥处置需求，本发明绿地式处理池的设计面积为12m×10m的矩形结构，深度为5.76m。其内部依次铺设砂石混合垫层、土工布层、混砂土层、植被层，并在植被层上栽种表层植被。其中植被层设计厚度为1920mm，布水管路设置于植被层的表面土层下方220mm处，布水主管材质为U-PVC管径50mm，支管间距1200mm。混砂土层厚度640mm，选用当地土壤混入土壤总体积四分之一比例的粗砂，搅拌均匀使用。土工布层选用1.7mm厚度的涤纶短纤针刺土工布。砂石混合垫层厚度设计为3200mm，选用直径45~55mm鹅卵石混合粒径0.45mm中砂按体积比例9:1混合设置。防渗层选用涤纶短纤针刺土工布与HDPE膜双层铺设，在其中设置滤液收集管，滤液收集管上连接有超越管道，滤液收集管与进水调节池连接，将滤液收集至进水调节池作生化处理，而超越管道是与自然水体或市政管网连接的，大雨、暴雨或连续降雨时，打开超越管道上的阀门，排入自然水体。

该绿地式处理池一年时间为该污水站共处理剩余活性污泥1400吨（含水率98.5%），相当于22吨绝干泥。

实施例3：

地点选址于我国中部某镇污水处理厂，日均处理水量800吨，污水处理设施为地埋式A²/O活性污泥法，服务范围为该镇及周边3个行政村，服务人口3340户，约7000人。当地四季分明，春夏季雨水较多，秋冬季为枯水期，最低气温-5℃。污水站水质波动大，春夏秋季水质较低，冬季水质浓度高。表层植被选择蒲公英、青竹等草本植物，冬季可补种薰衣草类耐寒植被。

根据该污水厂实际污泥处置需求，本发明绿地式处理池设计面积为16m×12m的矩形结构，厚度为6.48m。植被层设计厚度为2160mm，布水管路设置于表面土层下280mm处，布水主管材质为U-PVC管径55mm，支管间距1400mm。混砂土层厚度720mm，选用当地土壤混入土壤总体积四分之一比例的粗砂，搅拌均匀使用。土工布选用2.1mm厚度的涤纶短纤针刺土工布。砂石混合垫层厚度设计为3600mm，选用直径35~45mm鹅卵石混合粒径0.40mm中砂按体积比例8.3:1混合设置。雨水溢流管路管口设置于砂石混合垫层，距离底部防渗层约300mm。防渗层选用涤纶短纤针刺土工布与HDPE膜双层铺设。在其中设置滤液收集管，滤液收集管上连接有超越管道，滤液收集管与进水调节池连接，将滤液收集至进水调节池作生化处理，而超越管道是与自然水体或市政管网连接的，大雨、暴雨或连续降雨时，打开超越管道上的阀门，排入自然水体。

根据当地气候条件及水质情况，本发明设计时增加进水调节池的池容，春夏季连续运行，秋冬季根据调节池液位变化间歇运行。该污水厂日均产剩余污泥7.1吨，含水率98.5%。经过本发明绿地式处理池处理后，水中悬浮固体浓度由进口端的4000mg/L（污泥浓度），降至出口端（滤液收集管路取样检测）的9.0mg/L。固体物质去除率＞99.77%。全年共处理剩余活性污泥约2600吨（绝干泥39吨）。

实施例4：

地点选址于我国北方某村部污水站，日均处理水量450吨，污水处理设施为全地埋式A/O活性污泥法，服务范围一大中型行政村，服务人口2800户，约5700人。当地气候干燥，冬季最低气温＜-20℃，全年降水较少。污水站夏季水量较充足，春秋冬季污水少，进水水质浓度高。表层植被根据该地气候选择耐寒、耐旱型金镶玉竹、早园竹等竹类以及风信子、薰衣草类生长周期短的草本植物等。

根据该污水厂实际污泥处置需求，本发明绿地式处理池设计面积为12m×9m的矩形结构，厚度为6.3m。植被层设计厚度为2100mm，布水管路设置于表面土层下300mm处，布水主管材质为U-PVC管径50mm，支管间距1000mm。混砂土层厚度700mm，选用当地土壤混入土壤总体积四分之一比例的粗砂，搅拌均匀使用。土工布选用2.3mm厚度的涤纶短纤针刺土工布。砂石混合垫层厚度设计为3500mm，选用直径30~40mm鹅卵石混合粒径0.35mm中砂按体积比例8:1混合设置。雨水溢流管路管口设置于砂石混合垫层，距离底部防渗层约200mm。防渗层选用涤纶短纤针刺土工布与HDPE膜双层铺设。滤液收集管路设置于土工布与HDPE膜之间，滤液通过管路收集至调节池作生化处理。

根据当地气候条件及水质情况，本发明设计时增加清水池的池容，中水经由清水池后再排入自然水体。因气候干旱，且水质浓度高，故剩余活性污泥排放量较大，清水池清水需加大排放次数，以保证表层植被生长以及防止土壤盐碱化的发生。该污水站日均产剩余污泥5.4吨，含水率98.5%。经过本发明绿地式处理池处理后，水中悬浮固体浓度由进口端的5200mg/L（污泥浓度），降至出口端（滤液收集管中取样检测）的11.5mg/L。固体物质去除率＞99.78%。全年共处理剩余污泥约2000吨（绝干泥29吨）。

虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

故以上所述仅为本申请的较佳实施例，并非用来限定本申请的实施范围；即凡依本申请的权利要求范围所做的各种等同变换，均为本申请权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种活性污泥零排放的绿地式处理池，其特征在于：包括设于地面以下的池体，所述池体的内部从上往下依次布设有植被层（3）、混砂土层（4）、土工布层（5）、砂石混合垫层（6）、防渗层（9）；所述植被层（2）中间水平布设有布水管路（2），所述布水管路（2）的进水口伸出位于池体外部；位于所述砂石混合垫层（6）的池体侧壁上安装有雨水溢流管（7），位于所述防渗层（9）的池体侧壁上安装有滤液收集管（8）。

2.根据权利要求1所述的处理池，其特征在于：所述植被层（3）、混砂土层（4）和砂石混合垫层（6）的厚度比为（2.5-3）：1：（4-5）。

3.根据权利要求1所述的处理池，其特征在于：所述布水管路（2）包括平行设置的两主管以及垂直连通两主管的支管（22）；所述支管（22）上布设有布水孔；两主管的一端封闭、另一端均位于池体的外侧形成清水进水管（21）和污水进水管（23），所述清水进水管（21）和污水进水管（23）的进水口均安装有止回阀（24）。

4.根据权利要求3所述的处理池，其特征在于：相邻支管间的间距为600-1600mm，所述布水孔对称分布于支管（22）的两侧壁上，其出水方向与水平垂直线成45-60°夹角；位于同一侧的布水孔之间的间距为500-650mm，布水孔的孔隙8-12mm。

5.根据权利要求1所述的处理池，其特征在于：所述布水管路（2）埋入植被层（3）的200-350mm深度处；所述滤液收集管（8）上安装有电磁阀。

6.根据权利要求1所述的处理池，其特征在于：所述植被层（3）的表层栽种有表层植被（1），所述表层植被（1）为草本类植物。

7.根据权利要求1所述的处理池，其特征在于：所述池体的四周铺设有由涤纶短纤针刺土工布与HDPE膜构成的双层防渗材料。

8.根据权利要求1所述的处理池，其特征在于：所述植被层（3）是由黏土构成；

所述混砂土层（4）是由黏土和粗砂按体积比为3.5-4.5：1搅拌均匀构成；

所述土工布层（5）是由厚度为1.7~2.7mm涤纶短纤针刺土工布构成；

所述砂石混合垫层（6）选用尺寸为30~50mm鹅卵石及粒径为0.35~0.5mm的中砂混合铺设而成，其中鹅卵石和中砂体积比为7~9：1；所述砂石混合垫层（6）的厚度为3000~3900mm；

所述防渗层（9）是由涤纶短纤针刺土工布与HDPE膜双层铺设而成，所述滤液收集管（8）的端部位于所述涤纶短纤针刺土工布与HDPE膜之间。

9.一种污水处理系统，包括污水生化处理池（13）、如权利要求1-7任一项所述的处理池（11），其特征在于：所述污水生化处理池（13）通过污泥泵（12）与平铺于处理池（11）上方的布水器连通，将污水生化处理池（13）内剩余污泥均匀分布于植被层（3）中；所述处理池（11）中的滤液收集管（8）通过进水调节池（14）与所述污水生化处理池（13）连通，所述污水生化处理池（13）的中水出口与自然水体或市政管网连通；所述处理池（11）中的雨水溢流管（7）与所述清水池（15）连通。

10.根据权利要求9所述的污水处理系统，其特征在于：所述污水生化处理池（12）的中水出口与清水池（15）连通；所述清水池（15）通过清水泵（16）与布水器连通用于植被层（3）的浇灌；所述滤液收集管（8）的出水端连接有与所述自然水体或市政管网连通连接的超越管道。

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