CN112028250A - 一种灰绿设施结合的农村生活污水处理系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种灰绿设施结合的农村生活污水处理系统和方法，属于污水处理技术领域，所述农村生活污水处理系统，包括顺次连通的引水渠、分流井、水平潜流湿地、表流湿地和自然水体；所述农村生活污水处理系统，还包括消能净化池，所述消能净化池的入水口与分流井的第二出水口连通，所述消能净化池的出水口与表流湿地连通；所述分流井侧壁设置第一出水口和第二出水口；所述水平潜流湿地包括顺次连接的布水渠、进水区、处理区、集水区和集水渠。本发明提供的农村生活污水处理系统和方法，将灰、绿设施结合的方式处理农村生活污水，水质净化效果大大提高，同时能够有效缓解降雨对人工湿地系统的冲击，保证湿地系统的正常运行。

Description

一种灰绿设施结合的农村生活污水处理系统和方法
技术领域
本发明属于污水处理技术领域，尤其涉及一种灰绿设施结合的农村生活污水处理系统和方法。
背景技术
近年来，伴随着农村生活方式的改善以及农村经济的发展，农村生活污水量也逐渐上涨；农村生活污水种类繁多，成分复杂，有机物含量高，N、P含量增多。人们无意识的排放和雨水的冲刷，使大量的有机质、N、P等物质流入湖泊等水体，如不加以处理，会污染农村环境，给人们的身体健康带来不利影响。
目前在农村生活污水处理中，单独的好氧或厌氧生物膜法、生态或物理处理方式往往都有一定的局限性。好氧或厌氧生物膜法对N、P元素的去除功能单一，且尾水水质也无法满足地表水环境治理需求；生态处理技术，虽然对脱氮除磷功能较强，但处理效率低，占地面积大，且受自然因素影响大；物化处理技术对氮的处理能力十分有限，且运行成本较高。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种灰绿设施结合的农村生活污水处理系统和方法；所述系统和方法在提高农村生活污水的处理效率和净化效果的同时，降低运行成本。
为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：
本发明提供了一种灰绿设施结合的农村生活污水处理系统，包括顺次连通的引水渠、分流井、水平潜流湿地、表流湿地和自然水体；
所述农村生活污水处理系统，还包括消能净化池，所述消能净化池的入水口与分流井的第二出水口连通，所述消能净化池的出水口与表流湿地连通；
所述分流井的侧壁设置有第一出水口和第二出水口；所述第一出水口与分流井井底的垂直距离为30cm～60cm；所述第一出水口的直径为10cm～30cm；所述第二出水口与分流井井底的垂直距离为80cm～200cm；所述第二出水口的直径为30cm～100cm；
所述水平潜流湿地包括顺次连接的布水渠、进水区、处理区、集水区和集水渠；所述进水区、处理区和集水区的正下方设置粘土防渗层；所述处理区自下而上设置填料层和覆盖层；所述处理区种植水生植物。
优选的，所述粘土防渗层自下而上包括防渗膜和粘土；所述黏土防渗层的厚度为400～600mm。
优选的，所述覆盖层包括粒径4～8mm的砾石，所述覆盖层的厚度为20～30cm。
优选的，所述填料层包括粒径8～20mm的砾石，所述填料层的厚度75～85cm。
优选的，所述水生植物包括千屈菜、黄菖蒲、旱伞草、美人蕉、芦苇、香蒲、梭鱼草和再力花中的一种或几种。
优选的，所述消能净化池自入水口至出水口依次设置石笼、碎石和回填种植土；所述碎石的粒径为30～70mm。
优选的，所述石笼自上而下设置大石层和卵石层；所述大石层的石块粒径为200～600mm，所述卵石层的石块粒径为60～200mm；所述大石和卵石的质量比为1：(1～4)。
本发明提供了所述的农村生活污水处理系统进行农村生活污水处理的方法，包括以下步骤：
当降雨量小于25mm/d天或小于8.1mm/h时，处理后的农村生活污水尾水和雨水通过引水渠流入分流井，在分流井停留0.5～2h后，通过分流井的第一出水口流入水平潜流湿地停留1～5d后，进入表流湿地停留7～14d后流入自然水体；
当降雨量为25～49.9mm/d天或8.1～16.0mm/h时，处理后的农村生活污水尾水和雨水通过引水渠流入分流井，在分流井停留0.5～2h后，水体总量的60％～80％通过分流井的第二出水口流入消能净化池，在所述消能净化池中停留1.5～7d后，进入表流湿地停留7～14d流入自然水体；水体总量的20％～40％通过分流井的第一出水口流入水平潜流湿地停留1～5d后，进入表流湿地停留7～14d流入自然水体。
优选的，所述水平潜流湿地的水力负荷为0.2～0.45m3/(m2·d)。
优选的，所述表流湿地的水力负荷为0.05～0.1m3/(m2·d)。
本发明的有益效果：本发明提供了一种灰绿设施结合的农村生活污水处理系统和方法，将灰、绿设施结合的方式处理农村生活污水，水质净化效果大大提高，同时能够有效缓解降雨对人工湿地系统的冲击，保证湿地系统的正常运行。
附图说明
图1为分流井示意图，其中1为第二出水口，2为钢筋混凝土井体，3为第一出水口；
图2为水平潜流湿地示意图，其中1为布水渠，2为集水渠，3为进水渠，4为集水渠，5为黏土防渗层，6为处理区，7为湿地植物；
图3为表流湿地示意图，其中1为进水口，2为出水口，3为基质层，4为常水位，5为湿地植物；
图4为消能净化池结构示意图，其中1为进水口，2为石笼组成的消能缓冲区，3为碎石组成的砾石净化区，4为回填种植土上种植的植物，5为出水口；
图5为旱季或雨水量较小时的，农村生活污水的处理工艺流程；
图6为雨量大时，农村生活污水的处理工艺流程。
具体实施方式
本发明提供了一种灰绿设施结合的农村生活污水处理系统，包括顺次连通的引水渠、分流井、水平潜流湿地、表流湿地和自然水体；所述农村生活污水处理系统，还包括消能净化池，所述消能净化池的入水口与分流井的第二出水口连通，所述消能净化池的出水口与表流湿地连通。
在本发明中，所述农村生活污水处理系统包括引水渠，所述引水渠的出口与分流井连通。本发明对所述引水渠的具体结构没有特殊限定，采用本领域常规的引水渠结构即可。在本发明中，处理后的农村生活污水尾水和雨水优选的通过自流作用进入引水渠，顺着引水渠流入分流井。
在本发明中，所述分流井的侧壁设置有第一出水口和第二出水口；所述第一出水口与分流井井底的垂直距离为30cm～60cm，优选为40cm～50cm；所述第一出水口的直径为10cm～30cm，优选为15cm～25cm；所述第二出水口与分流井井底的垂直距离为80cm～200cm，优选为120cm～160cm；所述第二出水口的直径为30cm～100cm优选为40cm～60cm。在本发明中，所述分流井的井体优选为钢筋混凝土井体，所述分流井的作用沉淀和分流水体。在本发明中，所述分流井的结构示意图如图1所示；所述分流井的进水口与引水渠连通，所述分流井的第一出水口与水平潜流湿地连通，所述分流井的第二出水口与消能净化池连通。
在本发明中，所述水平潜流湿地的结构示意图如图2所示，包括顺次连接的布水渠、进水区、处理区、集水区和集水渠；所述进水区、处理区和集水区的正下方设置粘土防渗层，所述粘土防渗层自下而上包括防渗膜和粘土；所述黏土防渗层的厚度优选为400～600mm，更优选为450～550mm，最优选为500mm；所述防渗膜优选为HDPE土工膜。在本发明中，所述处理区自下而上设置填料层和覆盖层；所述覆盖层优选的包括粒径4～8mm的砾石，所述覆盖层的厚度优选为20～30cm，更优选为22～28cm，最优选为25cm；所述填料层优选的包括粒径8～20mm的砾石，所述填料层的厚度优选75～85cm，更优选为78～82cm，最优选为80cm。在本发明中，所述处理区种植水生植物，所述水生植物优选的包括千屈菜、黄菖蒲、旱伞草、美人蕉、芦苇、香蒲、梭鱼草和再力花中的一种或几种。本发明对所述水生植物的种植密度、管理方法没有特殊限定，采用本领域常规种植密度、管理方法即可。在本发明中，所述集水渠的出口和表流湿地连通。在本发明中，所述水平潜流湿地通过植物吸收、基质吸附和微生物净化作用去除水体中的氮磷及有机物。
在本发明中，所述消能净化池的结构示意图如图4所示，自入水口至出水口依次设置石笼、碎石和回填种植土。在本发明中，所述石笼自上而下设置大石层和卵石层；所述大石层的石块粒径为200～600mm，所述卵石层的石块粒径为60～200mm；所述大石和卵石的质量比优选为1：(1～4)，更优选为1：(2～3)。在本发明中，所述碎石的粒径优选为30～70mm，更优选为40～60mm，最优选为50mm。在本发明中，所述回填种植土上优选的种植水生植物，所述水生植物优选的包括水芹、灯芯草、黄菖蒲、美人蕉、千屈菜、芦苇、香蒲、旱伞草和芦竹中的一种或几种。在本发明中，所述消能净化池的出水口与表流湿地连通。在本发明中，所述石笼中的石块对水体起到消能的作用，防止水体冲刷池底；同时通过砾间净化作用对水体中的悬浮物进行拦截过滤，对N、P等营养物质进行初步净化。
在本发明中，所述表流湿地的结构示意图如图3所示，包括进水口、基质层、种植在基质层上的湿地植物和出水口。在本发明中，所述表流湿地能够对水体起到沉淀、净化和富氧的作用，所述表流湿地出水口的出水水质优良，能够直接排入自然水体。
本发明还提供了所述的农村生活污水处理系统进行农村生活污水处理的方法，包括以下步骤：当降雨量小于25mm/d天或小于8.1mm/h时，处理后的农村生活污水尾水(流量为80m3/d～150m3/d)和雨水通过引水渠流入分流井，在分流井停留0.5～2h后，通过分流井的第一出水口流入水平潜流湿地停留1～5d后，进入表流湿地停留7～14d后流入自然水体；当降雨量为25～49.9mm/d天或8.1～16.0mm/h时，处理后的农村生活污水尾水和雨水通过引水渠流入分流井，在分流井停留0.5～2h后，水体总量的60％～80％通过分流井的第二出水口流入消能净化池，在所述消能净化池中停留1.5～7d后，进入表流湿地停留7～14d流入自然水体；水体总量的20％～40％通过分流井的第一出水口流入水平潜流湿地停留1～5d后，进入表流湿地停留7～14d流入自然水体。
在本发明中，所述处理后的农村生活污水尾水为经过农村污水厂站污水处理后的尾水；所述农村生活污水处理系统根据农村生活污水以及降雨量的大小自动开启两个不同的处理方法；当降雨量小于25mm/d天或小于8.1mm/h时，处理后的农村生活污水尾水和雨水通过引水渠流入分流井，此时由于水流量小，分流井中水体体积小，能够通过第一出水口实现水体的流出，水体在所述分流井中的停留时间有水流量的大小决定，优选为1～1.5h；当降雨量为25～49.9mm/d天或8.1～16.0mm/h时，此时由于水流量大，分流井中水体体积迅速增大，水体总量的20％～40％通过第一出水口实现水体的流出，而水体总量的60％～80％通过分流井的第二出水口流入消能净化池。在本发明中，所述水平潜流湿地的水力负荷优选为0.2～0.45m3/(m2·d)，更优选为0.3～0.4m3/(m2·d)；所述表流湿地的水力负荷优选为0.05～0.1m3/(m2·d)，更优选为0.06～0.09m3/(m2·d)。
下面结合实施例对本发明提供的技术方案进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
一种灰绿设施结合的农村生活污水处理系统，包括包括顺次连通的引水渠、分流井、水平潜流湿地、表流湿地和自然水体；还包括消能净化池，所述消能净化池的入水口与分流井的第二出水口连通，所述消能净化池的出水口与表流湿地连通；其中分流井、水平潜流湿地、表流湿地和消能净化池具体结构如图1～图4所示。
分流井侧壁设置第一出水口和第二出水口；第一出水口与分流井井底的垂直距离为45cm，直径为20cm；第二出水口与分流井井底的垂直距离为150cm，直径为50cm；分流井深度2.5m，直径3m。
水平潜流湿地包括布水渠、进水区、处理区、集水区和集水渠，布水渠长20m宽1m，深度1.5m，进水区长20m宽0.5m、深度1.5m；处理区长20m宽15，深度1.5m；集水区的长20m宽0.5m，深度1.5m，集水渠的长20m宽1m，深度1.5m；所述进水区、处理区和集水区的正下方设置粘土防渗层，粘土防渗层自下而上包括防渗膜和粘土；厚度为500mm；处理区自下而上设置填料层和覆盖层；覆盖层为粒径4～8mm的砾石，厚度为25cm；填料层为粒径8～20mm的砾石，厚度为80cm。处理区种植水生植物。
消能净化池自入水口至出水口依次设置石笼、碎石和回填种植土；石笼、碎石和回填土是依次并排布设，沿着水流方向，入水口处是石笼、中间是碎石、最后是种植土。石笼规格为500×500×1000mm，碎石直径为40～60mm，厚400mm，种植土厚300mm。在本发明中，所述石笼自上而下设置大石层和卵石层；所述大石层的石块粒径为400mm，所述卵石层的石块粒径为100mm；大石和卵石的质量比优选为1：2。碎石的粒径50mm。回填种植土上种植水生植物美人蕉、黄菖蒲、野芋、千屈菜、菖蒲、芦苇。
表流湿地包括进水口、基质层、种植在基质层上的湿地植物和出水口；基质层由300mm厚的φ40～60的碎石组成，湿地植物为美人蕉、黄菖蒲、野芋、千屈菜、菖蒲、芦苇；湿地面积为820m2。
实施例2
农村生活污水经过污水处理厂站处理后的污水尾水，水质：一级B标准；水流量100m3/d；雨水水质：未检测，降雨量：5～10mm/d。
用实施例1中的农村生活污水处理系统对上述水体处理，水体通过引水渠流入分流井，在分流井停留2h后，通过分流井的第一出水口流入水平潜流湿地停留2.5d后，进入表流湿地停留8d后流入自然水体。
对各个阶段水质进行检测，水质检测采用本领域常规方法进行，采样次数为5次，以下结果为5次采样测定结果确定的范围值：
水平潜流湿地进水水质：总磷：1.53mg/L-2.36mg/L、总氮：11.3mg/L-15mg/L、BOD5：23.1mg/L-25mg/L、COD：71mg/L-80mg/L、氨氮：7.71-11.6mg/L。
水平潜流湿地出水水质：总磷：0.56mg/L-0.8mg/L、总氮：2mg/L-2.72mg/L、BOD5：10mg/L-15mg/L、COD：40mg/L-50mg/L、氨氮：0.965-1.1mg/L。
表流湿地出水水质：总磷：0.4mg/L-0.75mg/L、总氮：1.9mg/L-2.68mg/L、BOD5：10mg/L-12.3mg/L、COD：35mg/L-43mg/L。
经计算获得水质的平均值如下：
水平潜流湿地进水水质：总磷：1.95mg/L、总氮：13.2mg/L、BOD5：23.5mg/L、COD：73.6mg/L、氨氮：8.5mg/L。
水平潜流湿地出水水质：总磷：0.68mg/L、总氮：2.31mg/L、BOD5：13.4mg/L、COD：44.3mg/L、氨氮：0.98mg/L。
表流湿地出水水质：总磷：0.56mg/L、总氮：2.34mg/L、BOD5：11.3mg/L、COD：37.4mg/L。
实施例3
农村生活污水经过污水处理厂站处理后的污水尾水，水质：一级B标准；水流量100m3/d；雨水水质：未检测，降雨量：40～60mm/d。
用实施例1中的农村生活污水处理系统对上述水体处理，水体通过引水渠流入分流井，在分流井停留0.5h后，水体总量的60％～80％通过分流井的第二出水口流入消能净化池，在所述消能净化池中停留1d后，进入表流湿地停留4d流入自然水体；水体总量的20％～40％通过分流井的第一出水口流入水平潜流湿地停留2d后，进入表流湿地停留6d流入自然水体。
对各个阶段水质进行检测，水质检测采用本领域常规方法进行，采样次数为5次，以下结果为5次采样测定结果确定的范围值。
水平潜流湿地进水水质：总磷：1.53mg/L-2.36mg/L、总氮：11.3mg/L-15mg/L、BOD5：23.1mg/L-25mg/L、COD：71mg/L-80mg/L、氨氮：7.71-11.6mg/L。
水平潜流湿地出水水质：总磷：0.56mg/L-0.8mg/L、总氮：2mg/L-2.72mg/L、BOD5：10mg/L-15mg/L、COD：40mg/L-50mg/L、氨氮：0.965-1.1mg/L。
表流湿地出水水质：总磷：0.4mg/L-0.75mg/L、总氮：1.9mg/L-2.68mg/L、BOD5：10mg/L-12.3mg/L、COD：35mg/L-43mg/L。
经计算获得水质的平均值如下：
水平潜流湿地进水水质：总磷：1.71mg/L、总氮：12.2mg/L、BOD5：24.3mg/L、COD：73.1mg/L、氨氮：8.01mg/L。
水平潜流湿地出水水质：总磷：0.62mg/L、总氮：2.25mg/L、BOD5：11.6mg/L、COD：42.3mg/L、氨氮：0.971mg/L。
表流湿地出水水质：总磷：0.51mg/L、总氮：2.03mg/L、BOD5：10.2mg/L、COD：36.5mg/L。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种灰绿设施结合的农村生活污水处理系统，其特征在于，包括顺次连通的引水渠、分流井、水平潜流湿地、表流湿地和自然水体；
所述农村生活污水处理系统，还包括消能净化池，所述消能净化池的入水口与分流井的第二出水口连通，所述消能净化池的出水口与表流湿地连通；
所述分流井的侧壁设置有第一出水口和第二出水口；所述第一出水口与分流井井底的垂直距离为30cm～60cm；所述第一出水口的直径为10cm～30cm；所述第二出水口与分流井井底的垂直距离为80cm～200cm；所述第二出水口的直径为30cm～100cm；
所述水平潜流湿地包括顺次连接的布水渠、进水区、处理区、集水区和集水渠；所述进水区、处理区和集水区的正下方设置粘土防渗层；所述处理区自下而上设置填料层和覆盖层；所述处理区种植水生植物。
2.根据权利要求1所述的农村生活污水处理系统，其特征在于，所述粘土防渗层自下而上包括防渗膜和粘土；所述黏土防渗层的厚度为400～600mm。
3.根据权利要求1所述农村生活污水处理系统，其特征在于，所述覆盖层包括粒径4～8mm的砾石，所述覆盖层的厚度为20～30cm。
4.根据权利要求3所述农村生活污水处理系统，其特征在于，所述填料层包括粒径8～20mm的砾石，所述填料层的厚度75～85cm。
5.根据权利要求1、3或4所述农村生活污水处理系统，其特征在于，所述水生植物包括千屈菜、黄菖蒲、旱伞草、美人蕉、芦苇、香蒲、梭鱼草和再力花中的一种或几种。
6.根据权利要求1所述农村生活污水处理系统，其特征在于，所述消能净化池自入水口至出水口依次设置石笼、碎石和回填种植土；所述碎石的粒径为30～70mm。
7.根据权利要求6所述农村生活污水处理系统，其特征在于，所述石笼自上而下设置大石层和卵石层；所述大石层的石块粒径为200～600mm，所述卵石层的石块粒径为60～200mm；所述大石和卵石的质量比为1：(1～4)。
8.利用权利要求1～7任意一项所述的农村生活污水处理系统进行农村生活污水处理的方法，包括以下步骤：
当降雨量小于25mm/d天或小于8.1mm/h时，处理后的农村生活污水尾水和雨水通过引水渠流入分流井，在分流井停留0.5～2h后，通过分流井的第一出水口流入水平潜流湿地停留1～5d后，进入表流湿地停留7～14d后流入自然水体；
当降雨量为25～49.9mm/d天或8.1～16.0mm/h时，处理后的农村生活污水尾水和雨水通过引水渠流入分流井，在分流井停留0.5～2h后，水体总量的60％～80％通过分流井的第二出水口流入消能净化池，在所述消能净化池中停留1.5～7d后，进入表流湿地停留7～14d流入自然水体；水体总量的20％～40％通过分流井的第一出水口流入水平潜流湿地停留1～5d后，进入表流湿地停留7～14d流入自然水体。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述水平潜流湿地的水力负荷为0.2～0.45m3/(m2·d)。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述表流湿地的水力负荷为0.05～0.1m3/(m2·d)。
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