CN112062393A - 一种农村生活污水处理系统及污水处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出农村生活污水处理系统及污水处理方法。污水处理系统包括第一外部构筑物、第二潮汐式布水系统以及第三出水收集系统；第二潮汐式布水系统包括多个小单元容器滤料盘构成的潮汐式布水生物滤床。第三出水收集系统包括配水池体，所述配水池体内部安装自动提升泵和布水管网，与所述潮汐式滤床的进水管装置连接；多个小单元容器滤料盘均采用蛭石、沸石或者火山岩混合滤料之一或者其组合作为滤料基质；所述潮汐式滤床为浅盘式潮汐式多用途苗床，在所述苗床内种植适宜的植物或作物。本发明还提出基于上述系统实现的污水处理方法。本发明的技术方案充分考虑了农村生活污水处理的特点，将污水处理过程和农业生产过程有机结合。
Description
技术领域
本发明属于污水处理技术领域，尤其涉及一种农村生活污水处理系统及污水处理方法。
背景技术
农村生活污水具有面广、量少、分散、处理率低等特点，污水一般不经任何处理直接排入附近河流湖泊，加剧了水环境的污染。我国从20世纪80年代开始开展农村生活污水处理技术的开发和研究工作。厌氧沼气池处理技术稳定塘处理技术、人工湿地处理技术和土壤渗滤技术都得到了一定的应用。
中国农村每年产生的生活污水量约80亿吨，由于农村分布分散、资金短缺和对污水处理意识淡薄等因素，绝大多数的农村生活污水未经处理而直接排放，造成农村水环境污染，严重威胁着国家水环境安全。因此，找到适合农村生活污水处理的工艺显得尤为重要和紧迫。
中国村镇一级的生活污水的处理过程，最主要的环节是对生活污水中氮、磷有机物以及碳水化合物的去除和降解，其中氨态氮的有效转化和去除以及磷的去除是污水处理过程中的重点和难点。
现有技术中，对于农村生活污水处理，包括升流式厌氧生物滤池(UAF)与温室型人工湿地组合工艺、曝气生物滤池生物脱氮、复合浮桥式人工湿地处理等工艺、人工湿地与生态温室联合处理等技术。
例如，申请号为C N201510875159.2的中国发明专利申请提出一种净化农村生活污水和水禽养殖污水的生态利用方法：将农村生活污水和水禽养殖污水预处理，流入氨化磷化生物池，池内有含芽孢杆菌和假单孢菌的微生物污泥，可将污水中的有机氮和有机磷分别转化为氨氮和无机磷；再将污水流入植酸酶混合池处理；再将污水流入“光肥型”水生蔬菜种植渠，种植渠上架设可将太阳光中的紫外线吸收或转化为蓝光与红光的转光膜大棚，大棚内的顶部设有太阳能-LED高效蔬菜光源系统用于蔬菜补光；最后将种植渠的出水流入生态池，生态池内有水生植物和动物，处理后将生态池水用于灌溉或者回用。该发明将污水处理与蔬菜种植有机结合，通过将污水中有机氮磷高效分解并转化为蔬菜生长所需的肥料，可取得较大的收益；
申请号为CN201510619671.0的中国发明专利申请提出一种基于生物技术的低碳氮比污水脱氮除磷系统及方法，包括依次连接的厌氧池、限氧曝气池、缺氧池、好氧曝气池以及二沉池，所述厌氧池连接进水管道，所述厌氧池通过超越管道与缺氧池相连接，所述二沉池通过回流管道与厌氧池相连接，所述限氧曝气池和所述好氧曝气池与曝气装置相连。采用单污泥系统富集反硝化聚磷菌，从而实现反硝化聚磷的一碳两用工艺，节约碳源，并通过控制限氧曝气池的溶氧量实现短程硝化，继而在缺氧段营造短程反硝化和厌氧氨氧化共存的工艺条件。
此外，CN101913702A公开了一种农村生活污水处理系统及处理方法：在大棚中种植作物，中部安装具有高负荷性能的生物反应器，依靠生物反应器中的微生物净化污水，经处理的生物反应器出水进行回用；该方法的特征是将生物反应器置于大棚内，对生物反应器起到一定保温作用，但是该方法仅仅是微生物净化污水产生的二氧化碳进行收集，然后用于大棚内蔬菜的光合作用所需，并没有将污水中的氮磷等有机物用于大棚内作物的生长。
然而，在传统污水处理工艺中，一般采用好氧硝化过程、接触氧化池或者厌氧生物滤池进行增氧曝气后去除氨氮，工艺过程虽然不是很复杂，但是需要大量的能耗进行水体增氧曝气。在我国大部分农村地区的小型的污水处理设施中，采用高能耗的除氨氮方式，从资金投入方面目前还难以大面积推广使用。另外，由于硝化系统也具有一定的专业性和复杂性，容易发生运行故障，造成许多农村污水处理设施停用甚至废弃。
尤其在我国北方农村地区，由于用水习惯的不同和污水收集系统的不完善，通过污水管网收集的废水中，氨态氮的含量往往很高，有些地区的浓度普遍在80-100ml/l，另外，传统工艺过程，磷的去除常常采用化学药剂去除，操作复杂、成本高。按照现有农村污水处理的标准和当前普遍采用的污水处理技术，很难达到处理要求，氨氮和磷超标成为农村生活污水处理出水水质不合格的一个重要问题。能否有效去除农村生活污水中的高浓度氨氮和磷成为农村生活污水处理系统达标运行的一个瓶颈。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提出一种农村生活污水处理系统及污水处理方法。污水处理系统包括第一外部构筑物、第二潮汐式布水系统以及第三出水收集系统；第二潮汐式布水系统包括多个小单元容器滤料盘构成的潮汐式布水生物滤床。第三出水收集系统包括配水池体，所述配水池体内部安装自动提升泵和布水管网，与所述潮汐式滤床的进水管装置连接；多个小单元容器滤料盘均采用蛭石、沸石或者火山岩混合滤料之一或者其组合作为滤料基质；所述潮汐式滤床为浅盘式潮汐式多用途苗床，在所述苗床内种植适宜的植物或作物。本发明还提出基于上述系统实现的污水处理方法。
本发明的技术方案充分考虑了农村生活污水处理的特点，将污水处理过程和农业生产过程有机结合。
本发明所提出的工艺，是在充分考虑了农村生活污水处理的特点，并结合现有设施农业生产的过程以及相关设施、设备等情况，提出的污水污染物去除和污染物农业生产综合化利用实用型技术。
在本发明的第一个方面，提供一种农村生活污水处理系统，所述污水处理系统包括第一外部构筑物、第二潮汐式布水系统以及第三出水收集系统；
所述第一外部构筑物包括日光智能玻璃温室、阳光板保温棚、农用塑料大棚之一或者其组合；
作为本发明的第一个创造性体现，所述第二潮汐式布水系统包括潮汐式布水生物滤床，所述潮汐式布水生物滤床包括多个小单元容器滤料盘；所述多个小单元容器滤料盘构成潮汐式滤床；
所述潮汐式滤床一端设置有进水管装置，在不同于所述进水管装置的另一端设置有过滤拦截装置；
作为本发明的第二个创造性体现，所述第三出水收集系统包括配水池体，所述配水池体内部安装自动提升泵和布水管网，与所述潮汐式滤床的所述进水管装置连接；
作为体现上述创造性的关键技术手段之一，所述多个小单元容器滤料盘均采用蛭石、沸石或者火山岩混合滤料之一或者其组合作为滤料基质；
所述滤料基质采用沸石∶蛭石∶火山岩＝1∶1∶1的比例进行充分混合，将混合滤料直接铺设在所述多个小单元容器滤料盘内，滤料高度8cm；
所述滤料粒径为沸石：0.3-0.5cm；火山岩：0.3-0.5cm；蛭石：0.2-0.5cm。
作为体现上述创造性的再一个关键技术手段，所述潮汐式滤床为浅盘式潮汐式多用途苗床，在所述苗床内种植适宜的植物或作物。
所述潮汐式滤床采用长*宽*高＝3*1.2*0.1m3的潮汐式苗床，用钢结构制作层间距60-80的钢架进行布置安装滤床。
具体的，采用整体铺设滤料或采用小单元容器滤料盘的方式。
所述自动提升泵由时控电控系统控制启动和停止，根据具体情况确定进出水循环周期和进水量，进行潮汐式布水。
尤其需要指出的是，不同与现有技术，在本发明的上述技术方案中，不使用接触氧化池或者厌氧生物滤池，也不包括好氧硝化过程。
在所述苗床内种植食用类植物或者作物时，所述第二潮汐式布水系统还包括污水前端脱毒杀菌装置。
在本发明的第二个方面，提供一种农村生活污水处理方法，所述方法基于所述的农村生活污水处理系统实现。
所述方法包括如下步骤：
S1：在所述污水处理系统的所述第一外部构筑物内部布置体积为3.0*1.2*0.08(m3)的潮汐式布水滤池；
S2：安装附属装置，所述辅助装置包括进水管网、出水排水管网、过滤网、布水泵、电控装置；
S3：在所述潮汐式布水滤池中布置滤池复合滤料；
S4：确定进出水循环周期和进水量；
S5：将生活污水经过水解酸化池处理后进入所述潮汐式布水滤池进行处理。
具体的，所述植物种植种类为绿萝。
所述潮汐式布水滤池的滤池组布水量为24t/d，布水次数为6次/日，单次布水时间为2h，单词布水时间由时控装置控制，排水时间由排水阀门控制。
所述步骤S3在所述潮汐式布水滤池中布置滤池复合滤料，具体包括：
采用整体铺设滤料或采用小单元容器滤料盘的方式。
本发明的发明人首次意识到，生活污水中的有机污染物，在去除和降解过程中，释放了大量的氮磷元素以及其他微量元素，比如：磷酸盐离子、硝酸盐离子、氨氮等，这些离子也恰恰是农业生产中必不可少的营养元素。
因此，本发明的技术方案将污水处理过程和农业生产过程有机地结合起来，实现在一个过程中，达到两个或多个目的。通过上述过程，结合其他的污水处理技术和工艺，为村镇中小污水处理系统处理水质的达标处理创造了有力条件。
本发明的进一步优点将结合说明书附图在具体实施例部分进一步详细体现。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明一个实施例的农村生活污水处理系统的整体示意图
图2是图1所述系统中潮汐式布水系统的结构示意图
图3-图5是图1所述污水处理系统不同角度下的外观以及剖面图
图6是基于图1所述系统实现的污水处理方法流程图
图7是本发明的技术方案的污水处理效果实验对照数据
具体实施方式
下面，结合附图以及具体实施方式，对发明做出进一步的描述。
参见图1，是本发明一个实施例的农村生活污水处理系统的整体示意图。
在图1中，所述污水处理系统包括第一外部构筑物、第二潮汐式布水系统以及第三出水收集系统；
所述第一外部构筑物包括日光智能玻璃温室、阳光板保温棚、农用塑料大棚之一或者其组合。
具体而言，在本实施例中，局部或整体建设农业生产常用的温室或暖棚；在温室或暖棚内，安装多层式的潮汐式布水生物滤床，用作农业可以作为潮汐式灌溉苗床使用。
所述第二潮汐式布水系统包括潮汐式布水生物滤床，所述潮汐式布水生物滤床包括多个小单元容器滤料盘；所述多个小单元容器滤料盘构成潮汐式滤床；
滤床(苗床)内采用整体铺设滤料(基质)或采用小单元容器滤料盘(无土育苗盘)的方式种植既可以吸收大量氮磷元素，同时具有经济价值的植物(如果是食用累植物或作物，需采取前端脱毒杀菌装置)。
更具体的，参见图2。
所述潮汐式滤床一端设置有进水管装置，在不同于所述进水管装置的另一端设置有过滤拦截装置；
所述第三出水收集系统包括配水池体，所述配水池体内部安装自动提升泵和布水管网，与所述潮汐式滤床的所述进水管装置连接；
所述多个小单元容器滤料盘均采用蛭石、沸石或者火山岩混合滤料之一或者其组合作为滤料基质；
所述潮汐式滤床为浅盘式潮汐式多用途苗床，在所述苗床内种植适宜的植物或作物。
图3-图5示出了污水处理系统不同角度下的外观以及剖面图。
更具体的，在上述实施例中，在滤料(农业生产作为基质)选用方面进行了特定的选择，本技术滤料(基质)采用一定粒径范围的蛭石、沸石及火山岩混合滤料(基质)，三种滤料都具有良好的透水透气性，孔隙率高，比表面积大，有利于微生物的附着和生物膜的形成。另外，利用沸石对氨氮高效的吸附性能，污水在经过滤床时，大量的氨氮被沸石吸附，在滤床内形成了一个高氨氮浓度的环境，为消化细菌的快速生长和高效代谢提供了条件；
采用浅盘式潮汐式多用途滤床(苗床)，多用途滤床采用潮汐式布水方式，将处理到一定阶段的污水，间歇注入潮汐式滤床(苗床)，通过滤床(苗床)内微生物系统和植物系统共同作用，完成污水中氮磷元素的吸收和去除，其中，最重要的是对氨氮的吸收。浅盘式滤床的特点是，表面积大，布水时，污水可以充分和空气接触，增加水体溶解氧，另外，在温室中使用，可以提高污水的吸热效率。
采用潮汐式布水方式，可以在滤床内形成氧气的交替进出，达到有效的供氧，同时，污水交替的进出，也形成了从好氧到缺氧厌氧的多种环境。污水流入滤床，空气排出滤床；污水流出滤床，空气进入滤床。潮汐式布水方式也为植物的生长提供了良好条件，通气状况好，水肥条件一致，生长条件可控，长势一致；
本工艺过程中，滤床的构建方式和滤料(基质)的选用，采用本着低成本、易取材、制造方便的原则，同时，在完成污水处理的同时，能够充分满足植物的栽培、管理和生长过程，做到一套设备达到多种用途的目的。
作为具体的实施例和关键技术手段，采用温室或暖棚作为处理系统的外部构筑物，可以实现在不同地区，不同温度环境下的高效利用，污水处理构筑物的一部分或全部，建设包括日光智能玻璃温室、阳光板保温棚、农用塑料大棚等采光保温构筑物；
采用长*宽*高＝3*1.2*0.1m3的潮汐式滤床(苗床)，用钢结构制作层间距60-80的钢架进行布置安装滤床，共四层。在滤床的一段制作可调控流量的进水管装置，在滤床的另一端，制作有过滤拦截装置的排水管；
滤料(基质)采用沸石∶蛭石∶火山岩＝1∶1∶1的比例进行充分混合，将混合滤料直接铺设在滤床内，滤料高度8cm，或采用容器苗装置填装混合滤料，用苗盘摆放到滤床(苗床)内；滤料粒径：沸石：0.3-0.5cm，火山岩：0.3-0.5cm，蛭石：0.2-0.5cm。
在污水进行了过滤、沉淀、水解酸化、碳氧化过程后，将污水引入配水池体(作为蔬菜生产，必要时增加臭氧杀菌装置)，用来为潮汐式滤床提供污水源，在配水池内，根据滤床的组数，安装自动提升泵和布水管网，与滤床进水管连接，自动提升泵由时控电控系统控制启动和停止，根据具体情况(包括：污水处理情况、植物需水情况)，确定进出水循环周期和进水量，进行潮汐式布水(潮汐式灌溉)。
滤床出水从滤床排出后，根据出水水质情况，进入污水处理系统的其他工艺过程；
在滤床内种植适宜的植物或作物，根据植物生产特点、栽培植物的目的和利用方式，确定种植方式。例如：只考虑污水处理，可以采用滤床直接栽培，污水处理和育苗双重目的，可以采用育苗盘栽培方式。
基于上述实施例和上述创造性的技术手段，图6给出了基于上述污水处理系统实现的污水处理方法，包括步骤S1-S5。
各个步骤执行的步骤概括如下：
(1)在污水处理系统的聚能温室内，定制安装了体积为3.0*1.2*0.08的潮汐式布水滤池一组共四层，层间距：600mm。
采用钢架结构进行滤池的主题结构框架，可参见图3-5。
(2)附属装置有进水管网、出水排水管网、过滤网、布水泵、电控装置等。
(3)滤池复合滤料：混合比例：沸石(粒径：0.3-0.5)∶火山岩(粒径：0.3-0.5)∶蛭石(0.2-0.5)∶1∶1∶1，铺设高度：70mm，使用方式：滤池整体铺设滤料。
(4)滤池组布水量24t/d，布水次数：6次/日，单次布水时间：2h，布水时间由时控装置控制，排水时间由排水阀门控制。
(5)污水经过水解酸化池处理后进入滤池系统。
(6)植物种植种类：绿萝。
本发明的技术方案，通过上述过程，结合其他的污水处理技术和工艺，为村镇中小污水处理系统处理水质的达标处理创造了有力条件，该工艺的发明和应用是污水处理领域的一项技术进步，经实验室验证和实际场地的实际应用，取得了良好的效果。
实验室验证的技术数据参见图7。
采用上述技术方案，本申请人所在企业在山东省青岛市平度市凤凰山村污水处理项目应用上述设备装置安装完成并投入使用，对使用结果进行了分析检测，潮汐式布水复合生物滤床的处理效果非常明显，氨氮指标：去除率＞55％，达到了设计的预期目标。
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)
1.一种农村生活污水处理系统，所述污水处理系统包括第一外部构筑物、第二潮汐式布水系统以及第三出水收集系统；
其特征在于：
所述第一外部构筑物包括日光智能玻璃温室、阳光板保温棚、农用塑料大棚之一或者其组合；
所述第二潮汐式布水系统包括潮汐式布水生物滤床，所述潮汐式布水生物滤床包括多个小单元容器滤料盘；所述多个小单元容器滤料盘构成潮汐式滤床；
所述潮汐式滤床一端设置有进水管装置，在不同于所述进水管装置的另一端设置有过滤拦截装置；
所述第三出水收集系统包括配水池体，所述配水池体内部安装自动提升泵和布水管网，与所述潮汐式滤床的所述进水管装置连接；
所述多个小单元容器滤料盘均采用蛭石、沸石或者火山岩混合滤料之一或者其组合作为滤料基质；
所述潮汐式滤床为浅盘式潮汐式多用途苗床，在所述苗床内种植适宜的植物或作物。
2.如权利要求1所述的一种农村生活污水处理系统，其特征在于：
所述滤料基质采用沸石∶蛭石∶火山岩＝1∶1∶1的比例进行充分混合，将混合滤料直接铺设在所述多个小单元容器滤料盘内，滤料高度8cm；
所述滤料粒径为沸石：0.3-0.5cm；火山岩：0.3-0.5cm；蛭石：0.2-0.5cm。
3.如权利要求1所述的一种农村生活污水处理系统，其特征在于：
所述潮汐式滤床采用长*宽*高＝3*1.2*0.1m3的潮汐式苗床，用钢结构制作层间距60-80的钢架进行布置安装滤床。
4.如权利要求1所述的一种农村生活污水处理系统，其特征在于：
所述自动提升泵由时控电控系统控制启动和停止，根据具体情况确定进出水循环周期和进水量，进行潮汐式布水。
5.如权利要求1所述的一种农村生活污水处理系统，其特征在于：
所述污水处理系统不使用接触氧化池或者厌氧生物滤池，也不包括好氧硝化过程。
6.如权利要求1所述的一种农村生活污水处理系统，其特征在于：
在所述苗床内种植食用类植物或者作物时，所述第二潮汐式布水系统还包括污水前端脱毒杀菌装置。
7.一种农村生活污水处理方法，基于权利要求1-6任一项所述的农村生活污水处理系统实现，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
S1：在所述污水处理系统的所述第一外部构筑物内部布置体积为3.0*1.2*0.08(m3)的潮汐式布水滤池；
S2：安装附属装置，所述附属装置包括进水管网、出水排水管网、过滤网、布水泵、电控装置；
S3：在所述潮汐式布水滤池中布置滤池复合滤料；
S4：确定进出水循环周期和进水量；
S5：将生活污水经过水解酸化池处理后进入所述潮汐式布水滤池进行处理。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于：
所述植物种植种类为绿萝。
9.如权利要求7所述的方法，其特征在于：
所述潮汐式布水滤池的滤池组布水量为24t/d，布水次数为6次/日，单次布水时间为2h，单词布水时间由时控装置控制，排水时间由排水阀门控制。
10.如权利要求7所述的方法，其特征在于：
所述步骤S3在所述潮汐式布水滤池中布置滤池复合滤料，具体包括：采用整体铺设滤料或采用小单元容器滤料盘的方式。
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