CN113149337A - 一种适用于小城镇、农村的污水处理系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于小城镇、农村的污水处理系统，包括集水装置、农林废弃物收集装置、重力驱动MBR膜生物反应器以及与所述农林废弃物收集装置相连接的絮凝剂制备装置；所述集水装置与MBR膜处理反应器连通；所述MBR膜处理反应器设有排泥管和第一排水通道，所述第一排水通道依次连接有蓄水池和生态滤水池；所述排泥管依次连接有集泥池、固液分离设备和生物质改性装置，能够实现废水回用灌溉或者生态湿地建设，实现农村废水零排放和农村废水的社会循环，助力美丽乡村建设。

Description

一种适用于小城镇、农村的污水处理系统

技术领域

本发明主要涉及农村生活污水处理领域，具体是一种用于农村生活污水 处理的慢生态污水处理系统及其装置和应用。

背景技术

以往，由于各方面污水处理系统不完善，农村人口众多且分散，缺乏污 水处理意识，在我国城乡一体化发展的背景下，农村人口集聚程度显著提高， 农村生活污水排放量逐年增加，可见，我国农村生活污水处理是目前最为重 要的项目。农村生活污水具有产生量大、范围广、处理率低、氮磷排放负荷 高等特点，与农村饮用水源安全及环境质量密切相关。农村生活污水主要由 厨房炊事、洗漱、洗涤和洗浴等活动产生的污水和水冲式厕所产生的冲厕污 水组成。目前我国大部分农村污水仅通过简易的沟渠或经化粪池简单处理后就直接排入河道和农田，对周边环境造成污染，同时也影响人们身体健康。 为适应农村发展现状，提高农村生活污水的排放及回用标准，积极探索经济 实用的治理技术已成为农村污水治理的主要途径。

膜生物反应器(MBR)是以传统活性污泥法为主体的生物处理技术与以超 滤或微滤为主体的固液分离技术的有机结合。常规的活性污泥法不仅污泥产 量高，易发生污泥膨胀。此外，所产生污泥的处理处置费用占据污水处理厂 运行费用的25％～40％。与传统活性污泥法相比，MBR利用膜组件的拦截作用， 实现泥水的分离，具有污泥膨胀率低、占地面积小、运行控制灵活等优点。 MBR应用于农村污水的处理效果显著，出水水质好，但运行过程中也存在弊端， 氮磷去除率低、膜污染问题等不容忽视。

发明内容

为解决现有技术中的不足，本发明提供一种适用于小城镇、农村的污水处 理系统，携带方便，使用简单，水处理效率高，出水效率高，出水速度快，而 且可以更换部件循环利用。

本发明为实现上述目的，通过以下技术方案实现：

一种适用于小城镇、农村的污水处理系统，包括集水装置、农林废弃物 收集装置、MBR膜处理反应器以及与所述农林废弃物收集装置相连接的絮凝剂 制备装置，所述农林废弃物收集装置收集的农林废弃物作为絮凝剂制备装置 制备絮凝剂的第一原料；

所述集水装置与MBR膜处理反应器连通；

所述MBR膜处理反应器设有排泥管和第一排水通道，所述第一排水通道 依次连接有蓄水池和生态滤水池；

所述排泥管依次连接有集泥池、固液分离设备和生物质改性装置，所述 集泥池收集含有絮凝剂的底泥作为生物质改性装置的第二原料。

进一步的，所述集水装置包括集水井的第一出水口，所述集水井连接有 格栅井，所述格栅井的出水口连接有调节池，所述调节池的第一出水口与MBR 膜处理反应器连接，所述格栅井、调节池的高度大于集水井、MBR膜处理反应 器的高度。

进一步的，所述MBR膜处理反应器包括反应罐，所述反应罐包括改性池 和MBR过滤池，所述改性池设置进水管、絮凝剂添加管，所述进水管与集水 装置连通，所述絮凝剂添加管与絮凝剂制备装置连通。

进一步的，所述MBR膜处理反应器还包括蓄液池，所述蓄液池的一端设 置第二排水通道，所述第二排水通道的出口大于与改性池，所述第二排水通 道的出口与改性池连通；

所述蓄液池的另一端设置进水通道；

所述MBR过滤池与第一排水通道连接，所述第一排水通道设置第一进水 口，所述第一进水口的高度大于MBR过滤池和第二排水通道的出口，所述第 一进水口与MBR过滤池的出水管连通；

所述第一排水通道的顶部设置第二出水口，所述第二出水口的高度大于 第一进水口的高度，第二出水口与蓄液池连通；

所述第一排水通道的底部设置第三出水口，所述第三出水口与进水通道 连通。

进一步的，所述第二出水口、第三出水口之间设置水质检测装置和自动 控制阀门。

进一步的，所述改性池和MBR过滤池之间设有固液分离通道，所述固液 分离通道的底端设置第二进水口，所述第二进水口与改性池连通，所述固液 分离通道的顶端设置第四出水口，所述第四出水口与MBR过滤池连通；所述 第二进水口、第四出水口之间设有过滤网。

进一步的，所述絮凝剂制备装置包括与农林废弃物收集装置连通的浸渍 反应罐，所述浸渍反应罐依次连接有第一干燥罐、反应罐、浓缩干燥罐和储 存罐，所述第一干燥罐、第一储存罐分别通过第一管道与MBR膜处理反应器 连通。

进一步的，所述生物质改性装置包括与固液分离设备连通的真空加压浸 渍罐，所述真空加压浸渍罐依次连接有第二干燥罐、搅拌混合罐、裂解反应 罐、第二储存罐，所述第二干燥罐、第二储存罐分别通过第二管道与生态滤 水池连通。

进一步的，所述改性池和MBR过滤池内设有曝气装置。

进一步的，所述生态滤水池由上向下依次设置植被吸附层、改性生物质 滤料层和石英砂滤料层，所述植被吸附层中的复合滤料由所述生物质改性装 置对MBR膜处理反应器排出的底泥改性后制得。

对比与现有技术，本发明有益效果在于：

1.本发明具体是采用MBR膜处理技术和生态过滤处理技术相结合的方式 进行农村生活污水处理回用，以实现废水回用灌溉或者生态湿地建设，实现 农村废水零排放和农村废水的社会循环，助力美丽乡村建设。

2.本发明复合絮凝剂对磷元素有较强的絮凝、吸附作用，弥补了MBR膜 生物反应器无法有效除磷的不足。复合絮凝剂主要以农林作物收获和加工过 程中所产生的秸秆、糠皮、山茅草、灌木枝、木屑、刨花等固体废物为原料， 成本低廉，具有经济、高效、适用性广、无二次污染、对环境又好等优点。

3.本发明水处理底泥改性后的生物质的复合滤料充分发挥农村优势，就 地取材，通过回收反应器底泥制备具有强吸附作用的生物质复合滤料，生态 环保，净水效果更好。此外，MBR膜处理反应器无需进行反冲洗，只需定期刮 去表面滤饼层，这既节约了反冲洗耗水量，又节省了劳动力，运行管理方便， 显著降低了水质处理的成本，尤其是小型村镇、农村的供水。同时，吸附磷 后的反应器底泥与肥料混合，干燥后可以用于生态植被区的覆土使用或其他 土壤磷肥使用。

4.本发明底泥制备的生物质肥料中含有污水中的氮、磷等植物必需的营 养元素，以及复合絮凝剂中的铁、锰等微量元素，有利于生态滤水池植物覆 土改造，以便适宜不同植物的生长所需，最大程度发挥植物的净水作用。利 用底泥制备生物质复合滤料上负载复合絮凝剂中的铁、锰等金属氧化物，能 够增加滤料的吸附能力、过滤周期和适用范围，强化污染物的吸附去除。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明MBR膜处理反应器的结构示意图。

图3为实验例中主要污染物去除率结果示意图。

图4为实验例中MBR膜通量变化结果示意图。

其中，1-集水装置，11--格栅井，12-调节池，2-MBR膜处理反应器，21- 改性池，22-MBR过滤池，23-蓄液池，24-第二排水通道，25-排泥管，3-絮凝 剂制备装置，4-蓄水池，5-生态滤水池，6-固液分离设备，61-集泥池，7-生 物质改性装置，8-固液分离通道，81-第二进水口，82-过滤网，9-第一排水 通道，91-第一进水口，92-第二出水口，93-第三出水口，94-水质检测装置， 95-自动控制阀门。

具体实施方式

结合具体实施例，对本发明作进一步说明。应理解，这些实施例仅用于 说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授 的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形 式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

实施例1：

如图1所示，一种适用于小城镇、农村的污水处理系统，包括集水装置1、 农林废弃物收集装置、MBR膜处理反应器2以及与所述农林废弃物收集装置相 连接的絮凝剂制备装置3，集水装置用于收集农村或小城镇的生活污水，所述 农林废弃物收集装置收集的农林废弃物作为絮凝剂制备装置制备絮凝剂的第 一原料，第一原料一般为农林废弃物收集装置收集的农林废弃物；所述絮凝 剂制备装置3包括与农林废弃物收集装置连通的浸渍反应罐，所述浸渍反应 罐依次连接有第一干燥罐、反应罐、浓缩干燥罐和储存罐，所示反应罐上设 有药剂投加管，所述第一干燥罐、第一储存罐分别通过第一管道与MBR膜处 理反应器2连通。

所述集水装置1与MBR膜处理反应器2连通；所述集水装置1包括集水 井的出水口，所述集水井连接有格栅井11，所述格栅井11的出水口连接有调 节池12，格栅井11包括粗/细格栅，其中，粗/细格栅位于污水处理系统的端 部，用于截留较大的悬浮物或漂浮物，以便减轻后续构筑物的处理负荷，并 使之正常运行。

为实现MBR膜处理反应器的更好的运行，所示MBR膜处理反应器2具体 可以采用重力驱动MBR膜处理技术；重力驱动MBR膜处理技术的实现调节池 12的出水口与MBR膜处理反应器2连接，所述格栅井11、调节池12的高度 大于集水井、MBR膜处理反应器2的高度，采用架高调节池12，使调节池12 与MBR产生一定的高度差，重力驱动调节池的水输送至MBR膜处理反应器， 更适宜农村使用，同时调节池12实现污水初步沉降、分离及水质水量调节功能。

所述MBR膜处理反应器2设有排泥管25和第一排水通道9，所述第一排 水通道9依次连接有蓄水池4和生态滤水池5；排泥管25回收MBR膜处理反 应器2产生的底泥，所述排泥管25依次连接有集泥池61、固液分离设备6、 生物质改性装置7和储肥装置，所述集泥池收集含有絮凝剂的底泥作为生物 质改性装置的第二原料。所述生物质改性装置7包括与固液分离设备6连通 的真空加压浸渍罐，所述真空加压浸渍罐依次连接有第二干燥罐、搅拌混合 罐、裂解反应罐、第二储存罐，所述搅拌混合罐连接有药剂投加管，所述第 二干燥罐、第二储存罐分别通过第二管道与生态滤水池5连通，所述生态滤 水池5由上向下依次设置植被吸附层、改性生物质滤料层和石英砂滤料层， 生态滤水池5为生态过滤处理技术，能够更好的适应农村、小城镇水量少且 分散的特点，本实施例采用MBR膜处理技术和生态过滤处理技术相结合的方 式进行农村生活污水处理回用，以实现废水回用灌溉或生态湿地建设，实现 农村废水零排放和农村废水的社会循环，助力美丽乡村建设。

生态滤水池5设在MBR膜处理反应器2之后，分为生态植被区和滤料净 水区。经MBR膜处理反应器2的水经过第一排水通道9、蓄水池4由配水支管 进入滤料净水区；生态植被区内设置厚15-20cm覆土，配水支管埋置于该覆 土下，以防止冬季水流结冰或夏季降低水分的蒸发量，同时保证配水的卫生； 水体在滤料净水区内首先通过无纺布隔层降低进水浊度，进而通过上、下两 层过滤层，上层为厚度是40-50cm的反应器底泥改性后的生物质的复合滤料， 下层为厚度是20-30cm的石英砂滤料层，滤速控制在0.05-0.3m/h；过滤后 的水进入集水干管，集水干管将过滤后的水汇集至出水管，通过出水管上的 调节阀和连通阀用来调节水量以及净水区放空；滤后水最终通过出水管出水 端喇叭口进入集水井，再经提升泵加压后送至用户或直接排入河道。具体有， 本发明中生态植被区内优先选择本土植物，其通过吸附、滞留、过滤、沉淀、 微生物分解、残留物积累、蒸腾水分和养分吸收等对表层水进行处理，并且 随着时间的积累，植物的根系深入地下促进净水效果。本发明中反应器底泥改性后的生物质的复合滤料充分发挥农村优势，就地取材，通过回收反应器 底泥制备具有强吸附作用的生物质复合滤料，生态环保，净水效果更好。此 外，无需进行反冲洗，只需定期刮去表层滤料，重新添加一层新的滤料，这 既节约了反冲洗耗水量，又节省了劳动力，运行管理方便，显著降低了水质 处理的成本，尤其是小型村镇供水。同时，吸附磷后的反应器底泥与肥料混 合，干燥后可以用于生态植被区的覆土使用或其他土壤磷肥使用。

本实施例作为一种实现方式，所述MBR膜处理反应器2包括反应罐，所 述反应罐包括改性池21和MBR过滤池22，所述改性池21和MBR过滤池22内 设有曝气装置。MBR过滤池22将膜组件直接置于生物反应器内部，进水中的 大部分污染物被改性池21中的混合液的活性污泥去除，再在重力压差驱动下 由MBR过滤池22膜过滤出水，处理后的水进入清水池中，满足农田灌溉用水 水质标准。末端设置生态滤水池进一步进行深度净水，清水池中的水进入生 态滤水池，以达到更高水质处理标准。所述改性池21和MBR过滤池22之间 设有固液分离通道8，所述固液分离通道8的底端设置第二进水口81，所述 第二进水口81与改性池21连通，所述固液分离通道8的顶端设置第四出水 口，所述第四出水口与MBR过滤池22连通；所述第二进水口81、第四出水口 之间设有过滤网82。所述改性池21设置进水管、絮凝剂添加管，所述进水管 与集水装置1连通，所述絮凝剂添加管与絮凝剂制备装置3连通。

本发明基于上述絮凝剂制备装置3提出一种利用农林废弃物制备复合絮 凝剂的方法，包括以下步骤：

步骤1：用粉碎机对收集玉米秸秆、水稻秸秆等进行破碎成粉片后，进入 浸渍反应罐在聚丙烯酰胺溶液中于20-60℃浸泡12-24h后通入干燥罐；

步骤2：在干燥罐中于60-80℃干燥6-8h后，制得复合絮凝剂，即可选 备用。复合絮凝剂对磷元素有较强的吸附作用，弥补了MBR生物膜无法有效 除磷的不足。

步骤3：在反应罐中投加高铁酸钾：高锰酸钾：过碳酸钠(1.5-3：1.5-3： 1)，将水中的大分子有机物氧化成易降解的小分子有机物，能够提高水体可 生化性，减小后续生物反应器处理压力，缓解膜污染。高锰酸钾、高铁酸钾、 过碳酸钠等氧化剂能够强化混凝除磷效果，同时，氧化反应产物羟基氧化铁、 二氧化锰等吸附去除污水中的磷，进一步提升反应器对磷的去除。

反应罐中步骤2的复合絮凝剂与氧化剂充分结合，经浓缩干燥后可制得 具有混凝、吸附、氧化三种作用的复合混凝剂，选择性投加高锰酸钾、高铁 酸钾、过碳酸钠氧化剂。

本方法复合絮凝剂主要以农林作物收获和加工过程中所产生的秸秆、糠 皮、山茅草、灌木枝、木屑、刨花等固体废物为原料，成本低廉，具有经济、 高效、适用性广、无二次污染、对环境又好等优点。进一步的，实现混凝强 化的方式有两种：一是在改性池21中投加生态型复合絮凝剂，对进水的颗粒 物，胶体和大分子有机物进行控制，通过沉淀去除；二是在MBR过滤池22中 投加生态型复合絮凝剂，原水中的污染物和混凝剂在膜池中反应并同时过滤。 通过投加生态型复合絮凝剂，能够明显降低出水中的含磷量，通过混凝预处 理优化水质处理，以达到灌溉水质要求标准。

所述MBR膜处理反应器2还包括蓄液池23，所述蓄液池23的一端设置第 二排水通道24，所述第二排水通道24的出口大于与改性池21，所述第二排 水通道24的出口与改性池21连通；所述蓄液池23的另一端设置进水通道； 所述MBR过滤池22连接有排水通道，所述第一排水通道9设置第一进水口91， 所述第一进水口91的高度大于MBR过滤池22和第一排水通道9的出口，所 述第一进水口91与MBR过滤池22的出水管连通；所述第一排水通道9的顶部设置第二出水口92，所述第二出水口92的高度大于第一进水口91的高度， 第二出水口92与蓄液池23连通；所述第一出水口、第二出水口92之间设置 水质检测装置94和自动控制阀门95。所述第一排水通道9底部设置第三出水 口93，所述第三出水口93与进水通道连通。MBR过滤池22处理后的水进入 第一排水通道9，经水质检测装置94检测，若合格则自动控制阀门95关闭， 水位上涨经由第二出水口92进入蓄水池4；否则，自动控制阀门95打开，水 经由第三出水口93进入蓄液池23，蓄液池23水位上涨经由第一排水通道9 的出口再次进入改性池21进行改性处理，直至水质达标。

所述排泥管25依次连接有集泥池61、固液分离设备6、生物质改性装置 7和储肥装置。所述集泥池收集含有絮凝剂的底泥作为生物质改性装置的第二 原料，具体的本发明基于上述生物质改性装置提供一种利用底泥制备生物质 肥料的方法，包括以下步骤：

步骤11：对回收的底泥进行固液分离和脱水后通入真空加压浸渍罐中于 25℃下进行改性处理，浸渍时间(6-12h)和真空压力(10-100kPa)。实 际应用时，根据土壤的性状，选择合适的浸渍液、浸渍时间和真空压力，以 便于获得适合的改良肥料，比如在盐碱地中可使用中性硫酸钾溶液浸渍回收 底泥，在酸性土地中可使用氢氧化钠、氢氧化钾或碳酸钠等碱性溶液进行浸 渍处理。

步骤22：浸渍完成后进入干燥罐中于60-100℃进行同步搅拌干燥12-18h 处理得到颗粒状肥料，底泥制备的生物质肥料中含有污水中的氮、磷等植物 必需的营养元素，既能防止复合絮凝剂中的元素二次污染水体，而且复合絮 凝剂中的铁、锰等微量元素，有利于生态滤水池植物覆土改造，以便适宜不 同植物的生长所需，最大程度发挥植物的净水作用。

本发明基于上述生物质改性装置7提供一种利用底泥制备生物质复合滤 料的方法，包括以下步骤：步骤33：将所述颗粒状肥料投入搅拌混合罐，其 中，底泥：破碎秸秆的质量比为1-1.5：2。底泥中含有生态型复合絮凝剂中 的铁、锰等金属氧化物，不必再投加改性剂，实现了秸秆、底泥、肥料的综 合利用

步骤44：改性溶液进入裂解反应罐中在氮气保护下于550-600℃下炭化 1-2h制得多孔疏松颗粒，即得生物质复合滤料。

复合滤料负载铁、锰等金属氧化物，不仅能够增加滤料的吸附能力、过 滤周期和适用范围，强化污染物的吸附去除，净化水质。还能够制备肥料颗 粒后在生态滤水池植物覆土改造中发挥作用，以便适宜不同植物的生长所需， 最大程度发挥植物的净水作用。

实验例

以农村污水处理为例，采用实施例1所述的适用于小城镇、农村的污水 处理系统对收集到的农村污水及农林废弃物进行净化处理，处理结果如图3、 图4所示。由图3、图4可知，本发明①对COD、NH₃-N、TN、TP、SS的平均 去除率分别达到了92.6％、94.2％、79.3％、82.2％和95.8％；②利用农林废弃 物制备的复合絮凝剂可显著提升MBR反应器的稳定通量，运行至70d末端通 量由41(L/m² h bar)提升至81(L/m² h bar)，通量提升了97.6％。

以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领 域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征 的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下， 由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上 述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能。

Claims (10)

1.一种适用于小城镇、农村的污水处理系统，其特征在于，包括集水装置、农林废弃物收集装置、MBR膜处理反应器以及与所述农林废弃物收集装置相连接的絮凝剂制备装置，所述农林废弃物收集装置收集的农林废弃物作为絮凝剂制备装置制备絮凝剂的第一原料；

所述集水装置与MBR膜处理反应器连通；

所述MBR膜处理反应器设有排泥管和第一排水通道，所述第一排水通道依次连接有蓄水池和生态滤水池；

所述排泥管依次连接有集泥池、固液分离设备和生物质改性装置，所述集泥池收集含有絮凝剂的底泥作为生物质改性装置的第二原料。

2.如权利要求1所述的适用于小城镇、农村的污水处理系统，其特征在于，所述集水装置包括集水井的第一出水口，所述集水井连接有格栅井，所述格栅井的出水口连接有调节池，所述调节池的第一出水口与MBR膜处理反应器连接，所述格栅井、调节池的高度大于集水井、MBR膜处理反应器的高度。

3.如权利要求1所述的适用于小城镇、农村的污水处理系统，其特征在于，所述MBR膜处理反应器包括反应罐，所述反应罐包括改性池和MBR过滤池，所述改性池设置进水管、絮凝剂添加管，所述进水管与集水装置连通，所述絮凝剂添加管与絮凝剂制备装置连通。

4.如权利要求3所述的适用于小城镇、农村的污水处理系统，其特征在于，所述MBR膜处理反应器还包括蓄液池，所述蓄液池的一端设置第二排水通道，所述第二排水通道的出口大于与改性池，所述第二排水通道的出口与改性池连通；

所述蓄液池的另一端设置进水通道；

所述MBR过滤池与第一排水通道连接，所述第一排水通道设置第一进水口，所述第一进水口的高度大于MBR过滤池和第二排水通道的出口，所述第一进水口与MBR过滤池的出水管连通；

所述第一排水通道的顶部设置第二出水口，所述第二出水口的高度大于第一进水口的高度，第二出水口与蓄液池连通；

所述第一排水通道的底部设置第三出水口，所述第三出水口与进水通道连通。

5.如权利要求4所述的适用于小城镇、农村的污水处理系统，其特征在于，所述第二出水口、第三出水口之间设置水质检测装置和自动控制阀门。

6.如权利要求3所述的适用于小城镇、农村的污水处理系统，其特征在于，所述改性池和MBR过滤池之间设有固液分离通道，所述固液分离通道的底端设置第二进水口，所述第二进水口与改性池连通，所述固液分离通道的顶端设置第四出水口，所述第四出水口与MBR过滤池连通；所述第二进水口、第四出水口之间设有过滤网。

7.如权利要求1所述的适用于小城镇、农村的污水处理系统，其特征在于，所述絮凝剂制备装置包括与农林废弃物收集装置连通的浸渍反应罐，所述浸渍反应罐依次连接有第一干燥罐、反应罐、浓缩干燥罐和储存罐，所述第一干燥罐、第一储存罐分别通过第一管道与MBR膜处理反应器连通。

8.如权利要求1所述的适用于小城镇、农村的污水处理系统，其特征在于，所述生物质改性装置包括与固液分离设备连通的真空加压浸渍罐，所述真空加压浸渍罐依次连接有第二干燥罐、搅拌混合罐、裂解反应罐、第二储存罐，所述第二干燥罐、第二储存罐分别通过第二管道与生态滤水池连通。

9.如权利要求2所述的适用于小城镇、农村的污水处理系统，其特征在于，所述改性池和MBR过滤池内设有曝气装置。

10.如权利要求1所述的适用于小城镇、农村的污水处理系统，其特征在于，所述生态滤水池由上向下依次设置植被吸附层、改性生物质滤料层和石英砂滤料层，所述植被吸附层中的复合滤料由所述生物质改性装置对MBR膜处理反应器排出的底泥改性后制得。

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