CN113371927B - 一种适应于小型分散式农村生活污水的处理系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适应于小型分散式农村生活污水的处理系统，包括厌氧折流板反应器、落干式人工湿地和潜流人工湿地；厌氧折流板反应器包括黑水进水管、反应器顶板、生物膜载体填料、潜水提升泵、反应器池体、折流板、布水隔墙、灰水进水管、反应器底板和出水管；反应器顶板固定连接在反应器池体的顶面；布水隔墙固定连接在反应器池体中，将反应器池体分隔为厌氧主反应区和混合污水调节区；生物膜载体填料和折流板均位于厌氧主反应区中；折流板和反应器池体连接，形成S形流道，出水管的进水口与潜水提升泵连接，出水管的出水口位于反应器池体外侧。该装置以污水源分离技术，消除因进水碳氮比失衡对工艺造成的不利影响。

Description

一种适应于小型分散式农村生活污水的处理系统

技术领域

本发明属于污水处理技术领域，具体来说，涉及一种适应于小型分散式农村生活污水的处理系统。

背景技术

随着农村人居环境整治工作的大力开展，近年来农村生活污水的处理率不断攀升。与城镇污水相对集中、集约的处理模式不同，村落间相对孤立的地理条件、薄弱的基础设施、粗放杂乱的污水排放现象使得污水集中处理较为困难，其复杂多变的进水条件也对污水处理技术的应用与实践提出了更高的要求。在此前提下，开发低能耗、处理效率高、易维护、可持续的分散式农污处理系统迫在眉睫。

由于农村生活污水复杂多变的进水特征，传统分散式农村生活污水处理采用生物生态组合工艺的情况较为普遍。在发挥生物单元强大污染物净化效能的同时辅以生态处理强化保障尾水水质，生态单元不仅代替前端生物单元承担了部分污染物负荷的削减功能同时也实现了污水处理资源化、景观化的效果。但随着越来越多的生物生态组合工艺投入应用，一些问题也逐渐凸显。传统的生物生态组合处理系统中，生物单元主体以AO、AAO等活性污泥法工艺应用较多，工艺处理效果受进水波动影响较大，在农村地区低维护管理的背景下系统内微生物浓度难以维持，泥法好氧处理段产生的剩余污泥处理处置也成为一大难题；而以生物膜法工艺为生物单元主体处理工艺时也会存在挂膜启动慢、系统内富集生物量低、生物膜异常导致出水不达标等现象。

发明内容

技术问题：本发明的目的是对传统生物生态组合工艺应用效果受农村进水条件制约以及提高生态单元资源化利用效果和经济效益，本着简化工艺、降低运维难度的目的，提供一种适应于小型分散式农村生活污水的处理系统，以污水源分离技术消除因进水碳氮比失衡对工艺造成的不利影响。

技术方案：为了解决上述技术问题，本发明提供一种适应于小型分散式农村生活污水的处理系统，包括依次连接的厌氧折流板反应器、落干式人工湿地和潜流人工湿地；所述厌氧折流板反应器包括黑水进水管、反应器顶板、生物膜载体填料、潜水提升泵、反应器池体、折流板、布水隔墙、灰水进水管、反应器底板和出水管；反应器顶板固定连接在反应器池体的顶面，反应器底板位于反应器池体的底面；布水隔墙固定连接在反应器池体中，将反应器池体分隔为厌氧主反应区和混合污水调节区；生物膜载体填料和折流板均位于厌氧主反应区中；折流板和反应器池体连接，形成S形流道；载体填料位于折流板两侧；黑水进水管的出口水位于厌氧主反应区中；潜水提升泵位于混合污水调节区，出水管的进水口与潜水提升泵连接，出水管的出水口位于反应器池体外侧；灰水进水管的出水口位于混合污水调节区中。

优选的，所述反应器顶板设有人孔，人孔设有可移动的人孔盖板。

优选的，所述反应器池体为砖砌结构并混凝土抹面，反应器顶板为钢筋砼预制盖板，反应器底板采用构造配筋。

优选的，所述所述生物膜载体填料采用无纺布作为挂膜载体填料，填充率为40～50％。

优选的，所述落干式人工湿地包括具有防渗的含底面的第一围墙，以及位于围墙内的进水布水管路、落干湿地植物、细砾石层、加气块层、粗砾石层和出水集水管路；落干湿地植物、细砾石层、加气块层、粗砾石层从上向下依次布设在围墙内，进水布水管路位于细砾石层上方，进水布水管路的进水口和出水管的出水口连接，出水集水管路位于粗砾石层下部。

优选的，所述细砾石层和加气块层之间，以及加气块层和粗砾石层之间分别设有土工布反滤层。

优选的，所述进水布水管路采用喷淋出水；出水集水管路表面设有穿孔。

优选的，所述落干湿地植物内种植巨菌草、甜象草、美人蕉、西伯利亚鸢尾中的一种或任意组合。

优选的，所述潜流人工湿地包括具有防渗的含底面的第二围墙、管道、以及位于第二围墙内的进水布水花墙、出水布水花墙；进水布水花墙和出水布水花墙分别与第二围墙固定连接，进水布水花墙和第二围墙之间形成进水渠，出水布水花墙和第二围墙之间形成出水渠，进水布水花墙和出水布水花墙之间形成第三空间，第三空间内从上向下依次布设有潜流湿地植物、潜流湿地细砾石基质层、潜流湿地加气块基质层；管道的进水口和出水集水管路的出水口连接，管道的出水口位于进水渠内，所述管道上设有出水阀门。

优选的，所述的适应于小型分散式农村生活污水的处理系统，还包括L形出水弯管，L形出水弯管位于出水渠中，且L形出水弯管的底端位于出水渠外侧，L形出水弯管的顶端位于出水渠内侧。

有益效果：本发明实施例的系统包括厌氧折流板反应器、落干式人工湿地以及潜流人工湿地。厌氧折流板反应器处理居民日常产生的黑水，经过降解的黑水与居民灰水混合后通过泵的作用提升至落干式人工湿地，污水以间歇喷灌的方式自上而下途经湿地净化；落干湿地的出水进入浸润度可控型潜流人工湿地，通过基质、植物根系以及微生物的共同作用吸附、降解污染物质，实现出水达标排放。该小型污水处理系统只含有一台水泵作为动力装置，以全落干湿地替代以往生物段好氧单元，后端辅以生态单元强化处理，充分实现了工艺简化、节能低耗以及氮磷资源化的目的。

附图说明

图1为本发明实施例的结构示意图；

图2为本发明实施例中厌氧折流板反应器的结构示意图；

图3为本发明实施例中厌氧折流板反应器的俯视图；

图4为本发明实施例中落干式人工湿地的结构示意图；

图5为本发明实施例中落干式人工湿地的俯视图；

图6为本发明实施例中潜流人工湿地的结构示意图；

图7为本发明实施例中潜流人工湿地的进水布水花墙的结构示意图；

图8为本发明实施例中潜流人工湿地的局部示意图。

图中：1、黑水进水管；2、人孔盖板；3、人孔；4、反应器顶板；5、生物膜载体填料；6、潜水提升泵；61、PLC控制系统；7、折流板；8、布水隔墙；9、灰水进水管；10、反应器底板；11、出水管；12、进水布水管路；13、落干湿地植物；14、细砾石层；15、加气块层，16、粗砾石层；17、土工布反滤层；18、出水集水管路；19、出水阀门；20、进水渠；21、进水布水花墙；22、潜流湿地植物；23、潜流湿地细砾石基质层；24、潜流湿地加气块基质层；25、出水布水花墙；26、出水渠；27、L形出水弯管。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明实施例进行详细的说明。

如图1至图3所示，本实施例的一种适应于小型分散式农村生活污水的处理系统，包括依次连接的厌氧折流板反应器、落干式人工湿地和潜流人工湿地。厌氧折流板反应器包括黑水进水管1、反应器顶板4、生物膜载体填料5、潜水提升泵6、反应器池体、折流板7、布水隔墙8、灰水进水管9、反应器底板10和出水管11。优选的，潜水提升泵6可通过PLC控制系统61进行控制工作。反应器顶板4固定连接在反应器池体的顶面，反应器底板10位于反应器池体的底面。布水隔墙8固定连接在反应器池体中，将反应器池体分隔为厌氧主反应区和混合污水调节区；生物膜载体填料5和折流板7均位于厌氧主反应区中；折流板7和反应器池体连接，形成S形流道。载体填料5位于折流板7两侧；黑水进水管1的出水口位于厌氧主反应区中。潜水提升泵6位于混合污水调节区，出水管11的进水口与潜水提升泵6连接，出水管11的出水口位于反应器池体外侧。灰水进水管9的出水口位于混合污水调节区中。

考虑农村生活污水水质水量变化大、有机物浓度高的特点以及农村地区土地资源相对丰富的特征，为实现高效处理低能耗和简化工艺的目标，本着因地制宜，资源化利用的可持续的理念，将黑水与灰水进行源分离处理。本发明实施例采用黑水厌氧-混合污水落干-浸润度可控型潜流人工湿地的新型组合工艺，处理农村生活污水。该装置具有处理效率高、能耗低、操作方便等特点，在降低水处理成本和氮磷资源化具有可观的应用前景。黑水包括厕所粪便、尿液及冲厕水。灰水为黑水以外的水，包括厨房用水、洗手用水、淋浴用水、地漏废水等。

整个系统基于污水源分离的收集模式，黑水进入厌氧反应器后停留较长时间，有机物浓度得到大幅削减，而黑水中丰富的氮磷元素被较好的保留下来，如此为后续生态单元实现氮磷资源化目的创造了良好的条件。而黑水、灰水分质收集、分类处理的做法也能提高污染物的处理效率。

优选的，所述反应器顶板4设有人孔3，人孔3设有可移动的人孔盖板3。当需要检修时，打开人孔盖板3，维修人员穿过人孔3，进入反应器池体进行工作。

优选的，所述反应器池体为砖砌结构并混凝土抹面，反应器顶板4为钢筋砼预制盖板，反应器底板10采用构造配筋。反应器池体具有防渗透性能，同时土建成本低。

优选的，所述所述生物膜载体填料5采用无纺布作为挂膜载体填料，填充率为40～50％。生物膜载体填料5为无纺布材料，将其裁剪成合适的大小固定在塑料支架上整体置入反应器池体中，填料体积填充率保证在40～50％之间。填料模块化便于安装、拆卸以及后期维护管理。

优选的，如图4和图5所示，所述落干式人工湿地包括具有防渗的含底面的第一围墙，以及位于围墙内的进水布水管路12、落干湿地植物13、细砾石层14、加气块层15、粗砾石层16和出水集水管路18。落干湿地植物13、细砾石层14、加气块层15、粗砾石层16从上向下依次布设在围墙内，进水布水管路12位于细砾石层14上方，进水布水管路12的进水口和出水管11的出水口连接，出水集水管路18位于粗砾石层16下部。优选的，细砾石层14的厚度为200mm、加气块层15的厚度为550mm、粗砾石层16的厚度为150mm。细砾石粒径为2～5mm并可以根据种植植物不同更换为粗砂，加气块粒径为5～8mm，粗砾石粒径为8～16mm。

优选的，所述细砾石层14和加气块层15之间，以及加气块层15和粗砾石层16之间分别设有土工布反滤层17。设置土工布反滤层17分隔，可以防止小粒径基质颗粒向下渗漏。细砾石层作为定植层。加气块层吸附磷素的效果卓越。粗砾石层作为承托层。各基质层之间铺设土工布，防止较小粒径的基质填料块渗漏。

优选的，所述进水布水管路12采用喷淋出水。喷淋出水利于更大面积出水。出水集水管路18表面设有穿孔。通过穿孔收集液体。优选的，进水布水管路12包括干管和支管，干管采用UPVC穿孔布水管，支管为穿孔布水软带，进水布水管路12呈“丰”字形铺设。进水布水管路12布置在湿地床体基质上方，穿孔布水软带正中开一排圆孔，孔径为2mm。优选的，出水集水管路18包括干管和支管。出水集水管路18的支管使用UPVC穿孔管，分别于左下和右下斜45°方向开两排孔，孔径为10mm。与出水集水管路18的支管相连的出水集水管路18的干管上设有阀门，可以根据植物生长需求调节落干式人工湿地内的水位。

优选的，所述落干湿地植物13内种植巨菌草、甜象草、美人蕉、西伯利亚鸢尾中的一种或任意组合。根据温度与季节条件选择合适的植物，通过收割换茬产生一定的经济效益，形成污水净化型农业模式。

相对于其他常见湿地类型，落干式人工湿地具有良好的通风复氧效能，污水通过喷灌的形式布水时，以小液滴的状态在空中充分与氧气接触；在湿地内渗落时，也由于湿地床体的全落干状态，与空气和生物膜相不断地进行三相接触。氨氮在这种环境下转化效率较高，有机负荷也进一步的削减，部分磷素被加气块所吸附。相较于常规好氧单元，落干式人工湿地不含有曝气设备，并且可以通过湿地植物的收割换茬创造经济效益，实现了低耗、可持续的污水处理模式。

浸润度可控型潜流人工湿地通过湿地内浸没水位的调节，可以满足植物在不同生长时期的需求，同时可调控湿地内的溶解氧环境，从而根据需要，创造有利于硝化或反硝化的环境。

优选的，如图6至图8所示，所述潜流人工湿地包括具有防渗的含底面的第二围墙、管道、以及位于第二围墙内的进水布水花墙21、出水布水花墙25。进水布水花墙21和出水布水花墙25分别与第二围墙固定连接，进水布水花墙21和第二围墙之间形成进水渠20，出水布水花墙25和第二围墙之间形成出水渠26，进水布水花墙21和出水布水花墙25之间形成第三空间，第三空间内从上向下依次布设有潜流湿地植物22、潜流湿地细砾石基质层23、潜流湿地加气块基质层24。管道的进水口和出水集水管路18的出水口连接，管道的出水口位于进水渠20内，所述管道上设有出水阀门19。通过关闭出水阀门19，便于后续潜流湿地的检修。潜流湿地细砾石基质层23和潜流湿地加气块基质层24之间可以设置土工布反滤层。

优选的，潜流湿地细砾石基质层的厚度为200mm，潜流湿地加气块基质层的厚度为400mm。细砾石粒径为2～5mm，加气块粒径为5～8mm。湿地内种植的经济型作物为水芹、空心菜、莴苣、美人蕉中的一种或几种，定期收割换茬，形成可持续的污水处理模式。

优选的，所述处理系统还包括L形出水弯管27，L形出水弯管27位于出水渠26中，且L形出水弯管27的底端位于出水渠26外侧，L形出水弯管27的顶端位于出水渠26内侧。通过转动L形出水弯管27，改变L形出水弯管27顶部进水口的高度，调节潜流人工湿地内浸没水位，满足植物不同生长期的水分需求。

潜流人工湿地内栽植水芹、空心菜、莴苣、美人蕉中的一种或几种。推荐的运行水力负荷为0.1m³/(m²·d)。以种植蔬菜为例，夏秋季种植空心菜，冬春季可更换为水芹。每年的4～5月份可栽植美人蕉，次年收割换茬为别种作物。

整个系统的运行包括以下步骤：黑水由黑水进水管1流入厌氧折流板反应器，以上下折流形式依次流经折流板7到达厌氧主反应区末端隔室，在此过程中污水与生物膜载体填料5充分接触，之后利用布水隔墙8的过水孔流入混合污水调节区。黑水在厌氧折流板反应器内的停留时间设置为72h，在生物膜载体填料5富集的微生物作用下经过厌氧水解发酵、产氢产乙酸以及产甲烷三阶段，其有机物负荷得到大幅削减的同时SS因生物膜的截留作用得以降低。厌氧处理后的黑水在混合污水调节区内与来自灰水进水管9的灰水混合，由潜水提升泵6提升至落干式人工湿地。潜水提升泵6由PLC控制系统61控制启停，当水位达到启泵水位后潜水提升泵6开始工作，水位降低至停泵水位时结束工作。混合污水提升后通过落干式人工湿地的进水布水管路12以喷淋的方式向下布水，依次流经细砾石层14、加气块层15、粗砾石层16三个基质填料层，通过基质的化学吸附作用、植物根系的吸收作用以及生物膜的吸附降解作用实现硝化除碳功能，部分氮磷营养盐被固定在湿地植物13内依靠定期收割换茬达到资源化利用效果。落干式人工湿地处理的污水经过出水集水管路18自流到浸润度可控型潜流人工湿地的进水渠20内，潜流人工湿地内的生物膜利用污水中的残留碳源强化反硝化效果，潜流湿地植物22通过根系吸收富集氮磷营养盐，潜流湿地细砾石层23和潜流湿地加气块层24不仅能够为微生物提供附着生长的载体环境同时也具有吸附残余氮磷、截留SS保证出水浊度达标的功能。潜流湿地处理后的尾水流经出水布水花墙25进入出水渠26，在L形出水弯管27的控制下最终达标排放。

落干式人工湿地内选种巨菌草、甜象草等饲草以及美人蕉、西伯利亚鸢尾等花卉中的一种或几种。巨菌草、甜象草根系发达、生物量巨大，氮磷富集能力强，可以多次收割从而产生可持续的经济效益；美人蕉、西伯利亚鸢尾耐旱及抗逆性较强，适应落干式人工湿地内的环境，其容易存活的特点适用于农村污水处理低维护的背景条件。落干式人工湿地推荐运行水力负荷为0.1m³/(m²·d)，湿地内植物每3个月收割一次。

上述实施例中，所述厌氧折流板反应器中，处理后黑水与灰水在其内混合后进入后续湿地。潜水提升泵6通过高低液位控制间歇工作，将污水泵入后续生态湿地系统中。在落干式人工湿地中，污水自上而下流经湿地后进入潜流湿地。在潜流人工湿地中，经过浸润度可控型潜流湿地处理的污水最终达标排放至地表水体或再生利用。

本实施例中，黑水以连续进水的方式进入厌氧折流板反应器，流经多个反应隔室后通过布水隔墙8上的进水孔进入厌氧折流板反应器的混合污水调节区，在其中与灰水进行混合，潜水提升泵6将混合后污水提升至落干式人工湿地；污水在落干式湿地内以喷淋方式自上向下流经湿地，经过湿地基质、植物、微生物的协同作用得到净化后，流入浸润度可控型的潜流人工湿地；污水在潜流人工湿地内停留一段时间后，达标排放，从出水渠26排出。

上述实施例中，整个系统不同于传统的活性污泥法处理，厌氧折流板反应器、落干式人工湿地以及潜流人工湿地内的微生物均以生物膜相(分别附着于厌氧单元的挂膜填料表面和湿地植物根系、湿地基质表面)的形式存在，工艺剩余污泥产量降低至最低限度，并且管理维护的难度也极大降低，适用于农村生活污水处理的背景条件。

本实施例将污水中的氮磷营养盐最大限度的资源化利用，以落干式人工湿地取代泥法或膜法好氧生物处理单元，满足氮磷资源化效果的同时最大限度节能降耗、降低管理维护难度，最终实现农村生活污水处理低耗高效、可持续、易维护的目标。

以上所述仅是本发明的实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通人员来说，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 (7)

1.一种适应于小型分散式农村生活污水的处理系统，其特征在于：包括依次连接的厌氧折流板反应器、落干式人工湿地和潜流人工湿地；

所述厌氧折流板反应器包括黑水进水管(1)、反应器顶板(4)、生物膜载体填料(5)、潜水提升泵(6)、反应器池体、折流板(7)、布水隔墙(8)、灰水进水管(9)、反应器底板(10)和出水管(11)；

反应器顶板(4)固定连接在反应器池体的顶面，反应器底板(10)位于反应器池体的底面；

布水隔墙(8)固定连接在反应器池体中，将反应器池体分隔为厌氧主反应区和混合污水调节区；生物膜载体填料(5)和折流板(7)均位于厌氧主反应区中；折流板(7)和反应器池体连接，形成S形流道；生物膜 载体填料(5)位于折流板(7)两侧；黑水进水管(1)的出口水位于厌氧主反应区中；

潜水提升泵(6)位于混合污水调节区，出水管(11)的进水口与潜水提升泵(6)连接，出水管(11)的出水口位于反应器池体外侧；灰水进水管(9)的出水口位于混合污水调节区中；

落干式人工湿地具有良好的通风复氧效能，污水通过喷灌的形式布水时，以小液滴的状态在空中充分与氧气接触；在湿地内渗落时，也由于湿地床体的全落干状态，与空气和生物膜相不断地进行三相接触；落干式人工湿地不含有曝气设备；

所述落干式人工湿地包括具有防渗的含底面的第一围墙，以及位于围墙内的进水布水管路(12)、落干湿地植物(13)、细砾石层(14)、加气块层(15)、粗砾石层(16)和出水集水管路(18)；落干湿地植物(13)、细砾石层(14)、加气块层(15)、粗砾石层(16)从上向下依次布设在围墙内，进水布水管路(12)位于细砾石层(14)上方，进水布水管路(12)的进水口和出水管(11)的出水口连接，出水集水管路(18)位于粗砾石层(16)下部；

所述细砾石层(14)和加气块层(15)之间，以及加气块层(15)和粗砾石层(16)之间分别设有土工布反滤层(17)；

所述进水布水管路(12)采用喷淋出水；出水集水管路(18)表面设有穿孔。

2.按照权利要求1所述的适应于小型分散式农村生活污水的处理系统，其特征在于：所述反应器顶板4设有人孔(3)，人孔(3)设有可移动的人孔盖板。

3.按照权利要求1所述的适应于小型分散式农村生活污水的处理系统，其特征在于：所述反应器池体为砖砌结构并混凝土抹面，反应器顶板(4)为钢筋砼预制盖板，反应器底板(10)采用构造配筋。

4.按照权利要求1所述的适应于小型分散式农村生活污水的处理系统，其特征在于：所述生物膜载体填料(5)采用无纺布作为挂膜载体填料，填充率为40～50％。

5.按照权利要求1所述的适应于小型分散式农村生活污水的处理系统，其特征在于：所述落干湿地植物(13)内种植巨菌草、甜象草、美人蕉、西伯利亚鸢尾中的一种或任意组合。

6.按照权利要求1所述的适应于小型分散式农村生活污水的处理系统，其特征在于：所述潜流人工湿地包括具有防渗的含底面的第二围墙、管道、以及位于第二围墙内的进水布水花墙(21)和 出水布水花墙(25)；

进水布水花墙(21)和出水布水花墙(25)分别与第二围墙固定连接，进水布水花墙(21)和第二围墙之间形成进水渠(20)，出水布水花墙(25)和第二围墙之间形成出水渠(26)，进水布水花墙(21)和出水布水花墙(25)之间形成第三空间，第三空间内从上向下依次布设有潜流湿地植物(22)、潜流湿地细砾石基质层(23)、潜流湿地加气块基质层(24)；

管道的进水口和出水集水管路(18)的出水口连接，管道的出水口位于进水渠(20)内，所述管道上设有出水阀门(19)。

7.按照权利要求6所述的适应于小型分散式农村生活污水的处理系统，其特征在于：还包括L形出水弯管，L形出水弯管位于出水渠(26)中，且L形出水弯管的底端位于出水渠(26)外侧，L形出水弯管的顶端位于出水渠(26)内侧。

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