CN113415947A - 一种适用于农村生活污水处理的单户型装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种适用于农村生活污水处理的单户型装置及方法，其包括过滤‑厌氧反应区、好氧‑生物去除区、可拆卸过滤区、太阳能曝气系统、污泥回流系统和防冻温室罩。本装置采用多层多步骤方法实现生物、物理协同高效处理生活污水，选择适宜的蔬菜类与花卉类作物作为净化植物，实现污染物的资源化利用及庭院美化；污水就地处理后高标准排放，保障了局地水的自然循环；日常运维仅需按季节更换菜苗/花苗、倾倒提篮中截留物、刷洗堵塞滤布，易操作性强，无需专业人员，用户可自行打理；占地面积小、技术密集度高、运行费用极低、去COD脱氮除磷性能突出，可实现零费用长期高效、稳定运行，适合分散性强的农村生活污水的处理。

Description

一种适用于农村生活污水处理的单户型装置及方法
技术领域
本发明涉及农村生活污水处理技术范畴，特别是涉及一种适用于农村生活污水处理的单户型装置及方法。
背景技术
对农村生态环境的改善迫在眉睫，生活污水处理是农村环境整治的突出短板，也是生态环保工作者亟需交出的时代答卷。农村生活污水处理存在诸多的问题和难题，其中农村单户的水量小、排放分散、水质复杂，采用集中式污水处理需要建设造价高昂的污水收集管网，同时污水处理设施的维护困难、运营费用难以收取，污水处理设施的长期运营维护是农村生活污水处理的难题和痛点。
事实上，因其含有有机物，及氮、磷等营养元素，以前农民常将生活污水作为肥料施入农田。因化肥的价格低廉、施用简单方便和肥效突出，现在用生活污水施肥已属罕见。目前，针对农村小体量的生活污水处理也出现了一系列的处理技术和设备，如人工湿地、氧化塘和土地快渗滤池等，其占地面积大、处理效率较低；MBR膜生物反应器等设备操作复杂、需要较强动力、维护成本高，故而农村生活污水处理设施的长期稳定运行一直困扰着政府和业界。农村生活污水同样具有环境污染的外部不经济性，因污水处理对排污者的获得感较差，故而农民主动进行污水处理的积极性不高。很多污水处理设备因构造复杂、占地面积大、征收排污费、运行过程的噪音等而引起农民的反感，甚至抵触。
基于以上存在的问题，如何研发出一种适用于农村生活污水处理的装置，在高标准保证出水水质的同时具有管理维护简单、占地面积小、无需运行费用或运行费用非常低，并能因污水处理带来一定的直接经济效益，让农民用得起、能用好、有收益，从而保障农村生活污水处理设施的长期高效、稳定运行，这是农村环境整治亟需解决的难题。
发明内容
针对上述农村生活污水处理技术所存在的问题，本发明提供一种适用于农村生活污水处理的单户型装置及方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案为：
一种适用于农村生活污水处理的单户型装置，包括过滤-厌氧反应区、好氧-生物去除区、可拆卸过滤区、太阳能曝气系统、污泥回流系统和防冻温室罩。
所述过滤-厌氧反应区上方设有进水口，其进水口处设有过滤组件，所述过滤组件下方为厌氧反应区，所述厌氧反应区通过开设于其下方的过水口与好氧-生物去除区连通；
所述好氧-生物去除区内设有隔板将其分隔为前后两个区域，所述两个区域内自上而下均设置有植物种植区、控制网板和漂浮式填料，位于前端的区域底部还安装有曝气管路，位于后端的区域内设有输泥管；
所述可拆卸过滤区上端通过溢流口与好氧-生物去除区连通，其内设置有可拆卸过滤框架和底部出水区，所述可拆卸过滤框架外侧设有滤布，且通过排水管与底部出水区连通，所述底部出水区设有出水口；
所述太阳能曝气系统包括太阳能电池板、电池、曝气机及输气管，其中太阳能电池板、曝气机和电池均安装于过滤-厌氧反应区的上方，所述输气管一端连接曝气机，其另一端延伸至好氧-生物去除区内，并分别与其内的曝气管路、输泥管连通；
所述污泥回流系统包括设置于好氧-生物去除区后端区域内的输泥管，所述输泥管的下端紧邻可拆卸过滤区，其上端延伸至过滤组件处；
所述防冻温室罩包括框架和玻璃或塑料膜，用以扣置于整个装置上方，在寒冷季节里保温防冻，以保障污水处理系统全年各季节都能高效稳定运行。
作为上述技术方案的改进，所述过滤组件为四周及底部均开设有过滤孔的提篮。
作为上述技术方案的改进，所述太阳能电池板固定于整个装置的顶端，所述曝气机和电池均安装于由过滤-厌氧反应区上部分隔出的独立的设备间内。
作为上述技术方案的改进，位于好氧-生物去除区内的漂浮式填料上挂覆有生物膜。
作为上述技术方案的改进，所述可拆卸过滤框架内自上而下分为过滤腔、排水腔，所述滤布包覆于过滤腔两侧，所述过滤腔与排水腔之间通过排水口连通，所述排水管设置于排水腔的底部中心。
作为上述技术方案的改进，所述过滤组件、可拆卸过滤框架上端均设置有提手。
作为上述技术方案的改进，所述植物种植区内设置有植物种植基，所述植物种植基由海绵组成。
作为上述技术方案的改进，所述曝气管路呈迂回状铺设于好氧-生物去除区的前端区域内底部。
作为上述技术方案的改进，所述可拆卸过滤区与好氧-生物去除区之间的溢流口呈锯齿状。
作为上述技术方案的改进，所述进水口与过水口之间具有至少30cm的自然落差，可实现本装置的零费用长期高效、稳定运行；所述进水口与过水口在过滤-厌氧反应区呈对角线设置。
本发明同时提供一种适用于农村生活污水处理的方法，该方法应用于上述的任一项单户型装置中，其包括：
污水进入过滤-厌氧反应区中的过滤组件，经过滤后进入厌氧反应区；
污水随后进入好氧-生物去除区，在其前端区域通过曝气管路进行曝气，并在漂浮式填料上挂覆的生物膜及水中活性污泥的微生物和植物根系作用下，实现污染物的去除，在其后端区域，部分污泥进入输泥管并在输气管的作用下实现污泥的部分回流；
剩余污泥定期清理；
污水随后经溢流口进入可拆卸过滤区，经滤布后由可拆卸过滤框架的排水口以及排水管进入底部出水区，经出水口达标后排出；
当过滤组件堵塞时，可通过提手将其提出后倾倒；
当可拆卸式过滤框架的滤布堵塞时，可通过提手将其提出后清洗。
本发明带来的有益效果有：
本发明采用多层多步骤实现生物、物理协同高效去除生活污水各种污染物：四周及底部都镂空的提篮，不易被堵塞、易清理截留物；植物可选择适宜的水培蔬菜类及花卉类作物，实现污染物的资源化利用及美化庭院，去除污染的同时供应时令蔬菜和鲜花，充分调动农民进行污水处理的积极性；漂浮式填料上挂覆生物膜，在固定蔬菜或花卉根部的同时，为其生长提供了更充足的营养，进一步强化了污水处理效果，且清理方便，捞出来在水中淘洗即可去除过多的老化生物膜；太阳能曝气系统，使本装置及工艺无需曝气动力费用，曝气的气体实现污泥和硝化液回流，实现反硝化脱氮和厌氧释磷；滤布过滤采用上流式进水、底部排水，使其不易堵塞，可拆卸过滤框架的抽插式安装进一步保障了其清理方便；上盖温室玻璃或塑料膜，可实现冬季保温防冻；污水就地处理后高标准排放，保障了局地水的自然循环。
本装置作为单户型生活污水处理设备，无需专门的管网建设；日常运维仅需按季节更换菜苗/花苗、倾倒提篮中截留物、刷洗堵塞滤布，易操作性强、基本不需运维费用和专业人员，用户可自行打理；同时，本装置技术密集度高，集成A2/O、生物膜、活性污泥和人工湿地等工艺，去COD脱氮除磷性能突出；装置整体占地面积仅2平方米左右，设备安放地的进水与排水有30厘米左右自然落差时，可实现零费用长期高效、稳定运行，非常适合分散性强的农村生活污水的处理。
附图说明
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步说明，
图1为本单户型装置的立体结构简示图；
图2为本单户型装置的剖面结构示意图；
图3为过滤组件的结构示意图；
图4为可拆卸过滤框架的结构示意图；
图中：
10-厌氧反应区；11-进水口；12-提篮；13-过水口；21-隔板；22-植物种植区；23-控制网板；24-漂浮式填料；25-曝气管路；31-可拆卸过滤框架；32-底部出水区；33-过滤腔；34-排水腔；35-排水口；36-排水管；37-出水口；41-太阳能电池板；42-曝气机；43-输气管；44-设备间；51-输泥管。
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。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上侧”、“下侧”、“上端”、“两端”、“宽度”、“高度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”、“连通”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是机械连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1
参照图1～2，本实施例为适用于农村生活污水处理的单户型装置，其主要包括过滤-厌氧反应区、好氧-生物去除区、可拆卸过滤区、太阳能曝气系统、污泥回流系统和防冻温室罩。
所述过滤-厌氧反应区上方设有进水口11，其进水口11的下方设有提篮12，提篮12的四周及底部均镂空开设有过滤孔，用于过滤截留固态污染物。提篮12的下方为厌氧反应区 10，厌氧反应区10通过开设于其下方的过水口13与好氧-生物去除区连通；为延长该区域污水处理时长，进水口11与过水口13在过滤-厌氧反应区呈对角线设置。优选的，进水口11 与过水口13之间具有至少30cm的自然落差，可实现本装置的零费用长期高效、稳定运行。
所述好氧-生物去除区内设有纵向的隔板21将其分隔为前后两个区域，所述两个区域在上方相互连通，且其内自上而下均设置有植物种植区22、控制网板23和漂浮式填料24。所述植物种植区22内设置有植物种植基，植物种植基由海绵组成，其上可种植适宜的水培蔬菜类及花卉类作物；控制网板23用以限制空心球漂浮式填料24使其完全浸泡在水中；漂浮式填料24上挂覆有生物膜，可稳固水培蔬菜类及花卉类作物根部，同时为其生长提供更充足的营养，需要清理时捞出来在水中淘洗即可去除过多的老化生物膜。好氧-生物去除区内位于前端的区域底部还安装有曝气管路25，曝气管路25呈曲折迂回状铺设于前端区域内底部，位于后端的区域内设有输泥管51，曝气管路25和输泥管51均与输气管43连通。
所述可拆卸过滤区上端通过锯齿状的溢流口与好氧-生物去除区连通，其内设置有可拆卸过滤框架31和底部出水区32，其中可拆卸过滤框架31的外侧设有滤布，其框架内自上而下分为过滤腔33、排水腔34，过滤腔33与排水腔34之间通过排水口35连通，排水腔34的底部中心设置有排水管36，可拆卸过滤框架31通过排水管36与底部出水区32连通，底部出水区32一侧设有出水口37。
所述太阳能曝气系统包括太阳能电池板41、电池、曝气机42及输气管43，其中太阳能电池板41、曝气机42和电池均安装在过滤-厌氧反应区的上方，具体为：太阳能电池板41固定于整个装置的顶端，曝气机42和电池安装于由过滤-厌氧反应区上部分隔出的独立的干燥设备间44内，设备间44与提篮12相对设置。输气管43一端连接曝气机42，其另一端延伸至好氧-生物去除区内，并分别与其内曝气管路25、输泥管51连通。
所述污泥回流系统包括设置于好氧-生物去除区后端区域内的输泥管51，输泥管51呈折线形，即“L”形，输泥管51的下端(竖直端)紧邻可拆卸过滤区，输气管43插入其内为硝化液和污泥的回流提供驱动力，输泥管51的上端(水平端)延伸至提篮12内；
所述防冻温室罩包括框架和玻璃或塑料膜，扣置在整个装置上方，在寒冷季节里保温防冻，以保障污水处理系统全年各季节都能高效稳定运行。
参照图3、4，提篮12、可拆卸过滤框架31的上端均设置有提手，便于取出后清理。
实施例2
一种适用于农村生活污水处理的方法，该方法应用于实施例1所述的适用于农村生活污水处理的单户型装置中，其包括：
污水进入过滤-厌氧反应区中的提篮12，通过物理过滤去除去除树枝树叶等物质，经过滤后进入厌氧反应区；
污水随后经过水口13进入好氧-生物去除区，在其前端区域通过曝气管路25进行曝气，采用持续曝气从而实现污水富氧，并在漂浮式填料24上挂覆的生物膜及水中活性污泥的微生物和植物根系作用下，实现污染物COD、氮、磷等污染物的去除，在其后端区域，部分污泥进入输泥管51并在输气管43的作用下实现污泥的部分回流，提高前端污水处理效率，剩余污泥则定期清理；
污水随后经溢流口进入可拆卸过滤区，经滤布后由可拆卸过滤框架31的排水口35以及排水管36进入底部出水区32，过滤污泥颗粒物质等，实现出水达标；
当过滤组件堵塞时，可通过提手将其提出后倾倒；
当可拆卸式过滤框架的滤布堵塞时，可通过提手将其提出后清洗。
本农村生活污水处理的方法采用多层多步骤实现生物、物理协同高效去除生活污水各种污染物：四周及底部都镂空的提篮12，不易被堵塞、易清理截留物；植物可选择适宜的水培蔬菜类及花卉类作物，实现污染物的资源化利用及美化庭院，去除污染的同时供应时令蔬菜和鲜花，充分调动农民进行污水处理的积极性；漂浮式填料24上挂覆生物膜，在固定蔬菜或花卉根部的同时，为其生长提供了更充足的营养，进一步强化了污水处理效果，且清理方便；太阳能曝气系统，使本工艺无需曝气动力费用，曝气的气体实现污泥和硝化液回流，实现反硝化脱氮和厌氧释磷；滤布过滤采用上流式进水、底部排水，使其不易堵塞，可拆卸过滤框架31的抽插式安装进一步保障了其清理方便；上盖温室玻璃或塑料膜，可实现冬季保温防冻；污水就地处理后高标准排放，保障了局地水的自然循环。
实施例3
将实施例1中装置、实施例2中方法应用于处理农村生活污水。
此户生活污水COD为450mg/L、氨氮浓度为71.85mg/L，总磷浓度为4.25mg/L。
生活污水由进水口11、经过过滤-厌氧反应区的提篮12滤网，进入厌氧反应区10，再由对角设置的过水口13，进入好氧-生物去除区；污水在曝气管的曝气作用下，被内部的漂浮式填料24中微生物和水中活性污泥，以及种植植物的作用下，吸附和降解污染物；随后污水经锯齿状溢流口进入可拆卸过滤区，经过滤布后由可拆卸过滤框架31底部上端开设的排水口 35以及底端安装的圆筒形排水管36，排水进入底部出水区32，经出水口37达标排出。
部分污泥进入输泥管51，并在输气管43的作用下，实现污泥的部分回流。
运行时间30d后，出水水质COD的浓度为40.26mg/L，氨氮浓度为3.47mg/L，总磷浓度为0.31mg/L，均达到一级A要求。
应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种适用于农村生活污水处理的单户型装置，其特征在于：包括过滤-厌氧反应区、好氧-生物去除区、可拆卸过滤区、太阳能曝气系统、污泥回流系统；
所述过滤-厌氧反应区上方设有进水口，其进水口处设有过滤组件，所述过滤组件下方为厌氧反应区，所述厌氧反应区通过开设于其下方的过水口与好氧-生物去除区连通；
所述好氧-生物去除区内设有隔板将其分隔为前后两个区域，所述两个区域内自上而下均设置有植物种植区、控制网板和漂浮式填料，位于前端的区域底部还安装有曝气管路，位于后端的区域内设有输泥管；
所述可拆卸过滤区上端通过溢流口与好氧-生物去除区连通，其内设置有可拆卸过滤框架和底部出水区，所述可拆卸过滤框架外侧设有滤布，且通过排水管与底部出水区连通，所述底部出水区设有出水口；
所述太阳能曝气系统包括太阳能电池板、电池、曝气机及输气管，其中太阳能电池板、曝气机和电池均安装于过滤-厌氧反应区的上方，所述输气管一端连接曝气机，其另一端延伸至好氧-生物去除区内，并分别与其内的曝气管路、输泥管连通；
所述污泥回流系统包括设置于好氧-生物去除区后端区域内的输泥管，所述输泥管的下端紧邻可拆卸过滤区，其上端延伸至过滤组件处。
2.根据权利要求1所述的适用于农村生活污水处理的单户型装置，其特征在于：所述单户型装置还包括防冻温室罩，所述防冻温室罩包括框架和玻璃或塑料膜，其扣置于整个装置上方。
3.根据权利要求1所述的适用于农村生活污水处理的单户型装置，其特征在于：所述过滤组件为四周及底部均开设有过滤孔的提篮。
4.根据权利要求1所述的适用于农村生活污水处理的单户型装置，其特征在于：所述太阳能电池板固定于整个装置的顶端，所述曝气机和电池均安装于由过滤-厌氧反应区上部分隔出的独立的设备间内。
5.根据权利要求1所述的适用于农村生活污水处理的单户型装置，其特征在于：位于好氧-生物去除区内的漂浮式填料上挂覆有生物膜。
6.根据权利要求1所述的适用于农村生活污水处理的单户型装置，其特征在于：所述可拆卸过滤框架内自上而下分为过滤腔、排水腔，所述滤布包覆于过滤腔两侧，所述过滤腔与排水腔之间通过排水口连通，所述排水管设置于排水腔的底部中心。
7.根据权利要求1所述的适用于农村生活污水处理的单户型装置，其特征在于：所述植物种植区内设置有植物种植基，所述植物种植基由海绵组成。
8.根据权利要求1所述的适用于农村生活污水处理的单户型装置，其特征在于：所述曝气管路呈迂回状铺设于好氧-生物去除区的前端区域内底部。
9.根据权利要求1所述的适用于农村生活污水处理的单户型装置，其特征在于：所述进水口与过水口之间具有至少30cm的自然落差；所述进水口与过水口在过滤-厌氧反应区呈对角线设置。
10.一种适用于农村生活污水处理的方法，其特征在于：该方法应用于权利要求1～9任一项所述的适用于农村生活污水处理的单户型装置中，其包括：
污水经进水口进入过滤-厌氧反应区中的过滤组件，经过滤后进入厌氧反应区；
污水随后经过水口进入好氧-生物去除区，在其前端区域通过曝气管路进行曝气，并在漂浮式填料上挂覆的生物膜及水中活性污泥的微生物和植物根系作用下，实现污染物的去除，在其后端区域，部分污泥进入输泥管并在输气管的作用下实现污泥的部分回流；
污水随后经溢流口进入可拆卸过滤区，经滤布后由可拆卸过滤框架的排水口以及排水管进入底部出水区，经出水口达标后排出。
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