CN113880250B - 一种高效处理农村生活污水的组合净化系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高效处理农村生活污水的组合净化系统，包括进水装置、污水预处理装置、兼性塘、人工湿地系统以及浅水植物塘，采用兼性塘，人工湿地以及浅水植物塘组合工艺，还联合了生物膜处理技术，强化了氮磷的去除效率，利用有特殊结构的生物膜系统，可用于微孔曝气，生物挂膜，还为反硝化反应提供碳源，在生态塘中，以及人工湿地中均实现了碳源的精准投加与持续释放。并且利用特殊的环形结构，节约了处理工艺的占地面积，并且还有美化乡村的作用。

Description

一种高效处理农村生活污水的组合净化系统

技术领域

本发明涉及一种高效处理农村生活污水的组合净化系统，属于污水净化技术领域。

背景技术

当前国内常见的农村污水治理技术可分为物理化学法、生物法以及生态法。生物法利用微生物的代谢活动实现对污水中污染物的去除，生态法则是通过微生物——植物——土壤构成的联合体系协同降解污水中的污染物，常见的工艺有人工湿地技术、生态塘等。

现有的将生物膜技术与生态塘结合起来方法，但只提高了一定的硝化效率并未提高反硝化效率，使脱氮效率没有得到有效的提升；现有改造农村闲置坑塘，形成具有厌氧和好氧污水处理能力的综合兼性塘，但其深塘区污水容易在此滞留，易形成死水区，造成二次污染；现有的方法中，甲烷和氧气混合后向水中投加，这种方式会有引发爆炸的风险，并且如何在通入氧气的同时，又保证反硝化反应所需的厌氧条件，也是需要解决的问题；另外，有方法通过膜曝气系统向水中传递甲烷，再将氧气通过独立的曝气系统向水中传递，增加水中的溶解氧，来使甲烷与氧气反应，虽然这种方式也避免了甲烷与氧气的混合但水中溶解氧的增高会抑制反硝化反应。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种高效处理农村生活污水的组合净化系统，采用兼性塘，人工湿地以及浅水植物塘组合工艺，还联合了生物膜处理技术，强化了氮磷的去除效率，利用有特殊结构的生物膜系统，可用于微孔曝气，生物挂膜，还为反硝化反应提供碳源，在生态塘中，以及人工湿地中均实现了碳源的精准投加与持续释放。并且利用特殊的环形结构，节约了处理工艺的占地面积，并且还有美化乡村的作用。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明的一种高效处理农村生活污水的组合净化系统，包括进水装置、污水预处理装置、兼性塘、人工湿地系统以及浅水植物塘，

进水装置包括黑水排水管和灰水排水管，黑水排水管与黑水格栅池连接，灰水排水管与灰水格栅池连接；灰水格栅池的出水口连接有灰水管道；黑水格栅池的出水口连接有污水预处理装置；

污水预处理装置包括与黑水格栅池的出水口连接的沼气池，沼气池的出水口连接有黑水管道的一端，黑水管道的另一端通过三通接头与灰水管道连通形成总水管，总水管连接有兼性塘；沼气池的出气口连接有甲烷导气管；将黑水进行沼气池预处理72h之后再与灰水混合，进行下一步处理。

兼性塘包括与总水管、甲烷导气管以及曝气增氧控制系统连接的位于中部的生物膜系统，将混合后的污水通过总水管在兼性塘的中部向四周释放。

生物膜系统包括连接有总水管的兼性塘进水口，以及围绕总水管设置的旋转装置，旋转装置上设置有浮板，旋转装置以适宜的速度驱动浮板旋转，使水动力条件更加适宜。浮板的下方设置有浮板中空纤维膜，浮板下方设置的浮板中空纤维膜可以进行硝化反应，总水管往下延伸至深水区，总水管的底部环绕设置有底部中空纤维膜以及包覆底部中空纤维膜的透气膜；以及悬挂于总水管上到达透气膜与中空纤维膜底部的无线溶解氧探头；底部中空纤维膜与曝气增氧控制系统连通；透气膜与甲烷导气管连通。

目前甲烷这一温室气体，可以作为污水脱氮的新碳源，受到了广泛的关注和研究。在好氧条件下，甲烷氧化菌可以氧化甲烷且释放有机复合物。该有机复合物可以作为碳源被反硝化菌利用从而进行脱氮反硝化作用。在以甲烷作为碳源的反硝化过程中，仍有许多需要注意的问题，比如目前有的技术将甲烷和氧气混合后向水中投加，这种方式会有引发爆炸的风险，并且如何在通入氧气的同时，又保证反硝化反应所需的厌氧条件，也是需要解决的问题。本发明通过将氧气通过中空纤维膜通入反应区域，将甲烷通过透气膜通入反应区域，避免了两种发生混合爆炸的风险，且反应区域内微生物体可充分利用两种气体。并且增加了深水区水回流管道，解决了上述反硝化产物积累，污染物分布不均，易形成死水区等问题，此外本发明还增强了兼性塘浅水区的硝化反应，充分保证了深水区好氧甲烷氧化反应所需的足够低的碳氮比条件，增加了好氧甲烷氧化耦合反硝化的效率。另外，本发明通过中空纤维膜进行微孔曝气，氧气通过中空纤维膜泌出，并且中空纤维膜四周近距离环绕着泌出甲烷的透气膜，使甲烷与氧气可以充分反应，通过无线溶解氧探头监测溶解氧浓度，控制氧气进气气压，确定溶解氧浓度阈值C₀为0.5mg/L,当测得溶解氧浓度大于2C₀时，溶解氧探头传输信号给氧气气压调节阀15，降低氧气进气气压。以此来保证膜组件外部水环境中溶解氧浓度在0-2C₀之间。

从而避免了增加水中的溶解氧，使反硝化反应在适宜的溶解氧条件下进行。将通入甲烷的透气膜近距离环绕在通入氧气的中空纤维膜四周，向透气膜内通入甲烷，向中空纤维膜内通入氧气，两种膜在膜液界面上为微生物提供生长支撑的载体。在透气膜靠近中空纤维膜的膜液界面上，优势菌为好氧甲烷氧化菌，在中空纤维膜膜液界面上的优势菌也为好氧甲烷氧化菌，这样由透气膜泌出的甲烷，与中空纤维膜泌出的氧气以相反的方向，向好氧甲烷氧化菌传递，发生好氧甲烷氧化反应。在反应时，两种气体才发生混合，避免了在未进入反应区域时，甲烷与氧气混合而引起爆炸的风险。在透气膜的外侧，其主要的环境还是缺氧环境，其优势菌属为反硝化菌。透气膜与中空纤维膜之间的好氧甲烷氧化菌完成好氧甲烷氧化过程并在低氧胁迫下分泌的小分子可溶性有机物，例如甲醇等，为外部厌氧环境中的反硝化细菌提供碳源，进行反硝化脱氮过程。

深水区底部设置有回流水管道,回流水管道与进水装置连通；回流水管道与进水装置之间设置有小功率水泵b；利用水循环管道将深水区污水运输到进水管中，后由兼性塘进水口28排入兼性塘中下层，不仅使其不易形成死水，还形成回流，进一步加强了污染物的去除效率。

兼性塘的上方设置有兼性塘出水口，兼性塘出水口与人工湿地系统连通；

生物膜系统的外圆周方向上设置有环形人工湿地系统；

人工湿地系统上设置有碳源更换装置，为兼性塘提供碳源；人工湿地系统的外圆周方向上设置有环形浅水植物塘。兼性塘大致为圆形，兼性塘外围是呈环形的垂直流人工湿地，人工湿地外围是呈环形的浅水植物塘。这节约了污水处理工艺的占地面积。

本发明分为四级污水处理结构，第一级位于兼性塘的上层的浅水区，即为兼性塘中的硝化反应区，通过生物膜系统，持续曝气，提高硝化反应效率；第二级为兼性塘下层，即深水区的反硝化反应区，氧气通过中空纤维膜泌出，并且透气膜环绕该底部中空纤维膜，该透气膜泌出的甲烷与氧气反应生成反硝化菌可利用的有机物质，为反硝化反应提供碳源，通过持续补充碳源，提高污染物的去除效率。第三级为人工湿地，通过兼性塘处理过的污水流入垂直流人工湿地，经过人工湿地的处理后进入浅水植物塘，进一步处理。第四级为浅水植物塘，对污水进行最终的净化处理。

进一步地，人工湿地系统为垂直流湿地系统，包括与兼性塘出水口连通的一组布水管，布水管均匀分布在人工湿地系统的上方，垂直向下均匀洒水。

进一步地，人工湿地系统内部设置有碳源更换装置，碳源更换装置为兼性塘提供碳源。

反硝化作用是影响人工湿地脱氮效果的主要因素，因此研究影响人工湿地反硝化脱氮因素尤为重要，从而提高人工湿地脱氮效果。有研究表明碳源是影响人工湿地系统反硝化作用的限制性因素，添加碳源能够有效提高脱氮效果。在低C/N 污水中，人工湿地系统因缺乏反硝化作用所需的碳源导致脱氮效果较差，所以需要通过向湿地系统补充碳源，强化人工湿地系统的反硝化作用，从而提高人工湿地系统的脱氮效率。本发明提供一种碳源更换装置，通过在垂直流人工湿地内部设置固体碳源投加区，并且还优化结构，使其便于对碳源进行更换，且利用到了两侧水的势能，降低了外加能源的消耗，是一种经济可行且环保的植物固体碳源的投加方式，以及更换方式。

进一步地，碳源更换装置包括倾斜设置在人工湿地系统内部的碳源放置PVC管道，碳源放置PVC管道与布水管一一对应，碳源放置PVC管道靠近兼性塘的一端高于靠近浅水植物塘的一端；碳源放置PVC管道靠近兼性塘的一端上设置有阀门a；碳源放置PVC管道靠近浅水植物塘的一端设置有阀门b。碳源制作成球形便于在碳源更换装置内部滚动投放。

利用兼性塘与浅水植物塘之间的水面差，所形成的压强差，以及碳源自身的重力，可以轻松的完成碳源的更换。

进一步地，碳源放置PVC管道靠近兼性塘的一端通过PVC支管与人工湿地系统的地表连通，形成碳源投放口用于投放碳源。

进一步地，浮板包括三块圆形浮块，第一圆形浮块位于兼性塘的中部自转，第二、三圆形浮块围绕第一圆形浮块做圆周运动。

进一步地，沼气池与甲烷导气管之间设置有过滤装置和甲烷气压调节阀。沼气池的出气口，将其产生气体从出气口导出，经过过滤装置，以及气压调节阀，后得到较纯的甲烷气体，进入到甲烷导气管中，并且传输至深水区的透气膜中。

进一步地，曝气增氧控制系统包括外接氧气源的氧气气泵，氧气气泵连接有氧气导气管，氧气导气管分别与浮板中空纤维膜和底部中空纤维膜连通；氧气气泵与氧气导气管之间设置有氧气气压调节阀。氧气气压调节阀可接收无线溶解氧探头传输信号。

进一步地, 溶解氧探头35悬挂于总水管上到达透气膜与中空纤维膜底部，可以测得此处溶解氧浓度。确定氧气浓度阈值C₀为0.5mg/L,当测得氧气浓度大于2C₀时，溶解氧探头传输信号给氧气气压调节阀，降低氧气进气气压。以此来保证膜组件外部水环境中溶解氧浓度在0-2C₀之间。

进一步地，浮板上设置有一组安装通孔和悬挂孔；安装通孔上安装有种植槽体，种植槽体底部设置有一组镂空孔；悬挂孔用于悬挂种植槽体。，使得种植在种植槽体里的种植基质中的水生植物的根系能够穿过镂空孔和安装通孔伸入水体中。

进一步地，人工湿地系统的底部设置有集水管，集水管一端与兼性塘不连通，集水管的另一端与浅水植物塘连通。

本发明中甲烷与氧气的进气压力比为3：1，其中甲烷的压强控制在60~120kPa之间，氧气的压强控制在25~50kPa之间。

有益效果：（1）本发明中兼性塘底部是缺氧的，环形透气膜泌出的甲烷与中空纤维膜泌出的氧气混合，发生好氧甲烷氧化反应，这个设计不仅避免了甲烷和氧气混合投加会发生爆炸的风险，也避免的溶解氧的浓度过大从而抑制反硝化反应。（2）本发明中将甲烷导气管直接与透气膜连通，氧气导气管与中空纤维膜相通，且根据溶解氧探头传输信号调节气压调节阀，实现了碳源的精准投加与持续释放。（3）本发明增强了浅水区的硝化反应，同时提高了深水区的反硝化效率（4）本发明联合了生物膜处理技术，强化了氮磷的去除效率，利用有特殊结构的生物膜系统，可用于微孔曝气，生物挂膜，还为反硝化反应提供碳源。（5）本发明联合无线智能控制技术，通过溶解氧探头测得的溶解氧浓度控制氧气气压调节阀，使得兼性塘底部保持缺氧环境。（6）本发明利用特殊的环形结构，节约了处理工艺的占地面积，并且还有美化乡村的作用。（7）本发明利用水循环管道将深水区污水运输到进水管中，后由兼性塘进水口28排入兼性塘中下层，不仅使其不易形成死水，还形成回流，进一步加强了污染物的去除效率。（8）本发明联合了垂直流人工湿地，加强氮磷的去除。（9）本发明通过在垂直流人工湿地内部设置固体碳源投加区，并且还优化结构，使其便于对碳源进行更换，且利用到了两侧水的势能，降低了外加能源的消耗，是一种经济可行且环保的植物固体碳源的投加方式，以及更换方式。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明中进水装置的结构示意图；

图3为本发明的俯视方向结构示意图；

图4为本发明中兼性塘深水区内好氧甲烷氧化反应发生的结构示意图。

图中：1黑水排水管，2灰水排水管，3灰水格栅池，4黑水格栅池，5水管，6沼气池，7黑水管道，8灰水管道，9三通接头，10水泵a，11总进水管，12甲烷导气管，13过滤装置以及甲烷气压调节阀，14氧气气泵，15氧气气压调节阀，16氧气导气管，17沉水植物塘，18布水管，19兼性塘出水口，20 PVC支管，21阀门a，22阀门b，23碳源放置PVC管道，24集水管，25旋转装置，26浮板中空纤维膜，27浮板，28兼性塘进水口，29透气膜，30底部中空纤维膜，31回流水管道，32水泵b，33兼性塘，34碳源投放口，35 无线溶解氧探头。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

实施例1

本发明的一种高效处理农村生活污水的组合净化系统，包括进水装置、污水预处理装置、兼性塘33、人工湿地系统以及浅水植物塘17，进水装置包括黑水排水管1和灰水排水管2，黑水排水管1与黑水格栅池4连接，灰水排水管2与灰水格栅池3连接；灰水格栅池3的出水口连接有灰水管道8；黑水格栅池4的出水口连接有污水预处理装置。

污水预处理装置包括与黑水格栅池4的出水口连接的沼气池6，沼气池6的出水口连接有黑水管道7的一端，黑水管道7的另一端通过三通接头9与灰水管道8连通形成总水管11，总水管11连接有兼性塘；沼气池6的出气口连接有甲烷导气管12；将黑水进行沼气池预处理72h之后再与灰水混合，进行下一步处理。沼气池6与甲烷导气管12之间设置有过滤装置和甲烷气压调节阀13。沼气池的出气口，将其产生气体从出气口导出，经过过滤装置，以及气压调节阀，后得到较纯的甲烷气体，进入到甲烷导气管中，并且传输至深水区的透气膜中。

兼性塘33包括与总水管11、甲烷导气管12以及曝气增氧控制系统连接的位于中部的生物膜系统，将混合后的污水通过总水管在兼性塘的中部向四周释放。曝气增氧控制系统包括外接氧气源的氧气气泵14，氧气气泵14连接有氧气导气管16，氧气导气管16分别与浮板中空纤维膜26和底部中空纤维膜30连通；氧气气泵14与氧气导气管16之间设置有氧气气压调节阀15。

生物膜系统包括连接有总水管11的兼性塘进水口28，以及围绕总水管11设置的旋转装置25，旋转装置25上设置有浮板27，旋转装置25以适宜的速度驱动浮板27旋转，使水动力条件更加适宜。浮板27的下方设置有浮板中空纤维膜26，浮板下方设置的浮板中空纤维膜可以进行硝化反应，总水管11往下延伸至深水区，总水管11的底部环绕设置有底部中空纤维膜30以及包覆底部中空纤维膜30的透气膜29；以及悬挂于总水管11上到达透气膜29与中空纤维膜30底部的无线溶解氧探头35；底部中空纤维膜30与曝气增氧控制系统连通；透气膜29与甲烷导气管12连通。

浮板27包括三块圆形浮块，第一圆形浮块位于兼性塘的中部自转，第二，三圆形浮块围绕第一圆形浮块做圆周运动。浮板27上设置有一组安装通孔和悬挂孔；安装通孔上安装有种植槽体，种植槽体底部设置有一组镂空孔；悬挂孔用于悬挂种植槽体，使得种植在种植槽体里的种植基质中的水生植物的根系能够穿过镂空孔和安装通孔伸入水体中。

目前甲烷这一温室气体，可以作为污水脱氮的新碳源，受到了广泛的关注和研究。在好氧条件下，甲烷氧化菌可以氧化甲烷且释放有机复合物。该有机复合物可以作为碳源被反硝化菌利用从而进行脱氮反硝化作用。在以甲烷作为碳源的反硝化过程中，仍有许多需要注意的问题，比如目前有的技术将甲烷和氧气混合后向水中投加，这种方式会有引发爆炸的风险，并且如何在通入氧气的同时，又保证反硝化反应所需的厌氧条件，也是需要解决的问题。本发明通过将氧气通过中空纤维膜通入反应区域，将甲烷通过透气膜通入反应区域，避免了两种发生混合爆炸的风险，且反应区域内微生物体可充分利用两种气体。并且增加了深水区水回流管道，解决了上述反硝化产物积累，污染物分布不均，易形成死水区等问题，此外本发明还增强了兼性塘浅水区的硝化反应，充分保证了深水区足够低的碳氮比条件，增加了好氧甲烷氧化耦合反硝化的效率。另外，本发明通过中空纤维膜进行微孔曝气，氧气通过中空纤维膜泌出，并且中空纤维膜四周近距离环绕着泌出甲烷的透气膜，使甲烷与氧气可以充分反应，通过无线溶解氧探头监测溶解氧浓度，控制氧气进气气压，确定溶解氧浓度阈值C₀为0.5mg/L,当测得溶解氧浓度大于2C₀时，溶解氧探头传输信号给氧气气压调节阀15，降低氧气进气气压。以此来保证膜组件外部水环境中溶解氧浓度在0-2C₀之间。

从而避免了增加水中的溶解氧，使反硝化反应在适宜的溶解氧条件下进行。将通入甲烷的透气膜近距离环绕在通入氧气的中空纤维膜四周，向透气膜内通入甲烷，向中空纤维膜内通入氧气，两种膜在膜液界面上为微生物提供生长支撑的载体。在透气膜靠近中空纤维膜的膜液界面上，优势菌为好氧甲烷氧化菌，在中空纤维膜膜液界面上的优势菌也为好氧甲烷氧化菌，这样由透气膜泌出的甲烷，与中空纤维膜泌出的氧气以相反的方向，向好氧甲烷氧化菌传递，发生好氧甲烷氧化反应。在反应时，两种气体才发生混合，避免了在未进入反应区域时，甲烷与氧气混合而引起爆炸的风险。在透气膜的外侧，其主要的环境还是缺氧环境，其优势菌属为反硝化菌。透气膜与中空纤维膜之间的好氧甲烷氧化菌完成好氧甲烷氧化过程并在低氧胁迫下分泌的小分子可溶性有机物，例如甲醇等，为外部厌氧环境中的反硝化细菌提供碳源，进行反硝化脱氮过程。

深水区底部设置有回流水管道31,回流水管道31与进水装置连通；回流水管道31与进水装置之间设置有小功率的水泵b 32；利用水循环管道将深水区污水运输到进水管11后由兼性塘进水口28排入兼性塘的中下层，不仅使其不易形成死水，还形成回流，进一步加强了污染物的去除效率。

兼性塘的上方设置有兼性塘出水口19，兼性塘出水口19与人工湿地系统连通。

生物膜系统的外圆周方向上设置有环形人工湿地系统；人工湿地系统上设置有碳源更换装置，为兼性塘提供碳源；人工湿地系统的外圆周方向上设置有环形浅水植物塘。兼性塘大致为圆形，兼性塘外围是呈环形的垂直流人工湿地，人工湿地外围是呈环形的浅水植物塘。这节约了污水处理工艺的占地面积。碳源更换装置包括倾斜设置在人工湿地系统内部的碳源放置PVC管道23，碳源放置PVC管道23与布水管18一一对应，碳源放置PVC管道23靠近兼性塘的一端高于靠近浅水植物塘的一端；碳源放置PVC管道23靠近兼性塘的一端上设置有阀门a 21；碳源放置PVC管道23靠近浅水植物塘的一端设置有阀门b 22。碳源制作成球形便于在碳源更换装置内部滚动投放。利用兼性塘与浅水植物塘之间的水面差，所形成的的压强差，以及碳源自身的重力，可以轻松的完成碳源的更换。碳源放置PVC管道23靠近兼性塘的一端通过PVC支管20与人工湿地系统的地表连通，形成碳源投放口34，用于投放碳源。

本发明分为四级污水处理结构，第一级位于兼性塘的上层的浅水区，即为兼性塘中的硝化反应区，通过生物膜系统，持续曝气，提高硝化反应效率；第二级为兼性塘下级，即深水区的反硝化反应区，氧气通过中空纤维膜泌出，并且透气膜29环绕该底部中空纤维膜30，该透气膜29泌出的甲烷与氧气反应生成反硝化菌可利用的有机物质，为反硝化反应提供碳源，通过持续补充碳源，提高污染物的去除效率。第三级人工湿地，通过兼性塘处理过的污水流入人工湿地，经过垂直流人工湿地的处理后再流入浅水植物塘，进一步处理。第四级为浅水植物塘，对污水进行最终的净化处理。

反硝化作用是影响人工湿地脱氮效果的主要因素，因此研究影响人工湿地反硝化脱氮因素尤为重要，从而提高人工湿地脱氮效果。有研究表明碳源是影响人工湿地系统反硝化作用的限制性因素，添加碳源能够有效提高脱氮效果。在低C/N 污水中，人工湿地系统因缺乏反硝化作用所需的碳源导致脱氮效果较差，所以需要通过向湿地系统补充碳源，强化人工湿地系统的反硝化作用，从而提高人工湿地系统的脱氮效率。本发明提供一种碳源更换装置，通过在垂直流人工湿地内部设置固体碳源投加区，并且还优化结构，使其便于对碳源进行更换，且利用到了两侧水的势能，降低了外加能源的消耗，是一种经济可行且环保的植物固体碳源的投加方式，以及更换方式。对碳源进行更换时，将浅水塘水位控制在阀门b22以下，此时兼性塘中水位在阀门a21的上方，打开阀门a21，以及b22，通过两阀门出水的压强差，以及碳源自身重力，污水将碳源冲出后，此时兼性塘水位在阀门a 21下方。再关闭阀门b 22，阀门a 21，从碳源投放口24处向PVC管道添加碳源。

人工湿地系统的底部设置有集水管24，集水管24一端不与兼性塘33连通，集水管24的另一端与浅水植物塘17连通。

实施例2 碳源放置PVC管道与水平面夹角θ的确定

碳源放置PVC管道与水平面夹角θ的确定，需要考虑到PVC管道糙率、湿地高度和宽度等问题，需要根据实际情况进行计算。

假定人工湿地横截面高1.6m，宽度为1m，碳源的密度为1.5×10³kg/m³,已知PVC管道的摩擦因数为0.5~0.4，管道上附着有生物膜，摩擦系数增大，假定为0.85。通过动量定理以及水静力学方程推导可得碳源放置PVC管道23的角度θ最小为33°，最大角度根据具体施工的人工湿地高度，宽度，以及氧分区决定，此例不超过58°。在对碳源进行更换时，首先停止总进水管11的进水，并停止向垂直流人工湿地布水管18布水，同时排空浅水植物塘中的水，由于垂直流人工湿地集水管24与浅水植物塘相通，垂直流人工湿地中的水也被排空，此时兼性塘中水位在阀门a 21的上方，打开阀门a 21，阀门b 22，通过两阀门出水的压强差，以及碳源自身重力，水流会将碳源冲出，等到碳源都被冲完后关闭阀门a 21，等到管道内的水都排空后关闭阀门b 22，此时从PVC支管20处向PVC管道内添加碳源。

实施例3 本发明的工作流程

农村灰水从灰水排水管2经过灰水格栅池3后通过灰水管道8进入到总进水管11中。农村黑水经过黑水格栅池4再进入沼气池6处理通过黑水管道7汇入到总进水管11中，其中沼气池6产生的气体，通过过滤装置得到较纯的甲烷气体，进入到甲烷导气管12中，并且传输到深水区的透气膜29中。此外有一氧气气泵14向氧气导气管16内输入氧气，通过氧气气压调节阀15调节氧气压强，并且传输到浮板27下的浮板中空纤维膜26中，以及深水区出水管道下方悬挂的底部中空纤维膜30中。 总进水管11中的污水通过兼性塘进水口28在兼性塘中部向四周排出。其中在兼性塘的浅水区，通过生物膜曝气反应器（即浮床下中空纤维膜泌出氧气）加强浅水区的硝化反应，并且生物膜曝气反应器还可以通过旋转装置25旋转，使水动力条件更加适宜。在兼性塘的深水区，氧气通过中空纤维膜30泌出，并且有一柱形透气膜29环绕该中空纤维膜30，该透气膜29泌出的甲烷与氧气反应生成反硝化菌可利用的有机物质，为反硝化反应提供碳源，增强了反硝化反应。处理一段时间后，深水区污水可以通过小功率的水泵b 32，通过回流水管道31进入到总进水管11后由兼性塘进水口28进入兼性塘，进行循环处理，水泵b 32为间歇式工作。兼性塘内污水达到水力停留时间后，经过处理的污水通过兼性塘出水口19进入到垂直流人工湿地布水管18中，污水在垂直流人工湿地中进行进一步地处理，通过了碳源放置PVC管道23，在此处下方区域发生反硝化反应，最后通过垂直流人工湿地底部的集水管24进入到浅水植物塘中进行最终的净化处理。经检测达标后排入到自然水体中。

在对碳源进行更换时，首先停止总进水管11的进水，并停止向垂直流人工湿地布水管18布水，同时排空浅水植物塘中的水，由于垂直流人工湿地集水管24与浅水植物塘相通，垂直流人工湿地中的水也被排空，此时兼性塘中水位在阀门a 21的上方，打开阀门a21，阀门b 22，通过两阀门出水的压强差，以及碳源自身重力，水流会将碳源冲出，等到碳源都被冲完后关闭阀门a 21，等到管道内的水也都排空后关闭阀门b 22，此时从PVC支管20处向PVC管道内添加碳源。碳源更换完毕后，总进水管11继续进水，并向垂直流人工湿地布水管18布水，人工湿地底部集水管24向浅水植物塘排水，直到恢复原有水位，重复前面的工作步骤继续净化污水。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种高效处理农村生活污水的组合净化系统，包括进水装置、污水预处理装置、兼性塘（33）、人工湿地系统以及浅水植物塘（17），其特征在于：

所述进水装置包括黑水排水管（1）和灰水排水管（2），所述黑水排水管（1）与黑水格栅池（4）连接，所述灰水排水管（2）与灰水格栅池（3）连接；所述灰水格栅池（3）的出水口连接有灰水管道（8）；所述黑水格栅池（4）的出水口连接有污水预处理装置；

所述污水预处理装置包括与所述黑水格栅池（4）的出水口连接的沼气池（6），所述沼气池（6）的出水口连接有黑水管道（7）的一端，所述黑水管道（7）的另一端通过三通接头（9）与所述灰水管道（8）连通形成总水管（11），所述总水管（11）连接有兼性塘（33）；所述沼气池（6）的出气口连接有甲烷导气管（12）；

所述兼性塘（33）包括与总水管（11）、甲烷导气管（12）以及曝气增氧控制系统连接的位于中部的生物膜系统，

所述生物膜系统包括连接有总水管（11）的兼性塘进水口（28），以及围绕总水管（11）设置的旋转装置（25），所述旋转装置（25）上设置有浮板（27），所述旋转装置（25）驱动浮板（27）旋转，所述浮板（27）的下方设置有浮板中空纤维膜（26），所述总水管（11）往下延伸至深水区，所述总水管（11）的底部环绕设置有底部中空纤维膜（30）以及包覆所述底部中空纤维膜（30）的透气膜（29）；所述底部中空纤维膜（30）与曝气增氧控制系统连通；所述透气膜（29）与甲烷导气管（12）连通；所述透气膜（29）与中空纤维膜（30）底部安装有无线溶解氧探头（35）；所述浮板（27）包括三块圆形浮块，第一圆形浮块位于兼性塘（33）的中部自转，第二、三圆形浮块围绕第一圆形浮块相对做圆周运动；

所述深水区底部设置有回流水管道（31）,所述回流水管道（31）与进水装置连通；

所述兼性塘（33）的上方设置有兼性塘出水口（19），所述兼性塘出水口（19）与所述人工湿地系统连通；

所述兼性塘（33）的外圆周方向上设置有环形人工湿地系统；所述人工湿地系统上设置有碳源更换装置，为人工湿地提供碳源；所述人工湿地系统的外圆周方向上设置有环形浅水植物塘。

2.根据权利要求1所述的一种高效处理农村生活污水的组合净化系统，其特征在于：所述人工湿地系统为垂直流湿地系统，包括与所述兼性塘出水口（19）连通的一组布水管（18），所述布水管（18）均匀分布在所述人工湿地系统的上方，垂直向下均匀布水。

3.根据权利要求1所述的一种高效处理农村生活污水的组合净化系统，其特征在于：所述人工湿地系统内部设置有碳源更换装置，所述碳源更换装置为人工湿地提供碳源。

4.根据权利要求3所述的一种高效处理农村生活污水的组合净化系统，其特征在于：所述碳源更换装置包括倾斜设置在人工湿地系统内部的碳源放置PVC管道（23），所述碳源放置PVC管道（23）与布水管（18）一一对应，所述碳源放置PVC管道（23）靠近兼性塘的一端高于靠近浅水植物塘的一端；所述碳源放置PVC管道（23）靠近兼性塘的一端上设置有阀门a（21）；所述碳源放置PVC管道（23）靠近浅水植物塘的一端设置有阀门b（22）。

5.根据权利要求4所述的一种高效处理农村生活污水的组合净化系统，其特征在于：所述碳源放置PVC管道（23）靠近兼性塘的一端通过PVC支管（20）与人工湿地系统的地表连通，形成碳源投放口（34），用于投放碳源。

6.根据权利要求1所述的一种高效处理农村生活污水的组合净化系统，其特征在于：所述沼气池（6）与甲烷导气管（12）之间设置有过滤装置和甲烷气压调节阀（13）。

7.根据权利要求1所述的一种高效处理农村生活污水的组合净化系统，其特征在于：所述曝气增氧控制系统包括外接氧气源的氧气气泵（14），所述氧气气泵（14）连接有氧气导气管（16），所述氧气导气管（16）分别与所述浮板中空纤维膜（26）和所述底部中空纤维膜（30）连通；所述氧气气泵（14）与氧气导气管（16）之间设置有氧气气压调节阀（15），

所述氧气气压调节阀（15）可接收无线溶解氧探头（35）传输信号。

8.根据权利要求1所述的一种高效处理农村生活污水的组合净化系统，其特征在于：所述无线溶解氧探头（35）悬挂于总水管（11）上到达透气膜（29）与中空纤维膜（30）底部。

9.根据权利要求1所述的一种高效处理农村生活污水的组合净化系统，其特征在于：所述浮板（27）上设置有一组安装通孔和悬挂孔；所述安装通孔上安装有种植槽体，所述种植槽体底部设置有一组镂空孔；所述悬挂孔用于悬挂种植槽体。

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