CN114455713A - 用于分散式村落的生活污水净化人工湿地系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了用于分散式村落的生活污水净化人工湿地系统，其包括依次相连的化粪池、第一级潮汐流人工湿地、第二级潮汐流人工湿地、蓄水池和水箱，还包括微控制器，第一液位传感器的输出端、第二液位传感器的输出端、第三液位传感器的输出端分别与微控制器的输入端相连，微控制器的输出端与第一电磁阀的输入端、第一水泵的输入端、第二电磁阀的输入端、第二水泵的输入端、第三电磁阀的输入端、第三水泵的输入端相连通，其中：化粪池、第一级潮汐流人工湿地的池体、第二级潮汐流人工湿地的池体、蓄水池均布设于冻土层之下。本发明具有以下有益效果：(1)促进了水资源循环使用；(2)除污率高；(3)运行时间长；(4)占地面积小，建造成本低。
Description
技术领域
本发明属于人工湿地系统领域，具体涉及用于分散式村落的生活污水净化人工湿地系统。
背景技术
中国北方属于干旱地区，水资源比较匮乏，再加上冬季北方温度低，冻害较为严重，传统的用于农村住宅的污水处理设施普遍存在着冬季无法运行的问题。如果将传统的污水处理装置均放置在冻土层之下，反应装置、化粪池及蓄水池虽然可以避免冰冻，但是简单的将装置放置在冻土层下，没有办法保证达到污水处理所需的温度，污染物去除效果较差。如何保证设备的稳定长期运行、克服北方冬季的低温是急需解决难题。
现有的污水处理设备存在着工艺复杂，占地面积较大，建造花费较高等特点，不能在北方的农村普及，并且一些村庄住宅的分布较为分散，如果建造大型的污水处理厂，所需管道较多，需要花费大量的人力物力。
农村产生的大量生活污水排入到农村坑塘和农业沟渠中，不仅会带来水资源的浪费，而且会导致黑臭水体的产生，严重影响农村的人居生活环境。因此，控制生活污水中的氮、磷含量非常重要。
人工湿地是一种环境友好型的污水深度处理技术，被广泛的应用于不同领域的污水处理。在实际应用中，可以通过优化人工湿地的组合方式来改变系统内富氧和厌氧条件，从而达到氮的去除。然而，人工湿地中磷的去除较为困难，对基质的吸附性能要求较高。因此，急需一种便于取材，价格低廉，并具有较强吸附性能的基质，来提高人工湿地的对污水的净化能力。因而设计一种适用于北方冬季分散式村庄，对生活污水具有较强净化能力的人工湿地系统是很有必要的。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种用于分散式村落的生活污水净化人工湿地系统，该系统结构简单，设计合理，用地面积较小，适用于住宅分散的村庄，满足了对污水净化再利用的需求，装置造价低。基质原料易于取材，有较强的净化能力。充分保障了北方冬季分散式村落生活污水处理的需求。
技术方案：用于分散式村落的生活污水净化人工湿地系统，包括：
化粪池，其进水口通过管道与住宅的生活污水出水管相连通；
第一级潮汐流人工湿地，其进水口与所述化粪池的出水口通过管道相连通，所述第一级潮汐流人工湿地包括相对密封的容纳待处理生活污水的池体、导光装置、采光装置和排气管，所述池体的中下部设有隔板，进而在所述隔板之下形成集水区，所述隔板上均匀设有多个小孔，在所述隔板铺设有砾石层，在所述砾石层上铺设有赤泥层，所述池体的中上部设有第一液位传感器，所述排气管的一端与所述池体上部相连通，所述排气管的另一端与大气相连通，所述导光装置布设于所述第一级潮汐流人工湿地的顶部，所述采光装置设于所述导光装置的顶部且位于地表之上；
第二级潮汐流人工湿地，其进水口与所述第一级潮汐流人工湿地的出水口通过第一输水管相连通，在所述第一输水管上设有第一电磁阀和第一水泵；所述第二级潮汐流人工湿地包括相对密封的容纳待处理生活污水的池体、导光装置、采光装置和排气管，所述池体的中下部设有隔板，进而在所述隔板之下形成集水区，所述隔板上均匀设有多个小孔，在所述隔板铺设有砾石层，在所述砾石层上铺设有赤泥层，所述池体的中上部设有第二液位传感器，所述排气管的一端与所述池体上部连通，所述排气管的另一端与大气相连通，所述导光装置布设于所述第二级潮汐流人工湿地的顶部，所述采光装置设于所述导光装置的顶部且位于地表之上；
蓄水池，其进水口与所述第二级潮汐流人工湿地的出水口通过第二输水管相连通，所述第二输水管上设有第二电磁阀和第二水泵，所述蓄水池的中上部设有第三液位传感器；
水箱，布设于所述住宅内，所述水箱的进水口与所述蓄水池的出水口通过第三输水管相连通，所述第三输水管上设有第三电磁阀和第三水泵；
微控制器，所述第一液位传感器的输出端、所述第二液位传感器的输出端、所述第三液位传感器的输出端分别与所述微控制器的输入端相连，所述微控制器的输出端与所述第一电磁阀的输入端、所述第一水泵的输入端、所述第二电磁阀的输入端、所述第二水泵的输入端、第三电磁阀的输入端、第三水泵的输入端相连通，其中：
所述化粪池、所述第一级潮汐流人工湿地的池体、所述第二级潮汐流人工湿地的池体、所述蓄水池均布设于冻土层之下。
进一步地，所述导光装置为直径10～20厘米，高50～80厘米的圆柱管,内壁粘设有反光膜，所述采光装置为直径与导光装置的底面半径相适应的半球形的透明罩子。
进一步地，所述第一级潮汐流人工湿地的池体为正方体，其边长为1-2米。
进一步地，所述第二级潮汐流人工湿地的池体为正方体，其边长为1-2米。
进一步地，所述化粪池的出水口的标高大于所述第一级潮汐流人工湿地的进水口的标高。
进一步地，第一级潮汐流人工湿地中砾石层是由直径为5-8cm的砾石铺设而成，所述砾石层的厚度为10～15cm，所述砾石的直径大于所述隔板的小孔的直径。
进一步地，第一级潮汐流人工湿地中的赤泥层是由直径为1-2cm的赤泥颗粒铺设而成，其厚度为50～70cm。
进一步地，第二级潮汐流人工湿地中砾石层是由直径为5-8cm的砾石铺设而成，所述砾石层的厚度为10～15cm，所述砾石的直径大于所述隔板的小孔的直径。
进一步地，第二级潮汐流人工湿地中的赤泥层是由直径为1-2cm的赤泥颗粒铺设而成，其厚度为50～70cm。
进一步地，赤泥颗粒的制备包括以下步骤：
选用工业废弃矿渣、Fe和Al氧化物含量高和易获取的赤泥作为基质前驱物，经20wt％的硫酸酸活化后制备成赤泥颗粒；
将硅酸盐水泥和经过20wt％的硫酸酸化后赤泥按质量配比6:4均匀混合，加入5％的混凝土发泡剂(如松香皂、茶皂素发泡剂等)，再缓慢加入酸化后的赤泥上部溶液，固液比为4:1，充分搅拌,放置直径为1-2cm的模具中成型；
在室温条件下进行养护28天，制成直径为1-2cm的赤泥颗粒。
本发明具有以下有益效果：
(1)促进了水资源的循环使用，解决了北方干旱地区水资源浪费的问题——将生活污水进行净化处理，将净化后的水存入地下蓄水池，用于冲厕所等二次使用，对农村污水进行回收、净化、再次利用，减少了对水资源的消耗；
(2)除污率高，解决了传统基质填料对污水净化效果较弱，除污率低的问题——基质原料选用赤泥，不仅解决了赤泥堆存会带来环境问题，而且经硫酸活化制成的赤泥颗粒具有较强吸附性能，为微生物提供适宜反应场所，提高了人工湿地装置的对生活污水的净化能力；
(3)使用周期长，解决了目前农村污水处理设施在冬季因温度过低无法正常运行的问题——系统的大部分装置均放置在冻土层之下，反应装置、化粪池及蓄水池就可以避免冰冻而导致的无法进行运作，采光装置和导光装置，保证反应装置中反应的温度适宜，设备的稳定长期运行，生活污水在一年四季都可以得到净化处理；
(4)占地面积小，建造成本低，解决了传统人工湿地占地面积较大，建造成本高的问题——装置易普及，将净化装置放置在地下节约空间，节约成本开销，不需要花费大量人力物力财力。
附图说明
图1为本发明公开的用于分散式村落的生活污水净化人工湿地系统的结构示意图；
图2为第一级潮汐流人工湿地的内部结构示意图。
其中：
具体实施方式：
下面对本发明的具体实施方式详细说明。
实施例1
如图1-2所示，用于分散式村落的生活污水净化人工湿地系统，包括：
化粪池2，其进水口通过管道与住宅1的生活污水出水管相连通；
第一级潮汐流人工湿地3，其进水口与化粪池2的出水口通过管道相连通，第一级潮汐流人工湿地3包括相对密封的容纳待处理生活污水的池体、导光装置31、采光装置32和排气管33，池体的中下部设有隔板，进而在隔板之下形成集水区，隔板上均匀设有多个小孔，在隔板铺设有砾石层35，在砾石层35上铺设有赤泥层34，池体的中上部设有第一液位传感器，排气管33的一端与池体上部相连通，排气管33的另一端与大气相连通，导光装置31布设于第一级潮汐流人工湿地3的顶部，采光装置32设于导光装置31的顶部且位于地表之上；
第二级潮汐流人工湿地5，其进水口与第一级潮汐流人工湿地3的出水口通过第一输水管4相连通，在第一输水管4上设有第一电磁阀41和第一水泵42；第二级潮汐流人工湿地5包括相对密封的容纳待处理生活污水的池体、导光装置31、采光装置32和排气管33，池体的中下部设有隔板，进而在隔板之下形成集水区，隔板上均匀设有多个小孔，在隔板铺设有砾石层35，在砾石层35上铺设有赤泥层34，池体的中上部设有第二液位传感器，排气管33的一端与池体上部连通，排气管33的另一端与大气相连通，导光装置31布设于第二级潮汐流人工湿地5的顶部，采光装置32设于导光装置31的顶部且位于地表之上；
蓄水池7，其进水口与第二级潮汐流人工湿地5的出水口通过第二输水管6相连通，第二输水管6上设有第二电磁阀61和第二水泵62，蓄水池7的中上部设有第三液位传感器；
水箱11，布设于住宅1内，水箱11的进水口与蓄水池7的出水口通过第三输水管8相连通，第三输水管8上设有第三电磁阀81和第三水泵82；
微控制器，第一液位传感器的输出端、第二液位传感器的输出端、第三液位传感器的输出端分别与微控制器的输入端相连，微控制器的输出端与第一电磁阀41的输入端、第一水泵42的输入端、第二电磁阀61的输入端、第二水泵62的输入端、第三电磁阀81的输入端、第三水泵82的输入端相连通，其中：
化粪池2、第一级潮汐流人工湿地3的池体、第二级潮汐流人工湿地5的池体、蓄水池7均布设于冻土层之下。
进一步地，导光装置31为直径10厘米，高50厘米的圆柱管,内壁粘设有反光膜，采光装置32为直径与导光装置31的底面半径相适应的半球形的透明罩子。
进一步地，第一级潮汐流人工湿地3的池体为正方体，其边长为1米。
进一步地，第二级潮汐流人工湿地5的池体为正方体，其边长为1米。
进一步地，化粪池2的出水口的标高大于第一级潮汐流人工湿地3的进水口的标高。
进一步地，第一级潮汐流人工湿地3中砾石层35是由直径为5cm的砾石铺设而成，砾石层35的厚度为10cm，砾石的直径大于隔板的小孔的直径。
进一步地，第一级潮汐流人工湿地3中的赤泥层34是由直径为1cm的赤泥颗粒铺设而成，其厚度为50cm。
进一步地，第二级潮汐流人工湿地5中砾石层35是由直径为5cm的砾石铺设而成，砾石层35的厚度为10cm，砾石的直径大于隔板的小孔的直径。
进一步地，第二级潮汐流人工湿地5中的赤泥层34是由直径为1cm的赤泥颗粒铺设而成，其厚度为50cm。
进一步地，赤泥颗粒的制备包括以下步骤：
选用工业废弃矿渣、Fe和Al氧化物含量高和易获取的赤泥作为基质前驱物，经20wt％的硫酸酸活化后制备成赤泥颗粒；
将硅酸盐水泥和经过20wt％的硫酸酸化后赤泥按质量配比6:4均匀混合，加入5％的混凝土发泡剂(如松香皂、茶皂素发泡剂等)，再缓慢加入酸化后的赤泥上部溶液，固液比为4:1，充分搅拌,放置直径为1-2cm的模具中成型；
在室温条件下进行养护28天，制成直径为1-2cm的赤泥颗粒。
用于分散式村落的生活污水净化人工湿地系统，其运行步骤如下：
a.生活污水汇入收集到化粪池2内，化粪池2放置在距地表以下50-80cm处(冻土层之下)；
b.生活污水在化粪池2内先进行初步的物理沉淀，沉淀后的上清液通过管道排入第一级潮汐流人工湿地3之中，第一级潮汐流人工湿地3中装填赤坭层34，主要通过赤泥基质和微生物对生活污水进行吸附净化；
c.通过半球体的透明的采光装置32(例如是玻璃材质的)和金属圆柱导光装置32(内侧粘贴有反光膜)对冬季的阳光进行捕捉和收集，捕捉来的光照为第一季潮汐流人工湿地中的微生物的生长和繁殖提供温度；第一级潮汐流人工湿地3中的有毒气体通过排气管33排出，来确保第一级潮汐流人工湿地3中的反应可以稳定进行。
d.当第一级潮汐流人工湿地3水面到达一定的高度,第一液位传感器就会感应并发出信号给微控制器，微控制器发出指令，启动第一电磁阀41与第一水泵42，进行排水；
e.水通过第一输水管4排入到第二级潮汐流人工湿地5中，再对出水进行第二次净化，具体与第一级潮汐流人工湿地3相似，不再赘述；
f.净化后的水通过第二电磁阀61和第二水泵62，由第二输水管8传送进入地下的蓄水池7中储存。
g.蓄水池7到达一定的蓄水量后将净化后的水排入居民家中的水箱11，实现再次的利用，例如用来冲厕所。
实施例2
与实施例1大致相同，区别仅仅在于：
导光装置31为直径20厘米，高80厘米的圆柱管,内壁粘设有反光膜，采光装置32为直径与导光装置31的底面半径相适应的半球形的透明罩子。
第一级潮汐流人工湿地3的池体为正方体，其边长为2米。
第二级潮汐流人工湿地5的池体为正方体，其边长为2米。
第一级潮汐流人工湿地3中砾石层35是由直径为8cm的砾石铺设而成，砾石层35的厚度为15cm，砾石的直径大于隔板的小孔的直径。
第一级潮汐流人工湿地3中的赤泥层34是由直径为2cm的赤泥颗粒铺设而成，其厚度为70cm。
第二级潮汐流人工湿地5中砾石层35是由直径为8cm的砾石铺设而成，砾石层35的厚度为15cm，砾石的直径大于隔板的小孔的直径。
第二级潮汐流人工湿地5中的赤泥层34是由直径为2cm的赤泥颗粒铺设而成，其厚度为70cm。
实施例3
与实施例1大致相同，区别仅仅在于：
导光装置31为直径15厘米，高60厘米的圆柱管,内壁粘设有反光膜，采光装置32为直径与导光装置31的底面半径相适应的半球形的透明罩子。
第一级潮汐流人工湿地3的池体为正方体，其边长为1.5米。
第二级潮汐流人工湿地5的池体为正方体，其边长为1.5米。
第一级潮汐流人工湿地3中砾石层35是由直径为6cm的砾石铺设而成，砾石层35的厚度为12cm，砾石的直径大于隔板的小孔的直径。
第一级潮汐流人工湿地3中的赤泥层34是由直径为1.5cm的赤泥颗粒铺设而成，其厚度为60cm。
第二级潮汐流人工湿地5中砾石层35是由直径为6cm的砾石铺设而成，砾石层35的厚度为12cm，砾石的直径大于隔板的小孔的直径。
第二级潮汐流人工湿地5中的赤泥层34是由直径为1.5cm的赤泥颗粒铺设而成，其厚度为60cm。
上面对本发明的实施方式做了详细说明。但是本发明并不限于上述实施方式，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。
Claims (9)
1.用于分散式村落的生活污水净化人工湿地系统，其特征在于，包括：
化粪池，其进水口通过管道与住宅的生活污水出水管相连通；
第一级潮汐流人工湿地，其进水口与所述化粪池的出水口通过管道相连通，所述第一级潮汐流人工湿地包括相对密封的容纳待处理生活污水的池体、导光装置、采光装置和排气管，所述池体的中下部设有隔板，进而在所述隔板之下形成集水区，所述隔板上均匀设有多个小孔，在所述隔板铺设有砾石层，在所述砾石层上铺设有赤泥层，所述池体的中上部设有第一液位传感器，所述排气管的一端与所述池体上部相连通，所述排气管的另一端与大气相连通，所述导光装置布设于所述第一级潮汐流人工湿地的顶部，所述采光装置设于所述导光装置的顶部且位于地表之上；
第二级潮汐流人工湿地，其进水口与所述第一级潮汐流人工湿地的出水口通过第一输水管相连通，在所述第一输水管上设有第一电磁阀和第一水泵；所述第二级潮汐流人工湿地包括相对密封的容纳待处理生活污水的池体、导光装置、采光装置和排气管，所述池体的中下部设有隔板，进而在所述隔板之下形成集水区，所述隔板上均匀设有多个小孔，在所述隔板铺设有砾石层，在所述砾石层上铺设有赤泥层，所述池体的中上部设有第二液位传感器，所述排气管的一端与所述池体上部连通，所述排气管的另一端与大气相连通，所述导光装置布设于所述第二级潮汐流人工湿地的顶部，所述采光装置设于所述导光装置的顶部且位于地表之上；
蓄水池，其进水口与所述第二级潮汐流人工湿地的出水口通过第二输水管相连通，所述第二输水管上设有第二电磁阀和第二水泵，所述蓄水池的中上部设有第三液位传感器；
水箱，布设于所述住宅内，所述水箱的进水口与所述蓄水池的出水口通过第三输水管相连通，所述第三输水管上设有第三电磁阀和第三水泵；
微控制器，所述第一液位传感器的输出端、所述第二液位传感器的输出端、所述第三液位传感器的输出端分别与所述微控制器的输入端相连，所述微控制器的输出端与所述第一电磁阀的输入端、所述第一水泵的输入端、所述第二电磁阀的输入端、所述第二水泵的输入端、第三电磁阀的输入端、第三水泵的输入端相连通，其中：
所述化粪池、所述第一级潮汐流人工湿地的池体、所述第二级潮汐流人工湿地的池体、所述蓄水池均布设于冻土层之下。
2.如权利要求1所述的用于分散式村落的生活污水净化人工湿地系统，其特征在于，所述导光装置为直径10～20厘米，高50～80厘米的圆柱管,内壁粘设有反光膜，所述采光装置为直径与导光装置的底面半径相适应的半球形的透明罩子。
3.如权利要求1所述的用于分散式村落的生活污水净化人工湿地系统，其特征在于，所述第一级潮汐流人工湿地的池体为正方体，其边长为1-2米。
4.如权利要求1所述的用于分散式村落的生活污水净化人工湿地系统，其特征在于，所述第二级潮汐流人工湿地的池体为正方体，其边长为1-2米。
5.如权利要求1所述的用于分散式村落的生活污水净化人工湿地系统，其特征在于，所述化粪池的出水口的标高大于所述第一级潮汐流人工湿地的进水口的标高。
6.如权利要求1所述的用于分散式村落的生活污水净化人工湿地系统，其特征在于，第一级潮汐流人工湿地中砾石层是由直径为5-8cm的砾石铺设而成，所述砾石层的厚度为10～15cm，所述砾石的直径大于所述隔板的小孔的直径。
7.如权利要求1所述的用于分散式村落的生活污水净化人工湿地系统，其特征在于，第一级潮汐流人工湿地中的赤泥层是由直径为1-2cm的赤泥颗粒铺设而成，其厚度为50～70cm。
8.如权利要求1所述的用于分散式村落的生活污水净化人工湿地系统，其特征在于，第二级潮汐流人工湿地中砾石层是由直径为5-8cm的砾石铺设而成，所述砾石层的厚度为10～15cm，所述砾石的直径大于所述隔板的小孔的直径。
9.如权利要求1所述的用于分散式村落的生活污水净化人工湿地系统，其特征在于，第二级潮汐流人工湿地中的赤泥层是由直径为1-2cm的赤泥颗粒铺设而成，其厚度为50～70cm。
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