CN114956354A - 一种农村散户式污水原位处理系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种农村散户式污水原位处理系统和方法，包括降解型生物反应区，以及依次与降解型生物反应区连通的净化型生态反应区和净水汇集区；降解型生物反应区包括储缓单元以及与储缓单元连通的载体生物膜单元；载体生物膜单元包括支架及悬挂在支架上的改良型纤维填料；净化型生态反应区包括绿植区以及位于其底部的基质区；净水汇集区包括压力缓冲间和集水井。本发明设计的集成技术系统无需进行污水的收集和传输，处理全过程具有无能耗、工艺简单、占地面积小、出水水质稳定、投资建设费用低、运行管理方便等优点，系统采用地埋式结构，不影响居住周围的美观，还具有普遍适用性，同时能有效的处理农村生活污水，实现原位处理和资源化的目的。

Description

一种农村散户式污水原位处理系统和方法
技术领域
本发明涉及水污染控制处理技术领域，更具体的说是涉及一种农村散户式污水原位处理系统和处理方法。
背景技术
农村生活污水治理是农村人居环境整治的重要内容。目前，农村生活污水治理仍然是农村人居环境最突出的短板，那些未纳入城市市政管网覆盖范围的区域，例如零散分布的村镇、城镇近郊农村、偏远农村等，产生的污水尚未得到有效的处理。
生活污水是指生活所产生的污水，主要来源于冲厕用水、厨房用水、沐浴用水、洗涤用水等生活行为产生的污水。大部分的农村生活污水的性质相差不大，具有“两高一少一好”的特点，即有机物和氨氮、总磷高，有毒有害物质少，可生化性好。农村污水具有水质不稳定，污水量小，浓度低，变化系数大等特点；特别是农村散户式污水，其来源主要是针对散户或单户的居民，因此，污水排放量小，排放分散，而且受农村居民用水习惯的影响，农村分散式生活污水排水量随时间和季节变化，存在呈间歇式排放、瞬时变化较大等特点，且农村分散式污水的水质和生活污水相似，氮、磷等营养成分含量高，可生化性好等特点。
针对农村散户污水处理，常采用分散式污水处理系统。一般流程为：灰水经收集沉淀后进入人工湿地或土地渗滤单元处理，出水可直接排放或作为景观用水利用。处理技术单一，有一定的局限性，因此各单元处理技术组合是主流，但现有的农村散户式生活污水处理设施的选择和应用，未考虑散户农村生活污水特点，散户式农村污水处理效果差、运行费用高。处理系统中使用泵、曝气装置等耗能设备，造成散户式污水处理经济建设和运行费用高；设施结构复杂，需要专业人员维护。因此，存在投资和运行费用高，管理复杂等问题，出现常规处理技术的农村散户污水处理系统建设后搁置的现象。
近几年，污水处理行业也不例外。对于散户农村污水处理，碳排放主要来源于电能能耗，主要为曝气风机及水泵运行的能耗。
综上，如何提供一种具有能耗低、结构简单、运行管理方便，成本低，且能实现原位处理和资源化的污水处理系统和方法是本领域技术人员亟需要解决的问题。
发明内容
本发明针对目前农村分散式污水处理技术存在的问题，提供了一种农村散户式污水原位处理系统和方法。本发明不需要进行污水的收集和传输，采用集成处理技术，整个系统不需要泵的提升和输送，没有电能的消耗，且系统结构简单，在实现污水资源再利用的同时降低了项目建设和运行成本，实现了一定的经济效益和环境效益。
本发明提供了一种农村散户式污水原位处理系统，包括：降解型生物反应区，以及依次与所述降解型生物反应区连通的净化型生态反应区和净水汇集区；
其中，所述降解型生物反应区包括：储缓单元，以及与所述储缓单元连通的载体生物膜单元；
所述储缓单元为四棱台形，且底部的倾斜角度为10°-20°，便于污水中的泥、砂等沉淀物质被截留；
所述载体生物膜单元包括：支架和改良型纤维填料；所述支架设置有多个，且平行设置；所述改良型纤维填料悬挂在所述支架上；
所述净化型生态反应区包括：绿植区，以及位于所述绿植区底部的基质区；所述载体生物膜单元通过管道与所述基质区和所述绿植区连通；
所述净水汇集区包括：压力缓冲间和集水井；压力缓冲间位于所述净化型生态反应区和所述集水井之间。
采用上述技术方案至少包括如下技术效果：本发明设计的一种农村散户式污水原位处理的集成系统，可直接置于居民家门口对日常产生的生活污水进行原位处理，处理全过程具有无能耗、工艺简单、占地面积小、出水水质稳定、投资建设费用低及运行管理方便等优势。
同时，本发明设计的集成系统采用地埋式结构，不影响居住环境周围的美观，还具有普遍适用性，同时能有效的处理农村生活的污水，实现原位处理和资源化的目的。
优选的，还包括：滤筛板，所述滤筛板位于所述储缓单元的末端；
所述滤筛板为水力型结构，材质为金属，筛网孔径为0.2-0.5mm；滤筛板的设计能够简单去除水中粗大的悬浮物和杂质，减轻后续的污水处理的负荷和堵塞，使污水在重力和惯性的作用下通过所述滤筛板被截留在所述储缓单元，减少对后续污水处理效果的影响。
所述储缓单元的顶部设置有检修口，便于后期清理所述储缓单元截留的物质。
所述改良型纤维填料包括PE中心绳和维纶醛化丝花束，所述维纶醛化丝花束采用十字的形式紧固在所述PE中心绳上，所述PE中心绳悬挂在所述支架上；
所述PE中心绳即由高密度聚乙烯材料制成的中心绳。
本发明设计的改良型纤维填料一方面为厌氧微生物的附着生长提供固定表面，使其在填料表面形成生物膜；另一方面选择悬挂的方式能够立体全方位均匀覆盖整个载体生物膜单元，在厌氧的条件下，使污水和生物膜得到充分接触，更能够去除污水中大部分呈胶体和溶解状态的有机性污染物质，有效降低后续净化型生态反应区的有机负荷，避免引起后续布水、基质层的堵塞；同时便于定期对填料进行检查更换。
进一步，所述改良型纤维填料主要是从增加其表面积和耐用性进行改良；同时维纶醛化丝花束采用十字的形式紧固在PE中心绳上，可以增大比表面积，更容易生成生物膜；选择PE中心绳可以增强使用寿命。
优选的，还包括：斜板和排泥槽；
所述斜板位于所述载体生物膜单元的底端，且所述斜板与底端夹角为 15°-30°；这样的设计不仅可以保持污泥顺畅沉淀的同时，避免了对载体生物膜单元内处理过程造成的干扰。
所述排泥槽位于所述斜板的末端。
本发明斜板的设计可以使载体生物膜单元处理过程中产生的沉积物和脱落的生物膜经斜板截流后，自沉于排泥槽，通过定期抽排的处理就近用于农业。
优选的，所述净化型生态反应区包括基质区、绿植区和出水管；
其中，所述管道位于所述基质区和所述绿植区之间；且所述管道均匀布水至所述基质区；
所述基质区自上而下依次设置有：土壤层、石英砂滤料层、绿沸石层、陶粒滤料层、承托层；
所述出水管位于所述承托层的底端。
以上技术方案至少包括如下技术效果：基质区一方面为微生物的生长提供稳定的依附表面，同时也为水生植物提供了载体和营养物质，因此生活污水在基质的物理和化学的作用下，进行吸收、吸附、过滤、离子交换和络合反应等，可以净化除去污水中的氮、磷等营养物质，同时污水中的悬浮物也会被截留。
同时大量好氧、厌氧微生物附着在基质区上，基质形成的空间差异性造就了不同功能微生物对多类型污染物净化的多环境条件需求，总体上大约分为好氧反应区、缺氧反应区、厌氧反应区。蔬菜通过中空组织将氧气输送给根部，形成氧化层，使好氧微生物进行好氧代谢；远离蔬菜根部系较远处的氧浓度逐渐缩小形成低氧区和缺氧区，厌氧微生物也能完成厌氧代谢。
优选的，所述管道包括横管和竖管，整体为T型结构，其所述竖管的进水口端深入所述载体生物膜单元的中下部，且所述竖管的末端高于水面；所述横管位于所述基质区和所述绿植区之间。
本发明管道的设计尤其是进水口端深入所述载体生物膜单元的中下部，不仅水质较好，还确保出水管道内水流量和水压力，使其系统可以有效运行。
所述横管上设置有布水孔，所述布水孔交错排列，且相邻两孔夹角为 90°，孔间距为20-50cm，这样的设计实现均匀布水，实现后续污水净化的效率。
优选的，所述土壤层厚度为100-200mm，所述土壤层顶层距所述横管的距离为1-3cm；其所述土壤层不仅起到均匀布水的作用，而且还具有支撑上层蔬菜的作用。
所述石英砂滤料层的石英砂滤料粒径3-6mm，厚度为100-200mm；
所述绿沸石层的绿沸石粒径为3-6mm，厚度为100-200mm；
所述陶粒滤料层的陶粒滤料粒径为8-16mm，厚度为100-200mm；
所述承托层采用卵石，其卵石的粒径为16-25mm，厚度为50-80mm；所述承托层起到了对区域系统的支撑作用。
优选的，所述土壤层、石英砂滤料层、绿沸石层、陶粒滤料层、承托层之间均通过支架5固定，并采用模块化基质层设计；这样的设计便于周期性更换以缓解上层的堵塞情况。
其中，所述石英砂滤料层、所述绿沸石层、所述陶粒滤料层上均附着有假单胞杆菌属、产碱杆菌属、黄杆菌属、硝化细菌和反硝化细菌；该区域内不同种属的微生物附着在基质区表面形成生物膜，不仅可以起到对不同类型污染物净化作用，而且不同的粒径的材料选择，实现从进水口到出水口基质区粒径的逐级递增和均匀过渡，提高了污水处理的效果。同时基质区接种驯化后的优势菌种，可以使污水中的有机污染物、氮化合物、磷化合物等通过不同区域微生物的相互配合进行处理。其中的有机物污染物被微生物降解同化，一部分转化为微生物的细胞组分，一部分被转变为二氧化碳和水释放到环境中；含氮污染物在微生物的氨化、硝化、反硝化作用的相互配合，在好氧、缺氧的条件下还原为N2O或N2，从而被去除；含磷污染物在微生物的代谢活动作用下，转化为蔬菜和部分微生物的营养物质，从而被吸收去除。
所述绿植区选择种植油麦菜、空心菜和水芹。
以上的技术方案至少包括如下技术效果：本发明利用自然生态处理系统中的物理、化学、生物三重协同作用进一步去除降解型生物反应区阶段未能降解的有机物氮、磷等能够导致水体富营养化的可溶性无机物。同时，整个处理过程没有泵的输送和机械设备等电能能耗，完全是依靠植物、微生物、基质三者组成的生态系统，去除污水中的污染物质，基质区采用模块化设计，方便后续更换和维护；同时系统运行简单，实现无人值守。
进一步，净化型生态反应区代替传统的活性污泥法处理污水中的氮、磷等污染物，处理效果更稳定，而且不受生活污水水量小，变化系数大等干扰。且，绿植区选择根系发达的蔬菜代替景观性植物，不仅使净化型生态反应区处理污水效果不降的同时，还具有一定的经济价值，同时激发农村居民建设和后期维护的积极性。
本发明选用的蔬菜不仅根系发达，而且通过将空气中的氧利用中空组织最终输送到蔬菜的根部，在根系形成氧化层，有利于有机物氧化分解和脱氮反应，从而达到去除有机物、氮和其他污染物的目的；在蔬菜生长过程中，光合作用合成碳水化合物，很大一部分释放到根系，增加土壤中的矿质元素的溶解、吸附，并为微生物的生长提供能源和碳源；蔬菜还能提高净化型生态反应区中污水传导力，促进生活污水和绿植区或基质区之间的相互反应。
优选的，还包括：穿孔墙，所述穿孔墙位于所述压力缓冲间和所述集水井之间，所述穿孔墙上设置有溢流口，所述溢流口的高度低于所述横管的高度。
本发明还提供了一种农村散户式污水原位处理方法，包括如下步骤：
(1)降解型生物反应区：居民家户产生的生活污水通过进水管，依靠自身重力直接进入储缓单元，截留污水中的沉淀物后，在重力和惯性力的作用下进入载体生物膜单元，无需动力，去除污水中的呈胶体和溶解状态的有机性污染物质；
其中，污水在所述载体生物膜单元停留时间为8-10h；溶解氧为 0.1-0.2mg/L，pH值控制在7.2-7.6；
农村散户居民日常生活产生的生活污水排入进水管后，依靠自身重力直接进入储缓单元，在家门口对污水直接处理，避免了污水排水管网的输送和泵的能耗，实现污水的原位处理，降低能耗，解决了目前未纳入城市市政管网覆盖范围的区域生活污水处理；
(2)净化型生态反应区：经过步骤(1)处理的污水在水力作用下溢流进入管道，通过管道连通净化型生态反应区，且污水在净化型生态反应区先均匀布水再进行净化处理；
其中，所述污水在所述净化型生态反应区的停留时间为2-3d；
整个净化型生态反应区的处理过程依靠自身重力自上而下流经各个滤层，最后经过承托层汇集进入出水管，整个处理过程无泵的输送和机械设备等电能能耗，完全是依靠基质区和绿植区组成的生态系统，去除污水中的污染物质，整个过程无需动力；
(3)净水汇集区：经过步骤(2)处理的污水进入压力缓冲间后溢流至集水井。
污水进入压力缓冲间，暂存一定量后通过穿孔墙上的溢流口，溢流至集水井，不仅能稳定水压，而且使水流流动更加稳定，且整个水流过程无需动力；
优选的，步骤(1)污水在所述进水管内的流速为0.8-1.0m/s，所述进水管的直径≥200mm；污水在所述储缓单元的流速为1.0-1.5m/s；上述流速的限定可以减缓对滤筛板的水力冲击，提高其截留效果。
优选的，步骤(2)所述管道中水流流速控制在0.1-0.3m/s，孔径为 10-15mm；保证布水的均匀。
综上所述，本发明能够取得的技术效果至少包括如下：
1)本系统设计的降解型生物反应区+净化型生态反应区集成技术，其中降解型生物反应区利用其中发生的厌氧水解反应去除污水中呈胶体和溶解状态的有机污染物，弥补了净化型生态反应区进水要求较高的缺陷，还能防止布水管、基质的堵塞；净化型生态反应区利用蔬菜、微生物、基质三者的协同作用进一步去除降解型生物反应区未能降解的有机物和氮、磷等可溶性无机物，最终实现生活污水的净化效果。
2)本发明提供的系统没有泵的输送、机械曝气等能耗；整个结构简单，还具有出水水质稳定，受进水水量波动影响不大、对外界条件变化适应性较强等特点，而且投资建设费用低，运行管理方便，更好的解决了目前农村污水处理存在的问题。
3)降解型生物反应区中的填料采用改良型纤维填料，主要是由PE中心绳和维纶醛化丝花束组成，悬挂于生物载体单元，能立体全方位均匀覆盖整个载体生物膜单元，使污水和生物膜得到充分接触，便于定期对填料进行检查更换。
4)本发明系统主要是用于农村单户或者散户的污水处理，净化型生态反应区中的植物采用蔬菜，其蔬菜主要选择油麦菜、空心菜和水芹，能确保净化型生态反应区的正常运行，而且种植蔬菜型植物的理念与农村生活习惯相适应，兼具实用性和观赏性的优势。而且这三种蔬菜与其他的蔬菜相比对氨氮、磷、有机物等污染物的去除效果好，能够在净化水体的同时并利用其庞大的植物根系吸收氮和磷为植物生长所用；不仅实现经济效益，而且也实现了氮、磷的资源化利用，与传统生态系统相比具有明显优势。
5)基质区中的石英砂滤料层采用天然石英矿为原料，是水处理行业中使用最广泛、量最大的净水材料，无杂质，抗压耐磨，机械强度高，化学性能稳定，截污能力强，效益高、使用周期长；同时陶粒滤料层对磷具有较强的去除作用，而滤沸石滤料层对氨氮的去除效果最好，三者共同结合处理生活污水，使出水的效果更好。
6)本发明在集水井和净化型生态反应区之间设计了压力缓冲间，还设计了穿孔墙，净化型生态反应区处理后的污水通过底部的排水管进入压力缓冲间，污水暂存一定量后，从穿孔墙上的若干个溢流口流入集水井，起到了稳定系统压力的作用，使水流流动更稳定，出水水质更好。
7)本发明不仅可以设在农村居民家户门口处，进行原位处理解决分散式污水处理的问题，而且整个过程无能耗，污水处理后可达到《城市污水再生利用城市杂用水水质》(GB/T18920-2020)标准，可回用于居民日常生活中打扫卫生、浇菜、浇花、洗车及施工等杂用水，实现污水的资源化利用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1附图为本发明实施例公开的一种农村散户式污水原位处理系统；
图2附图为本发明实施例中净化型生态反应区布水方式结构图；
图3附图为本发明实施例压力缓冲间穿孔墙截面图。
在附图中：降解型生物反应区A、净化型生态反应区B、净水汇集区C、进水管1、储缓单元2、检修口3、滤筛板4、支架5、排泥槽6、载体生物膜单元7、改良型纤维填料8、管道9、绿植区10、土壤层11、石英砂滤料层 12、绿沸石13、陶粒滤料层14、承托层15、出水管16、集水井17、压力缓冲间18和穿孔墙19。
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。
实施例1
本实施例公开了一种农村散户式污水原位处理系统，包括：降解型生物反应区A、以及依次与降解型生物反应区A连通的净化型生态反应区B和净水汇集区C；
其中，降解型生物反应区A主要包括：储缓单元2和载体生物膜单元7。用户产生的生活污水在排入进水管1后依靠自身的重力，直接进入降解型生物反应区A，进水管1直径≥200mm，流速0.8-1.0m/s；
净化型生态反应区B包括：绿植区，以及位于绿植区底部的基质区；载体生物膜单元7通过管道9与基质区和绿植区10连通；
净水汇集区C包括：压力缓冲间18和集水井17；压力缓冲间18位于净化型生态反应区B和集水井17之间。
污水在降解型生物反应区A先进入储缓单元2，储缓单元2为四棱台形，底部的倾斜度为10°-20°；污水在储缓单元2流速为1.0-1.5m/s，因此，污水中的泥、砂等沉淀物质被截留，而剩余污水在重力和惯性力的作用下通过滤筛板4，使污水中粗大的悬浮物及杂质被截留。
储缓单元2顶部设置有检修口3，便于后期清理储缓单元2截留的物质。
为了进一步优化上述技术方案，滤筛板4采用水力型结构，金属材料制成，滤筛板4的孔径为0.2-0.5mm。经滤筛板4处理后的污水在重力、惯性力的作用下流入载体生物膜单元7；
载体生物膜单元7包括支架5和改良型纤维填料8；
改良型纤维填料8为厌氧微生物的附着生长提供固定表面，使其在填料表面形成生物膜，因此有机物最终被转化为CH4和CO2，大量有机物及部分可溶性悬浮性有机物被降解。
改良型纤维填料8包括PE中心绳和维纶醛化丝花束，维纶醛化丝花束紧固在PE中心绳上；
进一步，以PE中心绳为骨架，维纶醛化丝花束以十字形式紧固在PE中心绳上，悬挂在不锈钢支架5上；
在污水中维纶醛化丝花束能立体、全方位均匀覆盖，而且易生膜、换膜，后期维护方便。
还包括：斜板和排泥槽6；
斜板位于载体生物膜单元7的底端，且斜板与底端夹角为15°-30°；
排泥槽6位于斜板的末端。
载体生物膜单元7处理过程产生的沉积物和脱落的生物膜经斜板截流后，自沉排泥槽6，定期通过抽排处置。
其中，载体生物膜单元7中pH为7.2-7.6，溶解氧为0.1-0.2mg/L，停留时间HRT为8-10h。
为了进一步优化上述技术方案，载体生物膜单元7与净化型生态反应区B 之间通过管道9相连接，使载体生物膜单元7处理后的含氮、磷、部分有机物污水在水力作用下，无需动力溢流进入管道9，然后均匀布水后进入净化型生态反应区B进行下一步氮磷等污染物去除。
为了进一步优化上述技术方案，管道9包括横管和竖管，整体为T型结构，其竖管的进水口端深入载体生物膜单元7的中下部，且竖管的末端高于水面，竖管上段管口可作为检查口，方便检查，同时还能保证若有气泡产生能及时被排出；这样的设计不仅水质较好，还确保出水管道9内水流量和水压力，使系统可以有效运行，整个出水过程无能耗。横管位于基质区和绿植区之间。
进一步，横管上设置有布水孔，布水孔交错排列，且相邻两孔夹角为90°，孔间距为20-50cm，孔径大小为10-15mm。
管道9中水流流速控制在0.1-0.3m/s。
污水在净化型生态反应区B的水力停留时间为2-3d；
绿植区选择根系发达的空心菜、油麦菜、芹菜三种蔬菜；基质区自上而下包括：土壤层11，层厚100-200mm；
石英砂滤料层12，粒径为3-6mm，层厚100-200mm；
绿沸石层13，粒径为3-6mm，层厚100-200mm；
陶粒滤料层14，粒径为8-16mm，层厚100-200mm；
承托层15采用卵石，粒径为16-25mm，层厚50-80mm。
其中，土壤层11顶层距横管1-3cm，绿植区位于土壤层顶端，各基质层分布于整个净化型生态反应区B面积，保证净化型生态反应区B的宽向和各深度上的布水均匀，土壤层11、石英砂滤料层12、绿沸石层13、陶粒滤料层 14、承托层15之间均通过支架5固定，便于周期性更换以缓解上层的堵塞情况；驯化接种优势菌种有假单胞杆菌属、产碱杆菌属和黄杆菌属以及硝化细菌和反硝化细菌附着在石英砂滤料层12、绿沸石层13、陶粒滤料层14上，由于空间的差异性造就了不同功能微生物对多类型污染物净化的多环境条件需求，基本分为：好氧反应区、缺氧反应区、厌氧反应区。
污水自上而下处理后通过出水管16进入净水汇集区C，将处理后的水收集起来。
净水汇集区C分为压力缓冲间18和集水井17，两室之间通过穿孔墙19 相隔开；在压力缓冲间18右侧略低于管道9横管位置处设溢流口，使压力缓冲间18的水暂存一定量后再溢流进入集水井17。
集水井17中的净化后的水可回用于居民日常生活中打扫卫生、浇菜和浇花、洗车、施工等用水，整个农村分散式污水处理过程在居民家户门口进行，因此达到了实现生活污水原位处理、处理过程无能耗的目的。
实施例2
本实施例公开了一种农村散户式污水原位处理系统，包括：降解型生物反应区A、以及依次与降解型生物反应区A连通的净化型生态反应区B和净水汇集区C；
其中，降解型生物反应区A主要包括：储缓单元2和载体生物膜单元7。用户产生的生活污水在排入进水管1后依靠自身的重力，直接进入降解型生物反应区A，进水管1直径为200mm，流速0.8m/s；
净化型生态反应区B包括：绿植区，以及位于绿植区底部的基质区；载体生物膜单元7通过管道9与基质区连通；
净水汇集区C包括：压力缓冲间18和集水井17；压力缓冲间18位于净化型生态反应区B和集水井17之间。
污水在降解型生物反应区A先进入储缓单元2，储缓单元2为四棱台形，底部的倾斜度为10°；污水在储缓单元2流速为1.0m/s，因此，污水中的泥、砂等沉淀物质被截留，而剩余污水在重力和惯性力的作用下通过滤筛板4，使污水中粗大的悬浮物及杂质被截留。
储缓单元2顶部设置有检修口3，便于后期清理储缓单元2截留的物质。
为了进一步优化上述技术方案，滤筛板4采用水力型结构，金属材料制成，滤筛板4的孔径为0.2mm。经滤筛板4处理后的污水在重力、惯性力的作用下流入载体生物膜单元7；
利用载体生物膜单元7包括支架5和改良型纤维填料8；
改良型纤维填料8为厌氧微生物的附着生长提供固定表面，使其在填料表面形成生物膜，因此有机物最终被转化为CH4和CO2等，有机物及部分可溶性悬浮性有机物被降解。
改良型纤维填料8包括PE中心绳和维纶醛化丝花束，维纶醛化丝花束紧固在PE中心绳上；
进一步，通过特殊的加工处理后，以PE中心绳为骨架，维纶醛化丝花束以十字形式紧固在PE中心绳上，悬挂在不锈钢支架5上；
在污水中丝花束能立体、全方位均匀覆盖，而且易生膜、换膜，后期维护方便。
还包括：斜板和排泥槽6；
斜板位于载体生物膜单元7的底端，且斜板与底端夹角为15°；
排泥槽6位于斜板的末端。
载体生物膜单元7处理过程产生的沉积物和脱落的生物膜经斜板截流后，自沉排泥槽6，定期通过抽排处置；
其中，载体生物膜单元7中pH为7.2-7.6，溶解氧为0.1mg/L，停留时间 HRT为8h。
为了进一步优化上述技术方案，载体生物膜单元7与净化型生态反应区B 之间通过管道9相连接，使载体生物膜单元7处理后的含氮、磷、部分有机物污水在水力作用下，无需动力溢流进入管道9，然后均匀布水后进入净化型生态反应区进行下一步氮磷等污染物去除。
为了进一步优化上述技术方案，管道9包括横管和竖管，整体为T型结构，其竖管的进水口端深入载体生物膜单元7的中下部，且竖管的末端高于水面，竖管上段管口可作为检查口，方便检查，同时还能保证若有气泡产生能及时被排出；这样的设计不仅水质较好，还确保出水管道9内水流量和水压力，使系统可以有效运行，整个出水过程无能耗。横管位于基质区和绿植区之间。
进一步，横管上设置有布水孔，布水孔交错排列，且相邻两孔夹角为90°，孔间距为20cm，孔径大小为10mm。
管道9中水流流速控制在0.1m/s。
污水在净化型生态反应区B的水力停留时间为2d；
绿植区选择根系发达的空心菜、油麦菜、芹菜三种蔬菜；基质区自上而下包括：土壤层11，层厚200mm；
石英砂滤料层12，粒径为3mm，层厚200mm；
绿沸石层13，粒径为3mm，层厚200mm；
陶粒滤料层14，粒径为8mm，层厚200mm；
承托层15，承托层15采用卵石，粒径为16mm，层厚80mm。
其中，土壤层11顶层距横管9为1cm，绿植区位于土壤层顶端，各基质层分布于整个净化型生态反应区B面积，保证净化型生态反应区B的宽向和各深度上的布水均匀，土壤层11、石英砂滤料层12、绿沸石层13、陶粒滤料层14、承托层15之间均通过支架5固定，便于周期性更换以缓解上层的堵塞情况；驯化接种优势菌种有假单胞杆菌属、产碱杆菌属和黄杆菌属以及硝化细菌和反硝化细菌附着在基质石英砂滤料层12、绿沸石层13、陶粒滤料层14上，由于空间的差异性造就了不同功能微生物对多类型污染物净化的多环境条件需求，基本分为：好氧反应区、缺氧反应区、厌氧反应区。
污水自上而下处理后通过出水管16进入净水汇集区C，将处理后的水收集起来。
净水汇集区C分为压力缓冲间18和集水井17，两室之间通过穿孔墙19 相隔开；压力缓冲间18右侧在略低于管道9横管位置处设溢流口，使压力缓冲间18的水在暂存一定量后溢流进入集水井17。
集水井17中的净化后的水可回用于居民日常生活中打扫卫生、浇菜和浇花、洗车、施工等用水，整个农村分散式污水处理过程在居民家户门口进行，因此达到了实现生活污水原位处理、处理过程无能耗的目的。
测试数据一
应用实施例2中的系统和方法对华北地区某农村某单户日产的生活污水连续进行一年的处理和监测，其处理效果如下表所示。
表1农村单户生活污水处理效果
Figure BDA0003710205880000171
实施例3
本实施例公开了一种农村散户式污水原位处理系统，包括：降解型生物反应区A、以及依次与降解型生物反应区A连通的净化型生态反应区B和净水汇集区C；
其中，降解型生物反应区A主要包括：储缓单元2和载体生物膜单元7。用户产生的生活污水在排入进水管1后依靠自身的重力，直接进入降解型生物反应区A，进水管1直径200mm，流速0.9m/s；
净化型生态反应区B包括：绿植区，以及位于绿植区底部的基质区；载体生物膜单元7通过管道9与基质净水汇集区C包括：压力缓冲间18和集水井17；压力缓冲间18位于净化型生态反应区B和集水井17之间。
污水在降解型生物反应区A先进入储缓单元2，储缓单元2为四棱台形，底部的倾斜度为15°；污水在储缓单元2流速为1.3m/s，因此，污水中的泥、砂等沉淀物质被截留，而剩余污水在重力和惯性力的作用下通过滤筛板4，使污水中粗大的悬浮物及杂质被截留。
储缓单元2顶部设置有检修口3，便于后期清理储缓单元2截留的物质。
为了进一步优化上述技术方案，滤筛板4采用水力型结构，金属材料制成，滤筛板4的孔径为0.35mm。经滤筛板4处理后的污水在重力、惯性力的作用下流入载体生物膜单元7。
载体生物膜单元7包括支架5和改良型纤维填料8；
改良型纤维填料8为厌氧微生物的附着生长提供固定表面，使其在填料表面形成生物膜，因此有机物最终被转化为CH4和CO2，大量有机物及部分可溶性悬浮性有机物被降解。
改良型纤维填料8包括PE中心绳和维纶醛化丝花束，维纶醛化丝花束紧固在PE中心绳上；
进一步，通过特殊的加工处理后，以PE中心绳为骨架，维纶醛化丝花束以十字形式紧固在PE中心绳上，悬挂在不锈钢支架5上；
在污水中维纶醛化丝花束能立体、全方位均匀覆盖，而且易生膜、换膜，后期维护方便。
还包括：斜板和排泥槽6；
斜板位于载体生物膜单元7的底端，且斜板与底端夹角为20°；
排泥槽6位于斜板的末端。
载体生物膜单元7处理过程产生的沉积物和脱落的生物膜经斜板截流后，自沉排泥槽6，定期通过抽排处置。
其中，载体生物膜单元7中pH为7.2-7.6，溶解氧为0.15mg/L，停留时间HRT为9h。
为了进一步优化上述技术方案，载体生物膜单元7与净化型生态反应区B 之间通过管道9相连接，使载体生物膜单元7处理后的含氮、磷、部分有机物污水在水力作用下，无需动力溢流进入管道9，然后均匀布水后进入净化型生态反应区进行下一步氮磷等污染物去除。
为了进一步优化上述技术方案，管道9包括横管和竖管，整体为T型结构，其竖管的进水口端深入载体生物膜单元7的中下部，且竖管的末端高于水面，竖管上段管口可作为检查口，方便检查，同时还能保证若有气泡产生能及时被排出；这样的设计不仅水质较好，还确保出水管道9内水流量和水压力，使系统可以有效运行，整个出水过程无能耗。横管位于基质区和绿植区之间。
进一步，横管上设置有布水孔，布水孔交错排列，且相邻两孔夹角为90°，孔间距为35cm，孔径大小在13mm。
管道9中水流流速控制在0.2m/s。
污水在净化型生态反应区B的水力停留时间为2.5d；
绿植区选择根系发达的空心菜、油麦菜、芹菜三种蔬菜；基质区自上而下包括：土壤层11，层厚150mm；
石英砂滤料层12，粒径为5mm，层厚150mm；
绿沸石层13，粒径为5mm，层厚150mm；
陶粒滤料层14，粒径为12mm，层厚150mm；
承托层15采用卵石，粒径为20mm，层厚60mm。
其中，土壤层11顶层距横管9约2cm，绿植区位于土壤层顶端，各基质层分布于整个净化型生态反应区B面积，保证净化型生态反应区B的宽向和各深度上的布水均匀，土壤层11、石英砂滤料层12、绿沸石层13、陶粒滤料层14、承托层15之间均通过支架5固定，便于周期性更换以缓解上层的堵塞情况；驯化接种优势菌种有假单胞杆菌、产碱杆菌和黄杆菌以及硝化细菌和反硝化细菌附着在石英砂滤料层12、绿沸石层13、陶粒滤料层14上，由于空间的差异性造就了不同功能微生物对多类型污染物净化的多环境条件需求，基本分为：好氧反应区、缺氧反应区、厌氧反应区。
污水自上而下处理后通过出水管16进入净水汇集区C，将处理后的水收集起来。
净水汇集区C分为压力缓冲间18和集水井17，两室之间通过穿孔墙19 相隔开；压力缓冲间18右侧在略低于管道9横管位置处设溢流口，使压力缓冲间18的水在暂存一定量后溢流进入集水井17。
集水井17中的净化后的水可回用于居民日常生活中打扫卫生、浇菜和浇花、洗车、施工等用水，整个农村分散式污水处理过程在居民家户门口进行，因此达到了实现生活污水原位处理、处理过程无能耗的目的。
测试数据二
应用实施例3中的系统和方法对华北地区某农村某单户某一天产生的生活污水进行处理和水质检测，其处理效果如下表所示。
表2农村单户生活污水处理效果
Figure BDA0003710205880000201
实施例4
本实施例公开了一种农村散户式污水原位处理系统：包括：降解型生物反应区A、以及依次与降解型生物反应区A连通的净化型生态反应区B和净水汇集区C；
其中，降解型生物反应区A主要包括：储缓单元2和载体生物膜单元7。用户产生的生活污水在排入进水管1后依靠自身的重力，直接进入降解型生物反应区A，进水管1直径为200mm，流速1.0m/s。
净化型生态反应区B包括：绿植区，以及位于绿植区底部的基质区；载体生物膜单元7通过管道9与基质区连通；
净水汇集区C包括：压力缓冲间18和集水井17；压力缓冲间18位于净化型生态反应区B和集水井17之间。
污水在降解型生物反应区A先进入储缓单元2，储缓单元2为四棱台形，底部的倾斜度为20°，污水在储缓单元2的流速为1.5m/s，因此，污水中的泥、砂等沉淀物质被截留，而剩余污水在重力和惯性力的作用下通过滤筛板4，使污水中粗大的悬浮物及杂质被截留。
储缓单元2顶部设置有检修口3，便于后期清理储缓单元截留的物质。
为了进一步优化上述技术方案，滤筛板4采用水力型结构，金属材料制成，滤筛板4孔径为0.5mm。经滤筛板4处理后的污水在重力、惯性力的作用下流入载体生物膜单元7。
载体生物膜单元7包括支架5和改良型纤维填料8；
改良型纤维填料8为厌氧微生物的附着生长提供固定表面，使其在填料表面形成生物膜，因此有机物最终被转化为CH4和CO2，大量有机物及部分可溶性悬浮性有机物被降解。
改良型纤维填料8包括PE中心绳和维纶醛化丝花束，维纶醛化丝花束以十字形式紧固在PE中心绳上；
进一步，通过特殊的加工处理后，以PE中心绳为骨架，维纶醛化丝花束紧固在PE中心绳上，悬挂在不锈钢支架5上；
在污水中维纶醛化丝花束能立体、全方位均匀覆盖，而且易生膜、换膜，后期维护方便。
还包括：斜板和排泥槽6；
斜板位于载体生物膜单元7的底端，且斜板与底端夹角为30°；
排泥槽6位于斜板的末端。
载体生物膜单元7处理过程产生的沉积物和脱落的生物膜经斜板截流后，自沉排泥槽6，定期通过抽排处置。
其中，载体生物膜单元7中pH为7.2-7.6，溶解氧为0.2mg/L，停留时间 HRT为10h。
为了进一步优化上述技术方案，载体生物膜单元7与净化型生态反应区B 之间通过管道9相连接，使载体生物膜单元7处理后的含氮、磷、部分有机物污水在水力作用下，无需动力溢流进入管道9；然后均匀布水后进入净化型生态反应区B进行下一步氮磷等污染物去除。
为了进一步优化上述技术方案，管道9包括横管和竖管，整体为T型结构，其竖管的进水口端深入载体生物膜单元7的中下部，且竖管的末端高于水面，竖管上段管口可作为检查口，方便检查，同时还能保证若有气泡产生能及时被排出；这样的设计不仅水质较好，还确保出水管道9内水流量和水压力，使系统可以有效运行，整个出水过程无能耗。横管位于基质区和绿植区之间。
进一步，横管上设置有布水孔，布水孔交错排列，且相邻两孔夹角为90°，孔间距为50cm，孔径大小15mm。
管道9中水流流速控制在0.3m/s。
污水在净化型生态反应区B的水力停留时间为3d；
绿植区选择根系发达的空心菜、油麦菜、芹菜三种蔬菜；基质区自上而下包括：土壤层11，层厚100mm；
石英砂滤料层12，粒径为6mm，层厚100mm；
绿沸石层13，粒径为6mm，层厚100mm；
陶粒滤料层14，粒径为16mm，层厚100mm；
承托层15采用卵石，粒径为25mm，层厚50mm。
土壤层11顶层距横管3cm，绿植区位于土壤层顶端，各基质层分布于整个净化型生态反应区B面积，保证净化型生态反应区B的宽向和各深度上的布水均匀，土壤层11、石英砂滤料层12、绿沸石层13、陶粒滤料层14、承托层15之间均通过支架5固定，便于周期性更换以缓解上层的堵塞情况；驯化接种优势菌种有假单胞杆菌属、产碱杆菌属和黄杆菌属以及硝化细菌和反硝化细菌附着在石英砂滤料层12、绿沸石层13、陶粒滤料层14上，由于空间的差异性造就了不同功能微生物对多类型污染物净化的多环境条件需求，基本分为：好氧反应区、缺氧反应区、厌氧反应区。
污水自上而下处理后通过出水管16进入净水汇集区C，将处理后的水收集起来。
净水汇集区C分为压力缓冲间18和集水井17，两室之间通过穿孔墙19 相隔开；压力缓冲间18右侧在略低于管道9横管位置处设溢流口，使压力缓冲间18的水在暂存一定量后溢流进入集水井17。
集水井17中的净化后的水可回用于居民日常生活中打扫卫生、浇菜和浇花、洗车、施工等用水，整个农村分散式污水处理过程在居民家户门口进行，因此达到了实现生活污水原位处理、处理过程无能耗的目的。
测试数据三
应用实施例4中的系统和方法对华北地区某农村某单户某一天所产生的生活污水进行处理和水质检测，其处理效果如下表所示。
表3农村单户生活污水处理效果
Figure BDA0003710205880000231
通过实施例2-4对农村单户日产的生活污水连续进行一年的处理和监测，其处理结果可知，本发明设计的系统处理后出水水质完全满足于《城市污水再生利用城市杂用水水质》(GB/T 18920-2020)标准，可回用于生活中打扫卫生、浇菜和浇花、洗车、施工等用水，实现生活污水原位处理的目的。
因此，相较于其他常规农村散户污水处理的不同在于：本系统整个处理全过程没有泵的输送、机械设备等电能能耗，具有无能耗、低投资等优势，还能够达到污水原位处理的目的。
需要说明的是，实施例2-4中所处理的均来自于华北地区某农村某单户所产生的生活污水，且为同一批次。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种农村散户式污水原位处理系统，其特征在于，包括：降解型生物反应区，以及依次与所述降解型生物反应区连通的净化型生态反应区和净水汇集区；
其中，所述降解型生物反应区包括：储缓单元，以及与所述储缓单元连通的载体生物膜单元；
所述储缓单元为四棱台形，且底部的倾斜角度为10°-20°；
所述载体生物膜单元包括：支架和改良型纤维填料；所述支架设置有多个，且平行设置；所述改良型纤维填料悬挂在所述支架上；
所述净化型生态反应区包括：绿植区，以及位于所述绿植区底部的基质区；所述载体生物膜单元通过管道与所述基质区和所述绿植区连通；
所述净水汇集区包括：压力缓冲间和集水井；压力缓冲间位于所述净化型生态反应区和所述集水井之间。
2.根据权利要求1所述的一种农村散户式污水原位处理系统，其特征在于，还包括：滤筛板，所述滤筛板位于所述储缓单元的末端；
所述滤筛板为水力型结构，材质为金属，筛网孔径为0.2-0.5mm；
所述储缓单元的顶部设置有检修口；
所述改良型纤维填料包括PE中心绳和维纶醛化丝花束，所述维纶醛化丝花束采用十字的形式紧固在所述PE中心绳上，所述PE中心绳悬挂在所述支架上。
3.根据权利要求1所述的一种农村散户式污水原位处理系统，其特征在于，还包括：斜板和排泥槽；
所述斜板位于所述载体生物膜单元的底端，且所述斜板与底端夹角为15°-30°；
所述排泥槽位于所述斜板的末端。
4.根据权利要求1所述的一种农村散户式污水原位处理系统，其特征在于，所述净化型生态反应区包括基质区、绿植区和出水管；
其中，所述管道位于所述基质区和所述绿植区之间；且所述管道均匀布水至所述基质区；
所述基质区自上而下依次设置有：土壤层、石英砂滤料层、绿沸石层、陶粒滤料层、承托层；
所述出水管位于所述承托层的底端。
5.根据权利要求1或4所述的一种农村散户式污水原位处理系统，其特征在于，
所述管道包括横管和竖管，整体为T型结构，其所述竖管的进水口端深入所述载体生物膜单元的中下部，且所述竖管的末端高于水面；所述横管位于所述基质区和所述绿植区之间；
所述横管上设置有布水孔，所述布水孔交错排列，且相邻两孔夹角为90°，孔间距为20-50cm，孔径大小为10-15mm。
6.根据权利要求4所述的一种农村散户式污水原位处理系统，其特征在于，所述土壤层厚度为100-200mm，所述土壤层顶层距所述横管的距离为1-3cm；
所述石英砂滤料层的石英砂滤料粒径3-6mm，厚度为100-200mm；
所述绿沸石层的绿沸石粒径为3-6mm，厚度为100-200mm；
所述陶粒滤料层的陶粒滤料粒径为8-16mm，厚度为100-200mm；
所述承托层采用卵石，其卵石的粒径为16-25mm，厚度为50-80mm；
其中，所述石英砂滤料层、所述绿沸石层、所述陶粒滤料层上均附着有假单胞杆菌属、产碱杆菌属、黄杆菌属、硝化细菌和反硝化细菌；
所述绿植区选择种植油麦菜、空心菜和水芹。
7.根据权利要求5所述的一种农村散户式污水原位处理系统，其特征在于，还包括：穿孔墙，所述穿孔墙位于所述压力缓冲间和所述集水井之间；
所述穿孔墙上设置有溢流口，所述溢流口的高度低于所述横管的高度。
8.一种农村散户式污水原位处理方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)降解型生物反应区：污水通过进水管直接进入储缓单元，截留污水中的沉淀物后进入载体生物膜单元，去除污水中的呈胶体和溶解状态的有机性污染物质；
其中，污水在所述载体生物膜单元停留时间为8-10h；溶解氧为0.1-0.2mg/L，pH值控制在7.2-7.6；
(2)净化型生态反应区：经过步骤(1)处理的污水通过管道连通净化型生态反应区，且污水在净化型生态反应区先均匀布水再进行净化处理；
其中，所述污水在所述净化型生态反应区的停留时间为2-3d；
(3)净水汇集区：经过步骤(2)处理的污水进入压力缓冲间后溢流至集水井。
9.根据权利要求8所述的一种农村散户式污水原位处理方法，其特征在于，步骤(1)污水在所述进水管内的流速为0.8-1.0m/s，所述进水管的直径≥200mm；污水在所述储缓单元的流速为1.0-1.5m/s。
10.根据权利要求8所述的一种农村散户式污水原位处理方法，其特征在于，步骤(2)所述管道中水流流速控制在0.1-0.3m/s。
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