CN115010318A - 一种重力驱动的分散式农村污水处理系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种重力驱动的分散式农村污水处理系统，包括通过管道依次连通且呈阶梯状分布的格栅槽、厌氧槽、多级土壤渗滤系统及阶梯式潜流人工湿地；格栅槽用于滤除漂浮或悬浮污染物；厌氧槽用于在厌氧条件下降解大分子有机物；多级土壤渗滤系统用于去除氮磷及吸附并降解中小分子有机物；阶梯式潜流人工湿地用于去除水体中的富营养元素。本发明还公开了一种重力驱动的分散式农村污水处理方法。本发明充分利用地形特点，使得生态滤床的每个系统之间具有一定的高度差，从而由重力驱动水流，不需要额外的电力，为物理‑生物‑生态组合处理污水，实现了单一系统的优势互补。

Description

一种重力驱动的分散式农村污水处理系统及方法

技术领域

本发明涉及污水处理领域，特别涉及一种重力驱动的分散式农村污水处理系统及方法。

背景技术

目前，农村污水处理不同于城市及中小城镇，具有点多、面广、量小、分散等特点，面临管理水平低、建站和运行资金短缺等问题。这就导致农村没有完备的污水处理系统，分散式农村污水直接排放或者经过简单处理后排放至河流、池塘，导致了水体生态环境氮、磷富营养化，甚至造成水体发黑，散发臭味；若污水渗入地下，则会破坏土壤生态环境，造成土壤板结，间接造成农牧业经济损失。

传统化粪池是一种易于操作的技术，在农村地区被广泛采用。然而，处理后总悬浮固体、氨氮和总磷的浓度仍然很高。同时，处理过程中还会排放大量温室气体。除此之外，人工湿地作为一种生态污水处理技术也被广泛应用。人工湿地主要有潜流和表面流工湿地两种形式。虽然表面流人工湿地对化学需氧量和生化需氧量有较好的处理效果，但对氨氮和总磷的去除率有限且变化较大。此外，由于该系统是对大气开放的，因此气味和苍蝇的问题也是较难解决的。虽然相比于表面流人工湿地，潜流人工湿地具有更高的污染物去除效率，但在运行中也面临一些常见的问题，如控制复杂、堵塞等。一些集中式的污水处理的综合工艺由于需要电力驱动水流和曝气，且建设成本高，操作和维护复杂，所以从长期运营的角度来看，这对许多小型农村社区来说在经济上是不可行的。针对上述问题，我们提出一种重力驱动的分散式农村污水处理系统，它是一种物理-生物-生态组合处理系统，可以实现单一工艺的优劣互补，可以克服传统处理技术以及集中式的污水处理的综合工艺存在的大面积、去除效率低、易堵塞、能耗高等问题，具备有机物和氮磷的高效去除，并且抗冲击能力和液压负载率高，占地面积要求小，适应农村污水较为分散的特点，易于维护，低能耗，长寿命，无噪音和无气味，还利于景观的改善。

发明内容

本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种低能耗、长寿命、无噪音、无气味、改善景观的重力驱动的分散式农村污水处理系统及方法。

本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种重力驱动的分散式农村污水处理系统，包括通过管道依次连通且呈阶梯状分布的格栅槽、厌氧槽、多级土壤渗滤系统及阶梯式潜流人工湿地；格栅槽用于滤除漂浮或悬浮污染物；厌氧槽用于在厌氧条件下降解大分子有机物；多级土壤渗滤系统用于去除氮磷及吸附并降解中小分子有机物；阶梯式潜流人工湿地用于去除水体中的富营养元素。

进一步地，厌氧槽内设置多块交错布置的防止短流板，在厌氧槽内设有用于降解有机物并将氨氮转化为氮气的微生物；厌氧槽的进、出水口均接近槽底，在厌氧槽的出水管道设置阀门。

进一步地，多级土壤渗滤系统包括布水管道、通气管道及从上至下依次分布的土壤表层、粗砾石层、土壤模块与渗滤材料混铺层、渗滤排水层；至少一部分通气管道铺设在土壤模块与渗滤材料混铺层中；布水管道分布在粗砾石层中部，管道等距开孔；土壤表层用于种植植物；土壤模块与渗滤材料混铺层中，土壤模块用于吸附并降解中小颗粒有机物及将污水中的亚硝酸盐和硝酸盐转化为氮气，渗滤材料用于对氨氮、磷酸盐以及铁离子进行吸附，并将吸附的氨氮转化为亚硝酸盐；渗滤排水层铺设砾石，用于将从土壤模块与渗滤材料混铺层渗透的污水排出。

进一步地，土壤模块的材料包括土壤及以下一种或几种材料：沙子、锯末、木炭和铁颗粒。

进一步地，渗滤材料包括以下一种或几种材料：沸石、珍珠岩、砾石。

进一步地，阶梯式潜流人工湿地建立在边坡上，包括多层阶梯，在阶梯末端及相邻阶梯之间设置挡水墙；每层阶梯从上至下依次包括基质层、潜流排水层及防渗层；基质层用于吸附有机物，基质层上种植植物；植物用于吸收有机物；潜流排水层铺设砾石，用于将从基质层渗透的污水排出至下一阶梯；防渗层用于防止污水渗透。

进一步地，阶梯式潜流人工湿地建立在坡角为20～30°的边坡上，每层阶梯水平宽度为0.3～0.5m。

进一步地，基质层从上至下依次包括绿沸石层、黏土层和细砂层。

本发明还提供了一种重力驱动的分散式农村污水处理方法，设置通过管道依次连通且呈阶梯状分布的格栅槽、厌氧槽、多级土壤渗滤系统、阶梯式潜流人工湿地及蓄水池；采用格栅槽滤除漂浮或悬浮污染物；采用厌氧槽在厌氧条件下降解大分子有机物；采用多级土壤渗滤系统去除氮磷及吸附并降解中小分子有机物；采用阶梯式潜流人工湿地去除水体中的富营养元素；采用蓄水池储存处理后的污水。

进一步地，该方法包括：

通过封闭管道收集污水；

收集的污水通过管道进入格栅槽；格栅槽内设粗格栅和细格栅，采用粗格栅滤除较大颗粒的漂浮或悬浮污染物；采用细格栅滤除穿过粗格栅的较小颗粒悬浮物质；

通过格栅槽处理的污水进入厌氧槽；在厌氧槽内投放厌氧氨氧化菌、水解菌、酸化菌；通过水解菌、酸化菌将大分子有机物降解为小分子有机物；通过厌氧氨氧化菌将氨氮转化为氮气；

多级土壤渗滤系统设置布水管道、通气管道及从上至下依次分布的土壤表层、粗砾石层、土壤模块与渗滤材料混铺层、渗滤排水层；使至少一部分通气管道铺设在土壤模块与渗滤材料混铺层中；使布水管道分布在粗砾石层中部，管道等距开孔；土壤表层用于种植植物；土壤模块与渗滤材料混铺层中，土壤模块用于吸附并降解中小颗粒有机物及将污水中的亚硝酸盐和硝酸盐转化为氮气，渗滤材料用于对氨氮、磷酸盐以及铁离子进行吸附，并将吸附的氨氮转化为亚硝酸盐；在渗滤排水层铺设砾石，用于将从土壤模块与渗滤材料混铺层渗透的污水排出；通过厌氧槽处理的污水依次经过粗砾石层、土壤模块与渗滤材料混铺层后经渗滤排水层排出；

将阶梯式潜流人工湿地建立在边坡上，设置多层阶梯，在阶梯末端及相邻阶梯之间设置挡水墙；每层阶梯从上至下依次设置基质层、潜流排水层及防渗层；基质层用于吸附有机物，在基质层上种植植物；植物用于吸收有机物；在潜流排水层铺设砾石，用于将从基质层渗透的污水排出至下一阶梯；防渗层用于防止污水渗透；通过多级土壤渗滤系统处理的污水进入第一层阶梯的基质层，依次经过各层阶梯的基质层处理后，由各层阶梯的潜流排水层流入下一阶梯的基质层，直至从末端阶梯的潜流排水层汇聚后进入蓄水池；

蓄水池上部设置出水管；当蓄水池液位达到出水管位置后沿出水管流出。

本发明具有的优点和积极效果是：

1、污水处理系统占地面积小，建设与维护费用低，适应农村污水间歇分散式排放且难以统一收集的特点。

2、充分利用地形特点，使得生态滤床的每个系统之间具有一定的高度差，从而由重力驱动水流，不需要额外的电力。

3、粗格栅可以截阻大块的呈漂浮或悬浮状态的固体污染物，细格栅则可以去除穿过粗格栅的小颗粒悬浮物质，降低后续污水处理构筑物的运行负荷。

4、厌氧槽可以通过比重差分离油脂，并且在厌氧条件下，大分子有机物可以被降解为易生物降解的小分子有机物。此外，在厌氧氨氧化菌的作用下，氨氮还可以转化为氮气。

5、厌氧槽内设置的防止短流板，可以延长污水与活性污泥的接触时间，同时克服了传统厌氧池经常发生的短流现象，加强了厌氧处理的功效。

6、多级土壤渗滤系统中的土壤模块层为厌氧区，通常由土壤、沙子、锯末、木炭和铁颗粒组成。土壤模块为微生物提供栖息场所和有机物，包括土壤有机碳、锯末等，可以为生物降解，尤其是反硝化提供碳源；木炭以其极强的亲和力，可以吸附大量污染物。渗透层为好氧区，通常由较大尺寸的颗粒组成，如沸石，这有利于通过阳离子交换吸附氨氮。土壤模块中的铁离子可以在渗透层中形成氢氧化物，并促进通过沉淀去除磷酸盐。

7、阶梯型潜流湿地所选择的芦苇、香蒲、美人蕉等植物对氮磷具有很好的拦截效果，有效拦截水中的氮磷，降低出水中氮磷的浓度。

8、本发明的一种重力驱动的分散式农村污水处理系统，为物理-生物-生态组合处理系统，实现了单一系统的优势互补。

附图说明

图1为本发明的一种重力驱动的分散式农村污水处理系统的结构示意图。

图2为一种阶梯式潜流人工湿地组合系统结构示意图。

图中：1-格栅槽的污水进水口，2-格栅槽，3-粗格栅，4-细格栅，5-厌氧槽，6-厌氧槽的污水进水口，7-防止短流板，8-阀门，9-布水管道，10-土壤表层，11-土壤模块，12-渗滤材料，13-通气管道，14-渗滤排水层，15-植物，16-防渗层，17-基质层，18-挡水墙，19-出水端侧面挡墙，20-人工湿地的出水管道，21-进水端侧面挡墙，22-人工湿地的进水管道。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹列举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

请参见图1至图2，一种重力驱动的分散式农村污水处理系统，包括通过管道依次连通且呈阶梯状分布的格栅槽2、厌氧槽5、多级土壤渗滤系统及阶梯式潜流人工湿地；格栅槽2用于滤除漂浮或悬浮污染物；厌氧槽5用于在厌氧条件下降解大分子有机物；多级土壤渗滤系统用于去除氮磷及吸附并降解中小分子有机物；阶梯式潜流人工湿地用于去除水体中的富营养元素。

富营养元素是指引起水体富营养化的氮、磷等营养物质。

去除氮磷是指土壤模块11与渗滤材料12混铺层与土壤模块11层形成的好氧-厌氧区通过硝化与反硝化作用将氨氮、硝态氮和亚硝态氮转化为氮气，以及系统中材料对氮磷元素的吸附。

大分子有机物是指相对分子量较大，不能透过细胞膜，从而不能为细菌直接利用的有机物，如淀粉、纤维素、聚乙烯等。

中小分子有机物指是分子量很小的有机物，可被微生物直接利用吸收的有机物，如乙酸、乙烯等。

优选地，格栅槽2内可设有粗格栅3及细格栅4；粗格栅3可用于滤除较大颗粒的漂浮或悬浮污染物；细格栅4可用于滤除穿过粗格栅3的较小颗粒悬浮物质。

优选地，厌氧槽5内可设置多块交错布置的防止短流板7，在厌氧槽5内可设有用于降解有机物并将氨氮转化为氮气的微生物；厌氧槽5的进、出水口均可接近槽底，在厌氧槽5的出水管道可设置阀门8。阀门8优选电动阀门，厌氧槽5内可设置液位计，当液位计检测水位达到设定值时，启动电动阀门，污水可从厌氧槽5的出水口排出。

在厌氧槽5内可投放厌氧氨氧化菌、水解菌、酸化菌等微生物；通过水解菌、酸化菌将大分子有机物降解为易生物降解的小分子有机物；通过厌氧氨氧化菌将氨氮转化为氮气。

优选地，多级土壤渗滤系统可包括布水管道9、通气管道13及从上至下依次分布的土壤表层10、粗砾石层、土壤模块11与渗滤材料12混铺层、渗滤排水层14；至少一部分通气管道13铺设在土壤模块11与渗滤材料12混铺层中；布水管道9可分布在粗砾石层中部，管道等距开孔；土壤表层10可用于种植植物；土壤模块11与渗滤材料12混铺层中，土壤模块11可用于吸附并降解中小颗粒有机物及将污水中的亚硝酸盐和硝酸盐转化为氮气，渗滤材料12可用于对氨氮、磷酸盐以及铁离子进行吸附，并将吸附的氨氮转化为亚硝酸盐；渗滤排水层14可铺设砾石，可用于将从土壤模块11与渗滤材料12混铺层渗透的污水排出。

优选地，土壤模块11的材料可包括土壤及以下一种或几种材料：沙子、锯末、木炭和铁颗粒。土壤模块11中的各种材料或混合后制成模块，或分层或分区制成模块。

优选地，渗滤材料12可包括以下一种或几种材料：沸石、珍珠岩、砾石。沸石、珍珠岩、砾石或混合在一起铺设或分层铺设或分区域铺设。

土壤模块11散布在渗滤材料12中，优选均匀分布在渗滤材料12中。

优选地，阶梯式潜流人工湿地可建立在边坡上，可包括多层阶梯，在阶梯末端及相邻阶梯之间设置挡水墙18；每层阶梯可从上至下依次包括基质层17、潜流排水层及防渗层16；基质层17用于吸附有机物，基质层17上可种植植物15；植物15可用于吸收有机物；潜流排水层可铺设砾石，用于将从基质层17渗透的污水排出至下一阶梯；防渗层16用于防止污水渗透。

优选地，阶梯式潜流人工湿地可建立在坡角为20～30°的边坡上，每层阶梯水平宽度可为0.3～0.5m。

优选地，基质层17可从上至下依次包括绿沸石层、黏土层和细砂层。绿沸石层用于吸附氨氮；黏土层和细砂层则对Cu²⁺、Zn²⁺等金属离子以及农药等有机污染物有较好的吸附效果。

本发明还提供了一种重力驱动的分散式农村污水处理方法，设置通过管道依次连通且呈阶梯状分布的格栅槽2、厌氧槽5、多级土壤渗滤系统、阶梯式潜流人工湿地及蓄水池；采用格栅槽2滤除漂浮或悬浮污染物；采用厌氧槽5在厌氧条件下降解大分子有机物；采用多级土壤渗滤系统去除氮磷及吸附并降解中小分子有机物；采用阶梯式潜流人工湿地去除水体中的富营养元素；采用蓄水池储存处理后的污水。

优选地，该方法可包括：

通过封闭管道收集污水。

收集的污水通过管道进入格栅槽2；格栅槽2内可设粗格栅3和细格栅4，可采用粗格栅3滤除较大颗粒的漂浮或悬浮污染物；可采用细格栅4滤除穿过粗格栅3的较小颗粒悬浮物质。

通过格栅槽2处理的污水进入厌氧槽5；可在厌氧槽5内投放厌氧氨氧化菌、水解菌、酸化菌；可通过水解菌、酸化菌将大分子有机物降解为小分子有机物；可通过厌氧氨氧化菌将氨氮转化为氮气。

多级土壤渗滤系统可设置布水管道9、通气管道13及从上至下依次分布的土壤表层10、粗砾石层、土壤模块11与渗滤材料12混铺层、渗滤排水层14；可使至少一部分通气管道13铺设在土壤模块11与渗滤材料12混铺层中；可使布水管道9分布在粗砾石层中部，管道等距开孔；土壤表层10可用于种植植物；土壤模块11与渗滤材料12混铺层中，土壤模块11可用于吸附并降解中小颗粒有机物及将污水中的亚硝酸盐和硝酸盐转化为氮气，渗滤材料12可用于对氨氮、磷酸盐以及铁离子进行吸附，并将吸附的氨氮转化为亚硝酸盐；可在渗滤排水层14铺设砾石，用于将从土壤模块11与渗滤材料12混铺层渗透的污水排出；通过厌氧槽5处理的污水可依次经过粗砾石层、土壤模块11与渗滤材料12混铺层后经渗滤排水层14排出。

可将阶梯式潜流人工湿地建立在边坡上，可设置多层阶梯，在阶梯末端及相邻阶梯之间设置挡水墙18；每层阶梯从上至下依次可设置基质层17、潜流排水层及防渗层16；基质层17可用于吸附有机物，可在基质层17上种植植物15；植物15可用于吸收有机物；可在潜流排水层铺设砾石，用于将从基质层17渗透的污水排出至下一阶梯；防渗层16用于防止污水渗透；通过多级土壤渗滤系统处理的污水进入第一层阶梯的基质层17，依次经过各层阶梯的基质层17处理后，由各层阶梯的潜流排水层流入下一阶梯的基质层17，直至从末端阶梯的潜流排水层汇聚后进入蓄水池。

蓄水池上部可设置出水管；当蓄水池液位达到出水管位置后沿出水管流出。

下面以本发明的一个优选实施例来进一步说明本发明的结构、工作流程及工作原理：

请参见图1，图1为本发明的一种重力驱动的分散式农村污水处理系统的优选实施例。其中格栅槽2的长、宽、高，分别对应为0.7m、0.5m、0.5m，进、出水管路的管径均为10-12cm，出水管道直通厌氧槽5底部。

格栅槽的污水进水口1位于格栅槽2的左侧，格栅槽2的污水出水口位于格栅槽2的右侧，格栅槽2内左侧设有粗格栅3，右侧设有细格栅4。

厌氧槽的污水进水口6位于厌氧槽5的左侧，厌氧槽5的污水出水口位于厌氧槽5的右侧，厌氧槽5内设置防止短流板7。厌氧槽5的污水出水口处设置阀门8。厌氧槽5的长、宽、高，分别对应为1m、1.5m、1m，厌氧槽5内设置3块防止短流板7，每块板宽度均为1.3m，高度均为1m，板与板交错放置，相邻两板之间距离0.3m。

多级土壤渗滤系统包括布水管道9、通气管道13及从上至下依次分布的土壤表层10、粗砾石层、土壤模块11与渗滤材料12混铺层、渗滤排水层14；其长、宽、高，分别对应为2m、1m、1m。在土壤表层10以下5cm处的粗砾石层中部有一条布水管道9，布水管道9管径为5cm，每隔12cm设置一个出水口。土壤模块11与渗滤材料12混铺层中，土壤模块11由土壤、沙子、锯末、木炭和铁颗粒混合制成模块，土壤模块11中，土壤、沙子、锯末、木炭和铁颗粒重量比为10:6:2:1:1；土壤模块11与渗滤材料12混铺层中的渗滤材料12由粒径为10-15mm的沸石组成，系统最下层为5cm的渗滤排水层14。

将阶梯式潜流人工湿地建立在边坡上，可设置多层阶梯，在阶梯末端及相邻阶梯之间设置挡水墙18；可在每层阶梯的左侧设置人工湿地的进水管道22及进水端侧面挡墙21；在每层阶梯的右侧设置人工湿地的出水管道20及出水端侧面挡墙19。在每层阶梯从上至下依次可设置基质层17、潜流排水层及防渗层16；阶梯式潜流人工湿地建立在坡角为25°，坡长为2.5m的边坡上，坡上设置4层阶梯，每层湿地水平长度为0.4m。区域最底层为厚度为2cm的防渗层16，其上为3cm的潜流排水层，潜流排水层上方填充绿沸石、黏土和细砂，构成基质层17，三种填料层厚度相同，总厚度为10cm-13cm，填料填充至距挡水墙18上沿3cm左右，湿地上植物15的铺设密度为50株/m²。

将污水处理系统，根据地形坡度进行安置，由高到低的地形坡度为系统内部的水流提供了水力梯度。

上述系统的工作流程如下：

(1)污水首先经过长0.7m宽0.5m高0.5m的格栅槽2，对水中大块以及小颗粒的呈漂浮或悬浮状态的固体污染物先后进行截留，并且有效减缓了水体的流速，以减轻后续处理系统的处理负荷；

(2)随后经过预处理后的污水通过管道进入厌氧槽5的污泥净化区域，此时，污水并不会快速流过厌氧污泥净化区域，而是会被防止短流板7进行初步阻挡，在多个防止短流板7之间所形成的通道内进行流动，充分延长接触时间和接触面积，提高污泥净水的效果。厌氧槽5底部设置有利用水压实现存排水功能的水控装置，水控装置设置阀门8，连接通往多级土壤渗滤系统的布水管道9，待槽内污水达到一定高度，水控装置开启，污水进入多级土壤渗滤系统。

(3)多级土壤渗滤系统的布水管道9分布在多级土壤渗滤系统上方，均匀开孔，使得污水在多级土壤渗滤系统内均匀分布。土壤模块11与渗滤材料12混铺层中的土壤模块11为厌氧区，一方面有机物可以通过疏水效应、填孔效应和特定官能团吸附在土壤模块11的填料上；另一方面，污水中的有机物可以被厌氧微生物进一步降解。土壤模块11与渗滤材料12混铺层中的渗滤材料12部分为好氧区，渗滤材料12部分可以改善水的分散和分布，增强空气流动，减少堵塞的风险，还能够有效的去除氨氮和磷酸盐。污水经过多级土壤渗滤系统的处理后由底部的管道收集，通过径流和渗透作用流入到阶梯型湿地系统中。

(4)进入阶梯型湿地系统中的污水，在芦苇、香蒲、美人蕉等水生植物，绿沸石、黏土和煤渣填料层的协同作用下有效去除水体中氮、磷等富营养元素。经过阶梯式湿地系统处理后的水从末端阶梯的挡水墙18的出水管进入蓄水池，随着液位逐渐升高，达到限值后沿管道流入河流中。

其工作原理：

农村生活污水通过地下和封闭管道收集，收集后的污水随管道进入格栅槽2，格栅槽2内分布有粗格栅3和细格栅4。粗格栅3主要用于截阻大块的呈漂浮或悬浮状态的固体污染物，细格栅4则主要用于去除穿过粗格栅3的小颗粒悬浮物质，降低后续污水处理构筑物的运行负荷。通过格栅槽2的污水，受重力作用进入位置较低的厌氧槽5。油脂在厌氧槽5内可通过比重差分离，并且在厌氧条件下，大分子有机物可以被降解为易生物降解的小分子有机物。此外，厌氧槽5内的厌氧氨氧化菌还可以以亚硝酸盐为电子受体，将氨氮转化为氮气。在厌氧槽5中经过处理的污水，在厌氧槽5底部通过排水管道，继续流向位置更低的多级土壤渗滤系统。多级土壤渗滤系统内的布水管道9分布在系统上方的粗砾石层的中部，管道等距开孔，使得污水可以均匀进入多级土壤渗滤系统。多级土壤渗滤系统内，土壤模块11与渗滤材料12混铺层中，其渗滤材料12由沸石、珍珠岩、砾石等大颗粒材料组成，其土壤模块11由土壤作为主要填充物，混合粒径相对较小的沙子、锯末、木炭和铁颗粒。此时污水中大分子有机物已被降解，中小有机颗粒可以通过渗滤材料12的疏水效应及空隙填充，使特定官能团吸附在土壤模块11的土壤颗粒上。同时，污水中的有机物还可以被多级土壤渗滤系统内的微生物进一步降解。而由于多级土壤渗滤系统兼具有氧和厌氧环境，亚硝酸盐和硝酸盐可以通过反硝化作用在系统中转化为氮。在通过土壤模块11与渗滤材料12混铺层中的渗滤材料12时，氨氮可以通过离子交换吸附在沸石上。在多级土壤渗滤系统中间铺设通气管道13，由于来自管道的空气可以分布在渗滤材料12的沸石层中，吸附的氨氮可以通过硝化作用进一步转化为亚硝酸盐。还可通过聚磷生物及铁离子对磷酸盐进行固定，使得多级土壤渗滤系统对总磷也有很好的去除效果。随后，污水进入阶梯式潜流人工湿地内。

阶梯式潜流人工湿地建立在边坡上，包括多层阶梯，在阶梯末端及相邻阶梯之间设置挡水墙18；每层阶梯从上至下依次包括基质层17、潜流排水层及防渗层16；阶梯式潜流人工湿地最下层为防渗层16，上方为均匀砾石组成的潜流排水层，而基质层17则位于潜流排水层上方由绿沸石、黏土、细砂组成；最上层为生长在基质层17上的植物层，植物层包括芦苇、香蒲、花叶芦荻、菖蒲、再力花、美人蕉。这些植物耐污染能力强、并可以有效去除水体中的富营养元素。经过阶梯式潜流人工湿地处理后的水从末端阶梯的出水管进入蓄水池，随着液位逐渐升高，达到限值后沿管道流出。

本发明专利是一种用于处理农村污水的重力驱动的分散式污水处理系统，将格栅槽2、厌氧槽5、多级土壤渗滤系统和阶梯式人工潜流湿地根据地形坡度进行组合，该组合减少了动力驱动装置，且在前期增加了水力停留时间，保证各个处理过程中都有充分的时间进行降解反应，最终通过多次物理、化学和生物反应，将污水充分处理，处理后的水体中，有机物及氮磷等富营养物质显著下降。且该系统总体占地面积小，管网维护与建设费用较低、外部环境影响较小，适应农村污水间歇分散式排放且难以统一收集的特点。

以上所述的实施例仅用于说明本发明的技术思想及特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够理解本发明的内容并据以实施，不能仅以本实施例来限定本发明的专利范围，即凡本发明所揭示的精神所作的同等变化或修饰，仍落在本发明的专利范围内。

Claims (10)

1.一种重力驱动的分散式农村污水处理系统，其特征在于，包括通过管道依次连通且呈阶梯状分布的格栅槽、厌氧槽、多级土壤渗滤系统及阶梯式潜流人工湿地；格栅槽用于滤除漂浮或悬浮污染物；厌氧槽用于在厌氧条件下降解大分子有机物；多级土壤渗滤系统用于去除氮磷及吸附并降解中小分子有机物；阶梯式潜流人工湿地用于去除水体中的富营养元素。

2.根据权利要求1所述的重力驱动的分散式农村污水处理系统，其特征在于，厌氧槽内设置多块交错布置的防止短流板，在厌氧槽内设有用于降解有机物并将氨氮转化为氮气的微生物；厌氧槽的进、出水口均接近槽底，在厌氧槽的出水管道设置阀门。

3.根据权利要求1所述的重力驱动的分散式农村污水处理系统，其特征在于，多级土壤渗滤系统包括布水管道、通气管道及从上至下依次分布的土壤表层、粗砾石层、土壤模块与渗滤材料混铺层、渗滤排水层；至少一部分通气管道铺设在土壤模块与渗滤材料混铺层中；布水管道分布在粗砾石层中部，管道等距开孔；土壤表层用于种植植物；土壤模块与渗滤材料混铺层中，土壤模块用于吸附并降解中小颗粒有机物及将污水中的亚硝酸盐和硝酸盐转化为氮气，渗滤材料用于对氨氮、磷酸盐以及铁离子进行吸附，并将吸附的氨氮转化为亚硝酸盐；渗滤排水层铺设砾石，用于将从土壤模块与渗滤材料混铺层渗透的污水排出。

4.根据权利要求3所述的重力驱动的分散式农村污水处理系统，其特征在于，土壤模块的材料包括土壤及以下一种或几种材料：沙子、锯末、木炭和铁颗粒。

5.根据权利要求3所述的重力驱动的分散式农村污水处理系统，其特征在于，渗滤材料包括以下一种或几种材料：沸石、珍珠岩、砾石。

6.根据权利要求1所述的重力驱动的分散式农村污水处理系统，其特征在于，阶梯式潜流人工湿地建立在边坡上，包括多层阶梯，在阶梯末端及相邻阶梯之间设置挡水墙；每层阶梯从上至下依次包括基质层、潜流排水层及防渗层；基质层用于吸附有机物，基质层上种植植物；植物用于吸收有机物；潜流排水层铺设砾石，用于将从基质层渗透的污水排出至下一阶梯；防渗层用于防止污水渗透。

7.根据权利要求6所述的重力驱动的分散式农村污水处理系统，其特征在于，阶梯式潜流人工湿地建立在坡角为20～30°的边坡上，每层阶梯水平宽度为0.3～0.5m。

8.根据权利要求6所述的重力驱动的分散式农村污水处理系统，其特征在于，基质层从上至下依次包括绿沸石层、黏土层和细砂层。

9.一种重力驱动的分散式农村污水处理方法，其特征在于，设置通过管道依次连通且呈阶梯状分布的格栅槽、厌氧槽、多级土壤渗滤系统、阶梯式潜流人工湿地及蓄水池；采用格栅槽滤除漂浮或悬浮污染物；采用厌氧槽在厌氧条件下降解大分子有机物；采用多级土壤渗滤系统去除氮磷及吸附并降解中小分子有机物；采用阶梯式潜流人工湿地去除水体中的富营养元素；采用蓄水池储存处理后的污水。

10.根据权利要求9所述的重力驱动的分散式农村污水处理方法，其特征在于，该方法包括：

通过封闭管道收集污水；

收集的污水通过管道进入格栅槽；格栅槽内设粗格栅和细格栅，采用粗格栅滤除较大颗粒的漂浮或悬浮污染物；采用细格栅滤除穿过粗格栅的较小颗粒悬浮物质；

通过格栅槽处理的污水进入厌氧槽；在厌氧槽内投放厌氧氨氧化菌、水解菌、酸化菌；通过水解菌、酸化菌将大分子有机物降解为小分子有机物；通过厌氧氨氧化菌将氨氮转化为氮气；

多级土壤渗滤系统设置布水管道、通气管道及从上至下依次分布的土壤表层、粗砾石层、土壤模块与渗滤材料混铺层、渗滤排水层；使至少一部分通气管道铺设在土壤模块与渗滤材料混铺层中；使布水管道分布在粗砾石层中部，管道等距开孔；土壤表层用于种植植物；土壤模块与渗滤材料混铺层中，土壤模块用于吸附并降解中小颗粒有机物及将污水中的亚硝酸盐和硝酸盐转化为氮气，渗滤材料用于对氨氮、磷酸盐以及铁离子进行吸附，并将吸附的氨氮转化为亚硝酸盐；在渗滤排水层铺设砾石，用于将从土壤模块与渗滤材料混铺层渗透的污水排出；通过厌氧槽处理的污水依次经过粗砾石层、土壤模块与渗滤材料混铺层后经渗滤排水层排出；

将阶梯式潜流人工湿地建立在边坡上，设置多层阶梯，在阶梯末端及相邻阶梯之间设置挡水墙；每层阶梯从上至下依次设置基质层、潜流排水层及防渗层；基质层用于吸附有机物，在基质层上种植植物；植物用于吸收有机物；在潜流排水层铺设砾石，用于将从基质层渗透的污水排出至下一阶梯；防渗层用于防止污水渗透；通过多级土壤渗滤系统处理的污水进入第一层阶梯的基质层，依次经过各层阶梯的基质层处理后，由各层阶梯的潜流排水层流入下一阶梯的基质层，直至从末端阶梯的潜流排水层汇聚后进入蓄水池；

蓄水池上部设置出水管；当蓄水池液位达到出水管位置后沿出水管流出。

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