CN115304219A - 一种适用于农村污水处理的一体化设备及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于农村污水处理的一体化设备，沿着污水水流方向依次设置厌氧折流反应区、多级垂直折流人工湿地及土壤渗滤区等，本发明还公开了一种适用于农村污水的处理方法，实现对污水中的COD、总氮、总磷的分步去除，可以大大提升处理效率，同时尽量采用农村现有的废弃资源作为一体化设备中的处理填料的原材料，提高资源二次利用效率，通过设置取水口，可实现对多级垂直折流人工湿地内部污水处理效果进行监测，使强化层中植物碳源和磷吸附填料的布置与更换，更为方便、精准和科学。运行过程中几乎无需额外动力，成本低，可持续运行效果好，而且水稻和蔬菜还可以增加部分农民的经济收益。

Description

一种适用于农村污水处理的一体化设备及方法

技术领域

本发明涉及农村污水处理技术领域，尤其涉及一种适用于农村污水处理的一体化设备，还涉及一种适用于农村污水的处理方法。

背景技术

近年来，随着农村经济快速增长，我国农村居民生活水平不断提高，同时农村水环境问题也日益凸显，而农村污染物排放量已占全国污染物排放量的一半，其中化学需氧量(COD)、总氮(TN)和总磷(TP)是主要的污染物。但农村资源较分散，污水集中收集处理的设施不完善，类似城市市政污水处理厂的集中污水处理设施对于人口密度较低、人口居住分散的农村地区来说是不适宜的，同时缺乏专业的设施运营和后期维护。

目前，适宜农村地区的分散式污水处理技术多以化粪池、人工湿地及土壤渗滤系统等为主，在实际工程中，可采用集成式的一体化设备进行处理。但是，人工湿地及土壤渗滤系统对总氮(TN)、总磷(TP)的处理效果并不稳定，而且由于化粪池存在，有机物在厌氧阶段已经大量分解，人工湿地、土壤渗滤系统中的反硝化脱氮反应，由于缺乏碳源进行的并不彻底，导致脱氮效果不佳，而污水中总磷的去除主要是依靠填料的吸附作用，填料需要定期更换，更换难度大。

因此，针对上述问题，有必要提出一种适用于农村污水处理的一体化设备，可以有效地解决一体化设备脱氮除磷效果不稳定的缺点，并可以很好的利用农村的废弃资源，方便对设备内部水处理情况惊喜监测，运行简单方便，成本低、可持续效果好。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述现有技术的上述不足，提供一种适用于农村污水处理的一体化设备，还提供一种适用于农村污水的处理方法，能够在实现农村污水总氮及总磷分阶段进行有效净化，并可以有效利用农村的废弃资源，获得一定的经济收益。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

一种适用于农村污水处理的一体化设备，包括箱体，箱体内部由前隔墙与后隔墙依次分隔为厌氧折流反应区、多级垂直折流人工湿地和土壤渗滤区，厌氧折流反应区和多级垂直折流人工湿地之间通过前连通管相互连通，多级垂直折流人工湿地和土壤渗滤区之间通过后连通管互相连通，厌氧折流反应区与进水口连接，土壤渗滤区与出水口连接，盖板设置在厌氧折流反应区上方，水稻浮岛设置在多级垂直折流人工湿地上方。

如上所述厌氧折流反应区由多个溢流中隔板依次分隔为多级厌氧反应子区，溢流中隔板顶部和盖板之间留有溢流间距，厌氧反应子区内由折流板分隔为下行厌氧反应通道和上行厌氧反应通道，折流板底部与箱体底部保持设定的反应区底部间距，折流板顶部与盖板连接，上行厌氧反应通道内设置有悬浮填料，上一级厌氧反应子区的上行厌氧反应通道和下一级厌氧反应子区的下行厌氧反应通道通过溢流中隔板顶部溢流连通，第一级厌氧反应子区的下行厌氧反应通道的顶部对应的箱体侧壁设置有进水口。

如上所述悬浮填料包括棉质衣物以及包裹在棉质衣物中的稻草秸秆。

如上所述多级垂直折流人工湿地内由多个中隔板分隔为多级湿地单元，每个湿地单元内由隔板分隔为下行湿地和上行湿地，隔板与箱体底部保持设定的湿地底部间距，下行湿地和上行湿地均包括自下至上依次设置的卵石层、强化层、砾石层和砂层，下行湿地和上行湿地的砂层上方均设置有水稻浮岛，上一级湿地单元的上行湿地与下一级湿地单元的下行通道之间通过中隔板顶部的中连通管连通。

如上所述强化层包括多个强化填料件，强化填料件包括填料空心筒，填料空心筒两端密封穿出箱体且端口设置有橡胶盖，填料空心筒内填充有强化填料，位于箱体内的填料空心筒的侧壁上设置有过水孔，为便于定期对设备内部污水的污染物含量进行监测，填料空心筒密封穿出箱体的端部设置有取样口，取样口处设置有止水阀。

如上所述下行湿地的填料空心筒内填充的强化填料为植物碳源，上行湿地的填料空心筒内填充的强化填料为磷吸附填料，根据监测数据可对强化层的强化填料的类型进行更换，操作简单方便。

如上所述植物碳源为农林废弃物秸秆、树皮、花生壳、丝瓜络中的一种或者多种；磷吸附填料为钢渣、粉煤灰、铁屑及铁尾矿的一种或者多种。

如上所述土壤渗滤区包括自上至下设置的土壤层和中粗砂层，为提高土地资源使用效率，土壤层顶部种植有蔬菜，土壤层内的不同高度设置有废弃砖块，土壤渗滤区位于中粗砂层的侧壁设置有出水口。

如上所述折流板下部朝上行厌氧反应通道倾斜且与水平面保持45°夹角。

一种适用于农村污水的处理方法，利用上述一种适用于农村污水处理的一体化设备，包括以下步骤：

在取样口处定期采样监测C/N比，当C/N比低于3时，在上行湿地和下行湿地中的强化层的填料空心筒内的强化填料全部替换为植物碳源；

在设定时间，将强化层的填料空心筒内的强化填料部分取出，并通过取样口向填料空心筒内鼓入空气。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1、对脱氮除磷分阶段进行处理，处理效果好。本发明将农村污水中脱氮、除磷两个薄弱环节分开进行处理，可以将多级折流垂直人工湿地脱氮效果较好和土壤渗滤系统除磷效果好、水稻浮岛既吸收氮磷又可作为补充碳源，三者优势互补，提高对总氮、总磷的去除效率。

2、对农村废弃资源利用率高；本发明中使用的填料几乎全都采用农村现有的废弃资源，设置水稻浮岛、在土壤渗滤区种植蔬菜等，可以很好的提高土地资源使用效率，同时又可以作为填料的原料来源，还可以获取部分经济效益。

3、方便对设备内部的污水水处理效果进行监测，碳源补充十分方便。本发明中设置的取样口，可以定期对设备内部污水的污染物含量进行监测，了解装置内部污水处理效果，而且可以根据监测数据对强化层的强化填料的类型进行更换，操作简单方便。

4、运行成本低，防堵塞效果好，可持续运行效果好。本发明基本上无动力，对于易堵塞的多级折流垂直人工湿地，可选择将强化层的强化填料取出后鼓入空气，可有效缓解堵塞情况，提升一体化设备的可持续运行时间。

附图说明

图1为本发明的剖面图；

图2为本发明的人工湿地剖面图；

图3为强化层的立面图；

图4为水稻浮岛的剖面图；

图5为种植床的平面图。

图中：1、箱体，11、前隔墙，12、后隔墙，13、进水口，14、盖板，15、前连通管，16、中连通管，17、后连通管，18、出水口，2、厌氧折流反应区，21、折流板，22、悬浮填料，23、溢流中隔板，3、多级垂直折流人工湿地，31、隔板，32、中隔板，33、砂层，34、砾石层，35、强化层、351、橡胶盖，352、过水孔，353、取样口，354、止水阀，355、填料空心筒，36、植物碳源，37、磷吸附填料，38、卵石层，4、水稻浮岛，41、水稻，42、种植床，43、碎石填料，44、圆孔，5、土壤渗滤区，51、蔬菜，52、土壤层，53、废弃砖块，54、中粗砂层。

具体实施方式

为了便于本领域普通技术人员理解和实施本发明，下面结合实例对本发明作进一步的详细描述，此处所描述的实施示例仅用于说明和解释本发明，并非是对本发明的限制。

实施例1：

一种适用于农村污水处理的一体化设备，包括箱体1，箱体1内部由前隔墙11与后隔墙12依次分隔为厌氧折流反应区2、多级垂直折流人工湿地3和土壤渗滤区5，厌氧折流反应区2和多级垂直折流人工湿地3之间通过前连通管15相互连通，多级垂直折流人工湿地3和土壤渗滤区5之间通过后连通管17互相连通，生活污水由进水口13进入箱体1，依次经过厌氧折流反应区2、多级垂直折流人工湿地3和土壤渗滤区5后，由出水口18排出；盖板14设置在厌氧折流反应区2上方，水稻浮岛4设置在多级垂直折流人工湿地3上方；厌氧折流反应区2水力停留时间为8h-10h；多级垂直折流人工湿地3水力停留时间为12h～24h；土壤渗滤区5水力停留时间为10h～12h。

其中，厌氧折流反应区2由多个溢流中隔板23依次分隔为多级厌氧反应子区，溢流中隔板23顶部和盖板14之间留有溢流间距，厌氧反应子区内由折流板21分隔为下行厌氧反应通道和上行厌氧反应通道，折流板21底部与箱体1底部保持设定的反应区底部间距，反应区底部间距作为下行厌氧反应通道和上行厌氧反应通道的厌氧反应过水通道，折流板21顶部与盖板14连接，使得每个厌氧反应子区内，下行厌氧反应通道和上行厌氧反应通道仅仅通过厌氧反应过水通道连通，上行厌氧反应通道内设置有悬浮填料22，上一级厌氧反应子区的上行厌氧反应通道和下一级厌氧反应子区的下行厌氧反应通道，通过溢流中隔板23顶部溢流连通，第一级厌氧反应子区的下行厌氧反应通道的顶部对应的箱体1侧壁设置有进水口13，优选的折流板21底部与箱体1底部之间的反应区底部间距为30cm～40cm；溢流中隔板23顶部与盖板14之间的距离为20cm～30cm；悬浮填料22由洗净的棉质衣物内部包裹稻草秸秆组成，通过固定绳固定于折流板21与溢流中隔板23之间且位于上行厌氧反应通道中部，折流板21下部朝上行厌氧反应通道倾斜且与水平面保持45°夹角。

多级垂直折流人工湿地3内由多个中隔板32分隔为多级湿地单元，每个湿地单元内由隔板31分隔为下行湿地和上行湿地，隔板31与箱体1底部保持设定的湿地底部间距，上述湿地底部间距作为下行湿地和上行湿地的过水通道，下行湿地和上行湿地均包括自下至上依次设置的卵石层38、强化层35、砾石层34和砂层33，下行湿地和上行湿地的砂层33上方均设置有水稻浮岛4，上一级湿地单元的上行湿地与下一级湿地单元的下行通道之间通过中隔板32顶部的中连通管16连通，强化层35包括多个强化填料件，强化填料件包括填料空心筒355，填料空心筒355两端密封穿出箱体1且端口设置有橡胶盖351，填料空心筒355内填充有强化填料，位于箱体1内的填料空心筒355的侧壁上设置有过水孔352，填料空心筒355密封穿出箱体1的端部设置有取样口353，取样口353处设置有止水阀354。下行湿地的填料空心筒355内填充的强化填料为植物碳源36，上行湿地的填料空心筒355内填充的强化填料为磷吸附填料37。

多级垂直折流人工湿地3深度为1.2m～1.5m，隔板31底部与箱体1之间的湿地底部间距为15cm～20cm，中隔板32底部与箱体1底部相连，在中隔板32上部设置有中连通管16，中连通管16与砂层33顶面的垂直距离为10cm～15cm；卵石层38的粒径范围为8cm-10cm，砾石层34的粒径范围为3cm-8cm，砂层33的粒径范围为0.5cm-3cm，强化层35呈圆柱形，长度大于箱体1的宽度。

植物碳源36为农林废弃物秸秆、树皮、花生壳、丝瓜络中的一种或者多种；所述磷吸附填料37为钢渣、粉煤灰、铁屑及铁尾矿的一种或者多种。

在取样口353处定期采样监测C/N比(碳氮比)，当C/N比低于3时，在上行湿地和下行湿地中的强化层35的填料空心筒355内的强化填料全部替换为植物碳源36；强化层35的填料空心筒355内的强化填料可定期取出部分强化填料，通过取样口353向填料空心筒355内鼓入空气，促进老化生物膜脱落，提升多级垂直折流人工湿地3防堵塞性能。

水稻浮岛4包括水稻41、种植床42及碎石填料43；所述种植床42底部设置有圆孔44，与砂层33距离为15cm～20cm，种植床42内设置有碎石填料43，碎石填料43上种植有水稻41。

土壤渗滤区5包括自上至下设置的土壤层52和中粗砂层54，土壤层52顶部种植有蔬菜51，所述蔬菜51为空心菜、芹菜中的一种或者多种，土壤层52内的不同高度设置有废弃砖块53，土壤渗滤区5位于中粗砂层54的侧壁设置有出水口18；所述土壤渗滤区5的深度为1m～1.2m，所述中粗砂层54厚度为15cm～20cm，所述中粗砂层的粒径范围是1cm-3cm。

进水口13位于厌氧折流反应区2的上部，所述出水口18与土壤渗滤区5的下部连通，进一步的，出水口18与中粗砂层54的中部连通。所述进水口13、前连通管15、中连通管16、后连通管17及出水口18顺着水流方向，高程依次降低。

本发明沿着污水处理的水流路径，依次设置厌氧折流反应区2、多级垂直折流人工湿地3和土壤渗滤区5，分别对COD、总氮、总磷进行去除。利用厌氧折流反应区2对生活污水中COD良好的去除性能，首先实现对COD的降解，而折流板21下部与水平面保持45°夹角，可以有效提高污泥在反应器中的停留时间，减少污泥流失，确保细菌细胞与污染物充分接触，从而提高反应器的处理效能，采取由洗净的棉质衣物内部包裹稻草秸秆组成悬浮填料22，可以很好的对生活污水中的油脂进行吸附；

其次，利用多级垂直折流人工湿地3对生活污水进行脱氮，但人工湿地脱氮主要依靠微生物的厌氧反硝化作用，本发明在多级垂直折流人工湿地3的下部厌氧区域设置，可以投加植物碳源36的强化层35，可以很好的提高脱氮效果，并且设置有取样口353可以通过数据变化趋势情况，合理设置强化层35中植物碳源36或磷吸附填料37的布置，植物碳源36或磷吸附填料37的更换简单方便；

本发明选择将水稻浮岛4设置在多级垂直折流人工湿地3的上方，一方面是利用水稻41在生长过程中对氮磷的吸收作用，去除部分氮磷，二是水稻41秸秆可以作为油脂吸附、植物碳源的原材料，三是增加部分经济收益。

最终，依靠土壤渗滤区5对磷吸附效果好的优点，对生活污水中的总磷进行去除，将土壤渗滤区5的深度设定在1m～1.2m，是为了保证最佳的磷去除效果，废弃砖块53存在，在提升对磷的去除效果的同时，也可以提高土壤渗滤区5的防堵塞性能；将出水口18设置在土壤渗滤区5的底部，由于农村生活污水排放具有昼夜交替不连续的特性，土壤渗滤区5在处于干湿交替运行状态，也有助于缓解堵塞，提升去除性能。

需要指出的是，本发明中所描述的具体实施例仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例作各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (10)

1.一种适用于农村污水处理的一体化设备，包括箱体(1)，其特征在于，箱体(1)内部由前隔墙(11)与后隔墙(12)依次分隔为厌氧折流反应区(2)、多级垂直折流人工湿地(3)和土壤渗滤区(5)，厌氧折流反应区(2)和多级垂直折流人工湿地(3)之间通过前连通管(15)相互连通，多级垂直折流人工湿地(3)和土壤渗滤区(5)之间通过后连通管(17)互相连通，厌氧折流反应区(2)与进水口(13)连接，土壤渗滤区(5)与出水口(18)连接，盖板(14)设置在厌氧折流反应区(2)上方，水稻浮岛(4)设置在多级垂直折流人工湿地(3)上方。

2.根据权利要求1所述一种适用于农村污水处理的一体化设备，其特征在于，所述厌氧折流反应区(2)由多个溢流中隔板(23)依次分隔为多级厌氧反应子区，溢流中隔板(23)顶部和盖板(14)之间留有溢流间距，厌氧反应子区内由折流板(21)分隔为下行厌氧反应通道和上行厌氧反应通道，折流板(21)底部与箱体(1)底部保持设定的反应区底部间距，折流板(21)顶部与盖板(14)连接，上行厌氧反应通道内设置有悬浮填料(22)，上一级厌氧反应子区的上行厌氧反应通道和下一级厌氧反应子区的下行厌氧反应通道通过溢流中隔板(23)顶部溢流连通，第一级厌氧反应子区的下行厌氧反应通道的顶部对应的箱体(1)侧壁设置有进水口(13)。

3.根据权利要求2所述一种适用于农村污水处理的一体化设备，其特征在于，所述悬浮填料(22)包括棉质衣物以及包裹在棉质衣物中的稻草秸秆。

4.根据权利要求1所述一种适用于农村污水处理的一体化设备，其特征在于，所述多级垂直折流人工湿地(3)内由多个中隔板(32)分隔为多级湿地单元，每个湿地单元内由隔板(31)分隔为下行湿地和上行湿地，隔板(31)与箱体(1)底部保持设定的湿地底部间距，下行湿地和上行湿地均包括自下至上依次设置的卵石层(38)、强化层(35)、砾石层(34)和砂层(33)，下行湿地和上行湿地的砂层(33)上方均设置有水稻浮岛(4)，上一级湿地单元的上行湿地与下一级湿地单元的下行通道之间通过中隔板(32)顶部的中连通管(16)连通。

5.根据权利要求4所述一种适用于农村污水处理的一体化设备，其特征在于，所述强化层(35)包括多个强化填料件，强化填料件包括填料空心筒(355)，填料空心筒(355)两端密封穿出箱体(1)且端口设置有橡胶盖(351)，填料空心筒(355)内填充有强化填料，位于箱体(1)内的填料空心筒(355)的侧壁上设置有过水孔(352)，填料空心筒(355)密封穿出箱体(1)的端部设置有取样口(353)，取样口(353)处设置有止水阀(354)。

6.根据权利要求5所述一种适用于农村污水处理的一体化设备，其特征在于，所述下行湿地的填料空心筒(355)内填充的强化填料为植物碳源(36)，上行湿地的填料空心筒(355)内填充的强化填料为磷吸附填料(37)。

7.根据权利要求6所述一种适用于农村污水处理的一体化设备，其特征在于，所述植物碳源(36)为农林废弃物秸秆、树皮、花生壳、丝瓜络中的一种或者多种；所述磷吸附填料(37)为钢渣、粉煤灰、铁屑及铁尾矿的一种或者多种。

8.根据权利要求1所述一种适用于农村污水处理的一体化设备，其特征在于，所述土壤渗滤区(5)包括自上至下设置的土壤层(52)和中粗砂层(54)，土壤层(52)顶部种植有蔬菜(51)，土壤层(52)内的不同高度设置有废弃砖块(53)，土壤渗滤区(5)位于中粗砂层(54)的侧壁设置有出水口(18)。

9.根据权利要求1所述一种适用于农村污水处理的一体化设备，其特征在于，所述折流板(21)下部朝上行厌氧反应通道倾斜且与水平面保持45°夹角。

10.一种农村污水处理方法，利用权利要求6所述一种适用于农村污水处理的一体化设备，其特征在于，包括以下步骤：

在取样口(353)处定期采样监测C/N比，当C/N比低于3时，在上行湿地和下行湿地中的强化层(35)的填料空心筒(355)内的强化填料全部替换为植物碳源(36)；

在设定时间，将强化层(35)的填料空心筒(355)内的强化填料部分取出，并通过取样口(353)向填料空心筒(355)内鼓入空气。

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