CN115716698B - 一种农村生活污水处理系统和净化方法 - Google Patents

一种农村生活污水处理系统和净化方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于农村生活污水处理技术领域。本发明提供了一种农村生活污水处理系统，所述农村生活污水处理系统包含沉淀池、厌氧池、好氧池和净化槽；厌氧池为两段式厌氧池，好氧池为两段式好氧池。本发明还提供了农村生活污水处理系统对农村生活污水的净化方法。本发明的厌氧池、好氧池和净化槽协同作用，显著提高了农村生活污水的磷、氮、氨氮和有机物的去除率。本发明的方法工艺简单，建造方便，适宜于农村分散生活污水处理，能够对农村生活污水进行就地处理，还具有环境生态效益。

Description

一种农村生活污水处理系统和净化方法
技术领域
本发明涉及农村生活污水处理技术领域，尤其涉及一种农村生活污水处理系统和净化方法。
背景技术
农村人口相对不集中，受自然条件和地势的限制，生活污水极其不容易收集，不能采取集中处理的方式。大多数农村生活污水直接排放至沟壑、河流，有的只是经过化粪池简单处理就直接排放，直接影响周边环境。未经处理的农村生活污水不仅对饮用水水源地产生潜在威胁，同时也是江河湖泊富营养化的重要原因。
农村生活污水主要来源分为三方面，一是厨房污水，含有米糠菜屑、动植物脂肪、盐、醋酸、碘等多种元素，特别是农村肉类食品及油类使用量的增加，使农村生活污水成分正在朝着不利于净化处理的方向发展。二是生活洗涤污水，含有大量化学成分，洗衣粉的大量使用加重了水中磷负荷的问题。三是如厕水，含有大量有机物的同时，也为有害菌的滋生创造了条件。农村生活污水排放分散的特点导致难以集中收集处理，铺设管网难度大、费用高。
目前，针对农村生活污水处理的主要技术方法有：人工湿地、土壤地下渗滤、稳定塘或蚯蚓生态滤池等。这些技术的应用在一定程度上缓和了水体水质恶化，但并未彻底改善农村生活污水随意排放状况，并且上述技术存在工程量大、投资高、运维成本高等不足。近几年出现膜法处理农村生活污水，其主要工艺为生物接触氧化+MBR膜+消毒。该处理工艺出水水质不经沉淀即可达到排放要求，出水水质好。但是MBR膜本身为一种高价值的材料，设备运行必须严格按照操作规章进行，定期进行清洗。生物膜使用寿命标准状况下为2～3年，实际使用中能用2年的很少，后期更换费用昂贵。
因此，提供一种运行稳定、处理效率高、出水水质达标、成本低的农村生活污水处理系统及净化方法，具有重要的意义。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足提供一种农村生活污水处理系统和对农村生活污水的净化方法。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种农村生活污水处理系统，所述农村生活污水处理系统包含沉淀池、厌氧池、好氧池和净化槽；
所述厌氧池为两段式厌氧池，好氧池为两段式好氧池。
作为优选，第一段厌氧池中投加聚磷菌，聚磷菌的浓度为3×107～8×107个/mL。
作为优选，第二段厌氧池中投加稻壳活性炭和反硝化细菌，反硝化细菌附着在稻壳活性炭上形成生物膜，生物膜的厚度为0.4～1cm。
作为优选，第一段好氧池和第二段好氧池中投加硝化细菌，硝化细菌的质量独立的为第一段好氧池和第二段好氧池中污水质量的2～5％。
作为优选，净化槽为两层层体结构，上层为吸附层，下层为填料层；所述吸附层包含活性炭、膨胀珍珠岩和秸秆，所述填料层包含粘土红砖和铁尾矿。
作为优选，所述活性炭、膨胀珍珠岩和秸秆的质量比为5～10：5～10：30～40；吸附层的厚度为40～60cm；所述粘土红砖和铁尾矿的质量比为3～5：1～3；填料层的厚度为15～25cm。
作为优选，活性炭、膨胀珍珠岩和秸秆的粒径独立的为0.05～0.15cm；粘土红砖和铁尾矿的粒径独立的为0.8～2cm。
本发明还提供了所述的农村生活污水处理系统对农村生活污水的净化方法，将农村生活污水顺次经沉淀池、第一段厌氧池、第一段好氧池、第二段厌氧池、第二段好氧池、净化槽进行净化，得到净化的农村生活污水。
作为优选，沉淀池的水力停留时间为5～7h，第一段厌氧池和第二段厌氧池的水力停留时间独立的为5～7h，第一段好氧池和第二段好氧池的水力停留时间独立的为6～8h，净化槽的水力停留时间为4～6h。
本发明的有益效果包括以下几点：
1)本发明的厌氧池、好氧池和净化槽协同作用，显著提高了农村生活污水的磷、氮、氨氮和有机物的去除率。本发明的方法工艺简单，建造方便，适宜于农村分散生活污水处理，能够对农村生活污水进行就地处理，还具有环境生态效益。
2)本发明的好氧池和厌氧池的菌种能够保证农村生活污水处理系统中微生物群落结构的多样性和有效菌群数量，厌氧池和好氧池显著提高了除磷和脱氮的效率，第一段好氧池降解有机物和氧化氨氮成硝酸根，第二段厌氧池的反硝化反应去除第一段好氧池产生的硝酸根，大大降低了农村生活污水的硝酸液回流量，节能降耗，提高了脱氮效率。
具体实施方式
本发明提供了一种农村生活污水处理系统，所述农村生活污水处理系统包含沉淀池、厌氧池、好氧池和净化槽；
所述厌氧池为两段式厌氧池，好氧池为两段式好氧池。
本发明中，沉淀池呈倒梯形结构，由沉淀池进水口、沉淀池出水口、栅格网、贮泥池、出泥口组成，沉淀池的底部有倾斜角，倾斜角为30度，栅格网倾斜15度。栅格网用来阻挡漂浮物、颗粒物及油污，定期从沉淀池中清理出漂浮物、油污和颗粒物。
本发明中，第一段厌氧池中优选投加聚磷菌，聚磷菌的浓度优选为3×107～8×107个/mL，进一步优选为4×107～7×107个/mL，更优选为5×107～6×107个/mL。
本发明中，聚磷菌在厌氧池内脱磷-聚磷，当聚磷菌随生活污水进入后续的好氧池内时，由于通过氧化环境后的聚磷菌的聚磷能力得到提升，有利于好氧环境中除磷。
本发明中，第二段厌氧池中优选投加稻壳活性炭和反硝化细菌，反硝化细菌附着在稻壳活性炭上形成生物膜，生物膜的厚度优选为0.4～1cm，进一步优选为0.5～0.9cm，更优选为0.6～0.8cm。
本发明中，反硝化细菌为本领域公知的市售反硝化细菌，优选为反硝化杆菌、斯氏杆菌或萤气极毛杆菌。
本发明的生物膜增加了反硝化细菌与农村生活污水中悬浮物的接触，促使第一段厌氧池和第一段好氧池中未去除的小颗粒悬浮固体在此过程中充分沉降，生物膜的形成增大了生物反应界面，微生物脱氮除磷效果增强。
本发明中，稻壳活性炭的制备工艺优选包含如下步骤：将稻壳和氯化锌溶液混合后进行炭化活化，得到炭化活化产物，将炭化活化产物进行细化处理，得到稻壳活性炭。
本发明中，稻壳和氯化锌溶液的质量比优选为3：1～2，进一步优选为3：1.5；氯化锌溶液的质量分数优选为30～40％，进一步优选为32～38％，更优选为34～36％；炭化活化的步骤优选为将混合物顺次在115～125℃下干燥30～50min、450～480℃下煅烧40～60min，进一步优选为将混合物顺次在118～122℃下干燥35～45min、460～470℃下煅烧45～55min；煅烧优选在氮气气氛下进行，氮气的流量不作具体限定，保证无氧环境即可；稻壳活性炭的粒径优选为120～180μm，进一步优选为140～160μm，更优选为150μm。
本发明中，稻壳活性炭中孔隙作为反硝化细菌生长繁殖的场所，有利于反硝化细菌挂膜生长，提高脱氮能力，处理污水效果好，效率高；稻壳活性炭利用农业废弃物稻壳经活化剂活化制备得到，富含中孔和微孔结构，比表面积大，具有很强的吸附能力。
本发明中，第一段好氧池和第二段好氧池中优选投加硝化细菌，硝化细菌的质量独立的优选为第一段好氧池和第二段好氧池中污水质量的2～5％，进一步优选为第一段好氧池和第二段好氧池中污水质量的3～4％。
本发明中，硝化细菌为本领域公知的市售硝化细菌。
本发明中，好氧池内优选增设曝气装置，曝气时间优选每24h曝气5～8h，进一步优选每24h曝气6～7h，为微生物的好氧反应提供氧源。
本发明中，净化槽优选为两层层体结构，上层优选为吸附层，下层优选为填料层；所述吸附层优选包含活性炭、膨胀珍珠岩和秸秆，所述填料层优选包含粘土红砖和铁尾矿。
本发明中，所述活性炭、膨胀珍珠岩和秸秆的质量比优选为5～10：5～10：30～40，进一步优选为6～9：6～9：32～38，更优选为7～8：7～8：34～36；吸附层的厚度优选为40～60cm，进一步优选为45～55cm，更优选为48～52cm；活性炭、膨胀珍珠岩和秸秆的粒径独立的优选为0.05～0.15cm，进一步优选为0.08～0.12cm，更优选为0.1cm。
本发明中，所述粘土红砖和铁尾矿的质量比优选为3～5：1～3，进一步优选为3.5～4.5：1.5～2.5，更优选为4：2；填料层的厚度优选为15～25cm，进一步优选为17～23cm，更优选为19～20cm；粘土红砖和铁尾矿的粒径独立的优选为0.8～2cm，进一步优选为1～1.6cm，更优选为1.2～1.4cm。
本发明中，沉淀池和第一段厌氧池之间，第二段好氧池和净化槽之间均通过水管连接，厌氧池和好氧池质之间竖立溢流板，第一段厌氧池中的污水通过溢流进入第一段好氧池，第一段好氧池中的污水通过溢流进入第二段厌氧池，第二段厌氧池中的污水通过溢流进入第二段好氧池。
本发明还提供了所述的农村生活污水处理系统对农村生活污水的净化方法，将农村生活污水顺次经沉淀池、第一段厌氧池、第一段好氧池、第二段厌氧池、第二段好氧池、净化槽进行净化，得到净化的农村生活污水。
本发明中，沉淀池的水力停留时间优选为5～7h，进一步优选为5.5～6.5h，更优选为6h；第一段厌氧池和第二段厌氧池的水力停留时间独立的优选为5～7h，进一步优选为5.5～6.5h，更优选为6h；第一段好氧池和第二段好氧池的水力停留时间独立的优选为6～8h，进一步优选为6.5～7.5h，更优选为7h；净化槽的水力停留时间优选为4～6h，进一步优选为4.5～5.5h，更优选为5h。
下面结合实施例对本发明提供的技术方案进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例和对比例中的农村生活污水均选自贵州省某农村生活污水，实施例和对比例中农村生活污水的成分和含量相同；生活污水中CODr为297mg/L，总P含量为15.14mg/L，总N含量为43.4mg/L，氨氮(游离态氨)含量为40.5mg/L。
实施例1
将50L农村生活污水通入沉淀池，沉淀池的水力停留时间为5h，然后污水通过水管流入第一段厌氧池(水力停留时间为7h)，第一段厌氧池中的污水通过溢流顺次进入第一段好氧池(水力停留时间为8h)、第二段厌氧池(水力停留时间为5h)、第二段好氧池(水力停留时间为6h)，最后通过水管进入净化槽(水力停留时间为4h)。
第一段厌氧池中投加浓度为4×107个/mL的聚磷菌，第二段厌氧池中投加附着反硝化杆菌的稻壳活性炭(稻壳活性炭的粒径为130μm)，反硝化杆菌在稻壳活性炭上形成厚度为0.5cm的生物膜。稻壳活性炭的制备工艺为将质量比为3:1的稻壳和氯化锌水溶液(质量分数为32％)混合，混合物在118℃下干燥45min后在460℃、氮气气氛下煅烧55min，得到炭化活化产物，将炭化活化产物进行粉碎处理。
第一段好氧池和第二段好氧池中投加硝化细菌，硝化细菌的质量分别为第一段好氧池和第二段好氧池中污水质量的2.5％，第一段好氧池和第二段好氧池增设曝气装置，每24h曝气时间为6h。净化槽上层结构为吸附层，下层结构为填料层，吸附层由质量比为6：6：32的颗粒活性炭、膨胀珍珠岩和玉米秸秆组成，吸附层的厚度为45cm，颗粒活性炭、膨胀珍珠岩和玉米秸秆的粒径均为0.08cm；填料层由质量比为3.5:1.5的粘土红砖和铁尾矿组成，填料层的厚度为17cm，粘土红砖和铁尾矿的粒径均为1cm。
实施例1得到的生活污水中CODr为45mg/L，总P含量为1.68mg/L，总N含量为6.45mg/L，氨氮(游离态氨)含量为5.36mg/L。
实施例2
将50L农村生活污水通入沉淀池，沉淀池的水力停留时间为7h，然后污水通过水管流入第一段厌氧池(水力停留时间为5h)，第一段厌氧池中的污水通过溢流顺次进入第一段好氧池(水力停留时间为6h)、第二段厌氧池(水力停留时间为7h)、第二段好氧池(水力停留时间为8h)，最后通过水管进入净化槽(水力停留时间为6h)。
第一段厌氧池中投加浓度为7×107个/mL的聚磷菌，第二段厌氧池中投加附着斯氏杆菌的稻壳活性炭(稻壳活性炭的粒径为170μm)，斯氏杆菌在稻壳活性炭上形成厚度为0.8cm的生物膜。稻壳活性炭的制备工艺为将质量比为3：2的稻壳和氯化锌水溶液(质量分数为38％)混合，混合物在122℃下干燥35min后在480℃、氮气气氛下煅烧45min，得到炭化活化产物，将炭化活化产物进行粉碎处理。
第一段好氧池和第二段好氧池中投加硝化细菌，硝化细菌的质量分别为第一段好氧池和第二段好氧池中污水质量的4.5％，第一段好氧池和第二段好氧池增设曝气装置，每24h曝气时间为8h。净化槽上层结构为吸附层，下层结构为填料层，吸附层由质量比为9：9：38的颗粒活性炭、膨胀珍珠岩和玉米秸秆组成，吸附层的厚度为55cm，颗粒活性炭、膨胀珍珠岩和玉米秸秆的粒径均为0.13cm；填料层由质量比为2:1的粘土红砖和铁尾矿组成，填料层的厚度为23cm，粘土红砖和铁尾矿的粒径均为1.6cm。
实施例2得到的生活污水中CODr为42mg/L，总P含量为1.72mg/L，总N含量为6.58mg/L，氨氮(游离态氨)含量为5.25mg/L。
实施例3
将50L农村生活污水通入沉淀池，沉淀池的水力停留时间为6h，然后污水通过水管流入第一段厌氧池(水力停留时间为6h)，第一段厌氧池中的污水通过溢流顺次进入第一段好氧池(水力停留时间为7h)、第二段厌氧池(水力停留时间为6h)、第二段好氧池(水力停留时间为7h)，最后通过水管进入净化槽(水力停留时间为5h)。
第一段厌氧池中投加浓度为5×107个/mL的聚磷菌，第二段厌氧池中投加附着反硝化杆菌的稻壳活性炭(稻壳活性炭的粒径为150μm)，反硝化杆菌在稻壳活性炭上形成厚度为0.7cm的生物膜。稻壳活性炭的制备工艺为将质量比为3:1.5的稻壳和氯化锌水溶液(质量分数为35％)混合，混合物在120℃下干燥40min后在470℃、氮气气氛下煅烧50min，得到炭化活化产物，将炭化活化产物进行粉碎处理。
第一段好氧池和第二段好氧池中投加硝化细菌，硝化细菌的质量分别为第一段好氧池和第二段好氧池中污水质量的3.5％，第一段好氧池和第二段好氧池增设曝气装置，每24h曝气时间为7h。净化槽上层结构为吸附层，下层结构为填料层，吸附层由质量比为7：8：35的颗粒活性炭、膨胀珍珠岩和玉米秸秆组成，吸附层的厚度为50cm，颗粒活性炭、膨胀珍珠岩和玉米秸秆的粒径均为0.1cm；填料层由质量比为4:2.5的粘土红砖和铁尾矿组成，填料层的厚度为20cm，粘土红砖和铁尾矿的粒径均为1.4cm。
实施例3得到的生活污水中CODr为40mg/L，总P含量为1.62mg/L，总N含量为6.28mg/L，氨氮(游离态氨)含量为5.09mg/L。
对比例1
省去实施例3中的稻壳活性炭和吸附层中的玉米秸秆，第二段厌氧池中直接投加反硝化杆菌；第一段厌氧池的水力停留时间为3h，吸附层的厚度为30cm，省去第一段好氧池和第二段好氧池中的曝气装置，其他条件和实施例3相同。
对比例1得到的生活污水中CODr为58mg/L，总P含量为5.02mg/L，总N含量为9.15mg/L，氨氮(游离态氨)含量为7.69mg/L。
对比例2
省去实施例3中的第二段厌氧池和第二段好氧池，第二段好氧池中硝化细菌的质量为污水质量的8％，填料层省去粘土红砖，填料层的厚度为40cm，其他条件和实施例3相同。
对比例2得到的生活污水中CODr为62mg/L，总P含量为5.62mg/L，总N含量为10.23mg/L，氨氮(游离态氨)含量为7.98mg/L。
由实施例和对比例可知，本发明的农村生活污水处理系统和净化方法能够显著降低污水中的有机物含量、总磷含量、总氮含量和氨氮含量，本发明的污水处理系统的各装置和净化方法中的工艺参数是相互联系的整体，改变其中任意一个装置和工艺参数，均会导致农村生活污水处理效果下降。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种农村生活污水处理系统，其特征在于，所述农村生活污水处理系统包含沉淀池、厌氧池、好氧池和净化槽；
所述厌氧池为两段式厌氧池，好氧池为两段式好氧池；
净化槽为两层层体结构，上层为吸附层，下层为填料层；所述吸附层包含活性炭、膨胀珍珠岩和秸秆，所述填料层包含粘土红砖和铁尾矿；
所述的农村生活污水处理系统对农村生活污水的净化方法，将农村生活污水顺次经沉淀池、第一段厌氧池、第一段好氧池、第二段厌氧池、第二段好氧池、净化槽进行净化，得到净化的农村生活污水；
第一段厌氧池中投加聚磷菌，聚磷菌的浓度为3×107~8×107个/mL；
第二段厌氧池中投加稻壳活性炭和反硝化细菌，反硝化细菌附着在稻壳活性炭上形成生物膜，生物膜的厚度为0.4~1cm；
第一段好氧池和第二段好氧池中投加硝化细菌，硝化细菌的质量独立的为第一段好氧池和第二段好氧池中污水质量的2~5%。
2.根据权利要求1所述的农村生活污水处理系统，其特征在于，所述活性炭、膨胀珍珠岩和秸秆的质量比为5~10：5~10：30~40；吸附层的厚度为40~60cm；所述粘土红砖和铁尾矿的质量比为3~5：1~3；填料层的厚度为15~25cm。
3.根据权利要求1或2所述的农村生活污水处理系统，其特征在于，活性炭、膨胀珍珠岩和秸秆的粒径独立的为0.05~0.15cm；粘土红砖和铁尾矿的粒径独立的为0.8~2cm。
4.权利要求1~3任意一项所述的农村生活污水处理系统对农村生活污水的净化方法，其特征在于，将农村生活污水顺次经沉淀池、第一段厌氧池、第一段好氧池、第二段厌氧池、第二段好氧池、净化槽进行净化，得到净化的农村生活污水。
5.根据权利要求4所述的净化方法，其特征在于，沉淀池的水力停留时间为5~7h，第一段厌氧池和第二段厌氧池的水力停留时间独立的为5~7h，第一段好氧池和第二段好氧池的水力停留时间独立的为6~8h，净化槽的水力停留时间为4~6h。
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