CN1305780C - 一种四段式分散住户生活污水处理系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种四段式分散住户生活污水处理系统，属于生活污水处理领域。本系统包括厌氧池和缺氧池，生活污水通过厌氧池后进行分流，一部分通过好氧渗滤沟的处理进入缺氧池，其余的直接进入缺氧池，通过缺氧池处理后的污水进入潜流湿地，由潜流湿地的出水可直接排入水体。经过本系统处理过的水体出水水质达到GB 18918-2002城镇污水处理厂污染物排放标准一级标准的B标准。解决了分散居住区的生活污水处理问题。本发明可使得污水就地处理，处理过程无耗能。
Description
一、技术领域
本发明涉及一种生活污水处理方法，更具体的说是一种四段式分散住户生活污水处理系统。
二、背景技术
随着经济的不断发展，农村的城市化进程加快，人民生活水平提高，使得生活污水的数量和浓度都大大提高了，进而导致村镇水体受到富营养化污染，表现为水草疯长，水体发臭。以小城镇建设发展较快的太湖地区为例，大量小城镇生活污水未经处理汇入太湖，已经导致太湖受到富营养化污染，据统计汇入太湖的污染有63.89％来自太湖流域城镇生活污水。在我国广大小城镇，居民住宅往往依地势、水体而分布，比较分散，污水不易收集。因此，发展适合于分散的小城镇住户的污水治理技术已成为当务之急。此外，随着旅游业的迅速发展，大量的休假村、疗养院等分散居住地区也需要简单易行、就地处理的生活污水处理方法。
活性污泥法是传统的二级生活污水处理技术，在全世界被广泛采用。该方法脱氮效率不理想，只有10～20％。在此基础上发展了具有脱氮功能的反硝化脱氮活性污泥法工艺，如Wuhrmann工艺，其流程为好氧池——缺氧池——沉淀池。在好氧反应池主要进行含碳有机物的氧化、氨氮的硝化，缺氧反应池的作用是反硝化脱氮。该工艺有两个缺点，一是由于反硝化过程缺少碳源，二是污水进入系统的第一级就进行好氧反应，为满足有机物的去除，能耗就高。如果用于小城镇农户还有一个缺点是好氧池的好氧过程需要耗能。
土地处理作为一种污水处理方法，其投资运行费用低，无疑是适用于土地资源丰富的小城镇，旅游区、疗养院等分散居住地区的。人工湿地属于污水土地处理范畴，近年来，在我国的研究和应用逐年增多，城市污水土地处理利用设计手册(高拯民等，中国标准出版社，1991年)公开了一些相关的应用和设计，其中在日本农村有广泛的应用地下毛管渗滤系统做为一种污水土地处理系统。而单纯采用人工湿地或地下毛管渗滤系统，其脱氮效率只能达到60％左右(吴晓磊，环境科学，1995；16(3)：83-86)。
一种生活污水处理系统(专利号：00133498.0)公开了一种生活污水处理系统，由生物净化氧化池和漫流净化槽、蓄水池组台构成，生物净化氧化池上部设置有植物净化水层，在净化水层上栽种植物。该专利主要用于少量集中的生活污水的处理，设计相对复杂，需要耗费一定的能量。
三、发明内容
1、要解决的技术问题
针对Wuhrmann工艺的缺点：一是由于反硝化过程缺少碳源，二是污水进入系统的第一级就进行好氧反应，为满足有机物的去除，能耗就高；用于小城镇农户中好氧池的好氧过程需要耗能。本发明提供了一种四段式分散住户生活污水处理系统，将Wuhrmann工艺、地下毛管渗滤系统以及人工湿地三者糅合到一起，提出了一种适合分散居住区的污水就地处理系统，可以使得投资较少、运行无能耗并且处理效果好。
2、技术方案
本发明对Wuhrmann工艺进行了改进，即(1)在整个流程前设置厌氧池从而降低好氧段的负荷；(2)厌氧池出水分流一部分直接进入缺氧池为反硝化过程提供碳源；(3)改进传统的地下毛管渗滤系统为好氧型渗滤沟，代替Wuhrmann工艺中的好氧池，从而用土地处理方式实现了好氧过程。最后在改进的Wuhrmann工艺之后再串联人工湿地，提高系统的抗冲击负荷，确保系统出水的质量。其技术方案如下：
一种四段式分散住户生活污水处理系统，包括厌氧池和缺氧池，生活污水通过厌氧池后进行分流，一部分通过好氧渗滤沟的处理进入缺氧池，其余的直接进入缺氧池，通过缺氧池处理后的污水进入潜流湿地，由潜流湿地的出水可直接排入水体。
室内的厨房废水、粪便污水及洗浴废水等全部生活污水通过管道进入厌氧池，在厌氧池停留1天以上。厌氧池有多种形式：包括二格化粪池、三格化粪池、出水口设有简易格栅的普通粪尿储存池。厌氧池体积与服务人数、人均用水量及污水停留时间有关。在厌氧池，污水经厌氧发酵作用，其中的有机物得到初步分解，降低了污染物负荷。对于一般居住区，厌氧池已经存在，不用投资建造。
厌氧池污水出水分两路，其中一路进入好氧渗滤沟。污水在好氧渗滤沟中通过砾石层的再分布，在配置土壤毛细作用下向四周非饱和渗滤，通过土壤的物理阻留、土壤吸收吸附、微生物分解利用以及植物吸收等一系列作用，污水中的部分有机物被氧化去除，氨氮被转化为硝氮，磷酸盐大部分被炉渣吸附然后形成化学沉淀而除去，少部分被植物吸收。污水经过土壤渗滤后，一方面靠重力流入排水管，另一方面经蒸散进入大气。好氧渗滤沟是本系统的关键设施。好氧渗滤沟进水来自厌氧池，出水进入缺氧池。
好氧渗滤沟(见图2、图3)坡度0.5～2％，底部平面呈倒三角形，集水宽度为0.8～1.2米，高度为0.8～1.2米(不包括冻土层厚度)，长度和处理水量有关，其负荷为70～150升/米·天。好氧渗滤沟横截剖面由下往上由防渗层、排水层(兼通气层)、渗滤层、布水槽层、绿化层五部分组成：
a)防渗层：由聚氯乙烯薄膜或油毡等构成，铺在渗滤沟的地面和侧面，其作用是防止污水向两侧和地下渗漏。
b)排水层(兼通风暴气层)：由直径为20～40mm的砾石(卵石)组成。经渗滤沟处理后的水在石子孔隙中经出水口管道(图中左侧管道)流入缺氧池。空气从出水口管道进入，经过石子孔隙与水体逆向流过，从渗滤沟的另一侧经垂直地面的管道自然通风排出。
c)渗滤层：由15～25％炉渣，3～10％泥炭(或锯末，稻壳)和当地土壤混合组成孔隙比较高的通气土壤。渗滤层和排水层连接处设“隔离层”，由可透水的无纺布构成，以防止上层土壤下落填人砾石层，破坏排水层正常排水。
d)布水槽层：布水槽设在整个渗滤沟的几何中部。上面开口，剖面呈U形。布水槽宽度为渗滤沟宽度的25-35％，深80～120mm。布水槽内填直径为10～25mm的砾石，所述砾石上铺可透水的无纺布与上层土壤隔开。化粪池污水进入布水槽后，在砾石孔隙均匀分布，然后向上经无纺布缓缓地渗到周围的土壤中。布水槽材质可以采用预制混凝土或PVC。
e)绿化层：可以种蔬菜或草坪，其作用是吸收氮磷、增大蒸散能力，阻止雨水造成土壤流失、美化环境。绿化层表面高出地面10-20cm，且中间高于边沿，目的一是减少雨水渗入，二是增大表面积，从而提高蒸散能力，提高污水向上非饱和渗透的势能。
一种四段式分散住户生活污水处理系统，生活污水通过厌氧池后进行分流，一部分通过好氧渗滤沟的处理进入缺氧池，其余的直接进入缺氧池，通过缺氧池处理后的污水进入潜流湿地，由潜流湿地的出水可直接排入水体；好氧渗滤沟由下往上由防渗层、排水层、渗滤层、绿化层四部分组成，布水槽层分布在渗滤层的中间，好氧渗滤沟的坡度为0.5～2％，底部平面呈倒三角形，集水宽度为0.8～1.2米，高度为0.8～1.2米；防渗层由聚氯乙烯薄膜或油毡构成，铺在好氧渗滤沟的地面和侧面；排水层由直径为20～40mm的砾石组成；渗滤层为由15～25％炉渣，3～10％泥炭和土壤混合组成，渗滤层和排水层连接处设由可透水的无纺布构成的隔离层；布水槽宽度为渗滤沟宽度的25～35％，深80～120mm，内填直径为10～25mm的砾石，所述砾石上铺可透水的无纺布与上层土壤隔开；绿化层表面高出地面10-20cm，且中间高于边沿。
以上两种技术方案中由厌氧池直接进入缺氧池的出水占厌氧池总出水的10～30％。
为了提高脱氮功能，在好氧渗滤沟后段连接缺氧池。缺氧池是不透水的混凝土池，为了保持池内水体的缺氧环境，缺氧池上部要用混凝土板盖住，同时盖板应该留小孔用于反硝化氮气排出。缺氧池进水包括两部分，其一是好氧渗滤沟出水，其二是用以提供碳源的厌氧池出水，这部分出水占总出水的10～30％。污水在此停留5～7小时后，溢流进入下一个单元。缺氧池有效容积为厌氧池体积的20～25％为佳。
潜流湿地是指人工湿地污水处理系统，其组成是下层铺放颗粒碎石、上层覆盖土壤，在土壤上种植物，这实际上是一种独特的土壤——植物——微生物系统。在碎石、土壤颗粒表面形成一层生物膜，生物膜上的微生物参与污水净化的各个过程。这个系统结合了生物膜法和自然净化的特点，将微生物和植物的净化能力结合在一起，成为一个高效净化系统。湿地槽一般呈条状，长宽比大于3，湿地槽处理水量和湿地槽有效容积有关。由下到上由四部分构成：
a)防渗层：湿地槽底部需要防渗聚乙烯膜。
b)碎石层：约30cm厚，碎石粒径：4～50mm。
c)土壤层：约20cm厚。
d)植物层：土壤层上必须种特定植物(要求根系泌氧能力强，植物吸收氮磷能力强)如：香蒲、芦苇、灯心草、茭白、菖蒲、水芹菜等。
3、有益效果
经过本系统处理过的水体出水水质达到GB 18918-2002城镇污水处理厂污染物排放标准一级标准的B标准(等级最高的标准)，即COD、氨氮、总氮、总磷分别小于50mg/L、8mg/L、15mg/L、0.5mg/L。出水可以排入GB3838地表水III类功能水域、GB3097海水二类功能水域和湖、库等封闭或半封闭水域。解决了分散居住区的生活污水处理问题。该污水处理系统具有以下显著的优点：(1)污水就地处理，不用收集，减少基建费用；(2)处理过程无耗能，无需专人维护看管，没有运行费用；(3)出水水质好，常规水质指标达到GB 18918-2002城镇污水处理厂污染物排放标准一级标准的B标准；(4)不仅COD、氨氮、总磷去除效果好，而且反硝化脱氮使得总氮去除效率大大提高；(5)不对地下水造成污染。本系统在进行污水处理的同时，可以收获蔬菜，美化居住环境，农户易接受推广。
四、附图说明
图1为本发明工艺流程图；
图2为好氧渗滤沟横剖面图；
图3为好氧渗滤沟纵剖面图；
图4为实施例1的平面布置图；
图5为实施例3的平面布置图。
五、具体实施方式
以下通过实施例进一步说明本发明
实施例1
某五口之家农户建造了四段式生活污水处理系统。系统设计处理污水能力为1吨/天，服务人口5人。整个系统分布在房屋阴面，污水采用自流方式，不用提供动力。全部生活污水首先进入体积为1立方米的第一段厌氧池，厌氧池出水的COD、氨氮、总氮、总磷浓度分别为95～250mg/L、20～50mg/L、31～62mg/L、2～5mg/L。厌氧池出水80％进入第二段好氧渗滤沟(好氧渗滤沟长度为5米，表面种植茭白)，经处理后进入第三段缺氧池，厌氧池出水的另外20％直接进入第三段缺氧池提供碳源。第三段缺氧池出水进入第四段人工湿地(长5米，宽1米，湿地植物为水芹菜)。第四段湿地出水COD、氨氮、总氮、总磷浓度分别为23～30mg/L、2.2～3.4mg/L、3.0～5.5mg/L、0.02～0.09mg/L，达到了GB18918-2002城镇污水处理厂污染物排放标准一级标准B标准。
好氧渗滤沟坡度1％，底部平面呈倒三角形，利于集水宽度为1米，高度为1米(不包括冻土层厚度)，长度5米，其负荷为100升/米·天。好氧渗滤沟横剖面由下往上由防渗层1、排水层(兼通气层)2、渗滤层3、布水槽层4、绿化层5五部分组成：
1)防渗层1：由聚氯乙烯薄膜构成，铺在渗滤沟的地面和侧面，其作用是防止污水向两侧和地下渗漏。
2)排水层(兼通风暴气层)2：由直径为20～40mm的砾石(卵石)组成。经渗滤沟处理后的水在石子孔隙中经出水口管道(图中左侧管道)流入缺氧池。空气从出水口管道进入，经过石子孔隙与水体逆向流过，从渗滤沟的另一侧经垂直地面的管道自然通风排出。
3)渗滤层3：由15～25％炉渣，3～10％泥炭(或锯末，稻壳)和当地土壤混合组成孔隙比较高的通气土壤。渗滤层和排水层连接处设“隔离层”，由可透水的无纺布6构成，以防止上层土壤下落填人砾石层，破坏排水层正常排水。
4)布水槽层4：布水槽设在整个渗滤沟的几何中部。上面开口，剖面呈U形。布水槽宽度为渗滤沟宽度的25-35％，深80～120mm。布水槽内填直径为10～25mm的砾石，所述砾石上铺可透水的无纺布6与上层土壤隔开。化粪池污水进入布水槽后，在砾石孔隙均匀分布，然后向上经无纺布6缓缓地渗到周围的土壤中。布水槽材质采用PVC。
5)绿化层5：种茭白，其作用是吸收氮磷、根系泌氧、美化环境。绿化层表面高出地面10-20cm，且中间高于边沿。
实施例2
某建筑工地为工程人员建造了四段式生活污水处理系统。整个系统分布在工地工人生活区旁边，污水采用自流方式，不用提供动力。系统设计服务人口为30人，处理水量为4吨/天。全部生活污水首先进入体积为4方的第一段厌氧池三格化粪池(根据江苏省工程建设标准设计站出版的《平顶砖砌化粪池标准图集》)，厌氧池出水的COD、氨氮、总氮、总磷浓度分别为120～290mg/L、28～50mg/L、35～56mg/L、2.5～4.5mg/L。厌氧池出水85％进入第二段好氧渗滤沟(好氧渗滤沟由3段并联组成，每段长10米，总长度为30米，表面有草坪)，经处理后进入第三段缺氧池，厌氧池出水的另外15％直接进入第三段缺氧池。第三段缺氧池出水进入第四段人工湿地(湿地由长10米，宽3米，湿地植物为芦苇)。第四段湿地出水中COD、氨氮、总氮、总磷浓度分别为25～32mg/L、3.2～4.8mg/L、5.0～7.8mg/L、0.07～0.15mg/L，达到了GB 18918-2002城镇污水处理厂污染物排放标准一级标准B标准。
实施例3
某四户居民房屋东西连成一排，四户居民联合建造了四段式生活污水处理系统。系统设计处理污水能力为3吨/天，服务人口20人。整个系统分布在房屋前面的院子里，走向与房屋平行，污水依坡度由东往西自流，无需动力。该系统既治理了污水，又绿化了庭院。处理系统平面布置见图4。
前三户居民出水分别经过化粪池厌氧预处理后进入他们房屋前面的好氧渗滤沟，渗滤处理后再流入第四户房屋前面的缺氧池，第四户居民污水经预处理后不经过渗滤沟，而是直接进入缺氧池为前三户好氧渗滤沟出水提供碳源。缺氧池出水进入人工湿地。四户居民厌氧池出水的COD、氨氮、总氮、总磷平均浓度分别为180mg/L、35.5mg/L、47.3mg/L、4.2mg/L。系统处理后出水COD、氨氮、总氮、总磷平均浓度分别为23mg/L、1.2mg/L、1.8mg/L、0.12mg/L。不仅达到了GB 18918-2002城镇污水处理厂污染物排放标准一级标准B标准，也达到了国家建设部颁发的《生活杂用水水质标准》(CJ25.1-89)。
实施例4
基本构造同实施例1，厌氧池出水70％进入第二段好氧渗滤沟(好氧渗滤沟长度为5米，表面种植青菜)，经处理后进入第三段缺氧池，厌氧池出水的另外30％直接进入第三段缺氧池提供碳源。第三段缺氧池出水进入第四段人工湿地(长5米，宽1米，湿地植物为水芹菜)。第四段湿地出水COD、氨氮、总氮、总磷浓度分别为23～30mg/L、2.2～3.4mg/L、3.0～5.5mg/L、0.02～0.09mg/L，达到了GB 18918-2002城镇污水处理厂污染物排放标准一级标准B标准。
好氧渗滤沟坡度0.5％，底部平面呈倒三角形，利于集水宽度为1.2米，高度为1.2米(不包括冻土层厚度)，长度6米，其负荷为120升/米·天。好氧渗滤沟横剖面由下往上由防渗层1、排水层(兼通气层)2、渗滤层3、布水槽层4、绿化层5五部分组成：
1)防渗层1：由油毡构成，铺在渗滤沟的地面和侧面，其作用是防止污水向两侧和地下渗漏。
2)排水层(兼通风暴气层)2：由直径为20～40mm的砾石(卵石)组成。经渗滤沟处理后的水在石子孔隙中经出水口管道(图中左侧管道)流入缺氧池。空气从出水口管道进入，经过石子孔隙与水体逆向流过，从渗滤沟的另一侧经垂直地面的管道自然通风排出。
3)渗滤层3：由15～25％炉渣，3～10％泥炭(或锯末，稻壳)和当地土壤
混合组成孔隙比较高的通气土壤。渗滤层和排水层连接处设“隔离层”，由可透水的无纺布6构成，以防止上层土壤下落填人砾石层，破坏排水层正常排水。
4)布水槽层4：布水槽设在整个渗滤沟的几何中部。上面开口，剖面呈U形。布水槽宽度为渗滤沟宽度的25-35％，深80～120mm。布水槽内填直径为10～25mm的砾石，所述砾石上铺可透水的无纺布6与上层土壤隔开。化粪池污水进入布水槽后，在砾石孔隙均匀分布，然后向上经无纺布6缓缓地渗到周围的土壤中。布水槽材质采用PVC。
5)绿化层：种青菜，其作用是吸收氮磷、根系泌氧、美化环境。绿化层表面高出地面10-20cm，且中间高于边沿。
实施例5
基本构造与设置与实施例4相同，只是好氧渗滤沟的设计参数与之不同，好氧渗滤沟坡度2％，底部平面呈倒三角形，利于集水宽度为0.8米，高度为0.8米(不包括冻土层厚度)，长度为7米，其负荷为70升/米·天。好氧渗滤沟横截剖面由下往上由防渗层1、排水层(兼通气层)2、渗滤层3、布水槽层4、绿化层5五部分组成。
Claims (5)
1.一种四段式分散住户生活污水处理系统，包括厌氧池和缺氧池，其特征在于生活污水通过厌氧池后进行分流，一部分通过好氧渗滤沟的处理进入缺氧池，其余的直接进入缺氧池，通过缺氧池处理后的污水进入潜流湿地，由潜流湿地的出水可直接排入水体；好氧渗滤沟由下往上由防渗层、排水层、渗滤层、布水槽层、绿化层五部分组成，好氧渗滤沟的坡度为0.5～2％，底部平面呈倒三角形，集水宽度为0.8～1.2米，高度为0.8～1.2米；防渗层由聚氯乙烯薄膜或油毡构成，铺在好氧渗滤沟的地面和侧面；排水层由直径为20～40mm的砾石组成；渗滤层为由15～25％炉渣，3～10％泥炭和土壤混合组成，渗滤层和排水层连接处设由可透水的无纺布构成的隔离层；布水槽宽度为渗滤沟宽度的25～35％，深80～120mm，内填直径为10～25mm的砾石，所述砾石上铺可透水的无纺布与上层土壤隔开；绿化层表面高出地面10-20cm，且中间高于边沿。
2.一种四段式分散住户生活污水处理系统，其特征在于生活污水通过厌氧池后进行分流，一部分通过好氧渗滤沟的处理进入缺氧池，其余的直接进入缺氧池，通过缺氧池处理后的污水进入潜流湿地，由潜流湿地的出水可直接排入水体；好氧渗滤沟由下往上由防渗层、排水层、渗滤层、绿化层四部分组成，布水槽层分布在渗滤层的中间，好氧渗滤沟的坡度为0.5～2％，底部平面呈倒三角形，集水宽度为0.8～1.2米，高度为0.8～1.2米；防渗层由聚氯乙烯薄膜或油毡构成，铺在好氧渗滤沟的地面和侧面；排水层由直径为20～40mm的砾石组成；渗滤层为由15～25％炉渣，3～10％泥炭和土壤混合组成，渗滤层和排水层连接处设由可透水的无纺布构成的隔离层；布水槽宽度为渗滤沟宽度的25～35％，深80～120mm，内填直径为10～25mm的砾石，所述砾石上铺可透水的无纺布与上层土壤隔开；绿化层表面高出地面10-20cm，且中间高于边沿。
3.根据权利要求1或2所述的一种四段式分散住户生活污水处理系统，其特征在于由厌氧池直接进入缺氧池的出水占厌氧池总出水的10～30％。
4.根据权利要求1或2所述的一种四段式分散住户生活污水处理系统，其特征在于缺氧池上部为混凝土板，板上留有排气孔。
5.根据权利要求1或2所述的一种四段式分散住户生活污水处理系统，其特征在于潜流湿地由下到上由防渗层、碎石层、土壤层、植物层四部分构成。
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