CN204874219U - 一种处理农村生活污水的生物生态组合装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种用于农村污水处理的生物生态组合装置，包括格栅调节池、平板膜生物反应器、贮水池、水平潜流人工湿地。该装置将生物处理装置和生态净化装置组合在一起，和预处理单元及回用单元一起形成一套完善的污水处理及回用系统装置。该装置通过调整生物处理装置和生态处理装置的组合结构来针对性处理不同水质水量的污水，避免了常规污水处理后的中水直接排放，可回用作为冲厕、绿化用水，有效节约了水资源，降低了常规污水处理及回用成本。

Description

一种处理农村生活污水的生物生态组合装置

技术领域

本实用新型涉及污水处理、资源环境保护技术领域，更具体地说涉及一种处理农村生活污水的生物生态组合装置。

背景技术

我国总计有乡(镇)4.54万个，乡村户数2.37亿户，乡村人口达9.20亿人，农村人口分散，人口数量多，缺乏完善的生活污水收集和处理设施，这使农村生活污染源成为影响水环境的重要因素。据测算，全国农村每年产生生活污水80多亿吨，严重污染了农村地区居住环境，农村大部分地区河湖等水体普遍受到污染，饮用水水质安全受到严重威胁，直接危害农民的身体健康，严重影响农村地区的环境卫生，极易导致一些流行性疾病的发生与传播。

农村生活污水处理是将生活污水中的有害物质和污染环境成份清除、降解做无害处理。农村生活污水处理要着重考虑选用成熟可靠，适合农村特点和实际污水处理适用技术。各种新型污水处理技术的不断涌现，极大繁荣了农村污水处理市场，但是单一的污水处理技术难以满足不同水质、不同处理要求的需要，目前还没有一种污水处理技术能在同一时间和同一空间上同时去除污水中的所有污染物质，多种技术工艺的组合与优化是解决这一问题的必然趋势。

膜-生物反应器是将膜和活性污泥相结合的一种污水生物处理技术，具有出水水质好、占地面积少、运行稳定、易于操作维护等特点，亦摆脱了污泥膨胀、污泥产量大等弊端，是一种应用前景广泛的高效水处理技术。按膜和生物反应器的位置关系可将MBR分为分体式和一体式2种。一体式膜-生物反应器(SubmergcredMembraneBio-Reactor，SMBR)是将膜组件浸没于生物反应器中，通过负压抽吸或虹吸得到过滤液。膜组件是MBR的核心，其结构形式多样，较为常用的有平板膜和中空纤维膜两大类。平板膜具有抗污染能力强、使用寿命长、机械强度高、清洗周期长、可实现在线清洗等优点。

人工湿地污水处理技术是20世纪70年代兴起的一种新型生态污水处理技术，由于具有对污染物去除效果好、基建和运行费用低、工艺设备简单、维护管理方便等特点，正逐渐被应用于广大中小城镇和乡村地区的生活污水处理中。水平潜流人工湿地作为人工湿地的一种类型，因其充分利用湿地的空间，发挥了系统间的协同作用，使污水处理能力得到大幅度提高，且占地面积相对较小，因而在污水处理中已经得到了广泛的应用。

如果能够将一体式平板膜-生物反应器与水平潜流人工湿地组合形成生物-生态组合型处理方式，充分发挥两种技术的优势，对提高污水净化效果、降低处理成本将是一种很好的尝试。

实用新型内容

基于上述所提到的问题，本实用新型的目的在于提供一种用于农村污水处理的生物生态组合装置，该装置将生物处理装置和生态净化装置组合在一起，和预处理单元及回用单元一起形成一套完善的污水处理及回用系统装置。该装置通过调整生物处理装置和生态处理装置的组合结构来针对性处理不同水质水量的污水，避免了常规污水处理后的中水直接排放，可回用作为冲厕、绿化用水，有效节约了水资源，降低了常规污水处理及回用成本。

本实用新型所述的生物生态组合装置，其特征在于，包括：格栅调节池、平板膜生物反应器、贮水池、水平潜流人工湿地；其中，

格栅调节池为一立方体水泥池，分为容积相等的格栅单池和调节单池；格栅单池侧壁设置污水进水口，连接输入待处理污水的污水进水管道，格栅单池上部设置细格栅；调节单池底部设置潜污泵，潜污泵出口通过管道与调节单池上侧壁的格栅调节池的出水口一侧相连接；格栅调节池的出水口另一侧连接平板膜生物反应器的进水管道，平板膜生物反应器的进水管道上依次安装格栅调节池出水流量计、格栅调节池出水阀门和平板膜生物反应器进水阀门；

平板膜生物反应器为有机玻璃立方体，内部有活性污泥；平板膜生物反应器正中央悬挂PVDF材质的平板膜组件，该平板膜组件由四片膜片纵向平行排列、悬垂放置而成；平板膜组件的上、下集水管通过ABS管连接到平板膜生物反应器的出水管上，并通过该反应器器壁上的卡槽固定于平板膜生物反应器正中央；平板膜组件的两侧等距设置两片挡板，通过侧壁卡槽固定于平板膜生物反应器中；平板膜组件正下方设置穿孔曝气管，穿孔曝气管通过侧壁卡槽固定，穿孔曝气管一侧通过软管与曝气风机出口相连，中间依次连接进气阀门和气体流量计；平板膜生物反应器的出水管道与贮水池的进水口相接，中间依次安装平板膜生物反应器出水阀门、平板膜生物反应器出水流量计、抽吸泵；

贮水池为方形水泥池，贮水池的出水口与水平潜流人工湿地的进水管道连接，中间设置贮水池出水流量计、贮水池出水阀门、水平潜流人工湿地D的进水阀门；贮水池出水阀门与水平潜流人工湿地的进水阀门之间的管道上连接贮水池的出水旁路管道，出水旁路管道通过格栅调节池的旁路出水阀门连接到平板膜生物反应器的进水管道；贮水池的出水旁路管道上依次设置贮水池出水旁路阀门、贮水池出水旁路流量计、贮水池出水旁路管道泵；

水平潜流人工湿地包括：布水沟、集水沟、湿地种植物、湿地填料。

优选的是，所述水平潜流人工湿地为方形水泥池，方形水泥池内填入河沙，形成砂层，砂层上种植湿地种植物；湿地布水沟与湿地的进水管道相连接，湿地集水沟与湿地的出水管相连接。

进一步优选的是，水平潜流人工湿地的出水管与出水回用管道相连接，在出水回用管道上安装出水回用泵；出水回用管道上连接水平潜流人工湿地的出水旁路管道，水平潜流人工湿地的出水旁路管道上依次安装水平潜流人工湿地的出水旁路管道泵、出水旁路液体流量计、出水旁路阀门，并通过出水旁路阀门与水平潜流人工湿地的进水管道相连接，形成闭路循环；在出水回用管道与贮水池的出水阀门之间设置出水回用旁路管道，在该出水回用旁路管道上依次设置出水回用旁路管道阀门、出水回用旁路管道液体流量计。

本实用新型的有益效果在于：

1、将平板膜-生物反应器B和水平潜流人工湿地D单元采用间歇进水运行方式，有效地这两种污水处理技术有机结合，提高了单一技术处理的出水水质，可达到污水的直接回用，回用作为绿化灌溉、洗车、家庭冲厕、路面清洗、景观娱乐、游泳池等的补水。

2、该生物-生态组合工艺可针对不同的水质水量要求选择不同的组合形式，达到工艺的优化配置，有效地降低了同等污水处理和回用的成本，成本低廉。

3、该生物-生态组合工艺不仅适用集中式污水处理模式也适合分散式污水处理模式，兼具景观绿化效果。尤适用于生活小区等人口集中，同时对绿化率有一定要求的地域。

4、生物-生态型组合净化更符合绿色、健康的环保理念。

5、该生物-生态组合装置可通过阀门调节生物处理装置和生态处理装置的组合结构，针对不同水质水量的污水，采取不同组合方式。

6、该生物-生态组合装置避免了常规污水处理后的中水直接排放，可直接回用作为冲厕、绿化用水，有效节约了水资源，降低了常规污水处理及回用成本。

7、该生物-生态组合装置对平板膜-生物反应器B单元采用间歇进水、间歇曝气和间歇抽水等运行方式，对水平潜流人工湿地采用间歇进水运行方式，有利于创造好氧、缺氧、厌氧的交替环境，提高系统脱氮除磷能力。

附图说明

附图1为本实用新型的生物生态组合装置整体结构示意图；

附图2为本实用新型的生物生态组合装置具体结构示意图。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本实用新型的技术方案做进一步具体的说明。

如图1所示，本实用新型提供的用于农村污水处理的生物生态组合装置整体上由四个子单元组成，分别为格栅调节池A、平板膜生物反应器B、贮水池C、水平潜流人工湿地D。

参见图2，格栅调节池A为一立方体水泥池，容积0.2立方米，分为容积相等的格栅单池和调节单池。格栅调节池A的格栅单池侧壁设置污水进水口2，连接输入待处理污水的污水进水管道1，格栅单池上部设置细格栅3，格栅调节池A的调节单池底部设置潜污泵4，潜污泵4出口通过管道与调节单池上侧壁的格栅调节池的出水口5一侧相连接。格栅调节池A的出水口5另一侧连接平板膜生物反应器B的进水管道6，平板膜生物反应器B的进水管道6上依次安装格栅调节池出水流量计7、格栅调节池出水阀门8和平板膜生物反应器进水阀门9。

平板膜生物反应器B为有效容积320L的有机玻璃立方体，内部有活性污泥10。平板膜生物反应器B正中央悬挂PVDF材质的平板膜组件11，该平板膜组件11由四片膜片12纵向平行排列、悬垂放置而成，膜片12之间间隔50mm。单片膜片面积为4平方米，膜孔径为0.2μm，内径为0.6mm，外径为1.0mm，膜截留分子量为500ku，膜片间隔50mm，两端集水管用ABS管连接至抽吸泵进口。平板膜组件11上下端垂直距离为400mm，平板膜组件11的上、下集水管13通过ABS管连接到平板膜生物反应器的出水管20上，并通过该反应器器壁上的卡槽固定于平板膜生物反应器B正中央(平板膜组件11上端距离反应器顶部400mm，平板膜组件11下端距离反应器底部400mm)。平板膜组件11的两侧等距设置两片挡板14，高700mm，距反应器底端250mm，通过侧壁卡槽固定于平板膜生物反应器B中。平板膜组件11正下方距平板膜生物反应器B底端180mm处设置穿孔曝气管15，通过侧壁卡槽固定，穿孔曝气管下部60度斜开孔，孔径5mm。穿孔曝气管15为活性污泥10提供必需的氧气16，并冲刷膜片表面以防止膜片污染，穿孔曝气管15一侧通过软管与曝气风机17出口相连，中间依次连接进气阀门18和气体流量计19。平板膜生物反应器B的出水管道20与贮水池C的进水口25相接，中间依次安装平板膜生物反应器出水阀门21、平板膜生物反应器出水流量计22、抽吸泵23。

平板膜生物反应器单元采用连续和间歇结合的进水方式：待反应器内水位升至最高水位控制线(反应器高1200mm处)，关闭进水阀，等水位自然下降至挡板下150mm后，开启进水阀，水位又慢慢上升至最高水位线，再次关闭进水阀。2次关闭进水阀的时间间隔约为2～4h(依据出水出量而变化)，每天运行3个周期，其余时间为连续进水。平板膜生物反应器单元维持在相对稳定的操作条件：活性污泥浓度为(10000±500)mg/L；底部采用间歇曝气方式，曝气2小时，停曝0.5小时，曝气量为(6±0.5)m3/h；泵抽吸/暂停时间为4min∶1min；污泥停留时间为25～30天。水平潜流人工湿地单元采用间歇进水方式，每天分4次进水。整个系统的环境温度在植物生长季节(以杭州地区为参照，每年4～11月份)维持在25～35℃，在植物枯败季节(每年12月～次年3月)维持在8～12℃。

贮水池C为0.3立方米的方形水泥池，贮水池C的出水口26与水平潜流人工湿地D的进水管道34连接，中间设置贮水池出水流量计27、贮水池出水阀门28、水平潜流人工湿地D的进水阀门35。贮水池出水阀门28与水平潜流人工湿地D进水阀门35之间的管道上连接贮水池C的出水旁路管道32，通过格栅调节池A的旁路出水阀门33连接到平板膜生物反应器B的进水管道6。贮水池的出水旁路管道32上依次设置贮水池出水旁路阀门29、贮水池出水旁路流量计30、贮水池出水旁路管道泵31。

水平潜流人工湿地D由布水沟36、集水沟37、湿地种植物38(美人蕉)、湿地填料39组成。水平潜流人工湿地D由1m×3m的方形水泥池构成，湿地池的深度为1.0m。湿地内填入0.5-2mm粒度的河沙39，砂层厚1.0m，砂层上种植湿地种植物38(美人蕉)，湿地布水沟36与湿地的进水管道34相连接，湿地集水沟37与湿地的出水管40相连接。水平潜流人工湿地的出水管40与出水回用管道46相连接，在出水回用管道46上安装出水回用泵45。出水回用管道46上连接水平潜流人工湿地D的出水旁路管道42，水平潜流人工湿地的旁路管道42上依次安装水平潜流人工湿地D的出水旁路管道泵41、出水旁路液体流量计43、出水旁路阀门44，并通过出水旁路阀门44与水平潜流人工湿地D的进水管道34相连接，形成闭路循环。在出水回用管道46上与贮水池的出水阀门28之间设置出水回用旁路管道48，在该出水回用旁路管道48上依次设置出水回用旁路管道阀门49、出水回用旁路管道液体流量计50。

整个装置的电动PLC自控系统47设置10个控制点，分别为：平板膜生物反应器进水阀门9、格栅调节池旁路阀门33、平板膜生物反应器中液位高度、平板膜生物反应器B的出水抽吸泵23的抽挺时间、平板膜生物反应器B的曝气泵17的曝气停止时间、贮水池C的出水阀门28、贮水池出水旁路管道32上的贮水池出水旁路管道泵31、水平潜流人工湿地D的进水阀门35、水平潜流人工湿地D的出水旁路管道42上的出水旁路管道泵41、出水回用泵45。电动PLC自控系统47实现各单元运行条件的独立控制与统一协调，为出水回用、或回流进一步处理提供智能化处理。

采用该种生物生态组合装置处理农村生活污水，其操作步骤是：

(1)待处理的污水由污水进水管道1进入格栅调节池A中。待处理污水设置为常规农村生活污水水质平均浓度，相应的主要水质指标如下：

主要指标	CODCr	BOD5	NH3-N	TP
					指标值mg/L	250～400	120～200	30～60	2.5～5

(2)开启格栅调节池出水阀门8，开启平板膜生物反应器进水阀门9，关闭格栅调节池出水旁路阀门33，使格栅调节池A出水全部进入平板膜生物反应器B单元中。保持平板膜生物反应器B单元的基本操作条件为：活性污泥浓度为10000±500mg/L，曝气量为6±0.5m3/h，曝气/停曝时间为2h∶0.5h，泵抽吸/暂停时间为4min∶1min，上升流区与下降流区面积比为1.7∶1，污泥停留时间为25～30天。出水主要指标COD、TP、TN、NH3-N均达到一级A排放标准。

(3)开启平板膜生物反应器出水阀门21，使平板膜生物反应器B中出水沿贮水池进水口25进入贮水池C中。

(4)开启贮水池出水阀门28，开启水平潜流人工湿地进水阀门35，关闭贮水池出水旁路阀门29，开启水平潜流人工湿地出水旁路阀门44，使贮水池C出水一部分进入水平潜流人工湿地D中，另一部分直接流入回用管道46中。保持水平潜流人工湿地D单元的基本操作条件为：每天分4次进水，两次进水时间间隔5～6小时。

(5)维持平板膜生物反应器B、水平潜流人工湿地D两单元的环境温度在植物生长季节为25-35℃，植物非生长季节为8～12℃。水平潜流人工湿地D处理后的出水COD、TP、NH3、TN均达到地表水环境质量标准V类。

(6)水平潜流人工湿地D出水经出水回用水泵45沿出水回用管道46送至各回用点。

(7)以上操作步骤形成了平板膜生物反应器B至水平潜流人工湿地D分流组合模式：即所处理的污水由平板膜生物反应器B单元处理后一部分进入水平潜流人工湿地D中，另一部分直接流入回用管道。

(8)当平板膜生物反应器B单元出水未能达到指定出水要求时，则开启贮水池出水旁路阀门29和格栅调节池出水旁路阀门33，未达到出水要求的部分污水则返回平板膜生物反应器B中继续处理。

实验结果表明：(1)在植物生长季节，控制平板膜生物反应器B单元的水利负荷为0.375m3/m2.d，水平潜流人工湿地D单元的水力负荷为0.500m3/m2.d；出水主要指标COD、TP、NH3-N、TN可稳定在地表水III类以内；(2)在植物非生长季节，控制平板膜-生物反应器B单元的水利负荷0.250m3/m2.d，水平潜流人工湿地D单元的水力负荷为0.500m3/m2.d；出水主要指标COD、TP、NH3-N、TN可稳定在地表水IV类以内；(3)平板膜生物反应器B单元面积与水平潜流人工湿地D单元占地面积最佳比例在植物生长季节控制为1.3∶1，在植物非生长季节为2∶1。(4)在此种组合模式下，水平潜流人工湿地D仍作为深度处理单元，而平板膜生物反应器B单元同时作为二级和深度处理单元。(5)在此种组合模式下，该生物生态组合装置可处理污水量为1.5t/d，其中平板膜-生物反应器B单元可承担全部的污水量1.5t/d，而水平潜流人工湿地D单元最多可分担1t/d的处理量，另外0.5t/d的污水经由平板膜生物反应器B单元达标后可直接回用。

以上实施例仅用于说明本实用新型，而并非对本实用新型的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本实用新型的范畴，本实用新型的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (3)

1.一种生物生态组合装置，其特征在于，包括：格栅调节池、平板膜生物反应器、贮水池、水平潜流人工湿地；其中，

格栅调节池为一立方体水泥池，分为容积相等的格栅单池和调节单池；格栅单池侧壁设置污水进水口，连接输入待处理污水的污水进水管道，格栅单池上部设置细格栅；调节单池底部设置潜污泵，潜污泵出口通过管道与调节单池上侧壁的格栅调节池的出水口一侧相连接；格栅调节池的出水口另一侧连接平板膜生物反应器的进水管道，平板膜生物反应器的进水管道上依次安装格栅调节池出水流量计、格栅调节池出水阀门和平板膜生物反应器进水阀门；

平板膜生物反应器为有机玻璃立方体，内部有活性污泥；平板膜生物反应器正中央悬挂PVDF材质的平板膜组件，该平板膜组件由四片膜片纵向平行排列、悬垂放置而成；平板膜组件的上、下集水管通过ABS管连接到平板膜生物反应器的出水管上，并通过该反应器器壁上的卡槽固定于平板膜生物反应器正中央；平板膜组件的两侧等距设置两片挡板，通过侧壁卡槽固定于平板膜生物反应器中；平板膜组件正下方设置穿孔曝气管，穿孔曝气管通过侧壁卡槽固定，穿孔曝气管一侧通过软管与曝气风机出口相连，中间依次连接进气阀门和气体流量计；平板膜生物反应器的出水管道与贮水池的进水口相接，中间依次安装平板膜生物反应器出水阀门、平板膜生物反应器出水流量计、抽吸泵；

贮水池为方形水泥池，贮水池的出水口与水平潜流人工湿地的进水管道连接，中间设置贮水池出水流量计、贮水池出水阀门、水平潜流人工湿地D的进水阀门；贮水池出水阀门与水平潜流人工湿地的进水阀门之间的管道上连接贮水池的出水旁路管道，出水旁路管道通过格栅调节池的旁路出水阀门连接到平板膜生物反应器的进水管道；贮水池的出水旁路管道上依次设置贮水池出水旁路阀门、贮水池出水旁路流量计、贮水池出水旁路管道泵；

水平潜流人工湿地包括：布水沟、集水沟、湿地种植物、湿地填料。

2.根据权利要求1所述的生物生态组合装置，其特征在于，所述水平潜流人工湿地为方形水泥池，方形水泥池内填入河沙，形成砂层，砂层上种植湿地种植物；湿地布水沟与湿地的进水管道相连接，湿地集水沟与湿地的出水管相连接。

3.根据权利要求2所述的生物生态组合装置，其特征在于，水平潜流人工湿地的出水管与出水回用管道相连接，在出水回用管道上安装出水回用泵；出水回用管道上连接水平潜流人工湿地的出水旁路管道，水平潜流人工湿地的出水旁路管道上依次安装水平潜流人工湿地的出水旁路管道泵、出水旁路液体流量计、出水旁路阀门，并通过出水旁路阀门与水平潜流人工湿地的进水管道相连接，形成闭路循环；在出水回用管道与贮水池的出水阀门之间设置出水回用旁路管道，在该出水回用旁路管道上依次设置出水回用旁路管道阀门、出水回用旁路管道液体流量计。