申请日2015.12.01
公开(公告)日2016.02.03
IPC分类号C02F9/14
摘要
本发明公开了一种人工湿地和渗滤系统组合深度处理农村污水方法，步骤是：依次经过农村污水收集与前处理、人工湿地系统处理和渗滤系统处理。同时公开了农村污水处理的装置，污水经收集管网汇总到总进水管道，总进水管道与前处理单元格栅设备相连，格栅设备和调节池相连，调节池经布水管与第一级表面流人工湿地相连，通过溢流堰依次连接第一、第二、第三和第四级表面流人工湿地，后经过“∟”型溢流排水管与水平潜流渗滤系统相连，潜流渗滤系统经穿孔“Ш”型集水管后通过“─”型直流排水管把处理达标水排出，该方法操作与维护简便，具有景观效果和经济收益，结构简单、投资省，实现对农村分散式生活和养殖污水的高效处理，实现有效保护农村生态环境。
摘要附图
权利要求书
1.一种人工湿地和渗滤系统组合深度处理农村污水方法，其步骤是：
A、农村污水收集与前处理：根据处理区内农村分散式生活和零散养殖污水的排放特征，建立污水收集管网，污水汇集后通过总汇水管道引入格栅池，格栅池用于过滤大于2cm漂浮物，栅格设备出水进入用于沉降污水中悬浮颗粒物同时厌氧降解部分有机污染物的调节池，调节池出水通过3mm孔径的网筛;
B、人工湿地处理：调节池出水经⊥型开孔的布水管道进入第一级表面流人工湿地，湿地种植覆盖度为100%的绿狐尾藻，第一级表面流人工湿地水深0.8m，绿狐尾藻生长的茎根交错，形成网状结构，第一级表面流人工湿地出水经第一溢流堰进入第二级表面流人工湿地，第二级表面流人工湿地水深0.3-0.4m，种植覆盖度为100%的绿狐尾藻，绿狐尾藻的根系到达第二级表面流人工湿地的基质层，第二级表面流人工湿地出水经第二溢流堰进入第三级表面流人工湿地，第三级表面流人工湿地水深0.8-1.0m，种植绿狐尾藻覆盖度为100%，第三级表面流人工湿地出水经第三溢流堰进入第四级表面流人工湿地，第四级表面流人工湿地水深1.2-1.5m，通过固定浮框种植绿狐尾藻，种植绿狐尾藻覆盖度为30-50%，第一、二、三溢流堰宽1.0-1.5m，第一、二、三溢流堰间依次设置高度差0.1-0.3m，第一、二、三、四级表面流人工湿地的基质都为泥土，人工湿地中绿狐尾藻能快速生长，通过收割绿狐尾藻带走其吸收的氮磷营养元素，同时避免水体二次污染;
C、渗滤系统处理：第四级人工湿地出水通过∟型溢流排水管进入渗滤系统，渗滤系统水流方式为水平潜流，沿水流方向设置前、中、后段分别进水布水卵石防段、混合填料渗滤吸附段、集水排水鹅卵石段，前段进水布水处鹅卵石中安装进水和布水管道系统，布水管设计为∏型并排穿孔PVC，中段混合填料渗滤吸附段从下往上布设河沙层、混合滤料层和土壤层，河沙层的厚度为0.2m，混合滤料层厚度为0.8-1.0m，选用红壤、膨润土、活性炭、炉渣按质量干重比为6:1:1:2混合而成的混合滤料，土壤层厚度为0.2-0.3m，后段集水排水鹅卵石段中安装集水、出水管道系统，设计为Ш型并排穿孔PVC管，渗滤系统的出口与PCV排水管连接，渗滤系统的出水口比进水口低0.4m，渗滤系统进一步深度处理污水，经渗滤系统处理后出水达到国家城镇污水处理排放一级B类标准。
2.一种采用权利要求1所述方法处理人工湿地和渗滤系统组合深度处理农村污水方法装置，包括总进水管(1)、格栅池(2)、调节池(3)、⊥型开孔的布水管道(4)、第一级表面流人工湿地(5)、第二级表面流人工湿地(9)、第三级表面流人工湿地(10)、第四级表面流人工湿地(11)和渗滤系统(14)，其特征在于：分散式村民生活和养殖污水通过管网集中用总进水管(1)分别与栅格池(2)和调节池(3)相连，调节池(3)通过⊥型开孔的布水管道(4)与第一级表面流人工湿地(5)连接，第一级表面流人工湿地(5)通过第一溢流堰(8a)与第二级表面流人工湿地(9)连接，第一、第二级表面流人工湿地表面种植覆盖率为100%的绿狐尾藻(6)，第二级表面流人工湿地(9)通过第二溢流堰(8b)与第三级表面流人工湿地(10)连接，第三级表面流人工湿地(10)表面种植覆盖率为100%的绿狐尾藻(6)，第三级表面流人工湿地(10)通过第三溢流堰(8c)与第四级表面流人工湿地(11)连接，第四级表面流人工湿地(11)表面采用固定浮框(12)种植覆盖率为30%-50%的绿狐尾藻(6)，第一、第二和第三溢流堰之间依次设置高度差0.1-0.3m，第四级表面流人工湿地(11)通过∟型溢流排水管(13)与水平潜流渗滤系统(14)连接，渗滤系统(14)中部为混合填料渗滤吸附段(17)，混合填料渗滤吸附段(17)从下往上由河沙层、混合滤料层和土壤层构成，底部河沙层的厚度为0.2m，中间的混合滤料层厚度为0.8-1.0m，选用红壤、膨润土、活性炭、炉渣混合而成的混合滤料，最上面的土壤层厚度为0.2-0.3m，渗滤系统(14)的进水段和出水段分别设置防堵塞的进水布水鹅卵石段(15)和集水排水鹅卵石段(18)，进水布水鹅卵石段(15)内铺设∏型并排穿孔PVC布水管(16)，集水排水鹅卵石段(18)内铺设Ш型并排穿孔PVC集水管(19)，集水管汇总后出口与─型直流排水管(20)连接，渗滤系统(14)的出水口比进水口低0.4m。
3.根据权利要求2所述的一种人工湿地和渗滤系统组合深度处理农村污水的装置，其特征在于：所述的调节池(3)出水设置3mm孔径的网筛。
4.根据权利要求2所述的一种人工湿地和渗滤系统组合深度处理农村污水的装置，其特征在于：所述的进水布水鹅卵石段(15)和集水排水鹅卵石段(18)内的鹅卵石粒径为0.5-3cm。
5.根据权利要求2所述的一种人工湿地和渗滤系统组合深度处理农村污水的装置，其特征在于：所述的红壤和膨润土粒径为过0.2-2mm筛，活性炭为粒径为3mm颗粒状，炉渣粒径为0.5-5mm，选用土壤为过10mm筛南方红壤。
6.根据权利要求2所述的一种人工湿地和渗滤系统组合深度处理农村污水的装置，其特征在于：所述的⊥型开孔的布水管道(4)孔径为3mm，∏型并排穿孔PVC布水管(16)孔径为3mm，Ш型并排穿孔PVC集水管(19)孔径为4.5mm，─型直流排水管(20)管径为110mm。
说明书
一种人工湿地和渗滤系统组合深度处理农村污水方法及装置
技术领域
本发明属于农村污水处理技术领域，具体涉及一种人工湿地和渗滤系统组合深度处理农村污水方法，同时还涉及一种人工湿地和渗滤系统组合深度处理农村污水的装置，适合于农村分散式生活和养殖污水处理，本污水处理工艺成本低、运行简单，系统内前后处理单元依次设置高程差，实现整个处理装置零动力运行，能有效改善农村生态环境，适合农村推广应用。
背景技术
当前，我国农村污水排放量不断增加，正成为很多流域的主要氮磷污染来源，导致了接纳水体以及下游河口和湖泊的水体污染和富营养化，严重破坏水生态环境。农村污水中氮磷营养物含量高，水质和水量变化系数大，且由于人们居住分散，排水管网不健全，收集困难，城市污水处理的技术手段工序复杂，运行管理成本高等原因不适于我国农村地区推广应用。因此针对我国大部分农村地区的污水处理系统严重缺乏的严峻现状，研究适合农村污水特质且经济有效的污水处理技术迫在眉睫。人工湿地、人工渗漏处理工艺、氧化塘、生物滤池等技术是构建污水生态处理模式中常用的处理工艺。根据水流方式，人工湿地可分为表面流人工湿地和潜流人工湿地。现有研究表明，人工湿地作为一种污水处理新技术还存在一些问题：常见的湿地植物生长同化吸收的氮磷占污水总氮磷比例不高，同时，植物泌氧不能满足湿地中微生物好氧需求。因此，人工湿地还可以进一步改良、发展。鉴于单一的人工湿地进行污水的深度处理可能会存在用地面积需求大、出水水质变化大及不稳定等问题。人工渗滤处理技术能去除有机污染物，同时能去除一定程度的氮、磷污染，能有效解决传统生物处理工艺不能深度脱氮除磷的问题。因此，组合具有建设费用低、易管理等优点的人工湿地和渗滤系统这两类处理工艺，能获得更好的污水处理效果，是实现农村污水有效控制的重要方法。
发明内容
本发明的目的是在于提供了一种人工湿地和渗滤系统组合深度处理农村污水方法，该方法针对当前农村分散式污水处理水平低下、农业面源污染日益严峻等环境问题，探索利用管网集中、格栅池、调节池、人工湿地和渗滤系统形成农村分散式污水的生态组合处理工艺，实现农村分散式生活和养殖污水的有效处理，达到污水净化及安全排放。
本发明的另一个目的是在于提供了一种人工湿地和渗滤系统组合深度处理农村污水的装置，该装置建设与运行费用低、操作与维护简便，同时在人工湿地中种植绿狐尾藻，可作饲料和有机绿肥，实现污水中氮磷养分的资源化再利用。另外，在水质污染低的人工湿地中可放养鱼、泥鳅、螺丝等，也可获取经济收益，提高本技术在农村地区的可推广性。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术措施：
农村分散式生活和养猪污水通过管网系统集中，在低地势处依次布设格栅设备、调节池，然后重点构建人工湿地和渗滤系统等处理单元。上述处理单元有机结合，形成一套完整的分散式农村污水深度处理工艺。
一种人工湿地和渗滤系统组合深度处理农村污水方法，其步骤是：
1、农村污水收集与前处理：根据处理区内农村分散式生活和养殖污水的排放量，采用不同规格的PVC管连接，建立污水收集管网。污水汇集后通过总汇水管道集中引入格栅池。格栅池用于过滤、截留大于2cm的悬浮物或漂浮物。通过栅格设备出水进入调节池，调节池用于沉降污水中固体颗粒、厌氧降解污水中部分有机物。调节池出水通过3mm孔径的网筛。
2、人工湿地处理：调节池出水经“⊥”型开孔的布水管道进入第一级表面流人工湿地，湿地植物是绿狐尾藻。绿狐尾藻具有耐污染、生物量大、生长期长等特点。第一级表面流人工湿地水深0.8m，有利于进一步沉淀污水中悬浮颗粒物，种植绿狐尾藻完全覆盖第一级表面流人工湿地的水表面(即植物覆盖度为100%)，绿狐尾藻生长的茎根交错，形成网状结构，能有效拦截悬浮物质，降低污水的浊度，同时，绿狐尾藻生长同化吸收能去除污水中相当部分的氮、磷污染;特别地是，绿狐尾藻的根有很强的泌氧能力，在第一级人工湿地系统根区微环境形成好氧、厌氧条件，有利于污水中氮去除。第二级表面流人工湿地水深0.3-0.4m，绿狐尾藻全覆盖湿地的表面，由于绿狐尾藻的根系可以到达第二级表面流人工湿地的底泥层，同时绿狐尾藻根系有很强的泌氧作用，因此，第二级绿狐尾藻湿地系统是有较强的好氧环境，有利于促进好氧微生物分解有机污染物，同时强化微生物硝化-反硝化作用脱氮，绿狐尾藻生长的根、茎网络能机械性拦截悬浮物质，进一步增加水体的清澈度。第三级表面流人工湿地水深在0.8-1.0m，在该级湿地种植绿狐尾藻覆盖度为100%，第三级表面流人工湿地能对水体氮磷污染进行进一步净化处理，从第三级人工湿地排出的净化水体中含氮磷物质为第四级表面流人工湿地发展水产养殖提供养分。第四级表面流人工湿地水深1.2-1.5m，通过固定浮框种植绿狐尾藻，种植绿狐尾藻覆盖度为30%-50%，通过种植绿狐尾藻可以增加水体中含氧量，便于发展水产养殖，同时也有利于进一步净化水质。第一、二、三、四级人工湿地都设为表面流湿地，分两层，上层是水，下层为底泥层(材料是泥土)。第一、二、三、四级人工湿地之间分别通过第一、第二、第三溢流堰(宽1.0-1.5m)连接，各级溢流堰高度差0.1-0.3m。溢流堰能增加水体中溶解氧含量，提高水体中COD和氮去除效果。人工湿地中绿狐尾藻能快速生长，通过收割绿狐尾藻带走其吸收的氮磷营养元素，同时避免水体二次污染。
3、渗滤系统处理：第四级人工湿地出水通过“∟”型溢流排水管进入渗滤系统，渗滤系统水流方式为水平潜流，沿水流方向分别设置前段为防堵塞的进水布水鹅卵石段(内设进水和布水管)，中段为混合填料渗滤吸附段，后段为防堵塞的集水排水鹅卵石段(内设集水、出水管)。前段进水处鹅卵石中安装进水和布水管道系统，布水管设计为“∏”型并排穿孔(孔径为3mm)PVC管。中段混合填料渗滤吸附段从下往上由河沙层、混合滤料层和土壤层构成。底部河沙层的厚度为0.2m。中间的混合滤料层厚度为0.8-1.0m，选用红壤、膨润土、活性炭、炉渣混合而成的混合滤料，四者质量干重比为6:1:1:2，最上面的土壤层厚度为0.2-0.3m。后段集水排水鹅卵石段中安装集水、出水管道系统，设计为“Ш”型并排穿孔(孔径为4.5mm)PVC管，集水管汇总后出口与PCV排水管连接。渗滤系统的出水口比进水口低0.4m，保证系统中处理后的水能自流排出。渗滤系统中填料具有较好的孔隙度和透水能力，同时红壤、膨润土、活性炭、炉渣等填料具有大表面积，能有效吸附水中色素、有机碳、氮、磷等污染物，进一步深度处理污水，经渗滤系统处理后出水达到国家城镇污水处理排放一级B类标准。渗滤系统出水达到安全排放水质要求，通过“─”型直流排水管直接排到周边自然水体。
一种人工湿地和渗滤系统组合深度处理农村污水的装置，包括总进水管、格栅池、调节池、“⊥”型开孔的布水管道、第一级表面流人工湿地、第二级表面流人工湿地、第三级表面流人工湿地、第四级表面流人工湿地和水平潜流渗滤系统，分散式村民生活和养殖污水通过管网集中用总进水管道分别与栅格池和调节池相连，调节池通过“⊥”型开孔的布水管道与第一级表面流人工湿地连接，第一级表面流人工湿地通过第一溢流堰与第二级表面流人工湿地连接，第一、第二级表面流人工湿地表面种植覆盖率为100%的绿狐尾藻，第二级表面流人工湿地通过第二溢流堰与第三级表面流人工湿地连接，第三级表面流人工湿地表面种植覆盖率为100%的绿狐尾藻，第三级表面流人工湿地通过第三溢流堰与第四级表面流人工湿地连接，第四级表面流人工湿地表面采用固定浮框种植覆盖率为30%-50%的绿狐尾藻，第一、第二和第三溢流堰之间依次设置高度差0.1-0.3m，第四级表面流人工湿地通过“∟”型溢流排水管与水平潜流渗滤系统连接，渗滤系统中部为混合填料渗滤吸附段，混合填料渗滤吸附段从下往上由河沙层、混合滤料层和土壤层构成，底部河沙层的厚度为0.2m，中间的混合滤料层厚度为0.8-1.0m，选用红壤、膨润土、活性炭、炉渣混合而成的混合滤料，最上面的土壤层厚度为0.2-0.3m，渗滤系统的进水段和出水段分别设置防堵塞的进水布水鹅卵石段和集水排水鹅卵石段，进水布水鹅卵石段内铺设“∏”型并排穿孔PVC布水管，集水排水鹅卵石段内铺设“Ш”型并排穿孔PVC集水管，集水管汇总后出口与“─”型直流排水管连接，渗滤系统的出水口比进水口低0.4m。
所述的调节池出水设置3mm孔径的网筛。
所述的进水布水鹅卵石段和集水排水鹅卵石段内的鹅卵石粒径为0.5-3cm。
所述的红壤和膨润土粒径为过0.2-2mm筛，活性炭为粒径为3mm颗粒状，炉渣粒径为0.5-5mm，选用土壤为过10mm筛南方红壤。
所述的“⊥”型开孔的布水管道孔径为3mm，“∏”型并排穿孔PVC布水管孔径为3mm，“Ш”型并排穿孔PVC集水管孔径为4.5mm，“─”型直流排水管管径为110mm。
各处理单元的尺寸和面积设计：格栅池、调节池、第一至四级人工湿地和渗滤系统的长宽比都为1-3:1。栅格池和调节池面积比按1:20设计，调节池和第一级表面流人工湿地面积比为1:2.5;第一、二、三、四级表面流人工湿地面积比为1:2:4:10;渗滤系统的长宽比为1.5:1，按容积20m3设计。具体尺寸根据需要处理的农村污水总量和地形特点稍做调整。
本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：
本发明方法工艺流程的设计参考水利工程、生态工程、污水处理工程的相关理论与技术，有利于服务农村，改善农村生态环境，可结合新农村建设发展整体规划，同时，适应农村污水成分复杂多变的特点，实现农村分散式生活和养殖污水低投入高效净化和深度处理。
1.处理效率高、运行效果稳定：本发明方法通过格栅物理拦截污水中大的杂物后，在调节池利用物理沉降和微生物作用对污水中悬浮物和有机污染物进行初步降解去除;利用绿狐尾藻的生长快、耐污能力强、根际泌氧能力强的特性，构建第一、二、三级表面流人工湿地，作为污水强化处理单元，对污水进行强化处理，去除大部分有机物、氮、磷污染;第四级人工湿地和渗滤系统作为深度处理单元，实现出水达标排放。该处理工艺避免了单一处理类型只能处理某些污染物质或某个浓度范围的污染物质的污水处理模式，处理出水透明、清澈，无异味。排水中COD、总磷、总氮和氨氮分别低于60mg/L、1mg/L、20mg/L和8mg/L，出水水质指标达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级B标准，出水水质稳定，本发明方法对农村污水COD、氮、磷达到深度处理效果。
2.运行时间长，冬季也能有效处理污水：本发明设计的工艺运行期间主要是维护好绿狐尾藻的生长，在保证适度收割绿狐尾藻后(避免二次污染)，就能有效稳定系统的运行状况，同时绿狐尾藻的生长周期长(在南方有10-11个月/年)及配套渗滤系统一起使用，整个系统在冬季也能满足当地的污水处理要求。
3.改善生态环境：本发明农村污水处理系统可以做到让处理农村区域地表不见污水，农村污水处理后达标排放进入下游河道，能有效控制农业面源污染;同时表面流人工湿地种植绿狐尾藻，具有很好的观赏价值。
4.建设运行费用低、管理简单：根据工艺流程中不同处理单元的特点，使用多为农村易获取的材料如河沙、鹅卵石、炉渣、红壤等，建设成本低。整个系统管理工作主要是人工湿地的绿狐尾藻收割、除虫等，管理简单。以构建一个日处理能力40t/d的本发明处理工艺系统来说，需要利用土地面积约2000m2(60-70%的面积可用于水产养殖)，前期投资费用约6-7万元。工程运行开始后，人工费和维护修缮费主要包括需日常维护人员负责植物防虫、收割管理等，月工资500-800元/月)，整个组合工艺一年运行总成本较低。处理污水在构建的处理工艺系统实现自流、达到“零动力”运行要求，动力费为0元/年。
5.良好的经济效益：本发明能有效处理农村分散式生活和养殖污水，有效控制农业面源污染;各级湿地收割的绿狐尾藻在满足饲料安全生产的条件下，制作禽畜(鸡、鸭、鹅和猪)饲料，也可作有机肥;另外，在养殖废水处理达标的情况下，第四级表面流人工湿地可养殖鱼、泥鳅、螺丝等水产动物，创造经济效益，便于该发明技术在农村推广应用。