申请日2018.10.25
公开(公告)日2019.01.18
IPC分类号C02F9/14
摘要
本发明涉及一种用于北方农村的污水处理系统及处理方法、构建方法、控制系统，该构建方法包括以下步骤：修筑依次连通的格栅池基坑、调节池基坑、生物处理池基坑、人工湿地基坑和消毒池基坑;在格栅池基坑中置入格栅，在调节池基坑中加入弱碱溶液，在生物处理池基坑中置入生物处理装置，在人工湿地基坑中填入基质，形成人工湿地，并在该人工湿地上种植植物，在消毒池基坑中灌入消毒液;在人工湿地上种植植物，并在人工湿地上方覆盖温室大棚，并在该温室大棚外侧安装太阳电池，以向温室大棚供暖。本发明的污水处理系统及其构建方法、控制系统解决了目前北方农村地区冬季污水处理效果差、系统运行能耗高、生态景观效果差、管理操作复杂等问题。
权利要求书
1.一种用于北方农村的污水处理系统构建方法，其特征在于，包括以下步骤：
修筑依次连通的格栅池基坑、调节池基坑、生物处理池基坑、人工湿地基坑和消毒池基坑;
在格栅池基坑中置入格栅，形成格栅池，在调节池基坑中加入弱碱溶液，形成调节池，在生物处理池基坑中置入生物处理装置，形成生物处理池，在人工湿地基坑中填入基质，形成人工湿地，并在该人工湿地上种植植物，在消毒池基坑中灌入消毒液，形成消毒池;
在人工湿地上种植植物，并在人工湿地上方覆盖温室大棚，并在该温室大棚外侧安装太阳电池，以向温室大棚供暖。
2.根据权利要求1所述用于北方农村的污水处理系统构建方法，其特征在于，生物处理池包括连通的厌氧池和生物转盘池，其中，
厌氧池的修筑具体包括：修筑三个相邻、相通且大小相同的第一池子、第二池子和第三池子，并在第二池子中填充沸石-多面空心球复合填料，第一池子、第二池子和第三池子的长、宽、深均分别为1m，1m，2～3m。
3.根据权利要求2所述用于北方农村的污水处理系统构建方法，其特征在于，沸石-多面空心球复合填料的制作步骤包括：
将多面空心球浸泡在1.2%的稀盐酸中12h，去掉表面的杂质，用自来水清洗干净，晾干，备用;
称取聚乙烯醇，置于烧杯中，加入一定量蒸馏水，使聚乙烯醇溶液的质量浓度为20～30%，然后将聚乙烯醇溶液边搅拌，边加热至80℃以上，溶解为透明粘稠的液体;
多面空心球蘸取聚乙烯醇溶液，然后将沸石填料颗粒均匀撒在多面空心球鳍片表面，放置通风处，干燥24h，待凝固、晾干，生成沸石-多面空心球复合填料。
4.根据权利要求1所述用于北方农村的污水处理系统构建方法，其特征在于，人工湿地包括连通的表面流人工湿地和水平潜流人工湿地，其中，
表面流人工湿地的修筑具体包括：修筑表面流人工湿地基坑，在表面流人工湿地基坑中自上而下依次铺上种植土壤层、黏土防渗层与原土夯实层三层，种植土壤层选择黏土或壤土，渗透系数为0.025～0.35cm/h，厚度取30cm;黏土层夯实前厚度取30cm;夯实土层厚度取20cm;
水平潜流人工湿地的修筑具体包括：修筑水平潜流人工湿地基坑，在水平潜流人工湿地基坑中由上而下依次铺上有机土壤层、微生物沸石层、碳源基质净化层;有机土壤层厚度为5～10cm;微生物沸石层厚度为8～15cm，由粒径为10～20mm的沸石块吸附低温菌剂组成，低温菌剂的菌液浓度OD600值为0.7～0.8;碳源基质净化层厚度为80～120cm，由体积比为1～2：1～2：3～5：1的活性炭、沸石、碎石和玉米芯掺合组成;
在种植土壤层种植水生植物，并在有机土壤层种植水生蔬菜型植物。
5.根据权利要求4所述用于北方农村的污水处理系统构建方法，其特征在于，还包括：在低温季节向表面流人工湿地和水平潜流人工湿地定期投加低温菌剂，该低温菌剂由枯草芽孢杆菌、蜡样芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌和酵母菌的混合发酵液经过10～15℃驯化得到，该低温菌剂的混合体积比为：枯草芽孢杆菌：蜡样芽孢杆菌：解淀粉芽孢杆菌：酵母菌=1～10：1～2：2：1～5。
6.一种由权利要求1所述构建方法构建的用于北方农村的污水处理系统，其特征在于，包括：依次连通的格栅池、调节池、生物处理池、人工湿地、消毒池以及种植在人工湿地上的植物和覆盖在人工湿地上方安装有太阳电池的温室大棚。
7.根据权利要求6所述用于北方农村的污水处理系统，其特征在于，生物处理池包括连通的厌氧池和生物转盘池，其中，厌氧池由3个大小相同，长、宽、深分别为1m，1m，2～3m的池子组成，并在中间池子中填充沸石-多面空心球复合填料;生物转盘池中置入生物转盘，该生物转盘由盘片、转轴和驱动装置以及接触反应槽组成。
8.根据权利要求7所述用于北方农村的污水处理系统，其特征在于，人工湿地包括连通的第一级表面流人工湿地、水平潜流人工湿地、第二级表面流人工湿地，其中，第一级表面流人工湿地与第二级表面流人工湿地均采用素土结构，自上而下分为种植土壤层、黏土防渗层与原土夯实层三层，土壤层选择黏土或壤土，渗透系数为0.025～0.35cm/h，厚度取30cm;黏土层夯实前厚度取30cm;夯实土层厚度取20cm;水平潜流人工湿地上而下划分为有机土壤层、微生物沸石层、碳源基质净化层，有机土壤层厚度为5～10cm;微生物沸石层厚度为8～15cm，由粒径为10～20mm的沸石块吸附低温菌剂组成，低温菌剂的菌液浓度OD600值为0.7～0.8;碳源基质净化层厚度为80～120cm，由体积比为1～2：1～2：3～5：1的活性炭、沸石、碎石和玉米芯掺合组成。
9.一种用于北方农村的污水处理控制系统，其特征在于，包括：
多个分别安装在格栅池、调节池、生物处理池、人工湿地、消毒池中的污水状态参数采集装置，用于采集污水状态参数信号，并将污水状态参数信号发送至控制器;
格栅池、调节池、生物处理池、人工湿地、消毒池的出水阀，用于接收阀门开关信号，根据该阀门开关信号自行打开或关闭;
控制器，用于接收污水状态参数信号，将污水状态参数信号与预设的污水状态参数进行对比，根据对比结果向控制执行装置发送阀门开关信号，并将接收的污水状态参数信号发送至显示器进行显示。
10.一种用于北方农村的污水处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
通过污水管网收集通道集中农村分散式生活污水，汇总至格栅池;
在栅格池中过滤并截留污水中的大颗粒悬浮物和漂浮物，并将污水输送至调节池;
在调节池中调节污水的pH值为8～9，以进一步沉降污水中的固体颗粒，并为下一步生物处理提供良好的环境，并将污水输送至生物处理池;
在生物处理池中，对污水进行硝化、反硝化反应，并将污水输送至人工湿地;
在人工湿地中，通过人工湿地的基质和植物进一步净化污水，并通过覆盖在人工湿地上方的温室大棚利用太阳电池发电向温室大棚供暖，促进人工湿地的植物生长，以进一步净化污水，并将污水输送至消毒池;
在消毒池中对污水进行消毒处理，使得满足排放要求。
说明书
用于北方农村的污水处理系统及处理方法、构建方法、控制系统
技术领域
本发明涉及污水处理领域，尤其涉及一种用于北方农村的污水处理系统及处理方法、构建方法、控制系统。
背景技术
长期以来，由于农村环保基础设施建设的滞后，全国各地大量未经处理的农村生活污水随意排放，对当地村容、村貌等生活环境产生了不良影响，危害群众健康，已经成为环境污染的主要原因，引起了社会的高度关注。
农村污水处理存在水量小、时段波动大、分布分散、管理困难等特点。针对以上特点，采用常规的污水处理方法难以获得理想的处理效果。采用生物膜法处理农村生活污水，具有有机污染物降解效率高、适用广泛等优点，但单一生物膜处理污水的方法普遍存在蚊蝇孽生、对不同类型污水净化效果波动大、运行稳定性不足、易发生堵塞而缩短运行周期等缺点。
目前，在北方农村地区单一的生态处理技术存在处理效果不稳定、占地面积大、冬季处理效果差等缺点。
因此，基于北方农村地区经济条件和当地自然环境，当前急需因地制宜研发一种具有低能耗、低投资、低运行成本、资源化、高效率、操作管理方便等特点的用于北方农村的污水处理系统及处理方法、构建方法、控制系统。
发明内容
鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的用于北方农村的污水处理系统及处理方法、构建方法、控制系统，采用生态组合式的污水处理方式实现农村污水的有效控制，解决了目前北方农村地区冬季污水处理效果差、系统运行能耗高、生态景观效果差、管理操作复杂等问题。
根据本发明的一方面，提供了一种用于北方农村的污水处理系统构建方法，包括以下步骤：
修筑依次连通的格栅池基坑、调节池基坑、生物处理池基坑、人工湿地基坑和消毒池基坑;
在格栅池基坑中置入格栅，形成格栅池，在调节池基坑中加入弱碱溶液，形成调节池，在生物处理池基坑中置入生物处理装置，形成生物处理池，在人工湿地基坑中填入基质，形成人工湿地，并在该人工湿地上种植植物，在消毒池基坑中灌入消毒液，形成消毒池;
在人工湿地上种植植物，并在人工湿地上方覆盖温室大棚，并在该温室大棚外侧安装太阳电池，以向温室大棚供暖。
进一步地，生物处理池包括连通的厌氧池和生物转盘池，其中，
厌氧池的修筑具体包括：修筑三个相邻、相通且大小相同的第一池子、第二池子和第三池子，并在第二池子中填充沸石-多面空心球复合填料，第一池子、第二池子和第三池子的长、宽、深均分别为1m，1m，2～3m。
进一步地，沸石-多面空心球复合填料的制作步骤包括：
将多面空心球浸泡在1.2%的稀盐酸中12h，去掉表面的杂质，用自来水清洗干净，晾干，备用;
称取聚乙烯醇，置于烧杯中，加入一定量蒸馏水，使聚乙烯醇溶液的质量浓度为20～30%，然后将聚乙烯醇溶液边搅拌，边加热至80℃以上，溶解为透明粘稠的液体;
多面空心球蘸取聚乙烯醇溶液，然后将沸石填料颗粒均匀撒在多面空心球鳍片表面，放置通风处，干燥24h，待凝固、晾干，生成沸石-多面空心球复合填料。
进一步地，人工湿地包括连通的表面流人工湿地和水平潜流人工湿地，其中，表面流人工湿地的修筑具体包括：修筑表面流人工湿地基坑，在表面流人工湿地基坑中自上而下依次铺上种植土壤层、黏土防渗层与原土夯实层三层，种植土壤层选择黏土或壤土，渗透系数为0.025～0.35cm/h，厚度取30cm;黏土层夯实前厚度取30cm;夯实土层厚度取20cm;
水平潜流人工湿地的修筑具体包括：修筑水平潜流人工湿地基坑，在水平潜流人工湿地基坑中由上而下依次铺上有机土壤层、微生物沸石层、碳源基质净化层;有机土壤层厚度为5～10cm;微生物沸石层厚度为8～15cm，由粒径为10～20mm的沸石块吸附低温菌剂组成，低温菌剂的菌液浓度OD600值为0.7～0.8;碳源基质净化层厚度为80～120cm，由体积比为1～2：1～2：3～5：1的活性炭、沸石、碎石和玉米芯掺合组成;
在种植土壤层种植水生植物，并在有机土壤层种植水生蔬菜型植物。
进一步地，上述用于北方农村的污水处理系统构建方法，还包括：在低温季节向表面流人工湿地和水平潜流人工湿地定期投加低温菌剂，该低温菌剂由枯草芽孢杆菌、蜡样芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌和酵母菌的混合发酵液经过10～15℃驯化得到，该低温菌剂的混合体积比为：枯草芽孢杆菌：蜡样芽孢杆菌：解淀粉芽孢杆菌：酵母菌=1～10：1～2：2：1～5。
根据本发明的另一方面，提供了一种由上述构建方法构建的用于北方农村的污水处理系统，包括：依次连通的格栅池、调节池、生物处理池、人工湿地、消毒池以及种植在人工湿地上的植物和覆盖在人工湿地上方安装有太阳电池的温室大棚。
进一步地，生物处理池包括连通的厌氧池和生物转盘池，其中，厌氧池由3个大小相同，长、宽、深分别为1m，1m，2～3m的池子组成，并在中间池子中填充沸石-多面空心球复合填料;生物转盘池中置入生物转盘，该生物转盘由盘片、转轴和驱动装置以及接触反应槽组成。
进一步地，人工湿地包括连通的第一级表面流人工湿地、水平潜流人工湿地、第二级表面流人工湿地，其中，第一级表面流人工湿地与第二级表面流人工湿地均采用素土结构，自上而下分为种植土壤层、黏土防渗层与原土夯实层三层，土壤层选择黏土或壤土，渗透系数为0.025～0.35cm/h，厚度取30cm;黏土层夯实前厚度取30cm;夯实土层厚度取20cm;水平潜流人工湿地上而下划分为有机土壤层、微生物沸石层、碳源基质净化层，有机土壤层厚度为5～10cm;微生物沸石层厚度为8～15cm，由粒径为10～20mm的沸石块吸附低温菌剂组成，低温菌剂的菌液浓度OD600值为0.7～0.8;碳源基质净化层厚度为80～120cm，由体积比为1～2：1～2：3～5：1的活性炭、沸石、碎石和玉米芯掺合组成。
根据本发明的又一方面，提供了一种用于北方农村的污水处理控制系统，包括：
多个分别安装在格栅池、调节池、生物处理池、人工湿地、消毒池中的污水状态参数采集装置，用于采集污水状态参数信号，并将污水状态参数信号发送至控制器;
格栅池、调节池、生物处理池、人工湿地、消毒池的出水阀，用于接收阀门开关信号，根据该阀门开关信号自行打开或关闭;
控制器，用于接收污水状态参数信号，将污水状态参数信号与预设的污水状态参数进行对比，根据对比结果向控制执行装置发送阀门开关信号，并将接收的污水状态参数信号发送至显示器进行显示。
根据本发明的还一方面，提供了一种用于北方农村的污水处理方法，包括以下步骤：
通过污水管网收集通道集中农村分散式生活污水，汇总至格栅池;
在栅格池中过滤并截留污水中的大颗粒悬浮物和漂浮物，并将污水输送至调节池;
在调节池中调节污水的pH值为8～9，以进一步沉降污水中的固体颗粒，并为下一步生物处理提供良好的环境，并将污水输送至生物处理池;
在生物处理池中，对污水进行硝化、反硝化反应，并将污水输送至人工湿地;
在人工湿地中，通过人工湿地的基质和植物进一步净化污水，并通过覆盖在人工湿地上方的温室大棚利用太阳电池发电向温室大棚供暖，促进人工湿地的植物生长，以进一步净化污水，并将污水输送至消毒池;
在消毒池中对污水进行消毒处理，使得满足排放要求。
本发明的有益效果为：
1.本发明的用于北方农村的污水处理系统及处理方法、构建方法通过污水管网收集通道集中农村分散式生活污水，汇总至格栅池，在栅格池中过滤并截留污水中的大颗粒悬浮物和漂浮物，在调节池中调节污水的pH值为8～9，以进一步沉降污水中的固体颗粒，并为下一步生物处理提供良好的环境，在生物处理池中，对污水进行硝化、反硝化反应，在人工湿地中，通过植物和人工湿地的基质进一步净化污水，并通过覆盖在人工湿地上方的温室大棚利用太阳电池发电向温室大棚供暖，促进人工湿地的水生植物生长，以进一步净化污水，在消毒池中对污水进行消毒处理，最终得到的水满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)中一级A标准的水质要求，以上过程有机结合格栅池、调节池、生物处理池、人工湿地、消毒池以及种植在人工湿地上的植物和覆盖在人工湿地上方安装有太阳电池的温室大棚，充分结合非生态水质净化技术和生态水质净化技术，使得污水处理效果稳定、占地面积小、冬季处理效果好;
2.本发明的用于北方农村的污水处理系统及处理方法、构建方法通过构建太阳能光伏温室大棚，种植水生蔬菜，提高冬季农村生活污水的净化效果;
3.本发明的用于北方农村的污水处理系统及处理方法、构建方法通过投加经低温驯化的低温菌剂，进一步提高冬季农村生活污水的净化效果;
4.本发明的用于北方农村的污水处理系统及处理方法、构建方法通过在厌氧池中填充新型沸石-多面空心球复合填料，能高效去除氨氮和有机物;
5.本发明的用于北方农村的污水处理控制系统，能够实时监控格栅池、调节池、生物处理池、人工湿地、消毒池中的水质是否满足预设条件，以实时调整污水处理条件，为农村生活污水治理项目的运营管理提供直观的决策支持。