申请日2020.11.06
公开（公告）日2021.04.23
IPC分类号C02F3/32; C02F3/34; C02F3/30; C02F3/28; C02F9/14
摘要
本发明提出一种无动力污水处理装置，只需定期对立体生态净化池进行检查和更换植物生长基质，就能长期确保植物的正常生长，从而维持污水处理装置持续正常地发挥处理污水的作用。本发明不仅简化了现有的农村污水处理装置，大大降低建造成本，同时又具备较高净化效率且能长期平稳运行，运行零能耗，且所述立体生态净化系统的多层结构可以充分利用池体的竖向空间，提高池体空间利用率，在保证处理效果的同时节省土地占用面积，适应中国农村缺电少人力的污水处理情况，易于在农村推广使用。
权利要求书
1.一种无动力污水处理装置，其特征在于：其由依次设置并连通的格栅井、调节池、生态净化池组成，其中，
所述生态净化池，包括生态池体，配水管、布水支管和立体生态净化系统和位于池底的排水管，所述立体生态净化系统主要由至少一个生化滤架、用于过滤污水的滤料、安装在生化滤架上的基质槽、填充于所述基质槽内的植物生长基质和种在基质槽中的植物组成；其中，生化滤架为横贯生态池体、高度从靠近配水管和布水支管下方至池底的支架，在所述生化滤架位于布水支管下方的空间内从上至下填充了滤料，在所述滤料外围分层设置有多个基质槽，所述基质槽底部和与滤料相邻的侧壁具有排水孔，以便使首层的基质槽中的水通过排水孔流入下一层的基质槽中并逐层流入池底或者滤料空间与基质槽相互流通；所述配水管位于生化池体的上部，一端与调节池出水管相接，另一端则平伸向生化池体的另一端，布水支管间隔分布在配水管上，以便将来自调节池的污水分布给所述立体生态净化系统中的各个生化滤架中设置的滤料和基质槽。
2.根据权利要求1所述无动力污水处理装置，其特征在于，所述的基质槽中种植的植物，更适宜种植喜水的阴生植物。
3.根据权利要求2所述无动力污水处理装置，其特征在于，生态净化池的顶部敞开，在生态净化池顶部四周设置防护栏。
4.根据权利要求3所述无动力污水处理装置，其特征在于，所述格栅井，包括格栅井体、井盖、设置在所述格栅井中上部的污水进水管、设置在水头较低一侧的格栅井出水管、排泥放空管和用于去除污水中的较粗大悬浮物格栅，其中，所述格栅设置在污水进水管出水口和格栅井出水管进水口之间，作为本发明的进一步改进，所述格栅为位于所述格栅井中部的提篮式格栅，提篮网孔的孔径在mm～mm范围内为宜，所述提篮式格栅顶部通过锁链和提篮挂钩，挂在井口处。
5.根据权利要求4所述无动力污水处理装置，其特征在于，在所述格栅井中部设置有用于限定提篮式格栅悬吊位置的悬臂梁，尽可能减小提篮式格栅与井壁间隙，以便让污水尽可能从提篮式格栅通过，确保能将较为粗大的悬浮物隔离到提篮式格栅中。
6.根据权利要求所述5无动力污水处理装置，其特征在于，所述悬臂梁上部设置有多根限位导杆，限位导杆之间的距离略大于提篮式格栅的外径。
7.根据权利要求6所述无动力污水处理装置，其特征在于，所述生化滤架的槽体两端与所述生态净化池池体侧壁相固定，生化滤架的槽底与生态净化池池底之间存在间隙。
8.根据权利要求所述无动力污水处理装置，其特征在于，在位于所述生化滤架槽底与池底之间设置用于支撑生化滤架槽体的多孔洞支撑件。
9.根据权利要求7所述无动力污水处理装置，其特征在于，所述配水管设置两条以上的布水支管，每条布水支管对应设置一条生化滤架。
10.根据权利要求1-8任一所述无动力污水处理装置，其特征在于，所述调节池，包括调节池体，设置在所述调节池池体中部的活性生物填料层，所述第二连通管位于所述生物填料层的下方；连通所述调节池与所述生态净化池的配水管，所述配水管位于所述生物填料层的下方；所述配水管末端延伸至生态净化池之内。
11.根据权利要求10所述无动力污水处理装置，其特征在于，所述调节池包括设置在池体顶部的通气管，设置在所述调节池池体底部的排泥放空管，所述格栅井、调节池和生态净化池沿水力坡降依次埋设于地下。
说明书
一种无动力污水处理装置
技术领域
本发明属于污水处理技术领域，特别涉及一种无动力污水处理装置。
背景技术
中国农村分布很广且分散，有不少位于山大沟深或者人烟稀少的偏远地区，人口密度远低于城镇人口密度。因此，长期以来，政府对农村的基础设施建设以供电修路和供水为主，农村的生活污水处理设施建设相对薄弱很多，城市周边的农村被城市带动，生活污水处理设施建设情况相对那些偏远的农村要好些，但目前中国农村的生活污水排放状况仍多数是沿道路边沟或者路面直接排放至就近的水体中，这是造成农村、湖泊和河流富营养化等环境污染的主要原因之一。
进入21世纪后，农村的生活水平得到了很大提高，同时也使得乡村生活污水的排放量和污染负荷逐步增加，但大多数边缘乡村缺乏基本的排水卫生设施和相关的技术，造成农村生活污水的处理和利用率极低。
由于许多农村一家一户居住分散，且不少农村地区地势复杂、多山地和丘陵的地理特点，如果像城镇那样建造污水处理厂和网络化的排污管道集中处理污水是不现实的，一方面，工程设施大、施工成本高，而且这些设施的利用效率极低；另一方面，对于那些偏远地区的农村，政府难以派出人力对这些排污设施进行后续的维护，当地的农民更是缺乏相关的技术知识，无力维护，因此，集中污水处理的方式在农村是无法长期运行的。对于中国农村的污水处理只能是采用小范围或者一家一户的污水处理方式。
而如果通过采购市面上的一体化污水处理设备运输至乡村来对农村生活污水进行处理，尽管其具备性能稳定可靠、污水处理能力强且施工周期短等优点，但对于基础设施建设薄弱的乡村，其公路的路况难以运输体积庞大的一体化污水处理设备，也使得用于安装该一体化污水处理设备的大型机械也无法进入乡村进行安装作业，同时，这类一体化污水处理设备在运行过程中需要专业的技术人员进行定期维护，而生产这类设备的厂家因缺乏足够规模的售后维护团队，难以应对广袤且分散的乡村，造成乡村在使用这类一体化污水设备后容易因缺乏维护而损坏甚至报废，最终使得这类设备难以在乡村地区推广。因此，中国农村的污水处理设施需要因地制宜。
为了实现农村的污水处理，现有专利技术中，申请号为ZL201620377541.0《农村生活污水无动力充氧净化复合介质湿地系统》提供了一种农村生活污水无动力充氧净化复合介质湿地系统，其包括依次连接的格栅集水池、调节初沉池、厌氧池、水解酸化池、接触氧化池、复合介质湿地，所述格栅集水池内设有格栅板，所述厌氧池、水解酸化池、接触氧化池内均设有生物填料，所述厌氧池上设有密封盖，所述水解酸化池、接触氧化池均设有无动力充氧装置，所述无动力充氧装置包括跌水充氧座，所述跌水充氧座上横向排布有多个均匀设置的通孔，所述跌水充氧座设置在所述水解酸化池、接触氧化池的进水端并且分别与厌氧池、水解酸化池连通。
上述技术方案，通过在地面开挖多个特定功能的池体，污水经各池体逐一处理后以使污水符合排放标准，尽管具备施工简单且成本低的优点，但是由于调节初沉池、厌氧池、水解酸化池以及接触氧化池的设置，把污水净化中的水体调节这一功能步骤分为多个池体实现，存在占地面积过大的缺点；此外，由于格栅集水池中的格栅为立式格栅板将较粗大悬浮物隔离在池中，在格栅集水池中的污染物堆满时，需要打开井盖下到井中清理，清理难度大且操容易出现安全风险。
此外，现有专利技术中，申请号为ZL201820559265.9《一种无动力农村生活污水处理装置》还提供一种无动力农村生活污水处理装置，其格栅，所述格栅的底部活动连接有砂池，所述砂池的右侧依次连通有第一厌氧池、第二厌氧池和第三厌氧池，所述第一厌氧池、第二厌氧池和第三厌氧池的内部均设置有厌氧生物和填料，所述第三厌氧池的右侧连通有第一人工湿地，所述第一人工湿地的右侧连通有第二人工湿地，所述第二人工湿地的右侧连通有取水井。
上述技术方案，其为了使得更好的生活污水而设置两个人工湿地，进一步增大了占地面积。
发明内容
本发明的目的在于提供一种无动力污水处理装置，旨在实现较低建造成本、运行零能耗，同时又具备较高净化效率且能长期平稳运行，从而达到满足中国农村电力不足、缺乏专业技术人员维护的污水处理需求、改善农村、湖泊和河流富营养化等环境污染情况的目的。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种无动力污水处理装置，其特征在于：其由依次设置并连通的格栅井、调节池、生态净化池组成，其中，
所述生态净化池，包括生态池体，配水管、布水支管和立体生态净化系统和位于池底的排水管，所述立体生态净化系统主要由至少一个生化滤架、用于过滤污水的滤料、安装在生化滤架上的基质槽、填充于所述基质槽内的植物生长基质和种在基质槽中的植物组成；其中，生化滤架为横贯生态池体、高度从靠近配水管和布水支管下方至池底的支架，在所述生化滤架位于布水支管下方的空间内从上至下填充了滤料，在所述滤料外围分层设置有多个基质槽，所述基质槽底部和与滤料相邻的侧壁具有排水孔，以便使首层的基质槽中的水通过排水孔流入下一层的基质槽中并逐层流入池底或者滤料空间与基质槽相互流通；所述配水管位于生化池体的上部，一端与调节池出水管相接，另一端则平伸向生化池体的另一端，布水支管间隔分布在配水管上，以便将来自调节池的污水分布给所述立体生态净化系统中的各个生化滤架中设置的滤料和基质槽。
本发明在工作时，被格栅井和调节池处理过的污水，通过配水管和布水支管分布给生态净化池内的立体生态净化系统，其中在生化滤架中部填充的滤料可以采用碎石或级配陶粒滤料，其主要作用是支撑生物基质和对污水进行渗透净化的作用。污水可以经基质槽中种植的植物和滤料过滤净化，快速下渗至池底；一方面，污水经过植物根系的吸附、吸收以及生物代谢降解等过程对污水中的小分子污染物、氮、磷等无机污染物进行进一步的物理截留、分解吸收去除；另一方面，由于碎石或陶粒一般均为多孔结构，有利于微生物膜的附着与生长，因此污水在经过滤料时，可以与生物膜进行充分接触，同样可以达到进一步过滤去除污水中氮、磷等污染物的作用；再加上所述的立体生态净化系统具有多层结构，在竖向设置多层植物，可以起到对污水的多层过滤净化功能，保证污水的处理效果；污水经过滤净化下渗至池底的污水经池底的排水管最终排放入自然水体。
本发明只需定期对立体生态净化池进行检查和更换植物生长基质，就能长期确保植物的正常生长，从而维持污水处理装置持续正常地发挥处理污水的作用。本发明不仅简化了现有的农村污水处理装置，大大降低建造成本，同时又具备较高净化效率且能长期平稳运行，运行零能耗，且所述立体生态净化系统的多层结构可以充分利用池体的竖向空间，提高池体空间利用率，在保证处理效果的同时节省土地占用面积，适应中国农村缺电少人力的污水处理情况，易于在农村推广使用。
本发明还可以作如下改进：
本发明所述的基质槽中种植的植物，更适宜种植喜水的阴生植物。
本发明所述的生态净化池的顶部敞开，可以保证池体充分与空气接触，阳光可以照进池体，有利于池体中植物的生长，同时污水从多孔的布水支管滴洒到植物上的过程中可以与充分与空气接触，污水中的有害气体可以快速挥发，含氧量得到增加。为避免人落入池中，在生态净化池顶部四周设置防护栏.
本发明所述格栅井，包括格栅井体、井盖、设置在所述格栅井中上部的污水进水管、设置在水头较低一侧的格栅井出水管、排泥放空管和用于去除污水中的较粗大悬浮物格栅，其中，所述格栅设置在污水进水管出水口和格栅井出水管进水口之间，作为本发明的进一步改进，所述格栅为位于所述格栅井中部的提篮式格栅，提篮网孔的孔径在mm～mm范围内为宜，所述提篮式格栅顶部通过锁链和提篮挂钩，挂在井口处;以方便定期通过锁链将提篮式格栅拉出井口，清除杂物，从而改善传统格栅井一般采用立式格栅板将较粗大悬浮物隔离在井中，污染物堆满时需要下井井清理，既费劲、又不安全，且卫生条件差的问题。
本发明在所述格栅井中部设置有用于限定提篮式格栅悬吊位置的悬臂梁，尽可能减小提篮式格栅与井壁间隙，以便让污水尽可能从提篮式格栅通过，确保能将较为粗大的悬浮物隔离到提篮式格栅中。
本发明在所述悬臂梁上部设置有多根限位导杆，限位导杆之间的距离略大于提篮式格栅的外径。
上述改进，在对格栅井进行维护时，只需定期打开井盖对提篮式格栅进行检查，当提篮式格栅污染物储满时，可通过连接锁链上的提篮挂钩将其沿限位导杆提出井外，将污染物清除并清洗后重新放入格栅井内，整个过程操作简捷，安全卫生，同时井中设置限位导杆限定提篮式格栅的位置，能有效避免水力使提篮式格栅产生移位，当清理杂物时，提篮式格栅可沿限位导杆上下移动而防止左右晃动，另外格栅井具有初步沉淀功能，池底设置的排泥放空管可定期将沉淀在井底的污泥排走。
本发明对所述生化滤架的槽体两端与所述生态净化池池体侧壁相固定，生化滤架的槽底与生态净化池池底之间存在间隙。
上述改进，通过将生化滤架悬空固定，从而避免了污水在槽底积聚而影响过滤效果，同时由于处理过后的污水不会受到生化滤架支撑脚的阻拦，能及时流出生态净化池，提升了该污水处理装置的污水处理效率。
本发明在位于所述生化滤架槽底与池底之间设置用于支撑生化滤架槽体的多孔洞支撑件。
上述改进，由于生化滤架填充了大量的滤料，其分层设置的基质槽内填充了大量的基质，并种植有阴生植物，使得生化滤架的重量较大，悬空固定的话会对池体的侧壁造成过大负荷，需要对池体进行加固处理，提高了所述污水处理装置的建造成本，通过多孔洞支撑件，能有效支撑生化滤架的同时，不影响经生化滤架过滤后的污水沿排水管排出。
本发明所述配水管设置两条以上的布水支管，每条布水支管对应设置一条生化滤架。
所述调节池，包括调节池体，设置在所述调节池池体中部的活性生物填料层，所述第二连通管位于所述生物填料层的下方；连通所述调节池与所述生态净化池的配水管，所述配水管位于所述生物填料层的下方；所述配水管末端延伸至生态净化池之内。
本发明所述调节池中的所述活性生物填料层中的填料为塑料多面空心球。
上述改进，通过使污水在调节池池体下部经过水解酸化后，在流经调节池上部的活性生物填料层，附着在塑料多面空心球半扇形叶片表面的生物膜可以与水体中的污染物充分接触并将其进一步分解，然后利用重力自流进入生态净化池进一步处理。
本发明所述调节池包括设置在池体顶部的通气管，设置在所述调节池池体底部的排泥放空管，所述格栅井、调节池和生态净化池沿水力坡降依次埋设于地下。
上述改进，通过设置在调节池顶部的通气管，能有效排出调节池水解产生的可燃、有毒、有害气体，防止产生爆炸危险，而调节池出水管进水口高于调节池进水管出水口的设置，除了有利于池体内的污水有效沉淀，也可以为生态净化池配备更高的生化滤架，进而可以配备更多层的基质槽，实现更佳的过滤效果，在池底沉淀污物过多时，能通过排泥放空管的设置及时排出，避免影响污水处理效果。
本发明相对于现有技术，具备如下有益效果：
（1）只需建造三个污水处理池体，相对于传统土建污水处理厂和背景技术中的无动力污水处理装置，是明显简化了结构，其工程量大大降低，具备建设成本小、施工周期短的优点；同时，利用生态净化池的植物和滤料对污水进行过滤净化，一方面，污水经过植物根系的吸附、吸收以及生物代谢降解等过程对污水中的小分子污染物、氮、磷等无机污染物进行进一步的物理截留、分解吸收去除；另一方面，污水在经过滤料时，可以与滤料上附着和生长的生物膜进行充分接触，达到进一步过滤去除污水中氮、磷等污染物的作用；再加上所述的立体生态净化系统具有多层结构，在竖向设置多层植物，可以起到对污水的多层过滤净化功能，保证污水的处理效果。
（2）池体建设的大部分材料可以就地取材，同时其他建设材料在乡村地区的运输相对于一体化污水处理设备更为方便，使得其可以在广泛农村进行推广使用；
（3）可以依靠地形高差，利用重力自流使得排入装置的生活污水净化处理后排入自然水体，整个过程不需要依靠电力供应，能耗极低；
（4）由于该装置结构简单，在建成后能大为减轻后续维护，进而减少后续对专业技术人员的需求；
（5）通过提篮式格栅设计，使得维护人员方便清理被格栅阻挡的粗大悬浮物，同时使得污水从提篮式格栅的侧面通过，提升了提篮式格栅的过滤效率；
（6）调节池的结构形式，实现了将现有技术中的初沉池、厌氧池、水解酸化池、接触氧化池的功能整合，在减少了占地面积的同时，提升了污水处理效率；
（7）生化滤架设计为竖向多层结构，设置多层阴生植物，充分利用了池体的竖向空间，在提高了净化效率的同时，也提高池体空间利用率，进而减少了占地面积；
（8）生化滤架底部与生态净化池的池底之间存在间隙，以及多孔洞支撑件的配置，也避免了污水在槽底积聚，进一步提高了净化效率，使得排水管的出水水质能满足国家《农田灌溉水质标准》（GB 5084-2005）。
（发明人：刘福光;刘敬涛;赵煜灵;刘乐嘉;罗谨;郭嘉湄）