公布日：2023.10.20
申请日：2023.04.18
分类号：C02F9/00(2023.01)I;C02F3/28(2023.01)N;C02F1/00(2023.01)N;C02F3/32(2023.01)N
摘要
本发明涉及一种农村污水处理装置、系统及方法，系统至少包括由依次连通的沉淀池、厌氧池和缺氧池组成的主箱体。经过所述沉淀池处理后的所述污水流入所述厌氧池。所述厌氧池中的厌氧生物膜去除处理后的所述污水中呈胶体和溶解状态的有机性污染物质。所述厌氧池内设置的若干填料挂架悬挂填料以使得厌氧微生物附着所述填料并且形成所述厌氧生物膜。本发明能有效解决农村地区生活污水的治理问题，污水处理时可埋于地下实施，减少环境污染，减少占地面积，同时本发明的装置及方法具有易于管理运行、不易堵塞、无耗能、无动力、出水水质稳定的优点。
权利要求书
1.一种农村污水处理系统，至少包括由依次连通的沉淀池(2)、厌氧池(3)和缺氧池(4)组成的主箱体，其特征在于，经过所述沉淀池(2)处理后的所述污水流入所述厌氧池(3)，所述厌氧池(3)中的厌氧生物膜去除处理后的所述污水中呈胶体和溶解状态的有机性污染物质，其中，所述厌氧池(3)内设置的若干填料挂架(33)悬挂填料以使得厌氧微生物附着所述填料并且形成所述厌氧生物膜。
2.根据权利要求1所述的农村污水处理系统，其特征在于，所述厌氧池(3)与所述缺氧池(4)的底部通水，其中，充分分解的所述污水通过沉淀从所述厌氧池(3)与所述缺氧池(4)的下端通孔进入所述缺氧池(4)，在所述缺氧池(4)内的污水进行泥水分离并且进行缺氧处理。
3.根据权利要求1或2所述的农村污水处理系统，其特征在于，经过所述缺氧处理的所述污水通过布水管(6)出水到进水池(51)中，所述污水通过填料模块(58)以及砾石层(55)的处理，渗透至湿地底层出水。
4.根据权利要求1～3任一项所述的农村污水处理系统，其特征在于，经所述填料模块(58)以及所述砾石层(55)处理净化后的尾水，通过加长排水管(7)排出到出水收集池(8)，净化后的所述尾水通过溢流出水管(57)流出到所述出水收集池(8)。
5.根据权利要求1～4任一项所述的农村污水处理系统，其特征在于，所述填料挂架(33)按照设置于所述折流板一(34)和所述折流板二(35)之间的方式与所述污水充分接触，其中，所述折流板一(34)靠近所述厌氧池(3)底部处折弯，并且与所述厌氧池(3)底部之间有空隙，所述折流板二(35)为垂直设置于所述厌氧池(3)底部上，并且与所述厌氧池(3)底部接触。
6.根据权利要求1～5任一项所述的农村污水处理系统，其特征在于，所述系统还包括：并联的A子系统和B子系统，所述A子系统和B子系统均包括有子系统池体(5)，所述子系统池体(5)内均设置有五层填料基质滤料层，所述填料基质滤料层上四层采用若干个填料模块(58)，所述填料模块(58)的底部为砾石层(55)。
7.根据权利要求1～6任一项所述的农村污水处理系统，其特征在于，所述子系统池体(5)内依次设置有所述进水池(51)、中间池(52)和水位调节池(53)，所述填料模块(58)设置在所述进水池(51)和中间池(52)的中间部分。
8.一种农村污水处理装置，至少包括由依次连通的沉淀池(2)、厌氧池(3)和缺氧池(4)组成的主箱体，其特征在于，经过所述沉淀池(2)处理后的所述污水流入所述厌氧池(3)，所述厌氧池(3)中的厌氧生物膜去除处理后的所述污水中呈胶体和溶解状态的有机性污染物质，其中，所述厌氧池(3)内设置的若干填料挂架(33)悬挂填料以使得厌氧微生物附着所述填料并且形成所述厌氧生物膜。
9.一种农村污水处理方法，其特征在于，所述方法至少包括：将经过沉淀池(2)处理后的污水流入厌氧池(3)，所述厌氧池(3)中的厌氧生物膜去除处理后的所述污水中呈胶体和溶解状态的有机性污染物质，其中，所述厌氧池(3)内设置的若干填料挂架(33)悬挂填料以使得厌氧微生物附着所述填料并且形成所述厌氧生物膜。
10.根据权利要求9所述的农村污水处理方法，其特征在于，所述方法还包括：充分分解的所述污水通过沉淀从所述厌氧池(3)与缺氧池(4)的下端通孔进入所述缺氧池(4)，在所述缺氧池(4)内的污水进行泥水分离并且进行缺氧处理。
发明内容
为解决现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种无动力地埋式垂直流湿地农村生活污水处理装置及方法，能有效解决农村地区生活污水的治理问题，污水处理时可埋于地下实施，减少环境污染，减少占地面积，同时本发明的装置及方法具有易于管理运行、不易堵塞、无耗能、无动力、出水水质稳定的优点。
本发明涉及一种农村污水处理系统，至少包括由依次连通的沉淀池、厌氧池和缺氧池组成的主箱体。经过所述沉淀池处理后的所述污水流入所述厌氧池，所述厌氧池中的厌氧生物膜去除处理后的所述污水中呈胶体和溶解状态的有机性污染物质。优选地，所述厌氧池内设置的若干填料挂架悬挂填料以使得厌氧微生物附着所述填料并且形成所述厌氧生物膜。填料表面和植物根系将由于大量微生物的生长而形成生物膜。污水流经生物膜时，大量的SS被填料和植物根系阻挡截留，有机污染物则通过生物膜的吸收、同化及异化作用而被去除，最后复合垂直流湿地系统更换填料模块或收割栽种植物实现污染物的最终去除。
根据一种优选的实施方式，所述厌氧池与所述缺氧池的底部通水。优选地，充分分解的所述污水通过沉淀从所述厌氧池与所述缺氧池的下端通孔进入所述缺氧池，在所述缺氧池内的污水进行泥水分离并且进行缺氧处理。
根据一种优选的实施方式，经过所述缺氧处理的所述污水通过布水管出水到进水池中，所述污水通过填料模块以及砾石层的处理，渗透至湿地底层出水。
根据一种优选的实施方式，经所述填料模块以及所述砾石层处理净化后的尾水，通过加长排水管排出到出水收集池，净化后的所述尾水通过溢流出水管流出到所述出水收集池。
根据一种优选的实施方式，所述填料挂架按照设置于所述折流板一和所述折流板二之间的方式与所述污水充分接触。优选地，所述折流板一靠近所述厌氧池底部处折弯，并且与所述厌氧池底部之间有空隙，所述折流板二为垂直设置于所述厌氧池底部上，并且与所述厌氧池底部接触。
根据一种优选的实施方式，所述系统还包括：并联的A子系统和B子系统，所述A子系统和B子系统均包括有子系统池体，所述子系统池体内均设置有五层填料基质滤料层，所述填料基质滤料层上四层采用若干个填料模块，所述填料模块的底部为砾石层。
根据一种优选的实施方式，所述子系统池体内依次设置有所述进水池、中间池和水位调节池，所述填料模块设置在所述进水池和中间池的中间部分。
本发明还涉及一种农村污水处理装置，至少包括由依次连通的沉淀池、厌氧池和缺氧池组成的主箱体。经过所述沉淀池处理后的所述污水流入所述厌氧池，所述厌氧池中的厌氧生物膜去除处理后的所述污水中呈胶体和溶解状态的有机性污染物质。优选地，所述厌氧池内设置的若干填料挂架悬挂填料以使得厌氧微生物附着所述填料并且形成所述厌氧生物膜。
本发明还涉及一种农村污水处理方法，所述方法至少包括：将经过沉淀池处理后的污水流入厌氧池，所述厌氧池中的厌氧生物膜去除处理后的所述污水中呈胶体和溶解状态的有机性污染物质。优选地，所述厌氧池内设置的若干填料挂架悬挂填料以使得厌氧微生物附着所述填料并且形成所述厌氧生物膜。
根据一种优选的实施方式，所述方法还包括：充分分解的所述污水通过沉淀从所述厌氧池与缺氧池的下端通孔进入所述缺氧池，在所述缺氧池内的污水进行泥水分离并且进行缺氧处理。
本发明提出以下技术方案：一种无动力地埋式垂直流湿地农村生活污水处理装置，包括主箱体和复合垂直流湿地系统，所述主箱体由依次连通的沉淀池、厌氧池、缺氧池组成；
所述主箱体内设置有隔板一和隔板二，以将所述主箱体分隔为沉淀池、厌氧池、缺氧池；所述沉淀池和所述厌氧池通过所述隔板一上端设置的开口一连通，所述厌氧池和所述缺氧池通过所述隔板二的底部设置的开口二连通，所述开口一和开口二处均设置有管道；
通过厌氧池和所述缺氧池通过所述隔板二的底部设置的开口二连通的设计，厌氧池与缺氧池采用池的底部通水，进入厌氧池的污水中的含油悬浮物漂浮在厌氧池水面，通过更长的停留时间来进行分解，而充分分解的泥水物通过沉淀从厌氧池与缺氧池的下端通孔进入缺氧池，在缺氧池内的污水进行泥水分离，分解后固体污染物沉下池下，液态部分从缺氧池流出。
所述厌氧池内设置有若干填料挂架和若干折流板一和若干折流板二，所述折流板一靠近厌氧池底部处折弯，与厌氧池底部之间有空隙，所述折流板二为垂直设置于厌氧池底部上，且与厌氧池底部接触，所述折流板一设置的高度高于所述开口一，所述折流板二设置的高度低于所述开口一，所述填料挂架设置在折流板一和折流板二之间，所述填料挂架上设置有软性填料组；
通过填料挂架上装有软性填料，增加了微生物的附着面积，通过折流板一和折流板二的设计，污水充分与软性填料接触，防止了短流现象，软性填料上附着的生物膜能更有效地对污水处理。
所述复合垂直流湿地系统由两个并联的A子系统和B子系统组成，所述A子系统和B子系统均包括有子系统池体，每个所述子系统池体内均设置有五层填料基质滤料层，所述填料基质滤料层上四层为模块化设计，采用若干个方正的不锈钢网箱装载四层填料，每个不锈钢网箱为一个填料模块，所述填料模块底部为砾石层。
进一步地，两个所述子系统池体内均依次设置有进水池、中间池和水位调节池，所述填料模块设置在所述进水池和中间池的中间部分；
所述进水池与所述中间池之间设置有隔板三，所述隔板三底部与所述填料模块底部平齐，所述水位调节池与所述中间池之间设置有隔板四，所述隔板四的底端与所述子系统池体的底部接触，隔板四的下部开有若干个通孔；
所述隔板三与隔板四之间的填料模块上种植有水生植物，水生植物为水生美人蕉、昌蒲、铜钱草、狐尾藻中的至少一种。
两个所述水位调节池之间设置有两个交替排水系统；
所述水位调节池与所述中间池之间设置有溢流出水管，所述溢流出水管由直管和弯管组成，所述溢流出水管的直管贯穿所述隔板四与所述中间池连通，且设置于填料模块上方，所述水位调节池出水方向的下端设置有加长排水管，所述加长排水管贯穿所述水位调节池；
所述缺氧池与所述进水池之间通过布水管连通，所述布水管设置在所述填料模块的上方。
进一步地，所述主箱体为一体化结构，所述主箱体顶部设置有检查井一和检查井二，所述检查井一设置于所述沉淀池和厌氧池之间，所述检查井二设置于所述厌氧池和缺氧池之间；所述检查井一、检查井二设置于所述隔板一和隔板二附近，所述检查井一和检查井二上均设置有顶孔砌砖及井盖；所述主箱体、顶孔砌砖及井盖形成封闭结构。
通过检查井一和检查井二的结构设计，可以方便检查沉淀池和缺氧池中污水处理情况。
进一步地，所述交替排水系统由水位检测结构和排水结构组成，所述水位检测结构设置于所述水位调节池的上端，所述排水结构设置于所述水位调节池的下端；A子系统的水位检测结构与B子系统的排水结构连接，B子系统的检测结构与A子系统的排水结构连接，所述A子系统的水位调节池与所述B子系统的水位调节池之间设置有通池管，所述A子系统的水位检测结构与所述B子系统的排水结构通过连索二连接，所述连索二穿过所述通池管，所述通池管两侧位于连索二的下方设置有滑轮一；所述水位检测结构包括浮球、浮球连杆，浮球连接浮球连杆的一端，浮球连杆的中间设置有浮球连杆转轴，浮球连杆远离浮球的一端连接连索二；所述排水结构包括平衡杆、平衡杆转轴、滑环、滑轮二、出水管盖，所述平衡杆通过连索二连接所述浮球连杆，所述平衡杆中间设置有平衡杆转轴，所述平衡杆远离连索二的一端连接连索一，连索一远离平衡杆的一端连接出水管盖，出水管盖设置在加长排水管的正上方，与连索一连接的平衡杆的一侧上设置有滑环；所述连索一的上端与所述平衡杆连接之间设置有滑轮二，连索一的下端与出水管盖上方设置有滑轮三。
通过以上交替排水系统的设计，可以实现A子系统与B子系统交替排水；水位调节池水满时，还可以通过溢流出水管向出水收集池中排水。
A子系统与B子系统交替排水机理：当B子系统的浮球在水位调节池内水满上浮时，通过浮球连杆、浮球连杆转轴带动连索二连接的平衡杆一侧通过平衡杆转轴向上移动，平衡杆的另一侧通过平衡杆转轴向下移动，滑环向左滑向连索一，通过连索一及滑环的重力作用将出水管盖提起，A子系统的水位调节池中的水通过加长排水管排出，当A子系统的水位调节池中的水排完后，A子系统的出水管盖失去了水的浮力作用，受出水管盖自身的重力作用，出水管盖向下移动，重新盖住了加长排水管。A子系统在布水管出水的流入下开始积累水，当A子系统水满时，通过A子系统的水位调节池内的水位检测结构及B子系统的水位调节池内排水结构的作用，触动并提起B子系统的水位调节池内的出水管盖，B子系统排水；按照上面所述的方式，A子系统和B子系统B交替排水。
复合垂直流湿地系统采用A、B两个子系统交替全排水设置，全排水后，系统内获得空气进入，对系统填料基质表面湿润的微生物膜曝气增氧，A、B两个子系统内部的增氧交替进行，无需动力。
进一步地，所述加长排水管由弯管一、直管一、弯管二和直管二组成，所述直管一贯穿所述水位调节池一端，所述直管二的长度为直管一的长度的3.5-4倍。
本发明的装置在排水时，布水管的进水没有停止，系统通过加长排水管，通过自然的方式增加排水压力，增大排水，通过大的排水与小的进水的方式排空系统内的水，系统内保持湿润的方式下进入空气，从而提高系统内水体溶入氧气。
由于A、B两个子系统分别连接加长排水管，A、B两个子系统满水后才触动出水管盖，利用加长排水管，增加了系统内的水位差，增加了排水压力，从而在排水时带动湿地系统内老化剥落的生物膜及沉淀在系统底部的沉积物排出系统，防止淤堵。
进一步地，所述填料模块有若干个，每个所述填料模块由上到下依次为四层填料组成，四层所述填料层从上到下分别为瓜米石层、小圆陶粒层、沸石层、大圆陶粒层。
进一步地，所述填料层的规格如下：瓜米石层150mm厚，粒径5-10mm；小圆陶粒层200mm厚，粒径3-10mm；沸石层300mm厚，粒径为10-20mm；大圆陶粒层200mm厚，粒径20-40mm；砾石层350mm厚，粒径30-50mm。
由于农村生活污水量大面广，具有分散性，其数量、成分、污染物浓度与季节时段、当地居民的生活习惯、生活水平、水资源的状况有关，其产生的污水的pH值因不同农村地区及季节时段的情况而不同，复合垂直流湿地系统内设计的填料模块分为二种，分别为一号填料模块和二号填料模块。
进一步地，所述填料模块为一号填料模块，一号填料模块为瓜米石层、酸性小圆陶粒层、沸石层、酸性大圆陶粒层。
进一步地，所述填料模块为二号填料模块，二号填料模块为瓜米石层、碱性小圆陶粒层、沸石层、碱性大圆陶粒层。
进一步地，当污水pH值为小于等于8时，安装一号填料模块，当污水pH值为大于8时，安装二号填料模块。
不同的金属离子会在不同的pH条件下与磷素发生反应生成沉淀的效果不同，设计不同填料模块，根据按不同农村地区及不同的季节时段，通过检测污水的pH性质而安装或更换系统装置的填料模块，提高装置在不同的pH污水条件下填料模块与磷素发生反应生成沉淀的效果，从而可以用较小的装置尺寸及较小的用地面积、建设成本，达到需要的效果。
进一步地，还包括网栅池，所述网栅池与所述沉淀池之间通过管道贯通连接，所述网栅池内设置有网栅板，所述网栅板上均匀设置有格栅，所述网栅池的顶部设置有顶板，完全将网栅池覆盖住，所述网栅池的进水口处设置有截污管，所述溢流出水管和加长排水管的下方设置有出水收集池。
进一步地，所述主箱体及子系统池体由玻璃钢材料整体成形制备而成，较好地防止污水的渗出及污染地下水；
所述网栅池的底部设置有砼垫层一，所述主箱体、复合垂直流湿地系统的底部设置有砼垫层二，所述水位调节池连接加长排水管的一侧设置有砼垫层三，所述网栅池底部设置的高度高于所述主箱体及子系统池体底部。
所述砼垫层一、砼垫层二与主箱体底部以及子系统池体底部采用中粗砂填充，主箱体侧面与子系统池体相对的侧面以及砼垫层三与子系统池体相对的侧面间隙处采用素土填充。
通过砼垫层一、砼垫层二以及砼垫层三的设计，使得该装置能够更加稳定牢固的被埋在土地内部。
进一步地，主箱体上方的土面上种植草坪。
进一步地，所述无动力地埋式垂直流湿地农村生活污水处理装置还包括污水收集装置，所述污水收集装置包括连接到农户的收集污水管、污水收集井，所述污水收集装置与所述网栅池的进水口处设置的截污管连接，所收集农户污水包含农户的黑水和灰水，黑水指农户化粪池出水，灰水指农户日常生活所排污水。
本发明根据农村地区现场因地制宜按区域化解为多个小区域，利用地势由高到低沿污水流动方向布设收集污水管、污水收集井，不需设置水泵，无需消耗电能，节省能源，适合农村地区。
本发明还公布了一种地埋式复合垂直流湿地农村生活污水处理方法，采用上述的无动力地埋式垂直流湿地农村生活污水处理装置处理，其步骤包括：
S1.农村生活污水排至三级化粪池，利用沉淀和厌氧发酵的原理，去除生活污水悬浮性有机物；
S2.污水收集装置收集污水：收集各家各户化粪池溢流出的生活污水和/或灰水进入网栅池处理；
S3.沉淀池沉淀：将步骤S2中收集的污水采用沉淀池沉淀静置，沉淀池采用竖式沉淀池，水力停留时间2h，去除生活污水剩余的悬浮性有机物；
S4.厌氧池处理：S3步骤中处理后的污水流入厌氧池，采用厌氧生物膜去除污水中呈胶体和溶解状态的有机性污染物质，通过厌氧池内设置的挂架悬挂填料，采用软性填料或半软性填料，为厌氧微生物附着生长提供固体表面，使其在填料表面形成生物膜；
S5.缺氧池处理：S4步骤厌氧处理后的污水通入缺氧池中，进行缺氧处理；
S6.复合垂直流湿地系统处理：经过缺氧池处理的污水通过布水管出水到复合垂直流湿地系统的进水池中，污水通过复合垂直流湿地系统中填料模块及砾石层的处理，渗透至湿地底层出水，从复合垂直流湿地系统处理排出的水体达到广东省《农村生活污水处理排放标准》(DB44/2208-2019)中的一级标准；
S7.尾水资源化利用：经步骤S6处理净化后的尾水，通过加长排水管排出到出水收集池，多余净化后的尾水通过溢流出水管流出到出水收集池，出水收集池收集的水可用于农业灌溉用水。
复合垂直流湿地系统机理：子系统池体内设置的隔板三没接触到池底，隔板三下面贯通，预留放置砾石层，隔板四的下部开有通孔，把填料区的水导入水位调节池。布水管出水通过隔板三前的填料模块，垂直向下流，进入最下层的砾石层，然后垂直向上流，流经隔板三与隔板四之间的填料模块，然后通过溢流出水管流出。水流经过填料模块垂直向下流和垂直向上流的过程称为复合垂直流。
本发明具有以下有益效果：
1、本发明将污水的沉淀处理、厌氧处理、缺氧处理在一体化的封闭结构中实现，污水处理时可埋于地下实施，减少环境污染，减少占地面积，污水处理在封闭状态下，可通过水中的微生物将产生的废气降解，减少异味的产生。同时本发明采用一体式无动力少管理设计，在保证处理效果的同时遵循投资及运行费用低、操作及维护简便的优势。
2、本发明设计的复合垂直流湿地系统通过进水池、中间池填料模块的设计以及中间池的填料模块上水生植物区的设计，对污水的处理综合了物理、化学和生物三种作用，利用植物和填料的不同功能，进行生物脱氮除磷，同时去除CODCr、BOD、SS等污染物。复合垂直流湿地系统成熟后，填料表面和植物根系将由于大量微生物的生长而形成生物膜。污水流经生物膜时，大量的SS被填料和植物根系阻挡截留，有机污染物则通过生物膜的吸收、同化及异化作用而被去除，最后复合垂直流湿地系统更换填料模块或收割栽种植物实现污染物的最终去除。
3、本发明通过将复合垂直流湿地系统设计为五层式滤料层，综合利用微生物降解、植物吸收、滤料基质吸附的能力去除污水中污染物；而且由于上四层采用模块填料设计，便于定期清洗及更换，采用多个大小相同的不锈钢网箱装载多层填料的填料模块设计，可以实现统一尺寸制作，方便批量生产、运输方便、安装快捷，当有其中一个填料模块损坏或者堵塞时，只需更换损坏或堵塞的填料模块，降低维护费用。同时采用模块更换的形式可以简化作业规模、精简人员、缩短清洗时间，从而缩短装置系统的停运时问、提高装置系统的效率；最下一层为大颗粒砾石层，大颗粒砾石层较厚重，而且砾石间的孔隙大，不易堵塞。
4、本发明通过交替排水系统以及加长排水管的设计，解决湿地系统中处理效率低和容易堵塞两个主要的问题。通过交替排水系统的设计，A、B两个子系统内部的增氧交替进行，无需动力；通过加长排水管的设计，增加了系统内的水位差，增加了排水压力，从而在排水时带动湿地系统内老化剥落的生物膜及沉淀在系统底部的沉积物排出系统，防止淤堵。
5、本发明的装置设计填料模块与水位调节池的隔板四的通孔，通过填料的下部排水时从下部带走容易引起堵塞的堵塞物及气体，并且更有效地引入空气，增加系统的氧气，防止系统堵塞与板结。
6、本发明的污水处理由沉淀池、厌氧池、缺氧池和复合垂直流湿地系统串联组成，具有较强的抗冲击负荷能力。生活污水进入沉淀池、厌氧池、缺氧池，截流大部分有机物，并在厌氧水解作用下，被分解成小分子有机物，小分子有机污染物在复合垂直流湿地系统内经过滤、吸附、植物吸收及生物降解等作用得以去除。该工艺简单、无动力损耗，维护管理方便，基本不产生运营费用，且出水水质稳定。
（发明人：邱建贺;周国彪;易旭超;刘鸿藜）