公布日：2024.01.26
申請日：2023.12.06
分類號：C02F9/00(2023.01)I;C02F3/32(2023.01)N;C02F3/30(2023.01)N;C02F3/28(2023.01)N;C02F1/00(2023.01)N;C02F3/34(2023.01)N;C02F101/30(2006.01)N
摘要
本發(fā)明公開了一種農(nóng)村生活污水無動(dòng)力防堵塞人工濕地處理系統(tǒng)及處理工藝，包括：由高到低依次連通設(shè)置的格柵沉砂池、化糞池、水解酸化池和防堵塞潛流人工濕地；所述防堵塞潛流人工濕地包括：呈階梯狀分布的多個(gè)濕地單元；本發(fā)明適用于農(nóng)村生活污水處理，通過營造水位落差和勢能、動(dòng)能轉(zhuǎn)換機(jī)制無需借助外部動(dòng)力即可實(shí)現(xiàn)污水凈化，對污水中的COD、氨氮和總磷進(jìn)行有效的去除，具有能耗低、高效能、防堵塞、易維護(hù)的特點(diǎn)。
權(quán)利要求書
1.一種農(nóng)村生活污水無動(dòng)力防堵塞人工濕地處理系統(tǒng)，其特征在于，包括：由高到低依次連通設(shè)置的格柵沉砂池、化糞池、水解酸化池和防堵塞潛流人工濕地；其中，所述防堵塞潛流人工濕地包括多個(gè)呈階梯狀分布的濕地單元。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種農(nóng)村生活污水無動(dòng)力防堵塞人工濕地處理系統(tǒng)，其特征在于，還包括：黑灰分離模塊，所述黑灰分離模塊與所述格柵沉砂池連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種農(nóng)村生活污水無動(dòng)力防堵塞人工濕地處理系統(tǒng)，其特征在于，所述格柵沉砂池通過隔斷墻分為黑水區(qū)和灰水區(qū)；所述黑灰分離模塊的黑水出水口與所述黑水區(qū)的黑水進(jìn)口端連通，且所述黑水區(qū)的黑水出口端與所述化糞池連通；所述黑灰分離模塊的灰水出水口與所述灰水區(qū)的灰水進(jìn)口端連通，且所述灰水區(qū)的灰水出口端與所述水解酸化池連通；靠近所述黑水出口端與灰水出口端的同一側(cè)設(shè)置有擋砂墻，且之間設(shè)有防堵板；所述擋砂墻上設(shè)有格柵；所述格柵沉砂池的頂部靠近黑水進(jìn)口端與灰水進(jìn)口端的一側(cè)設(shè)有隔離板一；所述格柵沉砂池的頂部靠近黑水出口端與灰水出口端的一側(cè)設(shè)有檢查口。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種農(nóng)村生活污水無動(dòng)力防堵塞人工濕地處理系統(tǒng)，其特征在于，所述化糞池包括一級有氧發(fā)酵池、二級厭氧處理池、三級澄清處理池；其中，所述格柵沉砂池黑水出口端末端延伸至所述一級有氧發(fā)酵池的中下部；所述一級有氧發(fā)酵池與所述二級厭氧處理池、所述二級厭氧處理池與所述三級澄清處理池之間均設(shè)置有導(dǎo)流管；所述三級澄清處理池的另一側(cè)側(cè)壁上設(shè)有出水管，并連接所述水解酸化池。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種農(nóng)村生活污水無動(dòng)力防堵塞人工濕地處理系統(tǒng)，其特征在于，所述一級有氧發(fā)酵池的頂部設(shè)置有隔離網(wǎng)，底部設(shè)置有過濾層；所述二級厭氧處理池底部設(shè)有厭氧菌污泥層；所述二級厭氧處理池與所述三級澄清處理池頂部均覆蓋有隔離板二；所述隔離板二上設(shè)置有檢查孔。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種農(nóng)村生活污水無動(dòng)力防堵塞人工濕地處理系統(tǒng)，其特征在于，所述水解酸化池自上而下分為填料層、懸浮層和污泥層；其中，所述填料層設(shè)有若干個(gè)平行排列的支架，填料懸掛在所述支架上；所述懸浮層是介于填料層和污泥層中間的過渡層，由上層填料層微生物和下層污泥層微生物擴(kuò)散后構(gòu)成，是微生物物種多樣性和功能復(fù)雜性最高的區(qū)域；所述污泥層由布水管網(wǎng)和活性污泥組成，污泥更換時(shí)間為6-12個(gè)月；所述污泥層底部還設(shè)有進(jìn)水管，并分別與所述格柵沉砂池灰水出口端和所述三級澄清處理池側(cè)壁的出水管連接；且所述污泥層的進(jìn)水管與所述布水管網(wǎng)連通；所述填料層的頂部設(shè)置出水口。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種農(nóng)村生活污水無動(dòng)力防堵塞人工濕地處理系統(tǒng)，其特征在于，所述防堵塞潛流人工濕地包括過濾加氧槽、植物種植模塊和穿孔式溢流板；其中，所述過濾加氧槽與所述填料層頂部的出水口連接；所述過濾加氧槽與首個(gè)穿孔式溢流板之間設(shè)置有空腔；所述穿孔式溢流板每2～3個(gè)板為一個(gè)濕地單元并設(shè)置同等高度，每個(gè)濕地單元包括4～12個(gè)植物種植模塊。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種農(nóng)村生活污水無動(dòng)力防堵塞人工濕地處理系統(tǒng)，其特征在于，其中，所述過濾加氧槽上鋪設(shè)有礫石；所述過濾加氧槽上設(shè)有流水孔；所述植物種植模塊由陶粒-混凝土砌塊和PVC管-植物種植筒構(gòu)成；所述陶粒-混凝土砌塊呈長方體結(jié)構(gòu)，中間設(shè)有內(nèi)腔；所述PVC管-植物種植筒設(shè)置于陶粒-混凝土砌塊內(nèi)腔中；所述PVC管-植物種植筒筒體上設(shè)有均勻分布的過水孔；所述PVC管-植物種植筒筒體內(nèi)填充有由紗布包裹的細(xì)顆粒填料；所述細(xì)顆粒填料上種植有單棵、單叢或單簇凈化植物；所述穿孔式溢流板由混凝土板澆筑而成；所述穿孔式溢流板在頂部和底部依次交錯(cuò)設(shè)置有穿水孔；所述穿水孔的孔徑和數(shù)量為最大限度允許水流通過且不破壞混凝土板剛度為宜。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種農(nóng)村生活污水無動(dòng)力防堵塞人工濕地處理系統(tǒng)，其特征在于，所述植物種植模塊之間鋪設(shè)有粗顆粒或單一類型填料；所述填料包括但不限于礫石、碎石、高爐礦渣。
10.根據(jù)權(quán)利要求1～9任一項(xiàng)所述的一種農(nóng)村生活污水無動(dòng)力防堵塞人工濕地處理系統(tǒng)的污水處理工藝，其特征在于，包括以下步驟：(1)將生活污水排入黑灰分離模塊中進(jìn)行黑水與灰水分離，分離后的黑水和灰水分別排入黑水進(jìn)口端和灰水進(jìn)口端流入格柵沉砂池，黑水進(jìn)入格柵沉砂池，過濾掉大型固體垃圾后，通過黑水出口端排入一級有氧發(fā)酵池中，灰水進(jìn)入格柵沉砂池，通過格柵沉砂池灰水出口端排入污泥層；(2)黑水進(jìn)入一級有氧發(fā)酵池后，通過隔離網(wǎng)向一級有氧發(fā)酵池中加入EM菌劑，經(jīng)導(dǎo)流管依次流經(jīng)二級厭氧處理池和三級澄清處理池后，通過三級澄清處理池側(cè)壁出水管排出；(3)灰水與從三級澄清處理池排出的黑水通過污泥層的進(jìn)水管進(jìn)入布水管網(wǎng)，依次經(jīng)過懸浮層、填料層進(jìn)行微生物處理，停留6-12小時(shí)后排出。(4)從填料層排出的污水進(jìn)入過濾加氧槽進(jìn)行過濾和加氧，污水通過過濾加氧槽上的過水孔流出，沿穿孔式溢流板上的穿水孔進(jìn)入潛流人工濕地位置最高的濕地單元中，通過溢流板上的穿水孔形成上行/下行交替進(jìn)行的復(fù)合垂直流狀態(tài)，經(jīng)多個(gè)濕地單元凈化后達(dá)標(biāo)排出。
發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明提供了一種農(nóng)村生活污水無動(dòng)力防堵塞人工濕地處理系統(tǒng)及處理工藝，應(yīng)用于農(nóng)村生活污水的凈化，可在無動(dòng)力條件下緩解人工濕地長期運(yùn)行狀態(tài)下容易堵塞的問題，增強(qiáng)人工濕地凈化效能，降低人工濕地管理維護(hù)成本，實(shí)現(xiàn)農(nóng)村生活污水處理全過程將本增效。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
一種農(nóng)村生活污水無動(dòng)力防堵塞人工濕地處理系統(tǒng)，包括：由高到低依次連通設(shè)置的格柵沉砂池、化糞池、水解酸化池和防堵塞潛流人工濕地；
其中，所述防堵塞潛流人工濕地包括多個(gè)呈階梯狀分布的濕地單元。
上述技術(shù)方案的有益效果在于，上述四個(gè)部分的組合形成高度差，利用水的重力勢能形成跌水，無需其他外部動(dòng)力條件(電力、機(jī)械)輔助即可自動(dòng)運(yùn)行。
優(yōu)選地，所述農(nóng)村生活污水無動(dòng)力防堵塞人工濕地處理系統(tǒng)還包括：黑灰分離模塊，
所述黑灰分離模塊與所述格柵沉砂池連接。
優(yōu)選地，所述格柵沉砂池通過隔斷墻分為黑水區(qū)和灰水區(qū)；
所述黑灰分離模塊的黑水出水口與所述黑水區(qū)的黑水進(jìn)口端連通，且所述黑水區(qū)的黑水出口端與所述化糞池連通；
所述黑灰分離模塊的灰水出水口與所述灰水區(qū)的灰水進(jìn)口端連通，且所述灰水區(qū)的灰水出口端與所述水解酸化池連通；
靠近所述黑水出口端與所述灰水出口端的同一側(cè)設(shè)置有擋砂墻，且之間設(shè)有防堵板；
所述擋砂墻上設(shè)有格柵；
所述格柵沉砂池的頂部靠近黑水進(jìn)口端與灰水進(jìn)口端的一側(cè)設(shè)有隔離板一；
所述隔離板一為水泥蓋板；
所述格柵沉砂池的頂部靠近黑水出口端與灰水出口端的一側(cè)設(shè)有檢查口；
所述黑水主要是來自農(nóng)戶廁便器的沖廁水，包含被稀釋的尿液、糞便等污染物的混合液及其他高濃度生活污水，具有水量小、污染物濃度高的特點(diǎn)；
所述灰水是來自便器以外的其他生活雜排水，包括廚房、洗衣、淋浴、盥水、清潔等日常產(chǎn)生的生活污水，具有水量大、污染低的特點(diǎn)。
上述技術(shù)方案的有益效果在于，通過格柵沉砂池過濾掉黑水中的大型固體垃圾，降低進(jìn)入化糞池的難降解污染物的體量，提升化糞池微生物對有機(jī)污染物的降解效率。
優(yōu)選地，所述化糞池包括一級有氧發(fā)酵池、二級厭氧處理池、三級澄清處理池；
其中，所述格柵沉砂池黑水出口端末端延伸至所述一級有氧發(fā)酵池的中下部；
所述一級有氧發(fā)酵池與所述二級厭氧處理池、所述二級厭氧處理池與所述三級澄清處理池之間設(shè)置有導(dǎo)流管；
所述三級澄清處理池的另一側(cè)側(cè)壁上設(shè)有出水管，并連接所述水解酸化池。
優(yōu)選地，所述一級有氧發(fā)酵池的頂部設(shè)置有隔離網(wǎng)，底部設(shè)置有過濾層；所述隔離網(wǎng)為鐵絲網(wǎng)；所述過濾層為秸稈墊料，厚度為20-30cm；
所述二級厭氧處理池底部設(shè)有厭氧菌污泥層，厚度為10-20cm；
所述二級厭氧處理池與所述三級澄清處理池頂部均覆蓋有隔離板二；
所述隔離板二上設(shè)置有檢查孔，用于清淤和檢查；
所述隔離板二為混凝土擋板。
上述技術(shù)方案的有益效果在于，化糞池通過有氧和厭氧發(fā)酵對黑水中的大量難降解有機(jī)污染物實(shí)現(xiàn)了截留和降解，緩解了水解酸化池的工作壓力，促進(jìn)了水解酸化池的工作效率；同時(shí)，由于污染物與墊料、污泥混合后容易形成沉淀，當(dāng)積累到一定程度時(shí)可通過檢查孔對其進(jìn)行清理；秸稈墊料與污水、顆粒污染物、微生物結(jié)合，經(jīng)過微生物發(fā)酵反應(yīng)后在發(fā)酵池底部形成高度膨脹的團(tuán)聚體，在池底池壁擠壓下固定在底部，不會隨水位上升。
優(yōu)選地，所述水解酸化池自上而下分為填料層、懸浮層和污泥層；
其中，所述填料層設(shè)有若干個(gè)平行排列的支架，填料懸掛在所述支架上；所述填料為具有高比表面積的填料；
所述懸浮層是介于填料層和污泥層中間的過渡層，由上層填料層微生物和下層污泥層微生物擴(kuò)散后構(gòu)成，是微生物物種多樣性和功能復(fù)雜性最高的區(qū)域；
所述污泥層由布水管網(wǎng)和活性污泥組成，活性污泥厚度為10-15cm，布水管網(wǎng)的出水口高度比活性污泥表層高5cm以上，污泥更換時(shí)間為6-12個(gè)月；
所述污泥層底部還設(shè)有進(jìn)水管，并分別與所述格柵沉砂池灰水出口端和所述三級澄清處理池側(cè)壁的出水管連接；
所述污泥層的進(jìn)水管與所述布水管網(wǎng)連通；
所述填料層的頂部設(shè)置出水口、排氣管和檢測口。
上述技術(shù)方案的有益效果在于，農(nóng)村生活污水中難降解有機(jī)物在水解酸化池中經(jīng)厭氧菌和兼性菌水解和酸化作用，將污水中懸浮性有機(jī)固體和難生物降解的大分子物質(zhì)水解成溶解性有機(jī)物和易生物降解的小分子物質(zhì)；活性污泥的密度比水大，在水中往往處于沉淀狀態(tài)，且布水管網(wǎng)的出水口是向上噴出水流，能夠有效防止污泥堵塞出水口。
優(yōu)選的，所述防堵塞潛流人工濕地包括過濾加氧槽、植物種植模塊和穿孔式溢流板；
其中，所述過濾加氧槽與所述填料層頂部的出水口連接；
所述過濾加氧槽與首個(gè)穿孔式溢流板之間設(shè)置有空腔；
所述穿孔式溢流板每2～3個(gè)板為一個(gè)濕地單元并設(shè)置同等高度，每個(gè)濕地單元包括4～12個(gè)植物種植模塊。
優(yōu)選地，所述過濾加氧槽上鋪設(shè)有礫石，礫石的粒徑為4-6cm；所述過濾加氧槽上設(shè)有流水孔，孔徑為3cm；
上述技術(shù)方案的有益效果在于，通過礫石層可有效隔絕進(jìn)入人工濕地的固體顆粒物，防止污染顆粒物在人工濕地中堆積造成堵塞，同時(shí)礫石的不規(guī)則形狀和堆積形態(tài)迫使水流形成湍流，增加了水體與空氣的接觸面積，是污水在進(jìn)入人工濕地前增加了溶氧量。
所述植物種植模塊由陶粒-混凝土砌塊和PVC管-植物種植筒構(gòu)成；
所述陶粒-混凝土砌塊呈長方體結(jié)構(gòu)，中間設(shè)有內(nèi)腔；所述陶粒的粒徑為5-10mm；
所述PVC管-植物種植筒設(shè)置于陶粒-混凝土砌塊內(nèi)腔中；
所述PVC管-植物種植筒筒體上設(shè)有均勻分布的過水孔；
所述PVC管-植物種植筒筒體內(nèi)填充有由紗布包裹的細(xì)顆粒填料；所述細(xì)顆粒填料包括但不限于沸石、石英砂；
所述細(xì)顆粒填料上種植有單棵、單叢或單簇凈化植物；所述凈化植物包括但不限于美人蕉、蘆竹、蘆葦、再力花、風(fēng)車草、香根草等具有綜合去污能力強(qiáng)、耐寒耐熱、抗病蟲害效果好特點(diǎn)的鄉(xiāng)土植物。
上述技術(shù)方案的有益效果在于，由于陶粒的孔徑大，透水透氣性強(qiáng)，且穩(wěn)定牢固，對放入內(nèi)腔的種植筒提供穩(wěn)定水流和強(qiáng)力支撐；同時(shí)，在長時(shí)間運(yùn)行后，應(yīng)植物根系生長代謝或水質(zhì)原因造成局部堵塞時(shí)，可使用人力將種植筒取出，對植物進(jìn)行整株收割，對筒內(nèi)填料進(jìn)行更換或沖洗晾曬后回用，實(shí)現(xiàn)防堵塞功能。
所述穿孔式溢流板由混凝土板澆筑而成；
所述穿孔式溢流板在頂部和底部依次交錯(cuò)設(shè)置有穿水孔；
所述穿水孔的孔徑和數(shù)量為最大限度允許水流通過且不破壞混凝土板剛度為宜；
上述技術(shù)方案的有益效果在于，穿孔式溢流板一方面能夠增加水流接觸空氣的幾率，提升水流含氧量，提高填料層好氧微生物活性，增強(qiáng)污染物去除率；另一方面增加水流與基質(zhì)填料接觸機(jī)會，提升人工濕地工作效率；同時(shí)隨水流方向逐步降低高度，控制水流形成上行/下行復(fù)合垂直流，并實(shí)現(xiàn)溢流。
優(yōu)選地，所述植物種植模塊之間鋪設(shè)有粗顆粒或單一類型填料；
所述填料包括但不限于礫石、碎石、高爐礦渣。
上述技術(shù)方案的有益效果在于，通過鋪設(shè)填料對水流進(jìn)行過濾，為微生物提供生長載體，且因其粒徑較大，類型單一，長時(shí)間運(yùn)行不易造成堵塞。
一種農(nóng)村生活污水無動(dòng)力防堵塞人工濕地處理系統(tǒng)的污水處理工藝，包括以下步驟：
(1)將生活污水排入黑灰分離模塊中進(jìn)行黑水與灰水分離，分離后的黑水和灰水分別排入黑水進(jìn)口端和灰水進(jìn)口端流入格柵沉砂池，黑水進(jìn)入格柵沉砂池，過濾掉大型固體垃圾后，通過黑水出口端排入一級有氧發(fā)酵池中，灰水進(jìn)入格柵沉砂池，通過格柵沉砂池灰水出口端排入污泥層；
(2)黑水進(jìn)入一級有氧發(fā)酵池后，通過隔離網(wǎng)向一級有氧發(fā)酵池中加入EM菌劑，經(jīng)導(dǎo)流管依次流經(jīng)二級厭氧處理池和三級澄清處理池后，通過三級澄清處理池側(cè)壁出水管排出；
(3)灰水與從三級澄清處理池排出的黑水通過污泥層的進(jìn)水管進(jìn)入布水管網(wǎng)，依次經(jīng)過懸浮層、填料層進(jìn)行微生物處理后，停留6-12小時(shí)后排出。
(4)經(jīng)填料層排出的污水進(jìn)入過濾加氧槽進(jìn)行過濾和加氧，污水通過過濾加氧槽上的過水孔流出，沿穿孔式溢流板上的穿水孔進(jìn)入潛流人工濕地位置最高的濕地單元中，通過溢流板上的穿水孔形成上行/下行交替進(jìn)行的復(fù)合垂直流狀態(tài)，經(jīng)多個(gè)濕地單元凈化后達(dá)標(biāo)排出。
上述技術(shù)方案的有益效果在于，黑灰水分離降低了后續(xù)環(huán)節(jié)對污染物的處理量和處理難度；化糞池三級處理通過有氧無氧發(fā)酵實(shí)現(xiàn)難降解有機(jī)污染物的初級截留和初步降解；酸化水解池將難降解有機(jī)污染物進(jìn)一步分化解離為易處理的小分子有機(jī)物；人工濕地的多個(gè)模塊通過組合效應(yīng)放大了微生物的降解作用，促進(jìn)了水質(zhì)凈化效率。
優(yōu)選地，所述步驟(2)中EM菌劑與秸稈墊料比例為1:100，即100kg秸稈墊料使用1kg菌劑；
優(yōu)選的，所述步驟(3)中污水在水解酸化池的停留時(shí)間可根據(jù)污染程度和季節(jié)進(jìn)行調(diào)整。
上述技術(shù)方案的有益效果為，增加高效微生物的豐度和多樣性，促進(jìn)微生物發(fā)酵效率，提升有機(jī)污染物降解效率，針對污染程度較重的水體和溫度較低的季節(jié)適當(dāng)延長停留時(shí)間，增加微生物反應(yīng)時(shí)長，實(shí)現(xiàn)重污染水體的有效凈化，緩解低溫環(huán)境對微生物生化反應(yīng)的負(fù)面影響。
經(jīng)由上述的技術(shù)方案可知，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明公開提供了一種農(nóng)村生活污水無動(dòng)力防堵塞人工濕地處理工藝，具有如下有益效果：
1、低能耗，整個(gè)系統(tǒng)通過營造水位落差和勢能、動(dòng)能轉(zhuǎn)換機(jī)制來實(shí)現(xiàn)水體在各個(gè)環(huán)節(jié)自由流動(dòng)，無需借助外部動(dòng)力如電力、燃油等的輔助即可實(shí)現(xiàn)污水凈化，是一種綠色低碳的污水處理方法。
2、高效能，整個(gè)系統(tǒng)設(shè)置了四個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)來逐步凈化農(nóng)村生活污水，通過多個(gè)環(huán)節(jié)不同類型基質(zhì)和各種微生物的有序配合及協(xié)同效應(yīng)，對水體中多種類型污染物進(jìn)行多重?cái)r截，對高濃度污染物實(shí)現(xiàn)大幅削減，高效促進(jìn)農(nóng)村生活污水達(dá)標(biāo)排放。
3、防堵塞，整個(gè)系統(tǒng)通過格柵沉砂池、化糞池和水解酸化池對農(nóng)村生活污水進(jìn)行高效攔截凈化，去除了絕大部分固體顆粒污染物，保證污水在流入潛流人工濕地后不易發(fā)生堵塞。同時(shí)，對傳統(tǒng)的潛流人工濕地結(jié)構(gòu)進(jìn)行升級改造，以植物種植模塊為核心構(gòu)造新型潛流人工濕地，通過簡易的植物修剪、填料更新輕松實(shí)現(xiàn)人工濕地長期運(yùn)行不堵塞。
4、易維護(hù)，整個(gè)系統(tǒng)因?yàn)椴皇褂猛獠縿?dòng)力設(shè)備，因此無需針對設(shè)備進(jìn)行額外保養(yǎng)和維修。同時(shí)，由于采用了植物種植模塊作為人工濕地的核心裝置，只需針對該裝置中的植物進(jìn)行簡單的定期修剪，對填料進(jìn)行簡單的更換或回收清洗晾曬，即可保證人工濕地長期運(yùn)行。
（發(fā)明人：郝貝貝;吳昊平;賀斌;張思毅;威蒙·艾爾·阿拉米）
