處理農村生活汙水的生態綠地處理工藝及系統的製作方法

2023-07-10 00:56:01

專利名稱：處理農村生活汙水的生態綠地處理工藝及系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種農村生活汙水處理工藝及系統，特別是一種用於農村生活汙水治 理的人工溼地與淺層生態塘相結合的治理技術及其系統，屬環境保護水汙染控制領域。
背景技術：
隨著我國工農業生產的發展，人口的增長，環境汙染問題日益嚴重。目前我國農村 的大多數生活汙水未經任何汙水收集和處理而直接排放，造成水塘、河流汙染，不僅影響 村民居住環境，而且嚴重威脅農民的身體健康。農村存在的普遍問題為人口分散，數量較 多，基礎設施建設薄弱，排水系統和汙水處理建設不完善。隨著農業生活方式的改變、對居 住環境要求提高及對自身健康的重視，加強農村地區汙水排放收集和處理建設工作，及時 新農村建設中加強基礎設施建設，推進村鎮建設工作的一項重要內容，同時也是當前農村 人居環境改善工作中所要解決的最急需、最迫切、最突出的問題，具有重要的現實意義。農村生活汙水的主要特點為以淘米、洗菜、淋浴和洗廁廢水為主；含有較高的人 畜糞尿成份，氮、磷含量特別是磷含量較高；水質穩定但渾濁、色深切具有惡臭，呈微鹼性； 一般不含有毒物質，含有大量的細菌、病毒和寄生蟲卵。我國農村地區大多財政收入不富 裕，人均收入不高，技術水平相對落後，適合處理農村生活汙水的汙水處理工藝還不是很不 多。尋求一種簡單有效、造價低廉的汙水處理工藝是順應農村生活汙水處理的時代發展，而 人工溼地汙水治理工藝滿足此要求。人工溼地汙水處理系統是人為監控，在一定長寬比及地面坡度的窪地上由土壤、 沙、石等混合成的填料床和在床體上種植具有處理性能好、成活率高、抗水性強、生長期長、 美觀且具有經濟價值的植物及在水中、填料中生存的動物、微生物所組成的獨特生態環境， 汙水流經床體表面和床體填料縫隙時，通過過濾、吸附、沉澱、離子交換、植物吸收和微生物 分解等實現對汙水的高效淨化。按照汙水的流動方式可以將人工溼地汙水處理系統分為表面流人工溼地、水平潛 流人工溼地和垂直流人工溼地三種主要類型。不同類型人工溼地對汙染物的去除效果不 同，並有各自的優缺點。(1)表面流人工溼地這種類型的人工溼地與天然溼地類似，汙水在人工溼地的 表層流動，水位較淺，一般在0. 1-0. 6m，其對汙染物的去除主要依靠位於水面以下植物根 莖的攔截作用以及根莖上的生物膜的降解作用。但該溼地不能充分利用填料及植物根系 的作用，去除汙染物的能力有限，受季節影響較大，冬季水面會結冰，夏季易產生異味，蚊蠅 滋生；同時存在佔地面積大，水力負荷率小等缺點，但這種溼地造價低，操作簡單，運行費用 低。(2)水平潛流人工溼地這種類型的人工溼地因汙水從一端水平流過填料床而得 名。它由一個或多個填料床組成，床體填充基質，床底設防滲層，防止汙染地下水體。在水平 潛流型人工溼地中，汙水在溼地床內部流動，一方面可以充分發揮基質及植物根系的作用， 另一方面，很少有惡臭和孽生蚊蠅等現象。但這種溼地易在床內形成死角，造成短流，影響處理效果。(3)垂直流人工溼地。在垂直流人工溼地中，汙水從溼地表面縱向流向填料床的底 部，床體處於不飽和狀態，氧氣可以通過大氣擴散和植物根系泌氧進入溼地系統，其硝化能 力較強，可以處理氨氮較高的廢水。但垂直流人工溼地對有機物的去除能力較低。

發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種處理效果好、可原地回用、系統運行費用 低、維護簡單、生態效益顯著的處理農村生活汙水的生態綠地處理工藝及系統。一種處理農村生活汙水的生態綠地處理工藝，該處理工藝主要由厭氧預處理步 驟、人工溼地處理步驟和淺層生態塘好氧生物處理步驟組成
(1)對生活汙水進行厭氧水解預處理，將碳水化合物降解為脂肪酸，固體物質降解為溶 解性物質，將大分子有機物分解成小分子有機物；
(2)對預處理後的汙水進行人工溼地處理，利用植物、微生物的吸附及降解作用，將顆 粒物質、小分子有機物質轉化為二氧化碳和水等無機物質；
(3)對經過人工溼地處理的出水進一步進行淺層生態塘好氧生物處理，在淺層生態塘 中種植水生作物，進行水產和水禽養殖而形成人工生態系統，通過淺層生態塘中多條食物 鏈的物質遷移、轉化和能量的逐級傳遞、轉化，將進入塘中的有機物和營養物進行降解和轉 化，淨化後的汙水作為再生水資源予以回收利用。 優選地，步驟(1)之前生活汙水先通過汙水管流經化糞池後，由管網收集，自流進 入格柵井攔截大顆粒懸浮物，再自流進入調節池，調節池汙水經泵提升後進行下一步驟的 厭氧水解預處理。優選地，步驟(1)中，在厭氧的條件下通過厭氧菌或兼性菌的作用將汙水或汙泥中 的有機物分解成CH4和C02，使有機物得到降解，汙泥得到沉澱，反應後的出水進行下一步驟 的人工溼地處理，汙泥定時外運處理。優選地，步驟(2)中，經由厭氧預處理後的汙水先均勻分布到填料層中，通過填料 層上層覆土層中發達的植物根系、微生物群落對汙水中的有機物質、氮、磷進行吸收降解， 植物經過光合作用吸取汙水中的富營養物質，同時植物也不斷地利用太陽能進行光合作 用，提供微生物的氧化反應所需的氧源；汙水流經填料層下層的粗砂層和鵝卵石層時，在 填料層空隙中進行充氧、並與附著的微生物進行好氧反應，過濾、截留、進一步提高處理能 力和處理效果；隨後汙水進一步經砂石過濾、截留、微生物及植物吸收反應去除有機物及營 養物質，由出水管排出進行下一步驟的淺層生態塘處理。一種處理農村生活汙水的生態綠地處理系統，所述生態綠地處理系統包括通過管 道依次連接的格柵井、調節池、厭氧預處理池、人工溼地處理單元和淺層生態塘；所述壓氧 預處理池內設有厭氧膜生物反應器；所述的人工溼地處理單元內設有若干層固體填料，固 體填料最上部為土壤微生物層，上面種植有綠化植物；所述的淺層生態塘中種植有水生植 物，養殖水產及水禽。優選地，所述的厭氧膜生物反應器中包括立體軟性填料，填料上附著有由微生物 菌團構成的生物膜。優選地，所述的人工溼地處理單元分為一級處理區和二級處理區共兩級處理區，中間以防水牆相隔，一級處理區中填料由上至下分別為150-250mm粗砂層、塑料板過 濾層、450-550mm鵝卵石層、250-350mm鵝卵石層、IOOmm素砼、防水層、IOOmm素砼墊層、 300mm塊石墊層，塑料板過濾層與450-550mm鵝卵石層之間設有進水管，450-550mm鵝卵石 層與250-350mm鵝卵石層之間設有下排水管；所述的二級處理區中填料由上至下分別為 250-350mm細砂層、150-250mm粗砂層、塑料板過濾層、200mm青石子、250-350mm鵝卵石層、 IOOmm素砼、防水層、IOOmm素砼墊層、300mm塊石墊層，250-350mm細砂層與150-250mm粗砂 層之間設有上排水管，200mm青石子與250_350mm鵝卵石層之間設有下排水管。優選地，所述的綠化植物為水生美人蕉、小茶梅、杜鵑、草蒲、女貞、鳶尾、麥冬或高 羊茅。優選地，所述的人工溼地處理單元中，進水管為穿孔布水管，土壤微生物層到防水 層的總高度控制在1600mm。優選地，所述的淺層生態塘深度為1. 2m，所述的水生植物為睡蓮、荷花、亞馬遜王
蓮或萍逢草。本發明的工藝流程為農村生活汙水進入居民生活汙水管經化糞池後，由管網收 集，自流進入格柵井，井內設有格柵，攔截大顆粒懸浮物，再自流進入調節池，調節池汙水經 泵提升至厭氧預處理池，在厭氧的條件下通過厭氧菌或兼氧菌的作用將汙水或汙泥中的有 機物分解成CH4和C02，使有機物得到降解，汙泥得到穩定。從填料表面脫下的生物膜在預 處理系統中分離，剩餘汙泥定時外運處理。厭氧預處理系統出水再由提升泵提升進入人工 溼地布水系統，將汙水均勻分配到人工溼地的生物填料層中，在微生物的分解及植物的吸 收作用下，汙水中的汙染物得以降解，然後再自流入淺層生態塘中，在塘中進一步完成微生 物、水生生物、藻類、水禽等對氨氮、磷及有機物質的去除，同時在塘中形成一個完整的生態 系統，形成系統循環。淨化後的水可直接達標排放，也可回用於澆灌綠化。其中厭氧預處理 池採用膜生物反應器工藝產生的汙泥較少，3個月或半年抽吸一次即可。本發明具有以下優勢
(1)採用厭氧預處理、人工溼地、淺層生態塘組成一個生態綠地處理系統進行農村生活 汙水處理，具有處理效果好、可原地回用、投資低、系統運行費用低、維護簡單、生態效益顯 著等特點；
(2)採用穿孔布水管多點布水，與傳統的表面流和潛流相比，其分布均勻，不存在死區 和短區，大幅度提高了人工溼地的利用效率。處理單元佔地面積較小，噸水佔地僅為2— 6m2 ；
(3)本發明所採用的生態綠地處理系統在完成汙水處理的同時，可以形成景觀綠地，選 作的植物可以形成園林景觀效果，增強高低錯落的空間層次感，使園林景觀與生態景觀充 分相結合；
(4)本發明所設計的人工溼地使整個系統形成底部的厭氧環境、中部的兼氧環境和上 部的好氧環境。這種厭氧與好氧條件共存促進了汙染物的降解，提高了系統對氮、磷的去除 率；
(5)採用厭氧膜生物反應器，具有能耗低、易於管理、產生汙泥量少，降低外運汙泥處理 次數，節約成本及勞動力。


圖1為本發明的厭氧預處理池的結構示意圖； 圖2為本發明的人工溼地結構示意圖3為本發明的人工溼地平面示意圖； 圖4為本發明的淺層生態塘平面示意圖； 圖5為本發明的工藝流程示意圖1中，11 一排汙口、12 —排氣孔、13 —混凝土池體、14 一填料。圖2中，22 — ClO素砼墊層及塊石墊層、23—防水層、24— C20素砼層、25—下 排水管、26 —鵝卵石層、27 —進水管、28 —過濾層、29 —粗砂層、210 —防水牆、211 —青石 子、212 —細砂層、213 —出水管、214 —覆土層、215 —磚砌護牆、216 —綠色植物、217 —欄杆。圖3中，31 —水生美人蕉、32 —小茶梅、33 —杜鵑、34 —龜甲冬青、35 —草蒲、36 —
紅花繼木。圖4中，41 一欄杆、42 —護坡、43 —睡蓮、44 一荷花、45 —亞馬遜王蓮、46 —萍逢 草、47 —石梯。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發明作進一步的說明，但本發明的保護範圍並不限於 此。一種處理農村生活汙水的生態綠地處理工藝，該處理工藝主要由厭氧預處理步 驟、人工溼地處理步驟和淺層生態塘好氧生物處理步驟組成
(1)農村生活汙水經化糞池後，進入格柵井，去除大的懸浮顆粒，再進入調節池中，調節 水量，均化水質。(2)經調節池後的出水，經泵提升後進入厭氧預處理系統，進行厭氧膜生物反應器 生化處理。(3)經厭氧預處理系統後的出水，經泵提升後進入人工溼地處理系統，進行厭氧、 兼氧、好氧相結合的生化處理。(4)經人工溼地處理系統後的出水，進入淺層生態塘中進行好氧生物處理，形成一 個完整的生態處理系統，完成廢水的資源化利用及回用。一種處理農村生活汙水的生態綠地處理系統，所述生態綠地處理系統包括通過管 道依次連接的格柵井、調節池、厭氧預處理池、人工溼地處理單元和淺層生態塘；所述壓氧 預處理池內設有厭氧膜生物反應器；所述的人工溼地處理單元內設有若干層固體填料，固 體填料最上部為土壤微生物層214，上面種植有綠化植物216 ；所述的淺層生態塘中種植有 水生植物，養殖水產及水禽。如圖1所示，本發明所述的厭氧預處理池採用混凝土池體13，內設有內排汙口 11 和排氣孔12，中間安裝有立體軟性填料14，填料14上附著有由微生物菌團構成的生物膜。 當汙水流經於此，微生物與汙水中的有機物質發生物理、化學、生物化學等綜合反應，集吸 附、生物絮凝、生物降解於一體。通過一系列綜合反應，能將碳水化合物降解為脂肪酸，固體 物質降解為溶解性物質，將大分子有機物分解成小分子有機物，便於好氧反應和植物吸收；得到沉澱。反應後的出水經由提升泵進入人工溼地處理單兀。如圖2所示，所述的人工溼地處理單元，為地下式結構，周圍用磚砌而成護牆215， 護牆215上設置有欄杆217，整個池底底部及四周鋪設防水布23，底部為塊石與素砼墊層 22。人工溼地處理單元分為一級處理區和二級處理區共兩級處理區，中間以防水牆210相 隔，一級處理區中填料由上至下分別為150-250mm粗砂層29、塑料板過濾層28、450_550mm 鵝卵石層及250-350_鵝卵石層26、IOOmm素砼24、防水層23、IOOmm素砼墊層及300_ 塊石墊層22，塑料板過濾層與450-550mm鵝卵石層之間設有進水管27，450-550mm鵝卵 石層與250-350mm鵝卵石層之間設有下排水管25 ；所述的二級處理區中填料由上至下分 別為250-350mm細砂層212、150-250mm粗砂層29、塑料板過濾層28、200mm青石子211、 250-350mm鵝卵石層26、IOOmm素砼24、防水層23、IOOmm素砼墊層及300mm塊石墊層22， 250-350mm細砂層212與150-250mm粗砂層29之間設有上排水管213，200mm青石子與 250-350mm鵝卵石層之間設有下排水管25。經由厭氧預處理系統的汙水從進水管27均勻分布到一級處理區的填料層中，通 過上層覆土層214中發達的植物根系、微生物群落對汙水中的有機物質、氮、磷等進行吸收 降解，植物經過光合作用吸取汙水中的富營養物質，同時植物也不斷地利用太陽能進行光 合作用，提供微生物的氧化反應所需的氧源。汙水流經填料層-粗砂層29、鵝卵石層26 時，在填料層空隙中進行充氧、並與附著的微生物進行好氧反應，過濾、截留、進一步提高處 理能力和處理效果。隨後汙水由下排水管25收集，進入到二級處理區的填料層中，水流方 向由下至上，進一步經砂石過濾、截留、微生物及植物吸收等反應去除有機物及營養物質， 由出水管213排出。如圖3所示，為圖2所述的人工溼地處理單元的平面圖，上部種植的植物主要有水 生美人蕉31、小茶梅32、杜鵑33、龜甲冬青34、草蒲35、紅花繼木36等。種植的排放方式在 滿足處理要求的前提下以美學景觀為主，賞心悅目。經由人工溼地的出水流入如圖4所示的淺層生態塘中，淺層生態塘中設有欄杆 41、護坡42和石梯47。塘內種植水生植物睡蓮43、荷花44、亞馬遜王蓮45、萍逢草46，亦可 根據村民需要養殖水產及水禽，以太陽光為初始能源，在塘中形成小型生態系統。在太陽能 的推動下，通過淺層生態塘中多條食物鏈的物質遷移、轉化和能量的逐級傳遞、轉化，將進 入塘中的有機物和營養物進行降解和轉化。淨化的汙水也作為再生水資源予以回收利用。如圖5所示，農村生活汙水經由化糞池後依次流入格柵井、調節池、厭氧預 處理池、人工溼地處理單元、淺層生態塘後達標排放，出水滿足《汙水綜合排放標準》 (GB8978-1996)中的一級標準。其中厭氧預處理系統中產生的剩餘汙泥進行外運處理；調 節池和厭氧預處理池中的出水均由泵提升進入下一處理單元，其他處理單元為自流進入。效果例
採用上述工藝系統處理農村生活汙水，進水水質及出水水質如下 表1進水水質指標(濃度單位mg/L)
水質參數CODcrBOD5SSNH3-N濃度彡400彡250彡200彡35
表2出水水質指標(濃度單位mg/L)
權利要求
一種處理農村生活汙水的生態綠地處理工藝，其特徵在於該處理工藝主要由厭氧預處理步驟、人工溼地處理步驟和淺層生態塘好氧生物處理步驟組成(1)對生活汙水進行厭氧水解預處理，將碳水化合物降解為脂肪酸，固體物質降解為溶解性物質，將大分子有機物分解成小分子有機物；(2)對預處理後的汙水進行人工溼地處理，利用植物、微生物的吸附及降解作用，將顆粒物質、小分子有機物質轉化為二氧化碳和水等無機物質； (3)對經過人工溼地處理的出水進一步進行淺層生態塘好氧生物處理，在淺層生態塘中種植水生作物，進行水產和水禽養殖而形成人工生態系統，通過淺層生態塘中多條食物鏈的物質遷移、轉化和能量的逐級傳遞、轉化，將進入塘中的有機物和營養物進行降解和轉化，淨化後的汙水作為再生水資源予以回收利用。
2.根據權利要求1所述的處理農村生活汙水的生態綠地處理工藝，其特徵在於步驟 (1)之前生活汙水先通過汙水管流經化糞池後，由管網收集，自流進入格柵井攔截大顆粒懸 浮物，再自流進入調節池，調節池汙水經泵提升後進行下一步驟的厭氧水解預處理。
3.根據權利要求1所述的處理農村生活汙水的生態綠地處理工藝，其特徵在於步驟(1)中，在厭氧的條件下通過厭氧菌或兼性菌的作用將汙水或汙泥中的有機物分解成CH4和 CO2,使有機物得到降解，汙泥得到沉澱，反應後的出水進行下一步驟的人工溼地處理，汙泥 定時外運處理。
4.根據權利要求1所述的處理農村生活汙水的生態綠地處理工藝，其特徵在於步驟(2)中，經由厭氧預處理後的汙水先均勻分布到填料層中，通過填料層上層覆土層中發達的 植物根系、微生物群落對汙水中的有機物質、氮、磷進行吸收降解，植物經過光合作用吸取 汙水中的富營養物質，同時植物也不斷地利用太陽能進行光合作用，提供微生物的氧化反 應所需的氧源；汙水流經填料層下層的粗砂層和鵝卵石層時，在填料層空隙中進行充氧、並 與附著的微生物進行好氧反應，過濾、截留、進一步提高處理能力和處理效果；隨後汙水進 一步經砂石過濾、截留、微生物及植物吸收反應去除有機物及營養物質，由出水管排出進行 下一步驟的淺層生態塘處理。
5.一種處理農村生活汙水的生態綠地處理系統，其特徵在於所述生態綠地處理系統 包括通過管道依次連接的格柵井、調節池、厭氧預處理池、人工溼地處理單元和淺層生態 塘；所述壓氧預處理池內設有厭氧膜生物反應器；所述的人工溼地處理單元內設有若干層 固體填料，固體填料最上部為土壤微生物層，上面種植有綠化植物；所述的淺層生態塘中種 植有水生植物，養殖水產及水禽。
6.根據權利要求5所述的處理農村生活汙水的生態綠地處理系統，其特徵在於所述 的厭氧膜生物反應器中包括立體軟性填料，填料上附著有由微生物菌團構成的生物膜。
7.如權利要求5所述的處理農村生活汙水的生態綠地處理系統，其特徵在於所述 的人工溼地處理單元分為一級處理區和二級處理區共兩級處理區，中間以防水牆相隔，一 級處理區中填料由上至下分別為150-250mm粗砂層、塑料板過濾層、450-550mm鵝卵石層、 250-350mm鵝卵石層、IOOmm素砼、防水層、IOOmm素砼墊層、300mm塊石墊層，塑料板過濾層 與450-550mm鵝卵石層之間設有進水管，450-550mm鵝卵石層與250_350mm鵝卵石層之間 設有下排水管；所述的二級處理區中填料由上至下分別為250-350mm細砂層、150-250mm粗 砂層、塑料板過濾層、200mm青石子、250-350mm鵝卵石層、IOOmm素砼、防水層、IOOmm素砼墊層、300mm塊石墊層，250-350mm細砂層與150-250mm粗砂層之間設有上排水管，200mm青石 子與250-350mm鵝卵石層之間設有下排水管。
8.如權利要求5或7所述的處理農村生活汙水的生態綠地處理系統，其特徵在於所 述的綠化植物為水生美人蕉、小茶梅、杜鵑、草蒲、女貞、鳶尾、麥冬或高羊茅。
9.如權利要求7所述的處理農村生活汙水的生態綠地處理系統，其特徵在於所述 的人工溼地處理單元中，進水管為穿孔布水管，土壤微生物層到防水層的總高度控制在 1600mmo
10.如權利要求5所述的處理農村生活汙水的生態綠地處理系統，其特徵在於所述的 淺層生態塘深度為1. 2m，所述的水生植物為睡蓮、荷花、亞馬遜王蓮或萍逢草。
全文摘要
本發明涉及一種處理農村生活汙水的生態綠地處理工藝，該處理工藝主要由厭氧預處理步驟、人工溼地處理步驟和淺層生態塘好氧生物處理步驟組成(1)對生活汙水進行厭氧水解預處理；(2)對預處理後的汙水進行人工溼地處理；(3)對經過人工溼地處理的出水進一步進行淺層生態塘好氧生物處理，將進入塘中的有機物和營養物進行降解和轉化，淨化後的汙水作為再生水資源予以回收利用。本發明採用厭氧預處理、人工溼地、淺層生態塘組成一個生態綠地處理系統進行農村生活汙水處理，具有處理效果好、可原地回用、投資低、系統運行費用低、維護簡單、生態效益顯著等特點。
文檔編號C02F3/02GK101948214SQ20101026688
公開日2011年1月19日 申請日期2010年8月31日 優先權日2010年8月31日
發明者況武, 王中偉, 邵曉周, 陳昆柏, 高全喜 申請人:浙江博世華環保科技有限公司