一種南方農村生活汙水處理系統的裝置及其方法
2023-04-24 20:35:41
專利名稱：一種南方農村生活汙水處理系統的裝置及其方法
技術領域：
本發明涉及環保方面生活汙水處理，屬於環境工程領域，尤其涉及利用複合型人工溼地對南方農村小戶型的生活汙水進行處理的方法及系統。
背景技術：
隨著我國農村經濟的迅速發展，尤其是南方農村，由於生活起居的變化所產生的生活汙水已經成為農村水環境不斷惡化的主要原因之一。調查報告顯示多數地區90%以上村莊無排水溝渠和汙水處理系統，生活汙水都是隨地潑灑排放，居民附近河流遭到汙染，地下水也受到嚴重威脅，給農村居民生活用水帶來危害。我國農村地區生活汙水排放量不斷增加，汙染源總體呈分散狀態，直接導致城鎮汙水大規模收集處理技術在農村受到限制。人工溼地由基質、植物、微生物組成，相互依存，相互利用，通過物理、化學、生物三種方式對汙染物質進行淨化處理，是一種國外推廣應用多年的生態治理途徑。近些年來， 人工溼地作為汙水處理技術在國內也開始得到重視，從最初試驗型的深圳白泥坑實驗基地到現在遍地開花的各種大中小型人工溼地建造應用項目，說明這種工藝是順應時代發展要求的一種有效的汙水處理技術。因為與土壤滲濾，氧化塘等分散型處理方式相比，其具有投資成本小、工藝要求較低、操作費用少、衛生狀況較好等優勢，所以近幾年對人工溼地開展的研究很多。針對農村汙水處理設計的人工溼地也不少，隨著應用時間的延長，出現不少應用上的局限和弊端，如需要外接動力源，在農村使用和管理方法不易實現，人工溼地填充的基質容易飽和使用壽命有限，運行一段時間後基質的孔隙率由於微生物的繁殖、不可濾物質的沉積等原因會減小，導致其水利性能變差，處理效率降低甚至出現雍水的情況。如 CN101456629A公開一種深層布水多介質生態溼地汙水處理系統的裝置，特點是在亞表層布水以「磚牆式」方式交替填充多介功能濾料，利於北方地區系統四季運行，但是集水管安置底部的基質中難保證上層填料不下沉導致集水孔堵塞。
發明內容
本發明的目的是提供一種二段式基質填充水流流向可變性的防堵組合系統，解決現有的農村生活汙水處理系統基質易飽和和堵塞的問題，延長系統的使用壽命，並且易於管理和維護的生活汙水處理方法與系統。所述目的是通過如下方案實現的一種南方農村生活汙水處理系統的裝置，該裝置包括系統一和系統二，系統一由進水布水管、上層礫石層、河沙層、防水無紡布、下層礫石層、防堵集水槽和溼地植物A組成。進水布水管位於上層礫石層上方，河沙層位於上層礫石層和防水無紡布之間，下層礫石層和防堵集水槽位於防水無紡布下方，防堵集水槽周圍設有下層礫石層，河沙層上種植有溼地植物A，系統一和系統二之間連通有系統一出水管並且分別連通下行流進水管和上行流進水管；系統二由上層礫石層、系統二河沙層、碎石層、下層礫石層、下行流出水管、上行流出水管、溼地植物B、系統二底部布水管、系統二上部布水管和系統二集水管組成。系統二上部布水管位於上層礫石層上方並連通下行流進水管，系統二底部設有為系統二底部布水管並且連通上行流進水管，系統二底部布水管周圍布置有下層礫石層，河沙層位於上層礫石層和碎石層之間，防水無紡布位於碎石層下方，系統二底部布水管和下層礫石層以及防堵集水槽位於防水無紡布下方，防堵集水槽周圍設有下層礫石層，系統二河沙層和碎石層上種植有溼地植物B，系統二集水管位於上層礫石層中，系統二連通上行流出水管和下行流出水管。所述系統一的長X寬X高0. 4-0. 7mX0. 4-0. 7mX0. 6-1. 0m，所述系統一和系
統二都屬於垂直潛流人工溼地其水流流向是下行流，所述進水布水管還包括主布水管和支布水管且呈「豐」字形，主布水管上無布水孔，支布水管有3-7根且均勻分布有3-8mm的布水孔，所述進水布水管高於上層礫石層24cm，所述上層礫石層和下層礫石層粒徑都為 l_3cm，鋪設厚度為5-lOcm，所述河沙層粒徑為1_2_，填充厚度為40-80cm。所述防堵集水槽為空心結構，其高度與下層礫石層厚度一致且三面還設有積水小孔和另一面還設有出水口，積水小孔設有1-4排，每排有6-14個，所述系統一的出水口連通系統一出水管，所述系統二中的出水口連通有下行流出水管，所述出水管與下行流進水管和上行流進水管之間還設有水流流向轉接頭，所述下行流進水管還設有下行流布水管開關，所述上行流進水管還設有上行流布水管開關。所述系統二的長X寬X高0. 4-0. 7mX0. 4-0. 7mX0. 5-0. 9m，所述碎石層粒徑為 5-8mm,所述系統二河沙層粒徑為l_2mm，碎石層和系統二河沙層鋪設的厚度均為20-40cm 且體積比為1 1所述防水無紡布還設有網孔，孔徑小於河沙層和系統二河沙層顆粒粒徑。所述溼地植物A (17)種植密度為25-30棵/m2，所述溼地植物B種植密度為30-40
棵/m2。一種南方農村生活汙水處理系統的方法，經預處理後的生活汙水由進水布水管以下行流的方式進入到系統一，經過基質與植物的處理之後，處理水由出水管和水流流向轉接頭分別進入下行流進水管和上行流進水管，打開或關閉上行流布水管開關或下行流布水管開關，處理水以上行流或下行流的方式進入到系統二，再經過其中的基質與植物處理，淨化後的水質由下行流出水管或上行流出水管排出。經過系統一的處理水由出水管和水流流向轉接頭分別進入下行流進水管和上行流進水管，打開上行流布水管開關關閉下行流布水管開關，處理水由系統二底部布水管進入系統二，水流流向為上行流，最後水從下行流出水管排出，或者打開下行流布水管開關並關閉上行流布水管開關，處理水由系統二上部布水管進入系統二，水流流向為下行流，最後水從上行流出水管排出。本發明具有如下優點1、本發明是根據南方農村生活水質和汙水排放特點設計，工藝要求簡單，運行管理方便，不需要外界電力設施，對生活汙水處理效果好，適合在南方農村推廣使用。2、本發明所採用的基質來源廣泛，對汙染物質去除率較好，可就地取材。兩系統均用礫石以其較大的粒徑和空隙優勢填充在底部作承託層和集水層。兩系統的上層均用礫石填充起到固定植物的作用，不同是其在系統一的作用是使進水布水管的出水更均勻地分散到溼地中；在系統二中以其空隙優勢保證溼地植物A較快生長時所需的空間，另外系統二為上行流時作集水層。
3、本發明的系統運行前期主要依靠基質對磷的吸附截留去除，後期主要由植物對氮磷等其他汙染物質的去除。運行約半年變換一次水流流向可以使系統無堵塞地工作。4、本發明系統一的主要基質是河沙，pH在中性範圍而且質地疏鬆排水良好，能為溼地植物A提供較好的生長環境，系統二的基質是碎石和河沙以二段式的方式填充，碎石因其含鈣鎂成分居多對磷有較好的吸附效果，PH偏鹼性，上層鋪上等厚度的河沙緩衝整個系統的PH，使得系統水質呈弱鹼性達到溼地植物B的生長要求。5、本發明在底層粒徑較粗的礫石層上鋪上防水無紡布，防止上層粒徑較小的河沙進入下層礫石層較大的空隙中堵塞底層的布水管和出水管，同時使得底層以充滿水的狀態保持厭氧的環境，保證反硝化作用能夠進行。6、本發明兩系統底部均安裝一個三面開有小孔的防堵集水槽，使得系統底部的水能無阻地進入出水管路中，進一步加強系統防堵功能。7、本發明中設置了一個水流流向轉接頭，調節系統二的水流流向。系統在不斷運行的過程中，其中的基質對汙染物的去除能力慢慢會趨向於飽和，用水流流向轉接頭上的開關調節系統二的水流流向，選擇上行流和下行流交替運行，使得系統既可以延長使用壽命又可以減輕堵塞的影響。8、本發明優選用美人蕉和香蒲組合為人工溼地的植被。美人蕉莖粗葉闊，香蒲葉繁根多，地上部分生物量都較大，在生長過程中能有效攝取汙水中的氮磷和其他營養物質， 而且都具有較發達的根系，附著的微生物更多，不僅為系統提供很多的微氧環境，提高內部水質的溶解氧，而且還促進內部的硝化反應。9、本發明作為一種適用於南方農村生活汙水的處理方式，將兩種易於在南方生長並且生長周期較長分別具有去汙優勢的植物組合在一起，種植在以二段式方式填充的基質中能高效去除生活汙水裡的氮磷以及其他汙染物，鋪上無紡布、安裝防堵集水槽和水流流向的改變解決基質易堵塞與易飽和的問題，能延長系統的使用壽命。
圖1為本發明的立體結構示意圖；圖2為本發明的剖面圖；圖3為水流流向轉接頭立體結構示意圖；圖4為防堵集水槽立體結構示意中數字說明1-進水布水管，2-上層礫石層，3-河沙層，4-無紡布，5-下層礫石層，6-防堵集水槽(圖4中①-集水小孔②-出水口)，7-系統一出水管，8-水流流向轉接頭，9-系統二的下行流布水管開關，10-系統二上行流進水管開關，11-下行流進水管， 12-上行流進水管，13-系統二河沙層，14-碎石層，15-下行流出水管，16-上行流出水管， 17-溼地植物A，18-溼地植物B，19-系統二底部布水管，20-系統二上部布水管，21-系統二集水管，22-主布水管，23-支布水管，61-積水小孔，62-出水口。
具體實施例方式以下結合幾個較佳實施例對本發明的一種南方農村生活汙水處理系統的裝置及其方法作進一步的詳細描述
實施例1 本發明一種南方農村生活汙水處理系統的裝置，其特徵在於該裝置包括系統一和系統二，系統一由進水布水管1、上層礫石層2、河沙層3、防水無紡布4、下層礫石層5、防堵集水槽6和溼地植物A17組成。進水布水管1位於上層礫石層2上方，河沙層3位於上層礫石層2和防水無紡布4之間，下層礫石層2和防堵集水槽6位於防水無紡布4下方，防堵集水槽6周圍設有下層礫石層2，河沙層3上種植有溼地植物A17，系統一和系統二之間連通有系統一出水管7，並且分別連通下行流進水管11和上行流進水管12，系統二由上層礫石層2、系統二河沙層13、碎石層14、下層礫石層5、下行流出水管15、上行流出水管16、 溼地植物B18、系統二底部布水管19和系統二上部布水管20，系統二集水管21組成。系統二上部布水管20位於上層礫石層2上方並連通下行流進水管11，系統二底部設有系統二底部布水管19並且連通上行流進水管12，系統二底部布水管19周圍布置有下層礫石層5，河沙層3位於上層礫石層2和碎石層14之間，防水無紡布位於碎石層14下方，系統二底部布水管19和下層礫石層2以及防堵集水槽6位於防水無紡布4下方，防堵集水槽6周圍設有下層礫石層2，系統二河沙層13和碎石層14上種植有溼地植物B18，系統二集水管21位於上層礫石層2中，系統二連通上行流出水管16和下行流出水管15。下面結合附圖對本發明作進一步說明本發明一種南方農村生活汙水處理系統的方法，經預處理後的生活汙水由進水布水管1以下行流的方式進入到系統一，經過基質與植物的處理之後，處理水由出水管7和水流流向轉接頭8分別進入下行流進水管11和上行流進水管12，打開或關閉上行流布水管開關10或下行流布水管開關9，處理水以上行流或下行流的方式進入到系統二，再經過其中的基質與植物處理，淨化後的水質由下行流出水管15或上行流出水管16排出。實施例2 系統一的長X寬X高0. 5mX0. 5mX0. 6m，所述系統一和系統二都屬於垂直潛流人工溼地其水流流向是下行流，所述進水布水管還包括主布水管22和支布水管23且呈 「豐」字形，主布水管22上無布水孔，支布水管23有4根且均勻分布有5mm的布水孔，所述進水布水管高於上層礫石層2的高度為3cm，所述上層礫石層2和下層礫石層5粒徑都為 2cm，鋪設厚度為5cm，所述河沙層3粒徑為2mm，填充厚度為50cm。所述防堵集水槽6為空心結構，其高度與下層礫石層厚度一致且三面還設有積水小孔61和一面還設有出水口 62，積水小孔61設有2排，每排有10個，所述系統一的出水口 62連通系統一出水管7，所述系統二中的出水口 62連通有下行流出水管15，所述出水管 7與下行流進水管11和上行流進水管12之間還設有水流流向轉接頭8，所述下行流進水管 11還設有下行流布水管開關9，所述上行流進水管12還設有上行流布水管開關10。所述系統二的長X寬X高0. 5mX0. 5mX0. 6m，所述碎石層14粒徑為5mm，所述系統二河沙層13粒徑為2mm，碎石層14和系統二河沙層13鋪設的厚度均為20cm且體積比為1 1所述防水無紡布4還設有網孔，孔徑小於河沙層3和系統二河沙層13顆粒粒徑。所述溼地植物A17種植美人蕉，種植密度為25棵/m2，所述溼地植物B18種植香蒲， 種植密度為30棵/m2。在水力負荷為360L/mM條件下，經過系統一的處理水由出水管7和水流流向轉接頭8分別進入下行流進水管11和上行流進水管12，打開上行流布水管開關10關閉者下行流布水管開關9，處理水由系統二底部布水管19進入系統二，水流流向為上行流，最後水從下行流出水管15排出。表1 本例生活汙水淨化效果對比表
汙染物指標COD (化學需氧量)B0D5 (生化需氧量)NH4-N (氨氮) TN (總氮)TP (總磷)
進水(mg/1)89.4647.745.469.694.91
出水(mg/1)14.114.941.682.610.90
去除率(％)84. 2389.6569.2373.0781.67實施例3 系統一的長X寬X高0. 5mX0. 5mX0. 6m，所述系統一和系統都屬於垂直潛流人工溼地其水流流向是下行流，所述進水布水管還包括主布水管22和支布水管23且呈「豐」 字形，主布水管22上無布水孔，支布水管23有4根且均勻分布有5mm的布水孔，所述進水布水管高於上層礫石層2的高度為3cm，所述上層礫石層2和下層礫石層5粒徑都為2cm， 鋪設厚度為5cm，所述河沙層3粒徑為2mm，填充厚度為50cm。所述防堵集水槽6為空心結構，其高度與下層礫石層厚度一致且三面還設有積水小孔61和一面還設有出水口 62，積水小孔61設有2排，每排有10個，所述系統一的出水口 62連通系統一出水管7，所述系統二中的出水口 62連通有下行流出水管15，所述出水管 7與下行流進水管11和上行流進水管12之間還設有水流流向轉接頭8，所述下行流進水管 11還設有下行流布水管開關9，所述上行流進水管12還設有上行流布水管開關10。所述系統二的長X寬X高0. 5mX0. 5mX0. 6m，所述碎石層14粒徑為5mm，所述系統二河沙層13粒徑為2mm，碎石層14和系統二河沙層13鋪設的厚度均為20cm且體積比為1 1所述防水無紡布4還設有網孔，孔徑小於河沙層3和系統二河沙層13顆粒粒徑。所述溼地植物A17種植美人蕉，種植密度為25棵/m2，所述溼地植物B18種植香蒲， 種植密度為30棵/m2。在水力負荷為360L/m2d條件下，經過系統一的處理水由出水管7和水流流向轉接頭8分別進入下行流進水管11和上行流進水管12，打開下行流布水管開關9並關閉上行流布水管開關10，處理水由系統二上部布水管20進入系統二，水流流向為下行流，最後水從上行流出水管16排出。表2 本例生活汙水淨化效果對比表
汙染物指標 COD (化學需氧量) BOD5 (生化需氧量)NH4-N (氨氮) TN (總氮)TP (總磷)
進水(mg/1)89.3146.446.8910.004. 82
出水(mg/1)Π. 232. 140.92丄.290.68
去除率(％)87.4395.3986.6487.1085.89
以上實施例僅為了進一步說明本發明，並不限制本發明的內容。
權利要求
1.一種南方農村生活汙水處理系統的裝置，其特徵在於該裝置包括系統一和系統二，所述系統一由進水布水管(1)、上層礫石層(2)、河沙層(3)、防水無紡布0)、下層礫石層(5)、防堵集水槽(6)和溼地植物A(17)組成，所述進水布水管(1)位於上層礫石層O) 上方，河沙層( 位於上層礫石層( 和防水無紡布(4)之間，下層礫石層( 和防堵集水槽(6)位於防水無紡布(4)下方，防堵集水槽(6)周圍設有下層礫石層0)，河沙層(3) 上種植有溼地植物A(17)，系統一和系統二之間連通有系統一出水管(7)並且分別連通下行流進水管(11)和上行流進水管(1 ；系統二由上層礫石層O)、系統二河沙層(13)、碎石層(14)、下層礫石層(5)、下行流出水管(15)、上行流出水管(16)、溼地植物B (18)、系統二底部布水管(19)、系統二上部布水管OO)和系統二集水管組成，系統二上部布水管OO)位於上層礫石層(2)上方並連通下行流進水管(11)，系統二底部設有為系統二底部布水管(19)並且連通上行流進水管(12)，系統二底部布水管(19)周圍布置有下層礫石層(5)，河沙層(3)位於上層礫石層(2)和碎石層(14)之間，防水無紡布位於碎石層(14) 下方，系統二底部布水管(19)和下層礫石層O)以及防堵集水槽(6)位於防水無紡布下方，防堵集水槽(6)周圍設有下層礫石層O)，系統二河沙層(1 和碎石層(14)上種植有溼地植物B (18)，系統二集水管位於上層礫石層O)中，系統二連通上行流出水管 (16)和下行流出水管(15)。
2.根據權利要求書1所述一種南方農村生活汙水處理系統的裝置，其特徵在於所述系統一的長X寬X高0. 4-0. 7mXO. 4-0. 7mX0. 6_1. Om，所述系統一和系統二都屬於垂直潛流人工溼地其水流流向是下行流，所述進水布水管還包括主布水管0 和支布水管 (23)且呈「豐」字形，主布水管0 上無布水孔，支布水管有3-7根且均勻分布有 3-8mm的布水孔，所述進水布水管高於上層礫石層( 24cm，所述上層礫石層( 和下層礫石層(5)粒徑都為l-3cm，鋪設厚度為5-lOcm，所述河沙層(3)粒徑為l_2mm，填充厚度為 40-80cmo
3.根據權利要求書1所述一種南方農村生活汙水處理系統的裝置，其特徵在於所述防堵集水槽(6)為空心結構，其高度與下層礫石層厚度一致且三面還設有積水小孔(61)和另一面還設有出水口(62)，積水小孔(61)設有1-4排，每排有6-14個，所述系統一的出水口(62)連通系統一出水管(7)，所述系統二中的出水口(62)連通有下行流出水管(15)，所述出水管(7)與下行流進水管(11)和上行流進水管(1 之間還設有水流流向轉接頭(8)， 所述下行流進水管(11)還設有下行流布水管開關(9)，所述上行流進水管(1 還設有上行流布水管開關(10)。
4.根據權利要求書1所述一種南方農村生活汙水處理系統的裝置，其特徵在於所述系統二的長X寬X高0. 4-0. 7mXO. 4-0. 7mXO. 5-0. 9m，所述碎石層(14)粒徑為5_8mm， 所述系統二河沙層(13)粒徑為l-2mm，碎石層(14)和系統二河沙層(13)鋪設的厚度均為 20-40cm且體積比為1 1所述防水無紡布(4)還設有網孔，孔徑小於河沙層(3)和系統二河沙層(1 顆粒粒徑。
5.根據權利要求書1所述一種南方農村生活汙水處理系統的裝置，其特徵在於所述溼地植物A (17)種植密度為25-30棵/m2，所述溼地植物B (18)種植密度為30-40棵/m2。
6.一種應用權利要求書1南方農村生活汙水處理系統的方法，其特徵在於經預處理後的生活汙水由進水布水管(1)以下行流的方式進入到系統一，經過基質與植物的處理之後，處理水由出水管(7)和水流流向轉接頭(8)分別進入下行流進水管(11)和上行流進水管(12)，打開或關閉上行流布水管開關(10)或下行流布水管開關(9)，處理水以上行流或下行流的方式進入到系統二，再經過其中的基質與植物處理，淨化後的水質由下行流出水管(15)或上行流出水管(16)排出。
7.根據權利要求書1-6所述一種南方農村生活汙水處理系統的方法，其特徵在於經過系統一的處理水由出水管(7)和水流流向轉接頭(8)分別進入下行流進水管(11)和上行流進水管(12)，打開上行流布水管開關(10)關閉者下行流布水管開關(9)，處理水由系統二底部布水管(19)進入系統二，水流流向為上行流，最後水從下行流出水管(1 排出； 或者打開下行流布水管開關(9)並關閉上行流布水管開關(10)，處理水由系統二上部布水管00)進入系統二，水流流向為下行流，最後水從上行流出水管(16)排出。
8.根據權利要求書1、3、6所述一種南方農村生活汙水處理系統的方法，其特徵在於 經過系統一的處理水由出水管(7)和水流流向轉接頭(8)分別進入下行流進水管(11)和上行流進水管(12)，打開上行流布水管開關(10)關閉下行流布水管開關(9)，處理水由系統二底部布水管(19)進入系統二，水流流向為上行流，最後水從下行流出水管(1 排出， 打開下行流布水管開關(9)並關閉上行流布水管開關(10)，處理水由系統二上部布水管 (20)進入系統二，水流流向為下行流，最後水從上行流出水管(16)排出。
全文摘要
本發明涉及一種南方農村生活汙水處理系統的裝置及其方法，該裝置該裝置包括系統一和系統二，系統一由進水布水管、上層礫石層、河沙層、防水無紡布，下層礫石層、防堵集水槽和溼地植物A組成，系統二由上層礫石層，系統二河沙層，碎石層，下層礫石層，下行流出水管，上行流出水管，溼地植物B組成，詳細結構和方法見說明書。本發明是根據南方農村生活水質和汙水排放特點設計，工藝要求簡單，運行管理方便，不需要外界電力設施，對生活汙水處理效果好，適合在南方農村推廣使用。
文檔編號C02F3/30GK102491520SQ201110444099
公開日2012年6月13日 申請日期2011年12月23日 優先權日2011年12月23日
發明者柳淑蓉, 胡榮桂, 蔡高潮 申請人:華中農業大學