CN104310717B - 一种适用于北方农村的生活污水达标回用处理系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种适用于北方农村的生活污水达标回用处理系统，它包括污水收集预处理池和污水处理单元，每个污水处理单元包括污水处理池、进水管、布水管和植物净化池，在过滤室内设置有过滤填料层，过滤填料层自上而下依次为第一卵石层、黄砂层、沸石层、第二卵石层，布水管位于第一卵石层内，布水管通过进水管与调节池内的潜水泵连接，在污水收集预处理池、污水处理池和植物净化池的外表面设置有保温层。解决了北方农村生活污水处理工程越冬难的问题，出水达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级A标准，出水回用，节约了水资源，系统建设成本低，运行费用低，维护使用简单，农民可操作，可长久使用，无需反冲洗。

Description

一种适用于北方农村的生活污水达标回用处理系统及方法

技术领域

本发明涉及一种适用于北方农村的生活污水达标回用处理系统及方法，属于废水处理的技术领域。

背景技术

近几年，随着经济的不断发展和农民收入的不断增加，农村生活设施、居住环境和消费方式也发生了较大的变化，自来水管网、卫生淋浴等设备逐渐进入百姓家庭，生活污水排放量急剧增加。长期以来，由于受经济发展、环保意识等原因的影响，大多数农村没有污水收集及处理系统，绝大部分生活污水排入屋边沟渠或排出室外空地后渗入地下，严重污染了水、大气和土壤环境。同时，中国北方为缺水型地区，如山东省人均占有水资源量仅334立方米，不到全国人均占有量的1/6，仅为世界人均占有量的1/25，位居全国各省(市、自治区)倒数第三位，河北省人均占有水资源量仅307立方米，不到全国人均占有量的1/7，而大量生活污水的排放造成了水资源的极度浪费。因此，加强农村污水无害化处理与回用，是目前面临的重要任务。

但目前常用的传统的污水处理方法如普通活性污泥法、AO法等，处理设施建设成本高、运行维护复杂，很难在经济条件相对较差的农村推广使用，因此，目前急需低成本高效率的农村生活污水处理回用技术。专利号为CN200910231119.9公开了一种无动力单户型农村生活污水处理方法及装置，主要是针对没有管网的单户农户，而且出水不能达到回用标准；专利号为CN201010101840.9公开了一种微动力污水处理系统及方法，主要是针对集中式农村或小区进行污水处理，但该技术没有考虑冬季保温问题，不适合应用于北方农村，而且出水不能达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级A标准，不能解决水资源短缺的问题。

针对北方农村冬季气温低、水资源缺乏等问题，目前还未见适用于北方中小型农村的生活污水达标回用处理系统及方法的报道。

发明内容

针对北方冬季气温低，生活污水处理工程越冬难；水资源短缺，人均占有水资源量少；农村经济基础薄弱，无力承担建设成本高、运行费用高的生活污水处理设施；农民动手能力差，对于维护使用复杂的设施不能接受等问题，本发明提供一种适用于北方农村的生活污水达标回用处理系统及方法。

本发明的技术方案如下：

一种适用于北方农村的生活污水达标回用处理系统，它包括污水收集预处理池和污水处理单元，其特征在于，所述的污水收集预处理池由隔板分隔成集水池、沉砂池和调节池，集水池的侧壁上部设置有与沉砂池连通的溢流口，集水池上层清液通过溢流口流入沉砂池，沉砂池通过连通孔与调节池连通，调节池底部设置有潜水泵，潜水泵通过管路向各个污水处理单元供水；

每个污水处理单元包括污水处理池、进水管、布水管和植物净化池，污水处理池、植物净化池左右设置，污水处理池包括上部的过滤室和下部的收集室，在过滤室内设置有过滤填料层，所述的过滤填料层自上而下依次为第一卵石层、黄砂层、沸石层、第二卵石层，第一卵石层的上表面设置有隔层，隔层上覆有土壤层，土壤层用于种植植物，布水管位于第一卵石层内，布水管通过进水管与调节池内的潜水泵连接，在收集室的底部连接有将植物净化池与收集池连通的连通管，在植物净化池内种植有植物，植物净化池的底部设置有出水口，出水口连接分支出水管，每个污水处理单元的分支出水管汇集连接出水总管，出水总管与养殖池连接，在污水收集预处理池、污水处理池和植物净化池的外表面设置有保温层。

本发明优选的，沉砂池为1-2个沉砂池串联结构，每个沉砂池包括缓冲室和沉砂室，缓冲室与沉砂室相连通，相邻的两个沉砂池的缓冲室相错开，相邻的两个沉砂池之间通过缓冲室侧壁上的连通孔连通，集水池层清液通过溢流口流入与其相邻的沉砂池的缓冲室内，由缓冲室流经沉砂室进入下一个沉砂池的缓冲室，最后一个沉砂池的沉砂室侧壁上设置有与调节池连通的通入孔，集水池层清液流经1-2个沉砂池通过通入孔流入调节池。

本发明优选的，第一卵石层的厚度为8-15cm，卵石的平均粒径为2-4cm，黄砂层的厚度为厚度30-35cm，黄砂的平均粒径0.3-1.5mm，沸石层的厚度为25-35cm，沸石的平均粒径的平均粒径为2-3mm，第二卵石层的厚度10-15cm，卵石的平均粒径为1-2cm。

第一卵石层中的鹅卵石用于支撑布水管，使进水通过管道均匀分布于滤料层上，同时防止滤料堵塞布水管的出水孔。普通黄砂层，黄砂层的作用是吸附、分解生活污水中有机物和悬浮物，如COD、BOD、TSS。沸石层，沸石层的作用是吸附、分解生活污水中的氨氮和磷。第二卵石层用于收集出水，使之通过出水管集中排放或回用。

污水处理单元为4-6个，布水管包括分支布水管，在分支布水管的两侧连接有与分支布水管垂直的垂直布水管，垂直布水管为若干根，垂直布水管之间相互平行，垂直布水管分支布水管相连通，在垂直布水管上设置有布水孔。

根据本发明，进一步优选的，相邻垂直清洗管上的布水孔交错设置。此种设计的优点：喷淋孔分布均匀，使布水范围更广，面积更大，无死角。

本发明优选的，布水管内径为20-40mm，布水孔的孔径为5-8mm，进水管内径为30-60mm，进水管的端口与潜水泵连接处设置有筛网，筛网孔径为3.0-5.0mm。

本发明优选的，所述的收集室的形状为倒圆锥体，连通管设置在距离收集室底部2-5cm处，连通管与收集室的纵向轴线垂直设置。

本发明优选的，在过滤填料层内设置有透气管，透气管垂直贯穿过滤填料层，上端高出过滤填料层的最上层并穿出土壤层，透气管的侧壁上均布有透气孔。

本发明优选的，所述的保温层的厚度为5-10cm，所述的保温层为聚氨酯保温板，植物净化池远离污水处理池的侧壁为透明侧壁，在该侧壁上，保温层与透明侧壁铰接。

本发明优选的，所述的隔层为滤布层，土壤层的厚度为40-50cm。

本发明优选的，在集水池、沉砂池、调节池、生活污水处理池及植物净化池上端口设置有阳光板用以保温，在生活污水处理池、植物净化池上端口的阳光板为两块，两块阳光板呈100～120°夹角连接并设置在生活污水处理池、植物净化池的上端口。

本发明优选的，在集水池、沉砂池、调节池和植物净化池的内侧壁上布设有盘管，盘管与太阳能连通。通过太阳能进行加热。当冬季温度过低时，通过盘管对集水池、沉砂池、调节池和植物净化池进行加热。

利用上述装置进行生活污水达标回用处理方法，包括步骤如下：

(1)农村生活污水经管网收集后汇入集水池，集水池层清液通过溢流口流入与其相邻的沉砂池缓冲室，由缓冲室流经沉砂室进入下一个沉砂池的缓冲室，连通孔设置在最后一个沉砂池的沉砂室侧壁上，集水池层清液流经1-2个沉砂池通过连通孔流入调节池；

(2)进入调节池后，通过潜水泵向各个污水处理单元供水，所述潜水泵的的功率为0.75kW，流量8000L/h，扬程6m，处理水经过分支布水管、垂直布水管进入第一卵石层，经过第一卵石层的进一步布水，依次经过黄砂层、沸石层、第二卵石层的吸附、分解后，最后进入收集室，第一卵石层的厚度为8-15cm，卵石的平均粒径为2-4cm，黄砂层的厚度为厚度30-35cm，黄砂的平均粒径0.3-1.5mm，沸石层的厚度为25-35cm，沸石的平均粒径为2-3mm，第二卵石层的厚度10-15cm，卵石的平均粒径为1-2cm；

(3)收集室的水通过连通管进入植物净化池，经过植物净化池的植物进一步净化出水，去除氨氮和磷；

(4)每个污水处理单元的分支出水管汇集连接出水总管，经过污水处理池、植物净化池处理后的水最终进入鱼塘养鱼或回用于景观用水。

本发明优选的，植物净化池内的植物为芦苇和/或互花米草。

上述的集水池、沉砂池、预处理池、生活污水处理池和植物净化池的大小根据农村生活污水产生量的多少设计，本领域的技术人员根据常识都可以实施该设计。

本发明的系统和方法主要针对北方农村生活污水，冬季保温效果好、出水达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级A标准，而且该系统和方法耗能少、建造简单、维护使用方便,可以解决北方农村污水随意排放引起的污染，实现北方生活污水处理工程冬季正常运行，出水达标回用，在降低污染的同时，节约了水资源。

生活污水在处理前和经本发明的处理系统处理后的指标如下：

本发明的技术特点及优点如下：

1、本发明的系统和方法主要针对北方农村生活污水进行净化、综合处理，达到废水循环利用，本发明的污水处理系统常年适用，尤其适用于北方冬季，保温效果好，解决了北方农村生活污水处理工程越冬难的问题，使工程一年四季正常运行，出水达到回用标准、耗能少、建造简单、维护使用方便,可以解决北方农村污水随意排放引起的污染，实现北方生活污水处理工程冬季正常运行，出水达标回用，在降低污染的同时，节约了水资源。

2、本发明对生活污水处理效果好，出水达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级A标准，出水回用，节约了水资源；本发明的系统和方法对氮磷去除效果尤为明显，氮磷去除率达65-80％。

3、本发明的系统建设成本低，运行费用低，维护使用简单，农民可操作。

4、本发明系统结构简单、可长久使用，无需反冲洗。

附图说明

图1是本发明的适用于北方农村的生活污水达标回用处理系统；

图2是局部污水处理单元的结构示意图；

图3是布水管的结构示意图；

图4是布水孔的结构示意图；

其中：1、集水池，2、沉砂池，3、缓冲室，4、沉砂室，5、溢流口，6、连通孔，7、调节池，8、养殖池，9、潜水泵，10、进水管，11、布水管，12、分支出水管，13、出水总管，14、污水处理池,15、第一层卵石层，16、黄砂层，17、沸石层，18、第二层卵石层，19、土壤层，20、保温层，21、阳光板，22、布水孔，23、连通管，24、植物净化池，25、植物净化池透明侧壁上的保温板，26、分支布水管、27垂直布水管。

具体实施方式

下面通过实施例并参照附图对本发明作详细描述。有必要指出的是实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的技术熟练人员可以根据上述本发明内容对本发明做出一些非本质的改进和调整。

实施例1：

适用于山东600口人农村的生活污水达标回用处理系统及方法

600口人每天生活污水产生量约为18t，生活污水的COD、BOD、TSS、NH3-N和TP分别为520mg/L、208mg/L、182mg/L、27.5mg/L、6.4mg/L，根据每天产生的生活污水量及生活污水特性，适用于北方农村的生活污水达标回用处理系统，结构如图1-图4所示，包括污水收集预处理池和污水处理单元，所述的污水收集预处理池由隔板分隔成集水池1、沉砂池2和调节池7，集水池1容积为9m³，尺寸为长×宽×高＝3.0m×2.0m×1.5m；沉砂池2容积为6m³，尺寸为长×宽×高＝2.0m×2.0m×1.5m；调节池7容积为18m³，尺寸为长×宽×高＝6.0m×2.0m×1.5m；集水池1的侧壁上部设置有与沉砂池2连通的溢流口5，集水池1上层清液通过溢流口流入沉砂池2，沉砂池2通过连通孔6与调节池7连通，调节池7底部设置有潜水泵9，潜水泵9通过管路向各个污水处理单元供水；沉砂池2为2个沉砂池串联结构，每个沉砂池包括缓冲室3和沉砂室4，缓冲室3与沉砂室4相连通，相邻的两个沉砂池2的缓冲室4相错开，相邻的两个沉砂池2之间通过缓冲室侧壁上的连通孔6连通，集水池层1上清液通过溢流口流入与其相邻的沉砂池2的缓冲室3，由缓冲室3流经沉砂室4进入下一个沉砂池的缓冲室3，最后一个沉砂池2的沉砂室4侧壁上设置有与调节池7连通的通入孔，集水池层清液流经2个沉砂池通过通入孔流入调节池7。

污水处理单元为4个组成，每个污水处理单元包括污水处理池14、进水管10、布水管11和植物净化池24，污水处理池尺寸为长×宽×高＝5.0m×10.0m×1.0m；植物净化池24容积为75m³，尺寸为长×宽×高＝5.0m×5.0m×3.0m。污水处理池14、植物净化池24左右设置，污水处理池14包括上部的过滤室和下部的收集室，在过滤室内设置有过滤填料层，所述的过滤填料层自上而下依次为第一卵石层15、黄砂层16、沸石层17、第二卵石层18，第一卵石层15的上表面设置有隔层，隔层上覆有土壤层，土壤层用于种植植物，布水管11位于第一卵石层内，布水管11通过进水管10与调节池7内的潜水泵9连接，在收集室的底部连接有将植物净化池与收集池连通的连通管23，在植物净化池内种植有植物，植物净化池的底部设置有出水口，出水口连接分支出水管12，每个污水处理单元的分支出水管12汇集连接出水总管13，出水总管13与养殖池8连接，在污水收集预处理池、污水处理池14和植物净化池24的外表面设置有保温层20，保温层的厚度为5cm，所述的保温层为聚氨酯保温板，植物净化池远离污水处理池的侧壁为透明侧壁，在该侧壁上，保温层与透明侧壁铰接。收集室的形状为倒圆锥体，连通管23设置在距离收集室底部2cm处，连通管23与收集室的纵向轴线垂直设置。在过滤填料层内设置有透气管，透气管垂直贯穿过滤填料层，上端高出过滤填料层的最上层并穿出土壤层，透气管的侧壁上均布有透气孔。

第一卵石层的厚度为8cm，卵石的平均粒径为2cm，黄砂层的厚度为厚度30cm，黄砂的平均粒径0.3mm，沸石层的厚度为25cm，沸石的平均粒径的平均粒径为2mm，第二卵石层的厚度10cm，卵石的平均粒径为1cm。隔层为滤布层，土壤层的厚度为40cm。

布水管包括分支布水管26，在分支布水管26的两侧连接有与分支布水管26垂直的垂直布水管27，垂直布水管27为若干根，垂直布水管27之间相互平行，垂直布水管27与分支布水管26相连通，在垂直布水管27上设置有布水孔22，相邻垂直清洗管上的布水孔22交错设置。分支布水管26内径为20mm，布水孔的孔径为5mm，进水管内径为30mm，进水管的端口与潜水泵连接处设置有筛网，筛网孔径为3.0mm。

在集水池、沉砂池、调节池、生活污水处理池及植物净化池上端口设置有阳光板用以保温，在生活污水处理池、植物净化池上端口的阳光板为两块，两块阳光板呈120°夹角连接并设置在生活污水处理池、植物净化池的上端口。

农村生活污水经管网收集后汇入集水池，然后进入沉砂池，在沉砂池中经沉淀后去除生活污水中的泥沙，再流入调节池，最后通过泵泵入生活污水处理池，出水通过底部卵石层收集，通过管道自流入植物净化池，最终出水达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级A标准，进入鱼塘养鱼。

实施例2：适用于宁夏600口人农村的生活污水达标回用处理系统及方法

如实施例1所述的适用于北方农村的生活污水达标回用处理系统，不同之处在于：

保温层的厚度为8cm，连通管23设置在距离收集室底部3cm处，第一卵石层的厚度为12cm，卵石的平均粒径为3cm，黄砂层的厚度为厚度32cm，黄砂的平均粒径0.8mm，沸石层的厚度为30cm，沸石的平均粒径的平均粒径为2.5mm，第二卵石层的厚度12cm，卵石的平均粒径为1.5cm。隔层为滤布层，土壤层的厚度为45cm。

在生活污水处理池、植物净化池上端口的阳光板为两块，两块阳光板呈100°夹角连接并设置在生活污水处理池、植物净化池的上端口。

实施例3：适用于辽宁600口人农村的生活污水达标回用处理系统及方法

如实施例1所述的适用于北方农村的生活污水达标回用处理系统，不同之处在于：

保温层的厚度为10cm，连通管23设置在距离收集室底部5cm处，第一卵石层的厚度为15cm，卵石的平均粒径为4cm，黄砂层的厚度为厚度35cm，黄砂的平均粒径1.2mm，沸石层的厚度为35cm，沸石的平均粒径的平均粒径为3mm，第二卵石层的厚度15cm，卵石的平均粒径为2cm。隔层为滤布层，土壤层的厚度为50cm。

在生活污水处理池、植物净化池上端口的阳光板为两块，两块阳光板呈110°夹角连接并设置在生活污水处理池、植物净化池的上端口。在集水池、沉砂池、调节池和植物净化池的内侧壁上布设有盘管，盘管与太阳能连通。

实施例4

利用实施例1所述的适用于北方农村的生活污水达标回用处理系统进行生活污水达标回用处理方法，包括步骤如下：

(1)农村生活污水经管网收集后汇入集水池，集水池层清液通过溢流口流入与其相邻的沉砂池缓冲室，由缓冲室流经沉砂室进入下一个沉砂池的缓冲室，连通孔设置在最后一个沉砂池的沉砂室侧壁上，集水池层清液流经2个沉砂池通过连通孔流入调节池；

(2)进入调节池后，通过潜水泵向各个污水处理单元供水，所述潜水泵的的功率为0.75kW，流量8000L/h，扬程6m，处理水经过分支布水管、垂直布水管进入第一卵石层，经过第一卵石层的进一步布水，依次经过黄砂层、沸石层、第二卵石层的吸附、分解后，最后进入收集室，

(3)收集室的通过连通管进入植物净化池，经过植物净化池的植物进一步净化出水，去除氨氮和磷；

(4)每个污水处理单元的分支出水管汇集连接出水总管，经过污水处理池、植物净化池处理后的水最终进入鱼塘养鱼或回用于景观用水，植物净化池内的植物为芦苇和花米草。

Claims (9)

1.一种适用于北方农村的生活污水达标回用处理系统，它包括污水收集预处理池和污水处理单元，其特征在于，所述的污水收集预处理池由隔板分隔成集水池、沉砂池和调节池，集水池的侧壁上部设置有与沉砂池连通的溢流口，集水池上层清液通过溢流口流入沉砂池，沉砂池通过连通孔与调节池连通，调节池底部设置有潜水泵，潜水泵通过管路向各个污水处理单元供水；

每个污水处理单元包括污水处理池、进水管、布水管和植物净化池，污水处理池、植物净化池左右设置，污水处理池包括上部的过滤室和下部的收集室，在过滤室内设置有过滤填料层，所述的过滤填料层自上而下依次为第一卵石层、黄砂层、沸石层、第二卵石层，第一卵石层的上表面设置有隔层，隔层上覆有土壤层，土壤层用于种植植物，布水管位于第一卵石层内，布水管通过进水管与调节池内的潜水泵连接，在收集室的底部连接有将植物净化池与收集池连通的连通管，在植物净化池内种植有植物，植物净化池的底部设置有出水口，出水口连接分支出水管，每个污水处理单元的分支出水管汇集连接出水总管，出水总管与养殖池连接，在污水收集预处理池、污水处理池和植物净化池的外表面设置有保温层；沉砂池为1-2个沉砂池串联结构，每个沉砂池包括缓冲室和沉砂室，缓冲室与沉砂室相连通，相邻的两个沉砂池的缓冲室相错开，相邻的两个沉砂池之间通过缓冲室侧壁上的连通孔连通，集水池层清液通过溢流口流入与其相邻的沉砂池的缓冲室内，由缓冲室流经沉砂室进入下一个沉砂池的缓冲室，最后一个沉砂池的沉砂室侧壁上设置有与调节池连通的通入孔，集水池层清液流经1-2个沉砂池通过通入孔流入调节池。

2.根据权利要求1所述的适用于北方农村的生活污水达标回用处理系统，其特征在于，第一卵石层的厚度为8-15cm，卵石的平均粒径为2-4cm，黄砂层的厚度为厚度30-35cm，黄砂的平均粒径0.3-1.5mm，沸石层的厚度为25-35cm，沸石的平均粒径的平均粒径为2-3mm，第二卵石层的厚度10-15cm，卵石的平均粒径为1-2cm。

3.根据权利要求1所述的适用于北方农村的生活污水达标回用处理系统，其特征在于，布水管包括分支布水管，在分支布水管的两侧连接有与分支布水管垂直的垂直布水管，垂直布水管为若干根，垂直布水管之间相互平行，垂直布水管与分支布水管相连通，在垂直布水管上设置有布水孔。

4.根据权利要求3所述的适用于北方农村的生活污水达标回用处理系统，其特征在于，相邻垂直布水管上的布水孔交错设置，布水管内径为20-40mm，布水孔的孔径为5-8mm，进水管内径为30-60mm，进水管的端口与潜水泵连接处设置有筛网，筛网孔径为3.0-5.0mm。

5.根据权利要求1所述的适用于北方农村的生活污水达标回用处理系统，其特征在于，所述的收集室的形状为倒圆锥体，连通管设置在距离收集室底部2-5cm处，连通管与收集室的纵向轴线垂直设置，在过滤填料层内设置有透气管，透气管垂直贯穿过滤填料层，上端高出过滤填料层的最上层并穿出土壤层，透气管的侧壁上均布有透气孔。

6.根据权利要求1所述的适用于北方农村的生活污水达标回用处理系统，其特征在于，所述的保温层的厚度为5-10cm，所述的保温层为聚氨酯保温板，植物净化池远离污水处理池的侧壁为透明侧壁，在该侧壁上，保温层与透明侧壁铰接。

7.根据权利要求1所述的适用于北方农村的生活污水达标回用处理系统，其特征在于，所述的隔层为滤布层，土壤层的厚度为40-50cm，在集水池、沉砂池、调节池、污水处理池及植物净化池上端口设置有阳光板用以保温，在污水处理池、植物净化池上端口的阳光板为两块，两块阳光板呈100～120°夹角连接并设置在污水处理池、植物净化池的上端口。

8.根据权利要求1所述的适用于北方农村的生活污水达标回用处理系统，其特征在于，在集水池、沉砂池、调节池和植物净化池的内侧壁上布设有盘管，盘管与太阳能连通。

9.利用权利要求1所述的处理系统进行生活污水达标回用处理方法，包括步骤如下：

（1）农村生活污水经管网收集后汇入集水池，集水池层清液通过溢流口流入与其相邻的沉砂池缓冲室，由缓冲室流经沉砂室进入下一个沉砂池的缓冲室，连通孔设置在最后一个沉砂池的沉砂室侧壁上，集水池层清液流经1-2个沉砂池通过连通孔流入调节池；

（2）进入调节池后，通过潜水泵向各个污水处理单元供水，所述潜水泵的的功率为0.75kW，流量8000L/h，扬程6m，处理水经过分支布水管、垂直布水管进入第一卵石层，经过第一卵石层的进一步布水，依次经过黄砂层、沸石层、第二卵石层的吸附、分解后，最后进入收集室，第一卵石层的厚度为8-15cm，卵石的平均粒径为2-4cm，黄砂层的厚度为厚度30-35cm，黄砂的平均粒径0.3-1.5mm，沸石层的厚度为25-35cm，沸石的平均粒径为2-3mm，第二卵石层的厚度10-15cm，卵石的平均粒径为1-2cm；

（3）收集室的水通过连通管进入植物净化池，经过植物净化池的植物进一步净化出水，去除氨氮和磷；

（4）每个污水处理单元的分支出水管汇集连接出水总管，经过污水处理池、植物净化池处理后的水最终进入鱼塘养鱼或回用于景观用水，植物净化池内的植物为芦苇和/或互花米草。