CN110683713A - 一种用于农村分散型餐厨污水的生态处理系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于农村分散型餐厨污水的生态处理系统，该系统由基质强化处理系统和湿地消纳系统组成。基质强化处理系统包括通过连通管道依次串联的沉淀池和多个生物基质处理单元，生物基质处理单元内充填可自然降解的生物基质填料。湿地消纳系统由3个或3个以上生态湿地通过管道连通构成。本发明构建了一个污水沿管道自流并连通的生态处理系统，并且明确了生态处理系统建设的工艺参数，主要包括水力停留时间、基质强化处理系统面积系数、生物基质投入量系数和湿地消纳系统面积系数等，具有很强操作性和广泛适用性。本发明结构简单，操作方便，对于餐厨污水中COD、氮磷等污染物处理效果好，尤其是动植物油污，适用于农村分散性餐厨污水处理。

Description

一种用于农村分散型餐厨污水的生态处理系统

技术领域

本发明涉及污水处理技术领域，特别的涉及一种用于农村分散型餐厨污水的生态处理系 统。

背景技术

我国农业和农村水污染主要源自村镇生活污染、畜禽养殖污染、农产品加工排污以及农 田排水等。与城市污水处理相比，农村水环境污染来源复杂、分布面广，污水集中收集成本 太高。故，在乡村人口非集中区多使用分散型污水处理方式。尤其，随着现代观光农业及休 闲农业的兴起和发展使得农家乐和餐饮业越来越多，在增加农户收入的同时也增加了餐厨垃 圾废水的排放，加剧了农村环境污染问题。

餐厨垃圾废水主要来源于餐厨垃圾本身内含水和垃圾在发酵过程中产生的水分，餐厨废 水的成分复杂，有机物含量高，主要有食物纤维、淀粉、脂肪、动物植物油、各类佐料、洗 涤剂和蛋白质等。由于餐厨垃圾在高温水解作用下分解成的脂肪酸未进一步降解，使产生废 水的COD质量浓度升高，且餐厨垃圾固形物中具有丰富的蛋白质，蛋白质在消化过程被氨化， 造成餐厨垃圾废水具有高水平的氨氮和总氮浓度，导致碳氮比偏低，不但对厌氧消化有影响， 对后续废水生化处理也带来影响。由于高氨氮的抑制作用，生化处理具有较大难度。

目前在农村分散型污水处理中使用较多是潜流湿地和表流湿地(包括生态沟渠)，也是相 对成功的生态污水处理技术。如发明专利CN201210426016.X公开了一种组合式城镇污水处 理人工湿地系统及城镇污水处理方法。该系统包括依次串联的生物调节池单元、好氧降解与 微生物培养池、潜流湿地、表流湿地，潜流湿地中的基质由下至上依次为砾石层、细沙层、 蛭石与细沙混合层、细沙与红壤混合层，所述表流湿地由浅至深配置各种挺水型、浮叶型、 浮水型、沉水型水生植物。但上述方法中潜流湿地以砾石、细沙等多孔介质材料作为渗滤层， 渗滤层对污染物的吸附性能会随湿地运行时间增加而下降，最终导致整个系统完全失效，提 高成本；同时，污水中餐厨污油含量高，这些污油降解慢、且漂浮于污水表层，污油进入表 流湿地后，会附着于湿地植物叶表或茎干，易导致植物死亡；且潜流湿地和表流湿地设计和 建设缺乏统一的技术规范，这导致实际工程建设的工艺参数设置存在很大的随意性。发明专 利CN201910361153.1公开了一种餐厨废水的A/A/O、MAP联合处理方法，包括以下步骤：(1)调节废水的酸碱度至pH＝6.8–7.5；(2)使经过酸碱度调节后的废水进入A/A/O系统，A/A/O 系统包括厌氧发酵池、缺氧池、好氧池和二沉池，使废水依次进入厌氧发酵池、缺氧池、好 氧池和二沉池；(3)使厌氧发酵池的沉渣和步骤(2)中污泥进入MAP系统；(4)往MAP反应池 中投加絮凝剂；(5)使经过步骤(4)处理的产物进入MAP沉淀池，静置至上清液和沉淀物明显 分层，但餐厨污油含量高且漂浮于污水表层，不易被厌氧菌或缺氧菌所降解去除。因此，这 使得当前常用的“厌氧发酵池/潜流湿地”很难有效处理农村餐厨污水。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供了一种用于农村分散型餐厨污水的生 态处理系统，解决了现有方法存在对餐厨污水中动植物油污处理效果差和成本高等问题。

为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：包括基质强化处理系统和湿地 消纳系统，所述基质强化处理系统包括通过连通管道依次首位串联的1个沉淀池和多个生物 基质处理单元，所述沉淀池与餐厨污水排放管道连通，所述生物基质处理单元内设有可自然 降解的生物基质填料，所述基质强化处理系统通过连通管道与湿地消纳系统相连，湿地消纳 系统由3个以上的由管道连通的生态湿地组成，且湿地消纳系统的上部种有植被。

沉淀池是沉淀和厌氧处理餐厨污水的初级场所，生物基质处理单元是生物基质投放及吸 附和分解污水污染物的次级场所。基质强化处理系统一般由1个沉淀池或2个以上的生物基 质处理单元组成。

作为优选的，基质强化处理系统中沉淀池和生物基质处理单元皆为规则封闭池体，池体 底部和周壁做需要做硬化不透水处理，以防止污水外渗；顶部硬化密封、但保留一个直径60cm 左右工作井口，供系统维护期间移除沉积物或者投放生物基质填料。系统运行期间，各井口 用井盖封闭。

作为优选的，所述生物基质处理单元的池壁上设置有多个插口，所述插口按矩形阵列均 布，且对应池壁上的插口对应设置，所述对应插口之间设置有阻挡杆。这样，使生物基质填 料分布于多个水层上，增强生物基质填料对污水中氮磷、动植物油污等污染物的吸附。

所述相邻两个插口在水平方向间隔1.0～1.5m，所述相邻两个插口在垂直方向间隔

0.2～0.8m。

作为优选的，所述生物基质处理单元和生态湿地的进水口设置在一侧壁的底部，出水口 设置在另一侧壁的顶部，使所述生物基质处理单元和生态湿地的出水口和进水口沿对角线布 设。这样，餐厨污水从底部进，从对角顶部排出，经过的路径长，使污水中氮磷、动植物油 污等污染物的吸附更彻底，效率更高。

作为优选的，所述基质强化处理系统的总面积根据如下公式(1)确定：

S_A＝N*V_s*D/H_s (1)

式中，S_A是基质强化处理系统总建设面积(m²)；N是日最高就餐人数；Vs是单个游客的基质强化处理系统容积系数，取值为0.1～0.25m³；D是污水在基质强化处理系统中停留时 间；Hs是基质强化处理系统的最高水位。在实际建设中，基质强化处理系统容积系数可依据 实际情况，灵活调整。如果用地面积充足，可适当增大该系数，整体原则是保持污水在基质 强化处理系统中水力停留时间不少于7d。优选的，沉淀池和生物基质处理单元建设面积比是 1:4。

作为优选的，所述生物基质填料为稻草、麦秆和玉米杆中的一种或多种材料。较优的将 上述生物基质填料经膨化处理后，增加生物基质中纤维素的孔隙度、暴露出纤维素的表面基 团，提高其吸附能力和吸附量。优选的，玉米杆需要碎化(粒径<5mm)与一定量的稻草或麦 秆搭配使用。玉米杆与稻草/麦秆的配比为2:3。

作为优选的，所述生物基质填料的投加量根据如下公式(2)确定：

W＝V*P_s (2)

式中，W是生物基质处理单元投放的填料总量(kg)；V是基质强化处理系统总容积；P_s是单位体积污水生物基质填料投放系数，取值20～30Kg/m³。鉴于秸秆填料分解时长为3～4个月，秸秆填料投放频率按3次/年，每次投放总量为总量的1/3(W/3)。

作为优选的，所述湿地消纳系统的总面积按照如下公式(3)确定：

S_p＝N*P_A (3)

式中，S_p是湿地消纳系统总面积(m²)，N是日最高就餐人数；P_A是单个就餐游客湿地建设面积系数，取值1～2.5m²。生态湿地水深维持在1.5～2.5m左右，实际建设中要求在保证 湿地消纳系统水力停留不少于14d条件下，灵活调整湿地水深。

作为优选的，所述多级湿地中水生植物配置依次为大型挺水植物、小型挺水植物及浮水 植物，对应种植面积配置比为3:3:4。通过在多级湿地中沿污水自流方向配置高-中-低3种水 生植物，有利于促进进入湿地中残余油污的吸附和降解。

相比现有技术，本发明具有如下有益效果：

1、本发明针对农村餐厨污水具有分散性、有机物浓度高和油污含量高等特点，提出的用 于农村分散型餐厨污水的生态处理系统，是由基质强化处理系统和湿地消纳系统耦合工艺， 用基质强化处理+湿地消纳的技术组合取代传统的厌氧发酵/潜流湿地技术，通过投放可自然 降解的生物基质材料和不同湿地植物种植的合理配置，有效吸附和降解餐厨污水中氮磷、油 污等有机污染物，可高效处理农村分散型餐厨污水；既解决了餐厨污水中污油的去除和降解 问题，又克服了传统潜流湿地需定期开挖更换吸附材料的弱点。另外，根据农村分散型餐厨 污水的特点，本发明明确了基质强化处理系统和湿地消纳系统建设的工艺参数，如水力停留 时间为14d、基质强化处理系统容积系数为0.1～0.25m³/人、生物基质投入量系数为20～ 30Kg/m³和湿地面积系数为1～2.5m²/人等，显著的提高了污水的处理效果，并且操作性强， 具有良好的推广应用性。

2、本发明以天然生物基质材料(稻草、麦秆及玉米杆)为原材料，来源丰富、价格低廉， 是可再生且环境友好的天然材料，在处理过程中天然生物基质材料可直接被分解，无需后期 处理，从而增加了稻草、麦秆及玉米杆等大宗作物秸秆废弃物的处理和利用途径，避免环境 污染，具有良好的应用前景。

3、本发明的结构简单，操作方便，湿地消纳系统可由一个或多个野外排水沟渠、自然或 者新开挖的坑塘组建而成，适用于农村分散性特点，持久耐用，处理效果好，具有很强的实 用性和广泛的适用性。

附图说明

图1为本发明用于农村分散型餐厨污水处理系统的结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明。

本发明实施例提供了一种用于农村分散型餐厨污水处理系统，如图1所示其结构示意图， 包括基质强化处理系统和湿地消纳系统，所述基质强化处理系统包括通过连通管道依次首尾 串联的沉淀池和3个生物基质处理单元，所述沉淀池与餐厨污水排放管道连通，所述生物基 质处理单元内设有可自然降解的生物基质填料，所述沉淀池和生物基质处理单元的底部及侧 壁均为不透水结构，所述基质强化处理系统通过连通管道与湿地消纳系统相连，所述湿地消 纳系统包括通过连通管道依次相连的3个生态湿地。

上述技术方案的原理及效果在于：通过系统首先通过沉淀处理，使污水中的不可溶性物 体沉淀和厌氧处理。然后通过多个生物基质处理单元吸收和降解污水中氮磷及污油，最后通 过湿地消纳系统，进一步吸收和消纳污水的污染物，在去除污水中氮磷的同时也可以高效的 去除动植物油污，完成餐厨污水的生态处理。

实施例

本实例来源于浙江一个农家乐污水处理场所。该农家乐日接待就餐游客高峰时约100人。 在污水处理设施建设前，该农家乐餐厨污水混合生活污水没做任何处理，通过下水道直排环 境，对周边水环境污染很大。由于周边缺乏可用的沟渠和自然坑塘，该污水处理设施在荒弃 土地上新建而成。

用于餐厨污水的处理系统包括基质强化处理系统和湿地消纳系统，所述基质强化处理系 统包括通过连通管道依次首尾串联的沉淀池和多个生物基质处理单元，所述沉淀池与餐厨污 水排放管道连通，所述生物基质处理单元内充填可自然降解的生物基质填料，所述沉淀池和 生物基质处理单元的底部及侧壁均为不透水结构，所述生物基质处理单元的池壁上设置有多 个插口，所述插口按矩形阵列均布，且对应池壁上的插口对应设置，所述对应插口之间设置 有阻挡杆。所述相邻插口在水平方向间隔1.0m，所述相邻插口在垂直方向间隔0.3m。所述基 质强化处理系统通过连通管道与湿地消纳系统相连，所述湿地消纳系统包括通过连通管道依 次相连的一级生态湿地、二级生态湿地和三级生态湿地，且湿地消纳系统的上部种有植被， 所述三级生态湿地连接有净水池，所述净水池通过净水输出管道将净水池内的水体进行输出。

1.1基质强化处理系统建设面积

基质强化处理系统的总面积公式：

S_A＝N*V_s*D/H_s (1)

式中，S_A是基质强化处理系统总建设面积(m²)；N是日最高就餐人数；Vs是单个游客的基质强化处理系统容积系数，取值为0.1～0.25m³；D是污水在基质强化处理系统中停留时 间；Hs是基质强化处理系统的最高水位。

鉴于最大就餐人数N为100人、污水负荷高峰集中在湿地植物生长旺盛的夏季而其它时 间短排放不高，基质强化处理系统容积系数V_s取均值0.18m³，污水在基质强化处理系统的 水力停留时间D取值7d，基质池最高水位Hs取值2.5m。按公式(1)，计算出基质强化处理 系统建设面积S_A为50.4m²。

1.2沉淀池和生物基质处理单元面积和建设要求

沉淀池和各生物基质处理单元之间用直径5cm的PVC管道连通，餐厨污水通过餐厨污 水排放管道首先流进沉淀池再依次自流出生物基质处理单元。且各池的进水口设置在一侧壁 的底部，出水口设置在另一侧壁的顶部，使所述各池的出水口和进水口沿对角线布设。沉淀 池和生物基质池的底部和侧壁皆用水泥硬化处理，顶部硬化密封但留有一个直径60cm的工 作井口。工程运行期间，各基质池井口用井盖封闭。

由于基质强化处理系统由1个沉淀池和3个生物基质处理单元首尾串联组成，按照1:4 的面积比设置沉淀池和生物基质处理单元建设面积比配置，即沉淀池面积为10.1m²；3个生 物基质处理单元规格大小一致，单体面积约为13.4m²。

1.3生物基质投放量

生物基质的投加量公式：

W＝V*P_s (2)

式中，W是生物基质处理单元投放的秸秆总量(kg)；V是基质强化处理系统总容积；P_s是单位体积污水秸秆投放系数，取值20～30Kg/m³。

鉴于污水处理工程所在地是水稻种植区，稻草秸秆丰富，故生物基质处理单元选用稻草 作为基质池填料。单位体积污水生物基质投放系数P_s取值25kg/m³，基质强化处理系统总容 积V为126m³(50.4m²×2.5m)，按公式(2)计算出稻草总投入量W为3150kg。其中，稻草投 放频率按3次/年，每次投放量为总量的1/3，即1050kg。

1.4湿地消纳系统参数及建设要求

湿地消纳系统的总面积公式：

S_p＝N*P_A (3)

式中，S_p是湿地消纳系统总面积(m²)，N是日最高就餐人数；P_A是单个就餐游客湿地建设面积系数，取值1～2.5m²。

鉴于最大就餐人数N为100人、污水负荷高峰集中在湿地植物生长旺盛的夏季而其它时 间短排放不高，湿地建设面积系数P_A取1m²。按公式(3)计算出生态湿地总建设面积S_p为 100m²。

一级生态湿地、二级生态湿地和三级生态湿地首尾串联模式进行布设，用PVC管道连通， 各级生态湿地的进水口设置在一侧壁的底部，出水口设置在另一侧壁的顶部，使所述各池的 出水口和进水口沿对角线布设。一级生态湿地、二级生态湿地和三级生态湿地的面积比为 3:3:4，即一级生态湿地30m²、二级生态湿地30m²、三级生态湿地40m²。

1.5生态湿地植物配置要求

一级生态湿地、二级生态湿地和三级生态湿地的上部分别种植梭鱼草(大型挺水植物)、 铜钱草(小型挺水植物)及狐尾藻(浮水植物)，种植密度上，梭鱼草8株/m²，铜钱草25株 /m²，狐尾藻茎叶6kg/m²。

将本实施例餐厨污水处理系统对该农家乐的污水处理效果的水质进行了为期1年的监测， 结果如表1所示。

表1

从表1可以看出，该餐厨污水进水中污染物指标COD、总氮、氨氮、总磷和动植物油平 均含量分别为114.9mg/L、28.2mg/L、24.8mg/L、5.29mg/L、13.1mg/L，处理后出水中各污染物指标COD、总氮、氨氮和总磷含量分别为11.8mg/L、3.7mg/L、2.91mg/L、0.48mg/L、1.13mg/L，相应的污染物平均除去率分别为89.3％、86.6％、87.9％、90.8％、91.3％。整体上， 该实例工程污水中COD、总氮、氨氮和总磷污染物处理效果达到国家城镇污水排放的1级A 标准，而污水中动植物油污染物处理效果达到国家城镇污水排放的1级B标准。

综上，本发明对餐厨污水中COD、总氮和总磷具有较好的去除效果，尤其对于含量较高 的动植物污油处理效果较好。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不以本发明为限制，凡在本发明的精神和原 则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于农村分散型餐厨污水的生态处理系统，其特征在于，包括基质强化处理系统和湿地消纳系统，所述基质强化处理系统包括通过连通管道依次首尾串联的1个沉淀池和多个生物基质处理单元，所述沉淀池与餐厨污水排放管道连通，所述生物基质处理单元内充填可自然降解的生物基质填料，所述基质强化处理系统通过连通管道与湿地消纳系统相连，所述湿地消纳系统由3个或3个以上生态湿地通过管道连通构成，所述生态湿地水面种有水生植物；

所述基质强化处理系统的总面积根据如下公式(1)确定：

S_A＝N*V_s*D/H_s (1)

式中，S_A是基质强化处理系统总建设面积(m²)；N是日最高就餐人数；Vs是单个游客的基质强化处理系统容积系数，取值为0.1～0.25m³；D是污水在基质强化处理系统中停留时间；Hs是基质强化处理系统的最高水位；

所述湿地消纳系统的总面积按照如下公式(3)确定：

S_p＝N*P_A (3)

式中，S_p是湿地消纳系统总面积(m²)，N是日最高就餐人数；P_A是单个就餐游客湿地建设面积系数，取值1～2.5m²。

2.根据权利要求1所述用于农村分散型餐厨污水的生态处理系统，其特征在于，所述生物基质处理单元和生态湿地的进水口均设置在一侧壁的底部，出水口均设置在另一侧壁的顶部，使所述生物基质处理单元和生态湿地的出水口和进水口沿对角线布设。

3.根据权利要求1所述用于农村分散型餐厨污水的生态处理系统，其特征在于，所述生物基质处理单元的池壁上设置有多个插口，所述插口按矩形阵列均布，且对应池壁上的插口对应设置，所述对应插口之间设置有阻挡杆。

4.根据权利要求3所述用于农村分散型餐厨污水的生态处理系统，其特征在于，所述相邻插口在水平方向间隔为1.0～1.5m，所述相邻插口在垂直方向间隔为0.2～0.8m。

5.根据权利要求1所述用于农村分散型餐厨污水的处理系统，其特征在于，所述沉淀池和生物基质处理单元皆为规则密闭池体，所述池体底部及侧壁均为不透水结构。

6.根据权利要求1所述用于农村分散型餐厨污水的处理系统，其特征在于，所述基质强化处理系统中沉淀池的面积与生物基质处理单元总面积比为1:4。

7.根据权利要求1所述用于农村分散型餐厨污水的生态处理系统，其特征在于，所述生物基质填料为稻草、麦秆和玉米杆中的一种或多种混合材料。

8.根据权利要求1所述用于农村分散型餐厨污水的处理系统，其特征在于，所述生物基质填料的投加量根据如下公式(2)确定：

W＝V*P_s (2)

式中，W是生物基质处理单元投放的填料总量(kg)；V是基质强化处理系统总容积；P_s是单位体积污水填料投放系数，取值20～30Kg/m³。

9.根据权利要求1所述用于农村分散型餐厨污水的生态处理系统，其特征在于，所述生态湿地中水生植物沿污水自流方向上依次配置为大型挺水植物、小型挺水植物及浮水植物。

10.根据权利要求1所述用于农村分散型餐厨污水的生态处理系统，其特征在于，所述大型挺水植物、小型挺水植物及浮水植物的种植面积比为3:3:4。