CN111003893A - 一种新农村污水处理灌溉的系统和处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新农村污水处理灌溉系统和处理方法，所述系统包括污水收集单元、雨水收集单元、沉砂单元、生态滞留塘单元和人工湿地单元。本发明提供的处理系统巧妙地将雨水的调蓄和生活污水的处理相结合起来，利用无动力的生态滞留塘结合人工湿地去除农村污水中的有毒有害污染物，对COD、TN、TP和的TSS去除率最高可达到65.3％、85.0％、88.7％和35.6％，处理后的水可直接用于园林灌溉，实现了水的资源化利用，且该系统占地面积小，运行成本低，十分适宜分散型污水的处理。

Description

一种新农村污水处理灌溉的系统和处理方法

技术领域

本发明属于污水处理技术领域，具体涉及一种新农村污水处理灌溉的系统和处理方法。

背景技术

农村生活污水指居民生活过程中洗浴、洗衣服，厕所排放的污水和厨房废水。目前，我国农村地区生活污水处理率低，大部分的生活污水未经处理就直接排放、或无法集中进行排放处理，严重影响和威胁到了广大农村群众的生存环境和身体健康。传统的农村污水处理方法是将污水在经过化粪池处理后直接排往至受纳水体或附近农田。农村污水的再利用可以有效缓解一部分灌溉水资源稀缺的问题，但其氨氮、总磷及其他有毒有害物质常常严重超标，且存在水量不稳定和偏小的特点。

另一方面，雨水作为一种重要的回用灌溉的水资源，在广大农村地区因缺乏调蓄设施，常直接排放，容易造成水资源的损失和浪费及季节性缺水。雨水之所以没有广泛被用于回用灌溉，还有一个重要的原因是初期雨水的污染大，需处理后才能利用。但单独建立初期雨水系统与我国农村经济社会发展水平并不相适应，不可避免地面临着用地和成本的问题。

如果可以将污水处理系统和雨水调蓄系统有机结合起来，利用污水处理系统处理水质差的雨水，特别是初期污染大的雨水，使其达标排放；同时充分利用雨水调蓄系统，解决农村灌溉水资源缺乏的问题，形成一种多功能水资源处理与利用的系统和方法，是有效解决上述技术问题的途径。

发明内容

基于此，针对上述技术问题，本发明旨在提供一种新农村污水处理灌溉系统和方法。

为了实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：一种新农村污水处理系统，所述系统包括依次通过管道连接的污水收集单元、雨水收集单元、沉砂单元、生态滞留塘单元和人工湿地单元，其中：

所述生态滞留塘单元包括土塘基质及生长在所述土壤基质上的水生植物；所述水生植物为圆叶节节草、狐尾藻、大茨藻和高羊茅；

所述人工湿地单元为上行流垂直潜流人工湿地，其从下到上依次包括布水区、碎石层、沸石层、粗砂基质层、土壤基质层和水生植物。上行流垂直潜流人工湿地主要强化对TN和COD的去除效果，在底部铺设碎石层，利用碎石之间较大的空隙减小了水体向上流动的阻力，避免水流发生短路，使之能够形成渠流；同时碎石基质较大的比表面积有利于微生物附着在上面，附着的微生物对COD有很好的去除效果；在碎石层上铺设沸石层，可强化对TN的吸附效果。粗砂基质起过滤作用，能有效防止湿地发生堵塞。

生态滞留塘的作用是通过微小悬浮颗粒物(TSS)沉降去除颗粒态或被颗粒物吸附的污染物，阻止颗粒态的污染物进入人工湿地，通过水生植物的吸收作用去除水体中的可溶性有机物(COD)、总氮(TN)和总磷(TP)。

水生植物的表面可以作为微生物的生长介质，会改变滞留塘的水流流态，同时水生植物自身形态结构及与其他水生植物的组合对水体微环境有着较大的影响，这种影响可能在一定程度上影响着整体的COD、微小悬浮颗粒物(TSS)等去除效果，另外现有研究常常忽略了植物间存在的相互影响。

通过大量的实验，筛选，根据生态滞留塘的构形和参数，研究了不同水生植物之间的相互作用，得出了最适合的水生植物组合，具体是，以圆叶节节草为先锋物种，发挥主要的净化作用，大茨藻和狐尾藻为伴生植物，协同发挥净化作用，同时为了提高冬天生态滞留塘的景观，加入四季常绿的高羊茅。上述水生植物组合，在水力停留时间为4d时，对COD的去除率可达到65.3％，对TN的去除率为85.0％，对TP的去除率为88.7％，对TSS的去除率为35.6％。

同时，由于大茨藻产氧量较高，可为生态滞留塘中水生植物的生长提供氧气，使植物在休眠期时，仍然具有较高的输氧和光合释氧速率，可一定程度上解决植物休眠期导致的系统对COD、悬浮颗粒物(TSS)等物质去除率下降的问题，提高生态滞留塘的运行稳定性。

进一步地，所述雨水收集单元和所述污水收集单元并列设置；该系统采取半埋地或埋地的方式，使农村污水可以采取无动力的方式流入该系统；同时雨水可以通过屋顶的雨水收集方式收集。所述雨水收集单元设置有水质监测仪、第一进水口、溢流口、第一出水口和第二出水口；所述污水收集单元设置有第二进水口和第三出水口，所述第三出水口前设有格栅

上述溢流口、第一出水口和第二出水口分别位于雨水收集单元的上、中、下方处，同时第二出水口前设有可调节阀门，当水质监测仪检测到雨水收集单元中的水质情况较差时，可调节阀门使需净化的雨水提前流入沉砂单元。

雨水收集单元中的雨水过满时可通过上方的溢流口流入储蓄单元，且当雨水收集单元中的水量涨到容量一半时，雨水会通过第一出水口排出至下一个处理单元中，不会因为降雨量过大导致蓄水过多溢出或调配不及时。

所述污水收集单元的进出水口延伸至池体内部，污水收集单元的出水口前设有格栅，防止较大颗粒的漂浮物或固定对系统造成堵塞。

更进一步地，所述雨水收集单元为雨水集水池，污水收集单元为污水集水池，雨水集水池的体积大于污水集水池的体积，优选大于污水集水池三倍的体积。

进一步地，所述生态滞留塘水深为0.8～1.5m，水力负荷为0.30～0.65m³/(m².d)，水力停留时间为1～5d。HRT(水力停留时间)是滞留塘设计的一个重要参数，理论上来讲，HRT越长，沉降时间越多，且在滞留塘体积固定的前提下，河水的平均流速更为缓慢，紊流程度更小，也有利于悬浮颗粒物的沉降，但是过高的HRT在实施上具有难度，到了一个范围内，对提高悬浮颗粒物的去除率也不会有太大的促进作用；而HRT过低不利于悬浮颗粒物的有效沉降。HRT(水力停留时间)的设计需要考虑滞留塘的构形设计、水生植物种类等因素设定，而在本发明限定的滞留塘环境中，水力停留时间为1～5d具有较好的效果，更进一步，水力停留时间为1.5～4d时，效果较为理想。

进一步地，所述生态滞留塘单元中所述圆叶节节草的种植密度为25～35株/m²，所述狐尾藻、大茨藻和高羊茅的种植密度为10～20株/m²。

进一步地，所述生态滞留塘单元中所述圆叶节节草的种植密度为25株/m²，所述狐尾藻、大茨藻和高羊茅的种植密度为12株/m²。在这种种植密度下，植物能够良好生长，且净化效果最好。

进一步地，所述碎石的粒径为20～60mm。

进一步地，所述人工湿地单元中的水生植物为挺水植物、沉水植物和藻类中的至少一种。

进一步地，所述人工湿地单元中的水生植物为美人蕉、菖蒲、水葱、风车草、金鱼藻、再力花和德国鸢尾中的至少一种。

进一步地，所述系统还包括储蓄单元，经所述人工湿地单元处理后的水通过管道进入储蓄单元用于灌溉。储蓄单元设置有两个进水口，进水口一收集经过人工湿地处后的出水，进水口二收集因雨水集水池满流而直接流出的雨水。同时设置有一上一下两个出水口，上方出水口在清水池到达可容纳水量后将溢流，直接排往就近收纳水体；下方出水口设有阀门，并连接出水管，可将储存的水用于灌溉。

本发明还提供了一种新农村污水处理方法，包括以下步骤：

A)收集雨水和农村污水；

B)将收集的雨水和农村污水通入沉砂单元，进行沉砂，去除大颗粒悬浮物；

C)将经沉砂处理后的雨水和农村污水通过管道通入生态滞留塘进行处理；

D)通入人工湿地单元进行处理，处理完后的水送至储蓄单元用于灌溉。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1)本发明提供的处理系统巧妙地将雨水的调蓄和生活污水的处理相结合起来，利用无动力的稳定塘结合人工湿地的去除农村污水中的有毒有害污染物，处理后的水可直接用于园林灌溉，实现了水的资源化利用，且系统占地面积小，运行成本低，十分适宜分散型污水的处理。

2)本发明通过优化生态滞留塘中的水生植物的种类，设计最佳的水力停留时间，提高了系统对COD、TSS、TN和TP的去除，在水力停留时间为4d时，对COD的去除率可达到65.3％，对TN的去除率为85.0％，对TP的去除率为88.7％，对TSS的去除率为35.6％，且该生态滞留塘相比现有技术，运行稳定性更高。

附图说明

图1为本发明处理系统结构示意图，图中箭头表示水流方向；

图2为本发明处理系统雨水集水池的结构示意图；

图3是采用本发明处理系统进行污水处理的工艺流程图。

其中，雨水集水池1；第一进水口101；溢流口102；第一出水口103；第二出水口104；污水集水池2；沉砂池3；生态滞留塘4；人工湿地5；储蓄单元6。

具体实施方式

以下通过实施例形式的具体实施方法，对本发明的上述内容作进一步的详细说明。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下实施例。

实施例中，所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法，所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。

实施例一、新农村污水处理系统

本实施例新农村污水处理系统结构示意图如图1所示，该系统包括依次通过管道连接的污水收集单元、雨水收集单元、沉砂单元、生态滞留塘单元和人工湿地单元，其中：

污水收集单元：本实施例中污水收集单元为污水集水池2，所述污水收集单元设置有第二进水口和第三出水口，进出水口延伸至池体内部；所述第三出水口前设有格栅，防止较大颗粒的漂浮物或固定对系统造成堵塞。

雨水收集单元：如图2所示，所述雨水收集单元和所述污水收集单元并列设置；本实施例中，所述雨水收集单元为雨水集水池1，雨水集水池的体积为污水集水池体积的三倍。雨水集水池内设置有水质监测仪105、第一进水口101、溢流口102、第一出水口103和第二出水口104；上述溢流口、第一出水口和第二出水口分别位于雨水收集单元的上、中、下方处，同时第二出水口前设有可调节阀门，当水质监测仪检测到雨水集水池中的水质情况较差时，可调节阀门使需净化的雨水提前流入沉砂单元。

雨水集水池中的雨水过满时可通过上方的溢流口流入储蓄单元，且当雨水集水池中的水量涨到容量一半时，雨水会通过第一出水口排出至沉砂单元中，不会因为降雨量过大导致蓄水过多溢出或调配不及时。

沉砂单元：本发明沉砂单元为沉砂池3，其设有三个进水口，一个出水口。雨水集水池有两个进水口通向沉砂单元，而污水集水池则有一个进水口通向沉砂单元。

生态滞留塘单元4：包括土塘基质及生长在所述土壤基质上的水生植物；所述水生植物为圆叶节节草、狐尾藻、大茨藻和高羊茅；所述圆叶节节草的种植密度为25株/m²，所述狐尾藻、大茨藻和高羊茅的种植密度为12株/m²。在这种种植密度下，植物能够良好生长，且净化效果最好。所述生态滞留塘水深为1.5m，水力负荷为0.40m³/(m².d)，水力停留时间为4d。

人工湿地单元5：为上行流垂直潜流人工湿地，其从下到上依次包括布水区、碎石层、沸石层、粗砂基质层、土壤基质层和水生植物。所述人工湿地单元中的水生植物为美人蕉、菖蒲、金鱼藻。所述的美人蕉、菖蒲种植密度为25株/m²，金鱼藻种植密度为50株/m²。其中，所述碎石的粒径为20mm，所述沸石的粒径为5mm；所述粗砂的粒径为2mm。

进一步地，所述系统还包括储蓄单元6，经所述人工湿地单元处理后的水通过管道进入储蓄单元用于灌溉。储蓄单元设置有两个进水口，进水口一收集经过人工湿地处后的出水，进水口二收集因雨水集水池满流而直接流出的雨水。同时设置有一上一下两个出水口，上方出水口在清水池到达可容纳水量后将溢流，直接排往就近收纳水体；下方出水口设有阀门，并连接出水管，可将储存的水用于灌溉。

实施例二、新农村污水处理系统

实施例二与实施例一的区别在于，所述圆叶节节草的种植密度为30株/m²，所述狐尾藻、大茨藻和高羊茅的种植密度为10株/m²，其余参数与实施例一相同。

实施例三、新农村污水处理系统

实施例三与实施例一的区别在于，所述圆叶节节草的种植密度为35株/m²，所述狐尾藻、大茨藻和高羊茅的种植密度为20株/m²，其余参数与实施例一相同。

实施例四、新农村污水处理系统

实施例四与实施例一的区别在于，所述生态滞留塘的水力停留时间为6d，其余参数与实施例一相同。

实施例五、新农村污水处理系统

实施例五与实施例一的区别在于，所述生态滞留塘的水力停留时间为3d，其余参数与实施例一相同。

对比例一、新农村污水处理系统

对比例一与实施例一的区别在于，采用黑藻代替圆叶节节草，其余参数与实施例一相同。

对比例二、新农村污水处理系统

对比例二与实施例一的区别在于，采用金鱼藻替代狐尾藻，其余参数与实施例一相同。

对比例三、新农村污水处理系统

对比例三与实施例一的区别在于，采用竹叶眼子菜代替大茨藻，其余参数与实施例一相同。

对比例四、新农村污水处理系统

对比例四与实施例一的区别在于，所述生态滞留塘中的水生植物去掉大茨藻，其余参数与实施例一相同。

对比例五、新农村污水处理系统

对比例五与实施例一的区别在于，采用石菖蒲代替高羊茅，其余参数与实施例一相同。

应用试验例、污水处理效果

采用上述实施例一～五以及对比例一～五所述处理系统按照图3工艺对污水进行处理，污水水质特征为：COD浓度为80.3mg/L，TN浓度为13.45mg/L、TP浓度为1.34mg/L，检测经各系统处理后的水质特征，检测结果如下表1所示。

表1污水处理效果

由上表可知，水力停留时间和水生植物的种类影响着处理系统的净化效果，设置种植密度的改变亦有可能导致净化效果发生变化，从上述试验结果可看出，最适宜本发明生态滞留塘的水生植物组合是，圆叶节节草、狐尾藻、大茨藻和高羊茅，并且当圆叶节节草的种植密度为25株/m²，狐尾藻、大茨藻和高羊茅的种植密度为12株/m²，综合净化效果是最优的。

此外，改变其中任意一种植物均有可能使得净化产生一定的变化，如采用同样具有产氧作用的竹叶眼子菜代替大茨藻，结果发现，整体的净化效果相比实施例一有所降低，这说明，大茨藻更适合本发明生态滞留塘体系；如换了另一种四季常绿的水生植物替代高羊茅，净化效果亦产生了变化。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所述技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种新农村污水处理系统，其特征在于，所述系统包括依次通过管道连接的污水收集单元、雨水收集单元、沉砂单元、生态滞留塘单元和人工湿地单元，其中：

所述生态滞留塘单元包括土塘基质及生长在所述土壤基质上的水生植物；所述水生植物为圆叶节节草、狐尾藻、大茨藻和高羊茅；

所述人工湿地单元为上行流垂直潜流人工湿地，其从下到上依次包括布水区、碎石层、沸石层、粗砂基质层、土壤基质层和水生植物。

2.如权利要求1所述的新农村污水处理系统，其特征在于，所述雨水收集单元和所述污水收集单元并列设置；所述雨水收集单元设置有水质监测仪、第一进水口、溢流口、第一出水口和第二出水口；所述污水收集单元设置有第二进水口和第三出水口，所述第三出水口前设有格栅。

3.如权利要求1所述的新农村污水处理系统，其特征在于，所述生态滞留塘的水深为0.8～1.5m，水力负荷为0.30～0.65m³/(m².d)，水力停留时间为1～5d。

4.如权利要求3所述的新农村污水处理系统，其特征在于，所述生态滞留塘单元中所述圆叶节节草的种植密度为25～35株/m²，所述狐尾藻、大茨藻和高羊茅的种植密度为10～20株/m²。

5.如权利要求4所述的新农村污水处理系统，其特征在于，所述生态滞留塘单元中所述圆叶节节草的种植密度为25株/m²，所述狐尾藻、大茨藻和高羊茅的种植密度为12株/m²。

6.如权利要求1所述的新农村污水处理系统，其特征在于，所述碎石的粒径为20～60mm；所述沸石的粒径为1～10mm；所述粗砂的粒径为1～5mm。

7.如权利要求1所述的新农村污水处理系统，其特征在于，所述人工湿地单元中的水生植物为挺水植物、沉水植物和藻类中的至少一种。

8.如权利要求7所述的新农村污水处理系统，其特征在于，所述人工湿地单元中的水生植物为美人蕉、菖蒲、水葱、风车草、金鱼藻、再力花和德国鸢尾中的至少一种。

9.如权利要求1所述的新农村污水处理系统，其特征在于，所述系统还包括储蓄单元，经所述人工湿地单元处理后的水通过管道进入储蓄单元用于灌溉。

10.一种新农村污水处理方法，其特征在于，包括以下步骤：

A)收集雨水和农村污水；

B)将收集的雨水和农村污水通入沉砂单元，进行沉砂，去除大颗粒悬浮物；

C)将经沉砂处理后的雨水和农村污水通过管道通入生态滞留塘进行处理；

D)通入人工湿地单元进行处理，处理完后的水送至储蓄单元用于灌溉。

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