CN104176880B - 多级串联模块化生活污水处理系统及生活污水处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多级串联模块化生活污水处理系统及生活污水处理方法，旨在解决传统的农村生活污水处理设施处理效率低、工艺流程复杂、运行维护成本高、管理难度大的技术问题。该多级串联模块化生活污水处理系统包括依次串联的格栅池、沉淀池、厌氧池、兼氧过滤池、水平潜流人工湿地、垂直潜流人工湿地和出水池，所述格栅池设有污水进水口，所述出水池设有净水出水口。本发明设计、建造了多级串联模块化生活污水处理结构组合工艺，能够进一步提高污水处理效果；造价低廉，施工方便，特别适用于人口密度较低的农村地区，比传统污水处理设施更加经济实用。

Description

多级串联模块化生活污水处理系统及生活污水处理方法

技术领域

本发明涉及污水处理技术领域，具体涉及一种多级串联模块化生活污水处理系统及生活污水处理方法。

背景技术

2013年，我国污水排量放达到750亿m³, 其中，农村生活污水排放量为270亿m³。目前农村生活污水处理模式以集中式处理为主，采用该处理方式需建立大量的污水管网收集系统和污水处理站(厂)，对污水进行统一的收集、输送和处理，投资较大。现有的农村生活污水处理方式存在的问题有：一是我国广大农村地区资金薄弱，无力建设生活污水的管网收集系统和集中处理设施；二是农村人口居住分散，生活污水不便集中收集和处理。因此，对于经济不发达、地处偏远、人口密度较低的农村地区，集中式处理模式常因管网系统庞大、建设费用高、处理负荷不足等原因难以推行。另外，就污水排放对生态环境的影响而言，容易造成水源污染，治理难度大。因此，为了加大农村生活污水处理覆盖面，提高农村生活污水处理率，必须研究开发投资少、运行维护方便、工艺流程简单的分散式农村生活污水处理系统。

发明内容

本发明旨在解决传统的农村生活污水处理设施处理效率低、工艺流程复杂、运行维护成本高、管理难度大的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

设计一种多级串联模块化生活污水处理系统，包括依次串联的格栅池、沉淀池、厌氧池、兼氧过滤池、水平潜流人工湿地、垂直潜流人工湿地和出水池，所述格栅池设有污水进水口，所述出水池设有净水出水口；在所述格栅池内设置有格栅和隔油网；在所述厌氧池的顶部设置有自调式沼气厌氧发酵罩，在所述厌氧池内挂设有立体弹性填料；所述兼氧过滤池的底部自其入水口一侧向另一侧降低倾斜设置，在所述兼氧过滤池内设有滤网；所述垂直潜流人工湿地的底部设有连通所述水平潜流人工湿地出水口的布水管网。

优选的，所述格栅池内的格栅间距为2.5～3.5mm，所述隔油网为150～300目。

优选的，所述厌氧池为相串联的两级厌氧池。

优选的，在所述立体弹性填料上加设有聚乙烯醇-海藻酸钠凝胶球和多孔球形悬浮填料。

优选的，所述聚乙烯醇-海藻酸钠凝胶球由聚乙烯醇和海藻酸钠按6～10:1的质量比共混后制成。

优选的，所述兼氧过滤池内的滤网为60～150目的PVC滤网。

优选的，所述水平潜流人工湿地或垂直潜流人工湿地内的基质自下而上依次为:用直径45～60mm的砾石铺设的厚度为10～15cm的砾石层，用直径25～45mm的碎石铺设的厚度为10～15cm的碎石层，用直径0.8～25mm的蛭石铺设的厚度为10～15cm的蛭石层，厚度均为10～15cm的粗砂层和细沙层，以及厚度为28～35cm的红壤土层，每层基质之间由60～150目的PVC格网隔开。

红壤为酸性土壤，具有较强的固磷能力和消纳有机物质的能力；蛭石具有较高的缓冲性和离子交换能力。

优选的，以重量百分比计，所述红壤土层中含有改性凹凸棒土3～12%，所述改性凹凸棒土制备方法如下：

（1）预处理：将凹凸棒土研磨后过20～100目筛，再于200℃下煅烧3～5h，用去离子水浸泡20～30h后洗涤数遍至洗涤水澄清后烘干，备用；

（2）活化改性：用体积分数为2～4％的HAc溶液缓慢溶解一定量的壳聚糖，用量以配成粘稠的壳聚糖胶体溶液为准，取上步所得凹凸棒土与一定量的该壳聚糖胶体溶液混合搅成糊状，壳聚糖胶体溶液用量以使凹凸棒土被充分浸润为准，再将所得糊状物于105℃下干燥，即成。

凹凸棒土具有独特的链层状晶体结构和十分细小的棒状、纤维状晶体形态，而具有许多特殊的物理化学性质，如吸附性、离子交换能力和可塑性等。对凹凸棒土进行适当的改性，可改变其物理化学性质。经上述方法所获得的改性凹凸棒土不但对Cu²⁺、Pb²⁺、Cd²⁺、Zn²⁺等金属离子及色度有较好的吸附作用和去除能力，而且在酸性的土壤环境中对磷酸根离子有着很高的吸附能力：带正电荷的改性凹凸棒土颗粒和壳聚糖分子中质子化的-OH₂ ⁺和-NH₃ ⁺能有效地吸附溶液中H₂P0₄ ^-、HPO₄ ^2-和PO₄ ^3-离子。

优选的，在所述水平潜流人工湿地上栽种菖蒲；在所述垂直潜流人工湿地上栽种吉祥草。

当前，人们对湿地植物的选择一定程度上依赖于经验，而对各种植物应用于污水处理的效果的系统研究较为缺乏。经过系统研究，本发明中分别选择了适宜于水平潜流人工湿地和垂直潜流人工湿地的菖蒲和吉祥草；其中菖蒲对低、中浓度污水中TN、NH₃-N、TP、COD_Cr的去除率较高；吉祥草对土壤要求不高，适应性强，其株型优美，叶色青翠，极具观赏价值。

采用上述多级串联模块化生活污水处理系统的生活污水处理方法，包括下列步骤：

（1）将生活污水自污水进水口引入所述多级串联模块化生活污水处理系统，在格栅池内去除大颗粒的悬浮物和油脂；

（2）步骤（1）所得的污水流入沉淀池，沉淀10～15小时后，依次进入两级厌氧池，进行厌氧发酵的时间共40～50小时；

（3）步骤（2）所得的污水进入兼氧过滤池停留32～38小时后，依次进入水平潜流人工湿地和垂直潜流人工湿地，污水通过两级人工湿地的时间为20～25小时，然后进入出水池，完成污水净化处理过程。

本发明的有益效果在于：

（1）设计、建造了多级串联模块化生活污水处理结构，采取厌氧处理与人工湿地组合工艺流程，能够进一步提高污水处理效果；

（2）在厌氧池内增设了自调式沼气厌氧发酵罩和组合亲水填料，可以进一步提高了系统的污水处理性能；

（3）系统采用生活污水自流的方式，应用厌氧生物技术和人工湿地技术及原理，能够有效去除生活污水中的有机污染物、病原菌和部分氮、磷等，造价低廉，施工方便；

（4）特别适用于人口密度较低的农村地区，比传统污水处理设施更加经济实用，为我国广大农村地区生活污水集中收集、处理、输送节水大量资金；解决了广大农村地区面源污染造成的生态环境破坏问题。

附图说明

图1是本发明多级串联模块化生活污水处理系统的结构示意图。

图2是本发明污水处理方法的工艺流程图。

其中，1为格栅池；2为沉淀池；3为一级厌氧池；4为二级厌氧池；5 为兼氧过滤池；6为水平潜流人工湿地；7为垂直潜流人工湿地；8为出水池；9为格栅；10为隔油网；11为立体弹性填料；12为自调式沼气厌氧发酵罩；13为滤网。

具体实施方式

下面结合附图和实施例来说明本发明的具体实施方式，但以下实施例只是用来详细说明本发明，并不以任何方式限制本发明的范围。

实施例1：一种多级串联模块化生活污水处理系统，包括依次串联的格栅池1、沉淀池2、厌氧池、兼氧过滤池5、水平潜流人工湿地6、垂直潜流人工湿地7和出水池8，格栅池1设有污水进水口，出水池8设有净水出水口；在格栅池1内设置有格栅9和隔油网10；在厌氧池的顶部设置有自调式沼气厌氧发酵罩12，在厌氧池内挂设有立体弹性填料11；兼氧过滤池5的底部自其入水口一侧向另一侧降低倾斜设置，在兼氧过滤池5内设有滤网13；垂直潜流人工湿地7的底部设有连通所述水平潜流人工湿地6出水口的布水管网。

在格栅池1中，格栅间距为2.5mm，用以拦截去除大颗粒的悬浮物，隔油网用于去除厨房污水等中的油脂，规格为300目。

在厌氧池内设置的自调式沼气厌氧发酵罩12，采用高强橡塑复合材料，解决了传统沼气池、软体沼气袋、玻璃钢沼气罐的运输不易、生产困难、成本较高、容易漏气、进出料不方便、清池艰难、存在安全隐患等弊端。自调式沼气厌氧发酵罩具有以下特点:（1）气密性好，增加厌氧池厌氧密闭性，更符合厌氧发酵环境；（2）具有保温功效，持续发酵温度高；（3）持续发酵时间长，可有效杀灭病原微生物。

兼氧过滤池5的池底采用坡地技术，内设滤网13，在降解污染物的同时实现了污水固液分离。滤网13为150目PVC滤网，用于过滤少量悬浮于水体中的活性污泥。

水平潜流人工湿地6、垂直潜流人工湿地7内的基质自下而上依次为:用直径45～60mm的砾石铺设的厚度为10～15cm的砾石层，用直径25～45mm的碎石铺设的厚度为10～15cm的碎石层，用直径0.8～25mm的蛭石铺设的厚度为10～15cm的蛭石层，厚度均为10～15cm的粗砂层和细沙层，以及厚度为28～35cm的红壤土层，每层基质之间由100目的PVC格网隔开。在水平潜流人工湿地6上栽种菖蒲；在垂直潜流人工湿地7上栽种吉祥草。

实施例2：与实施例1的不同之处在于，以重量百分比计，红壤土层中含有改性凹凸棒土3～12%，该改性凹凸棒土制备方法如下：

（1）预处理：将凹凸棒土研磨后过20～100目筛，再于200℃下煅烧3～5h，用去离子水浸泡20～30h后洗涤数遍至洗涤水澄清后烘干，备用；

（2）活化改性：用体积分数为2～4％的HAc溶液缓慢溶解一定量的壳聚糖，用量以配成粘稠的壳聚糖胶体溶液为准，取上步所得凹凸棒土与一定量的该壳聚糖胶体溶液混合搅成糊状，壳聚糖胶体溶液用量以使凹凸棒土被充分浸润为准，再将所得糊状物于105℃下干燥，即成。

实施例3：一种多级串联模块化生活污水处理系统，与实施例1的不同之处在于，厌氧池为相串联的一级厌氧池3和二级厌氧池4，在立体弹性填料11上加设有聚乙烯醇-海藻酸钠凝胶球和多孔球形悬浮填料。该聚乙烯醇-海藻酸钠凝胶球的制备方法为：取质量比为9:1的聚乙烯醇和海藻酸钠，采用溶液共混法制备。

采用两级厌氧池串联的模式处理污水，能够有效提高有机物厌氧消化作用。在立体弹性填料上加设有聚乙烯醇-海藻酸钠凝胶球和多孔球形悬浮填料，聚乙烯醇(PVA)-海藻酸钠(SA)凝胶球采用溶液共混法制备，混合比例：m(PVA):m(SA)=9:l。聚乙烯醇～海藻酸钠凝胶球吸水后直径为约为5mm，聚乙烯醇-海藻酸钠凝胶球干燥后直径为1～2mm，表面略粗糙有利于微生物的附着生长，内部有部分空隙存在，具有较好的吸水性能和水质传递能力。该填料可在保持传统立体弹性填料挂膜量多、无结团现象等优点的同时增强了填料的亲水性和生物亲和性，便于微生物的固定化生长，减少挂膜周期，在保持池内低污泥含量的同时可以具有较高的容积负荷，使工程运行率提高。

采用实施例3中的多级串联模块化生活污水处理系统进行污水处理的工艺流程为：

（1）将生活污水自污水进水口引入该多级串联模块化生活污水处理系统，在格栅池内去除大颗粒的悬浮物和油脂；

（2）步骤（1）所得的污水流入沉淀池，沉淀15小时后，依次进入两级厌氧池，进行厌氧发酵的时间共48小时；

（3）步骤（2）所得的污水进入兼氧过滤池停留35小时后，依次进入水平潜流人工湿地和垂直潜流人工湿地，污水通过两级人工湿地的时间为24小时，然后进入出水池，完成污水净化处理过程。

为了检测该多级串联模块化生活污水处理系统进行污水处理的效果，将系统划分为格栅池和沉淀池处理单元、两级生物厌氧池和兼氧过滤池处理单元、两级人工湿地处理单元。分别对生活污水进水水质、沉淀池内、兼氧过滤池内和出水水质进行检测，检测项目及方法如下表1所示。

（1）COD去除效果

在本发明多级串联模块化生活污水处理系统稳定运行期间，系统出水COD浓度受进水浓度的影响较小，尽管进水COD浓度波动较大，但系统出水COD浓度较稳定。

系统进水COD浓度为186.50～482.60mg/L，平均值为334.55mg/L，经格栅池和沉淀池之后，COD浓度有了一定程度的降低，降到了110.00～270.00mg/L，平均值为225.00mg/L，格栅池和沉淀池处理单元对COD的去除率为31.23%～39.28%，平均值为34.36%。经两级生物厌氧池和兼氧过滤池处理单元处理之后，COD浓度有了更大降低，明显下降为48.14～102.71mg/L，平均为85.47mg/L，两级生物厌氧池和兼氧过滤池处理单元对COD的去除率为59.14%～68.37%，平均为63.52%，贡献最大。最后经两级人工湿地处理单元处理后，COD被进一步去除，浓度下降为22.10～42.20mg/L，平均值为32.25mg/L，两级人工湿地处理单元对COD的去除率为49.58%～60.28%，平均为55.37%。COD系统去除率为88.15%～91.3%，平均值为89.52%。

（2）NH₃-N去除效果

系统稳定运行期间，进水中NH₃-N的浓度在18.52～40.64mg/L之间，平均值为30.18mg/L，经格栅池和沉淀池之后，NH₃-N浓度有所降低，降到了13.28～25.37mg/L，平均值为 19.84mg/L，格栅池和沉淀池处理单元对NH₃～N的去除率为15.39%～42.68%，平均去除率为28.35%。经两级生物厌氧池和兼氧过滤池处理单元处理之后，NH₃-N浓度有了进一步降低，下降为7.31～13.74mg/L，平均为10.48mg/L，两级生物厌氧池和兼氧过滤池处理单元对NH₃-N的去除率为35.81%～56.68%，平均去除率为45.14%。经两级人工湿地处理单元处理后，NH₃-N有了更大降低，浓度下降为3.24～7.38mg/L，平均值为 5.42mg/L，两级人工湿地处理单元对NH₃-N的去除率为39.82%～58.16%，平均为49.28%，在系统各处理单元中去除率最大。NH₃-N系统去除率为73.16%～86.59%，平均值为79.84%。

（3）TN去除效果

系统稳定运行期间，TN的进水浓度在19.63～45.52mg/L之间，平均值为34.67mg/L，经格栅池和沉淀池之后，污水中TN浓度略有降低，降到了18.34～40.11mg/L，平均值为32.13mg/L，格栅池和沉淀池处理单元对TN的去除率为1.24%～11.69%，平均去除率为7.13%。经两级生物厌氧池和兼氧过滤池处理单元处理之后，TN浓度有了较显著降低，下降为8.13～21.18mg/L，平均为16.57mg/L，两级生物厌氧池和兼氧过滤池处理单元对TN的去除率为38.54%～54.37%，平均去除率为44.85%。最后经两级人工湿地处理单元处理后，TN有了更大降低，浓度下降为4.37～11.25mg/L，平均值为7.86mg/L，两级人工湿地处理单元对IN的去除率为37.68%～59.82%，平均去除率为50.47%，对系统去除TN贡献最大。TN系统去除率为63.47%～84.26%，平均值为74.55%。两级人工湿地处理单元脱氮效果较好的主要原因是湿地中存在着无数个好氧、厌氧和缺氧区域，有相对较好的硝化和反硝化作用。

（4）TP去除效果

系统稳定运行期间，TP的进水浓度在1.8～9.5mg/L之间，平均值为5.6mg/L，经格栅池和沉淀池之后，TP浓度变化不大，降到了1.7～9.1mg/L，平均值为5.1mg/L，格栅池和沉淀池单元对TP的去除率为2.11%～5.24%，平均去除率为4.57%。经两级生物厌氧池和兼氧过滤池单元处理之后，TP浓度略有降低，下降为1.1～7.0mg/L，平均为4.2mg/L，两级生物厌氧池和兼氧过滤池处理单元对TP的去除率为8.65%～24.78%，平均去除率为16.95%。最后经两级人工湿地处理单元处理后，TN有了显著降低，浓度下降为0.37～l.04mg/L，平均值为0.68mg/L，两级人工湿地处理单元对TP的去除率为68.34%～88.19%，平均为80.16%，去除贡献率为最大。TP系统去除率为78.18%～90.22%，平均值为85.17%。

综上所述，本发明多级串联模块化生活污水处理系统采用生活污水自流的方式，应用厌氧生物技术和人工湿地技术组合原理，能够有效去除生活污水中的有机污染物、病原菌和部分氮、磷等，造价低廉，施工方便，运行维护与管理简单，工艺流程简化，达到了净化生活污水的目的，能够适应农村生活污水处理的需要，为我国广大农村地区生活污水集中收集、处理、输送节水大量资金。

上面结合附图和实施例对本发明作了详细的说明，但是，所属技术领域的技术人员能够理解，在不脱离本发明宗旨的前提下，还可以对上述实施例中的各个具体参数进行变更，形成多个具体的实施例，均为本发明的常见变化范围，在此不再一一详述。

Claims (8)

1.一种多级串联模块化生活污水处理系统，其特征在于，包括依次串联的格栅池、沉淀池、厌氧池、兼氧过滤池、水平潜流人工湿地、垂直潜流人工湿地和出水池，所述格栅池设有污水进水口，所述出水池设有净水出水口；在所述格栅池内设置有格栅和隔油网；在所述厌氧池的顶部设置有自调式沼气厌氧发酵罩，在所述厌氧池内挂设有立体弹性填料；所述兼氧过滤池的底部自其入水口一侧向另一侧降低倾斜设置，在所述兼氧过滤池内设有滤网；所述垂直潜流人工湿地的底部设有连通所述水平潜流人工湿地出水口的布水管网；

所述水平潜流人工湿地或垂直潜流人工湿地内的基质自下而上依次为:用直径45～60mm的砾石铺设的厚度为10～15cm的砾石层，用直径25～45mm的碎石铺设的厚度为10～15cm的碎石层，用直径0.8～25mm的蛭石铺设的厚度为10～15cm的蛭石层，厚度均为10～15cm的粗砂层和细沙层，以及厚度为28～35cm的红壤土层，每层基质之间由60～150目的PVC格网隔开；

以重量百分比计，所述红壤土层中含有改性凹凸棒土3～12%，所述改性凹凸棒土制备方法如下：

（1）预处理：将凹凸棒土研磨后过20～100目筛，再于200℃下煅烧3～5h，用去离子水浸泡20～30h后洗涤数遍至洗涤水澄清后烘干，备用；

（2）活化改性：用体积分数为2～4％的HAc溶液缓慢溶解一定量的壳聚糖，用量以配成粘稠的壳聚糖胶体溶液为准，取上步所得凹凸棒土与一定量的该壳聚糖胶体溶液混合搅成糊状，壳聚糖胶体溶液用量以使凹凸棒土被充分浸润为准，再将所得糊状物于105℃下干燥，即成。

2.根据权利要求1所述的多级串联模块化生活污水处理系统，其特征在于，所述格栅池内的格栅间距为2.5～3.5mm，所述隔油网为150～300目。

3.根据权利要求1所述的多级串联模块化生活污水处理系统，其特征在于，所述厌氧池为相串联的两级厌氧池。

4.根据权利要求1所述的多级串联模块化生活污水处理系统，其特征在于，在所述立体弹性填料上加设有聚乙烯醇-海藻酸钠凝胶球和多孔球形悬浮填料。

5.根据权利要求4所述的多级串联模块化生活污水处理系统，其特征在于，所述聚乙烯醇-海藻酸钠凝胶球由聚乙烯醇和海藻酸钠按6～10:1的质量比共混后制成。

6.根据权利要求1所述的多级串联模块化生活污水处理系统，其特征在于，所述兼氧过滤池内的滤网为60～150目的PVC滤网。

7.根据权利要求1所述的多级串联模块化生活污水处理系统，其特征在于，在所述水平潜流人工湿地上栽种菖蒲；在所述垂直潜流人工湿地上栽种吉祥草。

8.一种采用权利要求1所述多级串联模块化生活污水处理系统的生活污水处理方法，其特征在于，包括下列步骤：

（1）将生活污水自污水进水口引入所述多级串联模块化生活污水处理系统，在格栅池内去除大颗粒的悬浮物和油脂；

（2）步骤（1）所得的污水流入沉淀池，沉淀10～15小时后，依次进入两级厌氧池，进行厌氧发酵的时间共40～50小时；

（3）步骤（2）所得的污水进入兼氧过滤池停留32～38小时后，依次进入水平潜流人工湿地和垂直潜流人工湿地，污水通过两级人工湿地的时间为20～25小时，然后进入出水池，完成污水净化处理过程。