公布日：2024.01.26
申請日：2023.12.06
分類號：C02F9/00(2023.01)I;C02F3/32(2023.01)N;C02F3/30(2023.01)N;C02F3/28(2023.01)N;C02F1/00(2023.01)N;C02F3/34(2023.01)N;C02F101/30(2006.01)N
摘要
本發明公開了一種農村生活污水無動力防堵塞人工濕地處理系統及處理工藝，包括：由高到低依次連通設置的格柵沉砂池、化糞池、水解酸化池和防堵塞潛流人工濕地；所述防堵塞潛流人工濕地包括：呈階梯狀分布的多個濕地單元；本發明適用于農村生活污水處理，通過營造水位落差和勢能、動能轉換機制無需借助外部動力即可實現污水凈化，對污水中的COD、氨氮和總磷進行有效的去除，具有能耗低、高效能、防堵塞、易維護的特點。
權利要求書
1.一種農村生活污水無動力防堵塞人工濕地處理系統，其特征在于，包括：由高到低依次連通設置的格柵沉砂池、化糞池、水解酸化池和防堵塞潛流人工濕地；其中，所述防堵塞潛流人工濕地包括多個呈階梯狀分布的濕地單元。
2.根據權利要求1所述的一種農村生活污水無動力防堵塞人工濕地處理系統，其特征在于，還包括：黑灰分離模塊，所述黑灰分離模塊與所述格柵沉砂池連接。
3.根據權利要求2所述的一種農村生活污水無動力防堵塞人工濕地處理系統，其特征在于，所述格柵沉砂池通過隔斷墻分為黑水區和灰水區；所述黑灰分離模塊的黑水出水口與所述黑水區的黑水進口端連通，且所述黑水區的黑水出口端與所述化糞池連通；所述黑灰分離模塊的灰水出水口與所述灰水區的灰水進口端連通，且所述灰水區的灰水出口端與所述水解酸化池連通；靠近所述黑水出口端與灰水出口端的同一側設置有擋砂墻，且之間設有防堵板；所述擋砂墻上設有格柵；所述格柵沉砂池的頂部靠近黑水進口端與灰水進口端的一側設有隔離板一；所述格柵沉砂池的頂部靠近黑水出口端與灰水出口端的一側設有檢查口。
4.根據權利要求3所述的一種農村生活污水無動力防堵塞人工濕地處理系統，其特征在于，所述化糞池包括一級有氧發酵池、二級厭氧處理池、三級澄清處理池；其中，所述格柵沉砂池黑水出口端末端延伸至所述一級有氧發酵池的中下部；所述一級有氧發酵池與所述二級厭氧處理池、所述二級厭氧處理池與所述三級澄清處理池之間均設置有導流管；所述三級澄清處理池的另一側側壁上設有出水管，并連接所述水解酸化池。
5.根據權利要求4所述的一種農村生活污水無動力防堵塞人工濕地處理系統，其特征在于，所述一級有氧發酵池的頂部設置有隔離網，底部設置有過濾層；所述二級厭氧處理池底部設有厭氧菌污泥層；所述二級厭氧處理池與所述三級澄清處理池頂部均覆蓋有隔離板二；所述隔離板二上設置有檢查孔。
6.根據權利要求4所述的一種農村生活污水無動力防堵塞人工濕地處理系統，其特征在于，所述水解酸化池自上而下分為填料層、懸浮層和污泥層；其中，所述填料層設有若干個平行排列的支架，填料懸掛在所述支架上；所述懸浮層是介于填料層和污泥層中間的過渡層，由上層填料層微生物和下層污泥層微生物擴散后構成，是微生物物種多樣性和功能復雜性最高的區域；所述污泥層由布水管網和活性污泥組成，污泥更換時間為6-12個月；所述污泥層底部還設有進水管，并分別與所述格柵沉砂池灰水出口端和所述三級澄清處理池側壁的出水管連接；且所述污泥層的進水管與所述布水管網連通；所述填料層的頂部設置出水口。
7.根據權利要求6所述的一種農村生活污水無動力防堵塞人工濕地處理系統，其特征在于，所述防堵塞潛流人工濕地包括過濾加氧槽、植物種植模塊和穿孔式溢流板；其中，所述過濾加氧槽與所述填料層頂部的出水口連接；所述過濾加氧槽與首個穿孔式溢流板之間設置有空腔；所述穿孔式溢流板每2～3個板為一個濕地單元并設置同等高度，每個濕地單元包括4～12個植物種植模塊。
8.根據權利要求7所述的一種農村生活污水無動力防堵塞人工濕地處理系統，其特征在于，其中，所述過濾加氧槽上鋪設有礫石；所述過濾加氧槽上設有流水孔；所述植物種植模塊由陶粒-混凝土砌塊和PVC管-植物種植筒構成；所述陶粒-混凝土砌塊呈長方體結構，中間設有內腔；所述PVC管-植物種植筒設置于陶粒-混凝土砌塊內腔中；所述PVC管-植物種植筒筒體上設有均勻分布的過水孔；所述PVC管-植物種植筒筒體內填充有由紗布包裹的細顆粒填料；所述細顆粒填料上種植有單棵、單叢或單簇凈化植物；所述穿孔式溢流板由混凝土板澆筑而成；所述穿孔式溢流板在頂部和底部依次交錯設置有穿水孔；所述穿水孔的孔徑和數量為最大限度允許水流通過且不破壞混凝土板剛度為宜。
9.根據權利要求7所述的一種農村生活污水無動力防堵塞人工濕地處理系統，其特征在于，所述植物種植模塊之間鋪設有粗顆�；騿我活愋吞盍�；所述填料包括但不限于礫石、碎石、高爐礦渣。
10.根據權利要求1～9任一項所述的一種農村生活污水無動力防堵塞人工濕地處理系統的污水處理工藝，其特征在于，包括以下步驟：(1)將生活污水排入黑灰分離模塊中進行黑水與灰水分離，分離后的黑水和灰水分別排入黑水進口端和灰水進口端流入格柵沉砂池，黑水進入格柵沉砂池，過濾掉大型固體垃圾后，通過黑水出口端排入一級有氧發酵池中，灰水進入格柵沉砂池，通過格柵沉砂池灰水出口端排入污泥層；(2)黑水進入一級有氧發酵池后，通過隔離網向一級有氧發酵池中加入EM菌劑，經導流管依次流經二級厭氧處理池和三級澄清處理池后，通過三級澄清處理池側壁出水管排出；(3)灰水與從三級澄清處理池排出的黑水通過污泥層的進水管進入布水管網，依次經過懸浮層、填料層進行微生物處理，停留6-12小時后排出。(4)從填料層排出的污水進入過濾加氧槽進行過濾和加氧，污水通過過濾加氧槽上的過水孔流出，沿穿孔式溢流板上的穿水孔進入潛流人工濕地位置最高的濕地單元中，通過溢流板上的穿水孔形成上行/下行交替進行的復合垂直流狀態，經多個濕地單元凈化后達標排出。
發明內容
有鑒于此，本發明提供了一種農村生活污水無動力防堵塞人工濕地處理系統及處理工藝，應用于農村生活污水的凈化，可在無動力條件下緩解人工濕地長期運行狀態下容易堵塞的問題，增強人工濕地凈化效能，降低人工濕地管理維護成本，實現農村生活污水處理全過程將本增效。
為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：
一種農村生活污水無動力防堵塞人工濕地處理系統，包括：由高到低依次連通設置的格柵沉砂池、化糞池、水解酸化池和防堵塞潛流人工濕地；
其中，所述防堵塞潛流人工濕地包括多個呈階梯狀分布的濕地單元。
上述技術方案的有益效果在于，上述四個部分的組合形成高度差，利用水的重力勢能形成跌水，無需其他外部動力條件(電力、機械)輔助即可自動運行。
優選地，所述農村生活污水無動力防堵塞人工濕地處理系統還包括：黑灰分離模塊，
所述黑灰分離模塊與所述格柵沉砂池連接。
優選地，所述格柵沉砂池通過隔斷墻分為黑水區和灰水區；
所述黑灰分離模塊的黑水出水口與所述黑水區的黑水進口端連通，且所述黑水區的黑水出口端與所述化糞池連通；
所述黑灰分離模塊的灰水出水口與所述灰水區的灰水進口端連通，且所述灰水區的灰水出口端與所述水解酸化池連通；
靠近所述黑水出口端與所述灰水出口端的同一側設置有擋砂墻，且之間設有防堵板；
所述擋砂墻上設有格柵；
所述格柵沉砂池的頂部靠近黑水進口端與灰水進口端的一側設有隔離板一；
所述隔離板一為水泥蓋板；
所述格柵沉砂池的頂部靠近黑水出口端與灰水出口端的一側設有檢查口；
所述黑水主要是來自農戶廁便器的沖廁水，包含被稀釋的尿液、糞便等污染物的混合液及其他高濃度生活污水，具有水量小、污染物濃度高的特點；
所述灰水是來自便器以外的其他生活雜排水，包括廚房、洗衣、淋浴、盥水、清潔等日常產生的生活污水，具有水量大、污染低的特點。
上述技術方案的有益效果在于，通過格柵沉砂池過濾掉黑水中的大型固體垃圾，降低進入化糞池的難降解污染物的體量，提升化糞池微生物對有機污染物的降解效率。
優選地，所述化糞池包括一級有氧發酵池、二級厭氧處理池、三級澄清處理池；
其中，所述格柵沉砂池黑水出口端末端延伸至所述一級有氧發酵池的中下部；
所述一級有氧發酵池與所述二級厭氧處理池、所述二級厭氧處理池與所述三級澄清處理池之間設置有導流管；
所述三級澄清處理池的另一側側壁上設有出水管，并連接所述水解酸化池。
優選地，所述一級有氧發酵池的頂部設置有隔離網，底部設置有過濾層；所述隔離網為鐵絲網；所述過濾層為秸稈墊料，厚度為20-30cm；
所述二級厭氧處理池底部設有厭氧菌污泥層，厚度為10-20cm；
所述二級厭氧處理池與所述三級澄清處理池頂部均覆蓋有隔離板二；
所述隔離板二上設置有檢查孔，用于清淤和檢查；
所述隔離板二為混凝土擋板。
上述技術方案的有益效果在于，化糞池通過有氧和厭氧發酵對黑水中的大量難降解有機污染物實現了截留和降解，緩解了水解酸化池的工作壓力，促進了水解酸化池的工作效率；同時，由于污染物與墊料、污泥混合后容易形成沉淀，當積累到一定程度時可通過檢查孔對其進行清理；秸稈墊料與污水、顆粒污染物、微生物結合，經過微生物發酵反應后在發酵池底部形成高度膨脹的團聚體，在池底池壁擠壓下固定在底部，不會隨水位上升。
優選地，所述水解酸化池自上而下分為填料層、懸浮層和污泥層；
其中，所述填料層設有若干個平行排列的支架，填料懸掛在所述支架上；所述填料為具有高比表面積的填料；
所述懸浮層是介于填料層和污泥層中間的過渡層，由上層填料層微生物和下層污泥層微生物擴散后構成，是微生物物種多樣性和功能復雜性最高的區域；
所述污泥層由布水管網和活性污泥組成，活性污泥厚度為10-15cm，布水管網的出水口高度比活性污泥表層高5cm以上，污泥更換時間為6-12個月；
所述污泥層底部還設有進水管，并分別與所述格柵沉砂池灰水出口端和所述三級澄清處理池側壁的出水管連接；
所述污泥層的進水管與所述布水管網連通；
所述填料層的頂部設置出水口、排氣管和檢測口。
上述技術方案的有益效果在于，農村生活污水中難降解有機物在水解酸化池中經厭氧菌和兼性菌水解和酸化作用，將污水中懸浮性有機固體和難生物降解的大分子物質水解成溶解性有機物和易生物降解的小分子物質；活性污泥的密度比水大，在水中往往處于沉淀狀態，且布水管網的出水口是向上噴出水流，能夠有效防止污泥堵塞出水口。
優選的，所述防堵塞潛流人工濕地包括過濾加氧槽、植物種植模塊和穿孔式溢流板；
其中，所述過濾加氧槽與所述填料層頂部的出水口連接；
所述過濾加氧槽與首個穿孔式溢流板之間設置有空腔；
所述穿孔式溢流板每2～3個板為一個濕地單元并設置同等高度，每個濕地單元包括4～12個植物種植模塊。
優選地，所述過濾加氧槽上鋪設有礫石，礫石的粒徑為4-6cm；所述過濾加氧槽上設有流水孔，孔徑為3cm；
上述技術方案的有益效果在于，通過礫石層可有效隔絕進入人工濕地的固體顆粒物，防止污染顆粒物在人工濕地中堆積造成堵塞，同時礫石的不規則形狀和堆積形態迫使水流形成湍流，增加了水體與空氣的接觸面積，是污水在進入人工濕地前增加了溶氧量。
所述植物種植模塊由陶粒-混凝土砌塊和PVC管-植物種植筒構成；
所述陶粒-混凝土砌塊呈長方體結構，中間設有內腔；所述陶粒的粒徑為5-10mm；
所述PVC管-植物種植筒設置于陶粒-混凝土砌塊內腔中；
所述PVC管-植物種植筒筒體上設有均勻分布的過水孔；
所述PVC管-植物種植筒筒體內填充有由紗布包裹的細顆粒填料；所述細顆粒填料包括但不限于沸石、石英砂；
所述細顆粒填料上種植有單棵、單叢或單簇凈化植物；所述凈化植物包括但不限于美人蕉、蘆竹、蘆葦、再力花、風車草、香根草等具有綜合去污能力強、耐寒耐熱、抗病蟲害效果好特點的鄉土植物。
上述技術方案的有益效果在于，由于陶粒的孔徑大，透水透氣性強，且穩定牢固，對放入內腔的種植筒提供穩定水流和強力支撐；同時，在長時間運行后，應植物根系生長代謝或水質原因造成局部堵塞時，可使用人力將種植筒取出，對植物進行整株收割，對筒內填料進行更換或沖洗晾曬后回用，實現防堵塞功能。
所述穿孔式溢流板由混凝土板澆筑而成；
所述穿孔式溢流板在頂部和底部依次交錯設置有穿水孔；
所述穿水孔的孔徑和數量為最大限度允許水流通過且不破壞混凝土板剛度為宜；
上述技術方案的有益效果在于，穿孔式溢流板一方面能夠增加水流接觸空氣的幾率，提升水流含氧量，提高填料層好氧微生物活性，增強污染物去除率；另一方面增加水流與基質填料接觸機會，提升人工濕地工作效率；同時隨水流方向逐步降低高度，控制水流形成上行/下行復合垂直流，并實現溢流。
優選地，所述植物種植模塊之間鋪設有粗顆�；騿我活愋吞盍�；
所述填料包括但不限于礫石、碎石、高爐礦渣。
上述技術方案的有益效果在于，通過鋪設填料對水流進行過濾，為微生物提供生長載體，且因其粒徑較大，類型單一，長時間運行不易造成堵塞。
一種農村生活污水無動力防堵塞人工濕地處理系統的污水處理工藝，包括以下步驟：
(1)將生活污水排入黑灰分離模塊中進行黑水與灰水分離，分離后的黑水和灰水分別排入黑水進口端和灰水進口端流入格柵沉砂池，黑水進入格柵沉砂池，過濾掉大型固體垃圾后，通過黑水出口端排入一級有氧發酵池中，灰水進入格柵沉砂池，通過格柵沉砂池灰水出口端排入污泥層；
(2)黑水進入一級有氧發酵池后，通過隔離網向一級有氧發酵池中加入EM菌劑，經導流管依次流經二級厭氧處理池和三級澄清處理池后，通過三級澄清處理池側壁出水管排出；
(3)灰水與從三級澄清處理池排出的黑水通過污泥層的進水管進入布水管網，依次經過懸浮層、填料層進行微生物處理后，停留6-12小時后排出。
(4)經填料層排出的污水進入過濾加氧槽進行過濾和加氧，污水通過過濾加氧槽上的過水孔流出，沿穿孔式溢流板上的穿水孔進入潛流人工濕地位置最高的濕地單元中，通過溢流板上的穿水孔形成上行/下行交替進行的復合垂直流狀態，經多個濕地單元凈化后達標排出。
上述技術方案的有益效果在于，黑灰水分離降低了后續環節對污染物的處理量和處理難度；化糞池三級處理通過有氧無氧發酵實現難降解有機污染物的初級截留和初步降解；酸化水解池將難降解有機污染物進一步分化解離為易處理的小分子有機物；人工濕地的多個模塊通過組合效應放大了微生物的降解作用，促進了水質凈化效率。
優選地，所述步驟(2)中EM菌劑與秸稈墊料比例為1:100，即100kg秸稈墊料使用1kg菌劑；
優選的，所述步驟(3)中污水在水解酸化池的停留時間可根據污染程度和季節進行調整。
上述技術方案的有益效果為，增加高效微生物的豐度和多樣性，促進微生物發酵效率，提升有機污染物降解效率，針對污染程度較重的水體和溫度較低的季節適當延長停留時間，增加微生物反應時長，實現重污染水體的有效凈化，緩解低溫環境對微生物生化反應的負面影響。
經由上述的技術方案可知，與現有技術相比，本發明公開提供了一種農村生活污水無動力防堵塞人工濕地處理工藝，具有如下有益效果：
1、低能耗，整個系統通過營造水位落差和勢能、動能轉換機制來實現水體在各個環節自由流動，無需借助外部動力如電力、燃油等的輔助即可實現污水凈化，是一種綠色低碳的污水處理方法。
2、高效能，整個系統設置了四個關鍵環節來逐步凈化農村生活污水，通過多個環節不同類型基質和各種微生物的有序配合及協同效應，對水體中多種類型污染物進行多重攔截，對高濃度污染物實現大幅削減，高效促進農村生活污水達標排放。
3、防堵塞，整個系統通過格柵沉砂池、化糞池和水解酸化池對農村生活污水進行高效攔截凈化，去除了絕大部分固體顆粒污染物，保證污水在流入潛流人工濕地后不易發生堵塞。同時，對傳統的潛流人工濕地結構進行升級改造，以植物種植模塊為核心構造新型潛流人工濕地，通過簡易的植物修剪、填料更新輕松實現人工濕地長期運行不堵塞。
4、易維護，整個系統因為不使用外部動力設備，因此無需針對設備進行額外保養和維修。同時，由于采用了植物種植模塊作為人工濕地的核心裝置，只需針對該裝置中的植物進行簡單的定期修剪，對填料進行簡單的更換或回收清洗晾曬，即可保證人工濕地長期運行。
（發明人：郝貝貝;吳昊平;賀斌;張思毅;威蒙·艾爾·阿拉米）
