一种农村污水综合处理装置及方法与流程

本发明涉及环保工程水处理技术领域，具体而言，涉及一种农村污水综合处理装置及方法。

背景技术：

农村人口密度和经济发展等方面与城市都有较大差异，所以农村污水的收集、管理模式和城市有着较大不同。城市有专门的污水与污泥处理厂，而农村对于污水处理分离出的污泥一般不进行特殊处理。污泥不经过有效的处理会存在以下几点问题：1.污泥含水率高，如不对污泥进行处理直接填埋，不仅使得运输成本提高同时也会增大堆放面积；2.造成大气污染，农村污泥中一般含有病毒、寄生虫卵、氮磷等污染物，如不对污泥进行处理直接露天堆放极易滋生细菌；3.造成水体污染，污泥被污水浸泡溶解，污染物伴随污水流入河道，污染地表水或转变为地下水。

技术实现要素：

为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种农村污水综合处理装置及方法。

本发明提供了一种农村污水综合处理装置，该装置包括：

预处理反应器，其入口端与待处理污水连通，其中，所述预处理反应器至少包括曝气池和絮凝反应池；

固液分离装置，其入口端与预处理反应器的出口端连接，其中，所述固液分离装置至少包括沉淀池、曝气池和澄清池；

多级湿地处理系统，其入口端与所述固液分离装置的上清液出口连通，其中，所述多级湿地处理系统包括相互连通的多个人工湿地，所述多个人工湿地横向排列设置或纵向排列设置，每个人工湿地中种植有至少一种湿地植物；

多级干化床处理系统，其入口端与所述固液分离装置的污泥出口与多级干化床处理系统连接连通，其中，所述多级干化床处理系统包括横向排列设置或纵向排列设置的多个干化床，每个干化床中至少设置有层状干化床填料，所述干化床填料中种植有至少一种湿地植物。

作为本发明进一步的改进，所述预处理反应器包括相互连通的过滤装置、第一曝气池和絮凝反应池，所述第一曝气池内和所述絮凝反应池内设有至少一个搅拌器。

作为本发明进一步的改进，所述固液分离装置包括一次联通的第一澄清池、沉淀池、第二曝气池和第二澄清池，所述第一澄清池的入口端与预处理反应器的出口端连接，所述第二澄清池的出口端与所述多级湿地处理系统的入口端连接。

作为本发明进一步的改进，所述沉淀池的底部设置至少一个污泥槽，所述污泥槽通过排泥管与所述多级干化床连接。

作为本发明进一步的改进，所述多级湿地处理系统为两级湿地处理系统，包括连通的第一人工湿地和第二人工湿地，所述第一人工湿地通过穿孔进水管与所述固液分离装置的上清液出口连通，所述第一人工湿地和所述第二人工湿地通过多个穿孔配水管连通，所述第二人工湿地连通穿孔出水管。

作为本发明进一步的改进，所述多级干化床处理系统为两级干化床处理系统，包括第一干化床和第二干化床，所述第一干化床和所述第二干化床的底层设有通气管，所述第一干化床通过进泥管与所述固液分离装置的污泥出口连通，所述第一干化床和所述第二干化床的底部通过排水渠连通。

作为本发明进一步的改进，设于所述第一人工湿地中的各个穿孔配水管与至少一个集水渠连通，设于所述第二人工湿地的各个穿孔配水管与至少一个集水渠连通，且各个所述集水渠之间相互连通。

作为本发明进一步的改进，所述层状干化床填料的粒径从上至下逐层增大。

本发明还提供了一种农村污水综合处理方法，该方法包括以下步骤：

步骤1、通过预处理反应器对待处理污水进行预处理；

步骤2、通过固液分离装置对预处理后的污水进行固液分离，得到污水和污泥；

步骤3、通过多级湿地处理系统对步骤2中得到的污水进行净化处理，得到净化水；

步骤4、通过多级干化床处理系统对步骤2中得到的污泥进行生态干化处理，得到净化水和净化干泥。

作为本发明进一步的改进，所述步骤1中预处理包括过滤处理、曝气处理和絮凝处理中的一种或多种。

本发明的有益效果为：通过对污水和污泥的综合处理，提高了污水处理后的利用率；同时消除了分离后污泥造成的二次污染；增加了额外的经济效益、生态效益和景观效益。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例所述的一种农村污水综合处理装置结构图；

图2为本发明实施例所述的一种农村污水综合处理装置平面分布图；

图3为本发明实施例所述的一种农村污水综合处理装置中干化床的平面分布图；

图4为本发明实施例所述的一种农村污水综合处理装置中干化床a-a向剖面图；

图5为本发明实施例所述的一种农村污水综合处理装置中干化床b-b向剖面图

图6为本发明实施例所述的一种农村污水综合处理方法流程图。

图中，

1、进水管；2、第一曝气池；3、第一搅拌器；4、管道；5、絮凝反应池；6、第二搅拌器；7、第一分隔装置；8、第一澄清池；9、沉淀池；10、排泥管；11、溢流口；12、第二曝气池；13、第三搅拌器；14、第二分隔装置；15、第二澄清池；16、出水管；17、第二干化床；18、第二人工湿地；19、穿孔进水管；20、穿孔配水管；21、第二集水渠；22、穿孔出水管；23、通气管；24、进泥管；25、干化床填料；26、湿地植物；27、排水渠；28、第一集水渠；29、出水孔；30、第一人工湿地；31、第一干化床。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本发明的描述中，所用术语仅用于说明目的，并非旨在限制本发明的范围。术语“包括”和/或“包含”用于指定所述元件、步骤、操作和/或组件的存在，但并不排除存在或添加一个或多个其他元件、步骤、操作和/或组件的情况。术语“第一”、“第二”等可能用于描述各种元件，不代表顺序，且不对这些元件起限定作用。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个及两个以上。这些术语仅用于区分一个元素和另一个元素。结合以下附图，这些和/或其他方面变得显而易见，并且，本领域普通技术人员更容易理解关于本发明所述实施例的说明。附图仅出于说明的目的用来描绘本发明所述实施例。本领域技术人员将很容易地从以下说明中认识到，在不背离本发明所述原理的情况下，可以采用本发明所示结构和方法的替代实施例。

实施例1，如图1-5所示，本发明实施例所述的一种农村污水综合处理装置，该装置包括：

预处理反应器，其入口端与待处理污水连通，其中，所述预处理反应器至少包括曝气池和絮凝反应池；

固液分离装置，其入口端与预处理反应器的出口端连接，其中，所述固液分离装置至少包括沉淀池、曝气池和澄清池；

多级湿地处理系统，其入口端与固液分离装置的上清液出口连通，其中，所述多级湿地处理系统包括相互连通的多个人工湿地，所述多个人工湿地横向排列设置或纵向排列设置，每个人工湿地中种植有至少一种湿地植物；

多级干化床处理系统，其入口端与固液分离装置的污泥出口连通，其中，所述多级干化床处理系统包括横向排列设置的多个干化床，每个干化床中至少设置有层状的干化床填料。

其中，预处理反应器用于对待处理污水进行预处理，包括过滤装置、曝气装置、絮凝装置等，以便对待处理污水进行过滤处理、曝气处理和絮凝处理等，为后续的固液分离处理做准备，以便使待处理污水中的污泥均处于悬浮状态不会沉积于预处理反应器的底部。固液分离装置用于对预处理后的污水分离得到污水和污泥。多级湿地处理系统用于对分离出的污水进行生态化处理，经生态处理后的净化水通过集水渠收集并排入自然水体。多级湿地处理系统的生态化处理过程主要包括两部分：一方面是通过湿地本身对污水进行过滤；另一方面则是通过湿地植物对污水进行生态净化处理。多级干化床处理系统用于对分离出的污泥进行生态干化处理，污泥中的水分经过层状的干化床填料渗透后，通过排水渠流出，污泥中的固体物质被截留在干化床体表面，还可以通过干化床内种植的湿地植物的蒸发、蒸腾作用进行进一步脱水与稳定，同时湿地植物对污泥中的氮磷等组分可以进行吸收与转化，干化后的污泥可用作农田肥料。

进一步的，预处理反应器包括相互连通的过滤装置、第一曝气池2和絮凝反应池5，第一曝气池2内和絮凝反应池5内设有至少一个搅拌器。

其中，过滤装置用于对待处理污水进行过滤处理，避免其中所含的较大颗粒物堵塞后续处理装置。第一曝气池2用于对过滤后的污水进行曝气处理，通过机械混合和搅拌作用对污水进行充氧，保持污水中的活性污泥处于悬浮状态防止沉淀。通过向絮凝反应池5中投加混凝剂和助凝剂，使得污水中难以沉淀的颗粒能够相互聚合形成胶体，然后与污水中的杂质结合后形成更大的絮凝体，絮凝体在下降过程中发挥吸附作用，体积增大的同时吸附了杂质，使得污水澄清。优选的，第一曝气池2通过其底部的管道4与絮凝反应池5连通，以便第一曝气池2中的污水能够充分进入絮凝反应池5中。本实施例中第一曝气池2设有第一搅拌器3，且设于第一曝气池2的中心位置；絮凝反应池5中设有第二搅拌器6，且设于絮凝反应池5的中心位置处，以便更好地发挥搅拌作用。可选的，可以根据待处理污水的量来确定第一搅拌器3和第二搅拌器6的数量以及二者对应的设置位置，本申请不做具体限定。

进一步的，固液分离装置包括依次连通的第一澄清池8、沉淀池9、第二曝气池12和第二澄清池15。第一澄清池8的入口端与预处理反应器的出口端(例如可以为絮凝反应池5的出口)连接，第一澄清池8的出口端与沉淀池9的入口端连接；第二曝气池12的入口端与沉淀池9的出口端连接，第二曝气池12的出口端与第二澄清池15的入口端连接；第二澄清池15的出口端与多级湿地处理系统的入口端连接。

本实施例中固液分离装置分为两级处理装置，其中，第一澄清池8和沉淀池9为第一级处理装置，第二曝气池12和第二澄清池15为第二级处理装置。本实施例中第一澄清池8通过第一分隔装置7的底部开口预处理反应器的出口端(例如可以为絮凝反应池5的出口)连通，第一澄清池8通过上端与沉淀池9连通，沉淀池9通过其上端的溢流口11与第二曝气池12连通，第二澄清池15通过第二分隔装置14的底部开口与第二曝气池12连通。

其中，第一澄清池8用于截流分离杂质颗粒，污水中的污泥被提升起来并使其处于均一分布的悬浮状态，在第一澄清池8中形成高浓度稳定的活性泥渣层，原污水在第一澄清池8中由下向上流动，泥渣层由于重力作用可在上升水流中处于动态平衡状态。当原污水通过泥渣层时，利用接触絮凝原理，原污水中的悬浮物便被泥渣层阻留下来，使原污水获得澄清。沉淀池9使经过前期絮凝澄清后的污水与仍未分离的污泥在沉淀浅层中相互运动并分离。优选的，沉淀池9选用斜板沉底池，运用“浅层沉淀”原理，缩短颗粒沉降距离，从而缩短了沉淀时间，并且增加了沉淀池的沉淀面积，从而提高了处理效率。第二曝气池12用于对沉淀池9中出的污水提供再次充氧、混合、搅拌，以便使污水中残余的污泥处于悬浮状态，以便进行二次沉积分离。优选的，第二曝气池12中设有至少一个搅拌器，以便污水中的残余的污泥尽可能全部处于悬浮状态。本实施例中第二曝气池12设有第三搅拌器13且设于中间位置，以便更好地发挥搅拌作用。可选的，可以根据待处理污水的量来确定第三搅拌器13的数量以及其设置位置，本申请不做具体限定。第二澄清池15用于对沉淀池9中分离出的上清液进行二次固液分离，以保证更高程度的泥水分离，使污水中的污泥被充分分离。优选的，第二澄清池15的上端设有出水管16，用于与多级湿地处理系统的入口端连通，以便将分离出的上清液输送至下一级处理装置中进行后续处理。

可选的，沉淀池9采用斜板沉淀池，运用浅层沉淀原理，缩短颗粒沉降距离，可以缩短沉淀时间，并且增加沉淀池的沉淀面积，提高了沉淀处理效率。可选的，在沉淀池9上方设有多个相互平行的倾斜板21，多个倾斜板与斜板沉淀池的内侧壁可转动连接使得倾斜板21可以沿水流方向摆动。倾斜板21与斜板沉淀池内壁可转动连接可以使倾斜板21自由摆动，当斜板沉淀池中水量变化的情况下倾斜板21会通过摆动的方式作出适应性的调整，避免多个倾斜板21之间产生堵塞。同时多个倾斜板21平行设置，斜板沉淀池水量变化的情况下所有倾斜板21能够沿着水量方向同步摆动。

进一步的，沉淀池9的底部设置至少一个污泥槽，污泥槽通过排泥管10与多个干化床连接。排泥管10用于将污泥槽中的污泥输送至多的干化床中进行生态干化处理。可选的，污泥槽可以设置一个也可以设置多个，例如一个污泥槽通过多根排泥管10分别与多个干化床连接，例如一个污泥槽通过一根排泥管10与一个干化床连接，例如多个污泥槽分别通过一根排泥管10与一个干化床连接，可根据处理污泥的量来确定污泥槽的具体数量以及与干化床的连接方式，本申请不做具体限定。优选的，排泥管10上设有截断阀，需要排出污泥时开启，不需排出污泥时关断，以避免未经沉淀的污水从排泥管10流出。优选的，污泥槽靠近出口的位置处设置有刮泥板，以便在排出污泥过程中对沉积在沉淀池9底部的污泥进行彻底清除，降低了人工清除的工作量。

本发明的多级湿地处理系统的多个人工湿地例如可以横向排列设置，也可以纵向排列设置，通过纵向设置可以减少安装空间。可根据使用场地的大小等对多个人工湿地的安装位置进行匹配设计，本发明不做具体限定。其中，每个人工湿地中种植有至少一种湿地植物，湿地植物例如为芦苇或美人蕉等。

进一步的，多级湿地处理系统为两级湿地处理系统，两级湿地处理系统包括第一人工湿地30、第二人工湿地18、穿孔进水管19、多个穿孔配水管20和穿孔出水管22，穿孔进水管19设于第一人工湿地30中且穿孔进水管19与固液分离装置的上清液出口(例如可以为第二澄清池15的出口端)连接；多个穿孔配水管分别设于第一人工湿地30和第二人工湿地18中，第一人工湿地30和第二人工湿地18通过穿孔配水管20连通；穿孔出水管22设于第二人工湿地18中。其中，第一人工湿地30和第二人工湿地18例如为横向排列设置。

其中，第一人工湿地30用于对分离出的污水进行一级生态净化处理，第二人工湿地18用于对分离出的污水进行二级生态净化处理。固液分离后的污水通过出水管16进入穿孔进水管19中，穿孔进水管19通过其自身的多个穿孔将分离后的污水均匀地分布于第一人工湿地30中，经过第一人工湿地30对污水的过滤和其湿地植物对污水中有害物质的吸收，一次生态净化后的污水通过穿孔配水管20进入第二人工湿地18，经过第二人工湿地18对污水的再次过滤以其湿地植物对污水中有害物质的再次吸收，完成分离污水的二次生态净化处理。完成净化处理的污水通过穿孔出水管22予以收集并排放至自然水体中。优选的，多个穿孔配水管20平均布置于第一人工湿地30和第二人工湿地18中。本实施例中共设有两个穿孔配水管20，第一人工湿地30和第二人工湿地18中各设有一个。可以根据处理污水的量确定穿孔配水管20的数量和设置方式，本申请不做具体限定。

本发明的多级干化床处理系统的多个干化床例如可以横向排列设置，也可以纵向排列设置，通过纵向设置可以减少安装空间。可根据使用场地的大小等对多个干化床的安装位置进行匹配设计，本发明不做具体限定。

进一步的，多级干化床处理系统为两级干化床处理系统，两级干化床处理系统包括第一干化床31、第二干化床17、通气管23、进泥管24和多个排水渠27，通气管23贯穿设于第一干化床31和第二干化床17的底层；进泥管24的入口端与排泥管10连接，进泥管24的出口端设于第一干化床31中；多个排水渠27设于分别设于第一干化床31和第二干化床17的底部，第一干化床31和第二干化床17通过排水渠27连通。

其中，第一干化床31和第二干化床17用于对固液分离出的污泥进行生态干化处理。可选的，可以根据处理污泥的量来确定干化床的数量，处理污泥量越大则设置较多数量的干化床，本申请不做具体限定。进泥管24将排泥管10中的污泥输送至第一干化床31和第二干化床17中进行生态干化处理。通气管23一方面可以增加污泥内部与空气的接触面积，另一方面，通气管23与鼓风机相连后，鼓风后的管道温度上升，加强了污泥的热传导作用，使得污泥中的水分可以更加迅速蒸发去除与干化。排水渠27用于收集污泥通过第一干化床31和第二干化床17过滤出的水分并将其排出。优选的，第一干化床31和第二干化床17设置有一定坡度，以便通过干化床过滤出污泥中的水分能够顺利进入排水渠27中。本实施例中第一干化床31和第二干化床17设置有2％的坡度，也可以根据使用单独的地质条件设置其他坡度，本申请不做具体限定。

进一步的，设于第一人工湿地30中的穿孔配水管20和设于第二人工湿地18的穿孔配水管20之间设有多个集水渠，且多个集水渠之间相互连通，以便于收集经过湿地生态处理后的净化水。本实施例中在第一人工湿地30和第二人工湿地18之间设置有第一集水渠28和第二集水渠21，且二者通过出水孔29连通。其中第一集水渠28与第一人工湿地30中的穿孔配水管20连通，第二集水渠21与第二人工湿地18中的穿孔配水管20连通。

进一步的，第一干化床31和第二干化床17均设有干化床填料25，干化床填料25设置为层状且干化床填料25的粒径从上至下逐层增大，干化床填料25中还可以种植湿地植物26。如此设置可以防止干化床填料25中颗粒物的间隙被堵塞，可以保证污泥中的水分可以顺利进入排水渠27中。干化床填料25可以根据使用地的地质土壤状况进行选择，做到灵活处理就地取材，本申请干化床填料25的种类做具体限定。湿地植物26可直接吸收利用污泥中的营养物质即氮、磷等元素，富集污泥中的重金属等有毒有害物质；同时湿地植物26还可以将氧气输送至根区土壤中，提供根区微生物生长、繁殖和降解反应所需的氧气；另外，湿地植物26还能够增强和维持干化床填料25的水力传输能力，促进被污泥中的水分进入排水渠27中。第一干化床31和第二干化床17中可种植相同的湿地植物26，也可选择种植不同的湿地植物26。本实施例中在第一干化床31中种植的是芦苇，种植密度为密度为10株/m²，在第二干化床17中种植的是美人蕉，种植密度为15株/m²，具体选择何种湿地植物26可以根据使用当地的气候或地理条件进行确定，本申请不做具体限定。

实施例2，如图6所示，本发明还提供了一种农村污水综合处理方法，该方法包括以下步骤：

步骤1、通过预处理反应器对待处理污水进行预处理；

步骤2、通过固液分离装置对预处理后的污水进行固液分离，得到污水和污泥；

步骤3、通过多级湿地处理系统对步骤2中得到的污水进行净化处理，得到净化水；

步骤4、通过多级干化床处理系统对步骤2中得到的污泥进行生态干化处理，得到净化水和净化干泥。

其中，所述的预处理反应器、固液分离装置、多级湿地处理系统和多级干化床处理系统采用前述实施例所述的装置，这里不再累述。

进一步的，所述步骤1中预处理包括过滤处理、曝气处理和絮凝处理中的一种或多种。

待处理污水首先通过进水管1进入预处理反应器中进行例如过滤处理、曝气处理、絮凝处理等预处理反应；经过预处理后的污水进入固液分离装置中进行多次固液分离处理(例如前述实施例所述的二次固液分离)，分离得到上清液和污泥；将上清液输送至多级湿地处理系统中进行生态净化处理，净化水被收集并排放至自然水体中；将分离得到的污泥被输送至多级干化床处理系统进行生态干化处理，污泥中所含的水分经净化后被收集并排放至自然水体，污泥经净化干化后则被用于农田肥料。

可选的，通过过滤装置对待处理污水进行过滤处理，避免其中所含的较大颗粒物堵塞后续处理装置，通过第一曝气池2用于对过滤后的污水进行曝气处理，通过机械混合和搅拌作用对污水进行充氧，保持污水中的活性污泥处于悬浮状态防止沉淀。曝气处理后的污水在絮凝反应池5中的混凝剂和助凝剂的作用下，污水中难以沉淀的颗粒相互聚合形成胶体，然后与污水中的杂质结合后形成絮凝体，絮凝体在下降过程中发挥吸附作用，体积增大的同时吸附了杂质，使得污水澄清。

可选的，通过第一澄清池8和沉淀池9对预处理后的污水分离，通过第二曝气池12和第二澄清池15对第一次固液分离后的污水进行第二次固液分离，使得污水中的污泥被充分分离出来。

可选的，通过第一人工湿地30对分离出的污水进行第一级生态净化处理，通过第二人工湿地18对第一级生态净化处理后的污水进行第二级生态净化处理，使得污水得到更好的净化处理，其中，为了得到更好的净化处理效果，可以适当增加生态处理的级数，多级湿地处理系统一方面是通过湿地本身对污水进行过滤，另一方面则是通过湿地植物对污水进行生态净化处理。

可选的，通过第一干化床31和第二干化床17对固液分离出的污泥进行生态干化处理，以使污泥得到充分的生态干化处理。其中，可以根据处理污泥的量也可适当增加或减少干化床的数量，多级干化床处理系统用于对分离出的污泥进行生态干化处理，污泥中的水分经过层状的干化床填料以及后形成的积存污泥层渗透后，通过排水渠流出，污泥中的固体物质被截留在干化床体表面，通过湿地植物的蒸发、蒸腾作用进行进一步脱水与稳定，同时湿地植物对污泥中的氮磷等组分可以进行吸收与转化。

在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。

此外，本领域普通技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。

本领域技术人员应理解，尽管已经参考示例性实施例描述了本发明，但是在不脱离本发明的范围的情况下，可进行各种改变并可用等同物替换其元件。另外，在不脱离本发明的实质范围的情况下，可进行许多修改以使特定情况或材料适应本发明的教导。因此，本发明不限于所公开的特定实施例，而是本发明将包括落入所附权利要求范围内的所有实施例。