一种农村聚集区生活污水和农田排水的综合处理系统

1.本发明属于污水处理领域，具体涉及一种农村聚集区生活污水和农田排水的综合处理系统。


背景技术：

2.与相对完善的城市污水处理系统和设施相比，农村生活污水处理设施规模相对较小，且缺乏专业运营管理人员，常出现运行一段时间后不能正常运行的现象。同时，农田耕作是农村生产生活中必不可少的环节。在农田耕作过程中，尤其是在水田施肥过程中，会产生大量农田排水。这些未经有效处理的污水排入临近河道水体中，会造成地表水的水质下降。如何有效处理农村生活污水和农田排水是改善农村人居生活环境的重要问题。
3.目前已有大量农村生活污水和农田排水的相关专利和论文，如使用污水一体化处理装置和农田排水沟等。农村生活污水排放具有显著的时间间隔性，一体化处理装置或设备在使用过程中，常呈现出短期运行效果较好，长期运行效果较差的问题，且使用过程中需专业人员进行维修保养。传统农田排水沟并未考虑对污染的净化效果。生态排水沟可以去除一部分污染物，但其去除效果波动较大，如在使用过程中，植被的衰亡会显著影响净化效果。
4.中国公开发明专利:cn113800641a中提到一种掺混生活污水的农业流域面源污染物消减与再利用生态治理设计方法。通过分别针对生活污水和农田排水进行收集和处理，建立生态塘、生态沟和蓄水塘等多过程净化、多级蓄集的面源污染生态处理系统，实现面源污染源多过程、多层级的净化和资源再利用。实际中，生活污水的排放频率显著高于农业流域面源污染的排放频率，因此构建的生态沟系统，大部分时间处于未工作状态。另在使用过程中，该方法还需在生态沟中央每隔5～10m设置蓄水池，操作较为繁琐，同时还需注意塘的淤积问题。


技术实现要素：

5.发明目的：本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种可以同时处理农村聚集区生活污水和农田排水的系统，大幅度去除污染物。
6.为了实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：
7.一种农村聚集区生活污水和农田排水的综合处理系统，包括用于收集生活污水的污水收集槽、强化净化塘和水质保障塘；所述污水收集槽、强化净化塘和水质保障塘依次连接；
8.利用农村原有生活污水管道，将污水收集至污水收集槽进行曝气搅拌；同时改造部分农田排水沟；通过污水收集槽以及农田排水沟，将生活污水和农田排水一同引入强化净化塘内处理，处理水再排入水质保障塘进一步处理；经水质保障塘处理后，30％-60％出水回流至强化净化塘，剩余出水排入临近河道内。
9.具体地，所述强化净化塘由导流净化区、水生植被净化区和回流净化区组成；三个
区域之间由50-80厘米宽的土埂隔开；所述水生植被净化区位于强化净化塘的中部区域，所述导流净化区和回流净化区设置在水生植被净化区的侧面，并沿着水生植被净化区外侧相反流动，二者水流汇集后再一同流入水生植被净化区内；
10.所述导流净化区沿着水流方向依次设置有生活污水引入口和农田排水引入口；
11.所述回流净化区与水质保障塘回流连通。
12.优选地，所述导流净化区内种植芦苇，用于初步降解污水中的污染物；所述水生植被净化区内周边1米范围内种植茭白、香蒲，并用围网控制其生长范围，其余水生植被净化区种植漂浮植物浮萍，以大量净化污水中的污染物。
13.具体地，所述回流净化区由植物腐解区、矿物净化区、活性炭吸附区组成，三者沿着水流方向依次设置；水质保障塘回流水依次进入植物腐解区、矿物净化区、活性炭吸附区；回流净化区底部放置鹅卵石，承托回流净化区上部的植物残体、矿物及活性炭；三个功能区之间由挡水板隔开，为使回流水能充分与回流净化区的植物残体、矿物、活性炭充分接触，减少短流，在沿水流方向植物腐解区和矿区净化区的挡水板上部三分之一部分打孔，矿物净化区和活性炭吸附区的挡水板下部三分之一部分打孔，活性炭吸附区的挡板在上部三分之一部分打孔。
14.具体地，所述植物腐解区的植物为导流净化区收割的芦苇，收割后放置植物腐解区作为碳源，消耗水质保障塘回流水中的溶解氧，并反硝化去除硝酸盐。
15.具体地，所述矿物净化区内放置矿物填料为菱铁矿、铁刨花、沸石，以保障当植物腐解区释放出有机质含量较低时，仍能有效去除硝酸盐，同时去除水质保障塘回流水中的磷；填料中，菱铁矿、铁刨花、沸石的体积比范围为5:4:1-8:1:1。
16.具体地，所述活性炭吸附区内装填有颗粒活性炭填料，利用活性炭吸附性能，不断吸附、释放的污染物，有效缓冲进入水生植被净化区的水质波动。
17.进一步地，所述强化净化塘中放养家鸭以控制浮萍的生长；当浮萍覆盖面积超过2/3时，放养鸭以控制浮萍的生物量，并保障浮萍覆盖面积不低于水生植被区面积的1/5。
18.具体地，所述水质保障塘的周边浅水区为50～80厘米，中部深水区为2米以上；水质保障塘周边与深水区由15
°
至30
°
的斜坡连接，可以有效缓解淤积问题，并为水质保障塘扩增一定的容积。
19.具体地，所述水质保障塘中放置好氧生物膜装置和生态浮床，以进一步净化污染物，保障出水达标；
20.所述好氧生物膜装置由多个可拆卸的生物膜室单体组装，通过压铆螺丝连接，生物膜室中填充悬浮载体，填充量为40％-80％，两端端部开口采用铁丝网固定；好氧生物膜装置顶部安装在浮体上，在浮体的作用下悬浮于水体中；好氧生物膜装置底部设置有曝气头，通过进气管与外部气源连接；
21.所述生态浮床包括中部的浮床支架以及四周的悬挂部件；所述悬挂部件为小孔的渔网，悬挂部件中放置磷吸附材料；所述浮床支架中部用于生长漂浮植物。
22.有益效果：
23.(1)本发明系统充分利用原有农村污水排放管和农田排水沟收集污水。改造部分农田排水沟，使农田排水可以接入净化系统。在没有农田排水时，系统处理生活污水，微动力收集槽收集生活污水，随后排入强化净化塘中，在强化净化塘中多种水生植物、家鸭大幅
度去除污水中的污染物；在有农田排水时，农田排水进入强化净化塘同生活污水一同净化。经强化净化塘处理后的污水进入水质保障塘，经水质保障塘中的好氧生物膜装置和生态浮床进一步处理，以达到稳定、有效的处理效果。处理后的废水部分回流至强化净化塘中处理，在植物残体、矿物的吸附、反硝化联合作用下强化处理效果，其余水质保障塘出水直接排入附近河道中。
24.(2)本发明系统可以单独处理农村生活污水，也可以同时处理农田排水，无需单独构建多种处理设施；充分利用原有污水管道和农田排水沟，仅需改造部分排水沟以将农田排水接入处理系统；利用多种水生植物、矿物净化水质，减少污染净化过程中的能耗；利用家鸭牧食、控制氧化塘中的浮萍，更加自然生态；利用组装式可拆卸的好氧生物膜装置和生态浮床，操作便捷、灵活多变；水质保障塘中间布有深水区域，可有效缓解塘的淤积问题。
附图说明
25.下面结合附图和具体实施方式对本发明做更进一步的具体说明，本发明的上述和/或其他方面的优点将会变得更加清楚。
26.图1为本发明农村聚集区生活污水和农田排水的综合处理系统的示意图。
27.图2为强化净化塘示意图。
28.图3为强化净化塘中的回流净化区示意图。
29.图4-1至图4-3为回流净化区不同挡板示意图。
30.图5水质保障塘示意图。
31.图6为生物膜室单体的示意图。
32.图7为好氧生物膜装置示意图。
33.图8为生态浮床示意图。
具体实施方式
34.根据下述实施例，可以更好地理解本发明。
35.如图1所示，本发明农村聚集区生活污水和农田排水的综合处理系统包括用于收集生活污水的污水收集槽、强化净化塘和水质保障塘；所述污水收集槽、强化净化塘和水质保障塘依次连接。
36.利用农村原有生活污水管道，将污水收集至污水收集槽进行曝气搅拌；同时改造部分农田排水沟；通过污水收集槽以及农田排水沟，将生活污水和农田排水一同引入强化净化塘内处理，处理水再排入水质保障塘进一步处理；经水质保障塘处理后，30％-60％出水回流至强化净化塘，剩余出水排入临近河道内。
37.污水收集槽中曝气搅拌可连续运行，也可间歇运行。
38.如图2所示，强化净化塘由导流净化区、水生植被净化区和回流净化区组成，三者之间通过50-80厘米宽的土埂隔开；所述水生植被净化区位于强化净化塘的中部区域，所述导流净化区和回流净化区设置在水生植被净化区的侧面，并沿着水生植被净化区外侧相反流动，二者水流汇集后再一同流入水生植被净化区内。
39.所述导流净化区沿着水流方向依次设置有生活污水引入口和农田排水引入口；
40.所述回流净化区与水质保障塘回流连通。
41.导流净化区内种植芦苇，用于初步降解污水中的污染物；所述水生植被净化区内周边1米范围内种植茭白、香蒲，并用围网控制其生长范围，其余水生植被净化区种植漂浮植物浮萍，以大量净化污水中的污染物。
42.如图3所示，回流净化区由植物腐解区、矿物净化区、活性炭吸附区组成，三者沿着水流方向依次设置；水质保障塘回流水依次进入植物腐解区、矿物净化区、活性炭吸附区；回流净化区底部放置鹅卵石，承托回流净化区上部的植物残体、矿物及活性炭。
43.其中，植物腐解区的植物为导流净化区收割的芦苇，收割后放置植物腐解区作为碳源，消耗水质保障塘回流水中的溶解氧，并反硝化去除硝酸盐。
44.矿物净化区内放置矿物填料为菱铁矿、铁刨花、沸石，以保障当植物腐解区释放出有机质含量较低时，仍能有效去除硝酸盐，同时去除水质保障塘回流水中的磷；填料中，菱铁矿、铁刨花、沸石的体积比范围为5:4:1-8:1:1。
45.活性炭吸附区内装填有颗粒活性炭填料，利用活性炭吸附性能，不断吸附、释放的污染物，有效缓冲进入水生植被净化区的水质波动。
46.进一步地，强化净化塘中放养家鸭以控制浮萍的生长；当浮萍覆盖面积超过2/3时，放养鸭以控制浮萍的生物量，并保障浮萍覆盖面积不低于水生植被区面积的1/5。
47.如图4-1至图4-3所示，几个挡水板呈现出不同的设计和安装方式。其中，图4-1为植物腐解区和矿物净化区之间的挡水板示意图，仅在靠近植物腐解区末端部分的上部三分之一部分开孔，图4-2为矿物净化区、活性炭吸附区之间的挡水板，在底部三分之一部分开孔；图4-3为活性炭吸附区出水处的挡水板，在上部三分之一的部分开孔。孔的大小和密度适时选择，优选孔径2毫米至5毫米。挡水板开孔使回流水能充分与回流净化区的植物残体、矿物、活性炭充分接触，减少短流。
48.如图5所示，水质保障塘的周边浅水区为50～80厘米，中部深水区为2米以上；水质保障塘周边与深水区由15
°
至30
°
的斜坡连接，可以有效缓解淤积问题，并为水质保障塘扩增一定的容积。水质保障塘中放置好氧生物膜装置和生态浮床，以进一步净化污染物，保障出水达标。
49.如图6和图7所示，好氧生物膜装置由多个可拆卸的生物膜室单体组装，通过压铆螺丝连接，生物膜室中填充悬浮载体，如聚氨酯泡沫、k3、k5等流化填料，填充量为40％-80％，两端端部开口采用铁丝网固定；好氧生物膜装置顶部安装在浮体上，在浮体的作用下悬浮于水体；好氧生物膜装置底部设置有曝气头，通过进气管与外部气源连接。
50.如图8所示，生态浮床包括中部的浮床支架以及四周的悬挂部件；所述浮床支架为pvc管及相匹配的弯头组装构成，浮床支架中间配以渔网相连，漂浮植物放置于渔网上自由生长扩繁，净化水质。当漂浮植物大量生长占满整个浮床时，移走浮床上部分漂浮植物。悬挂部件为小孔的渔网，悬挂部件中放置富含铁的磷吸附材料，优选球状或块状，并定期更换；所述浮床支架中部用于生长漂浮植物，适时收割。
51.本系统充分利用原有农村污水排放管和农田排水沟收集污水。在强化净化塘中多种水生植物、家鸭、矿物吸附及反硝化的联合净化作用下，大幅度去除污染物，并在水质保障塘中好氧生物膜装置和生态浮床的联合作用下，进一步稳定水质净化效果。该方法施用过程中工程量小、操作简单易行。
52.实施例1
53.某村庄40余户，约200人。生活污水接入微动力收集槽后，排入氧化塘。微动力收集槽每天8点至20点曝气工作。强化净化塘长10米，宽8米，水深0.8米，种植芦苇、茭白、香蒲、浮萍。强化净化塘中回流净化区宽1米，填料菱铁矿、铁刨花、沸石的体积比为5:4:1。水质保障塘长30米，宽12米，周边水深0.8米，水深2.20米，未安装生态浮床，水质保障塘中好氧生物膜装置中填料填充比40％，24小时连续运行。水质保障塘出水40％回流至强化净化塘。无农田排水连续运行2个月，期间未放养鸭。随机检测3天的净化效果。
54.结果显示3次进水水质为nh
4+-n浓度为35.41
±
5.91mg/l，no
3-‑
n浓度1.14
±
0.12mg/l，po
43-‑
p浓度5.55
±
0.19mg/l，tn浓度为57.93
±
1.51mg/l，tp浓度为3.45
±
0.26mg/l；经强化净化塘处理后nh
4+-n浓度为5.81
±
5.51mg/l，no
3-‑
n浓度3.28
±
0.34mg/l，po
43-‑
p浓度0.77
±
0.53mg/l，tn浓度为11.80
±
6.17mg/l，tp浓度为0.89
±
0.48mg/l；最后经水质保障塘处理后，出水中的nh
4+-n浓度为0.60
±
0.10mg/l，no
3-‑
n浓度4.81
±
0.45mg/l，po
43-‑
p浓度0.18
±
0.05mg/l，tn浓度为7.50
±
1.03mg/l，tp浓度为0.20
±
0.08mg/l。
55.实施例2
56.某村庄30余户，约120人。生活污水接入微动力收集槽后，排入强化净化塘。微动力收集槽每天早上7点至9点，11点至13点，17点至20点曝气工作。强化净化塘长10米，宽8米，水深0.5米，种植芦苇、茭白、香蒲、浮萍，放养鸭控制浮萍。强化净化塘中回流净化区宽1.2米，填料菱铁矿、铁刨花、沸石的体积比为8:1:1。水质保障塘长30米，宽15米，周边水深0.8米，中间水深2.60米，安装生态浮床2组，浮床中种植漂浮植物荇菜。水质保障塘中好氧生物膜装置中填料填充比60％，24小时连续运行。水质保障塘出水中40％回流至强化净化塘。农田排水排入系统期间，随机检测1天系统的净化效果。结果显示进水水质为nh
4+-n浓度为15.44mg/l，no
3-‑
n浓度0.54mg/l，po
43-‑
p浓度1.57mg/l，tn浓度为21.99mg/l，tp浓度为1.94mg/l；经强化净化塘、水质稳定塘处理后，出水中的nh
4+-n浓度为0.56mg/l，no
3-‑
n浓度0.53mg/l，po
43-‑
p浓度0.37mg/l，tn浓度为2.72mg/l，tp浓度为0.48mg/l。
57.实施例3
58.某村庄40余户，约200人。生活污水接入微动力收集槽后，排入强化净化塘。微动力收集槽每天早上8点至12点，17点至20点曝气工作。强化净化塘长25米，宽8米，水深0.5米，种植芦苇、茭白、香蒲、浮萍，并放养鸭去除浮萍。强化净化塘中回流净化区宽1.5米，填料菱铁矿、铁刨花、沸石的体积比为7:2:1。水质保障塘长40米，宽12米，周边水深0.7米，中间水深3.20米，安装生态浮床2组，浮床中种植漂浮植物荇菜及部分狐尾藻，且浮床下方放置磷吸附材料。水质保障塘中好氧生物膜装置中填料填充比为80％，好氧生物膜装置间歇运行，每天早上8点至晚上8点运行。水质保障塘出水中30％回流至强化净化塘。连续运行1个月，期间无农田排水进入处理系统，随机检测2天的净化效果。结果显示进水水质为nh
4+-n浓度为32.65
±
3.25mg/l，no
3-‑
n浓度1.24
±
0.15mg/l，po
43-‑
p浓度4.95
±
0.06mg/l，tn浓度为54.23
±
1.21mg/l，tp浓度为4.05
±
0.16mg/l；经强化净化塘、水质稳定塘处理后，出水中的nh
4+-n浓度为0.48
±
0.10mg/l，no
3-‑
n浓度3.95
±
0.24mg/l，po
43-‑
p浓度0.19
±
0.05mg/l，tn浓度为7.50
±
0.63mg/l，tp浓度为0.28
±
0.08mg/l。
59.实施例4
60.某村庄50余户，约200人。生活污水接入微动力收集槽后，排入强化净化塘。微动力
收集槽每天早上8点至21点曝气工作。强化净化塘长20米，宽10米，水深1米，种植芦苇、茭白、香蒲、浮萍，并放养鸭去除浮萍。强化净化塘中回流净化区宽1.5米，填料菱铁矿、铁刨花、沸石的体积比为8:1:1。水质保障塘长50米，宽15米，周边水深0.8米，中间水深2.50米，安装生态浮床4组，浮床中种植漂浮植物荇菜及部分狐尾藻，且浮床下方放置磷吸附材料。水质保障塘中好氧生物膜装置中填料填充比为80％，好氧生物膜装置24小时连续运行。水质保障塘出水的60％回流至强化净化塘。连续运行4个月后至秋季，随机检测3天的净化效果。结果显示进水水质为nh
4+-n浓度为37.45
±
3.56mg/l，no
3-‑
n浓度0.84
±
0.22mg/l，po
43-‑
p浓度4.95
±
0.06mg/l，tn浓度为54.64
±
0.98mg/l，tp浓度为3.52
±
0.18mg/l；经强化净化塘、水质稳定塘处理后，出水中的nh
4+-n浓度为0.40
±
0.08mg/l，no
3-‑
n浓度4.61
±
0.25mg/l，po
43-‑
p浓度0.18
±
0.03mg/l，tn浓度为4.58
±
0.63mg/l，tp浓度为0.25
±
0.10mg/l。
61.本发明提供了一种农村聚集区生活污水和农田排水的综合处理系统的思路及方法，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。