申請(qǐng)日2014.11.06

　　公開(公告)日2015.02.04

　　IPC分類號(hào)C02F3/12; C02F3/32; C02F3/30

　　摘要

　　一種北方農(nóng)村生活污水復(fù)合處理系統(tǒng)及方法，系統(tǒng)包括進(jìn)水箱、生物移動(dòng)床、調(diào)節(jié)池和地下滲濾系統(tǒng);進(jìn)水箱通過(guò)進(jìn)水泵與生物移動(dòng)床連通，生物移動(dòng)床連接的出水管插入調(diào)節(jié)池底部，調(diào)節(jié)池與地下滲濾系統(tǒng)的進(jìn)水口連通;進(jìn)水箱、生物移動(dòng)床和調(diào)節(jié)池設(shè)置在保溫大棚內(nèi)。方法為：(1)生物移動(dòng)床內(nèi)完成掛膜;(2)通入北方農(nóng)村生活污水，通過(guò)氣泵向生物移動(dòng)床中的曝氣頭通空氣，面源污水經(jīng)過(guò)處理后通入到調(diào)節(jié)池;(3)調(diào)節(jié)池頂部的上層清水通入地下滲濾系統(tǒng)。本發(fā)明操作簡(jiǎn)單，整體占地面積小，投資少，對(duì)氨氮和總磷的處理率達(dá)100%，COD去除率達(dá)95%以上，便于日常維護(hù)和管理，應(yīng)用前景廣闊。

　　權(quán)利要求書

　　1.一種北方農(nóng)村生活污水復(fù)合處理系統(tǒng)，其特征在于該系統(tǒng)包括進(jìn)水箱、生物移動(dòng)床、調(diào)節(jié)池和地下滲濾系統(tǒng);進(jìn)水箱通過(guò)進(jìn)水泵與生物移動(dòng)床的進(jìn)水口連通，生物移動(dòng)床的出水口連接一個(gè)出水管，出水管插入調(diào)節(jié)池底部，調(diào)節(jié)池的出水口與地下滲濾系統(tǒng)的進(jìn)水口連通;進(jìn)水箱、生物移動(dòng)床和調(diào)節(jié)池設(shè)置在保溫大棚內(nèi);生物移動(dòng)床內(nèi)的曝氣頭通過(guò)管道與空氣泵連接，曝氣頭下方的生物移動(dòng)床底口連接排泥管。

　　2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種北方農(nóng)村生活污水復(fù)合處理系統(tǒng)，其特征在于所述的保溫大棚采用鋁合金玻璃保溫大棚或采用聚氯乙烯無(wú)滴膜保溫大棚;保溫大棚內(nèi)設(shè)置有太陽(yáng)能熱水器。

　　3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種北方農(nóng)村生活污水復(fù)合處理系統(tǒng)，其特征在于所述的地下滲濾系統(tǒng)采用礫石布水和出水，布水礫石層的上方和下方均為草炭土，布水礫石層上方的草炭土頂部種植日本結(jié)縷草;布水礫石層下方的草炭土底部依次為爐渣層、鐵尾礦層，沸石層和混合基質(zhì)，混合基質(zhì)底部為出水礫石層;其中混合基質(zhì)為草炭土、爐渣、鐵尾礦和沸石按體積比20:1:1:1混合而成;爐渣、鐵尾礦和沸石的粒徑分別在0~1mm、1~2mm和1~2mm。

　　4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種北方農(nóng)村生活污水復(fù)合處理系統(tǒng)，其特征在于所述的地下滲濾系統(tǒng)的布水礫石層、上層草炭土、下層草炭土、爐渣層、鐵尾礦層、沸石層、混合基質(zhì)和出水礫石層的高度比例為1:(0.3~0.5): (2~4):( 0.1~0.3): (0.1~0.3): (0.1~0.3) :(4~6 ):1。

　　5.一種北方農(nóng)村生活污水復(fù)合處理方法，其特征在于采用權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，按以下步驟進(jìn)行：

　　(1)向生物移動(dòng)床內(nèi)填入聚乙烯塑料填料、活性污泥和北方農(nóng)村生活污水作為掛膜原料，聚乙烯塑料填料的填充比例按體積比為30~45%，活性污泥的在北方農(nóng)村生活污水中的濃度為4000~6000mg/L，采用排泥掛膜法培養(yǎng)出附著在填料上的微生物，排出活性污泥，完成掛膜;

　　(2)將北方農(nóng)村生活污水通入到完成掛膜的生物移動(dòng)床中，通過(guò)氣泵向生物移動(dòng)床中的曝氣頭通空氣，面源污水經(jīng)過(guò)生物移動(dòng)床的處理后，停止通入空氣，產(chǎn)生的上層處理水通入到沉淀池中;其中北方農(nóng)村生活污水每天通入量為通入掛膜原料體積的25~50倍，分4~8次通入;空氣通入量為每立方米北方農(nóng)村生活污水通入800~900ml/min;

　　(3)將沉淀池頂部形成的上層清水通入到填充改性基質(zhì)的地下滲濾系統(tǒng)中;通入量按每天平均分為8~10次。

　　6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種北方農(nóng)村生活污水復(fù)合處理方法，其特征在于當(dāng)氣溫低于15℃時(shí)，通過(guò)保溫大棚內(nèi)設(shè)置有太陽(yáng)能熱水器控制生物移動(dòng)床及調(diào)節(jié)池的溫度在15~20℃。

　　7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種北方農(nóng)村生活污水復(fù)合處理方法，其特征在于所述的北方農(nóng)村生活污水的氨氮含量為30~50mg/L，磷含量為5~13mg/L，COD含量為350~450mg/L。

　　8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種北方農(nóng)村生活污水復(fù)合處理方法，其特征在于所述的上層清水的氨氮含量為4~17mg/L，總氮含量為10~24mg/L，磷含量為1~5mg/L，COD含量為20~80mg/L。

　　9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種北方農(nóng)村生活污水復(fù)合處理方法，其特征在于地下滲濾系統(tǒng)出水口內(nèi)水的氨氮含量為0，總氮含量為8~14mg/L，磷含量為0，COD含量為35~50mg/L。

　　說(shuō)明書

　　一種北方農(nóng)村生活污水復(fù)合處理系統(tǒng)及方法

　　技術(shù)領(lǐng)域

　　本發(fā)明屬于環(huán)境保護(hù)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種北方農(nóng)村生活污水復(fù)合處理系統(tǒng)及方法。

　　背景技術(shù)

　　我國(guó)目前有60多萬(wàn)個(gè)行政村、250多萬(wàn)個(gè)自然村，居住2億多農(nóng)戶，近8億人，所產(chǎn)生的污水亟待合理處理。農(nóng)村生活污水主要包括2個(gè)方面：廚具炊事用水、淋浴、洗滌用水和沖廁所用水，主要含有有機(jī)物、氮和磷以及細(xì)菌、病毒、寄生蟲等;農(nóng)村居民的養(yǎng)殖及畜禽養(yǎng)殖產(chǎn)生的糞便、廢水，主要含有氮、磷以及BOD5、COD、懸浮物等污染物;由于人口居住比較分散，農(nóng)村生活污水不便集中收集處理，加上各地財(cái)政收入有限，無(wú)力建設(shè)生活污水排水管網(wǎng)絡(luò)處理系統(tǒng)以及污水集中處理設(shè)施，使得農(nóng)村生活污水未經(jīng)處理就直接排放到河流、湖泊中去，不僅引起河流和湖泊水質(zhì)的下降，同時(shí)也污染了土壤和地下水，嚴(yán)重影響農(nóng)村地區(qū)的生態(tài)環(huán)境，并對(duì)人民的生活質(zhì)量和身體健康構(gòu)成了危害。

　　我國(guó)對(duì)分散污水的治理從上世紀(jì)末才開始被認(rèn)識(shí)并逐漸得到重視;近年，國(guó)內(nèi)在分散性生活污水治理的技術(shù)研究及應(yīng)用示范方面取得了較快的發(fā)展，農(nóng)村生活污水一般分布較為分散、偏遠(yuǎn)、水量日/時(shí)變化系數(shù)較大，而集中鋪設(shè)管網(wǎng)基建費(fèi)用過(guò)高，且易造成二次污染， 需對(duì)二次污染物進(jìn)一步處理或處置;就地分散式處理模式能做到因地制宜地將污水資源化利用，有利于物質(zhì)的自然循環(huán)，同時(shí)兼有美化環(huán)境的作用。目前，農(nóng)村面源污染治理中必須遵守以下4個(gè)原則：總量削減與過(guò)程控制相結(jié)合;污染治理與養(yǎng)分再利用結(jié)合;技術(shù)研究與工程應(yīng)用結(jié)合;污染物管理與生態(tài)文明建設(shè)結(jié)合;常用的工藝技術(shù)有地埋式有/無(wú)動(dòng)力厭氧處理技術(shù)、快速滲濾處理系統(tǒng)、凈化槽技術(shù)、凈化沼氣池技術(shù)、蚯蚓生態(tài)濾池、高效藻類塘、膜生物反應(yīng)器工藝、人工濕地(包括地表水、潛流、垂直流)技術(shù)、一體化處理裝置和污水地下滲濾系統(tǒng)。

　　生物移動(dòng)床處理的工藝過(guò)程是將密度接近水的懸浮填料直接投加到反應(yīng)器中，作為微生物生長(zhǎng)附著的載體，在一定條件下進(jìn)行掛膜，使填料上附著大量微生物，然后向反應(yīng)器內(nèi)連續(xù)通入污水和空氣，并創(chuàng)造良好的混合接觸條件，棲息在填料表面上的微生物不斷攝取水中氧和有機(jī)物，從而達(dá)到凈化污水的目的;生物移動(dòng)床的生物膜活性高，有機(jī)物去除效率好，有較強(qiáng)的脫氮除磷功能，較少的剩余污泥產(chǎn)量;并且該工藝濾料不會(huì)阻塞，無(wú)需定期的反沖洗，無(wú)需污泥回流，操作簡(jiǎn)單。

　　地下滲濾系統(tǒng)的工藝過(guò)程是當(dāng)生活污水通過(guò)地下滲濾裝置時(shí)，土壤顆粒截留廢水中的懸浮物質(zhì)，使微生物很快繁殖起來(lái)，這些微生物又進(jìn)一步吸附水中的懸浮物質(zhì)、膠體和溶解狀態(tài)的物質(zhì)，逐漸形成生物膜。對(duì)于不同的廢水、氣候情況和土層深度，生物膜上的微生物數(shù)量和種類也不同，生物膜具有很大的表面積，能夠大量吸附廢水中的有機(jī)物，在有機(jī)物被微生物降解的同時(shí)，土壤顆粒表面的生物膜由于新陳代謝而不斷更新，因此能長(zhǎng)期保持對(duì)污染物質(zhì)的去除作用。

　　目前現(xiàn)有的北方農(nóng)村地區(qū)污水的處理由于氣候和設(shè)備的原因，還沒(méi)有形成高效、環(huán)保的處理方法。

　　發(fā)明內(nèi)容

　　本發(fā)明的目的在于提供一種北方農(nóng)村生活污水復(fù)合處理系統(tǒng)及方法，通過(guò)將生物移動(dòng)床與地下滲濾系統(tǒng)進(jìn)行有機(jī)組合，并設(shè)置保溫裝置，在北方冬季較為寒冷的條件下提高農(nóng)村面源污水的處理效率，防止系統(tǒng)運(yùn)行故障，增強(qiáng)系統(tǒng)應(yīng)用的普適性。

　　本發(fā)明的北方農(nóng)村生活污水復(fù)合處理系統(tǒng)包括進(jìn)水箱、生物移動(dòng)床、調(diào)節(jié)池和地下滲濾系統(tǒng);進(jìn)水箱通過(guò)進(jìn)水泵與生物移動(dòng)床的進(jìn)水口連通，生物移動(dòng)床的出水口連接一個(gè)出水管，出水管插入調(diào)節(jié)池底部，調(diào)節(jié)池的出水口與地下滲濾系統(tǒng)的進(jìn)水口連通;進(jìn)水箱、生物移動(dòng)床和調(diào)節(jié)池設(shè)置在保溫大棚內(nèi);生物移動(dòng)床內(nèi)的曝氣頭通過(guò)管道與空氣泵連接，曝氣頭下方的生物移動(dòng)床底口連接排泥管。

　　上述裝置中，保溫大棚采用鋁合金玻璃保溫大棚或采用聚氯乙烯無(wú)滴膜保溫大棚;保溫大棚內(nèi)設(shè)置有太陽(yáng)能熱水器。

　　上述裝置中，地下滲濾系統(tǒng)采用礫石布水和出水，布水礫石層的上方和下方均為草炭土，布水礫石層上方的草炭土頂部種植日本結(jié)縷草;布水礫石層下方的草炭土底部依次為爐渣層、鐵尾礦層，沸石層和混合基質(zhì)，混合基質(zhì)底部為出水礫石層;其中混合基質(zhì)為草炭土、爐渣、鐵尾礦和沸石按體積比20:1:1:1混合而成;爐渣、鐵尾礦和沸石的粒徑分別在0~1mm、1~2mm和1~2mm。

　　上述裝置中，布水礫石層、上層草炭土、下層草炭土、爐渣層、鐵尾礦層、沸石層、混合基質(zhì)和出水礫石層的高度比例為1:(0.3~0.5): (2~4):( 0.1~0.3): (0.1~0.3): (0.1~0.3) :(4~6 ):1。

　　本發(fā)明的北方農(nóng)村生活污水復(fù)合處理方法是采用上述系統(tǒng)，按以下步驟進(jìn)行：

　　1、向生物移動(dòng)床內(nèi)填入聚乙烯塑料填料、活性污泥和北方農(nóng)村生活污水作為掛膜原料，聚乙烯塑料填料的填充比例按體積比為30~45%，在北方農(nóng)村生活污水中添加的活性污泥濃度為4000~6000mg/L，采用排泥掛膜法培養(yǎng)出附著在填料上的微生物，完成掛膜后排出活性污泥;

　　2、將北方農(nóng)村生活污水通入到完成掛膜的生物移動(dòng)床中，然后通過(guò)氣泵向生物移動(dòng)床中的曝氣頭通空氣，北方農(nóng)村生活污水經(jīng)過(guò)生物移動(dòng)床的處理后，停止通入空氣，產(chǎn)生的上層處理水通入到調(diào)節(jié)池中;其中北方農(nóng)村生活污水每天通入量為通入掛膜原料體積的25~50倍，分4~8次通入;空氣通入量為每立方米北方農(nóng)村生活污水通入800~900ml/min;

　　3、將調(diào)節(jié)池頂部形成的上層清水通入到填充改性基質(zhì)的地下滲濾系統(tǒng)中;通入量按每天平均分為8~10次。

　　上述方法中，當(dāng)氣溫低于15℃時(shí)，通過(guò)保溫大棚內(nèi)設(shè)置有太陽(yáng)能熱水器控制生物移動(dòng)床及調(diào)節(jié)池的污水溫度在15~20℃。

　　上述的北方農(nóng)村生活污水的氨氮含量為30~50mg/L，總氮含量為30~50mg/L，磷含量為5~13mg/L，COD含量為350~450mg/L。

　　上述方法中，生物移動(dòng)床內(nèi)形成的下層污泥通過(guò)生物移動(dòng)床底部的排泥管排出。

　　上述的聚乙烯塑料填料為短管型填料。

　　上述方法中，調(diào)節(jié)池中上層清水的氨氮含量為4~17mg/L，總氮含量為10~24mg/L，磷含量為1~5mg/L，COD含量為20~80mg/L。

　　上述方法中，地下滲濾系統(tǒng)出水口出水的氨氮含量為0，總氮含量為8~14mg/L，磷含量為0，COD含量為35~50mg/L。

　　本發(fā)明的技術(shù)采用的生物移動(dòng)床工藝也稱移動(dòng)床生物膜反應(yīng)器(Moving Bed Biofilm Reactor，簡(jiǎn)稱MBBR)，由挪威AnoxKaldes公司發(fā)明(Alma Ma?ic′, Jessica Bengtsson, Magnus Christensson. Measuring and modeling the oxygen profile in a nitrifying Moving Bed Biofilm Reactor[J]. Mathematical Biosciences，2010 (227) ：1–11)，是目前國(guó)際上開始興起的新型廢(污)水生化處理技術(shù)，屬于生物膜法的范疇;自1989年第一套生物移動(dòng)床工藝裝置建成以來(lái)，已在多個(gè)國(guó)家建成市政和工業(yè)廢(污)水處理設(shè)施，取得了良好的效果。本發(fā)明采用的污水地下滲濾系統(tǒng)(Subsurface Wastewater Infiltration System, SWIS)是基于生態(tài)學(xué)原理，集成厭氧、好氧處理工藝而形成的一種生態(tài)法處理技術(shù)(張克強(qiáng), 李軍幸, 張洪生, 等. 農(nóng)村生活污水處理技術(shù)及工程模式探討[C]//全國(guó)農(nóng)業(yè)面源污染與綜合防治學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集, 2004: 223–225)。

　　本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)與效果是：

　　1、生物移動(dòng)床較少剩余污泥產(chǎn)量，填料不會(huì)阻塞，無(wú)需污泥回流和反沖洗，操作簡(jiǎn)單，整體占地面積小，便于日常維護(hù)和管理;

　　2、地下滲濾系統(tǒng)以草炭土和礫石為主要的填充物質(zhì)，管理簡(jiǎn)單、投資少、反應(yīng)系統(tǒng)位于地下不破壞景觀，頂部植被利于綠化、沒(méi)有臭味;

　　3、對(duì)污染物的去除率高，處理后的出水污染物含量低，有較大的處理效率和較高處理負(fù)荷;

　　4、有效的針對(duì)了北方寒冷冬季的現(xiàn)象進(jìn)行保溫，使用于北方農(nóng)村生活污水處理的復(fù)合工藝能夠在冬季良好的運(yùn)行;

　　5、預(yù)防了地下滲濾系統(tǒng)堵塞的問(wèn)題，使地下滲濾系統(tǒng)能夠更長(zhǎng)時(shí)間更高效的運(yùn)行，保證整體復(fù)合工藝的較大去除效率，同時(shí)也節(jié)約的成本。