CN107055754A - 一种强化处理农村生活污水的循环零价铁生物滤池 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种强化处理农村生活污水的循环零价铁生物滤池，其结构是在地下设置多个污水处置单元；通过输水管道系统将农村生活污水收集至污水处置单元内进行循环和强化处理，处理后的生活污水用作农业灌溉用水或者补充地下水或者直接排放进入河道；所述的污水处置单元包括：预处理池，循环池以及零价铁生物滤池三部分，各处理单元构筑物相互独立，彼此间通过管道进行连通。优点：低维护，低能耗，抗水质水量冲击，污水处理效率高；仅通过一台泵耦合了集约和生态两种技术路线的各自优势，自如的应对农村地区复杂的排水情况，保证了出水水质的稳定；同时节省地表土地资源，简单适用，运行管理方便，造价低廉。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种强化处理农村生活污水的循环零价铁生物滤池，可直接应用到农村生活污水或者村镇小型生活污水处理，同时也可用于农村面源污染物的降解和水质净化。属于环保污水处理领域。
背景技术
农村污水由于地区分散，人口数量较大，收集难等原因造成农村污水成为河湖水体污染的重要污染源，也是农村面源污染的重要组成部分；农村污水中含有大量的有机物和氮、磷等有机盐类，未经处理的农村生活污水直接排放进入自然水体，不仅影响了作物产量，而且对生态环境和河湖水质带来严重危害。因此，农村生活污水的治理十分迫切，并且意义重大。
生活污水的处理模式包括集中处理与分散式处理模式；集中处理技术和工艺已经非常成熟，以城镇污水处理厂为主，其日常运行都可以达到较为稳定的处理效能；而农村一般处于偏远地区，污水收集管网难以覆盖，因此，农村污水一般采用分散式处理模式；国外对于农村生活污水采用的主流技术包括：生物接触氧化法，SBR活性污泥法以及膜生物反应器等；这些工艺，技术要求较高，工艺控制难度大，运行成本较高，不适于我国农村污水的处理模式；目前，我国农村污水采用的技术主要包括将污水厂工艺小型化的生物处理技术、以人工湿地为核心的生态处理技术以及两者相结合的耦合处理技术。同样，这些工艺也存在一些问题，比如污水处理厂工艺小型化单位能耗较高，农村地区缺少技术人员；人工湿地占地面积大，处理效果不稳定；并且我国农村水量水质变化大，高峰排水会短时间内对处理设施造成水量水质的冲击。另外，我国农村生活污水中氮、磷浓度相对较高，一般的处理工艺对总氮的去除效果不佳。如公开号为CN104098223B公开了一种农村分散式生活污水处理系统及方法，将“生物”与“生态”相耦合，集生态浮岛和人工湿地等技术之优势，创造性的提出了生态浮岛—人工湿地技术组合新工艺，充分利用水生植物的修复作用，无需占地、成本低廉且处理效果好，将污水有控制地投配到填料经常处于饱和状态填料中，污水沿一定方向流动的过程中，在填料的物理、化学协同作用下，污水中有机物通过过滤、吸附、吸收作用，促进兼性微生物分解来实现对污水的高效净化。但由于缺少碳源的供给和厌氧环境的营造，该系统反硝化能力较弱，并且出水效果不稳定。就目前来看，投入实际应用的农村生活污水处理系统尚存在一定的局限性。
本发明总结我国已有农村生活污水处理技术中的不足，充分考虑我国农村污水处理的需求和特点，创新性的提出了低维护，低能耗，抗水质水量冲击，并且出水效果稳定的耦合集约与水质强化处理的循环零价铁生物滤池技术。
发明内容
本发明提出的是一种强化处理农村生活污水的循环零价铁生物滤池，其目的旨在克服现有农村生活污水处理技术中存在的不足，具有低维护，低能耗，抗水质水量冲击，污水处理效率高，出水水质稳定，同时简单适用，运行管理方便，造价低廉等特点，并可广泛应用于农村生活污水集约与强化处理的循环零价铁生物滤池。
本发明的技术解决方案：一种强化处理农村生活污水的循环零价铁生物滤池，其特征在于：在地下设置多个污水处置单元；通过输水管道系统将农村生活污水收集至污水处置单元内进行循环和强化处理，处理后的生活污水用作农业灌溉用水或者补充地下水或者直接排放进入河道；所述的污水处置单元包括：预处理池，循环池以及零价铁生物滤池三部分，三部分依次相接；多个污水处置单元构筑物相互独立，彼此间通过管道进行连通；所述的零价铁生物滤池分为普通生物滤池和内置零价铁强化反应池两部分。
本发明的优点：
（1）仅通过一台泵耦合了集约和生态两种技术路线的各自优势，自如的应对农村地区复杂的排水情况，保证了出水水质的稳定；
（2）构建形成不同深度的好氧-缺氧-厌氧条件，利于总氮的去除，在厌氧区零价铁反应箱内，可以外加利用水稻秸秆或者木屑作为固体碳源，增强异养反硝化性能的微生物生长，最终形成零价铁/微生物耦合系统，强化了NO3 -的去除，同时生成的Fe3+/Fe2+有着良好的絮凝性能，强化了厌氧释放出来的磷的去除；
（3）零价铁反应箱上方设置沸石层，保障了出水水质，也为下层创造厌氧环境，延长了零价铁的使用寿命；
（4）整个循环生物滤池低维护，低能耗，抗水质水量冲击，污水处理效率高；
（5）处理构筑物埋于地下，节省地面资源，在处置单元顶部铺设植生砖，营造良好的生态环境；
（6）零价铁反应箱容易检查更换，便于管理与维护；
（7）整个工程材料价格低廉、易于获取且不会对环境产生二次污染；
（8）整个工程构造简单、施工方便、功能稳定、造价低廉、使用方便。
附图说明
附图1 是强化处理农村生活污水的循环零价铁生物滤池示意图。
附图2 是强化处理农村生活污水的循环零价铁生物滤池平面示意图。
附图3 是零价铁反应箱示意图。
图中的1是输水管道、2是预处理池、3是10～40mm中格栅、4是循环池、5是污泥收集槽、6是循环溶气泵、7是排泥管、8是排泥泵、9是零价铁生物滤池、10是布水区、11是生物填料（碎石，卵石、炉渣或者焦炭中的一种）、12是卵石承托层、13是回流管道、14是零价铁反应箱、15是沸石填料、16是溢流板、17是排水管道、18是φ15的钢筋骨架、19是钢丝网面、20是零价铁填料（由海绵铁、铁刨花和废铁屑三种中的一种或者多种组合而成）、21是木屑（秸秆）、22是圆环挂钩。
具体实施方式
一种强化处理农村生活污水的循环零价铁生物滤池，其结构是在地下设置多个污水处置单元；通过输水管道系统将农村生活污水收集至污水处置单元内进行循环和强化处理，处理后的生活污水用作农业灌溉用水或者补充地下水或者直接排放进入河道；所述的污水处置单元包括：预处理池，循环池以及零价铁生物滤池三部分，各处理单元构筑物相互独立，彼此间通过管道进行连通；所述的零价铁生物滤池分为普通生物滤池和内置零价铁强化反应池两部分。
所述多个污水处置单元是通过全埋式或者半埋式在地下设置。
所述预处理池主要去除原污水中的悬浮物等能够堵塞滤料的污染物，并使水质均化；预处理池内置中格栅，拦截较大的生活垃圾和杂质。
所述循环池内置一台循环溶气泵，进行污水循环和富氧；仅通过一台泵耦合了集约和生态两种技术路线的各自优势，自如的应对农村地区复杂的排水情况，保证了出水水质的稳定；同时溶气泵自带富氧功能，为普通生物滤池提供了好氧条件；在循环池内靠近零价铁生物滤池的侧壁设置污泥收集槽和排泥管；污泥收集槽主要用于富集和浓缩经回流管排出的脱落以及老化的生物膜，同时上层的清液回流进入循环池；在循环池的侧壁靠近收集槽的底部设置排泥管，通过排泥泵排出浓缩后的污泥。
所述零价铁生物滤池，外形为近圆形，圆形的设计可以消除“死角”；最外层的墙体经过防渗处理；中间是普通生物滤料池，内层是零价铁反应池；零价铁生物滤池的进出水方式为“周进中出”，污水通过输水管道进入布水区，经过布水器均匀喷洒分别进入普通生物填料池和零价铁强化反应池；普通生物滤料池的构建为：上层设置工作层，工作层的填料可为当地易于获取的碎石、卵石、炉渣或者焦炭中的一种，粒径为25～40mm，工作层的厚度为1.5~1.8m；下层设置承托层，粒径为70~100mm质地坚硬的卵石，承托层的厚度为0.2m。普通生物滤料池中填料表面附着生长了大量微生物，形成生物膜系统，对污水中的污染物起到生物降解的作用；并且由于溶解氧在污染物的生物降解过程中不断被消耗，从上至下逐渐形成好氧区和缺氧区。内圈为零价铁强化反应池，底部也为0.2m厚度的承托层；承托层的底部中心设置回流管道，回流管道的另一端与循环池相连，将回流的污水和脱落的生物膜排入到污泥收集槽内，另外，回流管设置零价铁反应区之前的好处在于可以保证进入厌氧零价铁反应区NO3 -的浓度；承托层上部依次装填数量不等的可移动式零价铁反应箱，零价铁反应箱为圆柱形，以φ15的钢筋作为支撑骨架，其直径等于零价铁强化反应池的内径，高度约为30cm，零价铁反应箱设置为可开启式，并且在上表面中心的位置设置圆环挂钩，以便检查更换；零价铁反应箱内填料由海绵铁、铁刨花和废铁屑三种中的一种或者多种组合而成，同时外加10%体积的木屑或者秸秆。零价铁反应箱是整个系统的核心区，其对污水中的污染物起到强化去除的作用，特别是氮、磷；零价铁反应箱处于整个生物滤池的厌氧区，外加碳源，有利于反硝化微生物的生长，在零价铁反应箱内微生物附着在铁质载体上形成了零价铁/微生物耦合系统，强化了NO3 -的去除，同时生成的Fe3+/Fe2+有着良好的絮凝性能，强化了厌氧释放出来的磷的去除；零价铁反应箱上层铺设沸石吸附出水中的微污染物，保障了出水水质，同时也为下层的零价铁反应箱创造了厌氧环境；零价铁反应池的出水采用溢流的形式。
下面结合附图进一步描述本发明的技术解决方案：
如附图1，附图2和附图3所示，在农村分散用户污水产生处铺设输水管道1用以收集农村生活污水；采用全埋或者半埋式在地下依次挖设预处理池2，循环池4和零价铁生物滤池9；预处理池2内部设置10～40mm的中格栅3；预处理池3的一侧通过输水管道1与循环池4连通；在循环池4内靠近零价铁生物滤池9的侧壁设置污泥收集槽5和排泥管7；污泥收集槽5内浓缩后的污泥通过排泥泵8排出；循环池内置一台循环溶气泵6（自带富氧功能），通过输水管道将循环池内的污水提升至零价铁生物滤池9；零价铁生物滤池9分为最外层的墙体，中间层的普通生物滤料池和内层的零价铁反应池，普通生物滤料池和零价铁反应池之间是经过防渗处理的墙体；输水管道的污水经过布水区10均匀撒布至中间层的普通生物滤料池的生物填料11表面；填料层11的设计高度约为1.5～1.8m，填料粒径为25～40mm，所选填料（碎石，卵石、炉渣或者焦炭中的一种）质地应均匀一致，并且就地取材，便与加工和运输；填料层11下方铺设0.2m的卵石承托层12，卵石承托层12的填料粒径介于70～100mm；承托层12的底部中心设置回流管道13，回流管道的另一端与循环池4中的污泥收集槽5相连；内层的零价铁反应池的构建是通过装填5～6个高度约为0.3m的零价铁反应箱14，零价铁反应箱14为圆柱形，以φ15的钢筋作为支撑骨架18，以钢丝网面19作为外表面，钢丝网面的孔径略小于铁质填料的粒径；零价铁反应箱的圆面直径等于零价铁反应池的内径，零价铁反应箱14内填料由零价铁填料20（海绵铁、铁刨花和废铁屑三种中的一种或者多种组合而成）和外加10%体积的木屑（秸秆）21组成；零价铁反应箱设置为可开启式，并且在上表面中心的位置设置圆环挂钩22，便于提携和检查更换；零价铁反应箱14的上层铺设0.3m的沸石填料15，零价铁反应池的出水口设置溢流板16；溢流出水通过排水管道17进行回收利用或者直接排放。在构筑物的上方可以种植花草和树木，营造良好的生态环境。
一种强化处理农村生活污水的循环零价铁生物滤池，其处理污水的方法，包括如下步骤：
1）预处理池：农村散户排放的生活污水通过输水管道1进行收集并排入预处理池2，预处理池2内部设置10～40mm的中格栅3，用以拦截较大的生活垃圾和杂质；同时污水在预处理池内进行短暂停留，主要去除原污水中的悬浮物等能够堵塞滤料的污染物，并使水质均化；
2）循环池：经预处理池2均化后的污水，经过输水管道1进入循环池4；循环池4内置一台循环溶气泵6，进行污水循环和富氧，仅通过一台泵耦合了集约和生态两种技术路线的各自优势，自如的应对农村地区复杂的排水情况，保证了出水水质的稳定；同时溶气泵6自带富氧功能，为普通生物滤池提供好氧条件。在循环池近零价铁生物滤池9的侧壁设置污泥收集槽5，用于接受零价铁生物滤池的回流污水以及老化脱落的生物膜；浓缩后的生物膜通过排泥管7经由排泥泵8排出；
3）零价铁生物滤池：循环池4的污水通过溶气泵6输送至零价铁生物滤池的上布水区10，通过布水器均匀向生物填料11上表面撒布污水，生物滤料池填料表面附着大量微生物，形成生物膜系统，对污水中的污染物起到生物降解的作用；由于进入生物滤料池的是富氧污水，滤料上层附着的主要为好氧微生物，而在污染物的微生物降解过程中需要消耗水中的溶解氧，从上至下污水中溶解氧逐渐减少，形成了下层的缺氧区；经过生物滤池处理后的污水通过承托层12进入中间的厌氧零价铁反应箱14；好氧-缺氧-厌氧的条件，利于总氮的去除，厌氧区的零价铁和微生物形成零价铁/微生物耦合系统，强化了NO3 -的去除，同时生成的Fe3+/Fe2+有着良好的絮凝性能，强化了厌氧释放出来的磷的去除；在零价铁反应区的上层布设沸石层15，吸附出水中的微污染物，保障了出水水质；在承托层12的底部中心处设有回流管13，用于回流污水和脱落的生物膜，回流管设置零价铁反应区之前的好处在于可以保证进入厌氧零价铁反应区NO3 -的浓度。
Claims (7)
1.一种强化处理农村生活污水的循环零价铁生物滤池，其特征在于：在地下设置多个污水处置单元；通过输水管道系统将农村生活污水收集至污水处置单元内进行循环和强化处理，处理后的生活污水用作农业灌溉用水或者补充地下水或者直接排放进入河道；所述的污水处置单元包括：预处理池，循环池以及零价铁生物滤池三部分，三部分依次相接；各个污水处置单元构筑物相互独立，彼此间通过管道进行连通；所述的零价铁生物滤池分为普通生物滤池和内置零价铁强化反应池两部分。
2.根据权利要求1所述的一种强化处理农村生活污水的循环零价铁生物滤池，其特征在于所述的循环池内置一台循环溶气泵，进行污水循环和富氧；循环池靠近零价铁生物滤池的侧壁设置污泥收集槽和排泥管。
3.根据权利要求1所述的一种强化处理农村生活污水的循环零价铁生物滤池，其特征在于所述的零价铁生物滤池外形为近圆形，最外层为墙体，中间是普通生物滤料池，内圈为零价铁强化反应池，进出水方式为“周进中出”，污水顺次通过普通生物滤料池和零价铁强化反应池，并且在零价铁生物滤池的底部中心设置回流管道，回流管道的另一端与循环池相连，通入到污泥收集槽内。
4.根据权利要求3所述的一种强化处理农村生活污水的循环零价铁生物滤池，其特征在于所述的普通生物滤池上层为工作层，工作层的填料为当地易于获取的碎石、卵石、炉渣或者焦炭中的一种，粒径为25～40mm，厚度为1.5~1.8m；下层为承托层，粒径为70~100mm的坚硬的碎石或者卵石，厚度为0.2m。
5.根据权利要求3所述的一种强化处理农村生活污水的循环零价铁生物滤池，其特征在于所述的零价铁强化反应池内装填数量不等的可移动式零价铁反应箱；零价铁反应箱为圆柱形，以φ15的钢筋作为其支撑骨架，其直径等于零价铁强化反应池的内径，高度为约30cm；零价铁反应箱设置为可开启式，并且在上表面中心处设置圆环挂钩，便于检查更换；零价铁反应箱上层铺设沸石；零价铁强化反应池的侧壁经过防渗处理。
6.根据权利要求5所述的一种强化处理农村生活污水的循环零价铁生物滤池，其特征在于所述的零价铁反应箱内填料由海绵铁、铁刨花和废铁屑三种中的一种或者多种组合而成，同时按照一定比例外加木屑或者秸秆。
7.根据权利要求1所述的一种强化处理农村生活污水的循环零价铁生物滤池，其特征在于处理污水包括如下步骤：
1）预处理池：农村生活污水由管网收集排入预处理池，去除原污水中的悬浮物等能够堵塞滤料的污染物，并使水质均化；
2）循环池：内置一台循环溶气泵，进行污水循环和富氧，仅通过一台泵耦合了集约和生态两种技术路线的各自优势，自如的应对农村地区复杂的排水情况，保证了出水水质的稳定；同时溶气泵自带富氧功能，为普通生物滤池提供好氧条件；在循环池近零价铁生物滤池的侧壁设置污泥收集槽，用于接受零价铁生物滤池的回流污水以及老化脱落的生物膜，并进行脱落生物膜的富集浓缩；在循环池的侧壁靠收集槽的底部设置排泥管，排出浓缩后的污泥；
3）零价铁生物滤池：循环池的污水通过溶气泵输送至普通生物滤池的上部，通过布水器均匀向滤料表面撒布污水，生物滤料池填料表面附着大量微生物，形成生物膜系统，对污水中的污染物起到生物降解的作用；由于进入生物滤料池的是富氧污水，滤料上层附着的主要为好氧微生物，而在污染物的微生物降解过程中需要消耗水中的溶解氧，从上至下污水中溶解氧逐渐减少，形成了下层的缺氧区；经过生物滤池处理后的污水通过承托层进入中间的厌氧零价铁反应区；好氧-缺氧-厌氧的条件，利于总氮的去除，厌氧区的零价铁和微生物形成零价铁/微生物耦合系统，强化了NO3 -的去除，同时生成的Fe3+/Fe2+有着良好的絮凝性能，强化了厌氧释放出来的磷的去除；在零价铁反应区的上层布设沸石层，吸附出水中的微污染物，保障了出水水质；在零价铁生物滤池的底部设有回流管，用于回流污水和脱落的生物膜，回流管设置在零价铁反应区之前的好处在于可以保证进入厌氧零价铁反应区NO3 -的浓度。
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