CN109354182A - 一种家庭污水处理及中水回用生态装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种家庭污水处理及中水回用生态装置，包括保温集水装置、厌氧塘和生态塘三部分组成；该装置中厌氧塘和生态塘呈“回”字形嵌套分布，不仅节省了空间，还提高了空间使用效率；本装置巧妙的利用了降雨的重力作用实现了透水墙的反方向清洗，解决了透水墙容易堵塞的问题；本装置的温室保温功能可以显著提高厌氧塘的污水处理效率保证冬天正常运行，本装置的温室保温功能和物理屏障功能可以扩大生态塘的备选物种库，使生态塘可以使用生长迅速、耐污染、低氧但是不耐低温的外来植物，保证生态塘冬季高效运行，同时避免外来物种扩散风险。本项装置专门为分散农户设计，将农户生活生产污染实现零排放。
Description
技术领域:
本发明涉及水处理生态装置，具体设计用于农村家庭生活污水和分散养殖废水及雨水收集处理的生态装置，该生态装置适用于半湿润，干旱地区，暖温带地区，丘陵或山地地区，也适用于平原地区无法并网的农村分散式庭院。
背景技术
随着我国农村经济的不断发展和农民生活水平的提高，农村生活污水人均排放量逐年增加；由于农村居民居住相对分散，污水管网难以覆盖所有农村家庭，特别是一些丘陵和山地地区；大量污水处理设施闲置浪费，现实状况是生活污水直接排放仍旧普遍，严重影响农村的生活环境，污水的排放还导致河流营养负荷增加，湖泊富营养化。
目前，农村污水的处理工艺和技术大多集中在村庄生活生产污水集中处理(专利号CN 104926038 B)，其缺点如上所述：一是难以覆盖所有农户，二是由于缺乏资金难以有效运营。分散性以家庭为处理单位的技术较少，主要是一些污水井和化粪池工艺。污水井虽然管理简单，成本造价低，但是长期使用会引起地下水的污染；化粪池缺点是常有异味排出，不仅清渣复杂，而且影响美观。
另一方面，美丽乡村建设涉及到新农村景观绿化，加大了用水需求，在水资源相对短缺的北方地区，中水回用技术应用也越来越广泛，和污水处理技术相似，中水回用技术也主要集中在村镇集中处理，涉及到单个农村家庭的中水回用技术相对匮乏。
发明内容
本发明的目的在于提供了一种以单个农村家庭为单位的生活污水和分散养殖废水的处理装置，将污水处理和中水回用技术结合起来，解决居住分散农户生活生产污水排放无法并网的难题；解决了我国水资源短缺地区农村家庭景观绿化用水的需求；同时又解决了异味排放的难题，同时兼顾了景观生态功能；和村庄集中污水生态塘项目，规模小，方便管理，操作简单，省时省力。通过本项技术的实施，单个农村家庭不仅可以实现生活和养殖废水的零排放，还为农村家庭景观绿化提供了水源。该项技术在未来的新农村建设和美丽乡村建设中据用广阔的应用前景。
为了克服现有技术的不足，本发明的技术方案是：
一种家庭污水处理及中水回用生态装置，包括集雨装置、厌氧塘区和生态塘区，所述生态塘区被透水低内墙分隔为两端的浅水区和位于中部的深水区，所述厌氧塘区设于生态塘区外层，通过不透水墙与浅水区和深水区两侧物理隔离，所述厌氧塘区还通过透水高内墙与浅水区连通，透水高内墙用于过滤厌氧塘区内的污水或养殖废水，厌氧塘区外侧设有不透水***墙，污水或养殖废水从不透水墙所正对的不透水***墙进入厌氧塘区；沙土层填充于厌氧塘区和生态塘区的底部，厌氧塘区的沙土层上部还布置有有机填料层，有机填料层悬浮于厌氧塘区内的污水或养殖废水表面，生态塘区内配置有螺类、小型漂浮植物、挺水植物、底栖鱼类；集雨装置包括玻璃温室和集雨管，集雨管用于将玻璃温室收集雨水汇集引流至浅水区底部反向冲洗透水高内墙，玻璃温室覆盖厌氧塘区上方还用于为厌氧塘区和生态塘区保温。
上述一种家庭污水处理及中水回用生态装置，优选地，所述生态塘区、厌氧塘区的俯视截面为矩形，透水低内墙平行于不透水墙修建，用于将生态塘区分隔成两侧的浅水区和中间的深水区，不透水***墙、内围墙、透水低内墙的高度依次降低，透水低内墙用于减缓浅水区和深水区液体介质的自由交换。
上述一种家庭污水处理及中水回用生态装置，优选地，填充于所述浅水区的沙土层厚于填充于所述深水区和所述厌氧塘区的沙土层。
上述一种家庭污水处理及中水回用生态装置，优选地，所述深水区内均匀植入若干木桩，用于放殖螺类和小型漂浮植物，螺类选用耐污染和低氧的环棱螺，小型漂浮植物包括浮萍和满江红。
上述一种家庭污水处理及中水回用生态装置，优选地，所述沙土层深0.1～0.2m，所述有机填料层厚0.1～0.2m，有机填料层为菌棒、玉米芯、稻草或小麦秸秆中的一种或多种的混合物。
上述一种家庭污水处理及中水回用生态装置，优选地，所述集雨管底部低于生态塘区的浅水区和深水区之间的透水低内墙，集雨管出口朝向厌氧塘，集雨管内设置有应力开关，待集雨管内雨水达到阈值500mm，应力开关才打开。
上述一种家庭污水处理及中水回用生态装置，优选地，所述不透水墙长度为透水高内墙的2～3倍，用于延长了污水和有机残渣在厌氧塘区的滞留时间。
上述一种家庭污水处理及中水回用生态装置，优选地，所述挺水植物包括粉绿狐尾藻、空心莲子菜和黄花水龙，底栖鱼类包括耐污染和低氧的泥鳅和清道夫鱼。
上述一种家庭污水处理及中水回用生态装置，优选地，污水或养殖废水从不透水墙所正对的不透水***墙上部进入厌氧塘区。
上述一种家庭污水处理及中水回用生态装置，优选地，所述厌氧塘区和生态塘区均在不透水地基上修建。
本发明的构思在于：生活污水或养殖废水和有机残渣通过输水管进入厌氧塘区，在厌氧塘区内经过过滤、吸附、沉降、分解、矿化，滤液穿过透水墙到达生态塘区；生态塘区由两边的浅水区和中间的深水区组成，滤液先经过浅水区净化后最后到达深水区；无降雨事件发生时，废水或有机残渣依次经输水管、厌氧塘区、外透水墙、生态塘区的浅水区、内透水墙到达生态塘区的深水区；保温集雨装置由玻璃温室和集雨管组成，降雨事件发生时，雨水通过雨水收集管流到生态塘区的浅水区，经过外透水墙然后到厌氧塘区和生态塘区，反向冲刷外透水墙。
厌氧塘区和生态塘区形态成“回”字型结构，厌氧塘区在***，生态塘区位于中心，厌氧塘区环绕在生态塘区周围；厌氧塘区和生态塘区的总体平面布局呈长方形，长约为宽的2-3倍；污水或有机残渣由厌氧塘区的两长边入口同时进入厌氧塘区，但是厌氧塘区的长边内墙不透水，而短边内墙透水，因此延长了污水和有机残渣的滞留时间。
厌氧塘区底部填充沙土基质，沙土就近获得，基质深0.1-0.2m；沙土上部填充有机填料，厚度0.1-0.2m，有机填料包括菌棒、玉米芯、稻草或者小麦秸秆等；污水或有机残渣在厌氧塘内经过过滤、吸附、沉降、分解、矿化等过程，部分转化为溶解性无机盐或可溶性有机物(DOM)。
浅水区填充厚于深水区；浅水区和深水区由透水墙透水低内墙隔开，透水墙低于生态塘区外墙，但是高于浅水区基质，减缓浅水区和深水区水体的自由交换。
生态塘区的浅水区种植挺水植物，其植物品种包括粉绿狐尾藻、空心莲子菜和黄花水龙等；这些植物自由搭配组合使用，充分利用它们不同的物候期；待选植物品种起源于热带、亚热带地区，生长迅速，对氨氮具有高耐受性。
生态塘区地深水区种植小型漂浮植物，其植物品种包括浮萍和满江红等；这些植物也自由搭配组合使用，充分利用它们不同的物候期；深水区放养一些螺类，主要是耐污染和低氧的环棱螺；深水区放养一些鱼类，主要是耐污染和低氧的泥鳅和清道夫鱼；深水区布设细木桩，为螺类附着提供载体。
生态塘区水位维持一定幅度，当水位高于透水低内墙，根据需要抽取浇灌景观绿化植物。
厌氧塘区每年更换一次有机填料和沙土基质。
本发明地家庭污水处理及中水回用生态装置家庭人均面积2-4m2。
生态塘区植物根据生物量大小定期打捞。
本发明和现有技术相比，主要有以下几点优势：
1.本装置是针对分散农村家庭研发的，解决了一些不能并网的农村家庭污水处理的问题，实现了分散农户家庭生活养殖废水零排放。
2.本装置将污水处理、集水***和中水回用技术结合在一起，不仅解决了污水处理问题，还提供了景观绿化水源，节约了“上水”资源。
3.本装置的主要目的是降低家庭生活污水和养殖废水中氨氮的含量，从而降低污水和废水对植物的毒害作用，使产生的中水可以直接用于园林浇灌，并为园林植物提供养分。
4.本装置立体三维布局，和传统平面布局项目相比节省了空间。
5.本装置厌氧塘区和生态塘区呈“回”字形嵌套，厌氧塘区在外包裹生态塘区，与传统串联式布局项目，提高了空间利用效率。
6.本装置厌氧塘和生态塘连接通过透水墙进行，节省了空间。
7.通过雨水收集形成的脉冲力反冲洗厌氧塘区和生态塘区之间的透水墙，防止其堵塞。
8.本装置厌氧塘区中加入了有机填料，这些填料主要来自于农业生产后的秸秆、稻草、玉米芯和菌棒等，取材方便，这些填料不仅具有除臭功能，还为微生物代谢提供碳源。
9.本装置中温室提高了厌氧塘区，促进了厌氧塘区的效率，同时解决了北方地区厌氧塘区效率低下的问题。
10.本装置中生态塘区中选取的植物(如粉绿狐尾藻和空心莲子草)和动物(如清道夫鱼和环棱螺)均耐污染和低氧，生长迅速，但是这些生物大多起源于热带或亚热带地区，不耐低温，本项装置中的温室提高了生态塘区的温度，正好解决了这个矛盾，使得该装置可以在北方地区冬季使用，解决了北方地区生态塘效率低下的问题。
11.本装置是一个相对封闭的***，使得生态塘区生物的备选库增加，可以选用一些代谢效率高的外来生物(如空心莲子草和清道夫鱼类)，同时限制其扩散风险。
12.本装置除了抽水利用外不需要提供能源，管理维护方便，成本低廉。
附图说明
图1是本发明装置横向剖面结构示意图。
图2是本发明装置纵向剖面结构示意图。
图3是本发明装置平面结构示意图。
图中：1-厌氧塘区，2-生态塘区；11-玻璃温室，12-集雨管，3-不透水***墙，4-有机填料层，5-透水高内墙，6-不透水内墙，7-透水低内墙，8-木桩，9-沙土基质，10不透水地基；21-浅水区；22-深水区；24-小型漂浮植物，26-螺类，23-挺水植物，25-底栖鱼类，27-应力开关。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的内容作进一步的详细说明。
实施例1
一种家庭污水处理及中水回用方法，包括以下步骤：将生活污水或养殖废水和有机残渣通过输水管送入环状的厌氧塘区1，在厌氧塘区内经过有机填料层4过滤、吸附、沉降、分解、矿化形成滤液，无降雨事件发生时，滤液穿过位于厌氧塘区内侧两端面的透水高内墙5到达生态塘区2，滤液在生态塘区2内先经过浅水区21净化后，再经浅水区21和深水区22的之间的透水低内墙7过滤最后到达深水区22；有降雨事件发生时，雨水通过玻璃温室11和集雨管12收集汇流到生态塘区侧的透水高内墙5底部，反向冲刷透水高内墙5流入厌氧塘区1。
实施例2
一种家庭污水处理及中水回用生态装置，包括修建在不透水地基上的内围墙、不透水***墙3和设置在内围墙内的透水低内墙7，所述不透水***墙3两个相对的墙面上部分别居中设置有进水口13，内围墙围合成生态塘区2，不透水***墙3与内围墙之间围隔成环状厌氧塘区1，沙土层9填充于厌氧塘区1和生态塘区2的底部，厌氧塘区1的沙土层上部还布置有有机填料层4，生态塘区内配置有螺类26、小型漂浮植物24、挺水植物23、底栖鱼类25；所述内围墙包括互相相对的两面透水高内墙5和两面不透水墙6，厌氧塘区1与生态塘区2通过透水高内墙5交换液体介质，不透水墙6正对进水口13进水方向布置，生活污水和养殖废水分别通过进水口输入厌氧塘区，使有机填料层4上浮于进水口13与沙土层9上部液体介质之间；玻璃温室11修建在不透水***墙3上面，集雨管12从玻璃温室11顶部延伸至两个透水低内墙7内侧，用于导引玻璃温室11顶部汇集的雨水。
透水低内墙7平行于不透水墙6修建，用于将生态塘区2分隔成两侧的浅水区21和中间的深水区22，不透水***墙、内围墙、透水低内墙7的高度依次降低，透水低内墙7用于减缓浅水区和深水区液体介质的自由交换。
填充于浅水区21的沙土层厚于填充于深水区和厌氧塘区的沙土层。
深水区内均匀植入若干木桩8，用于放殖螺类26和小型漂浮植物24，螺类选用耐污染和低氧的环棱螺，小型漂浮植物包括浮萍和满江红。
沙土层深0.1～0.2m，有机填料层厚0.1～0.2m，有机填料层为菌棒、玉米芯、稻草或小麦秸秆中的一种或多种的混合物。
集雨管12底部低于生态塘区浅水区和深水区之间的透水低内墙7，集雨管出口朝向厌氧塘，集雨管12内设置有应力开关27，待集雨管内雨水达到阈值500mm，应力开关才打开，应力开关可选用泄压阀。
不透水墙6长度为透水高内墙5的2～3倍，用于延长了污水和有机残渣在厌氧塘区1的滞留时间。
挺水植物包括粉绿狐尾藻、空心莲子菜和黄花水龙，底栖鱼类包括耐污染和低氧的泥鳅和清道夫鱼。
实施例3
本具体实施方案以一个5口农村家庭为例，该装置占地面积12.5m2(5×2.5m)。
首先挖基坑12.5m2(5m长,2.5m宽)×2.7m(深度),在基坑底部建0.2m厚不透水地基10，然后沿不透水地基10外缘修建3m(高度)×(18cm厚度)的不透水***墙3，使不透水***墙3高出地平面0.5m。在不透水***墙3两个相对的墙面上部居中设置高0.3米高0.5m宽的进水口，使进水口上边高度距离地平面0.2米，一个进水口连通生活污水，另一个进水口连通养殖废水。
在不透水***墙3内修建内围墙，包括相对修建的两面透水高内墙5和两面不透水墙6，使不透水墙6垂直于进水口进水方向，透水高内墙5平行于进水口进水方向。内围墙高度2.5米，厚12cm，顶部与地平面持平。
不透水***墙3与内围墙之间围隔成环状厌氧塘1，呈“回”字型，不透水***墙3和不透水内墙6间隔50cm，不透水***墙3和透水高内墙5间隔70cm；厌氧塘底部填充20cm厚的沙土层，在沙土上方添加20cm厚度的有机填料层4，有机填料层4为玉米芯和菌棒组成的混合物，当污水和有机残渣流到厌氧塘中后，有机填料层用于吸收臭味，有机填料层漂浮或悬浮在废水的表面，将进水口与厌氧塘分隔开。
内围墙内侧为生态塘2，长宽高分别为3m、0.9m、2.5m；生态塘内间隔设有两面透水低内墙7，将生态塘平均分成两个浅水区21和一个深水区22，浅水区靠近透水高内墙5，深水区位于两个浅水区之间，透水低内墙7高1.5米，厚12cm，每个区长92cm，宽90cm；浅水区填充沙土1m厚度，深水区填充沙土0.5m厚度；深水区内均匀***木桩8一共16只(直径2cm，高1.5m)。
玻璃温室11修建在不透水***墙3上面，高2.5m，顶部距离地平面2.5m，使顶部形成深0.5米的凹槽集水区；两条集雨管12(长3.8m)分别延伸至两个透水低内墙7内侧，距透水低内墙10cm；集雨管12内部装有应力开关。所述的应力开关起限压作用，可以选用泄压阀。
生态塘浅水区21内种植挺水植物23(粉绿狐尾藻和空心莲子草(各20株/m2))，粉绿狐尾藻主要在相对低温条件下(冬、春)占优势，而空心莲子草在相对高温(夏、秋)条件下占优势。
生态塘深水区22种植小型漂浮植物24(浮萍和满江红(等面积铺满水面))，浮萍在相对高温(夏、秋)条件下占优势，满江红主要在相对低温条件下(冬、春)占优势。
生态塘放殖底栖鱼类25，其中包括泥鳅1kg(规格5-10cm长)，清道夫鱼3条(规格10cm长)；还放殖螺类26铜锈螺一共0.5kg(规格0.5-1cm直径)。
厌氧塘每年清淤一次，更换沙土层9和有机填料层4。
当生态塘水位高于透水低内墙7时，抽水浇灌园林植物。
2017年，本生态装置在丹江口市某农村家庭建成，夏秋季处理水量1-2立方每天，进水口COD为350-450mg/L，TN为60-80mg/L，氨氮为50-70mg/L,TP为5-10mg/L；
生态塘浅水区水质：COD为100-200mg/L，TN为30-50mg/L，氨氮20-40mg/L,TP为3-8mg/L；
生态塘深水区水质:COD为30-40mg/L，TN为10-13mg/L，氨氮为5-6mg/L,TP为2-3mg/L；
冬春季处理水量0.8-1.5立方每天，进水口COD为400-500mg/L，TN为70-80mg/L，氨氮为60-70mg/L,TP为6-10mg/L；
生态塘浅水区低温维持在5摄氏度以上,水质：COD为100-150mg/L，TN为30-60mg/L，氨氮为20-40mg/L,TP为3-8mg/L；
生态塘深水区低温维持在5摄氏度以上,水质：COD为30-50mg/L，TN为10-15mg/L，氨氮为5-7mg/L,TP为2-4mg/L。
本发明污水处理效果相对于专利号CN 104926038B有所提高，特别是在冬春季节，各污染物去除率如下表：
表1
| 去除率 | COD | TN | 氨氮 | TP |
| 本发明 | 90～92.5％ | 81.25～85.75％ | 90～91.66％ | 60～66.6％ |
| CN 104926038 B | 85％ | 73％ | 32％ |
其中COD去除率超过90％，TN去除率超过80％，TP去除率超过50％。除此之外，本发明氨氮去除率超过90％，本发明降低了农村家庭生活污水和废水的氨氮含量，降低毒害作用，最大限度实现废水的资源化利用。
Claims (10)
1.一种家庭污水处理及中水回用生态装置，包括集雨装置、厌氧塘区和生态塘区，其特征在于，所述生态塘区被透水低内墙分隔为两端的浅水区和位于中部的深水区，所述厌氧塘区设于生态塘区外层，通过不透水墙与浅水区和深水区两侧物理隔离，所述厌氧塘区还通过透水高内墙与浅水区连通，透水高内墙用于过滤厌氧塘区内的污水或养殖废水，厌氧塘区外侧设有不透水***墙，污水或养殖废水从不透水墙所正对的不透水***墙进入厌氧塘区；沙土层填充于厌氧塘区和生态塘区的底部，厌氧塘区的沙土层上部还布置有有机填料层，有机填料层悬浮于厌氧塘区内的污水或养殖废水表面，生态塘区内配置有螺类、小型漂浮植物、挺水植物、底栖鱼类；集雨装置包括玻璃温室和集雨管，集雨管用于将玻璃温室收集雨水汇集引流至浅水区底部反向冲洗透水高内墙，玻璃温室覆盖厌氧塘区上方还用于为厌氧塘区和生态塘区保温。
2.根据权利1所述的家庭污水处理及中水回用生态装置，其特征在于，所述生态塘区、厌氧塘区的俯视截面为矩形，透水低内墙平行于不透水墙修建，用于将生态塘区分隔成两侧的浅水区和中间的深水区，不透水***墙、内围墙、透水低内墙的高度依次降低，透水低内墙用于减缓浅水区和深水区液体介质的自由交换。
3.根据权利1所述的家庭污水处理及中水回用生态装置，其特征在于，填充于所述浅水区的沙土层厚于填充于所述深水区和所述厌氧塘区的沙土层。
4.根据权利1所述的家庭污水处理及中水回用生态装置，其特征在于，所述深水区内均匀植入若干木桩，用于放殖螺类和小型漂浮植物，螺类选用耐污染和低氧的环棱螺，小型漂浮植物包括浮萍和满江红。
5.根据权利1所述的家庭污水处理及中水回用生态装置，其特征在于，所述沙土层深0.1～0.2m，所述有机填料层厚0.1～0.2m，有机填料层为菌棒、玉米芯、稻草或小麦秸秆中的一种或多种的混合物。
6.根据权利1所述的家庭污水处理及中水回用生态装置，其特征在于，所述集雨管底部低于生态塘区的浅水区和深水区之间的透水低内墙，集雨管出口朝向厌氧塘，集雨管内设置有应力开关，待集雨管内雨水达到阈值500mm，应力开关才打开。
7.根据权利1所述的家庭污水处理及中水回用生态装置，其特征在于，所述不透水墙长度为透水高内墙的2～3倍，用于延长了污水和有机残渣在厌氧塘区的滞留时间。
8.根据权利1所述的家庭污水处理及中水回用生态装置，其特征在于，所述挺水植物包括粉绿狐尾藻、空心莲子菜和黄花水龙，底栖鱼类包括耐污染和低氧的泥鳅和清道夫鱼。
9.根据权利1所述的家庭污水处理及中水回用生态装置，其特征在于，污水或养殖废水从不透水墙所正对的不透水***墙上部进入厌氧塘区。
10.根据权利1所述的家庭污水处理及中水回用生态装置，其特征在于，所述厌氧塘区和生态塘区均在不透水地基上修建。
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