申请日2017.04.24
公开(公告)日2017.09.08
IPC分类号C02F3/32; C02F3/00; A01G31/02
摘要
一种农村生活污水中氮磷资源化安全利用装置及其应用，属于环境工程污水处理技术领域。所述装置从左到右依次包括生物滤池、前置潜流人工湿地、水培蔬菜系统和后置潜流人工湿地，所述生物滤池的底端左侧设有生活污水进水口，所述前置潜流人工湿地从上到下依次包括植物、细砂层、粗砂层和砾石层;所述水培蔬菜系统包括水培床、水生植物和定植板;所述后置潜流人工湿地从上到下依次设有蔬菜或景观植物、土壤层、细砂层、粗砂层和砾石与破碎加气混凝土砌块混合层，底端设有排水口。本发明将生物滤出技术、潜流人工湿地技术与水培蔬菜种植技术有机结合，在保证出水达标排放的同时对污水中氮磷等营养元素有效利用，大量产出水芹菜和空心菜。
权利要求书
1.一种农村生活污水中氮磷资源化安全利用装置，其特征在于，所述装置从左到右依次包括生物滤池(1)、前置潜流人工湿地(2)、水培蔬菜系统(3)和后置潜流人工湿地(4)，所述生物滤池(1)的底端一侧设有生活污水进水口(5)，所述生物滤池(1)的底端另一侧与所述前置潜流人工湿地(2)的底端相接，所述前置潜流人工湿地(2)从上到下依次包括植物(9)、细砂层(6)、粗砂层(7)和砾石层(8);所述水培蔬菜系统(3)的顶端一侧与前置潜流人工湿地(2)的顶端相接，所述水培蔬菜系统(3)包括水培床(12)、水生植物(10)和定植板(11)，所述定植板(11)设于水培床(12)顶端，水生植物(10)的根部穿过定植板(11)进入水培床(12);所述后置潜流人工湿地(4)的顶端与水培蔬菜系统(3)的顶端另一侧相接，所述后置潜流人工湿地(4)从上到下依次设有蔬菜或景观植物(15)、土壤层(13)、细砂层(6)、粗砂层(7)和砾石与破碎加气混凝土砌块混合层(14)，所述后置潜流人工湿地(4)还设有排水口(16)，所述排水口(16)设于砾石与破碎加气混凝土砌块混合层(14)的底端、后置潜流人工湿地(4)的右侧。
2.根据权利要求1所述的一种农村生活污水中氮磷资源化安全利用装置，其特征在于，所述细砂层(6)的厚度为15~20 cm，细砂粒径为2~4 mm;所述粗砂层(7)的厚度为15~20 cm，粒径为4~8 mm;砾石层(8)的厚度为20~25 cm，粒径为8~12 mm。
3.根据权利要求1所述的一种农村生活污水中氮磷资源化安全利用装置，其特征在于，所述植物(9)为西伯利亚鸢尾、美人蕉、凤眼莲和茭白中的一种或者多种。
4.根据权利要求1所述的一种农村生活污水中氮磷资源化安全利用装置，其特征在于，所述水培蔬菜系统(3)中水培床(12)的有效水深为10~15 cm，超高为5~10 cm，不填充任何基质。
5.根据权利要求1所述的一种农村生活污水中氮磷资源化安全利用装置，其特征在于，所述水生植物(10)按季节区分，夏秋季4月~10月种植空心菜，春冬季11、12月及1、2、3月种植水芹，种植密度为100~150株/m2，每次收割所述水生植物(10)种植面积的1/4。
6.根据权利要求1所述的一种农村生活污水中氮磷资源化安全利用装置，其特征在于，所述土壤层(13)的厚度为15~20 cm;砾石与破碎加气混凝土砌块混合层(14)的厚度为15~20 cm，粒径为8~16 mm。
7.基于权利要求1所述的装置在农村生活污水中氮磷资源化安全利用中的应用。
8.根据权利要求7所述农村生活污水中氮磷资源化安全利用装置的应用，其特征在于，所述应用包括以下步骤：
步骤一.农村生活污水经管网收集后，分周期进入生物滤池(1)进行预处理，布水周期为20~25 min，布水时间为3.5~4.5min，水力负荷为6~7.2 m3/(m2·d);
步骤二.预处理后的尾水从底端流入前置潜流人工湿地(2)，水力停留时间为40~48 h;
步骤三.前置潜流人工湿地(2)顶端的出水流入水培蔬菜系统(3)，水力停留时间为10~15h;
步骤四.水培蔬菜系统(3)的出水流入所述后置潜流人工湿地(4)的顶端进行再次净化，水力停留时间为40~48h后从所述后置潜流人工湿地(4)底端的出水口(16)流出。
9.根据权利要求8所述的农村生活污水中氮磷资源化安全利用装置的应用，其特征在于，所述步骤一中布水周期为20 min，布水时间为4 min，水力负荷为6.6 m3/(m2·d)。
10.根据权利要求8所述的农村生活污水中氮磷资源化安全利用装置的应用，其特征在于，所述步骤二中水力停留时间为40 h;所述步骤三中水力停留时间为12 h;所述步骤四水力停留时间为40 h。
说明书
农村生活污水中氮磷资源化安全利用装置及其应用
技术领域
本发明属于环境工程污水处理技术领域，具体涉及一种农村生活污水中氮磷资源化安全利用装置及其应用。
背景技术
目前，我国城镇生活污水的污染已基本得到控制，但随着人民生活水平的提高及城乡一体化的发展，农村地区的水污染情况越来越严重。同时，由于我国农村传统上对水污染治理的认知度较低，长期形成的排水习惯及治理经费不足、配套管网建设缺失、运行管理水平相对较低等原因，使得农村生活污水治理难度很大，大量未经处理的农村生活污水随意排放，成为我国河流、湖泊的主要污染源之一，如太湖地区主要入湖污染物中，25.1%的氮、60%的磷源于农村生活污水。生活污水的排放破坏了农村生态环境，阻碍了农村经济社会的持续发展，因此迫切需要对农村生活污水进行处理。
另一方面，经生物处理后的农村生活污水尾水中氮磷浓度仍然较高，如江浙地区TN浓度为10~30 mg/L，TP浓度为2~5 mg/L，尾水直接排入水体，仍将污染水体。每年经污水排放而流失的大量氮磷是农业生产所必须的营养物质，因此应进行农村生活污水的资源化利用，以促进农村污水的可持续治理。
此外，由于生活污水中可能含有残留的抗生素等药品及其降解中间产物、微量消毒副产物、化妆品等有害微量有机污染物，甚至在排水过程中可能受到重金属等污染，如将生活污水，或经生物处理后的生活污水直接用于蔬菜灌溉，水中的微量有机污染物、重金属等将在蔬菜内富集，从而导致蔬菜质量不符合相关标准。因此，在对农村污水进行资源化利用的过程中，应采用合理的利用方式，预先去除污水中可能存在的微量有机物、重金属等污染物，实现污水中氮磷资源的安全利用。
发明内容
解决的技术问题：针对上述因污水排放而造成大量氮磷元素流失的现象，本发明提供一种农村生活污水中氮磷资源化安全利用装置及其应用，能够在实现污水有效净化的同时实现氮磷的资源化利用，并获得一定的经济收益。
技术方案：一种农村生活污水中氮磷资源化安全利用装置，所述装置从左到右依次包括生物滤池、前置潜流人工湿地、水培蔬菜系统和后置潜流人工湿地，所述生物滤池的底端一侧设有生活污水进水口，所述生物滤池的底端另一侧与所述前置潜流人工湿地的底端相接，所述前置潜流人工湿地从上到下依次包括植物、细砂层、粗砂层和砾石层;所述水培蔬菜系统的顶端一侧与前置潜流人工湿地的顶端相接，所述水培蔬菜系统包括水培床、水生植物和定植板，所述定植板设于水培床顶端，水生植物的根部穿过定植板进入水培床;所述后置潜流人工湿地的顶端与水培蔬菜系统的顶端另一侧相接，所述后置潜流人工湿地从上到下依次设有蔬菜或景观植物、土壤层、细砂层、粗砂层和砾石与破碎加气混凝土砌块混合层，所述后置潜流人工湿地还设有排水口，所述排水口设于砾石与破碎加气混凝土砌块混合层的底端、后置潜流人工湿地的右侧。
作为优选，所述细砂层的厚度为15~20 cm，细砂粒径为2~4 mm;所述粗砂层的厚度为15~20 cm，粒径为4~8 mm;砾石层的厚度为20~25 cm，粒径为8~12 mm。
作为优选，所述植物为西伯利亚鸢尾、美人蕉、凤眼莲和茭白中的一种或者多种。
作为优选，所述水培蔬菜系统中水培床的有效水深为10~15 cm，超高(池壁高与水面高的差值)为5~10 cm，不填充任何基质。
作为优选，所述水生植物按季节区分，夏秋季4月~10月种植空心菜，春冬季11、12月及1、2、3月种植水芹，种植密度为100~150株/m2，每次收割所述水生植物种植面积的1/4。
作为优选，所述土壤层的厚度为15~20 cm;砾石与破碎加气混凝土砌块混合层的厚度为15~20 cm，粒径为8~16 mm。
基于所述装置在农村生活污水中氮磷资源化安全利用中的应用。
进一步的，所述应用包括以下步骤：
步骤一.农村生活污水经管网收集后，分周期进入生物滤池进行预处理，布水周期为20~25 min，布水时间为3.5~4.5min，水力负荷为6~7.2 m3/(m2·d);
步骤二.预处理后的尾水从底端流入前置潜流人工湿地，水力停留时间为40~48 h;
步骤三.前置潜流人工湿地顶端的出水流入水培蔬菜系统，水力停留时间为10~15 h;
步骤四.水培蔬菜系统的出水流入所述后置潜流人工湿地的顶端进行再次净化，水力停留时间为40~48 h后从所述后置潜流人工湿地底端的出水口流出。
作为优选，所述步骤一中布水周期为20 min，布水时间为4 min，水力负荷为6.6m3/(m2·d)。
作为优选，所述步骤二中水力停留时间为40 h;所述步骤三中水力停留时间为12h;所述步骤四水力停留时间为40 h。
有益效果：与现有技术相比，本发明所提供的农村生活污水中氮磷资源化安全利用装置及其应用，将生物滤池技术、人工湿地技术与水培蔬菜系统技术有机结合，各单元功能分区明确，运行稳定可靠，具体效果如下：
1、具有较高的脱氮除磷效率;
2、建设成本和运行成本低，易于维护;
3、将污水治理和农业生产有机结合，不仅实现了污水的有效净化，而且实现了污水中的氮磷资源化利用;
4、在保证出水达到一级A标准的同时，大量产出无毒无害的水芹菜和空心菜，不仅有效利用了污水中的氮磷等营养元素，并且带来了可观的经济效益。
