一种单个农户杂排水的生态处理系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种针对单个农户杂排水的生态处理系统与方法，属于环境工程技术领域。
【背景技术】
[0002]根据农村生活污水的特点和农村地区的经济技术水平，农村生活污水的处理应采用高效低成本的处理工艺。由于农村地区面积广大，生活污水本身主要含有氮、磷等物质，较少含有其他复杂、有毒物质，因此土地处理及生态污水处理技术在农村地区有广阔的应用前景。污水生态处理技术是以土地处理方法为基础，是污水土地处理系统的进一步发展与改良。该技术是指运用生态学原理、采用工程学手段把污水有效配置到土地上，利用土壤一植物一微生物的物理、化学、生物学作用对污水中可降解污染物进行净化处理。污水生态处理以土壤介质的净化作用为核心，在技术上特别强调在污水污染成分处理过程中植物一微生物共存体系与处理环境或介质的相互关系，特别注意对生态因子的优化与调控。目前，研究较为深入应用较为广泛的土地生态污水处理工艺主要有人工湿地、慢速渗滤土地处理系统、快速渗滤土地处理系统、稳定塘、毛细管渗滤沟、生态滤池等。传统集中式污水处理需要巨大的资金投入和长期的规划，而分散式污水就地处理具有节省大量的管道，运行费用少，且有保持农村生态环境平衡的技术优势。在该研究领域，发展集预处理、二级处理和深度处理于一体中小型污水处理一体化装置的研究是国外污水分散处理发展的一种趋势，结合我国国情来看，研究和开发具备小规模设备化特征的新型分散土地处理系统也应是我国当前农村生活污水处理技术发展的主要方向。
[0003]生活污水主要分为黑水(即粪便水)和杂排水(也称灰水、主要为洗涤用水)。目前，中国很多农村地区都有耕田，黑水一般可用作耕种的农家肥，而杂排水则不经处理直接排放。由于杂排水主要为洗涤用水，其中污染物指标偏低，但是任意排放也将造成环境污染。三峡库区的某些河流湖泊已经受到不同程度地污染，造成水体富营养化。已有的相关研究基本上是将多家农户的黑水和杂排水管道收集以后作为生活污水集中处理，因此目前针对于杂排水的处理的生态试验研究基本未见报道。现场的调研表明，单个农户排放的黑水可以直接引入化粪池，因此黑水和杂排水很容易实现分离处理。目前研究较多且应用较为广泛的土地生态污水处理工艺包括人工湿地、慢速渗滤土地处理系统、快速渗滤土地处理系统、稳定塘、毛细管渗滤沟、生态滤池等。但丘陵地带，土壤层因较薄(约15-25 cm)，不宜采用人工湿地和土壤渗滤技术。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于针对现有相关技术存在的不足，提出一种针对单个农户杂排水的生态处理系统与方法。它是在原有农村生活污水生态处理技术的基础上，克服原有工艺缺点而研发的针对性强、污水处理效果好，无/低能耗、投资运行成本低并具有较好景观性的一套生态工艺，其适用于农村地区的生活污水分散处理。
[0005]具体为:
一种单个农户杂排水的生态处理系统，该系统包括配水池、调节池及生态滤池，所述的生态滤池包括一级生态槽及二级生态槽，所述的配水池底端经排水管与调节池连接，调节池底端经排水管与一级生态槽连接，一级生态槽底端经排水管与二级生态槽连接；配水池、调节池、一级生态槽、二级生态槽布置的高程依次降低。从而实现系统的进出水流均为重力流，降低工艺的运行能耗。若该技术在非丘陵农村地区使用，则需在调节池和生态滤池间加污水提升泵。放置生态滤池的水泥砌台设计为5°角的倾斜坡面，以避免滤池底部的集水层形成死水区。
[0006]配水池、调节池为顶端封闭的PVC水箱，一级生态槽、二级生态槽上不封口。
[0007]所述的配水池至调节池之间的排水管末端至于调节池密封口上部，且排水管上设置有止水阀；调节池至一级生态槽的排水管上设置有蠕动泵，蠕动泵前设置有止水阀，该段排水管延伸至一级生态槽上部，并形成与一级生态槽等长的“T”形布水管，布水管底部设置有布水孔；一级生态槽底部的排水管延伸至二级生态槽，形成布水管，布水管底部设置有布水孔。
[0008]所述的一级生态槽、二级生态槽为多层结构，从上到下依次为植物层、沙土层、碎石层、炉渣层、承托层、集水层；一级生态槽及二级生态槽间放生有数条蚯蚓。
[0009]所述的排水管为PVC排水管。该排水管包括支管和干管组成，支管设置在农户洗衣洗物水池和沐浴房的排水口处，在排水口处加过滤网以防止杂排水收集管道的堵塞，干管穿插接入配水池。配水池、调节池和出水收集池均为顶端封闭的PVC水箱，以排除雨水和杂物的干扰。收集池底部设置出水龙头，方便农户接水，其出水用于农户庭院和农用车的冲洗。
[0010]污水至生态滤池上的排水管的小孔滴灌至生态池的表面，从而实现对生态池的多点布水。
[0011]一级、二级蚯蚓生态池滤池采用PVC塑料箱加工改造制成，从槽底部至顶部依次设计为集水层、承托层、炉渣层、碎石层、沙土层、植物层。集水层顶部为木质承托层，在木质承托层往上依次填充废弃炉渣和碎石，敲碎后的炉渣粒径约为20mm-40mm ;碎石的粒径约为10-30mm。沙土层中，土壤层与沙子以体积比为3:1混合均匀。将混合均匀的沙土填入生态槽的碎石层上方。最后在生态槽的土壤层中接种蚯蚓和种植植物。蚯蚓在土壤层中的接种密度为40条/m2。植被的种植构建为草本层和灌木层，所选的植物种类包括观赏型的常绿植物马蹄金、三叶草、杜鹃、红叶继木，以美化农户的庭院环境。
[0012]一种单个农户杂排水的生态处理方法，包括以下步骤:
1)从高到低构建梯级配水池、调节池、一级生态槽、二级生态槽，并保持一级生态槽、二级生态槽为5?10°角的倾斜度；
2)启动一级生态槽，进行为期20-60天的启动实验，农户日常生活产生的杂排水由收集装置收集并流入配水池，配水池内的杂排水以3(T45mL/min的速度流入调节池，每天进水时间为5-7h，配水池、调节池上加盖密封，调节池的出水通过池底的排水管流入一级生态槽；在启动试验的前10天内，每天检测蓄水池进水及一级生态槽出水的化学需氧量(C0D&)、总氮(TN)、氨氮(NH/-N)、总磷(TP)的变化；启动试验的10天后，每隔3?4天检测蓄水池进水及一级生态槽出水的化学需氧量(CODcr),总氮(TN)、氨氮(NH4+-N)、总磷(TP)的变化。
[0013]3)启动一级生态槽及二级生态槽，进行为期48?76天的水力负荷试验，调节配水池内的杂排水至调节池的进水流量，该进水流量分4个工矿连续进行，其中4个工矿的流量分别为 30?45 mL/min,70?85 mL/min, 150?165 mL/min, 310?320 mL/min，每天进水时间为5^7小时，每个工矿运行时间为12?19天。每隔2?3天检查蓄水池进水及二级生态槽出水的化学需氧量(CODcr)、总氮(TN)、氨氮(NH/-N)、总磷(TP )的变化。
[0014]本发明的优点在于:
(I)工艺系统针对性强，污水处理效果较好。在农村地区，单个农户的人畜粪便废水(黑水)可经过化粪池的简易处理而回用于农家肥，而杂排水则往往不经处理直接排放。以往的相关生态工艺将农户的黑水和杂排水混合收集并处理，混合污水水量大、污水成分复杂，工艺对污染物的去除率不高。本发明实现了农户杂排水的独立收集和生态处理，在最优运行工况下，系统出水的水质指标均值达到生活污水排放标准(GB 18918 - 2002)的一级标准。
[0015](2)工艺系统占地面积小，截留雨水量少，无/低能耗、成本低。本发明的两级生态槽为塔式串联，槽内水流向为垂直流，占地面积相对其它生态工艺较小。杂排水收集装置和加盖的配水池、调节池可以避免雨季雨水进入系统，另在生态槽侧面土壤层以上5cm处设有溢流孔，以避免暴雨期可能产生的雨水洼积。沿水流方向，本系统各单元布置的高程依次降低，因此水流主要为重力流，长期运行时为无/低能耗；另配水槽和生态槽均用大塑料箱改造加工制成，整体投资成本较低。该系统在第一年的构建和试验运行期总投资不到I万元，长期运行期间，年维护费用低于I千元。
[0016](3)生态滤池不易堵塞，预设有排泥口 ；土壤层渗透系数较大，工艺整体景观性好。在本发明的生态槽中，填充层的炉渣粒径约为20mm-40mm，碎石的粒径约为10_30mm，孔隙率较大，不易堵塞；生态槽不易堵塞，底部预设有排泥口，放置生态槽的水泥砌台设计为5°角的倾斜坡面，以避免滤池底部的集水层形成死水区并方便排污泥。土壤层为土沙体积比为3: I的混合沙土，渗透系数较大，因此生态槽的土壤表面一般无积水，避免了夏季蚊蝇的滋生。在生态槽的土壤层构建了常绿景观植被，包括常绿草坪植物马蹄金和三叶草、小灌木杜鹃、红叶继木，在白色的塑料槽中常年有绿色植被，春夏有花，因此系统整体具有较好的景观性，合理的布置后可美化农户的庭院。
【附图说明】
[0017]图1为一种单个农户杂排水的生态处理系统；其中，1.配水池，2.调节池，3.—级生态槽，4.二级生态槽，5-1，5-2，5-3，5-4.止水阀，6.蠕动泵，7.植物层，8.沙土层，9.碎石层，10.炉渣层，11.承托层，12.集水层，13.布水管，14.小孔。
[0018]图2生态处理系统启动试验的污染物去除率变化:本试验只启动一级生态槽，附图为C0D&