基于蠕虫的村镇生活污水源分离及废物资源化利用系统

技术领域

本发明涉及废物处理技术领域，特别是涉及基于蠕虫的村镇生活污水源分离及废物资源化利用系统。

背景技术

目前，村镇地区的废水以及固体废物没有得到有效的处理，废物处理是村镇生态环境建设迫切需要解决的问题之一。村镇地区的废物主要包括固体废弃物以及生活污水，生活污水由黑水和灰水组成。黑水包括粪便和尿液，仅占生活污水总量的1％-2％，却是生活污水主要的污染物质，其中碳、氮、磷、钾占到的总量的60％以上。日常洗漱、洗涤和厨房用水等产生的灰水，占农村生活污水总量的50％-80％，主要为有机和无机污染物，污染程度低。此外，村镇地区营养物质短缺是影响农业可持续生产的一种重要因素，粪便和尿液是亚洲农村地区传统的有机肥料，包括中国，韩国，越南等，含有植物所需的氮、磷、钾等多种营养物质，同时水资源短缺也是广大地区存在的问题之一。为此，对村镇地区的生活废物进行有效分离并资源化利用十分有必要，不仅可以改善村镇地区的生态环境，同时也可以充分就近利用植物生长所需的营养物质以及水资源。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于蠕虫的村镇生活污水源分离及废物资源化利用系统，以解决上述现有技术存在的问题，能够实现对村镇废物的生态处理，并在一定程度上可以缓解村镇地区有机肥料短缺和水资源短缺的问题，在局部地区实现废物资源的循环利用。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供基于蠕虫的村镇生活污水源分离及废物资源化利用系统，包括：生物质固体废物收集装置，蠕虫化粪池，蠕虫生物滤池和人工湿地；所述生物质固体废物收集装置与所述蠕虫化粪池顶部连通；所述蠕虫生物滤池底部通过沟渠与所述人工湿地相连通；

所述蠕虫化粪池通过黑水收集管道与家庭黑水连通；所述蠕虫生物滤池通过灰水收集管道与所述家庭灰水连通；

所述灰水收集管道上安装有三通阀；所述灰水收集管道通过所述三通阀与所述蠕虫化粪池底部的出水口连通。

所述蠕虫化粪池为圆形池结构或矩形池结构；所述蠕虫化粪池顶部覆设有盖板，所述盖板中部开设有进料口；所述生物质固体废物收集装置通过所述进料口与所述蠕虫化粪池内部连通；所述盖板上还开设有通风口，且通过所述通风口与通风管道连通；

所述蠕虫化粪池内安装有蠕虫床；所述蠕虫床上铺设有辅料；

所述蠕虫化粪池池壁顶部还开设有进水口，所述进水口处安装有所述黑水收集管道的一端，所述黑水收集管道另一端与所述家庭黑水的厕所底部连通。

所述蠕虫化粪池部分预埋于地下；所述蠕虫化粪池池壁还开设有出料口；所述出料口的水平高度与地面平齐；所述出料口开设于所述蠕虫床上方。

所述辅料包括土壤、秸秆、木屑和砾石。

所述蠕虫生物滤池为圆柱形，水流垂直向下流动；

所述蠕虫生物滤池为三层结构，且由底部至顶部依次为砾石层，蠕虫床层和均匀布水层；

所述蠕虫生物滤池顶部与所述三通阀的一端连通；所述三通阀的另一端通过所述灰水收集管道与所述家庭灰水的洗澡间，洗衣机，洗漱间和厨房连通。

所述生物质固体废物收集装置内安装有粉碎机构。

所述人工湿地为矩形结构，且所述人工湿地为潜流人工湿地。

所述人工湿地内种植有湿地植物；所述湿地植物为水生挺水植物。

本发明公开了以下技术效果：

(1)本发明将村镇固体废物与生活污水进行原位源分离，降低了废物运输的成本，便于就地处理；

(2)本发明蠕虫化粪池可以同时处理黑水以及生物质固体废物，共堆肥处理产物可就近作为村镇地区农业有机肥，实现物质循环利用；

(3)本发明蠕虫生物滤池可以高效的去除村镇生活灰水以及蠕虫化粪池出水，而且蠕虫也可以回收作为家禽的饲料，兼具生态效益和经济效益；

(4)本发明基于蠕虫的村镇生活污水源分离及废物资源化利用系统操作简单，不需要有人专门看护，便于管理，定期进料和取物料即可；

(5)本发明的系统基于资源回收的理念，实现区域资源、农业以及生态环境的可持续发展。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明整体结构示意图；

其中，1固体废物收集装置，2粉碎机，3家庭厕所，4洗澡间，5洗衣机，6洗漱间，7家庭厨房，8黑水收集管道，9灰水收集管道，10三通管，11通风管道，12蠕虫化粪池，13出料口，14出水口，15进料口，16蠕虫床，17进水口，18辅料，19均匀布水层，20蠕虫床层，21砾石层，22蠕虫生物滤池，23沟渠，24湿地植物，25人工湿地。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本发明提供基于蠕虫的村镇生活污水源分离及废物资源化利用系统，包括：生物质固体废物收集装置1，蠕虫化粪池12，蠕虫生物滤池22和人工湿地25；生物质固体废物收集装置1与蠕虫化粪池12顶部连通；蠕虫生物滤池22底部通过沟渠23与人工湿地25相连通；

蠕虫化粪池12通过黑水收集管道8与家庭黑水连通；蠕虫生物滤池22通过灰水收集管道9与家庭灰水连通；

灰水收集管道9上安装有三通阀10；灰水收集管道9通过三通阀10与蠕虫化粪池12底部的出水口14连通；

蠕虫生物滤池22为三层结构，且由底部至顶部依次为砾石层21，蠕虫床层20和均匀布水层19。

蠕虫化粪池12为圆形池结构或矩形池结构；蠕虫化粪池12顶部覆设有盖板，盖板中部开设有进料口15；生物质固体废物收集装置1通过进料口15与蠕虫化粪池12内部连通；盖板上还开设有通风口，且通过通风口与通风管道11连通；

蠕虫化粪池12内安装有蠕虫床16；蠕虫床16上铺设有辅料18；

蠕虫化粪池12池壁顶部还开设有进水口17，进水口17处安装有黑水收集管道8的一端，黑水收集管道8另一端与家庭黑水的厕所3底部连通。

蠕虫化粪池12部分预埋于地下；蠕虫化粪池12池壁还开设有出料口13；出料口13的水平高度与地面平齐；出料口13开设于蠕虫床16上方。

辅料18包括土壤、秸秆、木屑、砾石和湿地植物。

蠕虫生物滤池22为圆形或矩形的垂直流结构；蠕虫生物滤池22顶部与三通阀10的一端连通；三通阀10的另一端通过灰水收集管道与家庭灰水的洗澡间4，洗衣机5，洗漱间6和厨房7连通。

生物质固体废物收集装置1内安装有粉碎机构2。

人工湿地25为矩形结构，且人工湿地25为潜流人工湿地。

人工湿地25内种植有湿地植物24；湿地植物24为水生挺水植物。

在本发明的一个实施例中，多级折流人工湿地可以进一步净化水质，达到污水回用或者农业灌溉的目的。

在本发明的一个实施例中，如图1，为了原位处理及资源化利用村镇可利用的废物，实现村镇地区废物-资源-农业循环利用。提出“蠕虫化粪池+蠕虫生物滤池+人工湿地”原位源分离及资源化利用系统。首先将污染物从源头进行分离，蠕虫化粪池12主要用来处理家户厕所产生的黑水以及生物质固体(包括餐厨垃圾、农业废弃物和湿地植物等)；蠕虫生物滤池22用于处理蠕虫化粪池出水口14和灰水收集管道9收集的混合污水；人工湿地25用于深度净化蠕虫生物滤池22的出水。

固体废物收集装置1用来收集生物质固体并用粉碎机构2粉碎；黑水收集管道8收集厕所3的废水；灰水收集管道9收集洗澡间4，洗衣机5，洗漱间6和厨房7的废水，通过三通阀10将蠕虫化粪池出水口14的废水和灰水收集管道9收集的灰水连接进入蠕虫生物滤池22。

蠕虫化粪池12采用圆形或矩形池底，材质为聚乙烯塑料；一端连接厕所，一端连接黑水收集管道8，黑水收集管道8低于厕所3，蠕虫化粪池12底部设置有出水口14，中部设置有取料口13，取料口13与地面平行，尺寸为0.5m*0.5m，上部设置有进水口17；蠕虫生物滤池22底部出水通过沟渠23进入到人工湿地25进一步净化。

更具体的，以一家一户(3口人)为例，具体操作包括以下步骤：

(1)利用黑水收集管道8收集家庭厕所3废水，利用灰水收集管道收集9家庭生活灰水，每天平均产生黑水90±20L，灰水240±25L。黑水COD平均浓度为1200±150mg/L,TN平均浓度为120±50mg/L，TP平均浓度为20±10mg/L。灰水COD平均浓度为800±100mg/L,TN平均浓度为10±8mg/L，TP平均浓度为4±3mg/L。

(2)经过步骤(1)收集的家庭厕所3废水通过黑水收集管道8进入蠕虫化粪池12进行蠕虫堆肥处理，经过步骤(1)收集的家庭灰水通过灰水收集管道9进入蠕虫生物滤池22处理，蠕虫生物滤池22主要去除污水中的悬浮物质以及有机物。

步骤(2)每10天添加一次稻米秸秆粉末到蠕虫化粪池12中，每次添加1kg，秸秆粉末粒径为1-3mm，有助于黑水的蠕虫堆肥。

步骤(2)蠕虫化粪池12出水也进入蠕虫生物滤池处理进一步处理，蠕虫化粪池12截留了大部分的固体，固体截留率可以高达90％以上。

步骤(2)蠕虫化粪池12添加的蠕虫密度为3kg蠕虫/m

步骤(2)蠕虫生物滤池22由三层滤料组成，由底部到顶部依次为砾石层21，蠕虫床层20以及均匀补水层19；砾石层19由鹅卵石或沙砾组成，粒径为3-8cm,厚度为50cm，粒径较大的置于最底部；蠕虫床层20由木屑以及陶粒混合而成，厚度为30cm；均匀补水层19为塑料弹性填料，厚度为5-10cm，具有良好透水性，起到均匀布水，遮光的目的。

步骤(2)蠕虫生物滤池22可以进一步截留固体物质和大部分有机污染物质，蠕虫床层20的蠕虫可以捕食固体物质以及细菌微生物等，蠕虫可以增加系统的溶解氧量，提高系统微生物的多样性，蠕虫与微生物互作有助于污染物的去除。

步骤(2)蠕虫生物滤池22添加的蠕虫密度为0.5kg蠕虫/m

步骤(2)蠕虫生物滤池22对家庭灰水以及蠕虫化粪池12出水的悬浮物质、COD去除效果良好，TSS去除率为95％以上，COD的去除率为80％左右，TN和TP的出去率为50％和60％左右。

(3)蠕虫生物滤池22的出水经过人工湿地进一步的净化，达到脱氮除磷的目的，人工湿地对COD去除率为90％以上，TN去除率为90％左右，TP去除率为95％左右。

步骤(3)人工湿地的出水满足中华人民共和国《农田灌溉水质标准》(GB 5084—2021)。

在本发明一实施例中，人工湿地25采用矩形结构，为多级折流人工湿地，人工湿地25种植水生植物24，水生植物24包括芦苇、菖蒲等水生挺水植物。

进一步的，多级折流人工湿地可以在系统内形成好氧缺氧的环境，有利于污染物的去除。设置多级折流主要是为了保障出水水质，因为村镇生活污水污染物差异较大，且不是连续出水，时空差异大。

在本发明的一实施例中，蠕虫床16位于蠕虫化粪池12底部出水口14上方10cm左右处。

在本发明的一实施例中，蠕虫生物滤池22是在生物滤池的基础上加入蠕虫，蠕虫通过摄取、研磨、消化、排泄等作用影响着污染物的去除，首先，蠕虫可以捕食固体废物有机物，同时蠕虫可以与微生物作用，加快污染物去除。此外，蠕虫也可以捕食病原体微生物。蠕虫生物滤池22是圆柱形的，内填充填料，为了防止堵塞，填料的粒径从低到高依次降低。蠕虫生物滤池，填料包括三层，底部是砾石层21，粒径相对比较大，中部为蠕虫层20，主要为蠕虫生活提供场所，上部为均匀布水层19，目的是水流均匀从上面往下流，也可以避免水流直接对蠕虫产生冲刷作用。

基于我国城镇地区的特点，将生活废物从源头上进行分离，对农村废物中生物质固体，黑水和灰水单独收集处理。蠕虫化粪池利用蠕虫的捕食作用对黑水进行有效的处理，此外，村镇地区的生物质固体废物(植物废弃物、餐厨垃圾等)也可以加入到蠕虫化粪池共同处理，最终产生利于植物生长的有机肥料，就近归还于农田。蠕虫化粪池渗滤液以及灰水采用蠕虫生物滤池处理主要的有机物质，出水经过人工湿地进一步脱氮除磷，达到污水农业灌溉标准或中水回用标准作为冲厕水。人工湿地收集的植物废弃物也可以加入到蠕虫化粪池共同处理，实现资源的循环利用。

进一步的，本发明侧重点为资源的回收再利用，在传统生态卫生设施的基础上，提出新的处理模式；该系统作为生态处理技术，在我国北方地区冬季低温影响其处理效果，所以本发明更倾向类似我国南方地区，但是，只要有适当的保温措施，亦可以在北方地区使用，所以本专利并不限定区域，也并不只能应用于中国。使用范围广，便于推广，适应性强。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。