利用生活污水中氮磷资源和低温热能的污水处理系统及其方法

技术领域

本发明涉及污水处理技术领域，具体的说是涉及一种利用生活污水中氮磷资源和低温热能的污水处理系统及其方法。

背景技术

由于我国农村经济水平提升导致农村污水排放量增加，而农村污水收集处理系统完善程度还较为落后，农村居民向环境排放了大量氮磷污染物，远远超过环境氮容量负荷，引发了“水华”、“赤潮”等水体富营养化现象，严重破坏了水体环境，危害了水生生物，增加了给水处理压力和成本，并对人体健康造成巨大威胁。

农村污水处理在产排特征方面，具有污染物浓度低、产生量小、排放分散、时段性和季节性强等特点。与城市生活污水相比，粪便污水逐渐成为农村生活污水的主要来源，此种污水污染物浓度低、种类简单，很少含有重金属和有毒有害物质，且碳源较少，C/N比一般小于5，对于总氮的去除有阻碍作用。总之，农村污水处理缺乏科学的统筹规划，资金缺口大，资源化能源化水平低，缺少相应管理监督。

氮磷营养盐是生命所需最基本的元素，对于植物生长产量有重要的影响，但是污水中氮磷的肆意排放对生态已造成巨大的影响，造成水体富营养化已超过全球变暖对环境的破坏程度。农村生活污水的处理应该成为资源利用的一种载体，尤其是氮磷资源，而非以破坏环境的方式随意排放，这是对污水资源的浪费。氮磷资源既然是生命生长必须，我们应对此进可能加以利用。

农村能源需求量相对较少，要利用好一切现有废弃资源，实现乡村能源的自给自足。热泵技术能将水中的废热作为热源，进行能量的转变从而实现供暖。没有燃烧过程，节约稀有资源的同时对周围环境无任何废气废渣的危害。污水源热泵技术对每天都能产生的生活污水加以利用，相较于其他产能方式，效率高，运行费用低且稳定可靠。变废为宝，在能源紧缺、能源需求不断扩大的情况下，污水源热泵技术得到越来越广泛的应用。农村生活污水处理面临着基础设施不健全、单位建设运行成本高、处理技术工艺不成熟、运营管理不完善等问题。针对以上问题本发明提出了一种利用生活污水中氮磷资源和低温热能的污水处理系统及其方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对以上现有技术存在的缺点提出一种利用生活污水中氮磷资源和低温热能的污水处理系统及其方法，可以在成功避免农村污水处理基础设施缺乏、建设运行费用高昂、管理维护繁琐、氮磷污染去除效果差等问题的同时，实现农村生活污水氮磷营养盐资源及低温污水热源的双重利用，为农村居民苗圃灌溉和热水使用提供便捷的资源和能源。

本发明解决以上技术问题的技术方案是：

一种利用生活污水中氮磷资源和低温热能的污水处理系统，包括氧化塘，氧化塘的一侧通过管道与化粪池的一侧相连接，另一侧则通过管道与混合池的一侧相连接，混合池的另一侧通过管道分别与热泵机组以及菜圃相连接，热泵机组连接至高位热水箱，菜圃通过管道连接至清水池。

本发明进一步限定的技术方案是：

前述的利用生活污水中氮磷资源和低温热能的污水处理系统，化粪池中与管道的连接处设有潜水泵。

前述的利用生活污水中氮磷资源和低温热能的污水处理系统，菜圃两侧的管道上以及热泵机组两侧的管道上均设有提升泵。

前述的利用生活污水中氮磷资源和低温热能的污水处理系统，氧化塘中倾斜设置有格栅将从而将氧化塘内部结构分为两部分。

前述的利用生活污水中氮磷资源和低温热能的污水处理系统，氧化塘与化粪池连接的一侧底部还设有有机肥排放管道。

前述的利用生活污水中氮磷资源和低温热能的污水处理系统，混合池中垂直设置有搅拌器，搅拌器顶端连接有搅拌泵。

前述的利用生活污水中氮磷资源和低温热能的污水处理系统，混合池与热泵机组之间的管道且位于提升泵的前端设有精细筛网。

前述的利用生活污水中氮磷资源和低温热能的污水处理的方法，该方法包括以下步骤：

（一）污水首先进入化粪池，在化粪池内进行12-36小时的停留沉淀，半数以上的悬浮物得到去除，生污泥在池底经长期厌氧发酵转化为熟污泥，化粪池上层清液通过潜污泵和污水压力管道进入氧化塘；

（二）污水在进入氧化塘前增设一道细格栅，来进一步去除固体悬浮物，这些悬浮物被截留后，经过一段时间的厌氧发酵，变成含有大量无机物的熟污泥（有机肥），可以和化粪池内的污泥一同作为肥料为农作物施肥，污水通过细格栅后进入主体氧化塘；

（三）污水经过氧化塘处理后通过管道自流进入混合池内；

（四）在混合池内，进行植物营养液的配置，在秋冬季节配置水温在10-20℃，夏季需达到30℃，利用污水本身的氮、磷元素，以及人工调配的含有其他营养元素的药液，在混合池内通过旋桨式搅拌器进行各种营养元素的混合，最终制得一定浓度的植物营养液；

（五）在混合池处理阶段，引进热泵系统，通过提升泵和污水压力管将低位热能，提升至换热器，再通过热泵主体机组利用少量电能为家庭用户提供热量，加热高位水箱，其中的热水通过热水管路供居民使用；

（六）步骤（四）中所制得的营养液通过提升泵和压力管输送至苗圃进行灌溉，若营养液浓度过高时，需先采取农业混溉技术，即稀释营养液浓度到达合适水平。

通过本发明的技术方案：该装置主要是对农村化粪池的悬浮液进行处理，通过潜水泵将悬浮液输送至氧化塘中，在进入前，再经格栅处理，对于截留的悬浮物，经过发酵成为熟污泥，可以用作有机肥料。对进入氧化塘的污水，通过菌藻的共同作用，对污水中的有机物进行去除。经处理的污水进入混合池，通过加入包含除氮、磷以外的对植物生长有益的营养液，来满足浇灌蔬菜、苗圃和粮食的要求而无需另外投加化肥。同时，为了防止长期浇灌营养液导致土壤盐渍化等问题，从一清水池中引清水进行混灌。在混合池内引出通至热泵机组的管道，通过热泵机组消耗电能吸取低位热能排输至高温热源中，供给家庭热水使用。本套系统可以在农村分散小范围内对污水进行有效地资源化能源化利用，可以减少农村污水管网及污水厂等相应设施的建设投资。

该装置通过氧化塘及污水源热泵系统的耦合，可以在成功避免农村污水处理基础设施缺乏、建设运行费用高昂、管理维护繁琐、氮磷污染去除效果差等问题的同时，实现农村生活污水氮磷营养盐资源及低温污水热源的双重利用，为农村居民苗圃灌溉和热水使用提供便捷的资源和能源。具体来说，该一体化系统可以减少农村污水集中处理所需的管网及污水厂建设的投资成本，且没有大型运行控制设备，无需人员长期管理维护。另外，该系统对氮磷去除要求不必严格，因为该系统可以稀释氮磷营养盐以直接利用于蔬果灌溉。同时，利用污水热源通过热泵技术对农村居民家庭（尤其是我国北方农村地区）进行热水供给提供热量，能快速利用污水冷热能，以实现污水热能就地利用。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明俯视图；

图3为本发明混合池细节图；

其中：1-氧化塘，2-化粪池，3-混合池，4-热泵机组，5-菜圃，6-高位热水箱，7-清水池，8-潜水泵，9-提升泵，10-格栅，11-有机肥排放管道，12-搅拌器，13-搅拌泵。

具体实施方式

实施例1

本实施例提供一种利用生活污水中氮磷资源和低温热能的污水处理系统，包括氧化塘1，氧化塘1的一侧通过管道与化粪池2的一侧相连接，另一侧则通过管道与混合池3的一侧相连接，混合池3的另一侧通过管道分别与热泵机组4以及菜圃5相连接，热泵机组4连接至高位热水箱6，菜圃5通过管道连接至清水池7；

化粪池2中与管道的连接处设有潜水泵8；菜圃5两侧的管道上以及热泵机组4两侧的管道上均设有提升泵9；氧化塘1中倾斜设置有格栅10将从而将氧化塘1内部结构分为两部分；氧化塘1与化粪池2连接的一侧底部还设有有机肥排放管道11；混合池3中垂直设置有搅拌器12，搅拌器12顶端连接有搅拌泵13；混合池3与热泵机组4之间的管道且位于提升泵的前端设有精细筛网；

上述的利用生活污水中氮磷资源和低温热能的污水处理的方法，该方法包括以下步骤：

（一）农村居民产生的生活污水，经过建筑内部管道收集最终排入化粪池，农村生活污水的水质COD在100mg/L，悬浮物浓度SS在100mg/L，总氮TN在30mg/L，总磷TP在5mg/L；污水首先进入化粪池，在化粪池内进行12小时的停留沉淀，半数以上的悬浮物得到去除，生污泥在池底经长期厌氧发酵转化为熟污泥，化粪池上层清液通过潜污泵和污水压力管道进入氧化塘；

（二）污水在进入氧化塘前增设一道细格栅，来进一步去除固体悬浮物，这些悬浮物被截留后，经过一段时间的厌氧发酵，变成含有大量无机物的熟污泥（有机肥），可以和化粪池内的污泥一同作为肥料为农作物施肥，污水通过细格栅后进入主体氧化塘；污水在格栅取进行过滤，将截留下较大的固体悬浮物，这些悬浮物经沉淀，在长时间沉积的过程中厌氧发酵，污泥中有机物转化为无机物，通过有机肥排放管道输出，这些熟污泥可以用来填埋或者作肥料处置；

（三）之后，在污水经过细格栅后，污水中的悬浮固体浓度进一步降低后进入氧化塘进行生物处理。氧化塘主要对污水中的有机物进行去除，同时，藻类也会摄取氮磷作为营养物，因此对各种指标污染物都有一定的处理效率，污水经氧化塘处理后，通过污水管流入混合池；

（四）在混合池内，进行植物营养液的配置，在秋冬季节配置水温在15℃，夏季需达到30℃，利用污水本身的氮、磷元素，以及人工调配的含有其他营养元素的药液，在混合池内通过旋桨式搅拌器进行各种营养元素的混合，最终制得一定浓度的植物营养液；污水经过氧化塘处理后，有机物浓度大幅下降，总氮总磷也得到一定去除，剩余的总氮总磷在混合池内，与包含其他营养元素的液体搅拌均匀，在此，搅拌转置要注意防腐，间歇工作，搅拌混合后，在池内形成了植物营养液，适配浓度要求按照该发明运行的当地污水实际情况进行确定，在确定出相应浓度后，通过与清水混合组成适合种植农作物生长的比例进行浇灌；

（五）在混合池处理阶段，引进热泵系统，通过提升泵和污水压力管将低位热能，提升至换热器，再通过热泵主体机组利用少量电能为家庭用户提供热量，加热高位水箱，其中的热水通过热水管路供居民使用；

（六）步骤（四）中所制得的营养液通过提升泵和压力管输送至苗圃进行灌溉，若营养液浓度过高时，需先采取农业混溉技术，即稀释营养液浓度到达合适水平。

实施例2

本实施例提供一种利用生活污水中氮磷资源和低温热能的污水处理系统，包括氧化塘1，氧化塘1的一侧通过管道与化粪池2的一侧相连接，另一侧则通过管道与混合池3的一侧相连接，混合池3的另一侧通过管道分别与热泵机组4以及菜圃5相连接，热泵机组4连接至高位热水箱6，菜圃5通过管道连接至清水池7；

化粪池2中与管道的连接处设有潜水泵8；菜圃5两侧的管道上以及热泵机组4两侧的管道上均设有提升泵9；氧化塘1中倾斜设置有格栅10将从而将氧化塘1内部结构分为两部分；氧化塘1与化粪池2连接的一侧底部还设有有机肥排放管道11；混合池3中垂直设置有搅拌器12，搅拌器12顶端连接有搅拌泵13；混合池3与热泵机组4之间的管道且位于提升泵的前端设有精细筛网；

上述的利用生活污水中氮磷资源和低温热能的污水处理的方法，该方法包括以下步骤：

（一）农村居民产生的生活污水，经过建筑内部管道收集最终排入化粪池，农村生活污水的水质COD在300mg/L，悬浮物浓度SS在350mg/L，总氮TN在30mg/L，总磷TP在5mg/L；污水首先进入化粪池，在化粪池内进行36小时的停留沉淀，半数以上的悬浮物得到去除，生污泥在池底经长期厌氧发酵转化为熟污泥，化粪池上层清液通过潜污泵和污水压力管道进入氧化塘；

（二）污水在进入氧化塘前增设一道细格栅，来进一步去除固体悬浮物，这些悬浮物被截留后，经过一段时间的厌氧发酵，变成含有大量无机物的熟污泥（有机肥），可以和化粪池内的污泥一同作为肥料为农作物施肥，污水通过细格栅后进入主体氧化塘；污水在格栅取进行过滤，将截留下较大的固体悬浮物，这些悬浮物经沉淀，在长时间沉积的过程中厌氧发酵，污泥中有机物转化为无机物，通过有机肥排放管道输出，这些熟污泥可以用来填埋或者作肥料处置；

（三）之后，在污水经过细格栅后，污水中的悬浮固体浓度进一步降低后进入氧化塘进行生物处理。氧化塘主要对污水中的有机物进行去除，同时，藻类也会摄取氮磷作为营养物，因此对各种指标污染物都有一定的处理效率，污水经氧化塘处理后，通过污水管流入混合池；

（四）在混合池内，进行植物营养液的配置，在秋冬季节配置水温在20℃，夏季需达到30℃，利用污水本身的氮、磷元素，以及人工调配的含有其他营养元素的药液，在混合池内通过旋桨式搅拌器进行各种营养元素的混合，最终制得一定浓度的植物营养液；污水经过氧化塘处理后，有机物浓度大幅下降，总氮总磷也得到一定去除，剩余的总氮总磷在混合池内，与包含其他营养元素的液体搅拌均匀，在此，搅拌转置要注意防腐，间歇工作，搅拌混合后，在池内形成了植物营养液，适配浓度要求按照该发明运行的当地污水实际情况进行确定，在确定出相应浓度后，通过与清水混合组成适合种植农作物生长的比例进行浇灌；

（五）在混合池处理阶段，引进热泵系统，通过提升泵和污水压力管将低位热能，提升至换热器，再通过热泵主体机组利用少量电能为家庭用户提供热量，加热高位水箱，其中的热水通过热水管路供居民使用；

（六）步骤（四）中所制得的营养液通过提升泵和压力管输送至苗圃进行灌溉，若营养液浓度过高时，需先采取农业混溉技术，即稀释营养液浓度到达合适水平。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。