一种资源回收型智能化粪系统及其资源化利用方法与流程

1.本发明属于生活污水处理与资源化利用技术领域，具体涉及一种资源回收型智能化粪系统及其资源化利用方法。


背景技术：

2.近年来，农村生活污水已成为发展中国家农村地区的主要污染源。生活污水中含有高浓度的氮、磷、有机物病原体和其他污染物，直接排放到大多数农村地区附近的河流和湖泊中会导致一系列的环境和生态危机，随着我国开展美丽乡村建设，对农村污水处理后以及资源化利用也越来越重视。厌氧处理技术因具有较高的污泥浓度、零能耗和经济可行性，是分散式污水处理的重要类别之一，化粪池是一种典型的厌氧反应器，用于处理并去除生活污水中的悬浮污染物，还可初步降解水中溶解性有机物。在污水管道系统和处理设施不完善的农村地区，化粪池成为生活区污水处理的关键设施。
3.对传统化粪池的改进主要集中在厌氧消化、污染物去除能力等方面，近年来，加强化粪池的资源化利用和智能化管理也成为重点发展方向之一，目前的化粪系统存在资源化利用率较低、智能化与农村实际情况不符等问题。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种资源回收型智能化粪系统及其资源化利用方法，以解决现有化粪系统在资源回收与智能化方面与农村实际情况不符、资源化利用率较低的问题。
5.本发明为了达到上述目的所采用的技术方案是：一种资源回收型智能化粪系统，包括：化粪池，设有依次连通的第一腔室、第二腔室和第三腔室，用于对生活污水依次进行沉淀、发酵及厌氧氧化、以及消毒处理，第三腔室内设有排出化粪池所得再生水的提升泵；进水单元，包括连接居民排放点与第一腔室的污水管，用于向化粪池输送生活污水；出水单元，包括向用水端排出再生水的喷管，喷管上设有电磁阀，连接喷管与提升泵设有用于输送化粪池所得再生水的再生水管；控制器，其电连接提升泵以及电磁阀，控制提升泵的启停以及电磁阀的通与闭。
6.进一步地，第一腔室内设有用于监测第一腔室内沉泥高度、与控制器电连接的泥位计。
7.进一步地，第一腔室设有用于向第一腔室内投加缓释剂的助剂投加孔。
8.进一步地，第一腔室、第二腔室和第三腔室的体积比为20-25%：20-25%：50-60%。
9.进一步地，第三腔室的顶部设有紫外消毒灯管。
10.进一步地，所述污水管分别与多个居民排放点连接，形成进水管网。
11.进一步地，所述喷管与多个用水端一一对应设有多个，再生水管连接提升泵与各喷管，形成出水管网。
12.进一步地，第一腔室设有便于抽取第一腔室内沉泥的第一抽渣孔。
13.资源回收型智能化粪系统的资源化利用方法，包括以下步骤：s1、农村居民生活污水经排放点由污水管汇入化粪池中；s2、生活污水在化粪池内经沉淀、发酵及厌氧氧化、以及消毒处理得到沉泥和再生水；s3、抽取沉泥用于堆肥，控制器启动提升泵驱使再生水沿再生水管和喷管排至用水端。
14.进一步地，s3中，用户通过移动终端扫描喷管上设置的二维码完成再生水排放的控制。
15.本发明的有益效果：1.本发明所提供一种资源回收型智能化粪系统采用一级沉淀、二级发酵与厌氧氧化、一级消毒处理农村生活污水，在净化污染物和有害病菌的同时，资源化利用沉泥制作有机肥、利用再生水资源作为旱作耕地水源，实现农村生活污水低耗处理和水资源的综合利用，有效提升农业生态环境和降低环境水体水资源的攫取量。
16.2.本发明所提供一种资源回收型智能化粪系统通过设置控制器以及电磁阀，在电磁阀设有二维码，用户扫描二维码实现控制器控制电磁阀的开启获取再生水，实现生活污水处理后的智能化利用，此外，通过设置的泥位计自动监测报警，使整个系统更加智能化。
17.3.采用本发明的资源化利用方法进行农村生活污水处理并再生利用，提升水资源利用率约27%，降低能耗约43%，同等水处理规模条件下较传统厌氧/好氧组合工艺节省运行费用18%左右。
18.附图说明：图1为一种资源回收型智能化粪系统的主视结构示意图；图2为一种资源回收型智能化粪系统的俯视结构示意图。
19.图中标记：1、化粪池，2、第一腔室，3、第二腔室，4、第三腔室，5、第一进水管，6、第一抽渣孔，7、泥位计，8、助剂投加孔，9、第二抽渣孔，10、第二进水管，11、第三进水管，12、第三抽渣孔，13、提升泵，14、出水管，15、溢流管，16、居民排放点，17、污水管，18、再生水管，19、电磁阀，20、喷管，21、信号线，22、控制器，23、紫外消毒灯管。
具体实施方式
20.下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明，在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”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和简化描述，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。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
21.本发明提供一种资源回收型智能化粪系统的具体实施例：请参阅图1和图2所示，本实施例资源回收型智能化粪池系统包括化粪池1、进水单
元、出水单元、控制器22，其中，化粪池1包括第一腔室2、第二腔室3和第三腔室4，第一腔室2、第二腔室3和第三腔室4依次顺次连通，第一腔室2设有第一进水管5、第一抽渣孔6、泥位计7和助剂投加孔8，第一进水管5用于向第一腔室2内进入生活污水，第一抽渣孔6用于抽取第一腔室2内的沉泥，泥位计7用于检测第一腔室2内的沉泥高度，助剂投加孔8用于向第一腔室2内投加与生活污水混合的缓释助剂，生活污水进入第一腔室2内后，在第一腔室内进行沉淀，沉泥留在第一腔室2内，污水进入第二腔室3内，第三腔室4中配设提升泵13和紫外消毒灯管23，污水在第二腔室3中进行发酵及厌氧氧化处理，在第三腔室4中进行消毒，紫外消毒灯管23用于杀灭粪大肠杆菌与蛔虫卵等致病微生物，以保证用水安全，得到的再生水通过提升泵13进行泵送。
22.可以理解地，在第二腔室3内可设有第二抽渣孔9、以及连接第一腔室2的第二进水管10，在第三腔室4内可设有第三抽渣孔12、以及连接第二腔室3的第三进水管11。
23.由于农村生活污水进水水质复杂，悬浮物粒径分布广泛，因此设置第一腔室2、第二腔室3和第三腔室4后，根据停留时间不同实现杂质的逐步、分级沉淀，进水单元包括连接居民排放点16与第一腔室2的污水管17，用于向化粪池1输送生活污水，可以理解地，当居民居住分散，化粪池为单户型时，污水管道17为单根管道，当居民居住地相对集中，例如为10-100户时，居民排放点16有多个，此时，污水管道17形成进水管网。
24.出水单元包括向用水端排出再生水的喷管20，所述用水端包括农村菜地、果园、林地和旱作耕地等地块，即喷管20设置在每个用水端处，喷管20上设有电磁阀19，以控制每个用水端的用水管路的通闭，连接喷管20与提升泵13设有用于输送化粪池1所得再生水的再生水管18，可以理解地，用水端较多时，喷管20和电磁阀19对应设有多个，此时再生水管18形成出水管网。
25.控制器22作为集中控制单元，提升泵13以及电磁阀19均电性连接控制器22，例如，提升泵13以及电磁阀19通过信号线连接控制器22，通过控制器22控制提升泵13的启停以及电磁阀19的通与闭，实现用水端的用水需求，同时，前述的泥位计7与控制器22也电性连接，通过控制器22自动监测第一腔室2内沉泥的高度，当沉泥高度达到第一腔室2液位的75-85%时，可以发出报警信息，通知工作人员进行沉泥回收，从第一抽渣孔6抽取沉泥进行堆肥，回收利用沉泥。
26.在具体应用时，可以在每个电磁阀19上设置二维码，用户通过扫描二维码即可实现控制器22对提升泵13和对应电磁阀19的控制。
27.第一腔室2、第二腔室3和第三腔室4的体积比为20-25%：20-25%：50-60%，优选第一腔室2、第二腔室3和第三腔室4的体积比为25%：25%：50%。
28.对于单户型，化粪池1的有效容积通常为0.8-1m3，污水管17和再生水管18均为单，对于两户型，化粪池1的有效容积为1.5-1.8m3，污水管17为丫型，再生水管18为单管，对于100以内的村镇，化粪池1的有效容积为50-75m3，污水管17和再生水管18均为管网状。
29.本发明还提供前述资源回收型智能化粪系统的资源化利用方法，包括以下步骤：s1、农村居民生活污水经排放点16由污水管17，经第一进水管5进入第一腔室2，最终汇入化粪池1中。
30.s2、流入第一腔室2的生活污水与助剂投加孔8投加的缓释助剂混合后，沉渣保留
在第一腔室2中，水流经第二腔室腔体3流向第三腔室4，在第二腔室3流向第三腔室4时，水流中的有机物与腔体内的微生物充分接触并发生发酵和厌氧反应，净化有机物并杀灭粪大肠杆菌与蛔虫卵，最终使生活污水在化粪池1内经沉淀、发酵及厌氧氧化、以及消毒处理得到沉泥和再生水。
31.s3、通过第一抽渣孔6抽取沉泥用于堆肥，实现沉泥的回收利用，在用户端需要用水时，控制器22启动提升泵13驱使再生水沿再生水管18和喷管20排至用水端，实现再生水的回收利用，具体地，可在在电磁阀19上设置二维码，用户使用手机等移动终端扫描电磁阀19二维码，实现取水过程。
32.针对本发明所提供的资源回收型智能化粪系统以及其资源化利用方法，以不同用户数量为进行分别应用：（1）规模为1户的农村聚集区，人口约为5人，日排放生活污水约0.4m3，采用本发明的系统及方法，将村民排放的生活污水进行处理，化粪池有效容积为1m3，第一腔室2、第二腔室3和第三腔室4的体积比为2.5:2.5:5，总水力停留时间为60 h，投加的缓释助剂量为平均每0.3 kg，紫外灯管功率平均为2.4w/m3，对进水水质以及出水水质检测，cod、bod、ss的去除率分别为57%、75%和76.8%，出水稳定符合《农田灌溉水质标准》（gb5084-2021）限值要求，处理出水由用户扫码后泵送到林地、园地和菜地等用水地块，和灌溉水混合后用于灌溉，充分利用再生水中的氮和磷等营养元素有利于旱作植物的生长，所收集污水和处理后得到的再生水水质见表1。
33.表1 单户型农村居民小区进水、出水成分表根据年处理360天估算，每年可以向环境少排放cod约0.045t，减少bod排放量为0.032t，减少ss排放量为0.033t，减少氨氮排放量为0.005t，减少tp排放量为0.0003t，具有良好环境效益，年减少地表水资源攫取量为146吨。
34.（2）以规模为50户的农村聚集区，人口约为280人，日排放生活污水约22.5m3，采用本发明工艺与方法，将村民排放的生活污水通过管网汇集到资源回收型智能化粪系统中进行处理，化粪池有效容积为40m3，第一腔室2、第二腔室3和第三腔室4的体积比为2.5:2.5:5，总水力停留时间为42h。投加的缓释助剂量为平均每月12kg，紫外灯管功率平均为2.4w/m3，对进水水质以及出水水质检测，cod、bod、ss的去除率分别为64%、72.8%和67.8%，粪大肠菌群数和蛔虫卵数分别降低了96%和96.7%，出水稳定符合《农田灌溉水质标准》（gb5084-2021）限值要求，处理出水由用户扫码后泵送到林地、园地和菜地等用水地块，和灌溉水混合后用于灌溉，充分利用再生水中的氮和磷等营养元素有利于旱作植物的生长，所收集污水和处理后得到的再生水水质见表2。
35.表2 中等规模农村居民小区进水、出水成分表
根据年处理360天估算，每年可以向环境少排放cod约3.44t，减少bod排放量为2.05t，减少ss排放量为2.08t，减少氨氮排放量为0.29t，减少tp排放量为0.02t，具有良好环境效益。采用本发明工艺，年减少地表水资源攫取量为0.82万吨，按地表水资源费为0.3元/吨计算，从而带来一定的经济效益。
36.（3）规模为100户的农村聚集区，人口约为510人，日排放生活污水约38m3，采用本发明工艺与方法，将村民排放的生活污水通过管网汇集到资源回收型智能化粪系统中进行处理，化粪池有效容积为75m3，第一腔室2、第二腔室3和第三腔室4的体积比为2.5:2.5:5，总水力停留时间为45h，投加的缓释助剂量为平均每月25kg，紫外灯管功率平均为2.4w/m3，对进水水质以及出水水质检测，对于cod、bod、ss的去除率分别为65.5%、75.1%和71.4%，粪大肠菌群数和蛔虫卵数分别降低了96.8%和99.9%，出水稳定符合《农田灌溉水质标准》（gb5084-2021）限值要求，处理出水由用户扫码后泵送到林地、园地和菜地等用水地块，和灌溉水混合后用于灌溉，充分利用再生水中的氮和磷等营养元素有利于旱作植物的生长，所收集污水和处理后得到的再生水水质见表3。
37.表3 农村居民小区进水、出水成分表（单位：除ph，色度外mg/l）根据年处理360天估算，每年可以向环境少排放cod约6.1t，减少bod排放量为3.74t，减少ss排放量为3.88t，减少氨氮排放量为0.45t，减少tp排放量为0.04t，具有良好环境效益，采用本发明工艺，年减少地表水资源攫取量为1.38万吨，按地表水资源费为0.3元/吨计算，可带来一定的经济效益。
38.应用实例：以服务人口为69000人，拥有行政村为27个的建制乡为例，区域规划建设日处理能力为3500吨/日和600吨/日的污水处理厂各1座，250吨/日的污水处理站2座，主要集中在人口数大于1500的城关镇。对于剩余23个行政村，由于居住相对分散，采用智慧化粪池处理，处理能力为30-100吨/日之间。由此，前者采用直接排放标准，后者采用资源化利用标准，相较全部直接排放而言，采用智慧化粪池处理后全乡农村生活污水的资源化利用率约提升约27%，采用智慧化粪池处理，能耗主要为沼液提升泵的运行电耗和运维服务车辆运行能耗（包括人员运输和水资源调剂运输）。
39.对于农村污水处理厂（站）而言，集中处理时能耗约为0.48 tce/万吨，与大型城市污水处理厂接近，分散处理时能耗约为0.57 tce/万吨，而分散式智慧化粪池处理时平均能耗为0.33 tce/万吨，除能耗外，城镇污水处理厂运行费用主要体现在药剂费、设备折旧费和人员工资，单位水处理综合运营费用为0.79-0.85元/吨，分散式智慧化粪池能耗少、集约化管理运行费少，但是由于吨水自动化设备投入高，导致折旧费相对较高，使得综合运行费较城镇污水处理厂低，但是也占到传统城镇污水处理厂运行费用的82%左右，通过用水收费，可以有效弥补运行费带来的经济投入。
40.需要说明的是，上述实施例仅用来说明本发明，但本发明并不局限于上述实施例，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均落入本发明的保护范围内。