本發(fā)明屬于環(huán)境工程污水處理技術領域，具體涉及一種農(nóng)村生活污水中氮磷資源化安全利用裝置及其應用。

背景技術：

目前，我國城鎮(zhèn)生活污水的污染已基本得到控制，但隨著人民生活水平的提高及城鄉(xiāng)一體化的發(fā)展，農(nóng)村地區(qū)的水污染情況越來越嚴重。同時，由于我國農(nóng)村傳統(tǒng)上對水污染治理的認知度較低，長期形成的排水習慣及治理經(jīng)費不足、配套管網(wǎng)建設缺失、運行管理水平相對較低等原因，使得農(nóng)村生活污水治理難度很大，大量未經(jīng)處理的農(nóng)村生活污水隨意排放，成為我國河流、湖泊的主要污染源之一，如太湖地區(qū)主要入湖污染物中，25.1%的氮、60%的磷源于農(nóng)村生活污水。生活污水的排放破壞了農(nóng)村生態(tài)環(huán)境，阻礙了農(nóng)村經(jīng)濟社會的持續(xù)發(fā)展，因此迫切需要對農(nóng)村生活污水進行處理。

另一方面，經(jīng)生物處理后的農(nóng)村生活污水尾水中氮磷濃度仍然較高，如江浙地區(qū)tn濃度為10~30mg/l，tp濃度為2~5mg/l，尾水直接排入水體，仍將污染水體。每年經(jīng)污水排放而流失的大量氮磷是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)所必須的營養(yǎng)物質(zhì)，因此應進行農(nóng)村生活污水的資源化利用，以促進農(nóng)村污水的可持續(xù)治理。

此外，由于生活污水中可能含有殘留的抗生素等藥品及其降解中間產(chǎn)物、微量消毒副產(chǎn)物、化妝品等有害微量有機污染物，甚至在排水過程中可能受到重金屬等污染，如將生活污水，或經(jīng)生物處理后的生活污水直接用于蔬菜灌溉，水中的微量有機污染物、重金屬等將在蔬菜內(nèi)富集，從而導致蔬菜質(zhì)量不符合相關標準。因此，在對農(nóng)村污水進行資源化利用的過程中，應采用合理的利用方式，預先去除污水中可能存在的微量有機物、重金屬等污染物，實現(xiàn)污水中氮磷資源的安全利用。

技術實現(xiàn)要素：

解決的技術問題：針對上述因污水排放而造成大量氮磷元素流失的現(xiàn)象，本發(fā)明提供一種農(nóng)村生活污水中氮磷資源化安全利用裝置及其應用，能夠在實現(xiàn)污水有效凈化的同時實現(xiàn)氮磷的資源化利用，并獲得一定的經(jīng)濟收益。

技術方案：一種農(nóng)村生活污水中氮磷資源化安全利用裝置，所述裝置從左到右依次包括生物濾池、前置潛流人工濕地、水培蔬菜系統(tǒng)和后置潛流人工濕地，所述生物濾池的底端一側(cè)設有生活污水進水口，所述生物濾池的底端另一側(cè)與所述前置潛流人工濕地的底端相接，所述前置潛流人工濕地從上到下依次包括植物、細砂層、粗砂層和礫石層；所述水培蔬菜系統(tǒng)的頂端一側(cè)與前置潛流人工濕地的頂端相接，所述水培蔬菜系統(tǒng)包括水培床、水生植物和定植板，所述定植板設于水培床頂端，水生植物的根部穿過定植板進入水培床；所述后置潛流人工濕地的頂端與水培蔬菜系統(tǒng)的頂端另一側(cè)相接，所述后置潛流人工濕地從上到下依次設有蔬菜或景觀植物、土壤層、細砂層、粗砂層和礫石與破碎加氣混凝土砌塊混合層，所述后置潛流人工濕地還設有排水口，所述排水口設于礫石與破碎加氣混凝土砌塊混合層的底端、后置潛流人工濕地的右側(cè)。

作為優(yōu)選，所述細砂層的厚度為15~20cm，細砂粒徑為2~4mm；所述粗砂層的厚度為15~20cm，粒徑為4~8mm；礫石層的厚度為20~25cm，粒徑為8~12mm。

作為優(yōu)選，所述植物為西伯利亞鳶尾、美人蕉、鳳眼蓮和茭白中的一種或者多種。

作為優(yōu)選，所述水培蔬菜系統(tǒng)中水培床的有效水深為10~15cm，超高（池壁高與水面高的差值）為5~10cm，不填充任何基質(zhì)。

作為優(yōu)選，所述水生植物按季節(jié)區(qū)分，夏秋季4月~10月種植空心菜，春冬季11、12月及1、2、3月種植水芹，種植密度為100~150株/m²，每次收割所述水生植物種植面積的1/4。

作為優(yōu)選，所述土壤層的厚度為15~20cm；礫石與破碎加氣混凝土砌塊混合層的厚度為15~20cm，粒徑為8~16mm。

基于所述裝置在農(nóng)村生活污水中氮磷資源化安全利用中的應用。

進一步的，所述應用包括以下步驟：

步驟一.農(nóng)村生活污水經(jīng)管網(wǎng)收集后，分周期進入生物濾池進行預處理，布水周期為20~25min，布水時間為3.5~4.5min，水力負荷為6~7.2m³/(m²·d)；

步驟二.預處理后的尾水從底端流入前置潛流人工濕地，水力停留時間為40~48h；

步驟三.前置潛流人工濕地頂端的出水流入水培蔬菜系統(tǒng)，水力停留時間為10~15h；

步驟四.水培蔬菜系統(tǒng)的出水流入所述后置潛流人工濕地的頂端進行再次凈化，水力停留時間為40~48h后從所述后置潛流人工濕地底端的出水口流出。

作為優(yōu)選，所述步驟一中布水周期為20min，布水時間為4min，水力負荷為6.6m³/(m²·d)。

作為優(yōu)選，所述步驟二中水力停留時間為40h；所述步驟三中水力停留時間為12h；所述步驟四水力停留時間為40h。

有益效果：與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明所提供的農(nóng)村生活污水中氮磷資源化安全利用裝置及其應用，將生物濾池技術、人工濕地技術與水培蔬菜系統(tǒng)技術有機結(jié)合，各單元功能分區(qū)明確，運行穩(wěn)定可靠，具體效果如下：

1、具有較高的脫氮除磷效率；

2、建設成本和運行成本低，易于維護；

3、將污水治理和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有機結(jié)合，不僅實現(xiàn)了污水的有效凈化，而且實現(xiàn)了污水中的氮磷資源化利用；

4、在保證出水達到一級a標準的同時，大量產(chǎn)出無毒無害的水芹菜和空心菜，不僅有效利用了污水中的氮磷等營養(yǎng)元素，并且?guī)砹丝捎^的經(jīng)濟效益。

附圖說明

圖1為本發(fā)明工藝流程圖；

圖2為本發(fā)明所述裝置結(jié)構示意圖。

圖中：1.生物濾池；2.前置潛流人工濕地；3.水培蔬菜系統(tǒng)；4.后置潛流人工濕地；5.生活尾水進水口；6.細砂層；7.粗砂層；8.礫石層；9.植物；10.水生植物；11.定植板；12.水培床；13.土壤層；14.礫石與破碎加氣混凝土砌塊混合層；15.蔬菜或景觀植物；16.排水口。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步說明，實施例給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明并不限于以下實施例。

實施例1

一種農(nóng)村生活污水中氮磷資源化安全利用裝置，參照圖1和圖2，所述裝置從左到右依次包括生物濾池1、前置潛流人工濕地2、水培蔬菜系統(tǒng)3和后置潛流人工濕地4，所述生物濾池1的底端一側(cè)設有生活污水進水口5，所述生物濾池1的底端另一側(cè)與所述前置潛流人工濕地2的底端相接。

所述前置潛流人工濕地2從上到下依次包括植物9、細砂層6、粗砂層7和礫石層8。所述植物9為美人蕉，所述細砂層6的厚度為15cm，細砂粒徑為2~4mm。所述粗砂層7的厚度為15cm，粒徑為4~8mm。所述礫石層8的厚度為20cm，粒徑為8~12mm。

所述水培蔬菜系統(tǒng)3的頂端一側(cè)與前置潛流人工濕地2的頂端相接，所述水培蔬菜系統(tǒng)3的頂端一側(cè)與前置潛流人工濕地2的頂端相接，所述水培蔬菜系統(tǒng)3包括水培床12、水生植物10和定植板11，所述水培床12的有效水深為10cm，超高（池壁高與水面高的差值）為5cm，不填充任何基質(zhì)。所述定植板11設于水培床12頂端，水生植物10的根部穿過定植板11進入水培床12。所述水生植物10按季節(jié)區(qū)分，夏秋季4月~10月種植空心菜，春冬季11、12月及1、2、3月種植水芹，種植密度為100株/m²，每次收割所述水生植物10種植面積的1/4。

所述后置潛流人工濕地4的頂端與水培蔬菜系統(tǒng)3的頂端另一側(cè)相接，所述后置潛流人工濕地4從上到下依次設有蔬菜和景觀植物15、土壤層13、細砂層6、粗砂層7和礫石與破碎加氣混凝土砌塊混合層14，所述土壤層13的厚度為15cm，礫石與破碎加氣混凝土砌塊混合層14的厚度為15cm，粒徑為8mm。所述后置潛流人工濕地4還設有排水口16，所述排水口16設于礫石與破碎加氣混凝土砌塊混合層14的底端、后置潛流人工濕地4的右側(cè)。

一種農(nóng)村生活污水中氮磷資源化安全利用裝置的應用，包括如下步驟：

步驟一.農(nóng)村生活污水經(jīng)管網(wǎng)收集后，分周期進入生物濾池1進行預處理，布水周期為20min，布水時間為3.5min，水力負荷為6m³/(m²·d)，通過微生物降解等作用去除污水中的大部分有機物以及部分氮磷。

步驟二.預處理后的尾水從底端進入前置潛流人工濕地2，水力停留時間為40h，尾水在濕地床的內(nèi)部流動，因而可以充分利用填料表面的生物膜、豐富的植物根系及填料截留等作用對尾水進行預處理，通過吸附、過濾、沉淀、植物吸收和微生物降解等去除尾水中可能存在的有機物、微量重金屬及少部分氮磷。

步驟三.經(jīng)前置潛流人工濕地2處理后的尾水依然含有大部分氮磷及部分有機物，從前置潛流人工濕地2頂端的出水口也是水培蔬菜系統(tǒng)3的進水口流入水培蔬菜系統(tǒng)3，水力停留時間為10h，通過水生植物9根系過濾、蔬菜吸收、微生物降解等途徑去除預處理水中的氮磷及有機物，實現(xiàn)氮磷資源化利用，同時產(chǎn)出蔬菜，獲得經(jīng)濟收益，在污水排放要求不高的區(qū)域，水培蔬菜系統(tǒng)的出水可直接排放。

步驟四.水培蔬菜系統(tǒng)3的出水中僅有少部分氮磷及有機物，最后進入后置潛流人工濕地4的頂端進行再次凈化，水力停留時間為40h，濕地填料和濕地植物對水中剩余的污染物質(zhì)再次凈化，起到了把關作用，保證了優(yōu)良的出水水質(zhì)，從而使出水達到一級a標準，出水從所述后置潛流人工濕地4底端的出水口16流出。

實施例2

一種農(nóng)村生活污水中氮磷資源化安全利用裝置，參照圖1和圖2，所述裝置從左到右依次包括生物濾池1、前置潛流人工濕地2、水培蔬菜系統(tǒng)3和后置潛流人工濕地4，所述生物濾池1的底端一側(cè)設有生活污水進水口5，所述生物濾池1的底端另一側(cè)與所述前置潛流人工濕地2的底端相接。

所述前置潛流人工濕地2從上到下依次包括植物9、細砂層6、粗砂層7和礫石層8。所述植物9為鳳眼蓮，所述細砂層6的厚度為20cm，細砂粒徑為2~4mm。所述粗砂層7的厚度為20cm，粒徑為4~8mm。所述礫石層8的厚度為25cm，粒徑為8~12mm。

所述水培蔬菜系統(tǒng)3的頂端一側(cè)與前置潛流人工濕地2的頂端相接，所述水培蔬菜系統(tǒng)3的頂端一側(cè)與前置潛流人工濕地2的頂端相接，所述水培蔬菜系統(tǒng)3包括水培床12、水生植物10和定植板11，所述水培床12的有效水深為15cm，池壁高與水面高的差值為10cm，不填充任何基質(zhì)。所述定植板11設于水培床12頂端，水生植物10的根部穿過定植板11進入水培床12。所述水生植物10按季節(jié)區(qū)分，夏秋季4月~10月種植空心菜，春冬季11、12月及1、2、3月種植水芹，種植密度為150株/m²，每次收割所述水生植物10種植面積的1/4。

所述后置潛流人工濕地4的頂端與水培蔬菜系統(tǒng)3的頂端另一側(cè)相接，所述后置潛流人工濕地4從上到下依次設有蔬菜和景觀植物15、土壤層13、細砂層6、粗砂層7和礫石與破碎加氣混凝土砌塊混合層14，所述土壤層13的厚度為20cm，礫石與破碎加氣混凝土砌塊混合層14的厚度為20cm，粒徑為16mm。所述后置潛流人工濕地4還設有排水口16，所述排水口16設于礫石與破碎加氣混凝土砌塊混合層14的底端、后置潛流人工濕地4的右側(cè)。

一種農(nóng)村生活污水中氮磷資源化安全利用裝置的應用，包括如下步驟：

步驟一.農(nóng)村生活污水經(jīng)管網(wǎng)收集后，分周期進入生物濾池1進行預處理，布水周期為25min，布水時間為4.5min，水力負荷為7.2m³/(m²·d)，通過微生物降解等作用去除污水中的大部分有機物以及部分氮磷。

步驟二.預處理后的尾水從底端進入前置潛流人工濕地2，水力停留時間為48h，尾水在濕地床的內(nèi)部流動，因而可以充分利用填料表面的生物膜、豐富的植物根系及填料截留等作用對尾水進行預處理，通過吸附、過濾、沉淀、植物吸收和微生物降解等去除尾水中可能存在的有機物、微量重金屬及少部分氮磷。

步驟三.經(jīng)前置潛流人工濕地2處理后的尾水依然含有大部分氮磷及部分有機物，從前置潛流人工濕地2頂端的出水口也是水培蔬菜系統(tǒng)3的進水口流入水培蔬菜系統(tǒng)3，水力停留時間為15h，通過水生植物9根系過濾、蔬菜吸收、微生物降解等途徑去除預處理水中的氮磷及有機物，實現(xiàn)氮磷資源化利用，同時產(chǎn)出蔬菜，獲得經(jīng)濟收益，在污水排放要求不高的區(qū)域，水培蔬菜系統(tǒng)的出水可直接排放。

步驟四.水培蔬菜系統(tǒng)3的出水中僅有少部分氮磷及有機物，最后進入后置潛流人工濕地4的頂端進行再次凈化，水力停留時間為48h，濕地填料和濕地植物對水中剩余的污染物質(zhì)再次凈化，起到了把關作用，保證了優(yōu)良的出水水質(zhì)，從而使出水達到一級a標準，出水從所述后置潛流人工濕地4底端的出水口16流出。

實施例3

一種農(nóng)村生活污水中氮磷資源化安全利用裝置，參照圖1和圖2，所述裝置從左到右依次包括生物濾池1、前置潛流人工濕地2、水培蔬菜系統(tǒng)3和后置潛流人工濕地4，所述生物濾池1的底端一側(cè)設有生活污水進水口5，所述生物濾池1的底端另一側(cè)與所述前置潛流人工濕地2的底端相接。

所述前置潛流人工濕地2從上到下依次包括植物9、細砂層6、粗砂層7和礫石層8。所述植物9為茭白，所述細砂層6的厚度為15cm，細砂粒徑為2~4mm。所述粗砂層7的厚度為15cm，粒徑為4~8mm。所述礫石層8的厚度為20cm，粒徑為8~12mm。

所述水培蔬菜系統(tǒng)3的頂端一側(cè)與前置潛流人工濕地2的頂端相接，所述水培蔬菜系統(tǒng)3的頂端一側(cè)與前置潛流人工濕地2的頂端相接，所述水培蔬菜系統(tǒng)3包括水培床12、水生植物10和定植板11，所述水培床12的有效水深為10cm，池壁高與水面高的差值為10cm，不填充任何基質(zhì)。所述定植板11設于水培床12頂端，水生植物10的根部穿過定植板11進入水培床12。所述水生植物10按季節(jié)區(qū)分，夏秋季4月~10月種植空心菜，春冬季11、12月及1、2、3月種植水芹，種植密度為100~150株/m²，每次收割所述水生植物10種植面積的1/4。

所述后置潛流人工濕地4的頂端與水培蔬菜系統(tǒng)3的頂端另一側(cè)相接，所述后置潛流人工濕地4從上到下依次設有蔬菜和景觀植物15、土壤層13、細砂層6、粗砂層7和礫石與破碎加氣混凝土砌塊混合層14，所述土壤層13的厚度為20cm，礫石與破碎加氣混凝土砌塊混合層14的厚度為20cm，粒徑為8~16mm。所述后置潛流人工濕地4還設有排水口16，所述排水口16設于礫石與破碎加氣混凝土砌塊混合層14的底端、后置潛流人工濕地4的右側(cè)。

一種農(nóng)村生活污水中氮磷資源化安全利用裝置的應用，包括如下步驟：

步驟一.農(nóng)村生活污水經(jīng)管網(wǎng)收集后，分周期進入生物濾池1進行預處理，布水周期為20min，布水時間為4min，水力負荷為6.6m³/(m²·d)，通過微生物降解等作用去除污水中的大部分有機物以及部分氮磷。

步驟二.預處理后的尾水從底端進入前置潛流人工濕地2，水力停留時間為40h，尾水在濕地床的內(nèi)部流動，因而可以充分利用填料表面的生物膜、豐富的植物根系及填料截留等作用對尾水進行預處理，通過吸附、過濾、沉淀、植物吸收和微生物降解等去除尾水中可能存在的有機物、微量重金屬及少部分氮磷。

步驟三.經(jīng)前置潛流人工濕地2處理后的尾水依然含有大部分氮磷及部分有機物，從前置潛流人工濕地2頂端的出水口也是水培蔬菜系統(tǒng)3的進水口流入水培蔬菜系統(tǒng)3，水力停留時間為12h，通過水生植物9根系過濾、蔬菜吸收、微生物降解等途徑去除預處理水中的氮磷及有機物，實現(xiàn)氮磷資源化利用，同時產(chǎn)出蔬菜，獲得經(jīng)濟收益，在污水排放要求不高的區(qū)域，水培蔬菜系統(tǒng)的出水可直接排放。

步驟四.水培蔬菜系統(tǒng)3的出水中僅有少部分氮磷及有機物，最后進入后置潛流人工濕地4的頂端進行再次凈化，水力停留時間為40h，濕地填料和濕地植物對水中剩余的污染物質(zhì)再次凈化，起到了把關作用，保證了優(yōu)良的出水水質(zhì)，從而使出水達到一級a標準，出水從所述后置潛流人工濕地4底端的出水口16流出。

實施例4

某農(nóng)村生活污水cod濃度為200~300mg/l，tn濃度為20~30mg/l，氨氮濃度為15~25mg/l，tp濃度為2~4mg/l，采用實施例3所述的農(nóng)村生活污水中氮磷資源化安全利用裝置。

農(nóng)村生活污水首先進入生物濾池1進行預處理，經(jīng)生物濾池1處理過的污水由進水口進入前置潛流人工濕地2，停留時間為40h；經(jīng)前置潛流人工濕地2預處理后的生活污水進入水培蔬菜系統(tǒng)3，停留時間為12h；經(jīng)水培蔬菜系統(tǒng)3處理后，含有少量氮磷及有機物的尾水進入后置潛流人工濕地4，停留時間為40h。

生物濾池采用周期性進水方式，其布水周期為20min，布水時間選取取4min，水力負荷取6.6m³/(m²?d)；前置潛流人工濕地尺寸為1.4m×0.2m×0.7m，有效水深為0.55m，濕地種植的植物為西伯利亞鳶尾。水培蔬菜系統(tǒng)尺寸為2.6m×0.2m×0.2m，有效水深為0.1m，后置潛流人工濕地尺寸為1.4m×0.2m×0.7m，有效水深為0.55m，濕地種植的植物同樣為西伯利亞鳶尾。

另外，水培蔬菜系統(tǒng)3不填充任何基質(zhì)，按季節(jié)種植水生植物，夏秋季（4月-10月）種植空心菜，春冬季（11、12月及1、2、3月）種植水芹，種植密度為100~150株/m²。水生蔬菜采用1/4收割方式進行收割，收割周期為每月一次。

監(jiān)測數(shù)據(jù)表明，經(jīng)生物濾池預處理后的農(nóng)村生活污水尾水中cod濃度為40~60mg/l，tn濃度為10~20mg/l，氨氮濃度為5~10mg/l，tp濃度為1~3mg/l，去除了進水中的大部分有機物及部分氮磷；尾水經(jīng)前置潛流人工濕地處理后，進入水培蔬菜系統(tǒng)的進水中各項指標的含量均低于標準值（參照農(nóng)業(yè)灌溉水質(zhì)標準），故預處理水可作為水培蔬菜系統(tǒng)內(nèi)蔬菜生長的營養(yǎng)液。

農(nóng)村生活污水經(jīng)過本發(fā)明所述裝置處理后排出，處理后水體的cod濃度為25~35mg/l，tn濃度為5~10mg/l，氨氮濃度為0.5~2.5mg/l，tp濃度為0.2~0.5mg/l，處理效果穩(wěn)定而良好。同時，參照《江蘇省農(nóng)辦質(zhì)｛2013｝17號、dz/t0064-1993》，對水培蔬菜系統(tǒng)內(nèi)的水芹菜和空心菜進行安全性評價，結(jié)果表明水芹菜、空心菜內(nèi)重金屬、微量有機污染物等指標均符合國家標準。

與其他傳統(tǒng)工藝相比，本發(fā)明在保證出水達到一級a標準的同時，大量產(chǎn)出無毒無害的水芹菜以及空心菜，不僅有效利用了污水中的氮磷等營養(yǎng)元素，并且?guī)砹丝捎^的經(jīng)濟收益。

綜上所述，本發(fā)明采用不同的工藝組合，從生物濾池到前置人工濕地到水培蔬菜系統(tǒng)再到后置人工濕地，達到了農(nóng)村生活污水中氮磷資源化安全利用的目的。生物濾池通過微生物降解等作用去除污水中的大部分有機物以及部分氮磷；前置人工濕地通過吸附、過濾、沉淀、植物吸收和微生物降解等去除尾水中可能存在的有機物、微量重金屬及少部分氮磷；水培蔬菜系統(tǒng)主要通過水生植物吸收去除預處理水中的氮磷元素，實現(xiàn)氮磷資源化利用，并同時去除有機物等污染物質(zhì)；后置潛流人工濕地內(nèi)的填料和植物對水中剩余的污染物質(zhì)再次凈化，起到了把關作用，保證了優(yōu)良的出水水質(zhì)，從而使出水達到一級a標準。組合技術的單元功能分區(qū)明確，運行穩(wěn)定可靠。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發(fā)明的保護范圍。