一种耦合现代栽培技术的农村污水生态处理系统及工艺
阅读：1015发布：2020-05-19
专利汇可以提供一种耦合现代栽培技术的农村污水生态处理系统及工艺专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种耦合现代栽培技术的农村污 水 生态处理系统及工艺，属于农村污水生态处理技术领域，包括依次设置的 曝气池 、二沉池、蓄水池、调节室及现代基质栽培 温室 ，以及与二沉池连接的沼气发电站；曝气池中设有厌 氧 微 生物 和好氧微生物，现代基质栽培温室内栽培 水培 植物 ，曝气池上设有集气罩，集气罩一侧设有连接到现代基质栽培温室的CO2管道，现代基质栽培温室设有连接到曝气池的O2管道，CO2管道和O2管道上均设有鼓 风 机和二通 阀 ，二通阀的一个通口连通外界大气。本发明不仅在污 水处理 中实现了 污泥 利用、气体循环利用、节能减排，而且有效地利用了N、P等营养物质为植物提供生长 肥料 ，能减少化学药剂的应用而降低成本。，下面是一种耦合现代栽培技术的农村污水生态处理系统及工艺专利的具体信息内容。
1.一种耦合现代栽培技术的农村污水生态处理系统，其特征在于，包括污水处理单元、现代基质栽培温室单元及沼气发电站单元，所述污水处理单元包括依次设置的曝气池(1)、二沉池(2)及蓄水池(3)，所述现代基质栽培温室单元包括与蓄水池(3)连接的调节室(4)及与调节室(4)连通的现代基质栽培温室(5)，所述沼气发电站单元包括与二沉池(2)连接的沼气发电站(6)；所述曝气池(1)中设有厌氧微生物和好氧微生物，所述调节室(4)内设有营养液池和紫外消毒机构，所述现代基质栽培温室(5)内设有基质及栽培在基质上的水培植物，所述曝气池(1)上设有集气罩，所述集气罩一侧设有连接到现代基质栽培温室(5)的CO2管道，所述现代基质栽培温室(5)设有连接到曝气池(1)的O2管道，所述CO2管道(A)和O2管道上均设有鼓风机和二通阀，所述二通阀的一个通口连通外界大气。
2.根据权利要求1所述的耦合现代栽培技术的农村污水生态处理系统，其特征在于，所述二沉池的底部连接有排泥管，所述排泥管另一端连接有贮泥池(7)，所述贮泥池(7)的输出端与沼气发电站连接(6)。
3.根据权利要求1所述的耦合现代栽培技术的农村污水生态处理系统，其特征在于，所述营养液池上设有加药计量泵及连接有搅拌电机的搅拌杆。
4.根据权利要求1所述的耦合现代栽培技术的农村污水生态处理系统，其特征在于，所述现代基质栽培温室(5)内设有用于给水培植物提供光照的照明灯；所述现代基质栽培温室内设有CO2浓度检测仪和O2浓度检测仪。
5.根据权利要求1所述的耦合现代栽培技术的农村污水生态处理系统，其特征在于，所述现代基质栽培温室(5)的出水端旁侧设有用于检测水体中TN、TP是否达到一级A排放标准的检测仪器，所以现代基质栽培温室(5)的出水端连接有两根直径比为 的管道，直径大的管道的另一端连接到水培植物进水侧，直径小的管道上设有开关阀。
6.根据权利要求1所述的耦合现代栽培技术的农村污水生态处理系统，其特征在于，所述蓄水池(3)的最大储水量大于现代基质栽培温室(5)的循环最大储水量。
7.根据权利要求1～6任一项所述的耦合现代栽培技术的农村污水生态处理系统处理生活污水的工艺，其特征在于，包括取下步骤：
S1：将生活污水灌入曝气池(1)，进行曝气处理，使水体先经过厌氧微生物所在处，厌氧微生物将有机大分子物质分解为小分子有机物，再经过好氧微生物所在处，好氧微生物吸收O2进行有氧呼吸，将小分子有机物转化成无机物，产生CO2；
S2：将经过曝气处理的水体通入二沉池(2)，进行沉淀；
S3：经过沉淀处理后的水体引入蓄水池(3)，备用；
S4：将蓄水池内的水体引入调节室(4)的营养液池中，调节pH，并补充微量元素，并通过紫外处理机构对水体进行消毒；
S5：将步骤S4中消毒后的水体引入现代基质栽培温室(5)并流经基质，开放流动式供养水培植物，基质吸收水体中的N、P，水培植物从基质和水体中吸收N、P及其他营养物质；并将步骤S1中产生的CO2通入现代基质栽培温室(5)，供水培植物吸收，促进其光合作用，产生O2并积累有机物，同时抑制水培植物的呼吸作用以减少有机物的分解；
S6：将步骤S5中经过水培植物的水体应用于农业灌溉、河流补水、冲厕用水、融雪用水、娱乐设施用水或景观用水；并将步骤S5中产生的O2通入曝气池(1)中，促进曝气处理；
S7：将步骤S2中二沉池(2)内的沉淀物送至沼气发电站(6)，与农村废气秸秆、人畜粪便、餐厨垃圾类有机废弃物经发酵产生沼气；
S8：步骤S7中产生的沼气用于燃烧发热或燃烧发电，产生的电能源为本农村污水生态处理系统供电。
8.根据权利要求7所述的一种耦合现代栽培技术的农村污水生态处理系统及工艺，其特征在于，在代基质栽培温室(5)内的水培植物长势不好或营养不足时，向营养液池中添加相应的营养液。
9.根据权利要求7所述的一种耦合现代栽培技术的农村污水生态处理系统及工艺，其特征在于，步骤S8中沼气燃烧产生的CO2和余热分别通过管道导入步骤S5中的现代基质栽培温室(5)中，促进水培植物光合作用，并维持现代基质栽培温室(5)的温度。
一种耦合现代栽培技术的农村污水生态处理系统及工艺
技术领域
[0001] 本发明涉及农村污水生态处理技术领域，具体的涉及一种耦合现代栽培技术的农村污水生态处理系统及工艺。
背景技术
[0002] 随着新型农村的大力建设，越来越多的农村将配备污水处理厂。欧美国家早在上个世纪就有将污水处理厂产生的污泥进行农业上的利用的实例，据相关资料显示，世界上污泥利用量比例最高的国家是葡萄牙和卢森堡，污泥农业利用比例高达80％，带来了可观的经济效益。水培栽培(基质栽培)是目前炙手可热的新兴领域，为了满足城市居民对新鲜蔬菜的需求，北京周边已经有了很多的水培蔬菜工厂，其提供的蔬菜可以满足上千万人的需求。
[0003] 传统的提标改造是根据水质情况向水中加入相应的化学药剂，需要一定的成本；传统方法对农村污水处理厂的出水进行提标排放(一级B出水提高到一级A出水)，常用的方法是增加污泥中微生物的含量、曝气时间、污泥回流比等，其排出大量污泥，出水中含少量N、P，N、P未能得到较好的利用；污水处理过程中会产生CO2气体，传统的工艺对该CO2气体的重视程度较低，都是将该CO2气体直接排放到大气中，加重了地球温室效应，不利于环保。
发明内容
[0004] 1.要解决的技术问题
[0005] 本发明要解决的技术问题在于提供一种耦合现代栽培技术的农村污水生态处理系统及工艺，其将农村污水处理和农业生产有机地结合，不仅在污水处理中实现了污泥利用、CO2和O2的循环利用、节能减排等，而且有效地利用了N、P等营养物质，为农业生产中的植物提供了生长肥料，能减少化学药剂的应用而降低成本。
[0006] 2.技术方案
[0007] 为解决上述问题，本发明采取如下技术方案：
[0008] 一种耦合现代栽培技术的农村污水生态处理系统，包括污水处理单元、现代基质栽培温室单元及沼气发电站单元，所述污水处理单元包括依次设置的曝气池、二沉池及蓄水池，所述现代基质栽培温室单元包括与蓄水池连接的调节室及与调节室连通的现代基质栽培温室，所述沼气发电站单元包括与二沉池连接的沼气发电站；所述曝气池中设有厌氧微生物和好氧微生物，所述调节室内设有营养液池和紫外消毒机构，所述现代基质栽培温室内设有基质及栽培在基质上的水培植物，所述曝气池上设有集气罩，所述集气罩一侧设有连接到现代基质栽培温室的CO2管道，所述现代基质栽培温室设有连接到曝气池的O2管道，所述CO2管道和O2管道上均设有鼓风机和二通阀，所述二通阀的一个通口连通外界大气。
[0009] 进一步地，所述二沉池的底部连接有排泥管，所述排泥管另一端连接贮泥池的输入端，所述贮泥池的输出端连接沼气发电站。二沉池内的污泥通过排泥管进入贮泥池，再通过贮泥池的输出端输送至沼气发电站，便于将污泥在贮泥池中富集后再送往沼气发电站，便于调控污泥送向沼气发电站的过程。
[0011] 进一步地，所述现代基质栽培温室内设有用于给水培植物提供光照的照明灯；所述现代基质栽培温室内设有CO2浓度检测仪和O2浓度检测仪。照明灯可在水培植物得到较多的CO2的基础上，为水培植物提供光照，才能实现促进其光合作用的目的；CO2浓度检测仪和O2浓度检测仪可实时监测现代基质栽培温室内CO2的浓度和O2的浓度，从而便于调控CO2的输入和O2的排出，可为水培植物的生长带来有益效果。
[0012] 进一步地，所述现代基质栽培温室的出水端旁侧设有用于检测水体中TN、TP是否达到一级A排放标准的检测仪器，所以现代基质栽培温室的出水端连接有两根直径比为的管道，直径大的管道的另一端连接到水培植物进水侧，直径小的管道上设有开关阀。若达到一级A排放标准，两根管道都工作，根据分流原理，将会有2/3的水培体系出水再次进入到水培体系中为植物所吸收利用，增加了水力停留时间，提高了水培体系对水体中有机态污染物的去除效率。若检测到达不到排放标准，则将直径小的管道上的开关阀关闭，所有的水进行回流。从而有利于精确控制现代基质栽培温室的出水端的出水水质。
[0013] 进一步地，所述蓄水池的最大储水量大于现代基质栽培温室的循环最大储水量。将蓄水池中的水抽入现代基质栽培温室系统，能保证满足现代基质栽培温室循环最大储水量，并有效地减少蓄水池蓄水压力。
[0014] 本发明还提供了上述耦合现代栽培技术的农村污水生态处理系统处理生活污水的工艺，包括取下步骤：
[0015] S1：将生活污水灌入曝气池，进行曝气处理，使水体先经过厌氧微生物所在处，厌氧微生物将有机大分子物质分解为小分子有机物，再经过好氧微生物所在处，好氧微生物吸收O2进行有氧呼吸，将小分子有机物转化成无机物，产生CO2；
[0016] S2：将经过曝气处理的水体通入二沉池，进行沉淀；
[0017] S3：经过沉淀处理后的水体引入蓄水池，备用；
[0018] S4：将蓄水池内的水体引入调节室的营养液池中，调节pH，并补充微量元素，并通过紫外处理机构对水体进行消毒；
[0019] S5：将步骤S4中消毒后的水体引入现代基质栽培温室并流经基质，开放流动式供养水培植物，基质吸收水体中的N、P，水培植物从基质和水体中吸收N、P及其他营养物质；并将步骤S1中产生的CO2通入现代基质栽培温室，供水培植物吸收，促进其光合作用，产生O2并积累有机物，同时抑制水培植物的呼吸作用以减少有机物的分解；
[0022] S8：步骤S7中产生的沼气用于燃烧发热或燃烧发电，产生的电能源为本农村污水生态处理系统供电。
[0023] 进一步地，在代基质栽培温室内的水培植物长势不好或营养不足时，向营养液池中添加相应的营养液。可提升水培植物的生长质量。
[0024] 进一步地，步骤S8中沼气燃烧产生的CO2和余热分别通过管道导入步骤S5中的现代基质栽培温室中，促进水培植物光合作用，并维持现代基质栽培温室的温度。可实现对沼气燃烧产生的物质的充分利用，进一步促进节能减排。
[0025] 3.有益效果
[0026] (1)本发明将污水的提标改造与作物生长相耦合，将经过曝气和沉淀处理的水体(该水体水质为一级B水平)用于农业生产，经水培植物净化后的水体的水质达到一级A水平，在提高水质的同时，又可以为植物提供生长肥料，用植物生长吸收代替化学药剂处理污水，不仅能减少化学药剂的应用而降低成本，还能带来植物的经济价值；还将沉淀产生的污泥应用于沼气发电；两者都实现变废为宝的环保理念。
[0027] (2)本发明设有现代基质栽培温室单元，其栽培水培植物，利用水培植物吸收水体中的N、P，使得污水处理单元处理污水后，产生的污泥较少，出水中富含N、P，与传统污水处理工艺相比，本发明减少了富含N、P的污泥的产量，降低污泥回流比，从而节约了对污水处理厂的剩余污泥的处理成本，使更多的N、P停留在水体中，最终被水培植物所吸收，从而达到污泥减排和促进水培植物生长的效果，实现了N、P的资源化利用。
[0028] (3)本发明将曝气处理过程中产生的CO2通入现代基质栽培温室，供水培植物吸收，促进其光合作用，产生O2并积累有机物，同时抑制水培植物的呼吸作用以减少有机物的分解；还将水培植物光合作用产生的O2通入曝气池，促进曝气处理，实现气体的循环资源化利用，并减少CO2的排放量，节能减排，可防止加重地球温室效应，有利于环保。
[0029] 综上，本发明将农村污水处理和农业生产有机地结合，不仅在污水处理中实现了污泥利用、气体的循环利用、节能减排等，而且有效地利用了N、P等营养物质，为农业生产中的植物提供了生长肥料，能减少化学药剂的应用而降低成本，具有良好的生态价值和经济价值，实现变废为宝的环保理念，具有很强的推广价值和广阔的应用前景。附图说明
[0030] 图1为本发明的流程示意图，图中线路A表示水流通路，线路B表示CO2通路，线路C表示污泥通路，线路D表示O2通路，线路E表示现代基质栽培温室5的供电通路；
[0031] 附图标记：1、曝气池；2、二沉池；3、蓄水池；4、调节室；5、现代基质栽培温室；6、沼气发电站；7、贮泥池。
具体实施方式
[0032] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明。
[0033] 实施例
[0034] 如图1所示的一种耦合现代栽培技术的农村污水生态处理系统，包括污水处理单元、现代基质栽培温室单元及沼气发电站单元，所述污水处理单元包括依次设置的曝气池1、二沉池2及蓄水池3，所述现代基质栽培温室5单元包括与蓄水池3连接的调节室4及与调节室4连通的现代基质栽培温室5，所述沼气发电站6单元包括与二沉池2连接的沼气发电站
6；所述曝气池1中设有厌氧微生物和好氧微生物，所述调节室4内设有营养液池和紫外消毒机构，所述现代基质栽培温室5内设有基质及栽培在基质上的水培植物；
6；所述曝气池1中设有厌氧微生物和好氧微生物，所述调节室4内设有营养液池和紫外消毒机构，所述现代基质栽培温室5内设有基质及栽培在基质上的水培植物；
[0035] 所述曝气池1上设有集气罩，所述集气罩一侧设有连接到现代基质栽培温室5的CO2管道，所述现代基质栽培温室5设有连接到曝气池1的O2管道，所述CO2管道和O2管道上均设有鼓风机和二通阀，所述二通阀的一个通口连通外界大气；曝气处理过程中产生的CO2通入现代基质栽培温室5，供水培植物吸收，促进其光合作用，产生O2并积累有机物，同时抑制水培植物的呼吸作用以减少有机物的分解；还将水培植物光合作用产生的O2通入曝气池1，促进曝气处理，实现气体的循环资源化利用；
[0036] 所述二沉池2的底部连接有排泥管，所述排泥管另一端连接贮泥池7的输入端，所述贮泥池7的输出端连接沼气发电站6。二沉池2内的污泥通过排泥管进入贮泥池7，再通过贮泥池7的输出端输送至沼气发电站6，便于将污泥在贮泥池7中富集后再送往沼气发电站6，便于调控污泥送向沼气发电站6的过程；
[0037] 所述蓄水池3的最大储水量大于现代基质栽培温室5的循环最大储水量。将蓄水池3中的水抽入现代基质栽培温室5系统，能保证满足现代基质栽培温室5循环最大储水量，并有效地减少蓄水池3蓄水压力；
[0038] 所述营养液池上设有加药计量泵及连接有搅拌电机的搅拌杆。加药计量泵可对加入的试剂或营养液进行定量，搅拌杆可促进试剂或营养液与水体的混合均匀性；
[0039] 所述现代基质栽培温室5内设有用于给水培植物提供光照的照明灯，可在水培植物得到较多的CO2的基础上，为水培植物提供光照，才能实现促进其光合作用的目的；所述现代基质栽培温室5内设有CO2浓度检测仪和O2浓度检测仪，可实时监测现代基质栽培温室5内CO2的浓度和O2的浓度，从而便于调控CO2的输入和O2的排出，可为水培植物的生长带来有益效果。具体为：当现代基质栽培温室5中的O2浓度检测仪检测到O2浓度较高时，就会把现代基质栽培温室5中的O2引入曝气池1中；当水培现代基质栽培温室5中的CO2浓度检测仪检测到CO2浓度较低时，就会把曝气池1产生的CO2引入现代基质栽培温室5中；实现CO2和O2的互相循环。当现代基质栽培温室5中不需要CO2时，可以人为远程控制将CO2管道上的二通阀连通大气，将CO2排入大气；当曝气池1不需要O2时，可以人为远程控制将O2管道上的二通阀连通大气，将O2排入大气；
[0040] 所述现代基质栽培温室5的出水端旁侧设有用于检测水体中TN、TP是否达到一级A排放标准的检测仪器，所以现代基质栽培温室5的出水端连接有两根直径比为 的管道，直径大的管道的另一端连接到水培植物进水侧，直径小的管道上设有开关阀。若达到一级A排放标准，两根管道都工作，根据分流原理，将会有2/3的水培体系出水再次进入到水培体系中为植物所吸收利用，增加了水力停留时间，提高了水培体系对水体中有机态污染物的去除效率。若检测到达不到排放标准，则将直径小的管道上的开关阀关闭，所有的水进行回流。从而有利于精确控制现代基质栽培温室5的出水端的出水水质。
[0041] 上述耦合现代栽培技术的农村污水生态处理系统处理生活污水的工艺，包括取下步骤：
[0042] S1：将生活污水灌入曝气池1，进行曝气处理，使水体先经过厌氧微生物所在处，厌氧微生物将有机大分子物质分解为小分子有机物，再经过好氧微生物所在处，好氧微生物吸收O2进行有氧呼吸，将小分子有机物转化成无机物，产生CO2；
[0043] S2：将经过曝气处理的水体通入二沉池2，进行沉淀；
[0044] S3：经过沉淀处理后的水体引入蓄水池3，备用；
[0045] S4：将蓄水池3内的水体引入调节室4的营养液池中，调节pH，并补充微量元素，并通过紫外处理机构对水体进行消毒；
[0046] S5：将步骤S4中消毒后的水体引入现代基质栽培温室5并流经基质，开放流动式供养水培植物，基质吸收水体中的N、P，水培植物从基质和水体中吸收N、P及其他营养物质，若水培植物长势不好或营养不足，需要向营养液池中添加相应的营养液。可提升水培植物的生长质量；并将步骤S1中产生的CO2通入现代基质栽培温室5，供水培植物吸收，促进其光合作用，产生O2并积累有机物，同时抑制水培植物的呼吸作用以减少有机物的分解；
[0047] S6：将步骤S5中经过水培植物的水体应用于农业灌溉、河流补水、冲厕用水、融雪用水、娱乐设施用水或景观用水；并将步骤S5中产生的O2通入曝气池1中，促进曝气处理；
[0048] S7：将步骤S2中二沉池2内的沉淀物送至沼气发电站6，与农村废气秸秆、人畜粪便、餐厨垃圾类有机废弃物经发酵产生沼气；
[0049] S8：步骤S7中产生的沼气用于燃烧发热或燃烧发电，产生的电能源为本农村污水生态处理系统供电；沼气燃烧产生的CO2和余热分别通过管道导入步骤S5中的现代基质栽培温室5中，促进水培植物光合作用，并维持现代基质栽培温室5的温度。
[0050] 下面针对现代基质栽培温室单元将农村污水处理厂一级B出水净化为一级A出水过程进行模拟计算：
[0051] 农村污水处理厂的出水标准是一级B标准，结合芜湖周边农村污水处理厂的出水数据(见表1)，出水BOD5大约为15～18mg/L，CODcr大约为55mg/L，氨氮大约为15mg/L，TP大概为1.0mg/L。结合农村的特殊地理条件，出水中的营养物质可以用于种植一些有经济价值的植物。
[0052] 表1 2018年11月检测某农村污水处理厂二沉池2出水水质
[0053]
[0054] 由表1可知，该污水处理厂的二沉池2水质依然不够理想，若直接排放会给环境带来很大的压力，所以可以考虑用本工艺来深度处理二沉池2出水。
[0055] 结合以上检测数据，模拟农村污水处理厂二沉池2出水的相关数据：TP为1.0mg/L，NH4+-N为14mg/L，COD为60mg/L；经现代基质栽培温室5单元(水培植物采用空心菜)处理后，出水的相关数据：TP为0.5mg/L，NH4+-N为8mg/L，COD为50mg/L。
[0056] 表2污水综合排放标准(GB8978——1996)(摘录)
[0057]
[0058] 表3农业灌溉水质标准(GB5084--2005)摘录
[0059]
[0060] 对比污水综合排放标准(GB8978——1996)(摘录)中规定的部分重金属最高允许排放浓度(见表2)和中华人民共和国国家标准发布的农业灌溉水质标准(GB5084--2005)中部分关于农业灌溉用水水质基本控制项目标准值(见表3)可知，污水处理厂出水中的重金属基本上是符合农业灌溉标准的，可以放心使用。
[0061] 上述耦合现代栽培技术的农村污水生态处理系统的具体设计如下：
[0062] 一、污水处理厂(曝气池和二沉池)设计
[0063] 本工艺针对的是农村小型污水处理厂，日平均处理水量40t，最高处理水量100t。污水处理厂采用A/O工艺，预计占地面积为1200m2。
[0064] 二、蓄水池设计
[0067] 三、调节室设计
[0069] 1、加药桶主要功能
[0070] (1)是营养液调节的场所，营养液pH值的调整、作物所需养分及水分的补充等均在营养液池中进行。
[0071] (2)增大每株占有营养液量，使每株占有的营养液量增大，使营养液的浓度、组成、pH值、溶解氧以及液温等不易发生较剧烈的变化，较长期地保持稳定。
[0072] 2、营养液配方(以空心菜为例)
[0073] (1)pH的调节
[0075] (2)微量元素的配比
[0076] 微量元素乙二胺四乙酸二钠铁、硼酸、硫酸锰、硫酸锌、硫酸铜、钼酸铵的含量分别为2.8mg/L～5.6mg/L、0.5mg/L、0.5mg/L、0.05mg/L、0.02mg/和0.01mg/L。
[0077] 四、立体现代基质栽培温室设计
[0078] 1、基质栽培形式分别有柱式、梯田式、螺旋式和复合式立体基质栽培。
[0079] 以下为柱式立体基质栽培模拟计算：
[0080] 2、栽培品种
[0081] 基质栽培可以栽培大部分叶类蔬菜和各种矮生花草及草莓，还可进行细叶菜和芽苗菜的培育。本工艺模拟种植空心菜。
[0082] 3、立体基质栽培设计
[0083] 一个柱式立体基质栽培种植架约过水0.05m3。每个柱式立体基质栽培种植可种植约4kg空心菜。
[0084] 4、循环供水系统
[0085] 由立体现代基质栽培温室5排出的水分成两条支管，一条转回总供液管上，再次进入立体现代基质栽培温室5实现室内循环；另一条支管内的水直接排出，可用于农业灌溉、河流补给和景观用水。在两条支管前安装检测系统，若出水无法达到一级A排放标准，则关闭排出室外的出水支管，使全部水回流室内进行循环。所有的管道均需采用塑料管，不能使用镀锌水管或其它金属管。
[0086] 5、设计参数
[0087] 基质栽培室日进水40t，基质栽培柱高2.5m，直径0.2m，存水量约0.08m3，共设计1650组柱式基质栽培，每组基质栽培柱间隔0.5m。温室长度60m，宽度30m，高3m。
[0088] 设计参数计算：
[0089] ⑴基质栽培空心菜对水体中NH4+-N、TP的吸收
[0090] 根据东南大学环境工程专业硕士研究生陈桂项的论文《水培蔬菜系统对农村生活污水尾水中氮磷的去除及资源化利用研究》一文中提出的计算方法，下文计算了若要对水体中NH4+-N、TP进行深度处理需要的空心菜的质量。
[0091] 因为现代基质栽培温室5的进水为污水处理厂二沉池2出水且经过消毒，水中的有机氮含量极少，故本实验可以忽略有机氮对TN去除的影响。在现代基质栽培温室5内，水培体系对不同形态的氮和磷的总去除量可以用下式计算。
[0092]
[0093] 式中：
[0094] Q——进水流量(L/d)；
[0095] Coi——现代基质栽培温室5进水TN或TP浓度(mg/L)；
[0096] Cei——现代基质栽培温室5出水TN或TP浓度(mg/L)；
[0097] ti——相邻两次水质测定时间间隔(d)；
[0098] i——取样次数。
[0099] ①NH4+-N去除量计算方法
[0100] 空心菜吸收NH4+-N量＝kC×FW×T
[0101] ＝(k×C-a)×FW×T
[0102] 式中：
[0103] FW——以实验前后空心菜鲜重平均值表征的空心菜重量(g)；
[0104] C——以进出水平均浓度均值表征的TN浓度(mg/L)；
[0105] T——培养周期(d)；
[0106] kC——以TN吸收速率[mg/(gFW·d)]；
[0107] K——以TN浓度为基准的吸收速率转换系数(0.0101)；
[0108] a——0.0205。
[0109] ②TP去除量计算方法
[0110] 空心菜吸收TP量＝kC×FW×T
[0111] 式中：
[0112] FW——以实验前后空心菜鲜重平均值表征的空心菜重量(g)；
[0113] T——培养周期(d)；
[0114] kC——以TN吸收速率[mg/(gFW·d)]。
[0115] ③空心菜对TP吸收特性
[0116] 根据实验结果，以空心菜对TP吸收速率[mg/(gFW·d)]为纵坐标，以TP浓度(mg/L)为横坐标，满足关系式y＝0.0142x+0.0017。
[0117] 所以若要求将水中的TP浓度由1.0mg/L降为0.5mg/L，1g空心菜一天能够处理的水量为：
[0118]
[0119] 故若将水的密度视为1g/ml，一天将40t水的TP浓度由1.0mg/L降为0.5mg/L需要的空心菜质量为：
[0120] m＝40×103÷0.01g＝4×106＝4000kg
[0121] ④空心菜对NH4+-N的吸收特性
[0122] 根据实验结果，以空心菜对NH4+-N吸收速率[mg/(gFW·d)]为纵坐标，以NH4+-N浓度(mg/L)为横坐标，满足关系式y＝0.0101x+0.02157。
[0123] 所以若要求将水中的NH4+-N浓度由15mg/L降为8mg/L，1g空心菜一天能够处理的水量为：
[0124]
[0125] 故若将污水的密度视为1g/ml，一天将40t污水的NH4+-N浓度由15mg/L降为8mg/L需要的空心菜质量为：
[0126] m＝40×103÷0.0076g＝5263158g≈5260kg
[0127] ⑵现代基质栽培温室的设计
[0128] 结合⑴中的③、④，将空心菜的成活率按80％来计算，需要的空心菜为6575kg。
[0129] 若按照一个基质栽培植物种植架可以培养4kg空心菜，需要1644个种植架。每个种植架占地面积约0.5m×0.5m，种植架之间间隔0.5m，种植架所占的面积为area＝1644×1×1＝1644㎡。考虑到预留面积，预计现代基质栽培温室5为1800㎡，现代基质栽培温室5高度为3m，所以现代基质栽培温室5的长、宽、高分别为60m、30m、3m。
[0130] 下面为效益估算：
[0131] 1.基质栽培室带来的经济效益
[0132] 由上可得，占地面积1800㎡的现代基质栽培温室5可成功种植约6600kg的空心菜，按市场上空心菜6元/kg的批发价，每收割一次可以产生的经济效益是：
[0133] 6600×6＝39600元。
[0134] 冬春季平均每20天收割一次，夏秋季平均每15天收割一次，冬春季可收割大约9次，夏秋季大约可收割12次。一年总共可以收割21次。一年产生的经济效益是：
[0135] 39600×21＝831600元。
[0136] 即现代基质栽培温室5一年可产生的实际经济效益为约80万元。
[0137] 整个工艺的建造成本约为100万，维护成本约为每年5万元左右，员工成本约为每年15万元左右(三个员工即可)。大约两年即可回本，此后每年可净赚约60万元。
[0138] 2.CO2和O2循环节约的电能
[0139] 结合实际情况，假设进入曝气池1的COD浓度为300mg/L，出水COD浓度为60mg/L，则好氧微生物降解的COD浓度为240mg/L。由好氧微生物降解的化学方程式有：
[0140] C6H12O6+6O2→6CO2+6H2O
[0142]
[0143] 则每分钟由大棚产生的运至曝气池1的氧气为：
[0144] 218×80％＝175mol/min＝3920L/min
[0145] 则每分钟需要空气(取10％的余量)：
[0146] 3920/21％×110％＝2050L/min＝2.05m3/min
[0147] 取风压为6mH2O＝60000Pa
[0148] 风机轴功率为(风机效率按75％算)：
[0149] 2.05÷60×60000÷75％＝2733W≈2.7kW
[0150] 电机功率为：
[0151] 2.7×(1+10％)＝2.97kW＝2970w
[0152] 则一年可以省下的电力为：
[0153] 2970×365×24×60×60＝9.36×1010W＝26017度
[0154] 3.小型沼气发电站6的经济效益
[0155] 假设这个村庄有4000个人，按每人每次粪便为300g，频率为2天/次，则每天产生的粪便为：
[0156] 4000×0.3×1/2＝600kg
[0157] 结合牲畜粪便，大约取800kg/d。
[0158] 据经验公式，一千克粪便的干物质约有20％，每千克的粪便干物质可产生0.3m3的沼气，故每天产生的沼气量为：
[0159] 800×20％×0.3＝48m3
[0160] 1m3甲烷浓度为65％的沼气能发电1.87度，此处取1.5度，则小型沼气发电站6一年产生的电为：
[0161] 48×1.5×365＝26280度
[0162] 由上述内容可知，本发明将农村污水处理和农业生产有机地结合，不仅在污水处理中实现了污泥利用、气体的循环利用、节能减排等，而且有效地利用了N、P等营养物质，为农业生产中的植物提供了生长肥料，能减少化学药剂的应用而降低成本，具有良好的生态价值和经济价值，实现变废为宝的环保理念，具有很强的推广价值和广阔的应用前景。
[0163] 本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求范围内。
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