申请日2012.11.19
公开(公告)日2013.03.13
IPC分类号C02F103/06; C02F9/14
摘要
本发明涉及一种用于村镇污水处理的地下水平流渗滤系统，具体地说是由布水区、填料床、布水挡板，曝气管、集水区、防渗层、土工布隔层、表层种植土壤层和植物组成。其整体为条带状凹槽床体结构，布水区和集水区分别位于填料床体的两端，布水挡板将填料床分割成若干个隔室单元，单数隔室填料下部设有曝气管，曝气量可调节，填料床底部与周边设有防渗层，填料床上部铺设有若干层土工布隔层，隔层上部为表层种植土壤层，可种植农作物。本发明的多级布水挡板设计，有效提高污水与填料接触的均匀性;本发明采用生物质炭改良填料基质和种植土壤层，强化了污水净化性能;本发明的间隔填料床曝气装置设计，使得填料床体中呈现多级好氧n/缺氧m交替模式，提高了其对总氮的去除效果。
权利要求书
1.一种用于村镇污水处理的新型地下水平流渗滤系统，其特征在于：
所述系统为条带状凹槽床体结构，由布水区(1)、填料床(2)、布水挡板(3)，曝气管(4)、集水区(5)、防渗层(6)、土工布隔层(7)、土壤层(8)和植物(9)组成，其中：布水区(1)和集水区(5)分别位于填料床(2)的两端，填料床(2)底部与周边设有防渗层(6)，布水挡板(3)纵向布置将填料床(2)分割成若干个隔室单元，单数隔室单元底部均设有曝气管(4)，填料床(2)上部铺设有若干层土工布隔层(7)，土工布隔层(7)上部为土壤层(8)，上面可种植植物(9);所述第一隔室单元靠近布水区处的1/10~1/2位置为碎石区(2-1)，其余部分为河沙和高炉渣混合填料(2-2);其余隔室单元由其它混合填料(2-3)组成;布水区(1)由细沙滤层(1-1)和进水管(1-2)组成，进水管(1-2)连接填料床2的碎石区(2-1);集水区(5)底部铺设设有集水管(5-1)。
2.根据权利要求1所述的一种用于村镇污水处理的地下水平流渗滤系统，其特征在于布水区(1)内细沙滤层(1-1)长度为0.2～1m，细沙粒径为0.5-2mm，进水管(1-2)采用PVC布水管，所述进水管下部均匀开有直径为2-5mm的布水孔，通过细沙层过滤后的污水经布水管进入填料床。
3.根据权利要求1所述的一种用于村镇污水处理的地下水平流渗滤系统，其特征在于所述填料床(2)的填料填充厚度为0.1~1m，第一隔室内的碎石层(2-1)采用的碎石粒度为0.5~5cm，河沙和高炉渣混合填料(2-2)的粒度0.1~5cm，河沙和高炉渣的体积比为(10～30)：(50～90);其它混合填料(2-3)由生物质炭、高炉渣及河沙混合填料组成，生物质炭填料：高炉渣：河沙的体积比为(10～20)：(30~60): (10～30)。
4.根据权利要求1所述的一种用于村镇污水处理的地下水平流渗滤系统，其特征在于所述布水挡板(3)上开有圆形布水孔，布水孔孔径为2～10mm，布水挡板(3)下半部布水孔密度为5～10个/平方米，上半部布水孔密度为10～50个/平方米;布水挡板(3)高度与填料床(2)高度一致，布水挡板(3)选为PVC、PP或混凝土结构中任一种。
5.根据权利要求3所述的一种用于村镇污水处理的地下水平流渗滤系统，其特征在于所述生物质炭是以农业废弃生物质资源为原料，经500～800℃隔绝空气炭化8～48h制备，所述农业废弃生物质资源包括芦苇、稻秆、棉花杆、花生壳、玉米芯或竹材中任一种，生物质炭填料粒径为0.5~5cm。
6.根据权利要求1所述的一种用于村镇污水处理的地下水平流渗滤系统，其特征在于所述曝气管(4)为PVC管，每平方米铺设曝气管2-10米，曝气管(4)上均匀开曝气孔5～25个/米，曝气孔孔径为2～5mm，开孔朝下，管壁上包纱网，与床体外鼓风机的出口相连。
7.根据权利要求1所述的一种用于村镇污水处理的地下水平流渗滤系统，其特征在于所述集水区(5)内填充粒径为0.5～5cm的碎石，碎石下部铺设集水管(5-1)。
8.根据权利要求1所述的一种用于村镇污水处理的地下水平流渗滤系统，其特征在于所述防渗层(6)选用HDPE膜或聚乙烯薄膜。
9.根据权利要求1所述的一种用于村镇污水处理的地下水平流渗滤系统，其特征在于所述土壤层为掺混有生物质炭的回填原位土壤，生物质炭粒径为0.1~2mm，原位土与生物质炭的体积比为：(80～90)：(5～20);土壤层厚度为30～50cm。
10.根据权利要求1所述的一种用于村镇污水处理的地下水平流渗滤系统，其特征在于土工布层由1～5层土工布叠合而成。
说明书
一种用于村镇污水处理的地下水平流渗滤系统
技术领域
本发明属于污水处理技术领域，是一种用于村镇污水处理的新型地下水平流渗滤系统。
背景技术
长期以来，由于经济、环境意识等方面的原因，生活污水的治理主要集中在城市人口密集且污水收集管网能够收集的地区，但在大部分村镇地区，污水一般都经过简易小三格化粪池处理后直接排入河道，对水环境造成严重污染，影响了人体的健康与经济的发展。我国村镇生活污水大多较为分散，收集系统十分不完整，且经济实力和管理水平还不够高，因此有待开发适合村镇污水处理的高效低耗工艺。
目前，村镇污水处理常用的工艺主要有人工湿地和地下土壤渗滤系统，该类工艺具有投资省、运行费用低、管理方便等优点。人工湿地根据水流方式，可分为表面流人工湿地SFW、水平潜流人工湿地SSFW和垂直流人工湿地VFW。其中，水平潜流人工湿地因外形美观、投资节约、效率较高等，已被广泛应用。传统的水平潜流由一个或多个填料床组成，污水从一端水平流过填料床，床体填充基质，床底设有防渗层，其对污染物的去处主要通过植物摄取、基质吸附和湿地中微生物作用完成，其中后两者的作用最大。然而，从目前的工程应用看，现有的人工湿地上部覆盖砂石层，用于湿地植物种植，其推广应用逐渐受我国村镇日益紧张的农业土地资源的限制;另外，目前人工湿地填充基质材料研究应用较多的主要有河沙、碎石、陶粒、沸石、煤渣等，其中，商品陶粒和沸石对氮、磷具有良好的吸附性能，但其价格相对较高。在污水处理工程中，人工湿地基质填料对污水中氨氮吸附后，通过微生物的硝化/反硝化作用进行去除，但是微生物的生长受到诸多因素的制约，如温度、溶解氧、ORP等，微生物的硝化作用需要充足的溶解氧，而反硝化菌需要在缺氧环境中实现对硝态氮的去除，而在传统水平潜流人工湿地中，氧的供给主要靠植物的根际传输，和进水中所带的溶解氧，现有研究表明，植物的供给远不能满足人工湿地中氧的需求，湿地内植物的非根际区一般处于缺氧状态，而进水中所带的氧主要消耗在人工湿地的前端，主要用于COD的去除，难以满足后续氨氮硝化的需要，导致该工艺脱氮能力不足。同时，从目前国内外的研究进展看，人工湿地系统在构建好后，随着运行时间的延长，由于湿地基质填料的非均质性，导致污水在人工湿地中的流态分布不均匀，常常会在水平潜流人工湿地的中后部出现短流现象，大大削弱了人工湿地对污染物的去除效果。因此，水平潜流人工湿地的上述不足有待进一步研究改善。
地下土壤渗滤污水处理系统是将污水有控制地投配到经一定构造、距地面约30~40cm深和具有良好扩散性能的土层中，污水经毛细管浸润和土壤渗滤作用向周围运动且达到处理要求的一种土地处理方式。该系统不影响表层土地耕种，是一种有效、经济、可靠、稳定的小规模污水土地处理工艺, 十分适合于具有分散污染源的村镇地区生活污水的处理。但是，传统的土壤渗滤系统布水方式复杂，配水不均匀，且基质渗透性较差，处理负荷较低，占地面积较大。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足， 提供一种用于村镇污水处理的新型地下水平流渗滤系统。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：所述系统为条带状凹槽床体结构，由布水区1、填料床2、布水挡板3，曝气管4、集水区5、防渗层6、土工布隔层7、土壤层8和植物9组成，其中：布水区1和集水区5分别位于填料床2的两端，填料床2底部与周边设有防渗层6，布水挡板3纵向布置将填料床2分割成若干个隔室单元，单数隔室单元底部均设有曝气管4，填料床2上部铺设有若干层土工布隔层7，土工布隔层7上部为土壤层8，上面可种植植物9;所述第一隔室单元靠近布水区处的1/10~1/2位置为碎石区2-1，其余部分为河沙和高炉渣混合填料2-2;其余隔室单元由其它混合填料2-3组成;布水区1由细沙滤层1-1和进水管1-2组成，进水管1-2连接填料床2的碎石区2-1;集水区5底部铺设设有集水管5-1。
本发明中，布水区1内细沙滤层1-1长度为0.2～1m，细沙粒径为0.5-2mm，进水管1-2采用PVC布水管，所述进水管下部均匀开有直径为2-5mm的布水孔，通过细沙层过滤后的污水经布水管进入填料床。
本发明中，所述填料床2的填料填充厚度为0.1~1m，第一隔室内的碎石层2-1采用的碎石粒度为0.5~5cm，河沙和高炉渣混合填料2-2的粒度0.1~5cm，河沙和高炉渣的体积比为(10～30)：(50～90);其它混合填料2-3由生物质炭、高炉渣及河沙混合填料组成，生物质炭填料：高炉渣：河沙的体积比为(10～20)：(30~60): (10～30)。
本发明中，所述布水挡板3上开有圆形布水孔，布水孔孔径为2～10mm，布水挡板3下半部布水孔密度为5～10个/平方米，上半部布水孔密度为10～50个/平方米;布水挡板3高度与填料床2高度一致，布水挡板3选为PVC、PP或混凝土结构中任一种。
本发明中，所述生物质炭是以农业废弃生物质资源为原料，经500～800℃隔绝空气炭化8～48h制备，所述农业废弃生物质资源包括芦苇、稻秆、棉花杆、花生壳、玉米芯或竹材中任一种，生物质炭填料粒径为0.5~5cm。
本发明中，所述曝气管4为PVC管，每平方米铺设曝气管2-10米，曝气管4上均匀开曝气孔5～25个/米，曝气孔孔径为2～5mm，开孔朝下，管壁上包纱网，与床体外鼓风机的出口相连，根据氨氮等的去除效果和填料的吸附饱和程度进行间歇、连续曝气，曝气量可调节。
本发明中，所述集水区5内填充粒径为0.5～5cm的碎石，碎石下部铺设集水管5-1。
本发明中，所述防渗层6选用HDPE膜或聚乙烯薄膜。
本发明中，所述土壤层为掺混有生物质炭的回填原位土壤，生物质炭粒径为0.1~2mm，原位土与生物质炭的体积比为：(80～90)：(5～20);土壤层厚度为30～50cm。
本发明中，土工布层由1～5层土工布叠合而成。
原理：处理的村镇污水经布水管以水平潜流进入填料床，通过填料吸附和微生物降解作用实现对污水中污染物的去除，污水同时通过土壤毛细管作用上升达到上层植物根区，营养物质被植物根系吸收，转化为植物身体的一部分，水分则通过土表和植物绿叶蒸发到大气中。上述复合作用过程可实现对村镇污水的高效净化。
与已有的处理技术相比，本发明具有以下优点：
(1)本发明的地下水平流渗滤系统兼具地下土壤渗滤和水平潜流人工湿地技术的特点，在实现污水高效处理同时，不影响上层土壤的农业利用，并且下层污水为植物的生长提供充分的水分和营养物质。
(2) 填料床增加了多级布水挡板的设置，实现污水在多个填料床隔室中再分布，有效提高污水与填料接触的均匀性。
(3)基于农业废弃物制备的生物质炭混合填料床的利用，大大提高了系统的启动速度和污染物去除性能，有效降低了填料床的造价，实现了以废治废的目的。
(4) 回填原位土壤中掺混生物质炭，有效改进了土壤理化性质，促进作物生长发育和养分吸收，提升了污水处理性能。
(5)高孔隙率的混合基质填料床设置，大大提高污水处理负荷，减少了占地面积，有效防止了填料床的堵塞问题。
(6)曝气装置的设置，使得填料床体中呈现多级好氧n/缺氧m交替模式，提高了对村镇污染中氨氮及有机污染物的去除性能。