申请日2013.11.20
公开(公告)日2015.10.21
IPC分类号C02F9/14
摘要
本发明公开了一种高负荷地下渗滤污水处理复合系统，由高负荷地下渗滤单元和深度处理单元组成，其中，所述高负荷地下渗滤单元自上而下由覆盖层、一次散水层、上防堵层、二次散水层、下防堵层、通风层、精滤层和集水排水层组成;其中，所述一次散水层中埋设有一次散水管，所述二次散水层中埋设有二次散水管;所述一次散水层和二次散水层之间设有穿过上防堵层的竖向导流管;所述集水排水层中埋设有集水排水管;所述深度处理单元为潜流式缺氧生物滤池;所述二次散水管通过越流管与深度处理单元的进水管连接，所述集水排水管与深度处理单元的进水管连接。本发明所述系统不仅可提高出水水质，而且能够大大提高系统的稳定性和延长使用寿命。
权利要求书
1.一种高负荷地下渗滤污水处理复合系统，其特征在于，由高负荷地下渗 滤单元和深度处理单元组成，其中，
所述高负荷地下渗滤单元自上而下由覆盖层、一次散水层、上防堵层、二 次散水层、下防堵层、通风层、精滤层和集水排水层组成;其中，所述一次散 水层中埋设有一次散水管，所述二次散水层中埋设有二次散水管;所述一次散 水层和二次散水层之间设有穿过上防堵层的竖向导流管，该竖向导流管的下端 与所述二次散水管连接;所述通风层中埋设有通风管;所述集水排水层中埋设 有集水排水管;
所述深度处理单元为潜流式缺氧生物滤池，其中含生物活性填料，该生物 活性填料长期被水淹没;
所述二次散水管通过越流管与深度处理单元的进水管连接，所述集水排水 管与深度处理单元的进水管连接。
2.根据权利要求1所述的高负荷地下渗滤污水处理复合系统，其特征在于， 所述覆盖层是绿地、旱地、浮土或硬化地面。
3.根据权利要求1所述的高负荷地下渗滤污水处理复合系统，其特征在于， 所述一次散水层、二次散水层、通风层和集水排水层均由粒径为10～40mm的 碎石构成。
4.根据权利要求1～3任一项所述的高负荷地下渗滤污水处理复合系统， 其特征在于，所述越流管的一端连接二次散水管，另一端连接深度处理单元的 进水管，且该越流管的最高点位置比二次散水管高5-10cm;所述竖向导流管顶 端管口的高度与上防堵层的顶面一致。
5.根据权利要求4所述的高负荷地下渗滤污水处理复合系统，其特征在于， 所述一次散水管为直径50～160mm的PVC管或UPVC管，其两侧和底部开有 分布均匀的散水孔;所述二次散水管为直径50-110mm的PVC管或UPVC管， 其两侧和底部开有分布均匀的散水孔;所述通风管为直径75-160mm的PVC管 或UPVC管，管壁开有通气孔;所述集水排水管为壁上开设有集水孔的PVC管 或UPVC管，集水管的末端敞口，排水口与深度处理单元的进水管连接。
6.根据权利要求5所述的高负荷地下渗滤污水处理复合系统，其特征在于， 所述高负荷地下渗滤单元附设有调温送风装置，该调温送风装置由鼓风机、加 热器和保温罩组成，其中，所述鼓风机的升压为1500-2500Pa，其进风口与保温 罩连接，出风口与通风管连接;所述加热器由多个加热管组成;所述保温罩为 采用耐温材料制成的圆筒或方筒，腔内安装所述的加热器，一端与鼓风机的进 风口相连，另一端敞口。
7.根据权利要求1所述的高负荷地下渗滤污水处理复合系统，其特征在于， 所述集水排水层底部有集水排水沟，所述集水排水管设置在该集水排水沟中。
8.根据权利要求1所述的高负荷地下渗滤污水处理复合系统，其特征在于， 所述高负荷地下渗滤单元中的上防堵层和下防堵层分别设有2～3个亚层，各亚 层主要由河砂、陶粒、沸石及砂土混合而成，自上而下各亚层的渗透性依次降 低;所述上防堵层和下防堵层的饱和透水系数均为1×10-1～1×100cm/秒。
9.根据权利要求1所述的高负荷地下渗滤污水处理复合系统，其特征在于， 所述高负荷地下渗滤单元中的精滤层主要由钙质土、硅藻土、活性炭、粉煤灰 以及河砂混合而成，其饱和透水系数为1×10-2～1×10-1cm/秒。
10.根据权利要求1所述的高负荷地下渗滤污水处理复合系统，其特征在 于，所述深度处理单元自进水端至排水端依次为布水区、反应区和集水排水区， 上部为覆盖层;其中，
所述布水区由粒径为10-40mm的碎石充填，其中埋设布水管，布水管为直 径75～110mm的PVC管或UPVC管，其两侧开有分布均匀的布水孔;
所述反应区包括由粒径为5-10mm的钙质、铁质以及硅质碎石构成的主填 料，此外还包括体积比为5%-10%的主要由植物枝叶和谷皮组成的附加填料;
所述集水排水区由粒径为10-40mm的碎石充填，其中埋设集水排水管，集 水排水管为壁上开设有集水孔的PVC管或UPVC管，集水管的末端均敞开，中 间部位接排水管;
所述覆盖层由河砂、砂土以及低渗透性材料构成。
说明书
一种高负荷地下渗滤污水处理复合系统
技术领域
本发明涉及环境工程中的污水处理技术领域，具体涉及一种高负荷地下渗 滤污水处理复合系统，该复合系统主要用于生活污水和低浓度有机废水的处理。
背景技术
我国是13个贫水国之一。随着人口增长、城市化进程加速、现代工业和城 市建设的发展，我国的水污染问题也非常严重，这不仅使生态环境受到很大破 坏，而且导致水质性缺水，从而进一步加剧了水资源的短缺，严重威胁着我国 的饮用水安全和社会、经济的可持续发展。
我国城市污水的排放总量巨大，尽管耗资巨大的大型污水处理厂可以在中 心城市发挥重要作用，但污水收集处理不仅成本高，而且许多城区存在污水管 网不全、污水和雨水混排等问题，给污水的收集处理带来很大困难。在广阔的 农村、乡镇和度假村等较分散的人群聚居地，污水收集管网的建设和维护耗资 之巨大，在美国和欧洲等发达国家也难以承受，而这些排污点往往分布在城市 的水源地。因此，大力研究开发成本低、环境效益好的污水现场处理技术对于 我国的水环境污染控制具有十分重要的意义。此外，污水的现场处理有利于中 水回用，符合循环经济和建设节约型社会的要求。在众多的污水现场处理方法 中，污水土地处理在降低处理成本上具有独特的优势。
污水土地处理方法主要包括污水快速渗滤、慢速渗滤、地表漫流、湿地技 术和地下渗滤等五种类型。在这些方法中，地下渗滤技术不会影响地表的环境 和景观，可建于城区和生活小区，在美国、加拿大和欧洲国家得到广泛应用。 然而，传统的地下渗滤系统的负荷能力很小、占地面积大，难以在我国推广使 用。公开号为CN1460649、CN1927733A和CN102432105A的发明专利申请中 采用了以下技术手段，使技术水平获得了很大的提升：(1)通过强化一级处理 降低污水中颗粒有机物的含量;(2)通过级配使滤料的渗透性自上至下依次降 低，增加颗粒有机质在渗滤系统中的分散度，并对地下渗滤系统进行动力通风 供氧加速有机质的分解，使地下渗滤污水处理系统的污染物负荷能力大大提高。 但上述技术仍然存在以下不足：(1)理论和实验研究均证明，地下渗滤系统的 负荷能力随运行时间增加呈下降趋势，在长期高负荷运行过程中，系统的湿/干 比逐渐增加，渗滤系统存在被堵塞的风险;(2)为了防止系统堵塞，地下渗滤 系统必须以好氧为主，反硝化脱氮效果差，不能满足我国日益提高的环保要求; (3)在气温较低的环境下，由于通入的空气温度低，抑制微生物生长，因此在 低温条件下不能正常运行。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种高负荷地下渗滤污水处 理复合系统，该系统不仅可提高出水水质，而且能够大大提高系统的稳定性和 延长使用寿命。
本发明实现上述目的的技术方案为：
一种高负荷地下渗滤污水处理复合系统，其特征在于，由高负荷地下渗滤 单元和深度处理单元组成，其中，
所述高负荷地下渗滤单元自上而下由覆盖层、一次散水层、上防堵层、二 次散水层、下防堵层、通风层、精滤层和集水排水层组成;其中，所述一次散 水层中埋设有一次散水管，所述二次散水层中埋设有二次散水管;所述一次散 水层和二次散水层之间设有穿过上防堵层的竖向导流管，该竖向导流管的下端 与所述二次散水管连接;所述通风层中埋设有通风管;所述集水排水层中埋设 有集水排水管;
所述深度处理单元为潜流式缺氧生物滤池，其中含生物活性填料，该生物 活性填料长期被水淹没;
所述二次散水管通过越流管与深度处理单元的进水管连接，所述集水排水 管与深度处理单元的进水管连接。
本发明的一个优选方案，其中，所述覆盖层是绿地、旱地、浮土或硬化地 面等。
本发明的一个优选方案，其中，所述一次散水层、二次散水层、通风层和 集水排水层均由粒径为10～40mm的碎石构成。
本发明的一个优选方案，其中，所述越流管的一端连接二次散水管，另一 端连接深度处理单元的进水管，且该越流管的最高点位置比二次散水管高 5-10cm;所述竖向导流管顶端管口的高度与上防堵层的顶面一致。
本发明的一个优选方案，其中，所述一次散水管为直径50～160mm的PVC 管或UPVC管，其两侧和底部开有分布均匀的散水孔;所述二次散水管为直径 50-110mm的PVC管或UPVC管，其两侧和底部开有分布均匀的散水孔;所述 通风管为直径75-160mm的PVC管或UPVC管，管壁开有通气孔;所述集水排 水管为壁上开设有集水孔的PVC管或UPVC管，集水管的末端敞口，排水口与 深度处理单元的进水管连接。
本发明的一个优选方案，其中，所述高负荷地下渗滤单元附设有调温送风 装置，该调温送风装置由鼓风机、加热器和保温罩组成，其中，所述鼓风机的 升压为1500-2500Pa，其进风口与保温罩连接，出风口与通风管连接;所述加热 器由多个加热管组成;所述保温罩采为用耐温材料制成的圆筒或方筒，腔内安 装所述的加热器，一端与鼓风机的进风口相连，另一端敞口。
本发明的一个优选方案，其中，所述集水排水层底部有集水排水沟，所述 集水排水管设置在该集水排水沟中。
本发明的一个优选方案，其中，所述高负荷地下渗滤单元中的上防堵层和 下防堵层分别设有2～3个亚层，各亚层主要由河砂、沸石、陶粒及砂土混合而 成，自上而下各亚层的渗透性依次降低;所述上防堵层和下防堵层的饱和透水 系数均为1×10-1～1×100cm/秒。
本发明的一个优选方案，其中，所述高负荷地下渗滤单元中的精滤层主要 由钙质土、硅藻土、活性炭、粉煤灰以及河砂混合而成，其饱和透水系数为 1×10-2～1×10-1cm/秒。
本发明的一个优选方案，其中，所述深度处理单元自进水端至排水端依次 为布水区、反应区和集水排水区，上部为覆盖层;其中，
所述布水区由粒径为10-40mm的碎石充填，其中埋设布水管，布水管为直 径75～110mm的PVC管或UPVC管，其两侧开有分布均匀的布水孔;
所述反应区主要包括由粒径为5-10mm的钙质、铁质以及硅质碎石构成的 主填料，此外还包括体积比为5%-10%的主要由植物枝叶和谷皮组成的附加填 料;
所述集水排水区由粒径为10-40mm的碎石充填，其中埋设集水排水管，集 水排水管为壁上开设有集水孔的PVC管或UPVC管，集水管的末端均敞开，中 间部位接排水管;
所述覆盖层由河砂、砂土以及低渗透性材料构成。
本发明的运行模式和工作原理如下：
来自排污管道的城市污水或生活污水首先经过隔油沉淀等手段预处理，然 后通过水位差自流或水泵提升间歇性地进入本发明的高负荷地下渗滤污水处理 复合系统。
1、污水在高负荷地下渗滤单元中的运移与污染物去除。
污水通过一次散水管进入高负荷地下渗滤污水处理单元，一部分在重力作 用下渗滤穿透上防堵层往下运移;来不及渗滤的污水则在一次散水层碎石中侧 向流动，其中的污染物含量因被碎石拦截和碎石表面的生物膜分解逐渐下降， 当遇到穿透上防堵层的竖向导流管时，则从竖向导流管进入二次散水管。渗滤 穿透上防堵层的污水，其中的颗粒有机物主要被上防堵层拦截，并且依粒径不 同而分散于各亚层内及其界面上，通过生物接触氧化分解;进入二次散水管的 污水，部分通过二次散水孔进入二次散水层碎石中，并且在重力作用下穿过下 防堵层向下渗滤;部分通过越流管直接进入深度处理单元。渗滤穿过上、下防 堵层的污水进入精滤层后，残留的颗粒有机物被吸附拦截和微生物分解;溶解 有机物被吸附和被土壤微生物分解;NH4+主要被带负电荷的矿物吸附，并通过 硝化作用去除;磷则通过吸附和形成磷酸盐去除。
由于COD、BOD、NH4+的去除和污泥的分解都需要氧气，因此在落干期间 对高负荷地下渗滤单元进行适量微动力送风，以保障氧气供应。在气温较低时， 将对通入的空气适当加热，使通入的空气温度不低于12℃(一般不低于15℃)， 以维持生化反应的效率，保障去除效果。
2、深度处理中污染物的去除。
深度处理单元的填料被水淹没(饱和)，氧气供应受限，从而形成兼性厌 氧环境。在高负荷地下渗滤单元中经硝化作用形成的NO3-(少量NO2-)可以在 深度处理的兼性厌氧环境下通过反硝化作用转化成N2，达到脱氮的目的。反硝 化反应所需有机碳源部分来自渗滤单元的越流污水，填料中的生物活性组分(植 物枝叶、谷皮等)是微生物寄生场所，也为促进反硝化作用补充有机碳源。进 入深度处理的残留PO4-则通过吸附、表面反应和植物吸收进一步去除。
3、系统的反馈调节和协同作用。
在系统运行的早期阶段，几乎所有的污水在高负荷地下渗滤单元中均渗滤 穿透上防堵层，下防堵层所承受的污染物负荷很低。在污染物负荷较大的情况 下，随着系统的运行，上防堵层的渗透性将逐渐降低，通过竖向导流管进入二 次散水管的污水从无到有，逐渐增加。运行一段时间后，上防堵层将达到污泥 平衡，此时该层内每天新增污泥量与微生物分解的污泥量相等，每天渗滤穿透 上防堵层的污水量基本稳定，因而通过竖向导流管进入二次散水管的污水量也 趋于稳定。由于下防堵层的结构与上防堵层一致，从而使高负荷地下渗滤单元 的渗滤面积增加了95%以上，而且进入二次散水管的水量和污染物负荷将由系 统自动调节，可以最大限度地提高地下渗滤单元的负荷能力。
另一方面，通过竖向导流管进入二次散水管的污水，部分通过二次散水孔 进入二次散水层，部分通过越流管直接进入深度处理单元。随着系统在高负荷 条件下长期运行，高负荷地下渗滤单元上防堵层的渗透性将缓慢降低，通过竖 向导流管进入二次散水管的污水逐渐增加，二次散水管在进水时的水头逐渐增 高，通过越流管进入深度处理的水量也逐渐增大，从而对高负荷地下渗滤单元 所承受的污水负荷进行自动反馈调节，使高负荷地下渗滤单元的湿/干比保持基 本稳定，保障系统的长期稳定运行，抗冲击负荷的能力也更强。
进入高负荷地下渗滤单元的污水从越流管和底部排水管排放后，在深度处 理的进水管中混合，然后通过深度处理单元布水管进入深度处理。从越流管排 放的污水为反硝化作用提供部分碳源，从高负荷地下渗滤单元排放的NO3-作为 电子受体，通过反硝化作用氧化污水中的还原性物质，同时也将发挥深度处理 单元中滤料本身的水质净化功能，保障系统出水长期稳定达标。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点及有益效果：
(1)本发明通过有效地提高了高负荷地下渗滤单元的负荷能力，并且通过 在二次散水层设置越流管，有效防止地下渗滤单元发生堵塞;(2)本发明通过 将高负荷地下渗滤好氧处理与深度处理兼性厌氧处理有机结合，实现了高负荷 地下渗滤单元与深度处理单元之间的耦合协同作用，保障系统的长期稳定运行， 同时大大提高了系统抗冲击负荷的能力;(3)本发明通过调温通风供氧，使系 统能够在低温气候条件下正常运行。