CN101638290A - 内置生物陶粒管强化土地生活污水处理装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于水处理技术领域，具体涉及一种内置生物陶粒管强化土地生活污水处理装置。自上而下依次为表层、当地土壤加细砂层、细砂层和砾石集水层，土壤加细砂层内设有布水渗滤槽，布水渗滤槽内置生物陶粒管，生物陶粒管内装填生物陶粒，布水渗滤槽与生物陶粒管间隙处也装填生物陶粒，生物陶粒管两端设有闷板，生物陶粒管一端连接进水管，另一端连接反冲洗水管，进水管兼做反冲洗排水管，布水渗滤槽顶部覆盖有透水无纺布，砾石集水层下方设有出水管，双层开孔竖管自上而下插入，依次穿过表层、渗滤层和砾石集水层，双层开孔竖管由内、外两根管组成。本装置降低进入土地处理系统的悬浮物、有机物等污染物，可减轻土壤堵塞现象，提高水力负荷，延长土地污水处理使用年限另通过双层开孔竖管的设置增强供氧，且有利于在运行过程中监测系统运行状态。

Description

内置生物陶粒管强化土地生活污水处理装置

技术领域

本发明属于水处理技术领域，具体涉及一种内置生物陶粒管强化土地生活污水处理装置。

背景技术

我国是13个贫水国之一，经济发展水平还较低，传统大型二级污水处理厂的建设成本和运行成本高。我国许多城区的污水管网不全，管网改造工程巨大，给污水的收集处理带来很大困难。在村镇相对分散型居民点污水处理中，管道建设费用占据了主要部分，甚至高达90％以上。严重制约污水治理推广。随着旅游及房地产业在我国的发展，大批旅游景点、疗养院和别墅的兴起建设，在这些居民点解决供水问题之后，往往未能将其与市政排水管道相连接，大量生活污水排入附近河道，造成严重的水环境污染。

污水土地处理是一种污水就地处理技术，将污水通过一定的预处理后，有控制的投配到土地渗滤系统中，通过土壤-微生物系统的物理、化学和微生物作用使污水得到净化。该技术特别适合于生活污水的处理，具有建设与运行费用低、操作简便、出水作杂用水回用、对环境影响小、脱氮除磷效果好等优点。

作为一种高效、低耗、简便并具有良好脱氮除磷效果的污水就地处理技术，污水土地处理系统特别适用于小城镇、农村和度假村等人群聚居分散、排水管网不全、污水和雨水混排及污水处理系统缺乏的地区，在美国、加拿大和欧洲国家得到广泛应用。在我国，自20世纪90年代初，其在污水处理，特别是在分散污水就地处理中的研究与应用受到越来越多的关注，在2007年左右更是达到了一个高峰。但其大面积推广仍然面临着系统易堵塞、供氧不足、负荷能力小、占地面积大、系统技术集成度不高、磷穿透和温室气体排放等诸多问题，难以在我国推广使用。污水土地处理系统中土壤堵塞和氧气供应不足是限制其水力负荷的主要原因。

土壤堵塞产生的主要原因主要是由物理、化学和生物三个方面因素综合造成的：①进水悬浮物产生的物理性堵塞。该堵塞过程迅速，而且这种堵塞通常无法恢复，因此，通过强化进水悬浮物预处理技术成为系统持续稳定运行的关键技术内容。②微生物作用堵塞土壤孔隙。当进水中的有机质浓度较高时，土壤中微生物细胞增长及代谢活动形成中间产物(胞外多糖)及腐殖质的积累会加速土壤孔隙的堵塞，成为土壤孔隙堵塞的重要原因。由此，通过厌氧生物滤池、酸化水解池等强化一级处理工艺降低进水中的有机质浓度及C/N比，减小系统的水力负荷和强化土壤的通气充氧作用等手段可以有效防止胞外多糖及腐殖质的积累造成的土壤堵塞；③土壤质地及孔隙状况。填充介质宜采用团粒结构良好、具有较大孔隙率的壤性土；④土壤化学作用。地下渗滤系统土壤的堵塞问题会降低土壤的水力传导性能，妨碍土壤的通气传氧过程，进而严重影响地下渗滤系统的净化效果，甚至引起系统丧失污水处理功能。因此，针对土地处理系统易堵塞问题的防治技术成为了研究的热点和难点。

污水中的悬浮颗粒物是导致土壤堵塞的主要原因。通过对现有技术的优点与缺点分析，不难发现，通过一级强化预处理技术去除进水悬浮物和大部分有机物避免物理性堵塞，并结合系统组成优化，合理分配水力负荷，改善运行方式，改变系统的还原状态、减少胞外聚合物和腐殖质的积累，可以减轻土壤堵塞现象。但已有防堵塞技术也表现出了一些不足之处：

(1)投药混凝强化一级处理技术，虽可强化处理预处理效果，但工艺流程复杂，设备和设施多，运行和管理麻烦，很大程度上增加污水的处理成本。

(2)对预处理系统的依赖性较强，系统技术集成不高。比如，公开号为CN1927733，发明名称为“一种高水力负荷地下渗滤污水处理复合系统”，该系统由水量调节和除油沉淀单元，厌氧消化过滤单元，污水分配箱和高负荷地下渗滤单元组成，虽可大幅提高地下渗滤污水处理系统的水力负荷，扩大该技术的适用范围，降低工程成本，但系统技术集成不高。

(3)另外运行时系统的耗氧量较大与供氧能力不足的矛盾没有得到很好的解决，自然复氧难以提高系统供氧能力。比如，公开号为CN2286176Y的中国专利采用迅速扩散和逐级浸润的扩散方式，在处理槽中从上到下依次设计有土壤层、扩散层、两个浸润层、土壤层、砾石集水层。该发明的目的是提高布水效果、改善土壤的防堵塞性能，但其结构对于提高系统的供氧能力的作用有限。

(4)目前我国用的比较多的尼米槽型地下渗滤装置在进水管下设置厌氧槽(尼米槽)，里面装有砂子或者其他填料，布水管周围则是用合成纤维织物包裹的砾石，砾石上方为表层覆土。当污水从布水管中出来时，首先进入厌氧槽中，积累到一定程度后在砂子及土壤毛细力的作用下扩散到厌氧槽上方和四周的土壤中，而污水的固体悬浮物则大多数被砂子截留停留在厌氧槽中并在槽中逐渐液化、酸化，这样就可以减少土壤被堵塞的可能性，提高出水水质。但对于含大量悬浮物的污水而言，尼米槽一旦堵塞难以恢复。如何通过结构优化，方便堵塞尼米槽的恢复对于该技术的推广应用具有重要现实意义。

总之，如何实现技术研发经济、高效地解决堵塞、供氧等问题，是摆在我们面前的挑战性的课题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种强化对悬浮物等污染物的去除和改善供氧条件，减轻土壤堵塞现象，提高水力负荷的内置生物陶粒管强化土地生活污水处理装置。

本发明提出的内置生物陶粒管强化土地生活污水处理装置，自上而下依次为表层1、渗滤层、砾石集水层4，渗滤层由当地土壤加细砂层2和细砂层3组成，土壤加细砂层2内设有布水渗滤槽9，布水渗滤槽9内置生物陶粒管8，生物陶粒管8内装填第二生物陶粒16，布水渗滤槽9与生物陶粒管8间隙处装填第一生物陶粒10，生物陶粒管8两端设有闷板11，生物陶粒管8一端连接进水管6，进水管6兼做反冲洗排水管，另一端连接反冲洗水管19，生物陶粒管8中间通过三通14与填料装填管13连接，布水渗滤槽9顶部覆盖有透水无纺布15，砾石集水层4下方设有出水管7，双层开孔竖管12自上而下插入，依次穿过表层1、渗滤层和砾石集水层4，双层开孔竖管12由内、外两根管组成。

本发明中，进水管(6)插入布水管(8)内下半部斜45°开有通孔，通孔的间距为18-22mm，通孔的孔径为3-5mm。

本发明中，相邻的双层开孔竖管12的间距为1m，双层开孔竖管12的内层排水管略高于外层排水管，排水管的底部封闭，装填填料，每根双层开孔竖管12上开有小孔，小孔的间距为18-22mm，小孔的直径为3-5mm。起到落干时拔风增强供氧和分析微生物和填料特性的作用。

本发明中，表层1、当地土壤加细砂层2、细砂层3和砾石集水层4-侧均设有取样水管5。

土地处理系统内部第一层为草坪及根系层，由当地土壤(加泥炭土)及细砂(4∶1)组成；第二层为当地土壤及细砂(1∶1)，其中设置布水渗滤槽；第三层为细砂，第四层为砾石集水层，其中埋设穿孔出水管，每隔20mm开一个孔，孔径5mm。

与已有技术相比，本发明的有益效果体现在：

(1)本发明装置在土地处理系统中内置生物陶粒，与外置预处理装置相比，更趋于一体化，处理单元间更加紧凑，占地面积更小，并有利于基建与运行成本的降低。同时通过内置形成的一体化装置，可根据实际情况安装使用，亦可形成成套定型产品，方便加工和现场安装。

(2)本发明装置可根据使用对象的规模和特点加以调整，运行灵活。

(3)通过穿孔布水管内置生物陶粒，改善布水渗滤槽堵塞情况。布水渗滤槽内装填生物陶粒，比表面大，有利于微生物挂膜。

(4)将进水先经过生物陶粒预处理后，减少进入后续土地处理系统的悬浮物、有机物等污染物，减轻土壤堵塞现象，将有效运行时间提高2-3倍，提高土地处理系统的水力负荷，减少系统的占地面积。当生物陶粒层发生堵塞，有较为简便的清洗方法。

(5)通过滤沟布水，可实现均匀布水。

(6)双层开孔竖管的设置改善了供氧条件，有利于有机物的去除和脱氮。同时，双层开孔竖管的设置可以在运行过程中实时监测微生物和填料特性。

(7)整个系统对环境的不利影响小，不影响土地的使用功能，地面可以种菜、绿化或铺草坪。

(8)本发明装置不额外使用其他设备和电器，投资和运行费用小。

(9)可以实现分散污水现场就地处理，并可将污水处理与绿化建设相结合，一途多用。

附图说明

图1为内置生物陶粒管强化土地处理生活污水装置的平面图。

图2为内置生物陶粒管强化土地处理生活污水装置的B-B剖面图。

图3为内置生物陶粒管强化土地处理生活污水装置的C-C剖面图。

图4为内置生物陶粒管强化土地处理生活污水装置的穿孔管剖面示意图。

图5为内置生物陶粒管强化土地处理生活污水装置的的进水管处的局部示意图。

图6为内置生物陶粒管强化土地处理生活污水装置的布水管的开孔示意图。其中：(a)为布水管开孔剖面图，(b)为侧视图。

图中标号：1为表层，2为当地土壤及细砂层，3为细砂层，4为砾石集水层，5为取水样管，6为进水管(兼反冲洗排水管)，7为出水管，8为生物陶粒管，9为布水渗滤槽(厌氧槽)，10为第一生物陶粒，11为闷板，12为双层开孔竖管，13为填料装填管，14为三通，15为透水无纺布，16为第二生物陶粒，17为法兰，18为螺丝，19为反冲洗水管，20为进水阀门，21为反冲洗排水阀门。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

实施例1：如图1-图6所示，装置自上而下依次为表层1，由当地土壤加泥炭土及细砂4∶1组成，为草坪植物的生长层；渗滤层，由当地土壤加细砂(1∶1)2及细砂层3组成，为污水净化的主要作用层；砾石集水层4，在直径为10-16mm砾石集水层设置DN50穿孔的出水管7。在系统渗滤层的土壤加细砂层2中设置厌氧槽，即由不透水塑料板形成的布水渗滤槽9，布水渗滤槽9内装填直径10-16mm第一生物陶粒10，起到生物挂膜和均匀布水的作用，并于其中内置生物陶粒管8，生物陶粒管8内装填直径为8-10mm生物陶粒16，生物陶粒管在截留悬浮物质的同时亦可通过第二生物陶粒16上的生物膜厌氧降解有机物质，降低土壤堵塞机率；生物陶粒管8两端设有闷板11，生物陶粒管8一端连接进水管6，进水管6在生物陶粒管内部分为穿孔布水管，进水管兼做反冲洗排水管，通过阀门的开启控制进水和排放反冲洗出水，生物陶粒管8另一端连接反冲洗水管19，生物陶粒管8中间通过三通14与填料装填管13连接。在布水渗滤槽9顶部覆盖有透水无纺布15，以防止上层土壤下落填入并堵塞第一生物陶粒层10区。

装置中设置有双层开孔竖管12，其外层为DN100排水管，内层为DN80排水管，起到落干时拔风增强供氧和观察微生物和填料特性的作用。

如图5所示，装置中进水管6在生物陶粒管8内部分下半部斜45°开通孔，每隔20mm开一个孔，孔径5mm。

表层1、当地土壤加细砂层2、细砂层3和砾石集水层4一侧均设有取样水管5，与系统底部的距离依次为760mm、460mm、210mm、60mm。

装置中隔一定间距设置双层开孔竖管12，外层为DN100排水管，内层为DN80排水管。共三个，每个双层开孔竖管12内层竖管略高于外层，且底部封闭，装填填料。每隔20mm开一个孔，孔径5mm。

本装置的工作过程如下：生活污水由进水管6通过穿孔均匀布水进入生物陶粒管8，污水中的悬浮物等被第二生物陶粒16截留，同时进水的有机物与第二生物陶粒16上的生物膜接触发生厌氧降解，然后污水由穿孔的生物陶粒管8位于下半部的通孔流入第一生物陶粒10区，由于第一生物陶粒10常处于水饱和状态，使水份毛细上升，均匀布水，同时污水中有机物与第一生物陶粒10上的生物膜接触发生厌氧降解，进一步减少水中的有机物含量。然后穿过无纺布15，在土壤的毛细作用下，进入表层1，土壤及细砂层2，然后经过细砂层3最后至砾石集水层4中的出水管，排出的水为净化出水。在上述过程中，污水经过土壤的物理、化学作用和微生物的生化作用以及植物吸收利用后得到处理和净化：碳类物质一部分通过微生物的作用降解成无机碳物质，一部分形成新的生物细胞或腐殖质；氮主要是通过微生物脱氮作用、挥发、渗出和植物吸收等方式被去除；磷则与土壤中的物质发生化学反应和沉淀或通过物理化学吸附、植物吸收而被去除。污水中的各种离子则因离子交换作用被置换吸附并固定在矿物晶格中。污水水中的金属离子能作为中心离子与土壤中的某些组分生成络合物，或生成磷酸盐、碳酸盐等而被沉积于土壤中。

另双层开孔竖管12改善土地处理系统中的充氧条件，有利于有机物的去除和氮的迁移转化。

经一段时间的运行，生物陶粒管8中截流的悬浮物堵塞孔隙，需要冲洗以恢复其截流污染物的能力。冲洗时停止进水，关闭进水阀门20，打开反冲洗排水阀门21，打开反冲洗进水管19上的阀门，反冲洗生物陶粒，并通过反冲洗排水阀门21排出反冲洗污水及杂质。清洗完毕后，停止反冲洗进水，关闭反冲洗进水阀门，关闭排水阀门21，打开进水阀门20，正常进污水运行。当生物陶粒管8堵塞严重时，打开生物陶粒管两端闷板，由填料装填管13进水将生物陶粒管内生物陶粒及淤积杂物冲出，生物陶粒清洗后从填料装填管13处回装入生物陶粒管8。

运行过程中可定时从不同深度的取水样管5取水样，观察土地处理系统中不同深度的系统运行状况及污水处理情况。另可利用双层开孔竖管12研究微生物和填料特性。

Claims (4)

1、一种内置生物陶粒管强化土地生活污水处理装置，自上而下依次为表层(1)、渗滤层、砾石集水层(4)，其特征在于渗滤层由当地土壤加细砂层(2)和细砂层(3)组成，土壤加细砂层(2)内设有布水渗滤槽(9)，布水渗滤槽(9)内置生物陶粒管(8)，生物陶粒管(8)内装填第二生物陶粒(16)，布水渗滤槽(9)与生物陶粒管(8)间隙处装填第一生物陶粒(10)，生物陶粒管(8)两端设有闷板(11)，生物陶粒管(8)一端连接进水管(6)，进水管(6)兼做反冲洗排水管，另一端连接反冲洗水管(19)，生物陶粒管(8)中间通过三通(14)与填料装填管(13)连接，布水渗滤槽(9)顶部覆盖有透水无纺布(15)，砾石集水层(4)下方设有出水管(7)，双层开孔竖管(12自上而下插入，依次穿过表层(1)、渗滤层和砾石集水层(4)，双层开孔竖管(12)由内、外两根管组成。

2、根据权利要求1所述的内置生物陶粒管强化土地生活污水处理装置，其特征在于进水管(6)插入布水管(8)内下半部斜45°开有通孔，通孔的间距为18-22mm，通孔的孔径为3-5mm。

3、根据权利要求1所述的内置生物陶粒管强化土地生活污水处理装置，其特征在于相邻的双层开孔竖管(12)的间距为1m，双层开孔竖管(12)的内层排水管略高于外层排水管，排水管的底部封闭，装填填料，每根双层开孔竖管(12)上开有小孔，小孔的间距为18-22mm，小孔的直径为3-5mm。

4、根据权利要求1所述的内置生物陶粒强化土地生活污水处理装置，其特征在于表层(1)、当地土壤加细砂层(2)、细砂层(3)和砾石集水层(4)一侧均设有取样水管(5)。

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