CN101767915B - 一种山区水源林地生活污水土地处理方法 - Google Patents

一种山区水源林地生活污水土地处理方法 Download PDF

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Abstract

一种山区水源林地生活污水土地处理方法,由水平潜流湿地和垂直潜流湿地两级土地处理单元串联组成,两级湿地处理单元呈阶梯状,均采用地埋式;在水平潜流湿地的前端设前置水解酸化预处理的配水装置,垂直潜流湿地的出水直接瀑入生态蓄水池中。本发明的方法有效去除了污水中的COD、BOD、SS及重金属和氨氮、磷;且无动力自增氧;污水得到好的生物降解效果,以改性土壤作为湿地主要填料,有效避免了传统人工湿地容易出现的填料堵塞现象。本处理方法建设和运行成本低,易于管理,污水处理效果好,抗冲击负荷能力强。

Description

一种山区水源林地生活污水土地处理方法
技术领域
[0001] 本发明属水污染处理、特别是一种山区水源林地生活污水土地处理方法领域。 背景技术
[0002] 水源林地是我国许多重要水资源保护区的源头。众多少数民族同胞世代聚居在大山深处半山腰,他们的用水来源为居住地的山涧溪流,生活污水未经任何处理随意自然排放,漫流到房屋周边后自由渗透到地下,造成了水源林地的地下水面源性污染,终将导致水资源保护区的水源性污染。
[0003] 污水土地处理是利用土壤-微生物-植物组成的生态系统使污水净化的处理方法,一般由污水预处理设施、污水调节和存储设施、污水输送及控制系统、人工湿地系统、净化水出水的收集和利用等五部分组成。在污水得到净化的同时,使水中的营养物质和水份得以循环利用,实现污水资源化、无害化和稳定化的处理污水。
[0004] 土地处理系统的核心为人工湿地,由人工基质(填料)、植物和微生物等组成,是一种具有污染物去除效果的生态系统。其去除污染物的反应机理十分复杂,综合了物理过滤、物理吸附、物理沉积、物理化学吸附、化学反应、化学沉淀、微生物对有机物的降解等过程,当污水流过人工湿地时,经基质的过滤,植物的吸收,植物根基的多种微生物活动,使水质得到净化。
[0005] 人工湿地按照系统布水方式的不同或水在系统中流动方式的不同,可分为表面流湿地、水平潜流湿地和垂直潜流湿地三种类型。
[0006] 水平潜流湿地床底有隔水层,纵向有坡度。污水从进水端沿床宽构筑的布水沟投入床内,沿填料下部潜流呈水平渗滤前进,从另一端出水沟流出。主要依靠物理、化学、生物的协同作用完成废水的净化过程,充分利用填料表面生长的生物膜、丰富的植物根系及表层土和填料截留等的作用,提高对重金属和悬浮固体SS的截流作用,强化自然湿地生态系统的去污能力。水平潜流湿地系统水力负荷与污染负荷较大,对化学需氧量(COD)、生化需氧量(BOD)、悬浮固体(SQ及重金属等处理效果好,但由于大气复氧效果不佳,植物根区释氧量又有限,所以硝化能力差,对氨氮和总氮(TN)的去除率比较低。
[0007] 垂直潜流湿地采取地表布水,污水依靠重力作用由上而下在基质层内垂直渗流, 协同产生吸附、截流、沉积、植物吸附等净化效应,去除水中的污染物,汇入集水沟出流。垂直潜流湿地除了具有水平潜流湿地的基本优点外,由于床体处于不饱和状态,氧通过大气扩散与植物根系传输进入湿地,硝化能力强,氨氮去除率相对较高,但由于停留时间相对较短而对SS和有机物的去除效果较差。
[0008] 由于水流、净化反应均位于地表下,能够起到保温作用,因此潜流型湿地受气候影响较小,处理效率受季节影响不大,可以适应于较寒冷的气候条件,而且可以避免表面流人工湿地卫生条件差、易孽生蚊、蝇等缺点。
[0009] 目前,国内人工湿地技术的推广应用还主要是单一流型的湿地系统,导致不能保证各种污染指标都有较高的去除率,出水效果不理想。发明内容
[0010] 本发明要解决的技术问题是提供一种地埋式、无动力、能有效去除污染物、并实现资源综合利用的山区水源林地生活污水土地处理方法。
[0011] 本发明以如下技术方案解决上述技术问题:
[0012] 本发明的山区水源林地生活污水土地处理方法,由水平潜流湿地和垂直潜流湿地两级土地处理单元串联组成,两级湿地处理单元呈阶梯状,均采用地埋式;在水平潜流湿地的前端设前置水解酸化预处理的配水装置,垂直潜流湿地的出水直接瀑入生态蓄水池中。
[0013] 水平潜流湿地的配水装置中,水质调节槽内充填有石灰石填料,水质调节槽与溢流槽的底部有底部出水管连通,溢流槽上部的布水管的出水口位于湿地配水区的上方。
[0014] 垂直潜流湿地的高位槽位于湿地的上方,多根平行的干管的出口沿高位槽的走向分布在高位槽的上方,平行的多根布水管一端接高位槽,另一端为盲端,布水管的水平部分与高位槽在空间上垂直相交;在湿地的底部,有多根与布水管的水平部分平行的集水管,集水管的一端接换气管,另一段为出水口 ;平行的布水管与集水管在空间上交错设置。
[0015] 在水平潜流湿地的湿地床内,填料由上往下按粒径分层依次为Φ1〜3mm的改性土壤、Φ5〜IOmm的砾石、Φ 15〜35mm的砾石;垂直潜流湿地的湿地床内,填料由上往下按粒径分层依次为Φ 1〜3謹的改性土壤、Φ 5〜10謹的砾石、Φ 15〜;35謹的砾石和Φ 1〜 3mm的粗砂。
[0016] 本发明与现有的湿地技术比较具有以下显著优点:
[0017] 本发明综合了两类湿地类型的优点,有效去除了污水中的COD、BOD、SS及重金属和氨氮、磷;利用重力作为系统动力,自增氧;采用地埋式能适用于广大山区水源林;水平潜流湿地的配水槽内的石灰石填料不仅可以截留污水中较粗大漂浮物和悬浮物、去除部分有机物和磷,还可以对水解酸化后水质偏酸的污水起中和作用,提高了湿地系统的抗冲击能力;垂直潜流湿地的高位槽布水方式,不仅使正常布水无需动力,还能提高水的溶解氧量,保证污水获得更好的生物降解效果,提高了湿地对有机物、氮磷的去除率;利用改性土壤作为湿地主要填料,增强了对磷和重金属的吸附能力,并有效避免了传统人工湿地容易出现的填料堵塞现象。本污水处理方法建设和运行成本低,易于管理,污水处理效果较好, 抗冲击负荷能力较强。
附图说明
[0018] 图1是本发明山区水源林地生活污水土地处理方法工艺流程图。
[0019] 图2是本发明山区水源林地生活污水土地处理方法的组合湿地处理系统的设备结构示意图。
[0020] 图3是本发明采用的水平潜流湿地的配水装置的结构示意图。
[0021] 图4是本发明采用的交错型垂直潜流湿地系统布水和集水装置结构的示意图。
[0022] 图5是将图4的交错型垂直潜流湿地系统布水和集水装置在地面上按顺时针方向转了 90度后的俯视示意图。(本图的比例与图4并不相同)
具体实施方式[0023] 由于水平潜流湿地和垂直潜流湿地各有其不同的优点和缺点,本发明根据山区水源林地势及气候特点,采用了以污水土地处理为主线,由水平潜流湿地和垂直潜流湿地两级土地处理单元串联组成的组合湿地处理系统;由于山区水源林地势陡峭,两级湿地处理单元呈阶梯状连接,充分利用重力作为动力并实施自增氧。采用地埋式,因水流、净化反应均位于地表下,能够起到保温作用,可适用于山区水源林地较寒冷的气候条件使用。。
[0024] 本发明山区水源林地生活污水土地处理的方法,在第一级采用了水平潜流湿地, 利用其水力负荷与污染负荷较大、对C0D、B0D、SS及重金属等处理效果好的特点,满足了要处理好有机负荷较高的进水的要求。而且在水平潜流湿地前部加设了水解酸化预处理装置,目的是对污水中的有机污染物进行水解、酸化处理。生活污水中的有机污染物主要为多糖、蛋白质、脂肪类等大分子有机物,通过水解作用后分解成单糖、氨基酸、脂肪酸、甘油等容易被降解的小分子有机物,提高污水的可生化性,保证组合湿地处理系统能够正常运行。 同时使进入湿地的污水PH值等水质因素满足湿地处理系统要求。采用以底部进水、溢流出水的特殊配水方式,保证水平潜流湿地系统填料表面生物膜、植物根系及表层土和填料截留等作用的发挥,并具有较长的停留时间。
[0025] 在水平潜流湿地前端加设的前置水解酸化预处理的配水装置,水质调节槽3中充填有石灰石填料4,水质调节槽与溢流槽6的底部有底部出水管5连通,溢流槽上部的布水管6的出水口位于湿地布水区8的上方。这种结构不仅可以截留污水中较粗大漂浮物和悬浮物,防止进水区填料堵塞,同时可以对水解酸化后水质偏酸的污水起中和作用;石灰石填料还具有较强的有机物和磷的去除能力,使进入湿地的污水水质因素满足湿地处理系统要求,而且同时实现了湿地的布水均勻、布水区填料不易堵塞;水质调节槽与溢流槽底部互通,实现了水质、水量的调节,使水平潜流湿地的污水处理效果明显加强。
[0026] 第二级采用垂直潜流湿地,利用其由于污水在基质层内垂直渗流,净化床体处于不饱和状态,氧通过大气扩散与植物根系传输进入湿地,硝化能力强,氨氮、磷去除率相对较高的特点,对一级湿地出水进行二次净化处理。
[0027] 本发明的垂直潜流湿地,采用了交错型垂直潜流湿地系统布水和集水装置,高位槽13位于湿地14的上方,多根干管2的出口沿高位槽的走向分布在高位槽的上方,平行的多根有孔布水管15 —端接高位槽,另一端为盲端,有孔布水管的水平部分与高位槽在空间上垂直相交;在湿地的底部,有多根与有孔布水管的水平部分平行的有孔集水管16,有孔集水管的一端接换气管17,另一段为出水口 ;有孔布水管与有孔集水管在空间上交错平行设置。利用山区水源林地势陡峭的优势,以高位槽方式对垂直潜流人工湿地布水,满足无动力条件下系统能够正常布水所需的水压。高位槽处,污水还可以通过与空气接触而增加复氧能力,提高其溶解氧量,保证污水在人工湿地内获得更好的生物降解效果。
[0028] 与垂直潜流湿地底部的集水管连接垂直向上伸出的复氧管,可实现系统无动力、 自增氧。当出现集水管堵塞时,还可通过复氧管进行必要的反冲。
[0029] 本发明的各湿地处理系统基质填料以改性土壤为主。改性土壤采用工业炉渣与当地原土混合制备,在有效提高土壤渗透性的同时,强化湿地对磷以及重金属的吸附能力。
[0030] 在本发明的垂直潜流湿地后端设置的生态蓄水池,池深最好小子0. 5m,水力停留时间2〜6d,依靠藻类光合作用和塘表面风力搅动自然复氧供氧,实现好氧状态对出水的深度净化,实现景观绿化和水资源的综合利用。湿地的出水直接由集水管流出瀑入生态蓄水池中,还能增加湿地景观效果,改善周围的生态环境,具有较高的生态学意义。
[0031] 实施例:
[0032] 广西大瑶山水源林保护区辖属的瑶族村屯,散落在大瑶山腰,申请人在该辖处进行了污水治理的应用性研究试验,试验设备结构如图2所示。处理水量50m3/d;水解酸化池面积18m2,容积为36m3 ;水平潜流湿地面积120m2,容积为180m3 ;垂直潜流湿地面积120m2, 容积为180m3 ;生态蓄水池面积100m2,容积为50m3。水解酸化池的进出水管道、布水系统的高位槽、有孔布水管均采用PVC管,有孔集水管用PE管,水解酸化池体以折流墙隔断。由当地原土与电厂灰渣(粒径Φ1〜3mm) (1 : 4)混合制备作为湿地填料最上面一层的改性土壤;在水平潜流湿地中,填充物由上往下按粒径分层依次为Φ1〜3mm改性土壤、Φ5〜 IOmm砾石、Φ 15〜35mm砾石;在垂直潜流湿地中,该湿地填料由上往下按粒径分层依次为 Φ 1〜3讓改性土壤、Φ5〜10讓砾石、Φ 15〜;35讓砾石、Φ 1〜3讓粗砂。湿地底部的防渗层分为两层,上层为混凝土层,下层为素土夯实;池壁用混凝土作防渗处理。水平潜流湿地坡度为0. 5% ;进水水质调节槽内填满粒径为Φ30〜50mm的拳状石灰石碎块,池壁用混凝土作防渗处理,湿地两端分别设有与湿地等宽高、厚约300mm、粒径Φ 30〜50mm的砾石的布水和集水区。垂直潜流湿地坡度为0.5% ;池壁、池底用混凝土作防渗处理,池有效深度0. 5m。垂直潜流湿地出水直接进入生态蓄水池。湿地植物选择当地特色菜肴原料野韭菜等,其生态特征为可常年收割却不经常动根系。
[0033] 在污水处理系统运行中,生活污水通过排水管道收集,自流进入水解酸化池1经预处理后,从出水管2进入水平潜流湿地的水质调节槽3,污水通过槽内石灰石填料4后经底部出水管5进入溢流槽6,当污水面达到溢流管7的水平时,污水通过溢流管落入水平潜流湿地9的配水区8 ;污水沿床宽流入床内,沿填料下部潜流呈水平进行渗滤,污染物得到有效去除;再经集水区10、底部集水管11流入集水槽12,以溢流方式流至高位槽13。在高位槽13中,污水与空气充分接触,溶氧量提高,保证在垂直潜流湿地14内能获得更好的生物降解效果。高位槽的出水经有孔布水管15均勻布水后进入垂直潜流湿地14,该湿地的污水在填料层内垂直渗流,水中的污染物得到进一步去除。出水由床体底部的有孔集水管16 收集后瀑入生态蓄水池18,进一步深度净化后即可排向地表水体或者用于农灌。在有孔集水管16的头部垂直伸出的换气管17可作为空气进入湿地内部的通道,提高复氧,又可作为有孔集水管堵塞的应急反冲管,防止集水管堵塞。
[0034] 本发明在上述实施例中有关各项水质指标如下:
[0035]
Figure CN101767915BD00061

Claims (1)

1. 一种山区水源林地生活污水土地处理方法,由水平潜流湿地和垂直潜流湿地两级土地处理单元串联组成,在水平潜流湿地的前端加设前置水解酸化预处理的配水装置,采用交错型垂直潜流湿地系统布水和集水装置,垂直潜流湿地的出水直接瀑入生态蓄水池中, 其特征是:(1)由于山区水源林地势陡峭,两级湿地处理单元呈阶梯状连接,充分利用重力作为动力并实施自增氧;采用地埋式,因水流、净化反应均位于地表下,能够起到保温作用,可适用于山区水源林地较寒冷的气候条件适用;(2)所述的水平潜流湿地的配水装置中,水质调节槽内充填有石灰石填料,水质调节槽与溢流槽的底部有底部出水管连通,溢流槽上部的布水管的出水口位于湿地配水区的上方;(3)垂直潜流湿地系统的高位槽位于湿地的上方,多根干管的出口沿高位槽的走向分布在高位槽的上方,平行的多根有孔布水管一端接高位槽,另一端为盲端,有孔布水管的水平部分与高位槽在空间上垂直相交;在湿地的底部,有多根与有孔布水管的水平部分平行的有孔集水管,有孔集水管的一端接换气管,另一端为出水口 ;有孔布水管与有孔集水管在空间上交错平行设置;(4)在水平潜流湿地的湿地床内,填料由上往下按粒径分层依次为Φ 1〜3mm的改性土壤、Φ5〜IOmm的砾石、Φ 15〜35mm的砾石;垂直潜流湿地的湿地床内,填料由上往下按粒径分层依次为Φ 1〜3謹的改性土壤、Φ 5〜10謹的砾石、Φ 15〜;35謹的砾石和Φ 1〜 3mm的粗砂;所述改性土壤为由当地原土与粒径为Φ1〜3mm的电厂灰渣以1 : 4的比例混合制备而成。
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