CN101811777A

CN101811777A - 人工土床快渗污水处理系统

Info

Publication number: CN101811777A
Application number: CN201010146207A
Authority: CN
Inventors: 郭劲松; 李哲; 方芳; 陈猷鹏; 陈园; 王春燕; 龙曼
Original assignee: Chongqing University
Current assignee: Chongqing University
Priority date: 2010-04-14
Filing date: 2010-04-14
Publication date: 2010-08-25

Abstract

本发明涉及一种人工土床快渗污水处理系统，快渗池底板设有防渗漏层，在防渗漏层上设有承托层，防渗漏层和承托层之间设有渗排水管进行收水，通过高度可调节堰板从出水堰中排出。承托层由卵石层和陶粒层构成，卵石层在下，陶粒层在上。承托层上部为处理层，处理层为土壤和河砂构成的土砂混合层。在处理层表面种植植物，快渗池表面为布水系统。本发明具有强化复氧效果、氨氮去除率高、出水水质良好、投资少、低能耗、运行管理简便等特点，本系统特别适宜山区、丘陵小城镇（如三峡库区小城镇）土壤及气候条件。

Description

人工土床快渗污水处理系统

技术领域

本发明涉及污水处理系统，具体指改良后的人工土床快渗污水处理系统，特别适用于山区、丘陵小城镇生活污水处理或微污染水体修复，属于环境保护水处理领域。

背景技术

[0002]人工土床快渗污水处理工艺是一种基于自然生态原理的水质净化技术，其投资及运行费用为常规水处理技术的1/3-1/2，而且净化效果较好，既可替代常规处理，也可作为常规处理的深度处理技术。自20世纪90年代以来，我国乡镇污水处理越来越多地采用这种技术。

目前传统的人工快渗系统存在复氧不佳、氨氮去除效率不高、水力负荷低、易堵塞等缺点，且涉及小城镇或居民聚居区人工土床快渗污水处理系统的研究主要针对西北、华北等干旱地区的土壤和气候条件，在气候温暖、湿度较大的西南地区以及三峡库区的研究与应用则鲜见报道。三峡库区的乡镇多位于山区和丘陵地区，地形高差大，因而要求污水处理技术和工艺能够适应山地特征，并充分利用地形。同时，由于库区乡镇大多数属经济不发达地区，应选择库区常见的、渗滤性能良好的土壤及其它渗滤介质，采用科学、合理又简单的构建方式，以及较少的人为干预，在基本保持渗滤土层中微生物的“天然”生长状态情况下，通过制订合理的运行参数，达到简易高效低耗处理生活污水的目的，以适应三峡库区乡镇的经济、技术及管理水平，但是现有的人工快渗系统在这方面还处于空白状态。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种强化复氧效果、氨氮去除率高、低投资、低能耗的人工土床快渗污水处理系统，本系统特别适宜山区、丘陵小城镇（如三峡库区小城镇）土壤及气候条件。

本发明的技术方案是这样实现的：快渗污水处理系统，其主体为快渗池，快渗池的底板设有防止污水渗漏的防渗漏层；在防渗漏层上设有承托层，防渗漏层和承托层之间设有渗排水管，渗排水管上设有渗排水孔，渗排水管从快渗池壁穿出，所述承托层由卵石层和陶粒层构成，卵石层在下，陶粒层在上；承托层上部为处理层，处理层为土壤和河砂构成的的土砂混合层，土壤和河砂的混合体积比为2～4：1；在处理层表面种植植物；快渗池表面为布水系统，布水系统由配水管和若干布水管构成，配水管的入口接污水，配水管的出口同时与所有的布水管连接，每根布水管上设有若干布水孔。

所述快渗池长4.0～16.0m，宽2.0～10.0m，高1.4～2.0m；所述卵石层高20～40cm，卵石粒径为5～10cm；陶粒层高10～20cm，陶粒粒径3～8mm；土砂混合层高70～120cm。

每根布水管上的布水孔和渗排水管上的渗排水孔均沿管的两侧斜向下方45°开孔，孔间距10～15cm，孔径φ5～10mm，管末端开口。

所述植物为具有水处理功能、根系发达、在潮湿环境中生长良好的喜湿土壤植物。

在出水堰中设有高度可调节堰板，由堰板将出水堰分成两部分，渗排水管与出水堰其中一部分的下部相通，出水堰另一部分的壁上设有出水孔。

本快渗污水处理系统作为一个基本单元，根据地形坡度若干基本单元由高至低串联在一起，每一基本单元所种植的植物互不相同。

相比现有技术，本发明具有如下有益效果：

1、本系统强化复氧效果，氨氮去除率高，且具有较为稳定的运行状态，无需较高的管理水平，特别适合山区的技术水平。

2、可根据地势由高到低依次设置多个本系统串联运行，方便灵活。

3、由于在土床表面种植适应性好、具有水处理性能的、根系发达且美观的植物，既可增强土床内的复氧效果，提高出水水质，也可美化环境，获得一定的经济效益。

4、投资少、低能耗。本系统所选填料介质均为三峡库区常见介质，栽种植物也选择当地典型具有水处理性能的喜湿土壤植物，来源广泛且价格低廉，所需投资少，可满足三峡库区内绝大多数乡镇的财力要求。

附图说明

图1-本发明平面示意图。

图2-图1中A-A剖面图，即系统横向剖面示意图。

图3-图1中B-B剖面图，即系统纵向剖面示意图。

其中：1-底板；2-渗排水管；3-出水堰；4-堰板；5-出水孔；6-卵石层；7-陶粒层；8-处理层；9-布水管；10-配水管；11-植物。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

参见图1、图2和图3，从图上可以看出，本发明快渗污水处理系统，其核心是快渗池（也称土地处理床，简称土床），快渗池的底板1设有防渗漏层，以防止处理水渗漏污染地下水。在防渗漏层上设有承托层，防渗漏层和承托层之间设有渗排水管2，渗排水管上设有渗排水孔，渗排水管从快渗池壁穿出。承托层上部是用土壤、砂按一定比例混合组成的处理层8，以形成各种微生物生存所需的好氧、厌氧或缺氧环境，从而构成处理系统的主体。快渗池表面为布水系统，布水系统由配水管10和若干布水管9构成，配水管的入口接污水，配水管的出口同时与所有的布水管连接，每根布水管上设有若干布水孔。

所述快渗池长4.0～16.0m，宽2.0～10.0m，高1.4～2.0m。如果把本快渗污水处理系统作为一个基本单元，那么根据地形坡度可以将若干基本单元由高至低串联在一起，形成单级或多级串联人工土床。

承托层采用卵石、陶粒等具有足够的强度、粒径较大介质组成，卵石和陶粒分开设置，粒径较大的卵石层6在下，粒径较小的陶粒层7在上。卵石层6高20～40cm，卵石粒径为5～10cm；陶粒层7高10～20cm，陶粒粒径3～8mm。承托层用于支撑处理层8和收集处理出水，所选介质须具有一定的强度、孔隙率大，渗滤系数大且波动小。卵石和陶粒的渗滤系数较大，强度较高，可支撑一定厚度的处理层重量，避免系统发生塌陷。此外，陶粒的粒径（3~8mm）介于土壤颗粒和卵石（5~10cm）承托层之间，可防止处理层介质的流失，也可增加空隙率、增强微生物附着。

所述处理层8采用土壤和河砂构成的的土砂混合层作为介质。土壤可选用库区常见的紫色土、黄壤、石灰土等，土壤和河砂的体积比为2～4：1，土砂混合层高为70～120cm。处理层用于截留和降解污染物质，介质应具有相对较大的渗滤系数和空隙率，以利于污水的快速渗滤和落干期间的复氧。河砂的渗滤系数（水力坡降=1时的渗透流速）较高，可达2.02×10^-5m/s，远高于普通粘土1×10^-7m/s的渗滤系数，但河砂颗粒的表面过于光滑，以河砂作为单独的处理层介质时，易出现河砂通过承托层的空隙大量流失的现象，影响到系统的处理效果。三峡库区土壤渗滤系数多介于1×10^-5~10^-7m/s，具有一定的水力负荷提升潜力，并且由于土壤颗粒中存在较多的粘粒，水稳性较好，可减少土壤的流失。土砂混合介质结合了河砂的高渗透性与土壤结构的水稳特性，是较好的处理层介质。

在处理层8表层土壤种植具有水处理功能、耐污性好的植物11。植物11可吸收、利用污水中的有机物、氮、磷和重金属，光合作用产生氧气还能运送至根区增强复氧，根系周围可形成厌氧、兼氧、好氧区，为各种微生物提供生存环境。因本发明的初衷是针对三峡库区的特点而进行研究的，因此结合当地实际情况，兼顾经济美观的原则，选择三峡库区常见的、易栽培、根系较发达、在潮湿环境中生长良好的喜湿土壤植物：如风车草、美人蕉、芦竹等进行种植。多级土床串联运行时，可在各级土床中种植不同植物，针对性的去除不同污染物；也可根据季节性、美观性和经济性等原则选择复氧植物。如考虑强化去污效果时，可在前段种植泌氧能力强的草本植物风车草，后段种植对氮磷吸收作用好的耐污植物美人蕉和芦竹；考虑植物去污效果的季节性时，春夏季可种植根系活力大、微生物代谢活性强的植物美人蕉，秋冬季可种植耐寒的土壤植物芦竹；考虑土床美观性时，可种植风车草、美人蕉、万年青等既具有观赏性又有良好去污性能的植物；考虑经济效益时，可种植空心菜、莴笋、牛皮菜等可食用蔬菜，通过收割实现经济收益。

本系统植物种植密度为：风车草10～12丛/m²，芦竹4～5芽/丛、12～16丛/m²，美人蕉株距60～80cm，万年青株距30～40cm，空心菜株距15～35cm，莴笋、牛皮菜株距为20～30cm。

本系统采用布水管9均匀布水，利用嵌埋在承托层底部的渗排水管2进行收水。每根布水管上的布水孔和渗排水管上的渗排水孔均沿管的两侧斜向下方45°开孔，孔间距10～15cm，孔径φ5～10mm，管末端开口。污水经配水管10均匀分配至布水管9，将污水投配到填料中。在出水堰3中设有高度可调节的堰板4，由堰板4将出水堰3分成两部分（两个室），渗排水管2与出水堰其中一部分的下部相通，出水堰另一部分的壁上设有出水孔5。处理后的净水先通过渗排水管进入出水堰其中一个室，当该室水位达到高度可调节堰板4顶端高度时，处理后水翻过堰板进入出水堰另一室，最后通过出水孔5排出本系统。

本系统水力负荷为0.2～1.2m³/m²·d，采用干湿交替的方式运行，湿干比为1d：2d～6d。

下面结合一个具体实施方式对本发明作进一步说明。

将本发明应用于某城镇污水处理厂中，具体采用“格栅—厌氧生物反应池—跌水曝气池—改良人工快渗系统—紫外消毒”的工艺，处理规模为800m³/d。

改良人工快渗系统设计参数为：共分为4组，每组6个单元，每个单元尺寸为：8.5m×16.9m，总计24个处理单元。快渗池底板涂抹一层厚100mm的混凝土，其上覆盖双层防渗土工HDPE膜后再涂抹一层厚100mm混凝土实现防渗目的。利用嵌埋在承托层底部的De110渗排水管进行收水，出水管与出水堰下部相通。当水位达到高度可调节堰板顶端高度时处理后水通过出水孔排出本快渗系统，出水堰高1.0m，可调节出水堰高0.75m。不透水层上部为土床承托层，由下往上依次由卵石层和陶粒层构成，卵石层高0.28m，陶粒层高0.15m。承托层上部的处理层由土壤和河砂按一定比例混合构成，层高1.2m，土砂混合比为3：1。布水管采用DN50UPVC管，孔距10cm，孔径φ=8mm，每根管共计20孔。土床表面种植植物有万年青、芦竹、美人蕉，种植密度为10株/m²，牛皮菜种植密度为12株/m²。

土层平均水力负荷0.5m³/m²·d，运行湿干比为1d:3d。

改良人工快渗系统进出水水质如表1所示。

表1某城镇污水处理厂改良人工快渗系统进出水水质

由表1可知：经改良人工快渗系统处理后，出水污染物浓度均有较高程度的下降，NH₄ ⁺-N和COD浓度低于《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）中一级B标，而大多数TP出水浓度也低于一级B标。

Claims

1.人工土床快渗污水处理系统，其主体为快渗池，快渗池的底板（1）设有防止污水渗漏的防渗漏层；其特征在于：在防渗漏层上设有承托层，防渗漏层和承托层之间设有渗排水管（2），渗排水管上设有渗排水孔，渗排水管从快渗池壁穿出；所述承托层由卵石层（6）和陶粒层（7）构成，卵石层（6）在下，陶粒层（7）在上；承托层上部为处理层（8），处理层（8）为土壤和河砂构成的的土砂混合层，土壤和河砂的混合体积比为2～4：1；在处理层（8）表面种植植物（11）；快渗池表面为布水系统。

2.根据权利要求1所述的人工土床快渗污水处理系统，其特征在于：所述快渗池长4.0～16.0m，宽2.0～10.0m，高1.4～2.0m；所述卵石层（6）高20～40cm，卵石粒径为5～10cm；陶粒层（7）高10～20cm，陶粒粒径3～8mm；土砂混合层高70～120cm。

3.根据权利要求1或2所述的人工土床快渗污水处理系统，其特征在于：所述布水系统由配水管（10）和若干布水管（9）构成，配水管的入口接污水，配水管的出口同时与所有的布水管连接，每根布水管上设有若干布水孔；每根布水管上的布水孔和渗排水管上的渗排水孔均沿管的两侧斜向下方45°开孔，孔间距10～15cm，孔径φ5～10mm，管末端开口。

4.根据权利要求1或2所述的人工土床快渗污水处理系统，其特征在于：所述植物（11）为具有水处理功能、根系发达、在潮湿环境中生长良好的喜湿土壤植物。

5.根据权利要求1或2所述的人工土床快渗污水处理系统，其特征在于：在出水堰（3）中设有高度可调节的堰板（4），由堰板将出水堰分成两部分，所述渗排水管（2）与出水堰（3）其中一部分的下部相通，出水堰（3）另一部分的壁上设有出水孔（5）。

6.根据权利要求1或2所述的人工土床快渗污水处理系统，其特征在于：本快渗污水处理系统作为一个基本单元，根据地形坡度若干基本单元由高至低串联在一起，每一基本单元所种植的植物互不相同。