CN102730915B - 分散型污水多层土壤生态处理装置和方法 - Google Patents
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Abstract
分散型污水多层土壤生态处理装置，包括依次连接的原水池、沉淀池一、接触氧化池、生物过滤池、沉淀池二、流量调节池、土壤处理池、集水池，原水池、接触氧化池、生物过滤池、土壤处理池分别连接到鼓风机，土壤处理池由池体、布水管、通水层、土壤层、通气层、空气层、石英砂层、鹅卵石层和集水管组成；处理方法包括：（1）污水经原水池收集后提升至沉淀池一进行厌氧沉淀；（2）进入接触氧化池，出水通过生物滤池；（3）通过沉淀池二，出水进入流量调节池，再送到土壤处理池；（4）间歇性对土壤处理池进水与通气。本发明有效提高了土壤层的渗透系数，使水力负荷达2.0～8.0m以上，比传统土壤处理增加了几十倍，处理效率明显提高。
Description
技术领域
本发明涉及污水处理的技术领域，具体地说是指分散型污水多层土壤生态处理装置和方法。
背景技术
我国是一个水资源匮乏的国家，随着经济的发展和人民生活水平的提高，所消耗的淡水资源与相应排放的生活污水和工业废水不断增多，由于经济、技术条件等的落后，污染没有得到及时的控制，全国性的水环境污染日趋严重。大量未经有效处理的污水直接排放造成河道污染和湖水水体富营养化等一系列环境问题，使得我国地表水体的生态环境严重恶化。水污染严重和水资源短缺成为制约我国经济发展，危害生态环境，影响人民生活和身体健康的突出问题。
中心城市的污水主要通过建设污水处理厂集中处理，常规的工艺为活性污泥和生物膜法。城市污水处理厂不仅建设和运行成本高，而且产生大量污泥造成二次污染；在农村等分散的人群聚居地和中小城镇，污水的收集处理更加困难，由此可见，经济、环保的污水现场处理技术不仅是消除城乡一体化发展所造成的区域性分散污染的有效方法，也是新农村建设和中小城镇生态环境建设中不可或缺的污染控制技术，而且在中心城市也有很大的使用空间。而污水土壤生态处理不仅适合于治理小城镇、河道、乡村等方面的水污染，在降低建设和运行成本方面也有其独特的优势。
在国内，污水的土壤生态处理技术大致分为六类：慢速渗滤处理系统（SR）、快速渗滤处理系统（RI）、地表漫流处理系统（OF）、污水湿地处理系统（WL）、地下渗滤土地处理系统（UG）,人工土层快速渗滤处理系统（ARI）。污水的土壤生态处理技术的共同优点：①能耗省，运行费用低；②运行操作简便，不需复杂的自控系统进行控制;③不额外投加药剂，出水水质较好；④污泥量少，污泥量只相当于常规城市污水处理厂污泥量的1/10。不足之处在于: ①需要土地面积较大，②对恶劣气候条件抵御能力弱，净化能力受作物生长成熟程度的影响大；③生态处理中的土壤容易板结，处理效率逐年下降；④需控制蚊蝇滋生。
发明内容
本发明提供一种分散型污水多层土壤生态处理装置和方法，其目的在于克服现有技术存在的占地面积大、抵御恶劣气候能力弱、土壤容易板结和易使蚊蝇滋生的缺陷。
本发明采用如下技术方案：
分散型污水多层土壤生态处理装置，包括依次连接的原水池、沉淀池一、接触氧化池、生物过滤池、沉淀池二、流量调节池、土壤处理池、集水池，原水池、接触氧化池、生物过滤池、土壤处理池分别用管道连接到鼓风机，生物过滤池由一回流管接入到接触氧化池，沉淀池一和沉淀池二均连接至污泥干化池，污泥干化池再连接至原水池，沉淀池一和沉淀池二靠重力沉淀污泥排到污泥干化池自然过滤和晾干，过滤液回到原水池。
土壤处理池由池体、布水管、通水层、土壤块、通气层、空气层、石英砂层、鹅卵石层和集水管组成。
上述生物过滤池中下部填充有悬浮填料。
上述土壤处理池至少两组以上交替使用，保证工艺的连续运行，土壤处理池采用间歇进水与通气，进水周期为每11~12小时一次，然后根据进出水情况调节通气量。
具体地，上述鹅卵石层位于池体底部，集水管布置于鹅卵石层底端，鹅卵石由小到大依次从上到下排列，其尺寸在φ2~30mm之间，鹅卵石层上方填充φ1~2mm的石英砂层，池体中部设有一层通气层，通气层上方码放至少三层人工土壤层，通气层下方码放至少二层人工土壤层，通气层上方的土壤层中间有一层空气层，空气层上方的土壤层相对于空气层与通气层之间的土壤层层数相等或多一层，空气层由数根等距并横贯池体的开有多个等距小孔的耐腐蚀管组成，空气层经空气管连接到鼓风机，所述池体顶部分布有多根布水管，布水管交叉错位开设有数个出水孔。
更为具体地，每层土壤层由数组沿池体长边方向间隔100~200mm的土壤块组排列而成，每组土壤块组由多列土壤块列组成，每列土壤块列包括数个沿池体短边方向紧密排列的土壤块，优选地，池体短边两侧的土壤块组包括一列或两列土壤块列，其余土壤块组由两列土壤块列组成，每个土壤块为长方体箱子结构，箱子尺寸的高为60~150mm，长与宽在120~500mm，箱子内填人工土壤。上、下土壤层之间的土壤块组相互错开排列，上下土壤块组之间、相邻土壤块组之间以及最顶层的土壤层上方均填充φ4~8mm的砾石即构成所述的通水层。
进一步地，土壤块主要由以下原料按堆积体积配比配制而成的：风化花岗岩矿砂（粒径1~2mm）：腐叶土：浮石（粒径2~4mm）：木炭（粒径1~2mm）：铁粉＝5~8：1~4：0.3~1.5：0.3~1.2：0.2~1.0。
上述土壤块由以上原料按比例混合均匀装填于一上端开口的长方体箱子中并用土壤捣实工具捣实使土壤，再用土壤振实密度测量仪进行密度的检测，确保所有土壤密度的均匀，同时也使土壤块具有一定的强度，箱子底部均匀开设有多个圆孔，箱子底板和土壤之间由无纺布做垫层。
再进一步地，上述通气层为长方体结构，六个面均用板密封，上、下板面积均与土壤处理池的横截面积相当，上、下板二侧分别等间距开有一个或一个以上的小圆孔，并由管道连接到池体外面后由弯管转到池体上方进行自然通气和排空。
分散型污水多层土壤生态处理方法，依次包括以下步骤：（1）污水经原水池收集后定量提升至沉淀池一进行厌氧沉淀，去除污水中的大颗粒悬浮物和降解大分子有机物；（2）进入接触氧化池降低污水中有机物浓度，出水通过生物滤池截留微生物；（3）通过沉淀池二降低污水中的悬浮物，出水进入流量调节池，再送到土壤处理池；（4）间歇性对土壤处理池进水与通气，经处理的污水排入到集水池回用或排放。
上述步骤（4）中间歇性通气采用自然通风与强制通风相结合。
由上述对本发明的描述可知，和现有技术相比，本发明的优点在于：
1、本发明采用两级沉淀，大大降低了无机物质（如沙土等）在土壤中的沉积，避免土壤层内部的缝隙堵塞。
2、本发明采用：①在多层土壤之间增设通水层，由于两层土壤之间采用了交错叠加，上面的土壤层出水在通水层中可自由平衡分配，使每层土壤均得到有效的利用；②特定的土壤配比技术将人工制作的土壤块层层叠加，减少多层土壤中每层土壤的厚度。以上两种方式有效提高了土壤层的渗透系数，使水力负荷达2.0～8.0m以上，比传统土壤处理增加了几十倍，处理效率明显提高，也节省了设施建设费用和减少占地面积。
3、本发明占地面积较小，下雨天时截留的雨水量较小，同时工艺采用间歇性进水，当出现极端降雨天气时，可以停止向多层土壤处理系统进水，避免出现系统瘫痪的状态。另外，由于多层土壤处理技术占地面积较小，可以根据实际需要将整个处理系统置于室内，也能防止恶劣天气对污水处理造成影响。
4、本发明采用：①间歇进水，进水时是工作期，不进水时是土壤活性恢复期，有效地避免了有机物的连续积累；②强制通风和自然通风相结合的方法，使土壤中微生物基本处于好氧状态，加速了土壤层中有机物的分解速率，从而降低了有机物在土壤层中积累的机率；③土壤块之间设置通水层，可使上层的水均匀地分配到下一层的各个土壤块，避免了部分土壤板结使下层土壤分配不到水让板结进一步恶化，从而影响处理能力；④每块土壤进行捣实和密度检测，保证所有土壤块都有相同的密度，避免水和空气走短路，造成土壤板结。以上四个方法减少了有机物的积累，也避免了土壤的板结，增加系统的处理能力和使用寿命。
5、本发明由于整体土壤的渗透系数较大，而且是间歇式进水，多层土壤表面没有积水，不适合蚊虫产卵孳生。同时多层土壤采用自然通风与强制通风相结合，确保了通风良好，有效防止蚊虫滋生。
6、本发明采用的多层土壤生态处理由于机械设备少、能耗低；设施基本上是“硬件”，即使运行有故障，也能够自己解决；日常运行无需专人看管，自动运行；而且污水浓度变化对处理影响不大。故本装置的运行费用少，操作方便。
附图说明
图1为本发明的结构方框图；
图2为本发明土壤处理池的主视图；
图3为本发明土壤处理池的俯视图。
具体实施方式
下面参照附图说明本发明的具体实施方式。
参照图1，分散型污水多层土壤生态处理装置，包括依次连接的原水池1、沉淀池一2、接触氧化池3、生物过滤池4、沉淀池二5、流量调节池6、土壤处理池7和集水池8，原水池1、接触氧化池3、生物过滤池4、土壤处理池7都分别通过管道连接到鼓风机。沉淀池一2和沉淀池二5都依靠重力沉降污泥并把污泥排到污泥干化池9自然过滤和晾干，过滤液回到原水池1。生物过滤池4中下部填充悬浮填料，生物过滤池4由一回流管接入接触氧化池3。土壤处理池7至少二个交替使用，采用间歇性进水和间歇性通气，保证工艺的连续运行。
参照图2，土壤处理池7由池体71、布水管72、通水层73、土壤层74、通气层75、空气层76、石英砂层77、鹅卵石层78、集水管79组成。鹅卵石层78位于池体71底部，集水管79布置于鹅卵石层78底端，鹅卵石由小到大依次从上到下排列，其尺寸在φ2~30mm之间，鹅卵石层78上方填充φ1~2mm的石英砂层77，池体71中部设有一层通气层75，通气层75上方码放至少三层人工土壤层74，通气层75下方码放至少二层人工土壤层74。通气层75上方的土壤层74中间有一层空气层76，空气层76上方的土壤层74相对于空气层76与通气层75之间的土壤层74层数相等或多一层。空气层76由数根等距并横贯池体71的开有多个等距小孔的耐腐蚀管组成，空气层76经空气管连接到鼓风机。池体71顶部分布有多根布水管72，布水管72交叉错位开设有数个出水孔720。
参照图3，每层土壤层74由数组沿池体71长边方向间隔100~200mm的土壤块组排列而成，每组土壤块组由多列土壤块列组成，每列土壤块列包括数个沿池体71短边方向紧密排列的土壤块741，优选地，池体71短边两侧的土壤块组包括一列或两列土壤块列，其余土壤块组由两列土壤块列组成，每个土壤块741为长方体箱子结构，箱子尺寸的高为60~150mm，长与宽在120~500mm，箱子内填人工土壤。参照图1，上、下土壤层74之间的土壤块组相互错开排列，上下土壤块组之间、相邻土壤块组之间以及最顶层的土壤层74上方均填充φ4~8mm的砾石即构成所述的通水层73。
土壤块741主要由以下原料按堆积体积配比配制而成的：风化花岗岩矿砂（粒径1~2mm）：腐叶土：浮石（粒径2~4mm）：木炭（粒径1~2mm）：铁粉＝5~8：1~4：0.3~1.5：0.3~1.2：0.2~1.0，上述原料按比例混合均匀，并装填在上端开口的长方体箱子，箱子底部均匀地开有多个圆孔，箱子底板和土壤之间用无纺布做垫层。土壤块741在装填完人工土壤后，需用土壤捣实工具将土壤捣实，并用土壤振实密度测量仪进行密度的检测，确保所有土壤密度的均匀，同时也使土壤块具有一定的强度。
下列表1~3为不同土壤块配比的处理结果（未标注的单位为：mg/L）。
表1 矿砂：腐叶土：浮石：木炭：铁粉＝5：4：0.3：0.3：1
表2 矿砂：腐叶土：浮石：木炭：铁粉＝8：2.8：0.9：0.8：0.6
表3 矿砂：腐叶土：浮石：木炭：铁粉＝7.5：1.5：1.2：1：0.3
以上三个表格表明，特定的土壤配比使水力负荷达2.0～8.0m以上，比传统土壤处理增加了几十倍，处理效率明显提高。
继续参照图2，上述通气层75为长方体结构，六个面均用板密封，上、下板面积均与土壤处理池7的横截面积相当，上、下板二侧分别等间距开有一个或一个以上的小圆孔，并由管道连接到池体71外面后由弯管751转到池体71上方进行自然通气和排空。
参照图1，分散型污水多层土壤生态处理方法，依次包括以下步骤：（1）污水经原水池1收集后定量提升至沉淀池一2进行厌氧沉淀，去除污水中的大颗粒悬浮物和降解大分子有机物；（2）进入接触氧化池3降低污水中有机物浓度，出水通过生物滤池4截留微生物；（3）通过沉淀池二5降低污水中的悬浮物，出水进入流量调节池6，再送到土壤处理池7；（4）间歇性对土壤处理池7进水与通气，经处理的污水排入到集水池8回用或排放。
步骤（4）中间歇性通气采用自然通风与强制通风相结合。
参照图2，来自流量调节池6的污水按时间段控制轮流对土壤处理池7间断进水，周期为每11~12小时进水一次，污水经池体71上面的布水管72均匀分配到池体71上面的通水层73，水力负荷在2~8m/d，污水经通水层73均匀分配到各个土壤块741，由于采用间歇进水和进气以及通气层75位于土壤层74中下部，污水中的有机质在土壤层74中经历了好氧到兼氧厌氧的环境，污水中的氮得到降解和去除，污水中的磷也在土壤层74中吸附、化学沉淀和微生物积累等作用下去除，经处理的污水从池体71底部的集水管79排入集水池8。出水水质清澈(CODcr15mg/L以下，BOD55mg/L以下)，各项指标也完全达到GB8978-1996污水综合排放标准。
上述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护范围的行为。
Claims (11)
1.分散型污水多层土壤生态处理装置，其特征在于：包括依次连接的原水池、沉淀池一、接触氧化池、生物过滤池、沉淀池二、流量调节池、土壤处理池、集水池，所述原水池、接触氧化池、生物过滤池、土壤处理池分别用管道连接到鼓风机，生物过滤池由一回流管接入到接触氧化池，所述沉淀池一和沉淀池二均连接至污泥干化池，污泥干化池再连接至原水池，所述土壤处理池由池体、布水管、通水层、土壤层、通气层、空气层、石英砂层、鹅卵石层和集水管组成，所述土壤处理池间歇进水与通气，进水周期为每11~12小时一次，然后根据进出水情况调节通气量，所述鹅卵石层位于池体底部，集水管布置于鹅卵石层底端，鹅卵石由小到大依次从上到下排列，其尺寸在φ2~30mm之间，鹅卵石层上方填充φ1~2mm的石英砂层，池体中部设有一层通气层，通气层上方码放至少三层人工土壤层，通气层下方码放至少二层人工土壤层，通气层上方的土壤层中间有一层空气层，空气层上方的土壤层相对于空气层与通气层之间的土壤层层数相等或多一层，空气层由数根等距并横贯池体的开有多个等距小孔的耐腐蚀管组成，空气层经空气管连接到鼓风机，所述池体顶部分布有多根布水管，布水管交叉错位开设有数个出水孔。
2.如权利要求1所述的分散型污水多层土壤生态处理装置，其特征在于：所述生物过滤池中下部填充有悬浮填料。
3.如权利要求1所述的分散型污水多层土壤生态处理装置，其特征在于：所述土壤处理池至少两组以上交替使用。
4.如权利要求1所述分散型污水多层土壤生态处理装置，其特征在于：每层土壤层由数组沿池体长边方向间隔100~200mm的土壤块组排列而成，每组土壤块组由多列土壤块列组成，每列土壤块列包括数个沿池体短边方向紧密排列的土壤块，每个土壤块为长方体箱子结构，箱子尺寸的高为60~150mm，长与宽在120~500mm，箱子内填人工土壤。
5.如权利要求4所述分散型污水多层土壤生态处理装置，其特征在于：池体短边两侧的土壤块组包括一列或两列土壤块列，其余土壤块组由两列土壤块列组成。
6.如权利要求4所述分散型污水多层土壤生态处理装置，其特征在于：上、下土壤层之间的土壤块组相互错开排列，上下土壤块组之间、相邻土壤块组之间以及最顶层的土壤层上方均填充φ4~8mm的砾石即构成所述的通水层。
7.如权利要求4所述的分散型污水多层土壤生态处理装置，其特征在于：所述土壤块主要由以下原料按堆积体积配比配制而成的：风化花岗岩矿砂（粒径1~2mm）：腐叶土：浮石（粒径2~4mm）：木炭（粒径1~2mm）：铁粉＝5~8：1~4：0.3~1.5：0.3~1.2：0.2~1.0。
8.如权利要求7所述的分散型污水多层土壤生态处理装置，其特征在于：所述土壤块由所述原料按比例混合均匀装填于一上端开口的长方体箱子中并用土壤捣实工具捣实土壤，再用土壤振实密度测量仪进行密度的检测，确保所有土壤密度的均匀，同时也使土壤块具有一定的强度，箱子底部均匀开设有多个圆孔，箱子底板和土壤之间由无纺布做垫层。
9.如权利要求1所述分散型污水多层土壤生态处理装置，其特征在于：所述通气层为长方体结构，六个面均用板密封，上、下板面积均与土壤处理池的横截面积相当，上、下板二侧分别等间距开有一个或一个以上的小圆孔，并由管道连接到池体外面后由弯管转到池体上方进行自然通气和排空。
10.一种适用于如权利要求1所述的分散型污水多层土壤生态处理装置的生态处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）污水经原水池收集后定量提升至沉淀池一进行厌氧沉淀，去除污水中的大颗粒悬浮物和降解大分子有机物；
（2）进入接触氧化池降低污水中有机物浓度，出水通过生物滤池截留微生物；
（3）通过沉淀池二降低污水中的悬浮物，出水进入流量调节池再送到土壤处理池；
（4）间歇性对土壤处理池进水与通气，经处理的污水排入到集水池回用或排放。
11.如权利要求10所述的分散型污水多层土壤生态处理方法，其特征在于： 步骤（4）中间歇性通气采用自然通风与强制通风相结合。
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