CN103641270A - 一种高负荷地下渗滤污水处理复合系统 - Google Patents
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Abstract
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。
Description
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。
附图说明
图1为本发明的高负荷地下渗滤污水处理复合系统的污水处理流程图。
图2为本发明的高负荷地下渗滤污水处理复合系统的一个具体实施方式的横截面示意图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
如图1所示，污水首先经过预处理单元10进行隔油沉淀等预处理，然后进入污水分配箱20，再通过计量泵间歇性地进入高负荷地下渗滤单元30。高负荷地下渗滤单元30的出水通过集水排水管38P和越流管OP排入深度处理单元40的进水管40P。
如图2所示，所述高负荷地下渗滤单元30自上而下为覆盖层31、一次散水层32、上防堵层33、二次散水层34、下防堵层35、通风层36、精滤层37和集水排水层38。为了保障氧气供应和在低温气候条件下正常运行，高负荷地下渗滤单元30附设调温送风装置39。覆盖层31表面种植地毯草。一次散水层32、二次散水层34、通风层36和集水排水层38均由粒径为1～4cm的碎石构成。一次散水层32中埋设直径为75mm的PVC散水管32P，一次散水管32P两侧和底部开散水孔；二次散水层34中埋设二次散水管34P，二次散水管34P为直径50mm的PVC管，其两侧和底部开有分布均匀的散水孔，二次散水管34P通过越流管OP与深度处理单元40的进水管41P相连，越流管的位置比二次散水管高5cm；通风层36中埋设通风管(36P)，通风管36P采用直径75mm的PVC管，管壁开有通气孔；所述集水排水层38底部有集水排水沟，集水排水沟中埋设集水排水管38P，集水排水管38P为壁上开设有集水孔的PVC管，集水管的末端敞开，排水口与深度处理单元40的进水管41P连接。上防堵层33和下防堵层35自上而下分为粗滤亚层和细滤亚层，其中粗滤亚层为河砂和陶粒混合滤料，饱和透水系数约为3×10-1cm／秒；细滤亚层由硅藻土、沸石、陶粒和粉煤灰混合而成，饱和渗透系数约为1×10-1cm／秒。穿过上防堵层33有竖向导流管VP，竖向导流管VP的下端与二次散水管34P连接，上端套气帽，掩埋于一次散水层32的碎石中；竖向导流管VP顶端管口的高度与上防堵层33的顶面一致。精滤层37的渗透系数低于上防堵层33和下防堵层34的渗透系数，由细砂、陶粒、活性炭、钙质土和沙质土混合而成，饱和渗透系数为1×10-2～3×10-2cm／秒。
高负荷地下渗滤单元30采用间歇性进水，每天进水8次，在落干期间适量通风，以保障对高负荷地下渗滤单元30的氧气供应，并且在低温条件下对通入的空气适当加温，以保持微生物的活性。调温送风装置39由鼓风机39-1、加热器39-2和保温罩39-3组成。鼓风机39-1的升压为1800Pa，进风口与保温罩39-3连接，出风口与通风管36P连接；加热器39-2由2个加热管组成，每个加热管39-2的功率为800w，气温低于15℃时启动1个加热管，气温低于5℃时启动2个加热管；保温罩39-3为采用耐温材料制成的圆筒，腔内安装所述的加热器39-2，一端与鼓风机39-1的进风口连接，另一端敞口。
为了营造厌氧兼性环境，本发明的深度处理单元40为潜流式缺氧生物滤池，其中含生物活性填料，生物活性填料长期被水淹没。本发明以潜流式水平流深度处理为例加以说明。
所述深度处理单元40自进水端至排水端依次为布水区41、反应区42和集水排水区43。上部为覆盖层44。布水区41由粒径10-40mm的碎石充填，其中埋设布水管41P，布水管41P为直径110mm的PVC管或UPVC管，其两侧开有分布均匀的布水孔。反应区42以粒径5-10mm的钙质、铁质以及硅质碎石为主，含5-10％(体积比)的植物枝叶、谷皮等，均匀混合。集水排水区43由粒径10-40mm的碎石充填，其中埋设集水排水管43P，集水排水管43P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。覆盖层44由河砂、砂土以及低渗透性材料构成。地表规划为公园。
进水为中国科学院广州地球化学研究所园区生活污水，经过数月的监测，其主要污染物浓度为：CODCr=200-300mg／l，NH4-=50-70mg／l，TN=55-80mg／l，TP=6-10mg／l；经过本发明复合系统处理后，CODCr=30-40mg／l，NH4-=2-4mg／l，TN=10-20mg／l，TP=0.2-0.4mg／l。
上述为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述内容的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
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。
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