CN103864228B

CN103864228B - 一种微创开挖多介质地下渗滤原位回灌地下水处理装置

Info

Publication number: CN103864228B
Application number: CN201410108116.7A
Authority: CN
Inventors: 张列宇; 席北斗; 李国文; 李鸣晓; 李曹乐; 王建新
Original assignee: Chinese Research Academy of Environmental Sciences
Current assignee: Chinese Research Academy of Environmental Sciences
Priority date: 2014-03-21
Filing date: 2014-03-21
Publication date: 2015-04-08
Anticipated expiration: 2034-03-21
Also published as: CN103864228A

Abstract

一种微创开挖多介质地下渗滤原位回灌地下水处理装置，由埋设在地下的布水装置和集水装置组成，布水装置位于集水装置的上方，两者高度差为5m；布水装置的结构是：多个平行排列的布水槽，每个布水槽内的周边铺设土工布，土工布内填充有砾石，砾石内包裹有一个布水管，布水管的管壁上开设有水孔；布水槽具有一坡度，坡向出水口方向；集水装置的结构是：多个平行排列的集水槽，集水槽内填充有砾石；一收水管与集水槽垂直铺设，该收水管与布水槽呈平行铺设，并位于两个布水槽之间的中垂线上，收水管的管壁上开设有水孔；收水管具有一坡度，坡向出水口方向；布水装置中布水管的一端连接进水管，集水装置中收水管相应进水管的另一端连接出水管。

Description

一种微创开挖多介质地下渗滤原位回灌地下水处理装置

技术领域

本发明涉及一种污水处理装置，具体涉及一种微创开挖多介质地下渗滤原位回灌地下水处理装置。

背景技术

土壤渗滤系统是一个综合的生态系统，它应用生态系统中物种共生、物质循环再生原理，获得污水处理与资源化的最佳效益。现阶段，常使用生态法或将其与其他工艺组合处理生活污水，而由于土壤渗滤系统建设简单、操作方便、处理效果好等优点，更是工程建设中首选方案。

但是传统的土壤渗滤系统占地面积大，需开挖的地下土壤体积大，存在建设成本高的问题，此外具有运行费用高、对氨氮的处理效果不好等缺点。因而需要一种新型的地下渗滤系统，减少建设费用的同时，提高对氮磷的去除能力。

我国北方地区65％的生活用水、50％的工业用水和33％的农业灌溉用水来自地下水。但是地下水资源的长期过量开采，导致全国部分区域地下水水位持续下降。而采取科学合理的措施开展再生水回灌地下水是解决地下水资源紧缺的重要途径之一。随着我国污水处理厂提标改造及分散型污水深度处理工作的逐步开展，我国再生水资源将逐渐丰沛，若有10％左右的再生水用于地下水回灌，将会极大的弥补地下水资源供需的矛盾。

发明内容

本发明的目的在于提供一种微创开挖多介质地下渗滤原位回灌地下水处理装置，以改进公知技术中存在的缺陷。

为实现上述目的，本发明提供的微创开挖多介质地下渗滤原位回灌地下水处理装置，由埋设在地下的辅助装置、布水装置和集水装置组成；其中：

辅助装置的结构是：上下两层铁丝网之间填充有复方碳酸钙颗粒，复方碳酸钙颗粒是采用由乙烯-醋酸乙烯共聚体、香豆酮-茚树脂、合成石蜡树脂等合成的常温热熔胶黏剂与碳酸钙粉末混合制作成的中空球形碳酸钙颗粒,然后向其中注射甲醇溶液后封口；复方碳酸钙颗粒外壁厚度为2-30mm，其中碳酸钙和甲醇的质量比为15:8；复方碳酸钙颗粒与下层铁丝网之间铺放无纺土工布；

布水装置的结构是：多个平行排列的布水槽，每个布水槽内的周边铺设复合土工膜，复合土工膜内填充有粒径为5-20cm砾石，砾石内包裹有一个布水管，布水管的一端连接进水管，另一端封闭；布水管的管壁上每隔10-20cm开设有水孔，水孔直径为1-3cm；

辅助装置和布水装置为同向设置且上下相连接；

集水装置设置在布水装置的下方，与布水装置的高度差为5m，两者之间是原位的土壤；

集水装置的结构是：多个平行排列的集水槽，该些集水槽与布水槽为垂直向地设置，集水槽内填充有粒径为5-30cm砾石，砾石中投放有缓释杀虫剂；一收水管与布水槽呈平行铺设，并位于中间两个布水槽之间的中垂线上；收水管对应布水管连接进水管的一端封闭，收水管的另一端连接出水管；收水管的管壁上每隔10-20cm开设有水孔，水孔直径为1-3cm；

布水槽和收水管具有一坡度，坡向出水管的方向，布水槽的坡度为1:300，收水管的坡度为1:200；

出水管连接集水池，集水池中有硝酸盐浓度检测仪、加热装置和污水潜污泵，污水潜污泵连接一回流管，回流管埋设在辅助装置的复方碳酸钙颗粒中，每隔10-20cm开设有水孔，水孔直径为1-3cm。

所述的处理装置中，布水管采用DN100的PVC管，收水管采用DN150的PVC管。

所述的处理装置中，收水管上方修筑一道防渗墙，以防止布水管的出水在水平方向上溢流。

所述的处理装置中，地面表层土壤种植有去污能力强、具有景观效果的菖蒲、香蒲、芦苇、美人蕉、鸢尾和再力花。

所述的处理装置中，进水管的进水为经过简单预处理的生活污水。

所述的处理装置中，生活污水为普通的三格式化粪池中的污水。

本发明的处理装置，构造方式独特，污水净化效果优良，在实际应用中只需开挖布水槽、布水管、集水槽和收水管部分，使建设费用降低了50％左右，进一步减少了土壤渗滤装置建设费用，降低土壤处理这种高效生态净化装置在各地普及的难度系数。此外，约有30％的再生水回灌地下水，能够有效地缓解西北地区地下水资源的紧缺状况。

附图说明

图1是本发明的微创开挖多介质地下渗滤原位回灌地下水处理装置的正面示意图；

图2是本发明的微创开挖多介质地下渗滤原位回灌地下水处理装置的侧面示意图；

图3是图2中沿1-1线的剖面示意图；

图4是图2中沿2-2线的剖面示意图。

附图中主要标记符号说明：

三格式化粪池1；进水管2；进水阀门3；植物4；表面土壤5；铁丝网6；复方碳酸钙颗粒7；无纺土工布和铁丝网8；5-20cm的砾石9；布水管10；复合土工膜11；中层土壤12；土壤13；收水管14；5-30cm的砾石15；出水阀门16；出水管17；集水池18；硝酸盐浓度检测仪19；加热装置和污水潜水泵20；回流管21；防渗墙22。

具体实施方式：

以下对本发明作更详细的说明。需要事先说明的是，以下内容中给出的具体条件和数据，只是用以帮助理解和实施本发明的技术方案，而不是对本发明的限定。

本发明的具体结构请参阅图1、图2、图3和图4。

本发明提供的处理装置，其主要结构包括辅助装置、布水装置和集水装置；

辅助装置和布水装置为上下相连接，与集水装置的垂直深度差为5m，中间为原位的土壤；处理装置的整体长15m，宽14m。

辅助装置铺设铁丝网6以及无纺土工布和铁丝网8，铁丝网6以及无纺土工布和铁丝网8两者中间填充粒径大小不等中空的复方碳酸钙颗粒7，复方碳酸钙颗粒是采用常温热熔胶黏剂和碳酸钙粉末混合制作成的中空球形碳酸钙颗粒，然后向其中注射甲醇溶液后封口，复方碳酸钙颗粒外壁厚度2-30mm不等，其中碳酸钙和甲醇的质量比为15:8。

布水装置中，布水管10的一端通过进水阀门3连接进水管2，另一端封闭；

集水装置中，收水管14对应进水管2的一端封闭，收水管14的另一端通过出水阀门16连接出水管17。

布水装置距地面垂直深度为0.5-1m，由一系列平行排列的宽20-40cm、深20-30cm的布水槽及槽内的布水管10组成；其中布水槽之间的距离为150-200cm，坡度为1:300，坡向出水口方向。

布水槽四周铺设一层5mm厚的复合土工膜11，内部填充粒径为5-20cm的砾石9；布水管10采用DN100的PVC管，一端连接进水管2，另一端封闭，包裹在砾石9内；布水管10的管壁均匀布设有水孔，每隔10-20cm布一个水孔，水孔直径为1-3cm。

集水装置距地面垂直深度为2.5-3m，由一系列平行排列的宽30-50cm、深30-40cm的集水槽和一根收水管14组成；其中收水管14位于中间两个布水槽之间的中垂线上，坡度1:200，坡向出水口方向；集水槽与收水管14垂直铺设，集水槽之间的距离为150-200cm。集水装置设置在土壤13上。

收水管14采用DN150的PVC管，相应进水管2的另一端连接出水管17，收水管14连接出水管17的另一端封闭；收水管14均匀布孔，每隔10-20cm布一个水孔，水孔直径为1-3cm；集水槽内部填满粒径为5-30cm的砾石15，砾石15中投放一定数量的缓释杀虫剂。

出水管17连接集水池18，池中有硝酸盐浓度检测仪19、加热装置和污水潜污泵20，加热装置和污水潜水泵20连接回流管21，回流管21连接至辅助装置的中空球形碳酸钙颗粒中，而且回流管21在辅助装置中每隔10-20cm开设有水孔，水孔直径为1-3cm。

在收水管14正上方0.5m、距地面垂直深度0.5-1m处修筑一道防渗墙22，深2m，防止布水管的水流在水平方向上溢流。

本发明的处理装置进水为经过简单预处理的生活污水，一般为化粪池中的污水，化粪池为普通的三格式化粪池1。

在埋设布水装置和集水装置的表面土壤5中种植去污能力强、具有景观效果的菖蒲、香蒲、芦苇、美人蕉、鸢尾和再力花，以提高装置的景观效果，同时增强脱氮除磷的效果。

由于西北地区土壤土质疏松、粉砂含量高、渗透性好(饱和渗透系数K_s>1.5×10^-6m/s)，保证了污水在原位土壤中的向下渗透；布水槽中5-20cm的砾石9和均匀布孔的布水管10保证了污水的均匀布水；集水槽中5-30cm的砾石15粒径大于原位土壤粒径，渗透性更好，结合均匀布孔的收水管14，保证了装置的收水效率。

经过本发明装置处理后的污水回用率大约在60-70％左右，没有回用的约30％-40％的污水继续向下流动，经过土壤和包气带的深层净化后，达到地表Ⅳ类水标准，回灌地下水，补充地下水资源。

本发明充分利用土壤独特的理化性质(如较大的比表面积及一定的孔隙度等)和土壤中种类繁多、数量巨大的微生物，主要通过土壤中微生物的降解吸收作用，配合土壤对污水的过滤、沉积和吸附等物理作用，以及氧化还原、离子交换和络合沉淀等化学作用，达到有效脱氮除磷，高效去除氨氮，充分分解去除有机物的目的，同时对病原微生物也具有高效的生态去除作用。此外，当装置出水中污染物浓度较高时，可通过回流管回流借助复方碳酸钙颗粒提供碱度和碳源，保障装置处理污水的稳定性。

本发明构造方式独特，污水净化效果优良，在实际应用中只需开挖布水槽、布水管、集水槽和收水管部分，使建设费用降低了50％左右，进一步减少了土壤渗滤装置建设费用。

本发明的装置在实际使用的过程是：

生活污水经过三格式化粪池1处理后，通过进水管2和进水阀门3进入到布水管10中。

布水管10位于布水槽中。布水槽由布水管10、包裹布水管10的5-20cm的砾石9和复合土工膜11组成；布水管10上均匀地开设有出水孔，坡度为1:300，坡向出水口方向；进水后污水均匀分布到布水槽中，由于复合土工膜11防水、渗透系数小，污水向上溢出布水槽，在自身重力和土壤毛细作用下，在中层土壤12中向下流动。污水流动到距地表2.5m左右后，由于流体动力学原理(水流的方向应沿阻力最小的路径流动)，约60-70％的污水进入到集水槽中填充的5-30cm的砾石15中；约30-40％污水继续向下流动，经过土壤和包气带的深层净化后，达到地表Ⅳ类水标准，回灌地下水。

进入到集水槽中的污水经过收水管14管壁上的孔隙进入到收水管14中，收水管14的坡度为1:200，坡向出水口方向，因而经处理后的污水在重力作用下沿收水管14经出水阀门16，由出水管17排出。

出水管17连接集水池18，集水池18中有硝酸盐浓度检测仪19，当出水中的硝酸盐浓度超过额定值时集水池开启加热装置20，出水加热到40-50℃后污水潜污泵开启将出水泵入回流管21输送至辅助装置中，在辅助装置中出水经回流管空隙浇灌复方碳酸钙颗粒7，复方碳酸钙颗粒7为粒径大小不等中空的复方碳酸钙颗粒且外壁厚度不均，在40-50℃的温水环境中复方碳酸钙外壁逐渐溶解，外壁薄的颗粒先破裂，外壁厚的颗粒后破裂，碳酸钙颗粒用以调节装置中的碱度，同时释放出其中的甲醇，为反硝化过程提供碳源，保障装置的稳定运行。复方碳酸钙颗粒可维持装置稳定运行一年。

在表面土壤5中种植去污能力强、具有景观效果的植物4，主要包括菖蒲、香蒲、芦苇、美人蕉、鸢尾和再力花，以提高装置的景观效果，同时增强脱氮除磷的效果。

本发明的进水主要是西北地区农村生活污水，进水水质为(单位：mg/L)：250≤COD≤500；150≤BOD₅≤300；30≤NH₄ ⁺-N≤50；3≤TP≤6；50≤TN≤100。

出水水质(mg/L)：COD≤30；BOD₅≤6；NH₄ ⁺-N≤1.5；TP≤0.3；TN≤1.5。

出水水质可以满足《地表水环境质量标准》(GB/T 3838-2002)Ⅳ类水水质要求。

Claims

1.一种微创开挖多介质地下渗滤原位回灌地下水处理装置，由埋设在地下的辅助装置、布水装置和集水装置组成；其中：

辅助装置的结构是：上下两层铁丝网之间填充有复方碳酸钙颗粒，复方碳酸钙颗粒是采用常温热熔胶黏剂和碳酸钙粉末混合制作成的中空球形碳酸钙颗粒，然后向其中注射甲醇溶液后封口；复方碳酸钙颗粒外壁厚度为2-30mm，其中碳酸钙和甲醇的质量比为15:8；复方碳酸钙颗粒与下层铁丝网之间铺放无纺土工布；

辅助装置和布水装置为同向设置且上下相连接；

2.根据权利要求1所述的处理装置，其中，布水管采用DN100的PVC管，收水管采用DN150的PVC管。

3.根据权利要求1或2所述的处理装置，其中，收水管上方修筑一道防渗墙，以防止布水管的出水在水平方向上溢流。

4.根据权利要求1所述的处理装置，其中，地面表层土壤种植有去污能力强、具有景观效果的菖蒲、香蒲、芦苇、美人蕉、鸢尾和再力花。

5.根据权利要求1所述的处理装置，其中，进水管的进水为经过简单预处理的生活污水。

6.根据权利要求5所述的处理装置，其中，生活污水为普通的三格式化粪池中的污水。