CN107585874A - 一种污水生态处理装置、处理方法及处理系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种污水生态处理装置、处理方法及处理系统，属于污水生态处理技术领域，污水生态处理装置包括容置体、隔板和植物净化柱，隔板将容置体分隔成上部开口的围堰区和下部的封闭区，容置体上开设有进水口和出水口，围堰区铺设有滤料层和土壤层，土壤层种植有草本植物，封闭区填充有渗滤填料；植物净化柱包括水生植物和用于承载并种植水生植物的管体，管体贯穿隔板并连通封闭区和围堰区；污水经由封闭区初级净化、植物净化柱中级净化、围堰区末级净化三个区段，并先后完成以厌氧、兼氧、好氧为主的反应流程，在土壤渗滤与植物根系的协同作用下，处理效果大为加强；污水生态处理系统由污水生态处理装置构成具有额定处理量的一体化设施。
Description
技术领域
本发明涉及利用土壤渗滤与植物根系的复合作用处理生活污水，属于污水生态处理技术领域。
背景技术
作为一种小规模生活污水处理方法，土壤渗滤法近年来得到越来越普遍的应用。其为基于自然生态净化原理，结合常规的厌氧、好氧污水处理工艺而形成的原位污水生态处理技术。即将生活污水在化粪池中沉淀、厌氧预处理后，再经布水管分配到土壤渗滤沟槽中，在毛细管浸润和土壤渗滤作用下污水向各处扩散，通过物理截留、化学沉淀与吸附、微生物降解等作用，使水中的污染物得以去除。
但是，土壤渗滤法也存在一些制约性的问题，其中占地面积较大、氮磷去除效果较差就是其突出的不足之处。此外，土壤渗滤污水处理设施尽管在表层配置了土壤层并种植植物，但因设施结构、植物品种所限，植物根系特有的污染物去除作用微乎其微，故难以达到人工湿地植物产生的生态处理效果，仅仅只限于对处理设施的外观绿化。
另外，土壤渗滤池体多结合地面的地势而设计，因此固定在地面上，不便于移动，且土壤渗滤池体的大小不能根据污水的处理量进行调节，在很大程度上限制了土壤渗滤法在污水生态处理领域的普及应用。多年来，针对土壤渗滤法的不足之处尽管不断有众多的改善、优化对策出现，但均未能从经济性、适用性、有效性兼顾的角度予以解决。
发明内容
本发明的目的在于针对现有土壤渗滤法存在占地面积较大、植物根系的生态作用有限和氮磷去除效果较差的突出问题，提供一种污水生态处理装置及处理方法，在保持土壤渗滤法技术优势基础上，扬长避短，进一步提高其处理效果和综合性价比。
如上构思，本发明所采用的技术方案是：
一种污水生态处理装置，包括：
容置体，其内部为上端开口的容置空间；
隔板，其位于所述容置空间内并将所述容置体分隔成位于上部的围堰区和位于下部的封闭区，所述容置体上开设有与所述封闭区连通的进水口和与所述围堰区连通的出水口，所述围堰区铺设有滤料层和位于所述滤料层上的土壤层，所述土壤层种植有草本植物，所述封闭区填充有渗滤填料；
植物净化柱，若干个所述植物净化柱分布于所述隔板上，所述植物净化柱包括水生植物和用于承载并种植所述水生植物的管体，所述管体贯穿所述隔板并连通所述封闭区和所述围堰区。
其中，所述管体可拆卸安装于所述隔板上，所述管体的上端口不低于所述土壤层，所述管体的下端口位于所述渗滤填料中，多个所述水生植物组成集束根系柱芯，所述集束根系柱芯充满所述管体的内腔。
其中，所述管体上开设有与所述封闭区连通的进水孔和与所述围堰区连通的出水孔。
其中，所述管体的上部转动套设有出水换向环，所述出水换向环上开设有与所述出水孔对应的通孔，通过旋转所述出水换向环能够控制所述出水孔的开闭。
其中，所述管体的内部设有柔性曝气管，所述柔性曝气管的下端插入所述集束根系柱芯，所述柔性曝气管的上端与气泵连接。
其中，所述滤料层和所述土壤层之间设置有透水网材。
其中，所述封闭区内于所述进水口处连接有布水管，所述布水管位于所述封闭区的底部，所述布水管为由主管和支管组成的分支结构，所述支管上开设有若干个透水孔。
其中，所述围堰区内于所述出水口处连接有集水管，所述集水管位于所述围堰区的底部，所述集水管为由主管和支管组成的分支结构，所述支管上开设有若干个透水孔。
一种污水生态处理方法，采用如上所述的污水生态处理装置，包括：
经预处理的污水经进水口进入封闭区，封闭区为兼氧及厌氧反应条件，在渗滤填料及附着微生物作用下，实现污水的初级净化；
初级净化后的水流在动力或压差作用下上升进入植物净化柱，植物净化柱通过植物根区环境及微生物作用，实现污水的中级净化；
植物净化柱的中级净化出水流入围堰区，在滤料层、土壤层、草本植物根区环境作用以及好氧反应条件下，实现污水的末级净化，经末级净化的水由出水口流出。
本发明的另一目的在于提供一种污水生态处理系统，以解决现有技术中土壤渗滤池体存在的不利于调节、使用不便和普及应用受到限制的技术问题。
如上构思，本发明所采用的技术方案是：
一种污水生态处理系统，包括如上所述的污水生态处理装置。
其中，至少两个所述污水生态处理装置通过管道串联和/或并联连接。
本发明的有益效果：
本发明提出的污水生态处理装置，将容置体设置为双层结构，将污水经由封闭区初级净化、植物净化柱中级净化、围堰区末级净化三个区段，并先后完成以厌氧、兼氧、好氧为主的反应流程，其中植物净化柱构成的活性水生植物根区环境，使土壤渗滤法污水处理设施建立了完整的“土壤-植物-微生物”生态净化系统，在土壤渗滤与植物根系的协同作用下，可使土壤渗滤法污水处理效果大为加强，从而能够缩减单位处理量所需的设施占地面积，同时脱氮除磷的效果也得以明显改善，由此可提高污水土壤渗滤处理技术的经济性、适用性和有效性。
本发明提出的污水生态处理系统，包括上述污水生态处理装置，污水生态处理系统的规模可根据污水处理量进行设置，既可调节每个污水生态处理装置的植物净化柱的数量，也可调节污水生态处理装置的数量；污水生态处理装置可串联也可并联，构成具有额定处理量的一体化设施。此外，根据污水处理特殊需求，还可与其他不同的处理工艺组合，构成复合型污水处理设施。
附图说明
图1是本发明提供的污水生态处理装置的结构示意图；
图2是本发明提供的污水生态处理装置的俯视图；
图3是本发明提供的污水生态处理装置的植物净化柱的局部剖视结构示意图；
图4是本发明提供的污水生态处理装置的植物净化柱的局部爆炸结构示意图；
图5是本发明提供的污水生态处理系统的结构示意图。
图中：
1、污水生态处理装置；2、管道；
11、容置体；12、隔板；13、围堰区；14、封闭区；15、植物净化柱；16、布水管；17、集水管；18、进水管；19、出水管；
131、滤料层；132、土壤层；133、草本植物；134、透水网材；
141、渗滤填料；
151、水生植物；152、管体；153、集束根系柱芯；154、出水换向环；155、柔性曝气管；1521、进水孔；1522、出水孔；1541、通孔。
具体实施方式
下面结合附图和实施方式进一步说明本发明的技术方案。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部。
参见图1至图4，本发明实施例提供一种污水生态处理装置1，利用土壤渗滤与植物根系功能的协同作用来处理生活污水，该装置主要包括容置体11、隔板12和植物净化柱，下面对各个部件进行详细介绍。
容置体11的内部为上端开口的容置空间，容置体11可以为土建构物，也可以为在地下、地面或架空设置的槽体、罐体结构，在此对容置体11的形状、材料不作限制；容置体11可根据需要进行移动，使用灵活，适应范围广。
隔板12位于容置空间内并将容置体11分隔成位于上部的围堰区13和位于下部的封闭区14，围堰区13处于隔板12之上，因此围堰区13上端为敞开式；围堰区13自下而上依次铺设有滤料层131、透水网材134和土壤层132，滤料层131用不同材质、粒状的渗水介质布设，透水网材134用于滤料层131与土壤层132的隔离，土壤层132种植有根系发达、耐湿、耐寒的常绿草本植物133，其根系可深入土壤层132后至滤料层131中。封闭区14填充有渗滤填料141，渗滤填料141可以为不同形状、材质、性状的多种渗滤填料141组合布设。
容置体11上开设有与封闭区14连通的进水口和与围堰区13连通的出水口。封闭区14内于进水口处连接有布水管16，布水管16通过进水口与容置体11外的进水管18相连，布水管16位于封闭区14的底部，布水管16为由主管和支管组成的分支结构，且支管上开设有若干个透水孔，透水孔密集均匀设置，保证进水充分均匀。围堰区13内于出水口处设置有集水管17，集水管17通过出水口与容置体11外的出水管19相连，集水管17位于围堰区13的底部，集水管17为由主管和支管组成的分支结构，且支管上开设有若干个透水孔，透水孔密集均匀设置，保证进水充分均匀。
若干个植物净化柱15分布于隔板12上，植物净化柱15包括水生植物151和用于承载并种植水生植物151的管体152，管体152贯穿隔板12并连通封闭区14和围堰区13。管体152可拆卸安装于隔板12上，可根据需要设置管体152的数量。管体152的上端口不低于土壤层132，管体152的下端口位于渗滤填料141中，多个水生植物151组成集束根系柱芯153，集束根系柱芯153充满管体152的内腔。水生植物151的植根系发达，可以为芦苇、香蒲或菖蒲。
集束根系柱芯153需要预先进行培育，即在专用容器内种植水生植物苗，并对其根系发育进行调控，使其根系最终形成集束、密集的柱状体，当集束根系柱芯153的根系密度、直径、长度达到要求后，再移植到管体152中，发挥净化功能；此后集束根系柱芯153继续沿管体152的轴向往下延伸发育。管体152中的水生植物151除需定期修剪、收割茎叶外，还需及时对根系进行养护，以保证其良好的生长环境和根系分布，最大限度地发挥集束根系柱芯153的生态净化作用。
管体152上开设有与封闭区14连通的进水孔1521和与围堰区13连通的出水孔1522。进水孔1521位于隔板12以下，增大集束根系柱芯153与封闭区14内的水的接触面积，便于水流入管体152；出水孔1522位于隔板12以上并位于滤料层131，便于集束根系柱芯153的水流到围堰区13。
管体152位于隔板12以上的部分转动套设有出水换向环154，出水换向环154上开设有与出水孔1522对应的通孔1541，通孔1541与出水孔1522一一对应设置，通过旋转出水换向环154能够控制出水孔1522的开闭。当通孔1541与出水孔1522错位、出水孔1522关闭时，管体152的出水从上端口溢流跌水，然后在围堰区13漫流、下渗，可使污水进入围堰区13前增氧，以促进好氧反应；当通孔1541与出水孔1522重合、出水孔1522打开时，管体152的出水经通孔1541直接进入滤料层131，适用于北方地区设施的冬季运行，以避免出水结冰。
管体152的内部设有柔性曝气管155，柔性曝气管155的下端插入集束根系柱芯153，柔性曝气管155的上端与气泵连接，可将外部的气体充入集束根系柱芯153，以对其内部进行增氧，改善水生植物151根区复氧环境和生长条件，提高生态净化效果特别是氮磷去除率。
如上设置，围堰区13之上的平面布置主要由水生植物151和草本植物133组成，二者均可在春、夏、秋季正常生长，其在发挥类似人工湿地污水生态处理功能的同时，也能够营造出良好的植被生态景观。尽管北方地区冬季的水生植物151上部叶茎发生枯萎，但其根区环境依然保持一定的生态作用，故通过采用相关辅助措施后，可避免气候条件对设施处理效果的不利影响。同时，由于土壤层132上种植了根系发达、耐湿、耐寒的多年生常绿草本植物133，例如黑麦草、沿阶草、麦冬草等，故其在冬季的生态作用照样能够保持，而且其常绿习性还弥补了水生植物151凋谢对冬季景观性的不良影响。
采用上述污水生态处理装置进行污水处理，包括以下步骤：
经过预处理的污水经进水口流入布水管16散布于封闭区14，在渗滤填料141及附着微生物作用和厌氧、兼氧反应条件下，通过物理、化学、微生物过程对水中污染物进行过滤、吸附、沉淀、降解，实现污水的初级净化。
初级净化后的水流在动力或压差作用下上升进入植物净化柱15，管体152内的集束根系柱芯153构成活性水生植物根区环境，通过物理、植物、微生物过程对水中污染物进一步进行吸收、吸附、富集及分解，实现污水的中级净化。
植物净化柱15的中级净化出水，从管体152的上端口溢流跌水，流入围堰区13，在滤料层131、土壤层132以及草本植物133根区环境作用和好氧反应条件下，通过物理、微生物、植物过程对水中污染物进行吸收、吸附、降解，实现污水的末级净化；经末级净化的水已达标，经集水管17由出水口流出。
通过对污水三级净化，并先后完成以厌氧、兼氧、好氧为主的反应流程，其中植物净化柱15构成的活性水生植物根区环境，使土壤渗滤法污水处理设施建立了完整的“土壤-植物-微生物”生态净化系统，尤其是发达、集束的水生植物根系直接参与了污水净化过程，在土壤渗滤与植物根系的协同作用下，可使土壤渗滤法污水处理效果大为加强，从而能够缩减单位处理量所需的设施占地面积，同时脱氮除磷的效果也得以明显改善，由此可提高污水土壤渗滤处理技术的经济性、适用性和有效性。
参见图5，本发明的还提供一种污水生态处理系统，包括上述污水生态处理装置1，污水生态处理装置1的数量可根据实际污水处理量进行设置，可以为一个也可以为多个。至少两个污水生态处理装置1可通过管道2串联和/或并联连接。并联方式可增大设施的污水处理能力，而串联方式可提高污水处理效果，故此方式具有较强的灵活性、适用性。
容置体11的规模可根据污水处理量进行设置，既可在一个大型的容置体11上布设相应数量的植物净化柱15，构成具有额定处理量的一体化设施，也可对多个单一的容置体11进行拼装，组合构成具有额定污水处理量的成套设施。此外，根据污水处理特殊需求，还可与其他不同的处理工艺组合，构成复合型污水处理设施。
在本实施例中，采用四个单一的容置体11，两两并联后再前后串联的方式组合为一套二级污水处理设施，每个容置体11布设两排共十个植物净化柱15，经预处理的污水同时进入两个容置体11的进水口，每个容置体11的出水口又与下一个容置体11的进水口相联，由此对污水进行二次深度处理。
以上实施方式只是阐述了本发明的基本原理和特性，本发明不受上述实施方式限制，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还有各种变化和改变，这些变化和改变都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (11)
1.一种污水生态处理装置，其特征在于，包括：
容置体(11)，其内部为上端开口的容置空间；
隔板(12)，其位于所述容置空间内并将所述容置体(11)分隔成位于上部的围堰区(13)和位于下部的封闭区(14)，所述容置体(11)上开设有与所述封闭区(14)连通的进水口和与所述围堰区(13)连通的出水口，所述围堰区(13)铺设有滤料层(131)和位于所述滤料层(131)上的土壤层(132)，所述土壤层(132)种植有草本植物(133)，所述封闭区(14)填充有渗滤填料(141)；
植物净化柱(15)，若干个所述植物净化柱(15)分布于所述隔板(12)上，所述植物净化柱(15)包括水生植物(151)和用于承载并种植所述水生植物(151)的管体(152)，所述管体(152)贯穿所述隔板(12)并连通所述封闭区(14)和所述围堰区(13)。
2.根据权利要求1所述的污水生态处理装置，其特征在于，所述管体(152)可拆卸安装于所述隔板(12)上，所述管体(152)的上端口不低于所述土壤层(132)，所述管体(152)的下端口位于所述渗滤填料(141)中，多个所述水生植物(151)组成集束根系柱芯(153)，所述集束根系柱芯(153)充满所述管体(152)的内腔。
3.根据权利要求2所述的污水生态处理装置，其特征在于，所述管体(152)上开设有与所述封闭区(14)连通的进水孔(1521)和与所述围堰区(13)连通的出水孔(1522)。
4.根据权利要求3所述的污水生态处理装置，其特征在于，所述管体(152)的上部转动套设有出水换向环(154)，所述出水换向环(154)上开设有与所述出水孔(1522)对应的通孔(1541)，通过旋转所述出水换向环(154)能够控制所述出水孔(1522)的开闭。
5.根据权利要求2所述的污水生态处理装置，其特征在于，所述管体(152)的内部设有柔性曝气管(155)，所述柔性曝气管(155)的下端插入所述集束根系柱芯(153)，所述柔性曝气管(155)的上端与气泵连接。
6.根据权利要求1所述的污水生态处理装置，其特征在于，所述滤料层(131)和所述土壤层(132)之间设置有透水网材(134)。
7.根据权利要求1所述的污水生态处理装置，其特征在于，所述封闭区(14)内于所述进水口处连接有布水管(16)，所述布水管(16)位于所述封闭区(14)的底部，所述布水管(16)为由主管和支管组成的分支结构，所述支管上开设有若干个透水孔。
8.根据权利要求1所述的污水生态处理装置，其特征在于，所述围堰区(13)内于所述出水口处连接有集水管(17)，所述集水管(17)位于所述围堰区(13)的底部，所述集水管(17)为由主管和支管组成的分支结构，且所述支管上开设有若干个透水孔。
9.一种污水生态处理方法，采用如权利要求1-8任一项所述的污水生态处理装置，其特征在于，包括：
经预处理的污水经进水口进入封闭区(14)，封闭区(14)为兼氧及厌氧反应条件，在渗滤填料(141)及附着微生物作用下，实现污水的初级净化；
初级净化后的水流在动力或压差作用下上升进入植物净化柱(15)，植物净化柱(15)通过植物根区环境及微生物作用，实现污水的中级净化；
植物净化柱(15)的中级净化出水流入围堰区(13)，在滤料层(131)、土壤层(132)、草本植物(133)根区环境作用以及好氧反应条件下，实现污水的末级净化，经末级净化的水由出水口流出。
10.一种污水生态处理系统，其特征在于，包括如权利要求1-8任一项所述的污水生态处理装置(1)。
11.根据权利要求10所述的污水生态处理系统，其特征在于，至少两个所述污水生态处理装置(1)通过管道(2)串联和/或并联连接。
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