CN108408905B - 高速公路服务区污水折板强化生态处理装置 - Google Patents

高速公路服务区污水折板强化生态处理装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种高速公路服务区污水折板强化生态处理装置，所述生态处理装置整体为长方体，装置内部设置底部折板、中部折板，并通过所述底部折板、中部折板将装置内部分为上、中、下三部分，其中下、中部为填料降解区，上部由所述隔板分为隔室曝气区、根系降解区。装置包括进水管、管式布水器、底部折板、中部折板、隔板、微孔曝气盘、双层夹板、出水管。本发明是一种可延长反应时长，有效形成好氧‑缺氧‑厌氧环境空间串联以最大化发挥功能生物与植物根系脱氮能力的高速公路服务区折板强化生态处理装置，可实现生态处理技术在此领域的广泛应用。有益效果如下：1)占地面积小。2)脱氮效果好。3)污染物去除负荷高。4)抗冲击负荷性能好。

Description

高速公路服务区污水折板强化生态处理装置
技术领域
本发明涉及土壤渗滤与植物根系联合处理高速公路服务区污水，属于污水生态处理领域，尤其涉及一种高速公路服务区污水折板强化生态处理装置。
背景技术
截止目前，我国高速公路通车里程已达13.1万公里，位居世界第一。高速公路系统需配套大量的服务区，其生活洗漱、汽车修理、公厕等产生污水若未经处理直接外排将污染周边环境，严重破坏生存环境。因此，采用高效、经济、易管理维护的技术处理高速服务区污水对于改善服务区环境、保护生态环境具有重大意义。
前期，我国高速服务区污水主要采用以生物接触氧化法为核心工艺的生物处理技术，但其存在工程造价高、动力消耗大、维护费用高等问题，尤其运行管理难度很大，需配备专业人员进行日常维护管理，目前已导致大量已建工程长期停工闲置。目前，以人工湿地为代表的生态处理技术因其具有工程造价低、景观协调性好、日常维护费用低、运行管理技术要求低等系列优点，从而在高速公路服务区污水治理领域所占份额快速增长。但生态处理技术在高速服务区污水治理应用中仍存在瓶颈难题，包括：1)工程占地面积大与服务区面积有限的冲突；2)总氮去除效率不理想与服务区氮含量较高的矛盾。此难题严重制约高速服务区污水治理领域的发展速度，但有效解决此难题可成为推动生态处理技术在高速公路服务区污水处理领域深入应用的重要突破口。
发明内容
本发明目的为解决生态处理技术在高速公路服务区污水治理中存在的占地面积大，总氮去除效果差的瓶颈难题，克服现有生态处理装置的不足，提供一种可延长反应时长，有效形成好氧-缺氧-厌氧环境空间串联以最大化发挥功能生物与植物根系脱氮能力的高速公路服务区折板强化生态处理装置，可实现生态处理技术在此领域的广泛应用。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案予以实现：
高速公路服务区污水折板强化生态处理装置为长方体，内部由填料降解区、隔室曝气区、根系降解区组成，装置内部由底部折板、中部折板将其分为上、中、下三部分，其下、中部为填料降解区，上部由隔板分为隔室曝气区、根系降解区。
填料降解区内部由底部折板均分为两区，由下至上分别为填料降解Ⅰ区、填料降解Ⅱ区，其分别填充砾石填料与炉渣填料。填料降解Ⅰ区一侧含有进水管、管式布水器，填料降解Ⅰ区、填料降解Ⅱ区由底部折板分隔，但由底部折板与管式布水器所在侧的对立侧之间的缝隙相连通。
隔室曝气区与进水管、管式布水器同侧，内部放置微孔曝气盘。隔室曝气区通过中部折板与管式布水器所在侧留有缝隙与填料降解Ⅱ区相连通，由隔板上圆孔、不锈钢滤板、透水滤网与根系降解区相连通。
根系降解区位于装置上部，一侧与隔室曝气区通过隔板上圆孔、不锈钢滤板、透水滤网相连通，另一侧含有出水管。根系降解区内填充土壤介质，种有草被植物；根系降解区内含有数道由双层夹板组成的根系屏障墙，夹板上开有狭缝，夹板中均填充土壤介质，并种有根系发达、耐寒的常绿水生植物。狭长夹板可使植物主要根系向纵深生长，生成狭长根系屏障墙，可使植物次要根系横向发展形成根系网络，从而实现污水与根系充分有效的反复接触，最大发挥根系对污水中的氮、磷吸附降解作用，并最大限度的附着污染物降解功能微生物。
其中，所述折板强化生态处理装置长:宽:高比值为(2～4):1:(2～6)，管式布水器位于装置的垂直窄面侧。
其中，所述折板强化生态处理装置填料降解Ⅰ区填充10-20mm砾石，填料降解Ⅱ区填充5-10mm炉渣、陶粒等多孔填料。
其中，所述折板强化生态处理装置底部折板水平夹角为3～5°，底部折板与管式布水器所在侧的对立面之间缝隙宽度为3～5cm；中部折板水平夹角为5～10°，中部折板与管式布水器所在侧之间缝隙宽度为5～10cm。
其中，所述折板强化生态处理装置隔室曝气区隔板底边与中部折板边缘胶合，隔板顶部与装置等高，隔板开有孔径为1～2cm圆孔，开孔率为0.4～0.6，隔板面向根系降解区侧由内至外分别覆有不锈钢滤板、透水滤网以阻留土壤介质。
其中，所述折板强化生态处理装置双层夹板间距2～3cm，双层夹板上均开有狭缝，狭缝宽度为1cm，长度为3～5cm，狭缝之间相互平行，夹板开缝率为0.3～0.5，双层夹板狭缝位置相互错开；根系屏障墙间距为10～20cm且相互平行，屏障墙双层夹板底边均与中部折板胶合，顶部低于装置顶部5cm。
其中，所述折板强化生态处理装置管式布水器中纵向布水管与填料降解Ⅰ区等高，管式布水器中横向布水管与装置等宽，横向布水管上开有布水圆孔，开孔率为0.2。
其中，所述折板强化生态处理装置双层夹板之间填充的土壤介质中均种植根系发达、耐寒的常绿水生植物。
其中，所述折板强化生态处理装置出水管顶部与隔室曝气区隔板底边等高。
生态处理装置是高效污水生态处理技术的核心，其构型结构设计对延长反应时长、反应功能区合理配置、提高污水处理效率至关重要。本发明利用折板在有限物理空间中显著延长反应时长，从而依次形成好氧、缺氧、厌氧环境空间；利用双层隔板形成植物根系屏障墙，最大发挥根系的污水处理能力；利用隔室曝气充氧可后续再次形成好氧、缺氧、厌氧环境空间，使污水处理全程上实现好氧、缺氧、厌氧处理的串联，将显著提高污水处理负荷，降低占地面积，提高生物、植物的脱氮效率。经工程证明，据此发明的折板强化生态处理装置占地面积大幅减少，总氮达标排放，处理效果稳定。
本发明的有益效果如下：
1)占地面积小。装置内部分层实现多层连接廊道，显著增加了反应时长，可实现同等去除负荷条件下所需装置体积大大减少，从而可在高速服务区受限的土地面积下完成污水的高效处理并达标排放。
2)脱氮效果好。传统污水生态处理中氮、磷去除效果不理想主要症结于植物根系吸收、富集、降解作用有限，本装置通过双夹板限制常绿水生植物根系横向生长，使根系主体纵深生长并垂直交错形成根系屏障墙；根系侧枝通过夹板狭缝外延生长，相互屏障墙之间侧枝形成水平根系网络。通过隔室曝气区适当曝气后，富氧污水在经过根系降解区过程中氧气含量沿程减少，可依次形成好氧、缺氧、厌氧环境空间，污水中氮在土壤中脱氮微生物及植物根系作用下依次可实现硝化、反硝化过程，实现高效脱氮。
3)污染物去除负荷高。该装置通过垂直方向廊道叠加贯通，使反应沿程大大增长，显著延长填料、土壤介质、根系与污水中有机物接触时间与接触面积，污染物去除效率高；装置填料降解区反应沿程长，填料对SS的阻滤、截留效果好；填料降解区可依次形成好氧、缺氧、厌氧环境空间，填料在不同环境空间附着不同的功能微生物菌群，可单独及联合发挥降解功能，使COD、TN、TP均得到有效去除；经隔室曝气区充氧后，污染物经过根系降解可实现深度去除，污染物的去除负荷高。
4)抗冲击负荷性能好。通过反应沿程长度增长、填料粒级配比、好氧-缺氧-厌氧环境形成并总体串联、多级植物根系屏障墙等措施可有效抵御由进水污染物浓度、进水流量变化所引起的负荷冲击，保证出水质量。
在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。
以下结合附图，详细说明本发明的优点和特征。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1为高速公路服务区污水折板强化生态处理装置结构示意图；
图2为管式布水器示意图；
图3为双层夹板示意图；
其中，1、填料降解区；2、隔室曝气区；3、根系降解区；4、填料降解Ⅰ区；5、填料降解Ⅱ区；6、进水管；7、管式布水器；8、砾石填料；9、炉渣填料；10、底部折板；11、中部折板；12、隔板；13、微孔曝气盘；14、不锈钢滤板；15、透水滤网；16、双层夹板；17、土壤介质；18、水生植物；19、草被植物；20、出水管；71、纵向布水管；72、横向布水管。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明。应当理解，此处所描述的实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。
为了彻底了解本发明，将在下列的描述中提出详细的结构。显然，本发明的施行并不限定于本领域的技术人员所熟习的特殊细节。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。
以下结合附图对本发明的实施例做详细描述。
如图1-3所示，高速公路服务区污水折板强化生态处理装置内部由填料降解区1、隔室曝气区2、根系降解区3组成，装置内部由底部折板10与中部折板11分为上、中、下三部分，其中下、中部为填料降解区1，上部由隔板12分为隔室曝气区2、根系降解区3。
填料降解区1内部由底部折板10均分为两区，由下至上分别为填料降解Ⅰ区4、填料降解Ⅱ区5，其分别填充砾石填料8与炉渣填料9。填料降解Ⅰ区4一侧含有进水管6、管式布水器7，填料降解Ⅰ区4、填料降解Ⅱ区5由底部折板10分隔，但由底部折板10与管式布水器7所在侧的对立侧之间的缝隙相连通。
隔室曝气区2与进水管6、管式布水器7同侧，内部放置微孔曝气盘13，隔室曝气区2由中部折板11与进水管6所在面留有缝隙与填料降解Ⅱ区5相连通，由隔板12上圆孔、不锈钢滤板14、透水滤网15与根系降解区3相连通。
根系降解区3位于上部，一侧与隔室曝气区2通过隔板12上圆孔、不锈钢滤板14、透水滤网15相连通，另一侧含有出水管20。根系降解区3内填充土壤介质17，种有草被植物19；根系降解区3内含若干由双层夹板16组成的根系屏障墙，夹板16上开有狭缝，夹板中均填充土壤介质17，并种有根系发达、耐寒的常绿水生植物18。
该发明装置工作过程如下：高速公路服务区污水通过进水管6、管式布水器7进入填料降解区1，流经填充有10-20mm砾石填料8的填料降解Ⅰ区4，污水中的大颗粒悬浮固体在砾石填料8的阻滤、截留作用下得到去除；污水继续经底部折板10与管式布水器7所在侧的对立面之间缝隙进入填充有5-10mm炉渣填料9的填料降解Ⅱ区5，污水中小颗粒悬浮固体在炉渣填料8的过滤作用下得到去除，附着于填料降解Ⅱ区5不同区段依次附着有好氧、缺氧、厌氧功能微生物，将会对COD进行好氧降解、厌氧消化，对含氮污染物进行好氧硝化、厌氧反硝化，对含磷污染物进行吸收，使废水中COD、TN、TP得到一次降解；污水经中部折板11与进水管6所在面留有缝隙进入含有微孔曝气盘13的隔室曝气区2，污水充氧后经隔板12上圆孔、不锈钢滤板14、透水滤网15进入根系降解区3，随污水流程氧气含量逐渐降低，依次在根系降解区3形成好氧、缺氧、厌氧环境空间，不同空间中均有根系屏障墙，在附着与土壤介质17的不同环境空间功能微生物、草被植物19根系、附载于草被植物19根系的微生物、水生植物18根系屏障墙、水附载于水生植物18根系的微生物联合作用下，使废水中COD、TN、TP得到二次高效降解，最终经顶部与隔室曝气区隔板底边等高的出水排出。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (7)

1.一种高速公路服务区污水折板强化生态处理装置，其特征在于：所述生态处理装置整体为长方体，装置内部设置底部折板、中部折板，并通过所述底部折板、中部折板将装置内部分为上、中、下三部分，其中下、中部为填料降解区，上部由隔板分为隔室曝气区、根系降解区；装置包括进水管、管式布水器、底部折板、中部折板、隔板、微孔曝气盘、双层夹板和出水管；所述隔板为竖向隔板；
所述填料降解区内部由底部折板均分为两区，由下至上分别为填料降解Ⅰ区、填料降解Ⅱ区，其分别填充砾石填料与炉渣填料；所述进水管、管式布水器设置在填料降解Ⅰ区一侧，填料降解Ⅰ区、填料降解Ⅱ区由底部折板分隔，但由底部折板与管式布水器所在侧的对立侧之间的缝隙相连通；
所述隔室曝气区与所述进水管、管式布水器同侧，内部放置微孔曝气盘；隔室曝气区通过中部折板与管式布水器所在侧留有缝隙与填料降解Ⅱ区相连通，所述隔板上带有圆孔，且隔板处还设有不锈钢滤板和透水滤网，所述隔室曝气区由隔板上圆孔、不锈钢滤板、透水滤网与根系降解区相连通；
所述根系降解区位于装置上部，一侧与隔室曝气区通过隔板上圆孔、不锈钢滤板和透水滤网相连通，另一侧设置出水管；根系降解区内填充土壤介质，根系降解区内含有数道由双层夹板组成的根系屏障墙，夹板上开有狭缝，夹板中均填充土壤介质，并种有常绿水生植物；除夹板所在区域外的根系降解区种有草被植物。
2.根据权利要求1所述高速公路服务区污水折板强化生态处理装置，其特征在于：所述生态处理装置长:宽:高比值为(2～4):1:(2～6)，管式布水器位于装置的垂直窄面侧。
3. 根据权利要求1所述高速公路服务区污水折板强化生态处理装置，其特征在于：所述生态处理装置填料降解Ⅰ区填充10-20 mm砾石，填料降解Ⅱ区填充5-10 mm炉渣、陶粒。
4. 根据权利要求1所述高速公路服务区污水折板强化生态处理装置，其特征在于：所述生态处理装置底部折板水平夹角为3～5°，底部折板与管式布水器所在侧的对立面之间缝隙宽度为3～5 cm；中部折板水平夹角为5～10°，中部折板与管式布水器所在侧之间缝隙宽度为5～10 cm。
5. 根据权利要求1所述高速公路服务区污水折板强化生态处理装置，其特征在于：所述隔室曝气区的隔板底边与中部折板边缘胶合，隔板顶部与装置等高，隔板开有孔径为1～2 cm圆孔，开孔率为0.4～0.6，隔板面向根系降解区侧依次覆有不锈钢滤板、透水滤网以阻留土壤介质。
6. 根据权利要求1所述高速公路服务区污水折板强化生态处理装置，其特征在于：所述双层夹板间距2～3 cm，双层夹板上均开有狭缝，狭缝宽度为1 cm，长度为3～5 cm，狭缝之间相互平行，夹板开缝率为0.3～0.5，双层夹板狭缝位置相互错开；
根系屏障墙间距为10～20 cm且相互平行，屏障墙双层夹板底边均与中部折板胶合，顶部低于装置顶部5cm。
7.根据权利要求1所述高速公路服务区污水折板强化生态处理装置，其特征在于：所述管式布水器包括纵向布水管和横向布水管，所述纵向布水管与填料降解Ⅰ区等高，所述横向布水管与装置等宽，横向布水管上开有布水圆孔，开孔率为0.2。
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