CN109133494A - 一种复合生态净水系统及其净水方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种复合生态净水系统，包括净水池和填充于净水池内的复合填料，复合填料的顶部设置有净水植物和进水管；进水管的进水端与外界的待净化污水连通，其出水端设置于复合填料的表面；还包括排水管和通气管，排水管的进水端设置于复合填料的底部，其出水端与外界连通；通气管的进气端与外界的空气连通，其出气端设置于复合填料内部。本发明还公开了上述复合生态净水系统的净水方法。本发明能够完成净水系统内部的自主复氧过程，还能够将微生物分解污水过程中产生的气体排出，使得净水系统不易发生堵塞、提高微生物的活性，从而提高净水效率。它还具有灵活实用、占地面积小，成本低，能耗低，易维护的优点。

Description

一种复合生态净水系统及其净水方法

技术领域

本发明涉及生态净水技术领域，尤其涉及一种复合生态净水系统及其净水方法。

背景技术

目前，我国大多数地区、特别是经济相对落后的村镇，生活污水一般都是未经处理就直接排放到河道、湖泊，因而导致水体的富营养化，使水质下降。同时由于我国的村镇具有分布广、散，地理地貌分布复杂，经济相对落后，地区差别大等特点，因而采用统一的模式解决生活污水、黑臭水体、尾水提标等问题是不可取，而且可操作性差。生活污水的处理应当根据当地经济、周边环境区别对待，村镇污水处理技术的选择总体上应遵循“因地制宜、经济有效、简便易行、工艺可靠”的原则。还需要与村镇居民的经济承受能力相适应，力求达到处理效果稳定可靠、运行维护简便，经济合理的要求。

现在，村镇污水处理工艺除了常规的传统活性污泥法，应用较多的技术有人工湿地、快速渗滤处理系统、净化槽技术、氧化塘技术等，其中人工湿地和氧化塘处理工艺应用较为普遍，氧化塘工艺适用于处理污染水平较低的污水，但存在耐冲击负荷差、占地大、处理效率低的问题；人工湿地虽具有相对投资成本小、运行费用低、运行维护技术要求不高、能够结合景观进行建设等特点，但同样存在占地面积大、易堵塞、处理负荷低、耐冲击负荷差的缺陷，且不易进行维护和管理。因而，需要一种适合村镇特点的生活污水处理技术。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的之一在于：提供一种复合生态净水系统，它能够完成净水系统内部的自主复氧过程，还能够将微生物分解污水过程中产生的气体排出，使得净水系统不易发生堵塞、提高微生物的活性，从而提高净水效率。它还具有灵活实用、占地面积小，成本低，能耗低，易维护的优点。

本发明的目的之二在于：提供本发明目的之一的复合生态净水系统的净水方法。

本发明的目的之一采用如下技术方案实现：

一种复合生态净水系统，包括净水池和填充于所述净水池内的复合填料，所述复合填料的顶部设置有净水植物和进水管；所述进水管的进水端与外界的待净化污水连通，其出水端设置于所述复合填料的表面；

还包括排水管和通气管，所述排水管的进水端设置于所述复合填料的底部，其出水端与外界连通；所述通气管的进气端与外界的空气连通，其出气端设置于所述复合填料内部。

进一步地，所述复合填料从上到下依次分为：耕作层，以中粗沙土为主要基质；初级滤料层，由竹炭、壤土和惰性天然有机材料按照体积比20:70:10复配而成；对流换气层，以粗砾石和陶粒为主要基质；二级滤料层，由泥炭、细沙和惰性天然有机材料按照体积比30:60:10复配而成；出水层，以粗砾石或石渣作为主要基质。

进一步地，所述复合填料中添加有种类丰富的微生物以及基质酶，每立方米所述复合填料添加微生物的量为0.5-2kg。

进一步地，所述通气管包括主通气管、设置于所述对流换气层内的第一侧通气管和设置于所述出水层内的第二侧通气管；所述主通气管的进气端伸出所述耕作层的表面并与外界的空气连通，所述主通气管的出气端与所述第二侧通气管的进气端连通，所述第二侧通气管的出气端设置于所述复合填料内；所述第一侧通气管的进气端与所述主通气管连通，所述第一侧通气管的出气端设置于所述复合填料内。

进一步地，所述通气管的管壁上设有通气孔。

进一步地，所述净水植物种植于所述耕作层上，所述净水植物包括象草、旱藕或美人蕉；所述进水管铺设于所述耕作层的表面。

进一步地，所述复合填料的高度为100-180cm；所述耕作层的高度为10-30cm；所述初级滤料层的高度为20-30cm；所述对流换气层的高度为20-30cm；所述二级滤料层的高度为30-50cm；所述出水层的高度为20-40cm，所述净水池的高度高于所述复合填料30-40cm，所述净水池的总高度为130-220cm。

进一步地，所述出水层的底部设置有防渗结构。

本发明的目的之二采用如下技术方案实现：

本发明目的之一的复合生态净水系统的净水方法，采取干湿交替、间歇进水的方式运行，净水的周期主要分为进水快渗期、初步净化期、深度净化期和空置恢复期。

进一步地，所述进水快渗期：污水在所述耕作层中快速下渗，渗透速度≥0.05cm/s；所述污水中绝大部分的悬浮物被截留；

所述初步净化期：所述污水进入所述初级滤料层，所述初级滤料层控制和稳定所述污水的垂直渗透速度，渗透速度≥0.02cm/s；所述污水中的CODCr、BOD5、NH3-N、TP、TN污染物被去除；

所述深度净化期，所述污水经过所述对流换气层进入所述二级滤料层后，所述二级滤料层控制和稳定所述污水的垂直渗透速度；所述污水中的CODCr、BOD5、NH3-N、TP、TN污染物进一步被去除；

所述空置恢复期，所述污水进入到所述出水层，经净化的污水进入所述排水管排出，从而使填料进入空置恢复期；填料中所吸附的污染物通过微生物和植物根系的共同作用完成消解和吸收，这个过程填料中空气环境和大气气压逐渐达到平衡，所述污水经过所述出水层后达到排放水平。

相比现有技术，本发明的有益效果在于：

1.本发明在复合填料的内部设置通气管，由于微生物分解污水过程中会产生气体，在净水过程中，在复合填料的内部，污水依靠下渗的重力作用，将位于污水下液位以下的复合填料中的气体经过通气管排出净水系统外，再由于污水通过后，污水上液位以上的复合填料中会存在一定的负压，此时，系统外的新鲜空气由通气管进入到净水系统的内部，从而实现了净水系统内部无动力自主呼吸完成复氧过程，避免了由于气体在净水系统内部储存导致的净水系统发生堵塞，以此提高复合填料中的微生物的活性，降低维护工作量，提高净水效率。

2.本发明的复合填料中的初级滤料层和二级滤料层在净水过程中起到重要作用，初级滤料层，由竹炭、壤土和惰性天然有机材料按照体积比20:70:10复配而成；二级滤料层，由泥炭、细沙和惰性天然有机材料按照体积比30:60:10复配而成，这些材料具有净水作用，再配合使用复合填料中种类多样的微生物和基质酶，使得本发明的净水系统具备净水效率高的特点，而且经过净化的污水可以达到排放的标准。

3.本发明的复合填料内部采用严格分层，每层的构成成分不一样，成分的比例不一样，每层的高度也不一样，而且复合填料内含有种类多样的微生物和基质酶，用该复合填料净水具有渗透稳定，水力负荷高，净化效率高，出水水质高的优点。

附图说明

图1为本发明的复合生态净水系统的结构示意图；

图中：1、耕作层；2、初级滤料层；3、对流换气层；4、二级滤料层；5、出水层；6、进水管；7、净水植物；8、主通气管；9、第一侧通气管；10、排水管；11、第二侧通气管。

具体实施方式

下面，结合具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。

如图1所示，一种复合生态净水系统，包括净水池和填充于净水池内的复合填料，复合填料的顶部设置有净水植物7和进水管6；进水管6的进水端与外界的待净化污水连通，其出水端设置于复合填料的表面；

还包括排水管10和通气管，排水管10的进水端设置于复合填料的底部，其出水端与外界连通；通气管的进气端与外界的空气连通，其出气端设置于复合填料内部。

净水植物7选用可适合陆生的草本植物，植物品种的选择范围广，而且还具有良好的景观效益及经济效益；还可与复合填料配合用于净水。

作为进一步的实施方式，复合填料从上到下依次分为：耕作层1，以中粗沙土为主要基质；初级滤料层2，由竹炭、壤土和惰性天然有机材料按照体积比20:70:10复配而成；对流换气层3，以粗砾石和陶粒为主要基质；二级滤料层4，由泥炭、细沙和惰性天然有机材料按照体积比30:60:10复配而成；出水层5，以粗砾石或石渣作为主要基质。

复合填料采用严格分层的方式配置，使得污水的渗透稳定，而且净水系统不易发生堵塞，水力负荷高，占地面积小，还可以有效避免因有机类污染物累积而引起堵塞问题，大大降低维护工作量。

作为进一步的实施方式，复合填料中添加有种类丰富的微生物以及基质酶，每立方米所述复合填料添加微生物的量为0.5-2kg。

复合填料的比表面积大，内含种类丰富的微生物和基质酶，生物量大，污染物去除效果好，出水水质高。在实际的净水过程中，可以根据污水的成分变化，相应地改变复合填料中添加的微生物的种类和数量以及基质酶的种类和数量，使得净水效果更好，具有针对性强、高效净水的优点。

作为进一步的实施方式，通气管包括主通气管8、设置于对流换气层内的第一侧通气管9和设置于出水层内的第二侧通气管11；主通气管8的进气端伸出耕作层1的表面并与外界的空气连通，主通气管8的出气端与第二侧通气管11的进气端连通，第二侧通气管11的出气端设置于复合填料内；第一侧通气管9的进气端与主通气管连通，第一侧通气管的出气端设置于复合填料内。

需要特别说明的是：主通气管、第一侧通气管和第二侧通气管的出气端并非仅用于出气，它们的进气端也并非仅用于进气，在净水过程中，微生物分解污水产生的气体从第一侧通气管和第二侧通气管的出气端进入，汇总到主通气管，从主通气的进气端排出到外面的空气中；而在净水系统复氧的过程中，外界的空气从主通气管道的进气端进入，从与主通气管连通的第一侧通气管和第二侧通气管的出气端进入到复合填料内部。

在净水过程中把微生物产生的气体从通气管排出净水系统外，还可以依靠系统内微弱的负压把外界的空气吸进净水系统内，从而不需要动力曝气就能实现自主复氧的过程。

作为进一步的实施方式，通气管的管壁上设有通气孔。

作为进一步的实施方式，净水植物种植于耕作层1上，净水植物7包括象草、旱藕或美人蕉；进水管铺设于耕作层的表面。

象草、旱藕、美人蕉等净水植物7对污染物(氮、磷等)具有较强的净化能力；能够抗冻、抗热，即使在恶劣环境下也能基本正常生长；能够抗病虫害，耐污能力强，对当地的气候、填料条件和周围的动植物环境都应有很好的适应能力；易于管理，综合利用价值高，并可达到美化景观效果。

作为进一步的实施方式，复合填料的高度为100-180cm；耕作层1的高度为10-30cm；初级滤料层2的高度为20-30cm；对流换气层3的高度为20-30cm；二级滤料层4的高度为30-50cm；出水层5的高度为20-40cm，净水池的高度高于复合填料30-40cm，净水池的总高度为130-220cm。

复合填料中每层设置的层高不同，对净水效果会产生影响，而层高在上述的高度范围内，可以使污水的净化效果最好。

作为进一步的实施方式，出水层5的底部设置有防渗结构。

本发明的复合生态净水系统的工作原理：

在进水管停止进水后，污水在复合填料中被重力牵引而缓慢下渗，污水的上液位和下液位随着污水的下渗而下降，污水的上液位至复合填料表面的区域存在一定的负压，形成好氧区，此时在负压作用下外部新鲜空气缓慢进入复合填料内；污水下液位至复合填料的底部的区域为厌氧区，这个区域由于水压的作用，形成正压，使得这个区域中微生物分解作用所产生的气体通过内置通气管缓慢外排；而好氧区与厌氧区之间即为缺氧区。污水的上液位下降至二级滤料层时，重复以上过程。以上过程有效增加了复合填料中的含氧量，为复合填料中的微生物的快速消解和植物根系的呼吸提供了良好的条件，同时也解决了微生物分解作用所产生的气体的外排问题，避免于复合填料中淤积而导致净水系统堵塞、微生物活性下降以及植物根系中毒等现象，从而避免了净水系统净化效率降低的问题。经过净化的污水从排水管排出完成后，净水系统进入空置恢复期，净水系统内的气压与外部气压逐渐得到平衡，同时，净水系统中的复合填料所吸附的可溶性污染物在微生物作用下继续进行分解或者植物根系吸收。在预设的空置恢复期完成后，进水管重新启动进水，净水系统进入另一个净化周期。

复合生态净水系统内的复合填料采用自上而下严格分层的方式配置，人工创造出稳定的“好氧—缺氧—厌氧”的多层氧环境层区，同时依赖系统的周期性无动力自主呼吸完成复氧过程，为复合填料中的微生物高效降解污染物提供了相应的内部氧环境。复合生态净水系统内起主要净化作用的是复合填料中种类丰富和数量庞大的微生物和基质酶，其次是复合填料中的各层填料基质的吸附截留，而植物的净化起辅助作用。

本发明目的之一的复合生态净水系统的净水方法，采取干湿交替、间歇进水的方式运行，净水的周期主要分为进水快渗期、初步净化期、深度净化期和空置恢复期。

作为进一步的实施方式，进水快渗期：污水通过自流或者提升进入净水系统，在重力作用下，污水在耕作层中快速下渗，渗透速度≥0.05cm/s；污水中绝大部分的悬浮物被截留；

初步净化期：污水进入初级滤料层，污水自上而下进行下渗，由于对流换气层具有较大的空隙且渗透速率快，而初级滤料层渗透速率较慢，初级滤料层控制和稳定污水的垂直渗透速度，渗透速度≥0.02cm/s；污水中的COD_Cr、BOD₅、NH₃-N、TP、TN污染物被去除；污水在初级滤料层中垂直渗流，形成了主液位上方的负压，空气在负压条件下进入复合填料，为复合填料中的微生物和基质酶的快速消解、植物根系的呼吸提供了良好的条件；

深度净化期，污水经过对流换气层进入二级滤料层后，二级滤料层控制和稳定污水的垂直渗透速度；污水中的COD_Cr、BOD₅、NH₃-N、TP、TN污染物进一步被去除；

空置恢复期，污水进入到出水层，经净化的污水进入排水管排出，从而使填料进入空置恢复期；填料中所吸附的污染物通过微生物和植物根系的共同作用完成消解和吸收，这个过程填料中空气环境和大气气压逐渐达到平衡，污水经过出水层后达到排放水平。

实施例1：

一种复合生态净水系统，包括净水池和填充于净水池内的复合填料，复合填料从上到下依次分为：耕作层，以中粗沙土为主要基质，高度为30cm；初级滤料层，由竹炭、壤土和惰性天然有机材料按照体积比20:70:10复配而成，高度为25cm；对流换气层，以粗砾石和陶粒为主要基质，高度为30cm；二级滤料层，由泥炭、细沙和惰性天然有机材料按照体积比30:60:10复配而成，高度为35cm；出水层，以粗砾石或石渣作为主要基质，高度为40cm。复合填料中添加有种类丰富的微生物以及基质酶。净水池的面积为1平方米，注入1立方米的污水，每1立方米的复合填料中添加1kg的微生物。

通气管包括主通气管、设置于对流换气层内的第一侧通气管和设置于出水层内的第二侧通气管；主通气管的进气端伸出耕作层的表面并与外界的空气连通，主通气管的出气端与第二侧通气管的进气端连通，第二侧通气管的出气端设置于复合填料内；第一侧通气管的进气端与主通气管连通，第一侧通气管的出气端设置于复合填料内。通气管的管壁上设有通气孔。耕作层的顶部设置有进水管，耕作层的表面种植的净水植物为象草。排水管设置于出水层的复合填料的底部，其出水端与外界连通。

上述复合生态净水系统的净水方法，采取干湿交替、间歇进水的方式运行，净水的周期主要分为进水快渗期、初步净化期、深度净化期和空置恢复期。

效果评价及性能检测：

实施例1，对比例1-4的净水系统的出水指标以及污染物排放情况，见表1。

表1

上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种复合生态净水系统，其特征在于：包括净水池和填充于所述净水池内的复合填料，所述复合填料的顶部设置有净水植物和进水管；所述进水管的进水端与外界的待净化污水连通，其出水端设置于所述复合填料的表面；

还包括排水管和通气管，所述排水管的进水端设置于所述复合填料的底部，其出水端与外界连通；所述通气管的进气端与外界的空气连通，其出气端设置于所述复合填料内部。

2.根据权利要求1所述的复合生态净水系统，其特征在于，所述复合填料从上到下依次分为：耕作层，以中粗沙土为主要基质；初级滤料层，由竹炭、壤土和惰性天然有机材料按照体积比20:70:10复配而成；对流换气层，以粗砾石和陶粒为主要基质；二级滤料层，由泥炭、细沙和惰性天然有机材料按照体积比30:60:10复配而成；出水层，以粗砾石或石渣作为主要基质。

3.根据权利要求1所述的复合生态净水系统，其特征在于，所述复合填料中添加有种类丰富的微生物以及基质酶，每立方米所述复合填料添加微生物的量为0.5-2kg。

4.根据权利要求2所述的复合生态净水系统，其特征在于，所述通气管包括主通气管、设置于所述对流换气层内的第一侧通气管和设置于所述出水层内的第二侧通气管；所述主通气管的进气端伸出所述耕作层的表面并与外界的空气连通，所述主通气管的出气端与所述第二侧通气管的进气端连通，所述第二侧通气管的出气端设置于所述复合填料内；所述第一侧通气管的进气端与所述主通气管连通，所述第一侧通气管的出气端设置于所述复合填料内。

5.根据权利要求1所述的复合生态净水系统，其特征在于，所述通气管的管壁上设有通气孔。

6.根据权利要求2所述的复合生态净水系统，其特征在于，所述净水植物种植于所述耕作层上，所述净水植物包括象草、旱藕或美人蕉；所述进水管铺设于所述耕作层的表面。

7.根据权利要求2所述的复合生态净水系统，其特征在于，所述复合填料的高度为100-180cm；所述耕作层的高度为10-30cm；所述初级滤料层的高度为20-30cm；所述对流换气层的高度为20-30cm；所述二级滤料层的高度为30-50cm；所述出水层的高度为20-40cm，所述净水池的高度高于所述复合填料30-40cm，所述净水池的总高度为130-220cm。

8.根据权利要求2所述的复合生态净水系统，其特征在于，所述出水层的底部设置有防渗结构。

9.权利要求4所述的复合生态净水系统的净水方法，其特征在于：采取干湿交替、间歇进水的方式运行，净水的周期主要分为进水快渗期、初步净化期、深度净化期和空置恢复期。

10.根据权利要求9所述的复合生态净水系统的净水方法，其特征在于，

所述进水快渗期：污水在所述耕作层中快速下渗，渗透速度≥0.05cm/s；所述污水中绝大部分的悬浮物被截留；

所述初步净化期：所述污水进入所述初级滤料层，所述初级滤料层控制和稳定所述污水的垂直渗透速度，渗透速度≥0.02cm/s；所述污水中的COD_Cr、BOD₅、NH₃-N、TP、TN污染物被去除；

所述深度净化期，所述污水经过所述对流换气层进入所述二级滤料层后，所述二级滤料层控制和稳定所述污水的垂直渗透速度；所述污水中的COD_Cr、BOD₅、NH₃-N、TP、TN污染物进一步被去除；

所述空置恢复期，所述污水进入到所述出水层，经净化的污水进入所述排水管排出，从而使填料进入空置恢复期；填料中所吸附的污染物通过微生物和植物根系的共同作用完成消解和吸收，这个过程填料中空气环境和大气气压逐渐达到平衡，所述污水经过所述出水层后达到排放水平。