CN111484189A

CN111484189A - 一种处理农村生活污水的斜坡土壤渗滤系统

Info

Publication number: CN111484189A
Application number: CN201911126321.5A
Authority: CN
Inventors: 吴海明; 李文; 李明; 董璐; 赵欣; 贾利霞; 冯立魁; 王瑞刚
Original assignee: Northwest A&F University
Current assignee: Northwest A&F University
Priority date: 2019-11-18
Filing date: 2019-11-18
Publication date: 2020-08-04

Abstract

本发明提供了一种处理农村生活污水的斜坡土壤渗滤系统，属于污水处理技术领域，所述斜坡土壤渗滤系统自上而下依次包括植物层、种植土壤层、布水管、布水层、土壤渗滤层、填料层和承托层；所述斜坡土壤渗滤系统的倾斜角度为10°～15°；所述斜坡土壤渗滤系统的承托层的低端设置出水口；所述布水层包括废弃混凝土碎块；所述填料层包括农作物秸秆颗粒、玉米芯颗粒、木屑和黄绵土；所述承托层包括废弃混凝土碎块；所述土壤渗滤层和填料层中铺设引流板；所述斜坡土壤渗滤系统垂直分布若干阻隔板。本发明所述渗滤系统能够稳定运行、布水均匀、不易堵塞、水力负荷高、污染物去除效率高，并且适用于偏远农村地区坡度较大的土地条件进行生活污水处理。

Description

一种处理农村生活污水的斜坡土壤渗滤系统

技术领域

本发明属于污水处理技术领域，尤其涉及一种处理农村生活污水的斜坡土壤渗滤系统。

背景技术

土壤渗滤处理系统是一种运行简单、低耗能的污水生态工程处理技术。它利用砂土、黄绵土等渗透性较好的土壤对污水进行过滤，同时通过土壤中的动物、植物、微生物的物理、化学、生物联合作用对污水进一步净化，最终实现污水的无害化和资源化。现有的土壤渗滤处理技术存在运行不稳定、布水不均匀、系统易堵塞、水力负荷低，占地较大难以适应偏远地区坡度较大的土地条件等缺陷。

我国是一个农业大国和建筑强国，每年会产生大量的农林废弃物和建筑废弃物。农林废弃物如：农作物秸秆、脱粒后的玉米芯、杏壳、木屑等，它们包含丰富的木质素，是一种具有广泛用途的可再生生物资源。据统计，我国每年农林废弃物达到7亿多吨，在广大农村地区，数量庞大的农林废弃物难以得到妥善利用，大多被焚烧处理，不仅浪费资源也对大气质量造成了严重的危害。而建筑废弃物如混凝土碎块、废砖头等大多被填埋处理，也造成了土地资源的严重浪费。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种处理农村生活污水的斜坡土壤渗滤系统；所述渗滤系统利用农林废弃物等为填料，能够稳定运行、布水均匀、不易堵塞、水力负荷高、污染物去除效率高，并且适用于偏远农村地区坡度较大的土地条件进行生活污水处理。

为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

本发明提供了一种处理农村生活污水的斜坡土壤渗滤系统，自上而下依次包括植物层、种植土壤层、布水管、布水层、土壤渗滤层、填料层和承托层；所述斜坡土壤渗滤系统的倾斜角度为10°～15°；所述斜坡土壤渗滤系统的承托层的低端设置出水口；

所述布水层包括废弃混凝土碎块；

所述填料层包括农作物秸秆颗粒、玉米芯颗粒、木屑和黄绵土；

所述承托层包括废弃混凝土碎块；

所述土壤渗滤层和填料层中铺设引流板；

所述斜坡土壤渗滤系统垂直分布若干阻隔板。

优选的，所述斜坡土壤渗滤系统的四周和底部设置有防渗墙，所述防渗墙由厚度5～10cm的C20混凝土建造。

优选的，所述布水层的厚度为8～12cm；所述布水层废弃混凝土碎块的粒径为3～4cm。

优选的，所述土壤渗滤层的厚度为90～120cm；所述土壤渗滤层包括黄绵土和杏壳；所述土壤渗滤层中黄绵土和杏壳的质量比为(85～95):(5～15)。

优选的，所述填料层的厚度为30～50cm；所述填料层中农作物秸秆颗粒、玉米芯颗粒、木屑和黄绵土的质量比为(35～45):(35～45):(8～12):(8～12)。

优选的，所述承托层的厚度为10～15cm；所述承托层中废弃混凝土碎块的粒径为6～8cm。

优选的，所述布水管包括DN10PVC布水主管和DN5PVC布水支管；所述布水支管位于布水主管两侧，与布水主管呈40°～50°夹角。

优选的，所述布水支管平行于斜坡面一侧开设若干渗滤孔。

优选的，所述引流板为PVC穿孔板，所述引流板的铺设角度为30°～45°。

优选的，所述阻隔板为顶部中央设有半圆凹槽的PVC板材。

本发明的有益效果：本发明提供的处理农村生活污水的斜坡土壤渗滤系统，利用农村地区数量庞大的农林废弃物和建筑废弃物，变废为宝，提升了资源利用效率；本发明提供的斜坡土壤渗滤系统运行稳定、布水均匀、不易堵塞、水力负荷高、污染物去除效率高，对氮、磷、有机物的去除效果好；有效的解决了偏远农村地区生活污水的处理问题，净化后的污水可以直接进行灌溉使用；另外所述斜坡渗滤系统中斜坡的设计不仅有利于污水的整体下渗和快速收集，同时也可以有效利用农村山区多坡地的现实条件。

进一步的，本发明提供的斜坡土壤渗滤系统中的布水系统位于地下，可以有效避免恶臭、蚊虫滋生等情况发生；布水管和布水层的设计可以提高布水效率和布水均匀性；阻隔板的设计可以提高系统的水力负荷、利用效率，以及提高污染物去除效果；引流板的设计可以改善系统内部的水力条件，提高污水与基质的接触时间和接触面积，进而强化去污效果。

附图说明

图1为本发明斜坡土壤渗滤系统的主体结构示意图；其中：1为植物层；2为种植土壤层；3为布水管；4为布水层；5为土壤渗滤层；6为引流板；7为阻隔板；8为填料层；9为承托层；10为防渗墙；11为出水口；

图2为布水管的结构示意图；

图3为阻隔板的结构示意图。

具体实施方式

本发明提供了一种处理农村生活污水的斜坡土壤渗滤系统，自上而下依次包括植物层、种植土壤层、布水管、布水层、土壤渗滤层、填料层和承托层；所述斜坡土壤渗滤系统的倾斜角度为10°～15°；所述斜坡土壤渗滤系统的承托层的低端设置出水口；所述布水层包括废弃混凝土碎块；所述土壤渗滤层包括黄绵土和杏壳；所述填料层包括农作物秸秆颗粒、玉米芯颗粒、木屑和黄绵土；所述承托层包括废弃混凝土碎块；所述土壤渗滤层和填料层中铺设引流板；所述斜坡土壤渗滤系统垂直分布若干阻隔板。

在本发明中，所述斜坡土壤渗滤系统包括植物层和种植土壤层；所述植物层种植生长周期短、生命力旺盛的植物；在本发明中优选的种植紫花苜蓿或黑麦草；本发明种植的植物不仅具有景观作用，同时还兼备经济作用。在本发明中，所述植物种植于种植土壤层，所述种植土壤层的厚度优选为5～10cm；所述种植土壤层优选的为耕作土壤。

在本发明中，所述斜坡土壤渗滤系统在所述种植土壤层下设置布水管，所述布水管优选的包括DN10PVC布水主管和DN5PVC布水支管；所述布水支管优选的位于布水主管两侧，与布水主管呈40°～50°夹角，更优选为45°。在本发明中，所述布水支管优选的在平行于斜坡面一侧开设若干渗滤孔；所述渗滤孔的孔径优选为0.5cm。在本发明中，所述布水管设置有助于污水通过布水主管在重力作用下沿布水支管快速布水，布水支管一侧设计的渗滤孔可以保证污水快速下渗进而达到均匀布水的目的。

在本发明中，所述斜坡土壤渗滤系统在所述布水管下设置布水层，所述布水层的厚度优选为8～12cm，更优选为10cm；所述布水层包括废弃混凝土碎块，所述布水层废弃混凝土碎块的粒径为3～4cm。本发明对所述废弃混凝土碎块的来源没有特殊限定，采用常规的建筑垃圾角料即可。在本发明中，所述布水层中粒径为3～4cm的废弃混凝土碎块彼此之间的间隙可以优化布水管的出水使其更加均匀地分布下渗至土壤渗滤层。

在本发明中，所述斜坡土壤渗滤系统在所述布水层下设置土壤渗滤层，所述土壤渗滤层优选的包括黄绵土和杏壳；在本发明中，所述土壤渗滤层的厚度优选为90～120cm，更优选为100～110cm；所述土壤渗滤层中黄绵土和杏壳的质量比优选为(85～95):(5～15)，更优选为90:10；在本发明中，所述黄绵土和杏壳优选的按照上述比例混合后使用。在本发明中，所述土壤渗滤层中的杏壳不仅可以充当碳源供微生物利用，同时还有改善土壤渗滤层的空隙性、防止系统堵塞、优化布水的作用。在本发明中，所述土壤渗滤层优选的包括栗钙土和核桃壳；所述栗钙土和核桃壳的质量比优选为(85～95):(5～15)，更优选为90:10；在本发明中，所述栗钙土和核桃壳优选的按照上述比例混合后使用。在本发明中，所述土壤渗滤层也可以单独由黄绵土构成。

在本发明中，所述斜坡土壤渗滤系统在所述土壤渗滤层下设置填料层。在本发明中，所述填料层的厚度优选为30～50cm，更优选为35～45cm；所述填料层中农作物秸秆颗粒、玉米芯颗粒、木屑和黄绵土的质量比优选为(35～45):(35～45):(8～12):(8～12)，更优选为40:40:10:10。在本发明中，所述填料层中农作物秸秆颗粒的粒径优选为1～2cm，所述玉米芯颗粒的粒径优选为2～3cm。在本发明中，所述填料层所用的农作物秸秆颗粒、玉米芯颗粒、木屑可以为黄绵土中的微生物提供丰富的碳源，进而对污水中的污染物质进行进一步的降解和净化。本发明对所述农作物秸秆颗粒、玉米芯颗粒、木屑的来源没有特殊限定，采用常规的农业废弃物即可。

本发明在所述土壤渗滤层和填料层中间铺设引流板，所述引流板优选为PVC穿孔板，所述穿孔的直径优选为0.08～0.12cm，更优选为1cm；所述引流板的铺设角度优选为30°～45°；所述铺设角度是相对于水平方向的角度。在本发明中，所述引流板倾斜安装在土壤渗滤层和填料层，可以对下渗的污水进行引流，改善系统内部的水力条件，提高污水与基质的接触时间和接触面积，进而强化去污效果。

在本发明中，所述斜坡土壤渗滤系统在所述填料层下设置承托层，所述承托层的厚度优选为10～15cm；所述承托层中废弃混凝土碎块的粒径优选为6～8cm，更优选为7cm。在本发明中，所述承托层中粒径为6～8cm的废弃混凝土碎块不仅可以稳定地支撑整体系统，同时还可以对污水中的磷进行进一步的吸附和净化。

在本发明中，所述斜坡土壤渗滤系统垂直分布若干阻隔板；所述阻隔板为顶部中央设有半圆凹槽的PVC板材，具体结果如图3所示；本发明中，所述阻隔板顶部中央开有半圆凹槽和布水主管吻合，可以将两组布水支管的进水分别限制在对应布水区域，进而提高了系统的水力负荷、利用效率，以及污染物去除效果。

在本发明中，所述斜坡土壤渗滤系统的四周和底部设置有防渗墙，所述防渗墙由厚度5～10cm的C20混凝土建造；所述防渗墙能够防止污水渗漏，避免环境污染。

本发明中，所述斜坡土壤渗滤系统的使用流程优选的如下：首先在渗滤系统地表的种植土壤层2种植紫花苜蓿植物1，而后将生活污水通过5mm筛网后注入布水管3，污水在重力的作用下进入布水主管两侧的布水支管中并从渗滤孔渗出，在布水层4中小粒径混凝土碎块彼此间隙的引流下均匀扩散至土壤渗滤层5，然后在重力作用下向下进入填料层8而后通过承托层9。布水支管3彼此之间设有阻隔板7贯穿整个布水层4、土壤渗滤层5和填料层8，用于将进水限制在相应布水区域，提高填料的利用效率进而提升污染物去除效果。土壤渗滤层5和填料层8中倾斜放置的引流板6上开有若干小孔用于优化内部水力条件，使污水更加均匀、充分地与土壤、填料接触。在混凝土碎块、填料及微生物的共同作用下得到净化后的污水沿着底部斜面汇聚至出水口11排出。

下面结合实施例对本发明提供的技术方案进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。

实施例1

本实施例于陕西省杨陵区武功县上高庄村某农户家旁10°坡地进行试验，结构如图1所示，

自上而下依次设有：植物层1、种植土壤层2、布水管3、布水层4、土壤渗滤层5、引流板6、阻隔板7、填料层8、承托层9、出水口11，渗滤系统四周及底部设有防渗墙10。植物层1地表种植黑麦草。种植土壤层2由厚度10cm的耕作土壤组成。布水管3包括DN10PVC布水主管和DN5PVC布水支管；所述布水支管位于布水主管两侧，与主管呈45°夹角，并且在支管平行于斜坡面一侧开有若干渗滤孔。布水管3介于布水层4中，其中所述布水层4由厚度10cm，粒径为3～4cm的废弃混凝土碎块覆盖。土壤渗滤层5由厚度100cm的90％黄绵土和10％杏壳组成。填料层由40cm厚的40％农作物秸秆颗粒、40％玉米芯颗粒、10％木屑和10％黄绵土组成，其中农作物秸秆颗粒粒径为1～2cm，玉米芯颗粒粒径为2～3cm。引流板6为开孔直径为1cm的PVC穿孔板，安装角度为30°。阻隔板7为顶部中央开有半圆凹槽的PVC板材。承托层9由厚度15cm，粒径为6～8cm的废弃混凝土碎块组成。防渗墙10由厚度10cm的C20混凝土建造。

处理污水性质为生活污水，处理水量为1m³/d，采用连续投配方式进水，进水水质COD为178mg/L，氨氮33mg/L，总氮35mg/L，总磷2.5mg/L，经过本实施例所述工艺处理，去除率分别达到88.5％、93％、90.3％和96.8％，出口水质的COD、氨氮、总氮、总磷分别降至20.5mg/L、2.3mg/L、3.4mg/L和0.08mg/L。

实施例2

本实施例于宁夏回族自治区吴忠市盐池县大水坑村某农户家旁13°坡地进行试验，

结构如图1所示，

自上而下依次设有：植物层1、种植土壤层2、布水管3、布水层4、土壤渗滤层5、引流板6、阻隔板7、填料层8、承托层9、出水口11，渗滤系统四周及底部设有防渗墙10。植物层1地表种植紫花苜蓿。种植土壤层2由厚度10cm的耕作土壤组成。布水管3包括DN10PVC布水主管和DN5PVC布水支管；所述布水支管位于布水主管两侧，与主管呈45°夹角，并且在支管平行于斜坡面一侧开有若干渗滤孔。布水管3介于布水层4中，其中所述布水层4由厚度10cm，粒径为3～4cm的废弃混凝土碎块覆盖。土壤渗滤层5由厚度90cm的90％栗钙土和10％核桃壳组成。填料层由50cm厚的40％农作物秸秆颗粒、50％玉米芯颗粒、5％木屑和5％黄绵土组成，其中农作物秸秆颗粒粒径为1～2cm，玉米芯颗粒粒径为2～3cm。引流板6为开孔直径为1cm的PVC穿孔板，安装角度为40°。阻隔板7为顶部中央开有半圆凹槽的PVC板材。承托层9由厚度10cm，粒径为6～8cm的废弃混凝土碎块组成。防渗墙10由厚度5cm的C20混凝土建造。

污水性质为生活污水，处理水量为1.5m³/d，采用连续投配方式进水，进水水质COD为123mg/L，氨氮24mg/L，总氮34mg/L，总磷3.2mg/L，经过本实施例所述工艺处理，去除率分别达到81％、92.5％、92.1％和97.5％，出口水质的COD、氨氮、总氮、总磷分别降至23.3mg/L、1.8mg/L、2.7mg/L和0.08mg/L。

实施例3

本实施例于甘肃省天水市甘谷县大石乡某农户家旁15°坡地进行试验，

结构如图1所示，

自上而下依次设有：植物层1、种植土壤层2、布水管3、布水层4、土壤渗滤层5、引流板6、阻隔板7、填料层8、承托层9、出水口11，渗滤系统四周及底部设有防渗墙10。植物层1地表种植紫花苜蓿。种植土壤层2由厚度10cm的耕作土壤组成。布水管3包括DN10PVC布水主管和DN5PVC布水支管；所述布水支管位于布水主管两侧，与主管呈45°夹角，并且在支管平行于斜坡面一侧开有若干渗滤孔。布水管3介于布水层4中，其中所述布水层4由厚度10cm，粒径为3～4cm的废弃混凝土碎块覆盖。土壤渗滤层5由厚度120cm的黄绵土组成。填料层由50cm厚的50％农作物秸秆颗粒、40％玉米芯颗粒、5％木屑和5％黄绵土组成，其中农作物秸秆颗粒粒径为1～2cm，玉米芯颗粒粒径为2～3cm。引流板6为开孔直径为1cm的PVC穿孔板，安装角度为45°。阻隔板7为顶部中央开有半圆凹槽的PVC板材。承托层9由厚度12cm，粒径为6～8cm的废弃混凝土碎块组成。防渗墙10由厚度10cm的C20混凝土建造。

污水性质为生活污水，处理水量为2m³/d，采用连续投配方式进水，进水水质COD为201mg/L，氨氮43mg/L，总氮50mg/L，总磷3.5mg/L，经过本实施例所述工艺处理，去除率分别达到83.3％、89％、90％和98％，出口水质的COD、氨氮、总氮、总磷分别降至33.2mg/L、4.73mg/L、5mg/L和0.07mg/L。

由上述实施例可知，本发明提供的斜坡土壤渗滤系统，利用农村地区数量庞大的农林废弃物和建筑废弃物，变废为宝，提升了资源利用效率；本发明提供的斜坡土壤渗滤系统污染物去除效率高，对氮、磷、有机物的去除效果好；有效的解决了偏远农村地区生活污水的处理问题。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种处理农村生活污水的斜坡土壤渗滤系统，其特征在于，自上而下依次包括植物层、种植土壤层、布水管、布水层、土壤渗滤层、填料层和承托层；所述斜坡土壤渗滤系统的倾斜角度为10°～15°；所述斜坡土壤渗滤系统的承托层的低端设置出水口；

所述布水层包括废弃混凝土碎块；

所述承托层包括废弃混凝土碎块；

所述土壤渗滤层和填料层中铺设引流板；

所述斜坡土壤渗滤系统垂直分布若干阻隔板。

2.根据权利要求1所述的斜坡土壤渗滤系统，其特征在于，所述斜坡土壤渗滤系统的四周和底部设置有防渗墙，所述防渗墙由厚度5～10cm的C20混凝土建造。

3.根据权利要求1所述的斜坡土壤渗滤系统，其特征在于，所述布水层的厚度为8～12cm；所述布水层废弃混凝土碎块的粒径为3～4cm。

4.根据权利要求1所述的斜坡土壤渗滤系统，其特征在于，所述土壤渗滤层的厚度为90～120cm；所述土壤渗滤层包括黄绵土和杏壳；所述土壤渗滤层中黄绵土和杏壳的质量比为(85～95):(5～15)。

5.根据权利要求1所述的斜坡土壤渗滤，其特征在于，所述填料层的厚度为30～50cm；所述填料层中农作物秸秆颗粒、玉米芯颗粒、木屑和黄绵土的质量比为(35～45):(35～45):(8～12):(8～12)。

6.根据权利要求1所述的斜坡土壤渗滤，其特征在于，所述承托层的厚度为10～15cm；所述承托层中废弃混凝土碎块的粒径为6～8cm。

7.根据权利要求1所述的斜坡土壤渗滤，其特征在于，所述布水管包括DN10PVC布水主管和DN5PVC布水支管；所述布水支管位于布水主管两侧，与布水主管呈40°～50°夹角。

8.根据权利要求7所述的斜坡土壤渗滤，其特征在于，所述布水支管平行于斜坡面一侧开设若干渗滤孔。

9.根据权利要求1所述的斜坡土壤渗滤，其特征在于，所述引流板为PVC穿孔板，所述引流板的铺设角度为30°～45°。

10.根据权利要求1所述的斜坡土壤渗滤，其特征在于，所述阻隔板为顶部中央设有半圆凹槽的PVC板材。