CN111704241A - 一种分区循环式土壤渗滤系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种分区循环式土壤渗滤系统，所述系统包括渗滤模块，所述渗滤模块与集水井相连，或者集水井设在渗滤模块内，渗滤模块自上而下包括植物层、种植土层、布水层、人工土壤层，植物层种植根系发达的农作物，种植土层为对应所述植物的种植土壤，布水层将污水引入渗滤模块，人工土壤层对污水进行物理化学吸附沉淀和微生物降解，从人工土壤层渗出的水，被引入集水井。本发明提供了一种新型小规模的无动力的污水生态渗滤系统，综合利用土壤+微生物+植物共同作用处理生活污水的复合净化工艺。
Description
技术领域
本发明属于污水生态净化领域，具体涉及一种分区循环式土壤渗滤系统。
背景技术
随着农村经济的发展，农村地区生活水平不断提高，城镇化进程也不断推进，因此对居住环境的要求也越来越高。同时，农村生活污水的排放量也不断增加。目前我国城市的污水处理率已经达到了一定的水平，但农村地区的生活污水处理还几乎是空白。长期以来，由于治理资金短缺和对农村水环境保护意识的淡薄，农村地区的生活污水未经处理就直接排放，未经处理或处理不当的生活污水已成为地表水体水质恶化的主要原因之一。
目前农村污水的处理技术主要是集中收集、集中处理方式。由于大部分农村住户分散、管网收集困难，地形起伏较大，受运行成本高的影响，环保配套工艺并没有很好地运行，造成了设备闲置和浪费，集中收集、集中处理的方案很难得到贯彻实施。
土壤渗滤处理系统是一种人工强化的污水生态工程处理技术，它充分利用在地表下面的土壤中栖息的土壤动物、土壤微生物、植物根系以及土壤所具有的物理、化学特性将污水净化，属于小型的污水土地处理系统。国内外对地下系统的研究主要集中在填充介质、污染物净化机理、运行调控等方面，但对系统结构、污染物迁移转化规律、微生物学特征、病源微生物的去除等关键因素还缺乏统一的认识，仍存在着结构单一、对氮、磷去除效果差、运行不稳定、土壤孔隙易堵塞等问题。因此，研究和开发氮磷去除能力高、占地面积小、无动力运行的新型人工土壤渗滤系统，已成为有效解决农村分散式废水污染问题的必然途径。
因此，急需一种对生活污水进行原位处理，不额外占用农业用地、可循环零排放的污水渗滤系统。
发明内容
为了克服现有技术上的问题，本发明提供了一种可作为农田用地、除氮磷效果好、净化效率高的分区循环式土壤渗滤系统。
本发明提供以下技术方案：
一种分区循环式土壤渗滤系统，所述系统包括渗滤模块，所述渗滤模块与集水井相连，或在所述渗滤模块中布设集水井，所述渗滤模块自上而下包括植物层、种植土层、布水层、人工土壤层，所述植物层种植根系发达的农作物，所述种植土层为对应所述植物的种植土壤，所述布水层将污水引入渗滤模块，所述人工土壤层对污水进行物理化学吸附沉淀和微生物降解，从人工土壤层渗出的水，被引入所述集水井。
进一步的，所述渗滤模块数量为一个、两个或多个，相邻渗滤模块之间设有所述集水井。
进一步的，所述人工土壤层末端设有集水区，集水区通过集水管将渗出水引入所述集水井，并将集水井中的渗出水溢流回种植土层。
进一步的，所述种植土层的厚度为20～40cm。
进一步的，所述布水层由进水管将污水引入，在进水管侧面连接若干布水管，在布水管外侧包围砾石，布水层深度为10～20cm。
进一步的，所述布水管为均匀打孔的PVC管、陶土管或水泥管；所述砾石为火山石或河床卵砾，粒径为20～40mm。
进一步的，所述人工土壤层分成好氧净化区和厌氧净化区，所述好氧净化区和厌氧净化区之间由隔水层分隔，形成混合流动模式，在好氧净化区通过接入曝气管向土壤输送氧气。
进一步的，所述好氧净化区由体积比为2:3～4:5红壤和碎红砖混合而成，好氧净化区厚度为60～90cm；所述隔水层为土工膜，所述厌氧净化区由体积比为1:1～5:4的红壤和碎红砖混合而成，厌氧净化区厚度为50～70cm。
进一步的，所述隔水层一端连接渗滤模块池壁，另一端设置在人工土壤层中，隔水层铺设坡度为0.5％～1％；所述曝气管为无动力鼓风曝气管，在曝气管进气口设有无动力风帽，曝气管周围碎红砖填充，所述碎红砖粒径大于人工土壤层的碎红砖粒径，填充厚度为5～10cm。
进一步的，所述集水区设置在靠近集水井的一侧，所述设有集水支管和集水主管，渗出水通过集水支管收集，并汇集至集水主管中。
进一步的，集水区由砾石填充，所述砾石直径为30-40mm，在集水支管的管壁均布通孔。
进一步的，在所述集水井中设有出水管，出水管通过旋转弯头与集水主管连接，通过出水管中的水体高度调节所述渗滤模块的水位。
进一步的，在种植土层设有溢流管，将渗出水溢流回种植土层。
进一步的，所述分区循环式土壤渗滤系统应用于农村小规模分散式的生活污水处理或水量较小的景观水体、池塘等其他小规模污水处理。
采用上述技术方案，本发明具有如下有益效果：
(1)本发明提供了一种新型小规模的无动力的污水生态渗滤系统，综合利用土壤+微生物+植物共同作用处理生活污水的复合净化工艺。
(2)实现农村污水原位处理，土壤渗滤系统种植土壤层可种植花灌木及地被植物、农业作物，也可适当做绿化设计，使其形成一座花园形式的处理设施，实现农业用地“零占地”的效果。
(3)本系统采用分区好氧-厌氧净化方式对污水进行处理，适应于分散式污水产生地的污水处理需要，使污水中的污染物去除效率提高，出水更加稳定，出水可作为回用水灌溉系统上层植物。
(4)系统不易堵塞，红壤虽然渗透性能差，但通过与碎红砖混合添加进行改善可有效防止系统堵塞。
(5)本系统磷元素去除效率高，红壤和碎红砖中含有较高的铁、铝等元素，均有利于污水当中磷元素的吸附沉淀去除。
(6)土壤渗滤系统结合了湿地处理和滤池的双重功能。滤池处于地下具有一定的保温作用，使其在冬季仍能保持较好的处理效果。
附图说明
图1是本发明实施例土壤渗滤系统的纵切面示意图；
图2是本发明一种实施例中土壤渗滤系统俯视图；
图3是本发明另一种实施例中土壤渗滤系统俯视图；
图4是本发明一种实施例中集水管的结构图；
图5是本发明另一种实施例中集水管的结构图；
图6是本发明一种实施例中旋转弯头和出水管的结构图。
其中，1-植物层，2-种植土壤层，3-布水层，4-人工土壤层好氧净化区，5-隔水层，6-人工土壤层厌氧净化区，7-防渗层，8-集水区，9-进水管，10-布水管，11-集水支管，12-旋转弯头，13-集水井，14-出水管，15-池壁，16-曝气管，17-溢流管，18-无动力风帽，19-集水主管，20-集水区砾石。
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，下面结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的结构图及具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
如图1、3所示，本发明提供了一种分区循环式土壤渗滤系统，系统包括渗滤模块，渗滤模块与集水井相连，渗滤模块自上而下包括植物层1、种植土层2、布水层3、人工土壤层。植物层种植根系发达的农作物，例如大豆、玉米、小麦、高粱；茄子、辣椒、西红柿等。种植土层为对应所述植物的种植土壤，布水层将污水引入渗滤模块，人工土壤层对污水进行物理化学吸附沉淀和微生物降解，从人工土壤层渗出的水，被引入集水井。
本发明的分区循环式土壤渗滤系统应用于农村小规模分散式的生活污水处理或水量较小的景观水体、池塘等其他小规模污水处理。本发明的渗滤系统本身也具有种植农作物的功能，有效节约的耕地面积。渗滤系统种植土壤层地被植物、可种植花灌木或绿化设计，使其形成花园形式的处理设施，实现“零占地”处理。
优选的，渗滤模块数量若干，相邻渗滤模块之间设有集水井。可根据实际需要灵活组合渗滤模块和集水井，从而适应污水排放量小、分散，不易统一收集，需原位处理的农村生活污水处理需求。
实施例2
农村具有地广人稀，居民居住较为集中的特点，可以在居住集中地点设立本发明的分区循环式土壤渗滤系统，如图1、2所示，渗滤模块中各层的设计与实施例一致，仅集水井的连接位置不同，集水井布设在渗滤模块之中，这样可以在农村污水处理需求集中的位置，原位设立渗滤模块，渗滤模块之间相互独立，使污水处理系统的配置更为灵活。
实施例3
如图1所示，本发明分区循环式土壤渗滤系统，其中，种植土层2的厚度为20～40cm，由较为肥沃的耕种土壤组成。
布水层3由进水管将污水引入，在进水管9侧面连接若干布水管10，在布水管外侧包围砾石，布水层深度为10～20cm。布水管为均匀打孔的PVC管、陶土管或水泥管；砾石为火山石或河床卵砾，粒径为20～40mm，可起到支撑作用和过滤作用，同时防治上层土壤堵塞孔管。砾石表面可形成生物膜，可起到一定降解作用。砾石材质为火山石或河床卵砾。
人工土壤层分成好氧净化区4和厌氧净化区6，两区之间由隔水层5分隔，形成混合流动模式，在好氧净化区通过接入曝气管16向土壤提供氧气，优选的，好氧净化区设置在上。
好氧净化区由体积比为2:3～4:5的红壤和碎红砖混合而成，好氧净化区厚度为60～90cm；红壤和红砖中含铁、铝等元素，铁、铝元素会与污水中的磷发生物理化学反应，通过吸附沉淀作用将去除污水中一部分磷元素。通过红壤和碎红砖的孔隙对污水进行物理吸附过滤，去除污水中部分悬浮污染物。
在好氧净化区，混合壤中好氧微生物发挥主要作用，将污水中的大分子有机物分解成小分子化合物，进一步降低了水中COD含量，同时在好氧氨化菌的作用下，将有机氮化合物分解为NH4-N，协同好氧硝化菌将污水中的NH4-N转化为NO3 -，NO3 -更利于植物的直接吸收利用；同时，土壤微生物中的聚磷菌在好氧环境下，通过摄取可溶性的正磷酸盐，完成聚磷作用，使污水中的磷元素含量降低，在好氧区通过混合壤、微生物与植物根系的协同作用，大大增加了污水中氮、磷元素的去除率。
此外，碎红砖的透水性是红壤的100多倍，通过碎红砖与红壤混合可增大人工土层的透水性，防止堵塞，同时好氧净化层孔隙变大，增加了土壤的透气性，使使其能更好的营造好氧环境。
隔水层为土工膜，隔水层一端连接渗滤模块池壁15，另一端设置在人工土壤层中，隔水层使其上层的渗出水从侧面流向下层，避免垂直下渗，隔水层的铺设坡度一般为0.5％～1％。
曝气管为无动力鼓风曝气管，在曝气管进气口设有无动力风帽18，曝气管周围用碎红砖填充，碎红砖粒径大于人工土壤层的碎红砖粒径，填充厚度为5～10cm。
厌氧净化区由体积比为1:1～5:4的红壤和碎红砖混合而成，厌氧净化区厚度为50～70cm，红壤体积大于碎红砖体积使土壤的透水性及透水性较好氧净化区低，营造厌氧环境。厌氧微生物在此区发挥主要作用，通过混合壤中的厌氧反硝化细菌将上层好氧净化区处理的污水中剩余的NO3 -，通过反硝化反应，使NO3 -转化为N2去除，进一步降低污水中的TN。其他厌氧菌群能够进一步深化处理污水中的残余有机物，同时通过红壤红砖的吸附、过滤的协同作用，使处理水水质的到进一步提升。
在人工土壤层下还设有防渗层7，防渗层由混凝土建造，防止污水下渗造成地下水污染，防渗层厚度一般为10cm，坡度一般为0.5％～1％。
实施例4
如图4-6所示，人工土壤层末端设有集水区8，集水区通过集水管将渗出水引入集水井，并将集水井中的渗出水溢流回种植土层，作为回用水灌溉及循环式处理。
集水区设置在靠近集水井的一侧，集水管由集水支管11和集水主管19组成，渗出水通过集水支管收集，并汇集至集水主管中。集水区由砾石20填充，集水区砾石直径为30-40mm，在集水支管的管壁均布通孔。如图4所示，集水井布设在渗滤模块中间的情况下，集水支管可以设计为环绕渗滤模块一周的形式，并且与集水主管相连通。如图5所示，集水井设在渗滤模块侧面的情况下，集水支管可以设计为相互平行的铺设，并且与集水主管相垂直。
在集水井中设有出水管14，出水管通过旋转弯头12与集水主管19连接，通过出水管中的水体高度调节渗滤模块的水位。旋转弯头转动，可以调整出关管的斜度，从而调整出水管水体高度。
以上所述实施例仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种分区循环式土壤渗滤系统，所述系统包括渗滤模块，其特征在于，所述渗滤模块与集水井相连，或在所述渗滤模块中布设集水井，所述渗滤模块自上而下包括植物层、种植土层、布水层、人工土壤层，所述植物层种植根系发达的农作物，所述种植土层为对应所述植物的种植土壤，所述布水层将污水引入渗滤模块，所述人工土壤层对污水进行物理化学吸附沉淀和微生物降解，从人工土壤层渗出的水，被引入所述集水井。
2.根据权利要求1所述的循环式土壤渗滤系统，其特征在于，所述渗滤模块为一个、两个或多个，相邻渗滤模块之间设有所述集水井。
3.根据权利要求1或2所述的循环式土壤渗滤系统，其特征在于，所述人工土壤层末端设有集水区，集水区通过集水管将渗出水引入所述集水井，并将集水井中的渗出水溢流回种植土层。
4.根据权利要求1或2所述的循环式土壤渗滤系统，其特征在于，所述种植土层的厚度为20～40cm。
5.根据权利要求1或2所述的循环式土壤渗滤系统，其特征在于，所述布水层由进水管将污水引入，在进水管侧面连接若干布水管，在布水管外侧包围砾石，布水层深度为10～20cm；
优选地，所述布水管为均匀打孔的PVC管、陶土管或水泥管；所述砾石为火山石或河床卵砾，粒径为20～40mm。
6.根据权利要求1或2所述的循环式土壤渗滤系统，其特征在于，所述人工土壤层分成好氧净化区和厌氧净化区，所述好氧净化区和厌氧净化区之间由隔水层分隔，形成混合流动模式，在好氧净化区通过接入曝气管向土壤输送氧气；
优选地，所述好氧净化区由体积比为2:3～4:5的红壤和碎红砖混合而成，好氧净化区厚度为60～90cm；所述隔水层为土工膜；所述厌氧净化区由体积比为1:1～5:4的红壤和碎红砖混合而成，厌氧净化区厚度为50～70cm。
7.根据权利要求6所述的循环式土壤渗滤系统，其特征在于，所述隔水层一端连接渗滤模块池壁，另一端设置在人工土壤层中，隔水层铺设坡度为0.5％～1％；所述曝气管为无动力鼓风曝气管，在曝气管进气口设有无动力风帽，曝气管周围用碎红砖填充，所述碎红砖粒径大于人工土壤层的碎红砖粒径，填充厚度为5～10cm。
8.根据权利要求4所述的循环式土壤渗滤系统，其特征在于，所述集水区设置在靠近集水井的一侧，所述设有集水支管和集水主管，渗出水通过集水支管收集，并汇集至集水主管中；
优选地，所述集水区由砾石填充，所述砾石直径为30-40mm，在集水支管的管壁均布通孔。
9.根据权利要求8所述的循环式土壤渗滤系统，其特征在于，在所述集水井中设有出水管，出水管通过旋转弯头与集水主管连接，通过出水管中的水体高度调节所述渗滤模块的水位；
优选地，在种植土层设有溢流管，将渗出水溢流回种植土层。
10.根据权利要求1或2所述的循环式土壤渗滤系统，其特征在于，所述分区循环式土壤渗滤系统应用于农村小规模分散式的生活污水处理或水量较小的景观水体、池塘等其他小规模污水处理。
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