CN1242926C - 污水土地处理的无动力通气复氧系统 - Google Patents

Abstract

一种污水土地处理的无动力通气复氧系统，在污水土地处理装置布水管、集水管之间的土壤渗滤层中布置穿孔通气管，穿孔通气管外表包覆高分子疏水性透气膜，形成透气不透水的通气管，其两端连接的导气管分别与地表的抽气扇相连以及直接与大气相通。本发明利用风能抽气扇对处理系统自然通风，不消耗电能，并采用高分子疏水性透气膜包覆穿孔通气管，将“气—液—气—固”的传质方式改变为“气—固”传质方式，提高了空气到土壤的传质效率和复氧效果。

Description

污水土地处理的无动力通气复氧系统

技术领域

本发明涉及一种用于污水土地处理的无动力通气复氧系统，利用自然风能对处理系统通气管内的空气实现自动置换循环，并利用穿孔通气管外表面包覆的高分子疏水性透气膜，提高空气到土壤的传质效率和复氧效果。属于环境工程污水处理技术领域。

技术背景

随着我国经济的快速发展，我国的太湖流域、三峡流域、环渤海湾流域等大流域面源污染引起的水体富营养形式日益严峻，已逐步成为影响经济发展的社会问题，已引起国家的高度重视。“九五”、“十五”国家“863”计划均投入大量资金开发适合我国国情的面源污染防制技术。而土地处理技术(地下渗滤工艺、快速渗滤工艺、慢速渗滤工艺、人工湿地等等)由于能有效去除BOD(生化好氧量)、COD(化学好氧量)，又具有很好的脱氮除磷能力，达到污水深度处理效果，而且成本低、运行管理简单，有广阔应用前景并逐步得到推广应用。

但是，土地处理技术面临的主要缺点是：随着处理系统的运行，数年后污水处理效率逐渐降低，系统易发生堵塞及吸附饱和现象。造成以上问题的主要原因是土壤渗滤层的供氧不足，导致去除有机物的好氧微生物的活性以及硝化反应的硝化细菌活性降低，硝化率不高，NH₄ ⁺-N向NO₃ ^--N转化率下降，导致生物脱氮效率降低。

传统污水土地处理的送气方式有两种：一是用电动气泵连续或间隙向处理系统中的开孔气管通入空气；二是使处理系统中的开孔通气管通过排口与大气相连，不安装动力送风装置。用气泵的强制送风方式增强了送风强度，但消耗电能，提高投资与运行成本，不便管理，不利于处理分散性面源污水。

以上送气方式都是直接将开孔的通气管埋在处理系统的渗滤层中，管的上部直接覆盖土壤或其他渗滤材料，细小的土壤(渗滤材料)团粒很容易堵塞通气管上的开孔；同时，由于水能通过管的穿孔流入管内，容易在通气管的开孔处形成液膜(水膜)，管内的空气必需穿透液膜，空气中的氧气要转化为游离态的溶解氧，经过“气-液-气-固”的传质方式才能到达土壤颗粒表面，才能供土壤颗粒表面微生物降解有机物，实现复氧目的。其结果是，只有与开孔处的液膜直接接触的土壤颗粒表面微生物能有效利用通气管的供氧，不直接接触水膜的土壤颗粒只能吸收从水膜中扩散出来的氧气；而从水膜中扩散氧气的“液-气-固”传质过程的传质效率远远低于空气直接到土壤颗粒的“气-固”过程的传质效率。因此，污水处理系统的复氧效果低，影响了好氧微生物的生长和硝化反应的发生，导致NH₄ ⁺-N脱除率低。

针对土地处理复氧困难的问题，公开号为CN2286176Y的中国专利在与布水管同一水平的两侧设置了开孔通气管，由通气装置输送空气，能在一定程度改善土壤的复氧状态。但是由于通气管是放置在布水管同一水平的两侧，且布水通气管相隔距离大于800mm。其缺陷应有二：一是该送气管在布水层，不能使布水管下面的扩散滤层有效复氧；二是该开孔通气管是空气自流换气，置换空气的效率相对较低。

综合以上通气方式，有以下不足：

1、需要电动气泵强制通风送气复氧方式的土地处理技术存在两个缺点，第一是必需增加输电系统，增加污水处理的基建投资；第二是增加运行电力费用。使土地处理技术应用范围受到限制；

2、通气管的空气传递效率不高。因为水能从管上部的孔流入，从管下部的孔流出，容易在管的内表面或外表面形成水膜，管内的空气必需穿透液膜才能与土壤接触，这种“气-液-气-固”的传质方式降低了气体的传质效率。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种污水土地处理的无动力通气复氧系统，解决污水土地处理过程土壤渗滤层的复氧困难的问题，同时利用自然风能，无需动力输送空气。

为实现这样的目的，本发明在污水土地处理装置布水管、集水管之间的土壤渗滤层中布置包覆有疏水性透气膜的穿孔通气管，穿孔通气管一端通过导气管与安置在地表的风能抽气扇相连，另一端连接与大气相通的导气管。在抽气扇的顶部以及直接与大气相通的导气管地面端设有防雨层，以防止地表水和雨水进入通气管。

本发明的穿孔通气管的开孔率为20-80％，其外表包覆高分子疏水性透气膜，形成透气不透水的通气管，埋在需要复氧的土壤渗滤层中，安装方向与布水管平行。

当地表的空气有风流动时，不论风向如何，抽气扇的扇叶都能自转，与抽气扇连接的导气管中的空气被置换抽出一部分，导致导气管产生一定负压，由于与通气管另一端相连的导气管直接与大气连通，因此系统外的空气能自动被抽吸进入导气管，到达埋在土壤渗滤层中的通气管，实现强化通气复氧。

本发明的穿孔通气管外表面包覆有高分子疏水性透气膜，透气不透水，使通气管外的水不能透过开孔进入管内，而穿孔通气管内的空气能穿过分子疏水性透气膜，直接与土壤或其他渗滤材料的团粒接触而实现复氧目的。

本发明的创新之处有二：一是处理系统的气体被一个由风能带动的抽气扇自动抽出，不消耗电能，无需动力泵给系统供气，能够强化系统自然通风，施工方便，管理简单；二是在穿孔通气管的外表面包覆高分子疏水性透气膜，通气管只透气不透水，使通气管内的空气能通过管的开孔传递到土壤渗滤层中，而土壤渗滤层的污水不能流入通气管中，将“气-液-气-固”的传质方式改变为“气-固”传质方式，提高了空气到土壤的传质效率和复氧效果。

附图说明

图1为本发明系统组成结构示意图。

图中，抽气扇1、导气管2、穿孔通气管3、疏水性透气膜4，布水管5、土壤渗滤层6、集水管7。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的技术方案作进一步描述。

本发明的无动力通气复氧系统主要由两部分构件组件，其剖视结构布置如图1所示。一部分是污水处理系统中包覆高分子疏水性透气膜4的穿孔通气管3；另一部分是一个安装在土地处理系统地表的抽气扇1；此外，有连接穿孔通气管3与抽气扇1的导气管2。本发明应用于含有布水管5、土壤渗滤层6、集水管7的污水土地处理的装置中。

本发明具体结构为：在污水土地处理装置布水管5、集水管7之间的土壤渗滤层6中布置包覆有疏水性透气膜4的穿孔通气管3，穿孔通气管3一端通过导气管2与安置在地表的风能抽气扇1相连，穿孔通气管3的另一端连接与大气相通的导气管2。

本发明的穿孔通气管3根据污水处理装置设计要求制作，在合适长度的PVC塑料管上钻孔，开孔率为20-80％，然后用高分子疏水性透气膜(如聚四氟乙烯膜)包覆在穿孔PVC塑料管外表，形成透气不透水的通气管。将以上不透水的穿孔通气管3埋在需要复氧的土壤渗滤层(距地面约30～80mm)，其两端与导气管相连，安装方向与布水管5平行。任选与穿孔通气管3连接的导气管2在地面一端安装风能抽气扇1，在抽气扇1的顶部及直接与大气相通的导气管2地面端设有防雨层，防止地表水和雨水进入通气管。

本发明的工作原理：

1、无动力通风原理：本发明通过风能使抽气扇1自转从导气管2中抽出一部分空气，导致导气管2中产生负压，实现污水处理系统的自动通气复氧。当地表的空气有风流动时，不管风向如何，抽气扇1的扇叶都能自转，与抽气扇1连接的导气管中的空气被置换抽出一部分，导致导气管产生一定负压。由于与通气管3另一端相连的导气管直接与大气连通，因此当抽气扇1的扇叶自转时，系统外的空气能自动被抽吸进入导气管，到达埋在土壤渗滤层中的通气管3，实现强化通气复氧目的。而且风力越大，扇叶转速越快，通气管中产生的负压越大，置换空气越快，污水处理系统中通气管内的空气流动速度加快，复氧效果越好。

2、强化复氧原理：通过提高空气传质效率实现。当穿孔通气管3内的空气穿过分子疏水性透气膜4后，能直接与土壤或其他渗滤材料的团粒接触而实现复氧目的。机理如下：穿孔通气管3的孔被疏水性透气膜4包覆，水在疏水性透气膜4的表面形成的液固接触角大于90°，水以球状水珠而不是液膜形式存在，因此，在管的穿孔处存在空气的自由通道。本发明的穿孔通气管3外表面包覆有高分子疏水性透气膜4，透气不透水，使通气管外的水不能透过开孔进入管内，将空气的“气-液-气-固”的传质方式改变为“气-固”传质方式。由于氧气在空气中的扩散系数为：0.178cm²/s(0℃、101.325kPa)，而氧气在水中的扩散系数为1.80×10^-9cm²/s(20℃稀溶液)，因此，本发明“气-固”的传质方式相比“气-液-气-固”传质方式，极大地提高了氧气到土壤的传质效率和复氧效果。

在本发明的一个实施例中，污水处理系统的布水管离地表约200mm，集水管埋在距地表约1000mm，复氧通气管埋设在布水管与集水管之间的渗滤层，距地表约500mm。用氧化还原电位测定仪测量通气管上方距地表约300mm渗滤层的氧化还原电位，结果约为450～500mv。

Claims (1)

1、一种污水土地处理的无动力通气复氧系统，其特征在于在污水土地处理装置布水管(5)、集水管(7)之间的土壤渗滤层(6)中布置穿孔通气管(3)，其安装方向与布水管(5)平行，穿孔通气管(3)上开孔率为20-80％，穿孔通气管(3)外表包覆高分子疏水性透气膜(4)，形成透气不透水的通气管，穿孔通气管(3)的两端分别连接导气管(2)，一端的导气管(2)与安置在地表的抽气扇(1)相连，另一端的导气管(2)直接与大气相通，在抽气扇(1)的顶部及直接与大气相通的导气管(2)地面端设有防雨层。

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