内置滤布沟强化土地处理生活污水系统

摘要

本发明属于环境工程污水处理技术领域，具体涉及一种内置滤布沟强化土地处理生活污水系统。自上而下依次为表层、渗滤层和砾石集水层，渗滤层由当地土壤加细砂层和细砂层组成，砾石集水层底部设置有出水管，当地土壤加细砂层中设置有布水渗滤槽，布水渗滤槽一侧设有进水管，布水渗滤槽内设有布水管，布水渗滤槽与布水管间隙处装填生物陶粒，布水管内设有滤布管，布水渗滤槽顶部覆盖有无纺布；双层开孔竖管自上而下插入，依次穿过表层、渗滤层和砾石集水层，双层开孔竖管由内、外两层排水管组成。本系统降低进入土地处理系统的悬浮物、有机物等污染物，以减轻土壤堵塞现象，提高水力负荷，延长土地污水处理使用年限。另通过双层开孔竖管的设置增强供氧，并可用于监测系统运行状态。

说明书

技术领域

本发明属于水处理技术领域，具体涉及一种内置滤布沟强化土地处理生活污水系统。

背景技术

污水土地处理是一种污水就地处理技术，将污水通过一定的预处理后，有控制的投配到土地渗滤系统中，通过土壤-微生物系统的物理、化学和微生物作用使污水得到净化。该技术特别适合于生活污水的处理，具有建设与运行费用低、操作简便、出水可作杂用水回用、对环境影响小、脱氮除磷效果好等优点。

作为一种高效、低耗、简便并具有良好脱氮除磷效果的污水就地处理技术，污水土地处理系统特别适用于小城镇、农村和度假村等人群聚居分散、排水管网不全、污水和雨水混排及污水处理系统缺乏的地区，在美国、加拿大和欧洲国家得到广泛应用。在我国，自20世纪90年代初，其在污水处理，特别是在分散污水就地处理中的研究与应用受到越来越多的关注，在2007年左右更是达到了一个高峰。但其大面积推广仍然面临着系统易堵塞、供氧不足、负荷能力小、占地面积大、系统技术集成度不高、磷穿透和温室气体排放等诸多问题，难以在我国推广使用。污水土地处理系统中土壤堵塞和氧气供应不足是限制其水力负荷的主要原因。如何实现技术研发经济、高效地解决堵塞、供氧等问题，是摆在我们面前的挑战性的课题。

土壤堵塞产生的主要原因主要是由物理、化学和生物三个方面因素综合造成的：①进水悬浮物产生的物理性堵塞。该堵塞过程迅速，而且这种堵塞通常无法恢复，是导致土壤堵塞的主要原因。因此，通过强化进水悬浮物预处理技术成为系统持续稳定运行的关键技术内容。②微生物作用堵塞土壤孔隙。当进水中的有机质浓度较高时，土壤中微生物细胞增长及代谢活动形成中间产物(胞外多糖)及腐殖质的积累会加速土壤孔隙的堵塞，成为土壤孔隙堵塞的重要原因。由此，通过厌氧生物滤池、酸化水解池等强化一级处理工艺降低进水中的有机质浓度及C/N比，减小系统的水力负荷和强化土壤的通气充氧作用等手段可以有效防止胞外多糖及腐殖质的积累造成的土壤堵塞；③土壤质地及孔隙状况。填充介质宜采用团粒结构良好、具有较大孔隙率的壤性土；④土壤化学作用。地下渗滤系统土壤的堵塞问题会降低土壤的水力传导性能，妨碍土壤的通气传氧过程，进而严重影响地下渗滤系统的净化效果，甚至引起系统丧失污水处理功能。

通过对现有不同防治土壤堵塞技术分析，不难发现，通过一级强化预处理技术去除进水悬浮物和大部分有机物避免物理性堵塞，并结合系统组成优化，合理分配滤层结构和粒径，改善运行方式，改变系统的还原状态、减少胞外聚合物和腐殖质的积累，可以减轻土壤堵塞现象。但已有防堵塞技术也表现出了一些不足之处：①对预处理系统的依赖性较强，系统技术集成不高。表现为处理单元较多，包含隔栅池、水量调节(或污水分配箱)、加药混凝反应系统、沉淀单元(或除油池、厌氧消化过滤单元)、快滤池(或地下渗滤单元)和氧气供应及分配系统，工艺流程复杂，设备和设施多，运行和管理麻烦，很大程度上增加了污水处理成本。②运行时系统的耗氧量较大与供氧能力不足的矛盾也没有得到很好的解决，自然复氧难以满足系统氧需求。公开号为CN2286176Y的中国专利采用迅速扩散和逐级浸润的扩散方式，在处理槽中从上到下依次设计有土壤层、扩散层、两个浸润层、土壤层、砾石集水层。该发明的目的是提高布水效果、改善土壤的防堵塞性能，但其结构对于提高系统的供氧能力的作用有限。③尼米槽型地下渗滤装置在我国应用比较广泛，里面装有砂子或者其他填料，布水管周围则是用合成纤维织物包裹的砾石，砾石上方为表层覆土。当污水从布水管中出来时，首先进入厌氧槽中，积累到一定程度后在砂子及土壤毛细力的作用下扩散到厌氧槽上方和四周的土壤中，而污水的固体悬浮物则大多数被砂子截留停留在厌氧槽中并在槽中逐渐液化、酸化，这样就可以减少土壤被堵塞的可能性，提高出水水质。但对于含大量悬浮物的污水而言，尼米槽一旦堵塞难以恢复。

因此，如何优化土地处理系统组成，经济、高效处理生活污水并有效地解决渗滤系统易堵塞问题，大幅提高地下渗滤污水处理系统的水力负荷，成为了推广土地处理污水技术的重点和难点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种内置滤布沟强化土地处理生活污水系统。

本发明提出的内置滤布沟强化土地处理生活污水系统，自上而下依次为表层1、渗滤层和砾石集水层4组成，渗滤层由当地土壤加细砂层2和细砂层3组成，砾石集水层4底部设置有出水管7，当地土壤加细砂层2中设置有布水渗滤槽9，布水渗滤槽9内设有布水管8，布水渗滤槽9与布水管8间隙处设有生物陶粒10，布水管8内设有滤布管13，布水渗滤槽9顶部覆盖有无纺布15，布水渗滤槽9一侧设有进水管阀门6；双层开孔竖管12自上而下插入，依次穿过表层1、渗滤层和砾石集水层4，双层开孔竖管12由内、外两层排水管组成。

本发明中，布水管8下半部斜45°开有通孔，通孔之间的间距为18mm-22mm，通孔的直径为径3-5mm。

本发明中，相邻的双层开孔竖管12的间距为1m，双层开孔竖管12的内层排水管略高于外层排水管，排水管的底部封闭，内管装填填料，每套双层开孔竖管12上开有小孔，小孔的间距为18-22mm，小孔的直径为3-5mm。双层开孔竖管12起到落干时拔风增强供氧和分析微生物和填料特性的作用。

本发明中，滤布管13两端分别通过管箍16固定安装于短钢管14一侧，短钢管14另一侧与闷板11焊接，进水管阀门6与闷板11连接，安装于布水管8上的法兰17与闷板11通过螺丝18连接固定，闷板11与法兰17之间夹有橡胶圈，防止漏水。

本发明中，表层1、当地土壤加细砂层2、细砂层3和砾石集水层4的一侧均设有取样水管5。

本发明的系统内部第一层为草坪及根系层，由当地土壤(加泥炭土)及细砂(4∶1)组成；第二层为当地土壤及细砂(1∶1)，其中设置布水渗滤槽；第三层为细砂，第四层为砾石集水层，其中埋设穿孔出水管，每隔20mm开一个孔，孔径5mm。

与已有技术相比，本发明的有益效果体现在：

1本发明在土地处理系统中内置滤布，与外置预处理装置相比，更趋于一体化，处理单元间更加紧凑，占地面积更小，并有利于基建与运行成本的降低。同时通过内置形成的一体化装置，可根据实际情况安装使用，亦可形成成套定型产品，方便加工和现场安装。

2本发明可根据使用对象的规模和特点加以调整，运行灵活。

3通过穿孔布水管内置滤布，改善尼米槽堵塞情况。尼米槽内装填生物陶粒，比表面大，有利于微生物挂膜。

4将进水先经过滤布预处理后，减少进入后续土地处理系统的悬浮物、有机物等污染物，减轻土壤堵塞现象，提高土地处理系统的水力负荷，减少系统的占地面积。当滤布发生堵塞，有较为简便的清洗方法。

5通过滤沟布水，可实现均匀布水

6双层开孔竖管的设置改善了供氧条件，有利于有机物的去除和脱氮。同时，双层开孔竖管的设置可以在运行过程中实时监测微生物和填料特性。

7整个系统对环境的不利影响小，不影响土地的使用功能，地面可以种菜、绿化或铺草坪。

8本发明不额外使用其他设备和电器，投资和运行费用小。

9可以实现分散污水现场就地处理，并可将污水处理与绿化建设相结合，一途多用。

附图说明

图1为内置滤布沟强化土地处理生活污水装置的平面图。

图2为内置滤布沟强化土地处理生活污水装置的B-B剖面图。

图3为内置滤布沟强化土地处理生活污水装置的C-C剖面图。

图4为内置滤布沟强化土地处理生活污水装置的双层开孔竖管12剖面图。

图5为内置滤布沟强化土地处理生活污水装置的进水管处的局部示意图。

图6为内置滤布沟强化土地处理生活污水装置的短钢管处的局部示意图。

图7为内置滤布沟强化土地处理生活污水装置的布水管8的开孔示意图。其中：(a)为布水管开孔剖面图，(b)为侧视图。

图中标号：1为表层，2为当地土壤及细砂层，3为细砂层，4为砾石集水层，5为取水样管，6为进水管阀门，7为出水管，8为布水管，9为布水渗滤槽，10为生物陶粒，11为闷板，12为双层开孔竖管，13为滤布管，14为短钢管，15为无纺布，16为管箍，17为法兰，18为螺丝，19排渣阀门。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

实施例1：如图1-图7所示，本系统自上而下依次为表层1，由当地土壤加泥炭土及细砂4∶1组成，为草坪植物的生长层；渗滤层，由当地土壤加细砂(1∶1)2及细砂层3组成，为污水净化的主要作用层；砾石集水层4，在直径为10-16mm砾石集水层设置DN50穿孔出水管7。在土地处理系统渗滤层的土壤加细砂层2中设置厌氧槽，即由不透水塑料板形成的布水渗滤槽9，槽内装填直径10-16mm生物陶粒10，起到生物挂膜和均匀布水的作用，并于其中埋设DN200穿孔的布水管8。布水管8内置滤布管13，滤布管13由滤布加工而成，截留污水中的悬浮颗粒物质，降低土壤堵塞机率；在布水渗滤槽9顶部覆盖可透水的无纺布15，以防止上层土壤下落填入并堵塞生物陶粒10区。

系统中设置有双层开孔竖管12，外层为DN100排水管，内层为DN80排水管，起到落干时拔风增强供氧和分析微生物和填料特性的作用。

穿孔布水管8下半部斜45°开通孔，每隔20mm开一个孔，孔径5mm。

表层1、当地土壤加细砂层2、细砂层3和砾石集水层4的一侧均设有取样水管5，与系统底部的距离依次为760mm，460mm，210mm，60mm。

系统中隔一定间距均设置双层开孔竖管12，外层为DN100排水管，内层为DN80排水管。共三个，每个双层开孔竖管12内层竖管略高于外层，且底部封闭，装填填料。每隔20mm开一个孔，孔径5mm。双层开孔竖管起到落干时拔风增强供氧和分析微生物和填料特性的作用。

滤布管13两端分别通过管箍16固定安装在短钢管14上，短钢管14与闷板11焊接，安装在布水管8上的法兰17与闷板11通过螺丝18连接固定，在闷板11与法兰17之间有橡胶圈，防止漏水。经一段时间运行后，滤布管13需要清洗。清洗时，可以通过排渣阀门19排出污泥，或是卸下闷板11和管箍16，将滤布管13抽出清洗后回装，或换新的滤布管。

本发明的工作过程如下：

生活污水由进水管阀门6进入滤布管13，污水中的悬浮颗粒物等被截留，然后由布水管8位于下半部的通孔流入生物陶粒10布水层，由于生物陶粒10常处于水饱和状态，使水份毛细上升，均匀布水，同时污水有机物与生物陶粒10上的生物膜接触，发生厌氧降解，进一步减少土壤堵塞的可能性。然后穿过无纺布15，在土壤的毛细作用下，进入由草坪及根系层土壤组成的表层1，当地土壤及细砂层2，然后经过细砂层3最后至砾石集水层4的出水管，排出的水为净化水。在上述过程中，水与污染物分离，有机物污染物经过厌氧及好氧生物降解、转化作用而去除，一部分被分解、矿化成氮气和二氧化碳等气体逸散到空气中，一部分被生物利用并合成微生物新细胞；磷主要是通过化学反应和沉淀(与土壤中的钙、铝、铁等离子形成难溶的磷酸盐)、物理化学吸附(土壤中的黏土矿物对磷酸盐的吸附、离子交换、络和吸附)以及植物吸收等方式被去除。氮主要是通过微生物脱氮(氨化、硝化、反硝化)，挥发、渗出(氨在碱性条件下逸出、硝酸盐的渗出)和植物吸收等方式被去除。土壤中的粘土矿物颗粒能吸附水中的中性分子，污水中的各种离子则因离子交换作用被置换吸附并固定在矿物晶格中。污水水中的金属离子能作为中心离子与土壤中的某些组分生成络合物，或生成磷酸盐、碳酸盐等而被沉积于土壤中。总之，污水经过土壤的物理、化学作用和微生物的生化作用以及植物吸收利用后得到处理和净化。植物的生长也极大地改变了污水处理过程的环境条件，由于植物根系深入土壤和增加土壤有机质，既提高了土壤的水力渗透速率，还有助于创造一个良好的植物根区的好氧微环境，有利于微生物对污染物的降解。另双层开孔竖管12改善土地处理系统中的充氧条件，利于有机物的去除和脱氮。滤布管13两端分别通过管箍16固定安装在短钢管14上，短钢管14与闷板11焊接，安装在布水管8上的法兰17与闷板11通过螺钉18连接固定，在闷板11与法兰17之间夹有橡胶圈，防止漏水。经一段时间运行后，滤布管13需要清洗。清洗时，可以通过排渣阀门19排出污泥，或是卸下闷板11和管箍16，将滤布管13抽出清洗后回装，或换新的滤布管。

运行过程中定时从不同深度的取水样管5取水样，研究土地处理系统中不同深度的污水处理情况。另可利用双层开孔竖管12研究微生物和填料特性。