申請日2016.05.17

　　公開(公告)日2016.08.17

　　IPC分類號C02F9/14

　　摘要

　　本發(fā)明屬于環(huán)境工程中的污水處理技術(shù)領(lǐng)域，具體公開了一種無動力高負(fù)荷地下滲濾污水處理復(fù)合系統(tǒng)及方法。所述系統(tǒng)包括自動布水器、高負(fù)荷地下滲濾復(fù)合單元和自動排水器;所述自動布水器和自動排水器均為鐘型無動力虹吸裝置;所述高負(fù)荷地下滲濾復(fù)合單元從上到下依次包括覆蓋層、一次散水‑排氣層、細(xì)濾層、進(jìn)氣層、精濾層、二次散水層、深度處理層和排水層;所述自動布水器通過U型水封管與高負(fù)荷地下滲濾復(fù)合單元的一次散水‑排氣層和二次散水層連通，所述自動排水器與高負(fù)荷地下滲濾復(fù)合單元的排水層連通。本發(fā)明還公開了利用該系統(tǒng)進(jìn)行污水處理的方法。本發(fā)明與傳統(tǒng)無動力地下滲濾系統(tǒng)相比，污水負(fù)荷大幅度提高，且出水水質(zhì)也更好。

　　權(quán)利要求書

　　1.一種無動力高負(fù)荷地下滲濾污水處理復(fù)合系統(tǒng)，其特征在于，包括自動布水器、高負(fù)荷地下滲濾復(fù)合單元和自動排水器;所述自動布水器和自動排水器均為鐘型無動力虹吸裝置;所述高負(fù)荷地下滲濾復(fù)合單元從上到下依次包括覆蓋層、一次散水-排氣層、細(xì)濾層、進(jìn)氣層、精濾層、二次散水層、深度處理層和排水層;所述自動布水器通過U型水封管與高負(fù)荷地下滲濾復(fù)合單元的一次散水-排氣層和二次散水層連通，所述自動排水器與高負(fù)荷地下滲濾復(fù)合單元的排水層連通。

　　2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無動力高負(fù)荷地下滲濾污水處理復(fù)合系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括格柵池和厭氧沉淀池，所述格柵池與厭氧沉淀池連通，所述厭氧沉淀池與自動布水器連通。

　　3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無動力高負(fù)荷地下滲濾污水處理復(fù)合系統(tǒng)，其特征在于，所述自動布水器包括第一排氣-水封管、第一鐘罩、第一U型管、第一底座和第一排氣-安全管;所述自動排水器包括第二排氣-水封管、第二鐘罩、第二U型管、第二底座和第二排氣-安全管。

　　4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無動力高負(fù)荷地下滲濾污水處理復(fù)合系統(tǒng)，其特征在于，所述一次散水-排氣層內(nèi)埋設(shè)有一次布水管和排氣管，排氣管外接無動力風(fēng)機(jī);所述進(jìn)氣層內(nèi)埋設(shè)有進(jìn)氣管;進(jìn)氣管伸出地表，其頂端接透氣帽，透氣帽高出地表10厘米以上;所述二次散水層埋設(shè)有二次散水管;所述自動布水器通過U型水封管與高負(fù)荷地下滲濾復(fù)合單元的一次布水管和二次散水管連通，并且在二次散水管前端裝有球閥調(diào)節(jié)進(jìn)入一次布水管和二次散水管的污水量;所述排水層埋設(shè)有集水排水管，所述自動排水器與排水層的集水排水管連通。

　　5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無動力高負(fù)荷地下滲濾污水處理復(fù)合系統(tǒng)，其特征在于，所述覆蓋層是綠地、旱地或浮土;

　　所述一次散水-排氣層、進(jìn)氣層、二次散水層和排水層均由粒徑為10～40mm的碎石構(gòu)成;

　　所述細(xì)濾層為河砂、沸石和陶粒中的一種或由幾種混合而成;所述細(xì)濾層的飽和透水系數(shù)為0.1～1.0cm/s;

　　所述精濾層設(shè)有2～3個亞層，各亞層分別為河砂、沸石、陶粒、鈣質(zhì)土和砂土中的一種或由幾種混合而成，自上而下各亞層的滲透性依次降低;所述精濾層的飽和透水系數(shù)為0.01～0.2cm/s;

　　深度處理層為陶粒、沸石、鐵質(zhì)碎石和硅質(zhì)碎石中的一種或由幾種混合而成，陶粒和沸石的粒徑為3-10mm，鐵質(zhì)碎石和硅質(zhì)碎石的粒徑為5～10mm。

　　6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無動力高負(fù)荷地下滲濾污水處理復(fù)合系統(tǒng)，其特征在于，所述一次布水管為直徑40～75mm的PVC管，其兩側(cè)和底部開有分布不均勻的散水孔;所述二次散水管為直徑40～75mm的PVC管，其兩側(cè)和底部開有分布不均勻的散水孔;所述排氣管為直徑50～110mm的PVC管，管壁開有通氣孔;所述進(jìn)氣管為直徑50～110mm的PVC管，管壁開有通氣孔;所述集水排水管為直徑50～75mm的PVC管，管壁兩側(cè)開孔，末端敞口。

　　7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無動力高負(fù)荷地下滲濾污水處理復(fù)合系統(tǒng)，其特征在于，所述排水層底部設(shè)有集水溝，所述集水排水管放置在集水溝中;

　　所述無動力風(fēng)機(jī)口徑為110～200mm，其安裝高度大于1米。

　　8.一種利用權(quán)利要求1所述的無動力高負(fù)荷地下滲濾污水處理復(fù)合系統(tǒng)進(jìn)行無動力高負(fù)荷地下滲濾污水處理的方法，其特征在于，具體步驟如下：

　　污水進(jìn)入自動布水器，水位向上升高，升到一定高度時(shí)觸發(fā)鐘型虹吸裝置，通過虹吸作用將污水送入高負(fù)荷地下滲濾復(fù)合單元內(nèi)的一次散水-排氣層與二次散水層;一次散水-排氣層的污水依次向下非飽和滲濾穿過細(xì)濾層和精濾層;

　　當(dāng)一次散水-排氣層的污水依次經(jīng)過細(xì)濾層和精濾層到達(dá)二次散水層后，與二次散水層的布水混合后一起向下滲濾進(jìn)入深度處理層;當(dāng)深度處理層內(nèi)的水位上升到二次散水層頂部時(shí)，自動排水器由于虹吸作用開始向外排水，當(dāng)深度處理層與自動排水器內(nèi)的水位降低到鐘罩底部時(shí)，虹吸被破壞，停止排水。

　　9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的無動力高負(fù)荷地下滲濾污水處理的方法，其特征在于，所述污水在一次散水-排氣層與二次散水層的布水體積比例為1～2:1。

　　10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的無動力高負(fù)荷地下滲濾污水處理的方法，其特征在于，所述污水先依次經(jīng)過格柵池和厭氧沉淀池處理，再進(jìn)入自動布水器。

　　說明書

　　一種無動力高負(fù)荷地下滲濾污水處理復(fù)合系統(tǒng)及方法

　　技術(shù)領(lǐng)域

　　本發(fā)明屬于環(huán)境工程中的污水處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種無動力高負(fù)荷地下滲濾污水處理復(fù)合系統(tǒng)及方法。

　　背景技術(shù)

　　近年來，隨著國家和地方政府對水環(huán)境保護(hù)工作的重視和投入不斷加大，水環(huán)境防治取得了一定成效，但是，我國水污染嚴(yán)重的狀況仍未得到根本性遏制。例如，我國工業(yè)、農(nóng)業(yè)和生活污染排放負(fù)荷大，全國化學(xué)需氧量排放總量為2294.6萬噸，氨氮排放總量為238.5萬噸，遠(yuǎn)超環(huán)境容量;全國地表水國控?cái)嗝嬷�，仍�?.2%喪失水體使用功能(劣于V類)，24.6%的重點(diǎn)湖泊(水庫)呈富營養(yǎng)狀態(tài);不少流經(jīng)城鎮(zhèn)的河流溝渠黑臭等。

　　針對我國水污染的嚴(yán)峻現(xiàn)狀，國務(wù)院在2015年正式發(fā)布了《水污染防治行動計(jì)劃》。該文件強(qiáng)調(diào)了科技支撐的重要性，鼓勵加快研發(fā)前瞻技術(shù)，其中包括生活污水低成本高標(biāo)準(zhǔn)處理技術(shù)。因此，研發(fā)低成本、環(huán)境效益好的生活污水處理技術(shù)是我國的戰(zhàn)略需求，對我國的水環(huán)境污染控制具有重要的意義。

　　污水土地處理系統(tǒng)在降低處理成本上具有獨(dú)特的優(yōu)勢，主要包括污水慢速滲濾、快速滲濾、地表漫流和地下滲濾五種類型。其中，地下滲濾系統(tǒng)因埋于地下，不散發(fā)臭味，不影響景觀，在歐美發(fā)達(dá)國家應(yīng)用廣泛。但是傳統(tǒng)的地下滲濾系統(tǒng)占地面積大，在我國難以推廣應(yīng)用。授權(quán)公告號為CN103641270A和CN102432105B的發(fā)明專利通過間歇式泵提、動力通風(fēng)以及結(jié)構(gòu)優(yōu)化等多種手段，大幅度提高了地下滲濾系統(tǒng)的污水負(fù)荷和出水水質(zhì)，而且與傳統(tǒng)生物技術(shù)相比，能耗非常低，管理維護(hù)簡便，因此適用于村、鎮(zhèn)、度假區(qū)等生活污水的處理。但是，在處理一戶、幾戶居民的生活污水時(shí)(或者日處理幾噸生活污水時(shí))，由于需要購置潛污泵、中壓風(fēng)機(jī)、控制系統(tǒng)等設(shè)備，導(dǎo)致噸水投資太高，因此并不適用。此外，在山區(qū)等地勢有落差、供電不穩(wěn)定的地方，無動力技術(shù)顯然更受歡迎。

　　由于厭氧處理系統(tǒng)無需曝氣供氧，非常便于設(shè)計(jì)成無動力污水處理裝置，因此，很多發(fā)明采用這種方式，例如公告號為CN101613169B的發(fā)明專利。然而，由于有機(jī)物、氨氮的去除均需要消耗氧氣，因此厭氧無動力污水處理裝置的出水水質(zhì)較差，不能達(dá)標(biāo)排放。

　　無動力污水處理裝置的供氧能力是決定系統(tǒng)成敗的關(guān)鍵。傳統(tǒng)地下滲濾如果不采用泵提升方式布水，就是無動力裝置，但是由于供氧受限，負(fù)荷能力很低(一般小于5cm/d)。與連續(xù)布水相比，間歇式布水有助于在地下滲濾內(nèi)部營造干濕交替的環(huán)境和提高其復(fù)氧能力，從而提高系統(tǒng)對需氧污染物的去除效果。歐美等發(fā)達(dá)國家在地下滲濾系統(tǒng)采用虹吸方式間歇式布水，減少了系統(tǒng)能耗和故障率，但是污水負(fù)荷并沒有得到顯著提升。

　　虹吸布水在人工濕地中也有應(yīng)用。授權(quán)公告號為CN201272717Y的實(shí)用新型專利通過設(shè)置倒U型和L型虹吸管，實(shí)現(xiàn)了垂直流人工濕地的間歇式無動力布水。與傳統(tǒng)地下滲濾系統(tǒng)類似，僅靠間歇式布水，復(fù)氧能力有限，還是不能大幅度提高污水負(fù)荷。授權(quán)公告號為CN101671092B的發(fā)明專利，發(fā)明了一種組合潮汐流人工濕地污水處理系統(tǒng)，通過虹吸實(shí)現(xiàn)了間歇式進(jìn)水和排水，在濾料排空過程中吸入氧氣，增大了系統(tǒng)的復(fù)氧能力。但是，在高負(fù)荷條件下，此種供氧方式仍可能不足，另外，底部反硝化區(qū)可能因缺少有機(jī)碳源導(dǎo)致反硝化效果較差。

　　發(fā)明內(nèi)容

　　為解決現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)和不足之處，本發(fā)明的首要目的在于提供一種無動力高負(fù)荷地下滲濾污水處理復(fù)合系統(tǒng)。通過多種技術(shù)手段有效提升了該系統(tǒng)的供氧能力和厭氧區(qū)有機(jī)碳源的供給。該系統(tǒng)不僅無能耗、出水水質(zhì)好，而且能夠長期穩(wěn)定運(yùn)行。

　　本發(fā)明的另一目的在于提供一種利用上述系統(tǒng)進(jìn)行無動力高負(fù)荷地下滲濾污水處理的方法。

　　本發(fā)明目的通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

　　一種無動力高負(fù)荷地下滲濾污水處理復(fù)合系統(tǒng)，包括自動布水器、高負(fù)荷地下滲濾復(fù)合單元和自動排水器;所述自動布水器和自動排水器均為鐘型無動力虹吸裝置;所述高負(fù)荷地下滲濾復(fù)合單元從上到下依次包括覆蓋層、一次散水-排氣層、細(xì)濾層、進(jìn)氣層、精濾層、二次散水層、深度處理層和排水層;所述自動布水器通過U型水封管與高負(fù)荷地下滲濾復(fù)合單元的一次散水-排氣層和二次散水層連通，所述自動排水器與高負(fù)荷地下滲濾復(fù)合單元的排水層連通。

　　所述系統(tǒng)還包括格柵池和厭氧沉淀池，所述格柵池與厭氧沉淀池連通，所述厭氧沉淀池與自動布水器連通。

　　所述格柵池主要是去除垃圾等雜物，所述厭氧沉淀池主要是沉淀大顆粒物質(zhì)及提高污水的可生化性。所述格柵池和厭氧沉淀池可根據(jù)生活污水水質(zhì)狀況加以設(shè)置或者舍去。所述自動布水器和自動排水器均為鐘型無動力虹吸裝置，其功能分別是向高負(fù)荷地下滲濾復(fù)合單元間歇性布水和間歇性將高負(fù)荷地下滲濾復(fù)合單元內(nèi)的水排出。

　　所述自動布水器包括第一排氣-水封管、底部敞口的第一鐘罩、兩側(cè)長短不一的第一U型管、固定第一U型管的第一底座和第一排氣-安全管;所述自動排水器包括第二排氣-水封管、底部敞口的第二鐘罩、兩側(cè)長短不一的第二U型管、固定第二U型管的第二底座和第二排氣-安全管。第一排氣-水封管一端插入第一U型管長端內(nèi)部，插入深度介于第一鐘罩底部和第一U型管短端之間，另一端從第一鐘罩頂部伸出;第一排氣-安全管與第一U型管短端相連通，第一U型管固定在第一底座上;第二排氣-水封管一端插入第二U型管長端內(nèi)部，插入深度介于第二鐘罩底部和第二U型管短端之間，另一端從第二鐘罩頂部伸出;第二排氣-安全管與第二U型管短端相連通，第二U型管固定在第二底座上。

　　所述一次散水-排氣層內(nèi)埋設(shè)有一次布水管和排氣管，排氣管外接無動力風(fēng)機(jī);所述進(jìn)氣層內(nèi)埋設(shè)有進(jìn)氣管;進(jìn)氣管伸出地表，其頂端接透氣帽，透氣帽高出地表10厘米以上;所述二次散水層埋設(shè)有二次散水管;所述自動布水器通過U型水封管與高負(fù)荷地下滲濾復(fù)合單元的上下兩層布水管(即一次布水管和二次散水管)連通，并且在下層布水管(即二次散水管)前端裝有球閥調(diào)節(jié)進(jìn)入上下兩層布水管的污水量;所述排水層埋設(shè)有集水排水管，所述自動排水器與排水層的集水排水管連通。

　　本發(fā)明的一個優(yōu)選方案，其中，所述覆蓋層是綠地、旱地或浮土等。

　　本發(fā)明的一個優(yōu)選方案，其中，所述一次散水-排氣層、進(jìn)氣層、二次散水層和排水層均由粒徑為10～40mm的碎石構(gòu)成。

　　本發(fā)明的一個優(yōu)選方案，其中，所述細(xì)濾層為河砂、沸石和陶粒中的一種或由幾種混合而成;所述細(xì)濾層的飽和透水系數(shù)為0.1～1.0cm/s。

　　本發(fā)明的一個優(yōu)選方案，其中，所述精濾層設(shè)有2～3個亞層，各亞層分別為河砂、沸石、陶粒、鈣質(zhì)土和砂土中的一種或由幾種混合而成，自上而下各亞層的滲透性依次降低;所述精濾層的飽和透水系數(shù)為0.01～0.2cm/s。

　　本發(fā)明的一個優(yōu)選方案，其中，深度處理層為陶粒、沸石、鐵質(zhì)碎石和硅質(zhì)碎石中的一種或由幾種混合而成，陶粒和沸石的粒徑為3～10mm，鐵質(zhì)碎石和硅質(zhì)碎石的粒徑為5～10mm。

　　本發(fā)明的一個優(yōu)選方案，其中，所述一次布水管為直徑40～75mm的PVC管，其兩側(cè)和底部開有分布不均勻的散水孔(近端疏、遠(yuǎn)端密);所述二次散水管為直徑40～75mm的PVC管，其兩側(cè)和底部開有分布不均勻的散水孔(近端疏、遠(yuǎn)端密);所述排氣管為直徑50～110mm的PVC管，管壁開有通氣孔;所述進(jìn)氣管為直徑50～110mm的PVC管，管壁開有通氣孔;所述集水排水管為直徑50～75mm的PVC管，管壁兩側(cè)開孔，末端敞口，此管與自動排水器連接。

　　本發(fā)明的一個優(yōu)選方案，其中，所述排水層底部設(shè)有集水溝，所述集水排水管放置在集水溝中。

　　本發(fā)明的一個優(yōu)選方案，其中，所述無動力風(fēng)機(jī)口徑為110～200mm，其安裝高度一般大于1米;為了增加通風(fēng)效果，根據(jù)系統(tǒng)規(guī)模大小可以設(shè)置數(shù)個無動力風(fēng)機(jī)共同工作;所述無動力風(fēng)機(jī)的主要功能是利用自然風(fēng)和空氣對流的原理對濾料進(jìn)行通風(fēng)換氣。

　　一種利用上述系統(tǒng)進(jìn)行無動力高負(fù)荷地下滲濾污水處理的方法，具體如下：

　　污水(可優(yōu)選先經(jīng)過格柵和厭氧沉淀)進(jìn)入自動布水器，水位向上升高，升到一定高度時(shí)觸發(fā)鐘型虹吸裝置，通過虹吸作用將污水送入高負(fù)荷地下滲濾復(fù)合單元內(nèi)的一次散水-排氣層與二次散水層，送入這兩層的污水量由設(shè)置于二次散水層前端的球閥調(diào)節(jié);一次散水-排氣層的污水依次向下非飽和滲濾穿過細(xì)濾層和精濾層，在此過程中，有機(jī)物被吸附攔截和被土壤微生物分解，NH4+通過硝化作用去除，磷則通過吸附沉淀去除;

　　當(dāng)污水依次經(jīng)過細(xì)濾層和精濾層到達(dá)二次散水層時(shí)，污水中除了主要以硝態(tài)氮存在的氮外，其它污染物大部分已被去除;此時(shí)，該部分水與二次散水管的布水(新鮮污水)混合后一起向下滲濾進(jìn)入深度處理層;當(dāng)深度處理層內(nèi)的水位上升到二次散水層頂部時(shí)，與集水排水管連通的自動排水器由于虹吸作用開始向外排水，當(dāng)深度處理層與自動排水器內(nèi)的水位降低到鐘罩底部時(shí)，虹吸被破壞，停止排水。

　　本發(fā)明的一個優(yōu)選方案，其中，所述一次散水-排氣層與二次散水層的布水體積比例為1～2:1。

　　本發(fā)明方法在深度處理層分別營造了上部濾料間歇性淹水、下部濾料一直淹水(飽和)的環(huán)境，即上部營造了好氧厭氧交替環(huán)境、下部營造了兼性厭氧環(huán)境。這樣設(shè)置一方面可以利用新進(jìn)入的原污水中的有機(jī)物作為反硝化的碳源，提高總氮的去除率，另一方面又能夠使未被利用的有機(jī)物在好氧條件下分解轉(zhuǎn)化，不會因?yàn)槔鄯e而造成堵塞。同時(shí)，殘留的氨氮也能在好氧條件下進(jìn)一步去除。

　　為了保證系統(tǒng)的氧氣供應(yīng)，本系統(tǒng)具有兩種供氧機(jī)制，一種是高負(fù)荷地下滲濾復(fù)合單元的無動力風(fēng)機(jī)供氧機(jī)制，另一種是深度處理層排水復(fù)氧機(jī)制。第一種供氧機(jī)制為：無動力風(fēng)機(jī)安裝在高出地表較高的高度，本身具有一個拔風(fēng)作用，另外在自然風(fēng)或?yàn)V料內(nèi)與室外溫差的作用下，一次散水-排氣層的空氣經(jīng)由無動力風(fēng)機(jī)排出系統(tǒng)，新鮮空氣經(jīng)由進(jìn)氣管進(jìn)入進(jìn)氣層，并向上穿過細(xì)濾層進(jìn)入一次散水-排氣層，從而形成一個循環(huán)，周而復(fù)始的為細(xì)濾層通風(fēng)換氣。同時(shí)精濾層表層也會因自然擴(kuò)散-交換而復(fù)氧。第二種供氧機(jī)制為：深度處理層每次排出多少體積的水，就會從進(jìn)氣層吸入多少體積的新鮮空氣;深度處理層每次的排水深度與精濾層濾料的厚度相當(dāng)，這樣排水過程就是為精濾層復(fù)氧的過程。這兩種供氧機(jī)制有效保證了細(xì)濾層和精濾層的氧氣供應(yīng)，從而保障了系統(tǒng)長期穩(wěn)定運(yùn)行。

　　與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)及有益效果：

　　(1)通過虹吸裝置實(shí)現(xiàn)了高負(fù)荷地下滲濾復(fù)合單元無動力間歇性的進(jìn)水和排水，污水負(fù)荷大幅度提高，且出水水質(zhì)也更好;(2)通過兩層布水增加了系統(tǒng)污水負(fù)荷，同時(shí)為反硝化反應(yīng)提供了有機(jī)碳源;(3)設(shè)置了兩種無動力供氧機(jī)制聯(lián)合為高負(fù)荷地下滲濾復(fù)合單元通風(fēng)換氣，保障了系統(tǒng)氧氣的供給。