人工快速土地滲濾處理系統的製作方法
2023-12-02 17:20:56
專利名稱：人工快速土地滲濾處理系統的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種河流汙水淨化處理技術，特別是涉及採用土地滲濾法去除河 流汙水中有機物和氨氮的系統，屬於汙水土地處理技術領域。
背景技術：
自20世紀70年代以來，由於人口、資源和環境的挑戰給土地處理技術帶來新的機 遇，汙水土地處理已經發展成可替代二級處理甚至深度處理的重要汙水處理途徑之一。汙 水土地處理系統可分為六類，即慢速滲濾處理系統(SR)、快速滲濾處理系統(RI)、地表漫 流處理系統(OF)、汙水溼地處理系統(WL)、地下滲濾土地處理系統(UG)和人工土層快速滲 濾處理系統(ARI)。人工快速土地滲濾系統(CRI)是一種由其中的快速滲濾處理系統發展 而來的汙水土地處理技術，現歸屬於ARI系統，其是指有控制地 將汙水投配到人工構築的 土地滲濾介質表面，使其在從上向下滲透的過程中經歷不同的物理、化學和生物作用，最終 達到汙水淨化的目標，其核心是採用了滲透性能較好的沙子、陶粒等為主要滲濾介質來代 替天然土層，從而大大提高了水力負荷(l-3m3/d)，增強了實用性。其目的是為了提高系統 的處理負荷，從而提高單位面積上汙水的處理能力。儘管人工快速滲濾系統在河流汙水資源化中的研究雖已有報導，但其實際應用仍 處於起步階段。河流汙水相對於工業廢水、生活汙水而言，汙染物和有機物濃度較低，成分 也有所不同，這些都對傳統人工快速滲濾系統處理效果造成一定影響。例如，系統對汙染物 的去除主要還是依靠填料介質表面微生物的降解作用，而微生物的生長繁殖需要足夠的營 養物質，一般汙水有機物濃度含量高，碳源充足，但河流汙水有機物濃度相對較低，營養不 足可能會影響微生物的繁殖生長，從而影響處理效果。同時，河流水質隨季節和氣候影響較 大，水質很不穩定，一直處於變化狀態，給處理效果的穩定性又增加了難度。因此，常規的高 效水處理技術由於針對性和適用性不足，在很多情況下並不能適應低濃度汙染水體的處理 需求。靈活選擇合適工藝和運行條件，並因地制宜的適應目標河流水質特點，是在河流水質 淨化工藝中發揮人工快速滲濾系統的最佳效能和達到最佳處理效果的有效途徑。
實用新型內容本實用新型的目的在於克服現有人工快速滲濾系統技術的水力負荷在對河流汙 水資源化過程中針對性和適用性不強的不足，提供一種人工快速土地滲濾處理系統。為此，本實用新型提供一種人工快速土地滲濾處理系統，其包括進水泵1、調節池2、流量計3、滲濾池4和集水池5 ；該進水泵的入口 11通過管道與河流水域連接，進水泵的出口 12通過管道與調節 池的入水口 21連接；該調節池頂部具有入水口 21，底部具有出水口 22 ；該調節池的出水口 22通過管道與流量計的入口 31連接，該流量計的出口 32通過 管道與滲濾池入水口 41連接；[0010]該滲濾池頂部具有入水口 41，該入水口連接布水裝置42 ；該滲濾池內採用沙 子以及至少一種選自沸石和火山巖為填料43;其中當填料為沙子和沸石時，沙子的體 積佔50% -85%，沸石的體積佔15% -50% ；當填料為沙子和火山巖時，沙子的體積佔 50% -85%，火山巖的體積佔15% -50% ；當填料為沙子、沸石和火山巖三種時，沸石的體積 佔7% -25%，火山巖的體積佔7% -25%，其餘為沙子；該填料底部埋設集水管44，該集水 管出口 45通過管道與集水池入水口 51連接；該集水池具有入水口 51和出水口 52，且入水口 51位置高於出水口 52，該集水池 的出水口通過管道與下遊河流水域連接。如上所述的人工快速土地滲濾處理系統，其中該填料的厚度優選為l_4m。如上所述的人工快速土地滲濾處理系統，其中沸石或火山巖的粒徑優選為4_6mm。如上所述的人工快速土地滲濾處理系統，其中該布水裝置42可以是相互平行且 等距布置於滲濾池頂部的複數個布水管，每個布水管下部具有均勻分布的複數個出水孔， 該出水孔的孔徑優選為2-10mm，孔間距優選為5-20cm。如上所述的人工快速土地滲濾處理系統，其中該集水管44可以是相互平行且等 距布置於滲濾池底部的若干個集水管組成，每個集水管上部具有均勻分布的複數個入水 孔，其入水孔的孔徑優選為2-10mm，孔間距優選為5-20cm。如上所述的人工快速土地滲濾處理系統，其中該調節池出水口 22的位置優選高 於所述滲濾池入水口 41，且所述滲濾池出水口 45的位置高於所述集水池的入水口 51。本實用新型的有益效果在於(1)考慮天然沙子粒徑較小，水力負荷低的不足，採用大粒徑的沸石和火山巖作為 滲濾池的填料能提高水力負荷。沸石和火山巖都是多孔穴結構，比表面積大，有利於微生物 的附著生長及汙染物的吸附。其中，沸石是一種架狀結構的多孔穴和通道的矽鋁酸鹽，具有 巨大的比表面積(400 800m2/g)，有良好的吸附、交換性能，可為理想的生物載體並能有效 提高磷的去除率；火山巖(俗稱浮石)是火山爆發後由火山玻璃、礦物與氣泡形成的珍貴的 多孔形石材，抗腐蝕，具有惰性，親水性強，表面帶正電荷，有利於生物降解，具有良好的氨 氮去除效果。(2)採用本實用新型的裝置，水力負荷適用範圍為l-6m3/m2d，化學需氧量(CODj 去除率可達到60-70%，氨氮(NH3-N)的去除率可達到97-99%，總氮(TN)和總磷(TP)的 去除率均可達到30-50%。(3)本實用新型的裝置適用於河流汙水的原位處理，系統佔地面積、處理規模和投 資較小，設備簡單、操作管理方便且無二次汙染。
圖1為本實用新型一種優選實施方案的人工快速土地滲濾處理系統裝置示意圖。圖2為本實用新型一種優選實施方案中滲濾池的布水管結構示意圖。圖3為本實用新型一種優選實施方案中滲濾池的集水管結構示意圖。
具體實施方式
在本實用新型的優選實施方式中，如圖1所示，CRI系統包括進水泵1、調節池2、流量計3、滲濾池4和集水池5。首先河流汙水經水泵抽水進入前置高位調節池1，由於河水長期處於流動狀態，使水中沉降性能較好的懸浮顆粒長期處於懸浮狀態，這部分懸浮物通過沉降在調節池底部形 成淤泥，經此處理的汙水滲濾速度得以提高，並防止滲濾池填料層堵塞，減輕滲濾池汙染負 荷。河流汙水經調節池1的初步處理後，進入滲濾池4進行快速滲濾處理。滲濾池4中 填料的性能和用量為影響汙水淨化效果的關鍵因素。為提高系統的水力負荷，針對河流水 質汙染物和有機物濃度較低的特點，本實用新型的滲濾池4中選擇沙子、火山巖和沸石作 為填料，該填料吸附性能好，能為微生物的附著生長提供大量的比表面積；使汙水以液膜狀 態流過生物膜；有足夠的孔隙率，透氣性好(即保證氧的供給)；有較好的化學穩定性；對 微生物的生長無不利影響；且有一定的機械強度；原料廣泛，價廉易得。通常填料中火山巖 或沸石的含量越多淨化效果越好，考慮河流汙水的普遍汙染狀況，火山巖或沸石在填料中 含量至少為15%，可根據淨化水質的要求適當調節填料中各組分的配比。濾層厚度的厚度是影響淨化效果的另一個因素。一般情況下，濾層厚度越大，系統 的納汙能力越強，水力停留時間也越長，系統的出水水質就會越好；然而，濾層厚度越大，工 程實際中的投資費用也越高。本實用新型的研究者研究了汙染物在系統中淨化效果隨深度 變化的規律，將濾層厚度確定為l_4m，優選為約2m。
以下結合附圖和具體實施例對本實用新型進行進一步詳細說明。實施例1 如圖1所示為本實用新型的一種優選實施方式，該人工快速土地滲濾處理系統可 設置在江河水域岸邊，其包括進水泵1、調節池2、流量計3、滲濾池4和集水池5 ；其中進水 泵的入口 11通過管道與河流水域連接，進水泵的出口 12通過管道與調節池的入水口 21連 接；調節池採用磚砌結構，地上式，尺寸為長4m、寬3m、深2m，有效容積為24m3，其頂 部具有入水口 21，底部具有出水口 22 ；調節池的作用主要是利用高度差，使入水實現自流 的方式供水，同時它還起到了去除部分可沉澱物質，防止滲池堵塞的作用。調節池的出水口 22通過管道與流量計的入口 31連接，採用PVC管流量計，量程 0. 25-2. 5m3/h，流量計的出口 32通過管道與滲濾池入水口 41連接；滲濾池為磚砌水泥構築立方體結構，半地下式，尺寸為長2m、寬2m、深2m，有效容 積為8m3 ；其頂部具有入水口 41，入水口連接布水裝置42 ；如圖2所示，該布水裝置42為相 互平行且等距布置於滲濾池頂部的複數個布水管48，該布水管間通過管道相互連通，每個 布水管下部具有均勻分布的複數個出水孔46，該出水孔分布在與水管斷面中垂線成45度 角方向，該出水孔46的孔徑為10mm，孔間距為15cm ；滲濾池內採用體積比為3/1的沙子和 火山巖作為填料43，火山巖的粒徑為4-6mm，填料厚度為2m ；該填料底部埋設集水管44，如 圖3所示，該集水管為相互平行且等距布置於滲濾池底部的若干個水管49組成，在與水管 斷面中垂線成45度角的側上方設置複數個入水孔47，孔徑為10mm，孔間距為15cm ；集水管 出口 45通過管道與集水池入水口 51連接；集水池為箱型結構，地下式，具有入水口 51和出水口 52，該入水口 51的位置高於 出水口 52，集水池的出水口通過管道與下遊河流水域連接。[0035]上述的人工快速土地滲濾處理系統中調節池出水口 22的位置高於滲濾池入水口 41，且滲濾池出水口 45的位置高於集水池的入水口 51。應用上述裝置處理北京地區某實驗河段的汙染河水。預先採用河水自然掛膜的方 式進行了微生物培養，採用淹水12h、落幹12h的培養方式進行生物培養馴化，河水自然培 養馴化所需時間約40天。經過此階段後，開始對河流汙水進行淨化處理，首先河流汙水經 進水泵1抽水進入調節池2，並停留沉降0. 5h，經調節池2預處理後的汙水通過布水管42 布水，並以自流方式進入滲濾池4內，經12h淹水期和12h落幹期，滲濾液經滲濾池4底部 的集水管44收集注入集水池5，最後出水入河。各池進水量由流量計控制。對滲濾池4進出水C0D&、NH3-N, TN和TP指標進行短期系統監測，監測期共為20 天，監測間隔為2-3天。分析方法C0D&、NH3-N, TN、TP 儀器法，德國WTW-可攜式檢測儀。監測結果表明，該系統的水力負 荷為6m3/m2d時，人工快速土地滲濾處理系統的水 質淨化效果為C0D&的平均去除率為64. 7%, NH3-N的平均去除率為97. 1%，TN的平均去 除率為31.8%，TP的平均去除率為44.9%。實施例2 應用實施例1所述的人工快速土地滲濾處理系統，其中採用體積比3/1的天然河 沙和沸石為滲濾池4的填料，沸石的粒徑為4-6mm，填料厚度為4m。應用該裝置處理北京地區某實驗河段的汙染河水。預先採用河水自然掛膜的方式 進行了微生物培養，採用淹水72h、落幹72h的培養方式進行生物培養馴化，河水自然培養 馴化所需時間約80天。經過此階段後，開始對河流汙水進行淨化處理，首先河流汙水經進 水泵1抽水進入調節池2並停留沉降5h，經調節池2預處理後的汙水通過布水管42布水， 並以自流方式進入滲濾池4內，經72h淹水期和72h落幹期，滲濾液經滲濾池4底部的集水 管44收集注入集水池5，最後出水入河。各池進水量由流量計控制。對滲濾池4進出水C0D&、NH3-N, TN和TP指標進行短期系統監測，監測期共為20 天，監測間隔為2-3天。分析方法C0D&、NH3-N, TN、TP 儀器法，德國WTW-可攜式檢測儀。監測結果表明，該系統的水力負荷為lm3/m2d時，人工快速土地滲濾處理系統的水 質淨化效果為C0D&的平均去除率為58. 2%, NH3-N的平均去除率為98. 6%, TN的平均去 除率為40. 8%，TP的平均去除率為34. 5%。實施例3 應用實施例1所述的人工快速土地滲濾處理系統，其中採用體積比6 1 1的 天然河沙、沸石和火山巖為滲濾池4的填料，沸石和火山巖的粒徑均為4-6mm，填料總厚度 為lm。應用該裝置處理北京地區某實驗河段的汙染河水。預先採用河水自然掛膜的方式 進行了微生物培養，採用淹水24h、落幹24h的培養方式進行生物培養馴化，河水自然培養 馴化所需時間約60天。經過此階段後，開始對河流汙水進行淨化處理，首先河流汙水經進 水泵1抽水進入調節池2並停留沉降2h，經調節池2預處理後的汙水通過布水管42布水， 並以自流方式進入滲濾池4內，經24h淹水期和24h落幹期，滲濾液經滲濾池4底部的集水 管44收集注入集水池5，最後出水入河。各池進水量由流量計控制。[0049]對滲濾池4進出水C0D&、NH3-N, TN和TP指標進行短期系統監測，監測期共為30 天，監測間隔為3-4天。分析方法C0D&、NH3-N, TN、TP 儀器法，德國WTW-可攜式檢測儀。 監測結果表明，該系統的水力負荷為4m3/m2d時，人工快速土地滲濾處理系統的水 質淨化效果為C0D&的平均去除率為60. 2%, NH3-N的平均去除率為97. 1%，TN的平均去 除率為49. 5%，TP的平均去除率為44. 5%。
權利要求一種人工快速土地滲濾處理系統，其特徵在於其包括進水泵(1)、調節池(2)、流量計(3)、滲濾池(4)和集水池(5)；該進水泵的入口(11)通過管道與河流水域連接，進水泵的出口(12)通過管道與調節池的入水口(21)連接；該調節池頂部具有入水口(21)，底部具有出水口(22)；該調節池的出水口(22)通過管道與流量計的入口(31)連接，該流量計的出口(32)通過管道與滲濾池入水口(41)連接；該滲濾池頂部具有入水口(41)，該入水口連接布水裝置(42)；該滲濾池內具有填料(43)；該填料底部埋設集水管(44)，該集水管出口(45)通過管道與集水池入水口(51)連接；該集水池具有入水口(51)和出水口(52)，且入水口(51)位置高於出水口(52)，該集水池的出水口通過管道與下遊河流水域連接。
2.根據權利要求1所述的人工快速土地滲濾處理系統，其特徵在於所述填料的厚度 為 l_4m。
3.根據權利要求2所述的人工快速土地滲濾處理系統，其特徵在於所述布水裝置 (42)為相互平行且等距布置於滲濾池頂部的複數個布水管，每個布水管下部具有均勻分布 的複數個出水孔。
4.根據權利要求3所述的人工快速土地滲濾處理系統，其特徵在於所述集水管(44) 為相互平行且等距布置於滲濾池底部的若干個集水管組成，每個集水管上部具有均勻分布 的複數個入水孔。
5.根據權利要求4所述的人工快速土地滲濾處理系統，其特徵在於所述調節池出水 口(22)的位置高於所述滲濾池入水口(41)，且所述滲濾池出水口(45)的位置高於所述集 水池的入水口(51)。
專利摘要本實用新型涉及一種人工快速土地滲濾處理系統。該處理系統由進水泵、調節池、流量計、滲濾池、集水池、進入滲濾池的布水管和流出滲濾池的集水管組成；其中進水泵的入口通過管道與河流水域連接，進水泵的出口與調節池的入水口連接；調節池的出水口通過管道與流量計的入口連接，流量計的出口通過管道與滲濾池入水口連接；滲濾池頂部具有入水口，該入水口連接布水裝置；滲濾池內採用沙子以及至少一種選自沸石和火山巖為填料；填料底部埋設集水管，集水管出口通過管道與集水池入水口連接；集水池具有入水口和出水口，且入水口位置高於出水口，集水池的出水口通過管道與下遊河流水域連接。
文檔編號C02F3/10GK201729712SQ200920274769
公開日2011年2月2日 申請日期2009年12月17日 優先權日2009年12月17日
發明者劉操, 廖日紅, 李其軍, 樓春華, 馬寧, 黃贇芳 申請人:北京市水利科學研究所