高效防堵土壤生物廢水處理裝置的製作方法

2023-09-22 00:28:40 4

專利名稱：高效防堵土壤生物廢水處理裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於廢水處理裝置，主要是用於生活汙水和能夠採用活性汙泥法處理的工業有機廢水的處理裝置。
背景技術：
土壤中含有大量微生物，它們在土壤中進行的生物地球化學作用可以分解有機物。利用土壤微生物對有機物的分解性能進行廢水處理早已引起人們的極大關注。相關的研究工作開始於20世紀50年代，並且從70年代末開始在歐美和日本用於生活廢水處理。其基本方法是將經過化糞池排出的生活廢水通過埋在地下的散水管均勻分布於一定面積的土壤中，廢水在土壤上部飽氣帶向下滲透的同時，其中的有機物被好氧細菌分解成無害物質(圖1)。其優點是建設成本低，維持管理費不到常規活性汙泥法的10％(甚至不需要維持管理)，對BOD和COD的淨化率可達到95％以上，廢水處理系統之上的土地可用作旱地種植蔬菜等作物或作為花圃、草坪等綠化用地，是一種既有經濟效益，又有生態效益的汙水處理方法。到目前為止，美國有超過三分之一的生活廢水採用滲濾土壤生物地球化學方法處理，該廢水處理方法在日本、加拿大和歐洲也被廣泛應用。
在實際應用中，由於廢水中顆粒有機物的存在，傳統的土壤生物處理方法往往出現較嚴重的土壤堵塞現象，沿著散水管普遍出現局部範圍的積水，甚至出現大範圍的積水。由於好氧細菌代謝分解有機物需要消耗大量氧氣，而傳統處理系統中的氧氣是依靠從地表向飽氣帶的擴散作用提供，因此，土壤堵塞不僅大大降低土壤滲透性，而且積水的出現大大降低氧氣向飽氣帶的擴散速率(由於氧在水中的溶解度和擴散速率均很小)，從而降低系統的廢水處理效率，甚至喪失其廢水處理功能。向土壤供水和散水不均勻也會導致局部積水，降低系統的效率。此外，在該汙水處理系統中，有機質的好氧細菌分解作用主要發生在地下40-70cm處，由於垂直擴散供氧緩慢，傳統的土壤廢水系統效率低下(每天處理一噸生活廢水需要約40m2甚至上百平方米的土地面積)，並且要保持地面的透氣功能(不能是大面積被水泥澆注的路面或球場)，因而使該方法目前仍僅用於居住較分散的單個家庭的生活廢水處理。
綜上所述，利用土壤的生物地球化學淨化作用處理生活廢水是一種既有經濟效益，又有生態效益的汙水處理方法，但傳統的方法處理效率很低，系統穩定性差，適用範圍小。本發明的目的是採用多層過渡界面防堵塞；採用空氣通道與高滲透性夾層聯合供氧大大提高系統的供氧能力，從而提高系統的廢水處理效率和系統的穩定性，使之適用於城鎮小區生活廢水和工業有機廢水的處理。

發明內容
本實用新型主要通過改變系統結構和改善供氧來分散顆粒有機物並提高其分解速率。具體方法是採用由礫石層(4)→砂層(5)→砂土層(6)→土層(7)→用於排水的礫石層(9)的多層結構，使顆粒有機物分散於多個界面上，所需氧氣除了來自地表的垂直擴散外，更主要的是由高滲透性供氧層(8)提供(附圖1)，可大大加速顆粒有機物的分解，維持土壤的滲透性。因此本實用新型設計了高滲透性供氧層(8)與高滲透土壤層(7)聯合供氧。在該裝置中，氧氣供給主要是依靠終端與地表連通的空氣通道(11)，通過高滲透性供氧層(8)來完成。這一裝置不僅可以使系統的廢水處理效率提高數倍至數十倍，而且即使由於散水不均勻使系統出現局部積水，也不會明顯影響裝置的功能，提高了系統的穩定性。


附圖1 高效防堵土壤生物廢水處理裝置截面示意圖；圖中1-厭氧池， 2-廢水分配箱，3-散水管， 4-礫石層，5-砂層， 6-砂土層，7-土壤(或改善了滲透性的土壤)，8-高滲透性供氧層，9-空氣通道，10-礫石層， 11，回收井，
12-地面。
以下結合附圖對本實用新型做進一步的描述本實用新型所述的高效防堵土壤生物廢水處理裝置，全部安裝在地面下，由厭氧池(1)、廢水分配箱(2)、散水管(3)和從地面向地下深層的防堵塞的多層過渡界面礫石層(4)、砂層(5)、砂土層(6)、和土壤(或改善了滲透性的土壤)層(7)組成，為了加強氧氣的通量，在土壤(或改善了滲透性的土壤)層(7)的下層還設計了具有空氣通道(9)的高滲透性供氧層(8)，高滲透性供氧層(8)的下層設有用於排水的礫石層(10)，另外在地面下多層過渡界面側面還設有儲存廢水的回收井(11)。
地面上的生活廢水經過厭氧池(1)將其中的二氧化碳氣體和甲烷等氣體釋放掉，然後進入廢水分配箱(2)和散水管(3)釋放二氧化碳，進入多層結構的礫石層(4)，砂層(5)，砂土層(6)和土壤(或改善了滲透性的土壤)層(7)，進入由空氣通道(9)提供氧氣的高滲透性供氧層(8)，經過最後一層的礫石層(10)進行排水，完成淨化工作，經過處理的水進入儲水和排水裝置回收井(11)儲存或排出。
本實用新型的效果及可行性在飽氣帶中的氧氣供應充足的情況下，廢水中有機質的分解也需要一定的時間。假設水力坡度為1，飽氣帶的飽和水滲透能力(飽和達西流速)為w噸/m2/天，飽氣帶厚度為h(米)，土壤的有效空孔隙率為x％，則在飽和條件下廢水穿過飽氣帶所需時間為t=hwx%]]>(天)根據中國放射防護研究院對我國北方黃土的滲透性試驗研究結果，當水力坡度為1，w＝0.04噸/m2/天時，x＝25。雖然滲透係數與土壤結構等多種因素有關，但總體上來看，w與x之間呈正相關關係。一般情況下，當w＞0.2時，x＞30。設h＝0.5米，w＝0.3噸/m2/天，則x＞30，t＞12小時。依照前面所建議的p與t的關係，該系統的廢水處理效率超過0.25噸/m2/天是完全可能的。假設某生活小區每戶平均廢水排放量為0.6噸/天，則100戶的廢水排放量為60噸/天。如果土壤系統的廢水處理效率為0.2噸/m2/天，則需要300m2的土地面積；如果系統的廢水處理效率為0.3噸/m2/天，則僅需要200m2的土地面積。這些土地的表面可用於綠化、道路或球場，甚至可以是樓下架空的停車位等。這在許多城鎮生活小區都是可行的。
工業汙水的特點是廢水排放量較大。假設某工廠每天排放工業廢水200噸，經絮凝沉澱或過濾，其需氧量為400g/l(低於生活廢水)，設系統的廢水處理效率為0.25噸/m2/天，所需土地面積為800m2，相當於一個小型花園和一個籃球場的面積(可以建2-3個較小的系統)，這在許多情況下都是可行的。
實施例本實用新型所述的裝置全部安裝在地面以下，由厭氧池(1)、廢水分配箱(2)、散水管(3)和從地面向地下深層的防堵塞的多層過渡界面礫石層(4)、砂層(5)、砂土層(6)、和土壤(或改善了滲透性的土壤)層(7)組成，為了使廢水均勻分散於土壤系統中，我們建議散水管長度約20米，一般不超過30米；散水管間距約1米，一般不超過1.5米。為了提高廢水的處理效率，保證系統的穩定性，並且儘可能降低工程成本，建議使用如下參數空氣通道間距5-6米防堵結構層厚度砂層3-5cm；砂土層3-5cm廢水穿過土壤層所需時間t≥8小時高滲透性供氧層平均厚度6-8cm
權利要求1.一種高效防堵土壤生物廢水處理裝置，該裝置全部安裝在地面以下，用多層過渡界面防堵塞；採用空氣通道與高滲透性夾層聯合供氧的方法，其特徵在於該裝置是一多層過渡界面結構，從地面向下依次採用由礫石層(4)→砂層(5)→砂土層(6)→土層(7)→礫石層(10)的多層過渡界面，及高滲透性供氧層(8)組成。
2.根據權利要求1中所述的高效防堵土壤生物廢水處理裝置，其特徵在於該裝置在多層界面側面設有儲水和排水裝置回收井(11)。
3.根據權利要求1中所述的高效防堵土壤生物廢水處理裝置，其特徵在於所述的高滲透性供氧層(8)還設有空氣通道(9)。
4.根據權利要求1中所述的高效防堵土壤生物廢水處理裝置，其特徵在於該裝置還設有生活汙水經過的厭氧池(1)，廢水分配箱(2)，和使廢水分布均勻的散水管(3)。
專利摘要本實用新型屬於廢水處理裝置，主要是生活汙水和能夠採用活性汙泥法處理的工業有機廢水的處理裝置。利用土壤微生物對有機物的分解性能進行廢水處理，其方法的優點是建設成本和維持管理費用低，廢水處理系統之上的土地可用作旱地種植蔬菜等作物或作為花圃、草坪等綠化用地，是一種既有經濟效益，又有生態效益的汙水處理方法。但傳統的方法處理效率很低，系統穩定性差，適用範圍小。本實用新型提供一種多層過渡界面防堵塞；空氣通道與高滲透性夾層聯合供氧的裝置，系統的廢水處理效率和穩定性較高，適用於城鎮小區生活廢水和工業有機廢水的處理。
文檔編號C02F3/00GK2646136SQ20032011686
公開日2004年10月6日 申請日期2003年10月9日 優先權日2003年10月9日
發明者陳繁榮 申請人:中國科學院廣州地球化學研究所