零能耗土地吸附床汙水處理系統及方法

2023-10-07 01:18:29 1

專利名稱：零能耗土地吸附床汙水處理系統及方法
技術領域：
本發明涉及一種化糞池汙水就地滲濾處理系統及方法，適用於鄉村、別墅、度假村等分散居住區的汙水就地處理，屬於汙水處理技術領域。
背景技術：
隨著農村連片整治以及度假村旅遊業的發展，遠離城市的分散居民區的生活汙水治理越來越受到人們的關注。由於各片區比較分散，以及鄉村地勢複雜多變，汙水處理難以採取建立集中式管網收集體系和大型汙水處理廠的方式。一般採用分散式汙水處理的方式。目前分散式汙水處理通常採用的工藝主要有活性汙泥法的氧化溝工藝、延時曝氣工藝、序批式活性汙泥法及其變形工藝；生物膜法的生物轉盤、接觸氧化及生物濾池工藝，以及溼地、穩定塘等自然處理工藝。分散式汙水處理系統可以克服集中式處理的許多不便之處，這種方式具有以下優點:不依賴於複雜的基礎設施(如大規模供電供水系統)，受外界影響小；系統自主建設，運行和維護管理比較方便；不易受到不可預知的人為破壞；可應用於各種場合和規模；處理後汙水易於進行回用。尤其在我國，經濟還不是特別發達，力求資源的節省和回收利用，達到保護環境的目的，運用分散式汙水處理系統能較低成本的達到所需目的。但同大城市汙水處理相比，分散居民區汙水處理面臨的主要問題有:I)設備運行不平穩，出水難達標；2)相對昂貴的建設費用；3)與農村生活水平相比較，運行費用較高；4)缺乏專人值守，運行和維護水平較低；5)汙泥抽吸處理與處置不當。

發明內容
本發明所要解決的技術問題是針對現有技術存在的問題，提供一種經濟有效的分散居民區生活汙水的處理系統和方法。為解決這一技術問題，本發明提供了一種零能耗土地吸附床汙水處理系統，包括汙水集水池、自動虹吸系統、布水系統、呼吸管、土地吸附床淨化系統和集水系統，自動虹吸系統置於汙水集水池中與布水系統通過管道連接，布水系統埋於土地吸附床淨化系統的上部，呼吸管一端與布水系統連接，另一端暴露於地面之上，集水系統設置於土地吸附床淨化系統的底部。所述自動虹吸系統包括設於汙水集水池中的虹吸管、虹吸罩、導氣管和過濾罩，所述虹吸管為U型結構，其一端為進水端，另一端折彎後與T型管連接，T型管的垂直端高於高水位為溢流管，水平端與布水系統連接；虹吸罩為一下底開口的圓柱體，倒置在虹吸管的進水端；導氣管為兩端長度不同的倒置U型結構，其長端穿過虹吸罩的罩底插入虹吸管的進水端；虹吸罩外罩過濾罩。所述的布水系統由一支或多支並聯的布水管構成，該布水管上設置有均勻密布的噴水孔； 所述土地吸附床淨化系統由多級功能性滲濾層組成，自下而上依次為:防滲層、200 300mm的集水層、1200 1800mm的複合滲濾層、200 500mm的生物處理層、300 500mm的布水層和500 800mm的綠化植被層。所述在虹吸管和虹吸罩之間設置有支撐筋。所述防滲層為不透水的防滲材料製成，可以是混凝土結構、或是塑料隔離層、或玻璃鋼製品。所述集水層由直徑為0.5 IOmm的碎石組成。所述複合滲濾層由人工合成具有固磷脫氮催化活性的無機材料構成，可以是粉煤灰、粉碎爐渣、燒結陶瓷粉和人工土壤以一種或幾種複合而成，或是以生產聚合氯化鋁的廢渣、生石灰、粉煤灰、粘結劑為原料，經混合、熟化、烘乾、造粒、焙燒、粉碎後等到的合成材料。

所述生物處理層由生物載體材料和活性汙泥生物菌種組成。所述布水層由直徑約10 50mm的礫石組成，布水管包埋在礫石中，該布水層的上部設置防滲層。所述集水系統包括集水管和清水集水池，清水集水池通過集水管與土地吸附床淨化系統底部的集水層連通。本發明還提供了一種零能耗土地吸附床汙水處理方法，包括以下處理步驟:
O經過化糞池發酵處理的汙水自流進入汙水集水池；
2)汙水集水池的液位上升，當上升到高水位時,在重力作用下,液體透過過濾罩經虹吸管進入地埋式布水管，同時液位下降；
3)在自然水位差的壓力下，地埋式布水管上面的噴孔自動均勻噴水；
4)當汙水集水池的水位降低到低液位時，虹吸管內進入空氣，自動停止排水；
5)地埋式布水管噴出的水自上而下依次通過生物處理層、複合滲濾層而慢慢滲入到底層的集水層；
6)在集水層，經過淨化的水通過集水管自流進入清水集水池；
7)清水集水池的水可以達標排放，也可以作為二次水用於林園或農田澆灌。有益效果:本發明埋植於地下，具有佔地表面積少、投資低、運行管理簡單、運行費用低，通過間歇式布水，實現了布水均勻、空氣呼吸交換的效果。在複合生物載體中細菌代謝和載體催化的聯合作用下，氮磷去除能力強、處理水質好，出水達到國家《城鎮汙水處理廠汙染物排放標準》中一級A標準(GB18918-2002)的排放要求。


圖1為本發明的剖面結構示意 圖2為本發明的自動虹吸系統結構示意 圖3為本發明的布水管結構示意圖。圖中:I汙水集水池、2自動虹吸系統、3綠化植被層、4布水管、5呼吸管、6布水層、7生物處理層、8複合滲濾層、9集水層、10集水管、11防滲層、12清水集水池、13過濾罩、14導氣管、15罩底、16支撐筋、17虹吸罩、18溢流管、19虹吸管；a高液位、b低液位。
具體實施例方式本發明是在分散居民區的三格化糞池的基礎上，進行延續汙水的深度淨化處理系統及其處理方法。下面結合附圖對本發明做具體描述。圖1所示為本發明的剖面結構示意圖。本發明包括汙水集水池1、自動虹吸系統2、布水系統、呼吸管5、土地吸附床淨化系統和集水系統，自動虹吸系統2置於汙水集水池I中與布水系統通過管道連接，布水系統埋於土地吸附床淨化系統的上部，呼吸管5 —端與布水系統連接，另一端暴露於地面之上，集水系統設置於土地吸附床淨化系統的底部。圖2所示為本發明的自動虹吸系統結構示意圖。所述自動虹吸系統2包括設於汙水集水池中的虹吸管19、虹吸罩17、導氣管14和過濾罩13，所述虹吸管19為U型結構，其一端為進水端，另一端折彎後與T型管連接，T型管的垂直端高於高水位為溢流管 18，水平端通過管道與地埋式布水系統連接；所述虹吸罩17為一下底開口的圓柱體，其上底密封，倒置在虹吸管19的進水端；所述導氣管14為兩端長度不同的倒置U型結構，其長端穿過虹吸罩17的罩底15插入虹吸管19的進水端，用來調節虹吸罩內的壓力；虹吸罩17外罩過濾罩13，用來阻隔大型懸浮物；所述在虹吸管19和虹吸罩17之間設置有支撐筋16。自動虹吸系統2可以間歇式流出汙水，以保證布水管4布水時處於充滿狀態，達到均勻布水的目的，同時布水時也可以將空氣帶入，以滿足生物代謝的需求。圖3所示為本發明的布水管結構示意圖。所述的布水系統由一支或多支並聯的布水管4構成，所述布水管4上設置有均勻分布的噴水孔，管道排列可以根據地形布置成一排或多排。布水管4布置於表面土層以下約0.5 0.8米的布水層6中。布水系統的布水管4通過管道與虹吸管19相連，通過虹吸管19間歇式運轉，其布水和停止的動力來自於液位差。所述土地吸附床淨化系統由多級功能性滲濾層組成，汙水通過多層滲濾，在複合多元微生物的作用下，實現汙水淨化，自下而上依次為:防滲層11、200 300mm的集水層9、1200 1800mm的複合滲濾層8、200 500mm的生物處理層7、300 500mm的布水層6和500 800mm的綠化植被層3。所述防滲層11為不透水的防滲材料製成，可以是混凝土結構、或是塑料隔離層、或玻璃鋼製品。所述集水層9由直徑為0.5 IOmm的碎石組成。所述複合滲濾層8由人工合成具有固磷脫氮催化活性的無機材料構成，可以是粉煤灰、粉碎爐渣、燒結陶瓷粉和人工土壤以一種或幾種複合而成，或是以生產聚合氯化鋁的廢渣、生石灰、粉煤灰、粘結劑為原料，經混合、熟化、烘乾、造粒、焙燒、粉碎後等到的合成材料。所述生物處理層7由生物載體材料和活性汙泥生物菌種組成。所述布水層6由直徑約10 50mm的礫石組成，布水管4包埋在礫石中，該布水層6的上部設置防滲層11。土地吸附床淨化系統的最上層為500 800mm的綠化植被層，可以種植綠化植物。
所述集水系統包括集水管10和清水集水池12，清水集水池12通過集水管10與土地吸附床淨化系統底部的集水層9連通。
所述的集水系統的底部材質為不透水的防滲材料，可以是混凝土結構，也可以是塑料隔離層或玻璃鋼製品。汙水通過多層過濾床後，被防滲層11阻止，在礫石間隙中，淨化水通過自流聚集於清水集水池12中。本發明的汙水處理方法包括以下處理步驟:
1)涓流進入化糞池的生活汙水涓流進入化糞池，經過化糞池發酵處理的汙水在液位差的作用下經格柵過濾自流進入汙水集水池I;
2)汙水集水池I中的 水位和虹吸罩17中的水位同步上升(虹吸罩17的底部是敞開的)，虹吸罩17中的氣體通過導氣管14排出；水位繼續上升，直到液位抵達導氣管14的外口 ；一旦液位到達導氣管14外口，液體會將裡面的空氣封住；汙水集水池I中液位繼續上升，虹吸罩17中液位也會上升，但是上升速度將會大大減慢。此時，汙水集水池I中水位對虹吸罩17內頂部和虹吸管19進水端內的空氣產生壓力，進水端中的空氣被壓向出水端；當汙水集水池I中液體接近高水位a，虹吸罩17中液體上升到虹吸管19進水端頂端，進水端中的氣體通過出水端被壓出管道，氣體洩出，虹吸管19中的壓力降低，虹吸罩17中液體將急速衝入並充滿虹吸管19，虹吸作用開始；液體透過過濾罩13經虹吸管19進入地埋式布水管4，同時液位下降；
3)在自然水位差的壓力下，汙水經地埋式布水管4上面的噴孔自動均勻噴水；
4)當汙水集水池I的水位降低到低液位b時，虹吸罩17及虹吸管19內進入空氣，虹吸作用被破壞，排水自動停止；
5)地埋式布水管4噴出的水經過土地吸附床淨化系統的多級生物淨化和化學催化，而慢慢滲入到底層的集水層9，汙水在土地吸附床淨化系統的停留時間在7 8小時；
6)在集水層9，經過淨化的水通過集水管10自流進入清水集水池12；
7)清水集水池12的水可以達標排放，也可以作為二次水用於林園或農田澆灌。以下為土地吸附床淨化系統的幾個實施例:
實施例一:
土地吸附床淨化系統從下向上依次為:
(1)防滲層11由玻璃鋼製成；
(2)集水層9厚度為250mm，由直徑約為0.5 IOmm碎石組成；
(3)複合滲濾層8厚度為1500_，由粒徑為0.1mm 1mm的粉煤灰、燒結陶瓷粉和河沙按照1:1:1的比例混合製成；
(4)生物處理層7厚度為300mm，由粒徑為Imm 5mm的燒結陶瓷粉經過生物預膜處理後填充，復配均勻後填充而成；
(5)布水層6的厚度為300mm,由直徑約為10 50mm的碌石組成,碌石層包埋布水管
4；
(6)布水層6上部設置防滲層11，該防滲層11以HDPE防滲布隔離；
(7)防滲層11上面布置500mm的綠化植被層3，可以種植綠化植物，汙水在液位差作用下，滲濾自動進行。本實用例工程的投資僅為常規處理工藝的1/5 1/7，基本無運行費用。運行效果表明:化糞池水經過處理後，氨氮去除率為85%，COD去除率為96%，總磷去除率為83%。實施例二:
土地吸附床淨化系統自下而上依次為:
(O防滲層11由HDPE複合防滲膜組成；
(2)集水層9厚度為200mm，由直徑約0.5 IOmm碎石組成；
(3)複合滲濾層8厚度為1500mm，由粒徑在0.1mm Imm的粉煤灰、粉碎爐渣和河沙按照1:1:2的比例復配均勻後填充而成；
(4)生物處理層7厚度為300mm,由粒徑在Imm 5mm的燒結陶瓷粉經過生物預膜處理後填充；
(5)布水層6厚度為300mm,由直徑約為10 50mm的碌石組成,碌石包埋布水管4；
(6)布水層6上部設置防滲層11，防滲層11以HDPE複合防滲膜組成；
(7)防滲層11上面布置500mm的綠化植被層3，可以種植綠化植物，在液位落差作用下，汙水滲濾自動進行。本實施例工程的投資僅為常規處理工藝的1/5，基本無運行費用。運行效果表明:化糞池水經過處理後，氨氮去除率為83%，COD去除率為92%，總磷去除率為80%。

本發明埋植於地下，具有佔地表面積少、投資低、運行管理簡單、運行費用低，通過間歇式布水，實現了布水均勻、空氣呼吸交換的效果。在複合生物載體中細菌代謝和載體催化的聯合作用下，氮磷去除能力強、處理水質好，出水達到國家《城鎮汙水處理廠汙染物排放標準》中一級A標準(GB18918-2002)的排放要求。本發明上述實施方案，只是舉例說明，不是僅有的，所有在本發明範圍內或等同本發明的範圍內的改變均被本發明包圍。
權利要求
1.一種零能耗土地吸附床汙水處理系統，其特徵在於:包括汙水集水池(I)、自動虹吸系統(2)、布水系統、呼吸管(5)、土地吸附床淨化系統和集水系統，自動虹吸系統(2)置於汙水集水池(I)中與布水系統通過管道連接，布水系統埋於土地吸附床淨化系統的上部，呼吸管(5)—端與布水系統連接，另一端暴露於地面之上，集水系統設置於土地吸附床淨化系統的底部； 所述自動虹吸系統(2)包括設於汙水集水池(I)中的虹吸管(19)、虹吸罩(17)、導氣管(14)和過濾罩(13)，所述虹吸管(19)為U型結構，其一端為進水端，另一端折彎後與T型管連接，T型管的垂直端高於高水位(a)為溢流管(18)，水平端與布水系統連接；虹吸罩(17)為一下底開口的圓柱體，倒置在虹吸管(19)的進水端；導氣管(14)為兩端長度不同的倒置U型結構，其長端穿過虹吸罩(17)的罩底(15)插入虹吸管(19)的進水端；虹吸罩(17)外罩過濾罩(13)； 所述的布水系統由一支或多支並聯的布水管(4)構成，該布水管(4)上設置有均勻密布的噴水孔； 所述土地吸附床淨化系統由多級功能性滲濾層組成，自下而上依次為:防滲層(11)、200 300_的集水層(9)、1200 1800_的複合滲濾層(8)、200 500_的生物處理層(7)、300 500mm的布水層(6)和500 800mm的綠化植被層(3)。
2.根據權利要求1所述的零能耗土地吸附床汙水處理系統，其特徵在於:所述在虹吸管(19)和虹吸罩(17)之間設置有支撐筋(16)。
3.根據權利要求1所述的零能耗土地吸附床汙水處理系統，其特徵在於:防滲層(11)為不透水的防滲材料製成，可以是混凝土結構、或是塑料隔離層、或玻璃鋼製品。
4.根據權利要求1所述的零能耗土地吸附床汙水處理系統，其特徵在於:所述集水層 (9)由直徑為0.5 10_的碎石組成。
5.根據權利要求1所述的零能耗土地吸附床汙水處理系統，其特徵在於:所述複合滲濾層(8)由人工合成具有固磷脫氮催化活性的無機材料構成，可以是粉煤灰、粉碎爐渣、燒結陶瓷粉和人工土壤以一種或幾種複合而成，或是以生產聚合氯化鋁的廢渣、生石灰、粉煤灰、粘結劑為原料，經混合、熟化、烘乾、造粒、焙燒、粉碎後等到的合成材料。
6.根據權利要求1所述的零能耗土地吸附床汙水處理系統，其特徵在於:所述生物處理層(7 )由生物載體材料和活性汙泥生物菌種組成。
7.根據權利要求1所述的零能耗土地吸附床汙水處理系統，其特徵在於:所述布水層(6)由直徑約10 50mm的礫石組成，布水管(4)包埋在礫石中，布水層(6)的上部設置防滲層(11)。
8.根據權利要求f7任一項所述的零能耗土地吸附床汙水處理系統，其特徵在於:所述集水系統包括集水管(10)和清水集水池(12)，該清水集水池(12)通過集水管(10)與土地吸附床淨化系統底部的集水層(9)連通。
9.一種零能耗土地吸附床汙水處理方法，其特徵在於:包括以下處理步驟: O經過化糞池發酵處理的汙水自流進入汙水集水池(I)； 2)汙水集水池(I)的液位上升，當上升到高水位(a)時，在重力作用下，液體透過過濾罩(13 )經虹吸管(19 )進入地埋式布水管(4 )，同時液位下降； 3)在自然水位差的壓力下，地埋式布水管(4 )上面的噴孔自動均勻噴水；4)當汙水集水池(I)的水位降低到低液位(b)時，虹吸管(19)內進入空氣，自動停止排水； 5)地埋式布水管(4)噴出的水自上而下依次通過生物處理層7、複合滲濾層8而慢慢滲入到底層的集水層(9); 6)在集水層(9)，經過淨化的水通過集水管(10)自流進入清水集水池(12)； 7)清水集水池(12)的水可以達標排放 ，也可以作為二次水用於林園或農田澆灌。
全文摘要
本發明公開了一種零能耗土地吸附床汙水處理系統及方法，包括汙水集水池、自動虹吸系統、布水系統、呼吸管、土地吸附床淨化系統和集水系統，自動虹吸系統包括虹吸管、虹吸罩、導氣管和過濾罩，自動虹吸系統置於汙水集水池中與布水系統連接，布水系統由密布噴水孔的布水管構成，布水系統埋於土地吸附床淨化系統上部，呼吸管與布水系統連接，另一端露出地面，集水系統設於土地吸附床淨化系統底部；土地吸附床淨化系統由多級滲濾層組成，自下而上依次為防滲層、集水層、複合滲濾層、生物處理層、布水層和綠化植被層。本發明通過間歇式布水實現布水均勻、空氣呼吸交換的效果，具有氮磷去除能力強、處理水質好，投資低、運行費用低的優點。
文檔編號C02F9/14GK103172223SQ20131012081
公開日2013年6月26日 申請日期2013年4月9日 優先權日2013年4月9日
發明者遲斌, 徐甜, 王星星 申請人:山東泓美水務科技有限公司