基于多级土壤渗滤系统的农村分散式生活污水处理装置的制作方法

1.本发明属于污水处理领域，涉及农村分散式生活污水处理设施，具体涉及一种基于多级土壤渗滤系统的农村分散式生活污水处理装置。


背景技术：

2.目前，我国大多数偏远农村地区污水处理设施较为落后，污水治理不容乐观。受到偏远农村经济发展缓慢、专业技术人员缺失等影响，现有的高能耗、技术复杂的污水处理工艺并不适合农村分散式生活污水，农村分散式生活污水具有污水产生量小、波动性大，产生源分散、水质较差、污水收集较难收集等特点，这些直接制约了污水处理技术的推广和应用。因此，需要寻求一种适合农村分散式生活污水的经济适用、运行稳定可靠、能耗低、处理效果好、操作简单的污水处理工艺。
3.传统多级土壤渗滤系统多采用不同渗透系数(吸附能力)的材料进行分层填充，形成分层的好氧/厌氧区进行脱氮除磷，但由于通气性差以及包水带的出现，多采用曝气或反冲洗等动力技术克服缺氧及堵塞问题。目前,已有很多研究通过改变系统运行条件,如改变曝气量、曝气方式(间歇曝气)、内部填充填料、水力负荷等进一步提高系统的处理效率。多级土壤渗滤系统可充分利用当地可利用的资源(如沸石、麦秆、铁屑等)并将其添加到土壤中,这样不仅可降低成本,同时可增加系统除磷、反硝化及对特定污染物的去除效果。还可以通过适量曝气来提高cod、tn和tp的去除率,但过量曝气会造成出水硝氮浓度过高,降低tn去除率。同时,土壤中的铁屑直接被氧化成三价铁水合氧化物并在土壤中沉淀,从而降低总磷的去除率。
4.在国内水资源短缺和河流湖泊污染日益严重的情形下,多级土壤渗滤系统技术作为低成本污水处理生态工程技术,可有效地缓解土地处理系统的堵塞问题并提高使用年限,具有进行深入研究的理论意义与实用价值，开发一种适用于农村分散式生活污水处理的多级土壤渗滤系统技术具有重要的现实意义。


技术实现要素：

5.本发明的目的是解决上述问题，提供一种基于多级土壤渗滤系统的农村分散式生活污水处理装置，该装置脱氮除磷性能良好，具有建造成本低、运维成本低、占地面积少等优点。
6.为达到上述目的，本发明提供的一种基于多级土壤渗滤系统的农村分散式生活污水处理装置，包括通过进水管连接的储水箱和多级土壤渗滤池；
7.所述多级土壤渗滤池内从上至下依次设置的布水层、第一透水层、过滤单元、穿孔板以及第二透水层，所述过滤单元包括若干交替设置的土壤模块层和滤料层，多级土壤渗滤池的侧壁上于第二透水层处设置有出水管；所述土壤模块层包括若干从左至右均匀间隔放置且开口向上的u型土块，相邻u型土块之间以及u型土块开口内均填充有填料ⅰ；各土壤模块层内部附着生长有硝化细菌和反硝化细菌，各滤料层的内部附着生长有硝化细菌。污
水从储水箱依次流经布水层、第一透水层、过滤单元、穿孔板以及第二透水层后经出水管流出。
8.上述基于多级土壤渗滤系统的农村分散式生活污水处理装置，所述u型土块采用紫色土、生物炭、海绵铁制成；紫色土具有优异的吸附n、p性能，所述生物炭采用原材料为水稻秸秆和油菜秸秆热解制成，具有优异释碳性能、吸附性能，为反硝化提供碳源，吸附n、p、抗生素等污染物，复杂的表面结构为微生物提供更多的栖息空间，优化微生物群落结构，可以进一步强化系统装置的脱氮除磷效果，海绵铁具有优异除磷性能。不同生物炭添加比例下生物炭土砖(即填充有填料ⅰ的u型土块)的吸附能力与渗滤速率不同，本发明中优选紫色土、生物炭、海绵铁的质量百分比为50％～70％：20％～30％：10％～20％，在该比例下，生物炭土砖具有优异的吸附能力与良好的渗滤速率。所述紫色土、生物炭、海绵铁的粒径分别为2mm、2mm、0.85mm。所述填料ⅰ包括粒径为2～4mm的天然沸石。各土壤模块层内部附着生长有硝化细菌和反硝化细菌，具体地，填料ⅰ主要提供好氧环境，主要附着硝化细菌；u型土块主要提供好氧环境和厌氧环境，主要附着硝化细菌和反硝化细菌。
9.上述基于多级土壤渗滤系统的农村分散式生活污水处理装置，所述过滤单元中，单数层的土壤模块层为一级土壤模块层，双数层的土壤模块层为二级土壤模块层。一级土壤模块层中u型土块的数量优选为2n个，二级土壤模块层中u型土块的数量优选为2n-1个，n≥1，二级土壤模块层中u型土块的放置位置为一级土壤模块层中相邻u型土块之间的下方。土块交错放置且采用u型主要是为了增大水力停留时间。优选n＝2或3，进一步优选n＝2，即一级土壤模块层中u型土块的数量为四个，二级土壤模块层中u型土块的数量为三个。
10.上述基于多级土壤渗滤系统的农村分散式生活污水处理装置，土壤模块层和滤料层的数量并没有特殊的限制，在满足依次交替设置的基础上，其具体数量根据实际需要设定即可。土壤模块层优选比滤料层多一层，即顶层和底层均为土壤模块层。进一步地，所述土壤模块层的数量优选为五层，具体包括第一土壤模块层、第二土壤模块层、第三土壤模块层、第四土壤模块层以及第五土壤模块层，其中第一土壤模块层、第三土壤模块层、第五土壤模块层为一级土壤模块层，第二土壤模块层、第四土壤模块层为二级土壤模块层。
11.上述基于多级土壤渗滤系统的农村分散式生活污水处理装置，为达到更好的污水处理效果，所有污水均能经过各类处理单元的处理，优选所述u型土块的宽度不小于相邻u型土块之间的间隔距离。
12.上述基于多级土壤渗滤系统的农村分散式生活污水处理装置，布水层的作用是均匀布水，对于布水层的填料没有特殊的要求，再达到均匀布水的基础上，可以选用本领域常规填料，本发明中布水层优选采用粒径分别为2～4mm的白色砾石均匀填充。透水层用于支撑和防止系统水力条件变差，在达到该作用的基础上，可以选用本领域常规填料，优选地，所述第一透水层和第二透水层采用粒径分别为2～4mm、1.5～2cm、2～3cm、3～5cm的白色砾石均匀混合填充。
13.上述基于多级土壤渗滤系统的农村分散式生活污水处理装置，所述布水层上方位于土壤渗滤池顶部还设有布水器，储水箱与布水器之间通过进水管连接。布水器的作用下，污水可均匀进入多级土壤渗滤池内。储水箱与布水器之间的进水管上设置有蠕动泵和时控开关。
14.上述基于多级土壤渗滤系统的农村分散式生活污水处理装置，所述出水管的出水
端采用双通水管分为两支，一支水平出水，另一支与最底层土壤模块层底部平齐出水。
15.本发明提供的基于多级土壤渗滤系统的农村分散式生活污水处理装置具有以下有益效果是：
16.(1)建造成本极低。本发明装置结构简单，主要基材来源于农用废弃物与原土，可以就地取材，有限节约改造成本，并且能够抵抗恶劣环境，如暴雨、干旱等。
17.(2)低运维成本。本发明装置除可能使用提升泵外，无动力设备，亦可结合山区高差形成天然重力流条件，通过基材的渗透速率差异改变水力停留时间，几乎不需要人工维护。
18.(3)减少占地面积。本发明装置通过u型土块的科学布设，增强填料可利用率，从而降低占地面积。
19.(4)强化脱氮除磷性能。本发明装置所优选的填料组合对氮磷的吸附效果好，渗滤层较高的空隙率可有效防止土壤渗滤中的堵塞问题，减少死区，同时形成好氧环境，有利于有机物降解及好氧硝化反应。混合土块孔隙率小，从而形成厌氧环境，促进反硝化脱氮进行，这样在整个系统装置内形成多个好氧、厌氧环境，促进污染物的去除，提高脱氮除磷的性能。生物炭材料的添加，不仅可以吸附氮磷，为反硝化提供碳源，还因为生物炭复杂的表面结构为微生物提供更多的栖息空间，优化微生物群落结构，进一步强化系统装置的脱氮除磷效果。海绵铁的使用可以提高系统装置对磷的去除效果。
20.(5)可去除新兴污染物。本发明装置中生物炭具有丰富的多孔结构吸附新兴污染物，如抗生素等，可以改善农村地区水体环境生态环境，以及抗生素及抗性基因污染状况。
附图说明
21.图1是本发明基于多级土壤渗滤系统的农村分散式生活污水处理装置结构示意图；
22.图2是穿孔板结构示意图。
23.附图标记说明：1、储水箱；2、进水管；3、蠕动泵；4、多级土壤渗滤池；5、出水管；6、时控开关；7、布水器；8、布水层；9、第一透水层；10、第一土壤模块层；11、第一滤料层；12、第二土壤模块层；13、第二滤料层；14、第三土壤模块层；15、第三滤料层；16、第四土壤模块层；17、第四滤料层；18、第五土壤模块层；19、穿孔板；20、第二透水层。
具体实施方式
24.以将结合附图对本发明各实施例的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本发明。
25.本实施例提供的基于多级土壤渗滤系统的农村分散式生活污水处理装置，如图1所示，包括通过进水管2连接的储水箱1和多级土壤渗滤池4，多级土壤渗滤池4内从上至下依次设置的布水层8、第一透水层9、过滤单元、穿孔板19以及第二透水层20，过滤单元包括从上至下一次设置的第一土壤模块层10、第一滤料层11、第二土壤模块层12、第二滤料层13、第三土壤模块层14、第三滤料层15、第四土壤模块层16、第四滤料层17、第五土壤模块层
18。其中第一土壤模块层10、第三土壤模块层14、第五土壤模块层18为一级土壤模块层，第二土壤模块层12、第四土壤模块层16为二级土壤模块层。
26.土壤渗滤池顶部位于布水层8上方还设有布水器7，储水箱1与布水器7之间通过进水管2连接。储水箱1与布水器7之间的进水管2上设置有蠕动泵3和时控开关6。蠕动泵3用于将储水箱1中的污水提升至布水器7中，进水流量通过调节蠕动泵3的转速控制，时控开关6用于控制布水时间。
27.布水层8高度为10cm，布水层8采用粒径为2～4mm的白色砾石均匀填充，以起到均匀布水的作用。第一透水层9高度为5cm，采用粒径分别为2～4mm、1.5～2cm、2～3cm、3～5cm的白色砾石均匀混合填充，起到支撑和防止系统水力条件变差的作用。
28.各土壤模块层(第一土壤模块层10、第二土壤模块层12、第三土壤模块层14、第四土壤模块层16、第五土壤模块层18)高度均为8cm，内部附着生长有硝化细菌和反硝化细菌。具体的，各土壤模块层均包括若干从左至右均匀间隔放置且开口向上的u型土块，相邻u型土块之间以及u型土块开口内均填充有填料ⅰ。其中一级土壤模块层第一土壤模块层10、第三土壤模块层14、第五土壤模块层18中放置四块u型土块，二级土壤模块层第二土壤模块层13、第四土壤模块层16中放置三块u型土块。二级土壤模块层中u型土块的放置位置为一级土壤模块层中相邻u型土块之间的下方。u型土块的宽度大于相邻u型土块之间的间隔距离。填料ⅰ包括粒径为2～4mm的天然沸石。u型土块采用均匀混合的粒径分别为2mm、2mm、0.85mm的紫色土、生物炭以及海绵铁制成，紫色土、生物炭、海绵铁的质量百分比为50％～70％：20％～30％：10％～20％。紫色土具有优异的吸附n、p性能，生物炭采用原材料为水稻秸秆和油菜秸秆热解制成，具有优异释碳性能、吸附性能，为反硝化提供碳源，吸附n、p、抗生素等污染物，复杂的表面结构为微生物提供更多的栖息空间，优化微生物群落结构，可以进一步强化系统装置的脱氮除磷效果，海绵铁具有优异除磷性能。填料ⅰ附着硝化细菌，u型土块附着硝化细菌和反硝化细菌。
29.各滤料层(第一滤料层11、第二滤料层13、第三滤料层15、第四滤料层17)高度均为50mm，内部附着生长有硝化细菌，采用粒径为2～4mm的天然沸石均匀填充。天然沸石对nh
3-n具有优异的吸附性能，还可以防止系统水力条件变差。穿孔板19结构如图2所示，为具有若干小孔的板状结构，小孔均匀分布。穿孔板主要是起到支撑作用，便于装置土壤模块层的构建。
30.第二透水层20高度为10cm，采用粒径分别为2～4mm、1.5～2cm、2～3cm、3～5cm的白色砾石均匀混合填充，起到支撑和防止系统水力条件变差的作用。
31.多级土壤渗滤池4的侧壁上于第二透水层20处设置有出水管5。出水管5的出水端采用双通水管分为两支，一支水平出水，另一支与最底层土壤模块层底部平齐出水。
32.本实施例提供的基于多级土壤渗滤系统的农村分散式生活污水处理装置对污水进行处理的方法，步骤如下：储水箱1内的待处理农村生活污水在蠕动泵3的作用下经进水管2进入布水器7中，在布水器7的作用下，污水均匀进入多级土壤渗滤池4内，依次流经布水层8、第一透水层9、第一土壤模块层10、第一滤料层11、第二土壤模块层12、第二滤料层13、第三土壤模块层14、第三滤料层15、第四土壤模块层16、第四滤料层17、第五土壤模块层18、穿孔板19以及第二透水层20，最后经出水管排出，其中，进水的水力负荷为0.3～0.5m3/m2·
d，通过时控开关6调节装置淹水时间与落干时间的比值为1:2。
33.采用上述工艺步骤对污水进行处理，进水水质指标为：cod
cr
＝60～360mg/l，tn＝20～50mg/l,nh
3-n＝10～50mg/l,tp＝1～8mg/l；cod
cr
，tn，nh
3-n和tp去除率分别达到85.27％～99.41％，93.15％～99.61％,95.02％～99.63％,98.20％～99.95％,出水水质指标达到了城镇污水处理厂污染物排放标准(gb 18918-2002)中的一级a排放标准。
34.污水进入多级土壤渗滤池后，污水中的cod、n、p等污染物先被池中的填料截留吸附，然后在池中微生物的作用下进一步降解。微生物对污染物的降解主要分为好氧分解作用和厌氧分解作用，其中污水中cod的去除主要依靠土壤模块层和滤料层中好氧异养型微生物将系统中截留吸附的有机物作为营养源通过好氧代谢转化生理活动所需能量或合成自身细胞质，另外作为碳源补充硝化、反硝化所需。农村生活污水中n的存在形式主要是有机氮和nh
3-n，有机氮一部分通过土壤模块层和滤料层中土壤和沸石的表面吸附直接去除，一部分被氨化成氨氮后和污水中的氨氮一起通过硝化、反硝化或者沸石吸附而去除。污水中p的去除包括土壤模块层中铁被氧化生成fe
2
，然后进一步氧化生成fe
3
，fe
3
与po
43-反应生成沉淀去除p，另外土壤模块层中的土壤和生物炭对p均有吸附作用，且土壤对p的吸附能力与其活性铁的组成正相关，土壤模块层中fe被氧化后会促进土壤对p的吸附。
35.本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。