用于黑水的土壤渗滤系统及黑水处理系统的制作方法

1.本发明涉及污水处理技术领域，尤其涉及一种用于黑水的土壤渗滤系统及黑水处理系统。


背景技术：

2.黑水是指含有粪便物质的生活污水，也称为厕所污水。
3.目前，农村地区产生的黑水大部分未经处理或仅经过简单的处理便直接排入周边水体中，对生态环境造成了污染，且农村地区住户较为分散，黑水的处理较为困难。


技术实现要素：

4.本发明提供一种用于黑水的土壤渗滤系统及黑水处理系统，用以解决或改善现有农村地区的黑水存在处理难度大而导致环境污染的问题。
5.本发明提供一种用于黑水的土壤渗滤系统，包括：箱体、布水层、填料层、集水层、进水管路及出水管路；所述布水层、所述填料层及所述集水层均设于所述箱体内，所述布水层、所述填料层及所述集水层沿所述箱体的高度方向由上至下依次布置；所述进水管路的一端伸入所述布水层内，所述进水管路的另一端伸出所述箱体外并用于与黑水水泵连通；所述出水管路的一端伸入所述集水层内，所述出水管路的另一端伸出所述箱体外；其中，所述填料层用于去除黑水中的氮、磷及有机污染物。
6.根据本发明提供的一种用于黑水的土壤渗滤系统，所述填料层包括：第一填料层与第二填料层；所述第一填料层沿所述箱体的高度方向设于所述第二填料层的上侧；所述第一填料层的填料包括沸石、粉煤灰、煤渣及铁屑当中的至少一者；所述第二填料层的填料包括生物炭与土壤。
7.根据本发明提供的一种用于黑水的土壤渗滤系统，所述第一填料层沿所述箱体的高度方向的厚度范围为20cm至25cm；所述第一填料层的填料的粒径范围为1mm至2mm。
8.根据本发明提供的一种用于黑水的土壤渗滤系统，所述第二填料层沿所述箱体的高度方向的厚度范围为40cm至60cm；所述第二填料层中所述生物炭的粒径范围为3mm至8mm，所述第二填料层中所述生物炭的比表面积范围为30m2/g至600m2/g；所述第二填料层中所述土壤的粒径小于等于5mm。
9.根据本发明提供的一种用于黑水的土壤渗滤系统，所述生物炭的体积占所述第二填料层的总体积的比例范围为35％至55％。
10.根据本发明提供的一种用于黑水的土壤渗滤系统，所述用于黑水的土壤渗滤系统还包括：布水箱；所述布水箱设于所述布水层内，所述进水管路的一端与所述布水箱连通，所述布水箱上均布有多个通孔。
11.根据本发明提供的一种用于黑水的土壤渗滤系统，所述布水层的填料包括砾石、鹅卵石及塑料多面空心球当中的至少一者；所述布水层的填料的粒径范围为5mm至10mm；所述布水层沿所述箱体的高度方向的厚度范围为10cm至15cm。
12.根据本发明提供的一种用于黑水的土壤渗滤系统，所述集水层的填料包括砾石与石英砂当中的至少一者；所述集水层的填料的粒径范围为5mm至15mm；所述集水层沿所述箱体的高度方向的厚度范围为10cm至15cm。
13.根据本发明提供的一种用于黑水的土壤渗滤系统，所述出水管路上设有水阀。
14.本发明还提供一种黑水处理系统，包括：水冲式厕所、三格化粪池、储水箱及如上所述的用于黑水的土壤渗滤系统；所述水冲式厕所的排水口与所述三格化粪池的进水口连通，所述三格化粪池的排水口通过黑水水泵与所述用于黑水的土壤渗滤系统的进水管路连通，所述用于黑水的土壤渗滤系统的出水管路与所述储水箱的进水口连通，所述储水箱的排水口与所述水冲式厕所的进水口连通。
15.本发明提供的用于黑水的土壤渗滤系统及黑水处理系统，通过在箱体内设置布水层、填料层及集水层，以便捷地实现黑水的渗滤处理，从而降低黑水中的氮、磷及有机污染物的含量；在需要对黑水进行处理时，开启黑水水泵将黑水泵送至箱体内的布水层，布水层用于辅助均匀布水并去除黑水中的大颗粒杂质，黑水在重力的作用下流向填料层，填料层用于去除黑水的氮、磷及有机污染物，从而降低黑水中氮、磷及有机污染物的含量，以得到污染性较小的污水，污水在重力的作用下流向集水层，集水层一方面用于承托布水层与填料层，另一方面起到污水均匀分布的作用，从而由出水管路排出箱体外；本发明提供的用于黑水的土壤渗滤系统结构简单，能够满足农村住户的黑水处理需求，从而减少环境的污染。
附图说明
16.为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
17.图1是本发明提供的用于黑水的土壤渗滤系统的结构示意图；
18.图2是本发明提供的黑水处理系统的结构示意图；
19.附图标记：
20.1：用于黑水的土壤渗滤系统；11：箱体；12：布水层；13：填料层；131：第一填料层；132：第二填料层；14：集水层；15：进水管路；16：出水管路；161：水阀；17：布水箱；2：水冲式厕所；3：三格化粪池；4：储水箱。
具体实施方式
21.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，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作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
22.在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此
不能理解为对本发明实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
23.在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。
24.下面结合图1至图2描述本发明提供的一种用于黑水的土壤渗滤系统及黑水处理系统。
25.如图1所示，本实施例所示的用于黑水的土壤渗滤系统1包括：箱体11、布水层12、填料层13、集水层14、进水管路15及出水管路16。
26.布水层12、填料层13及集水层14均设于箱体11内，布水层12、填料层13及集水层14沿箱体11的高度方向由上至下依次布置；进水管路15的一端伸入布水层12内，进水管路15的另一端伸出箱体11外并用于与黑水水泵连通；出水管路16的一端伸入集水层14内，出水管路16的另一端伸出箱体11外；其中，填料层13用于去除黑水中的氮、磷及有机污染物。
27.具体地，本实施例所示的用于黑水的土壤渗滤系统1，通过在箱体11内设置布水层12、填料层13及集水层14，以便捷地实现黑水的渗滤处理，从而降低黑水中的氮、磷及有机污染物的含量；在需要对黑水进行处理时，开启黑水水泵将黑水泵送至箱体11内的布水层12，布水层12用于辅助均匀布水并去除黑水中的大颗粒杂质，黑水在重力的作用下流向填料层13，填料层13用于去除黑水的氮、磷及有机污染物，从而降低黑水中氮、磷及有机污染物的含量，以得到污染性较小的污水，污水在重力的作用下流向集水层14，集水层14一方面用于承托布水层12与填料层13，另一方面起到污水均匀分布的作用，从而由出水管路16排出箱体11外；本实施例所示的用于黑水的土壤渗滤系统1结构简单，能够满足农村住户的黑水处理需求，从而减少环境的污染。
28.在一些实施例中，如图1所示，本实施例所示的填料层13包括：第一填料层131与第二填料层132；第一填料层131沿箱体11的高度方向设于第二填料层132的上侧；第一填料层131的填料包括沸石、粉煤灰、煤渣及铁屑当中的至少一者；第二填料层132的填料包括生物炭与土壤。
29.具体地，第一填料层131由沸石、粉煤灰、煤渣及铁屑当中的一种或多种填充而成，第二填料层132由生物炭与土壤混合后填充而成；经布水层12过滤后的黑水依次通过第一填料层131与第二填料层132流向集水层14；第一填料层131中的沸石、粉煤灰、煤渣及铁屑具有吸附作用和离子交换作用，从而能够处理黑水中的氨氮、有机污染物及金属离子等；第二填料层132中的生物炭能够去除黑水中的氮、磷及有机污染物，生物炭与土壤混合可以促进微生物生长，提升了微生物的生化作用，从而提升了黑水的净化效果，且黑水在生物炭的作用下可实现脱色的效果。
30.其中，生物炭可由生物质炭化而成，生物质包括稻壳、秸秆及锯末等；吸附饱和后的生物炭可以作为农业肥料施入农田，减少了化学肥料的使用，促进了农田土壤的可持续利用。
31.在一些实施例中，如图1所示，本实施例所示的第一填料层131沿箱体11的高度方向的厚度范围为20cm至25cm；第一填料层131的填料的粒径范围为1mm至2mm。
32.具体地，第一填料层131的厚度可以为20cm、22cm、23cm、24cm或25cm；第一填料层131的填料的粒径可以为1mm、1.3mm、1.5mm、1.7mm或2mm。
33.在一些实施例中，如图1所示，本实施例所示的第二填料层132沿箱体11的高度方向的厚度范围为40cm至60cm；第二填料层132中生物炭的粒径范围为3mm至8mm，第二填料层132中生物炭的比表面积范围为30m2/g至600m2/g；第二填料层132中土壤的粒径小于等于5mm。
34.具体地，第二填料层132的厚度可以为40cm、45cm、50cm、55cm或60cm；生物炭的粒径可以为3mm、4mm、5mm、6mm、7mm或8mm；生物炭的比表面积可以为30m2/g、120m2/g、240m2/g、或480m2/g、600m2/g。
35.在一些实施例中，生物炭的体积占第二填料层132的总体积的比例范围为35％至55％。
36.具体地，生物炭的体积占第二填料层132的总体积的比例可以为35％、40％、45％、50％或55％。
37.其中，第二填料层132的制作方法为，将生物炭与土壤均匀混合后铺设在集水层14上，每填充10cm的厚度后均充分压实；通过在土壤中混合粒径较大的生物炭，增加了土壤的渗透率，提升了黑水的处理效率，避免出现堵塞的现象；同时，生物炭具有较大的比表面积，则能够通过吸附和络合等作用提升第二填料层132对黑水中氮、磷及有机污染物的去除效果。
38.在一些实施例中，如图1所示，本实施例所示的用于黑水的土壤渗滤系统1还包括：布水箱17；布水箱17设于布水层12内，进水管路15的一端与布水箱17连通，布水箱17上均布有多个通孔。
39.具体地，黑水水泵将黑水通过进水管路15泵送至布水箱17中，布水箱17能够对黑水起到缓冲的作用，同时，布水箱17内的黑水在通孔的分配作用下均匀流向布水层12，提升了布水层12对大颗粒杂质的去除效果。
40.在一些实施例中，如图1所示，本实施例所示的布水层12的填料包括砾石、鹅卵石及塑料多面空心球当中的至少一者；布水层12的填料的粒径范围为5mm至10mm；布水层12沿箱体11的高度方向的厚度范围为10cm至15cm。
41.具体地，布水层12由砾石、鹅卵石及塑料多面空心球当中的一种或多种填充而成；砾石、鹅卵石及塑料多面空心球的粒径可以为5mm、6mm、7mm、8mm、9mm或10mm；布水层12的厚度可以为10cm、11cm、12cm、13cm、14cm或15cm。
42.在一些实施例中，如图1所示，本实施例所示的集水层14的填料包括砾石与石英砂当中的至少一者；集水层14的填料的粒径范围为5mm至15mm；集水层14沿箱体11的高度方向的厚度范围为10cm至15cm。
43.具体地，集水层14由砾石与石英砂当中的一种或两种填充而成；砾石与石英砂的粒径可以为5mm、7mm、10mm、12mm或15mm；集水层14的厚度可以为10cm、11cm、12cm、13cm、14cm或15cm。
44.在一些实施例中，如图1所示，本实施例所示的出水管路16上设有水阀161，通过水阀161可以控制出水管路16的流量。
45.申请人对本发明提供的用于黑水的土壤渗滤系统1的去除效果进行了对照试验，
其中，实验组为利用用于黑水的土壤渗滤系统1进行黑水过滤，对照组为利用土壤进行过滤，对照组的土壤粒径小于2mm。
46.其中，在实际的试验中，集水层14由砾石填充而成，集水层14的厚度为10cm；第二填料层132中生物炭与土壤的体积比为1:1，第二填料层132的厚度为40cm；第一填料层131由沸石填充而成，第一填料层131的厚度为20cm；布水层12由鹅卵石填充而成，布水层12的厚度为10cm。
47.对照组与实验组均采用间歇式进水方式供给黑水，水力负荷为4cm/d，经30天的运行后，试验参数的统计结果如表1所示。
48.表1试验参数统计表
[0049][0050]
进一步地，对各个试验参数的平均去除率进行计算，计算结果如表2所示。
[0051]
表2去除率统计表
[0052] 氨氮(％)总氮(％)bod5(％)浊度(％)色度(％)实验组98.15
±
0.0287.65
±
0.1093.05
±
0.0299.14
±
0.0198.40
±
0.01对照组94.40
±
0.4081.41
±
0.1366.67
±
0.1597.81
±
0.0155.60
±
0.14
[0053]
由表1和表2的统计结果，本发明提供的用于黑水的土壤渗滤系统1对黑水具有良好的处理效果，处理后的污水的氨氮、bod5、色度、浊度等指标达到gb/t 18920-2002《城市污水再生利用城市杂用水质》中规定的标准。
[0054]
进一步地，由表2可以看出，尽管对照组在氨氮、总氮、bod5及浊度的去除率上与实验组相差不大，但是对照组对色度的处理能力较差，且申请人在试验过程中发现，在第20天时，对照组的水力负荷明显下降，对照组出现了系统堵塞，难以对黑水进行持续高效处理。
[0055]
如图2所示，本实施例还提供一种黑水处理系统，包括：水冲式厕所2、三格化粪池3、储水箱4及如上所述的用于黑水的土壤渗滤系统1；水冲式厕所2的排水口与三格化粪池3的进水口连通，三格化粪池3的排水口通过黑水水泵与用于黑水的土壤渗滤系统1的进水管路连通，用于黑水的土壤渗滤系统1的出水管路与储水箱4的进水口连通，储水箱4的排水口与水冲式厕所2的进水口连通。
[0056]
由于黑水处理系统采用了上述实施例所示的用于黑水的土壤渗滤系统1，该用于黑水的土壤渗滤系统1的具体结构参照上述实施例，由于该黑水处理系统采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。
[0057]
具体地，水冲式厕所2产生的黑水进入三格化粪池3内进行预处理，预处理后的黑水进入用于黑水的土壤渗滤系统1进行滤除处理，处理后得到的污水储存至储水箱4内，储水箱4内的污水可以用于水冲式厕所2的冲厕，以实现水资源的循环利用；整个黑水处理系统的结构较为简单，并可直接对现有农户家的三格化粪池进行改造安装，安装成本低廉，用于黑水的土壤渗滤系统1中的各种填料也容易获取，适用于农村地区，尤其是干旱地区，该黑水处理系统通过水资源的循环利用有效减少了水资源的消耗。
[0058]
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。