申請日2016.05.17

　　公開(公告)日2016.08.17

　　IPC分類號C02F9/14

　　摘要

　　本發明屬于環境工程中的污水處理技術領域，具體公開了一種無動力高負荷地下滲濾污水處理復合系統及方法。所述系統包括自動布水器、高負荷地下滲濾復合單元和自動排水器;所述自動布水器和自動排水器均為鐘型無動力虹吸裝置;所述高負荷地下滲濾復合單元從上到下依次包括覆蓋層、一次散水‑排氣層、細濾層、進氣層、精濾層、二次散水層、深度處理層和排水層;所述自動布水器通過U型水封管與高負荷地下滲濾復合單元的一次散水‑排氣層和二次散水層連通，所述自動排水器與高負荷地下滲濾復合單元的排水層連通。本發明還公開了利用該系統進行污水處理的方法。本發明與傳統無動力地下滲濾系統相比，污水負荷大幅度提高，且出水水質也更好。

　　權利要求書

　　1.一種無動力高負荷地下滲濾污水處理復合系統，其特征在于，包括自動布水器、高負荷地下滲濾復合單元和自動排水器;所述自動布水器和自動排水器均為鐘型無動力虹吸裝置;所述高負荷地下滲濾復合單元從上到下依次包括覆蓋層、一次散水-排氣層、細濾層、進氣層、精濾層、二次散水層、深度處理層和排水層;所述自動布水器通過U型水封管與高負荷地下滲濾復合單元的一次散水-排氣層和二次散水層連通，所述自動排水器與高負荷地下滲濾復合單元的排水層連通。

　　2.根據權利要求1所述的無動力高負荷地下滲濾污水處理復合系統，其特征在于，所述系統還包括格柵池和厭氧沉淀池，所述格柵池與厭氧沉淀池連通，所述厭氧沉淀池與自動布水器連通。

　　3.根據權利要求1所述的無動力高負荷地下滲濾污水處理復合系統，其特征在于，所述自動布水器包括第一排氣-水封管、第一鐘罩、第一U型管、第一底座和第一排氣-安全管;所述自動排水器包括第二排氣-水封管、第二鐘罩、第二U型管、第二底座和第二排氣-安全管。

　　4.根據權利要求1所述的無動力高負荷地下滲濾污水處理復合系統，其特征在于，所述一次散水-排氣層內埋設有一次布水管和排氣管，排氣管外接無動力風機;所述進氣層內埋設有進氣管;進氣管伸出地表，其頂端接透氣帽，透氣帽高出地表10厘米以上;所述二次散水層埋設有二次散水管;所述自動布水器通過U型水封管與高負荷地下滲濾復合單元的一次布水管和二次散水管連通，并且在二次散水管前端裝有球閥調節進入一次布水管和二次散水管的污水量;所述排水層埋設有集水排水管，所述自動排水器與排水層的集水排水管連通。

　　5.根據權利要求1所述的無動力高負荷地下滲濾污水處理復合系統，其特征在于，所述覆蓋層是綠地、旱地或浮土;

　　所述一次散水-排氣層、進氣層、二次散水層和排水層均由粒徑為10～40mm的碎石構成;

　　所述細濾層為河砂、沸石和陶粒中的一種或由幾種混合而成;所述細濾層的飽和透水系數為0.1～1.0cm/s;

　　所述精濾層設有2～3個亞層，各亞層分別為河砂、沸石、陶粒、鈣質土和砂土中的一種或由幾種混合而成，自上而下各亞層的滲透性依次降低;所述精濾層的飽和透水系數為0.01～0.2cm/s;

　　深度處理層為陶粒、沸石、鐵質碎石和硅質碎石中的一種或由幾種混合而成，陶粒和沸石的粒徑為3-10mm，鐵質碎石和硅質碎石的粒徑為5～10mm。

　　6.根據權利要求1所述的無動力高負荷地下滲濾污水處理復合系統，其特征在于，所述一次布水管為直徑40～75mm的PVC管，其兩側和底部開有分布不均勻的散水孔;所述二次散水管為直徑40～75mm的PVC管，其兩側和底部開有分布不均勻的散水孔;所述排氣管為直徑50～110mm的PVC管，管壁開有通氣孔;所述進氣管為直徑50～110mm的PVC管，管壁開有通氣孔;所述集水排水管為直徑50～75mm的PVC管，管壁兩側開孔，末端敞口。

　　7.根據權利要求1所述的無動力高負荷地下滲濾污水處理復合系統，其特征在于，所述排水層底部設有集水溝，所述集水排水管放置在集水溝中;

　　所述無動力風機口徑為110～200mm，其安裝高度大于1米。

　　8.一種利用權利要求1所述的無動力高負荷地下滲濾污水處理復合系統進行無動力高負荷地下滲濾污水處理的方法，其特征在于，具體步驟如下：

　　污水進入自動布水器，水位向上升高，升到一定高度時觸發鐘型虹吸裝置，通過虹吸作用將污水送入高負荷地下滲濾復合單元內的一次散水-排氣層與二次散水層;一次散水-排氣層的污水依次向下非飽和滲濾穿過細濾層和精濾層;

　　當一次散水-排氣層的污水依次經過細濾層和精濾層到達二次散水層后，與二次散水層的布水混合后一起向下滲濾進入深度處理層;當深度處理層內的水位上升到二次散水層頂部時，自動排水器由于虹吸作用開始向外排水，當深度處理層與自動排水器內的水位降低到鐘罩底部時，虹吸被破壞，停止排水。

　　9.根據權利要求8所述的無動力高負荷地下滲濾污水處理的方法，其特征在于，所述污水在一次散水-排氣層與二次散水層的布水體積比例為1～2:1。

　　10.根據權利要求8所述的無動力高負荷地下滲濾污水處理的方法，其特征在于，所述污水先依次經過格柵池和厭氧沉淀池處理，再進入自動布水器。

　　說明書

　　一種無動力高負荷地下滲濾污水處理復合系統及方法

　　技術領域

　　本發明屬于環境工程中的污水處理技術領域，具體涉及一種無動力高負荷地下滲濾污水處理復合系統及方法。

　　背景技術

　　近年來，隨著國家和地方政府對水環境保護工作的重視和投入不斷加大，水環境防治取得了一定成效，但是，我國水污染嚴重的狀況仍未得到根本性遏制。例如，我國工業、農業和生活污染排放負荷大，全國化學需氧量排放總量為2294.6萬噸，氨氮排放總量為238.5萬噸，遠超環境容量;全國地表水國控斷面中，仍有9.2%喪失水體使用功能(劣于V類)，24.6%的重點湖泊(水庫)呈富營養狀態;不少流經城鎮的河流溝渠黑臭等。

　　針對我國水污染的嚴峻現狀，國務院在2015年正式發布了《水污染防治行動計劃》。該文件強調了科技支撐的重要性，鼓勵加快研發前瞻技術，其中包括生活污水低成本高標準處理技術。因此，研發低成本、環境效益好的生活污水處理技術是我國的戰略需求，對我國的水環境污染控制具有重要的意義。

　　污水土地處理系統在降低處理成本上具有獨特的優勢，主要包括污水慢速滲濾、快速滲濾、地表漫流和地下滲濾五種類型。其中，地下滲濾系統因埋于地下，不散發臭味，不影響景觀，在歐美發達國家應用廣泛。但是傳統的地下滲濾系統占地面積大，在我國難以推廣應用。授權公告號為CN103641270A和CN102432105B的發明專利通過間歇式泵提、動力通風以及結構優化等多種手段，大幅度提高了地下滲濾系統的污水負荷和出水水質，而且與傳統生物技術相比，能耗非常低，管理維護簡便，因此適用于村、鎮、度假區等生活污水的處理。但是，在處理一戶、幾戶居民的生活污水時(或者日處理幾噸生活污水時)，由于需要購置潛污泵、中壓風機、控制系統等設備，導致噸水投資太高，因此并不適用。此外，在山區等地勢有落差、供電不穩定的地方，無動力技術顯然更受歡迎。

　　由于厭氧處理系統無需曝氣供氧，非常便于設計成無動力污水處理裝置，因此，很多發明采用這種方式，例如公告號為CN101613169B的發明專利。然而，由于有機物、氨氮的去除均需要消耗氧氣，因此厭氧無動力污水處理裝置的出水水質較差，不能達標排放。

　　無動力污水處理裝置的供氧能力是決定系統成敗的關鍵。傳統地下滲濾如果不采用泵提升方式布水，就是無動力裝置，但是由于供氧受限，負荷能力很低(一般小于5cm/d)。與連續布水相比，間歇式布水有助于在地下滲濾內部營造干濕交替的環境和提高其復氧能力，從而提高系統對需氧污染物的去除效果。歐美等發達國家在地下滲濾系統采用虹吸方式間歇式布水，減少了系統能耗和故障率，但是污水負荷并沒有得到顯著提升。

　　虹吸布水在人工濕地中也有應用。授權公告號為CN201272717Y的實用新型專利通過設置倒U型和L型虹吸管，實現了垂直流人工濕地的間歇式無動力布水。與傳統地下滲濾系統類似，僅靠間歇式布水，復氧能力有限，還是不能大幅度提高污水負荷。授權公告號為CN101671092B的發明專利，發明了一種組合潮汐流人工濕地污水處理系統，通過虹吸實現了間歇式進水和排水，在濾料排空過程中吸入氧氣，增大了系統的復氧能力。但是，在高負荷條件下，此種供氧方式仍可能不足，另外，底部反硝化區可能因缺少有機碳源導致反硝化效果較差。

　　發明內容

　　為解決現有技術的缺點和不足之處，本發明的首要目的在于提供一種無動力高負荷地下滲濾污水處理復合系統。通過多種技術手段有效提升了該系統的供氧能力和厭氧區有機碳源的供給。該系統不僅無能耗、出水水質好，而且能夠長期穩定運行。

　　本發明的另一目的在于提供一種利用上述系統進行無動力高負荷地下滲濾污水處理的方法。

　　本發明目的通過以下技術方案實現：

　　一種無動力高負荷地下滲濾污水處理復合系統，包括自動布水器、高負荷地下滲濾復合單元和自動排水器;所述自動布水器和自動排水器均為鐘型無動力虹吸裝置;所述高負荷地下滲濾復合單元從上到下依次包括覆蓋層、一次散水-排氣層、細濾層、進氣層、精濾層、二次散水層、深度處理層和排水層;所述自動布水器通過U型水封管與高負荷地下滲濾復合單元的一次散水-排氣層和二次散水層連通，所述自動排水器與高負荷地下滲濾復合單元的排水層連通。

　　所述系統還包括格柵池和厭氧沉淀池，所述格柵池與厭氧沉淀池連通，所述厭氧沉淀池與自動布水器連通。

　　所述格柵池主要是去除垃圾等雜物，所述厭氧沉淀池主要是沉淀大顆粒物質及提高污水的可生化性。所述格柵池和厭氧沉淀池可根據生活污水水質狀況加以設置或者舍去。所述自動布水器和自動排水器均為鐘型無動力虹吸裝置，其功能分別是向高負荷地下滲濾復合單元間歇性布水和間歇性將高負荷地下滲濾復合單元內的水排出。

　　所述自動布水器包括第一排氣-水封管、底部敞口的第一鐘罩、兩側長短不一的第一U型管、固定第一U型管的第一底座和第一排氣-安全管;所述自動排水器包括第二排氣-水封管、底部敞口的第二鐘罩、兩側長短不一的第二U型管、固定第二U型管的第二底座和第二排氣-安全管。第一排氣-水封管一端插入第一U型管長端內部，插入深度介于第一鐘罩底部和第一U型管短端之間，另一端從第一鐘罩頂部伸出;第一排氣-安全管與第一U型管短端相連通，第一U型管固定在第一底座上;第二排氣-水封管一端插入第二U型管長端內部，插入深度介于第二鐘罩底部和第二U型管短端之間，另一端從第二鐘罩頂部伸出;第二排氣-安全管與第二U型管短端相連通，第二U型管固定在第二底座上。

　　所述一次散水-排氣層內埋設有一次布水管和排氣管，排氣管外接無動力風機;所述進氣層內埋設有進氣管;進氣管伸出地表，其頂端接透氣帽，透氣帽高出地表10厘米以上;所述二次散水層埋設有二次散水管;所述自動布水器通過U型水封管與高負荷地下滲濾復合單元的上下兩層布水管(即一次布水管和二次散水管)連通，并且在下層布水管(即二次散水管)前端裝有球閥調節進入上下兩層布水管的污水量;所述排水層埋設有集水排水管，所述自動排水器與排水層的集水排水管連通。

　　本發明的一個優選方案，其中，所述覆蓋層是綠地、旱地或浮土等。

　　本發明的一個優選方案，其中，所述一次散水-排氣層、進氣層、二次散水層和排水層均由粒徑為10～40mm的碎石構成。

　　本發明的一個優選方案，其中，所述細濾層為河砂、沸石和陶粒中的一種或由幾種混合而成;所述細濾層的飽和透水系數為0.1～1.0cm/s。

　　本發明的一個優選方案，其中，所述精濾層設有2～3個亞層，各亞層分別為河砂、沸石、陶粒、鈣質土和砂土中的一種或由幾種混合而成，自上而下各亞層的滲透性依次降低;所述精濾層的飽和透水系數為0.01～0.2cm/s。

　　本發明的一個優選方案，其中，深度處理層為陶粒、沸石、鐵質碎石和硅質碎石中的一種或由幾種混合而成，陶粒和沸石的粒徑為3～10mm，鐵質碎石和硅質碎石的粒徑為5～10mm。

　　本發明的一個優選方案，其中，所述一次布水管為直徑40～75mm的PVC管，其兩側和底部開有分布不均勻的散水孔(近端疏、遠端密);所述二次散水管為直徑40～75mm的PVC管，其兩側和底部開有分布不均勻的散水孔(近端疏、遠端密);所述排氣管為直徑50～110mm的PVC管，管壁開有通氣孔;所述進氣管為直徑50～110mm的PVC管，管壁開有通氣孔;所述集水排水管為直徑50～75mm的PVC管，管壁兩側開孔，末端敞口，此管與自動排水器連接。

　　本發明的一個優選方案，其中，所述排水層底部設有集水溝，所述集水排水管放置在集水溝中。

　　本發明的一個優選方案，其中，所述無動力風機口徑為110～200mm，其安裝高度一般大于1米;為了增加通風效果，根據系統規模大小可以設置數個無動力風機共同工作;所述無動力風機的主要功能是利用自然風和空氣對流的原理對濾料進行通風換氣。

　　一種利用上述系統進行無動力高負荷地下滲濾污水處理的方法，具體如下：

　　污水(可優選先經過格柵和厭氧沉淀)進入自動布水器，水位向上升高，升到一定高度時觸發鐘型虹吸裝置，通過虹吸作用將污水送入高負荷地下滲濾復合單元內的一次散水-排氣層與二次散水層，送入這兩層的污水量由設置于二次散水層前端的球閥調節;一次散水-排氣層的污水依次向下非飽和滲濾穿過細濾層和精濾層，在此過程中，有機物被吸附攔截和被土壤微生物分解，NH4+通過硝化作用去除，磷則通過吸附沉淀去除;

　　當污水依次經過細濾層和精濾層到達二次散水層時，污水中除了主要以硝態氮存在的氮外，其它污染物大部分已被去除;此時，該部分水與二次散水管的布水(新鮮污水)混合后一起向下滲濾進入深度處理層;當深度處理層內的水位上升到二次散水層頂部時，與集水排水管連通的自動排水器由于虹吸作用開始向外排水，當深度處理層與自動排水器內的水位降低到鐘罩底部時，虹吸被破壞，停止排水。

　　本發明的一個優選方案，其中，所述一次散水-排氣層與二次散水層的布水體積比例為1～2:1。

　　本發明方法在深度處理層分別營造了上部濾料間歇性淹水、下部濾料一直淹水(飽和)的環境，即上部營造了好氧厭氧交替環境、下部營造了兼性厭氧環境。這樣設置一方面可以利用新進入的原污水中的有機物作為反硝化的碳源，提高總氮的去除率，另一方面又能夠使未被利用的有機物在好氧條件下分解轉化，不會因為累積而造成堵塞。同時，殘留的氨氮也能在好氧條件下進一步去除。

　　為了保證系統的氧氣供應，本系統具有兩種供氧機制，一種是高負荷地下滲濾復合單元的無動力風機供氧機制，另一種是深度處理層排水復氧機制。第一種供氧機制為：無動力風機安裝在高出地表較高的高度，本身具有一個拔風作用，另外在自然風或濾料內與室外溫差的作用下，一次散水-排氣層的空氣經由無動力風機排出系統，新鮮空氣經由進氣管進入進氣層，并向上穿過細濾層進入一次散水-排氣層，從而形成一個循環，周而復始的為細濾層通風換氣。同時精濾層表層也會因自然擴散-交換而復氧。第二種供氧機制為：深度處理層每次排出多少體積的水，就會從進氣層吸入多少體積的新鮮空氣;深度處理層每次的排水深度與精濾層濾料的厚度相當，這樣排水過程就是為精濾層復氧的過程。這兩種供氧機制有效保證了細濾層和精濾層的氧氣供應，從而保障了系統長期穩定運行。

　　與現有技術相比，本發明具有以下優點及有益效果：

　　(1)通過虹吸裝置實現了高負荷地下滲濾復合單元無動力間歇性的進水和排水，污水負荷大幅度提高，且出水水質也更好;(2)通過兩層布水增加了系統污水負荷，同時為反硝化反應提供了有機碳源;(3)設置了兩種無動力供氧機制聯合為高負荷地下滲濾復合單元通風換氣，保障了系統氧氣的供給。