专利名称：人工快速土地渗滤处理系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种河流污水净化处理技术，特别是涉及采用土地渗滤法去除河 流污水中有机物和氨氮的系统，属于污水土地处理技术领域。
背景技术：
自20世纪70年代以来，由于人口、资源和环境的挑战给土地处理技术带来新的机 遇，污水土地处理已经发展成可替代二级处理甚至深度处理的重要污水处理途径之一。污 水土地处理系统可分为六类，即慢速渗滤处理系统(SR)、快速渗滤处理系统(RI)、地表漫 流处理系统(OF)、污水湿地处理系统(WL)、地下渗滤土地处理系统(UG)和人工土层快速渗 滤处理系统(ARI)。人工快速土地渗滤系统(CRI)是一种由其中的快速渗滤处理系统发展 而来的污水土地处理技术，现归属于ARI系统，其是指有控制地 将污水投配到人工构筑的 土地渗滤介质表面，使其在从上向下渗透的过程中经历不同的物理、化学和生物作用，最终 达到污水净化的目标，其核心是采用了渗透性能较好的沙子、陶粒等为主要渗滤介质来代 替天然土层，从而大大提高了水力负荷(l-3m3/d)，增强了实用性。其目的是为了提高系统 的处理负荷，从而提高单位面积上污水的处理能力。尽管人工快速渗滤系统在河流污水资源化中的研究虽已有报道，但其实际应用仍 处于起步阶段。河流污水相对于工业废水、生活污水而言，污染物和有机物浓度较低，成分 也有所不同，这些都对传统人工快速渗滤系统处理效果造成一定影响。例如，系统对污染物 的去除主要还是依靠填料介质表面微生物的降解作用，而微生物的生长繁殖需要足够的营 养物质，一般污水有机物浓度含量高，碳源充足，但河流污水有机物浓度相对较低，营养不 足可能会影响微生物的繁殖生长，从而影响处理效果。同时，河流水质随季节和气候影响较 大，水质很不稳定，一直处于变化状态，给处理效果的稳定性又增加了难度。因此，常规的高 效水处理技术由于针对性和适用性不足，在很多情况下并不能适应低浓度污染水体的处理 需求。灵活选择合适工艺和运行条件，并因地制宜的适应目标河流水质特点，是在河流水质 净化工艺中发挥人工快速渗滤系统的最佳效能和达到最佳处理效果的有效途径。
实用新型内容本实用新型的目的在于克服现有人工快速渗滤系统技术的水力负荷在对河流污 水资源化过程中针对性和适用性不强的不足，提供一种人工快速土地渗滤处理系统。为此，本实用新型提供一种人工快速土地渗滤处理系统，其包括进水泵1、调节池2、流量计3、渗滤池4和集水池5 ；该进水泵的入口 11通过管道与河流水域连接，进水泵的出口 12通过管道与调节 池的入水口 21连接；该调节池顶部具有入水口 21，底部具有出水口 22 ；该调节池的出水口 22通过管道与流量计的入口 31连接，该流量计的出口 32通过 管道与渗滤池入水口 41连接；[0010]该渗滤池顶部具有入水口 41，该入水口连接布水装置42 ；该渗滤池内采用沙 子以及至少一种选自沸石和火山岩为填料43;其中当填料为沙子和沸石时，沙子的体 积占50% -85%，沸石的体积占15% -50% ；当填料为沙子和火山岩时，沙子的体积占 50% -85%，火山岩的体积占15% -50% ；当填料为沙子、沸石和火山岩三种时，沸石的体积 占7% -25%，火山岩的体积占7% -25%，其余为沙子；该填料底部埋设集水管44，该集水 管出口 45通过管道与集水池入水口 51连接；该集水池具有入水口 51和出水口 52，且入水口 51位置高于出水口 52，该集水池 的出水口通过管道与下游河流水域连接。如上所述的人工快速土地渗滤处理系统，其中该填料的厚度优选为l_4m。如上所述的人工快速土地渗滤处理系统，其中沸石或火山岩的粒径优选为4_6mm。如上所述的人工快速土地渗滤处理系统，其中该布水装置42可以是相互平行且 等距布置于渗滤池顶部的复数个布水管，每个布水管下部具有均勻分布的复数个出水孔， 该出水孔的孔径优选为2-10mm，孔间距优选为5-20cm。如上所述的人工快速土地渗滤处理系统，其中该集水管44可以是相互平行且等 距布置于渗滤池底部的若干个集水管组成，每个集水管上部具有均勻分布的复数个入水 孔，其入水孔的孔径优选为2-10mm，孔间距优选为5-20cm。如上所述的人工快速土地渗滤处理系统，其中该调节池出水口 22的位置优选高 于所述渗滤池入水口 41，且所述渗滤池出水口 45的位置高于所述集水池的入水口 51。本实用新型的有益效果在于(1)考虑天然沙子粒径较小，水力负荷低的不足，采用大粒径的沸石和火山岩作为 渗滤池的填料能提高水力负荷。沸石和火山岩都是多孔穴结构，比表面积大，有利于微生物 的附着生长及污染物的吸附。其中，沸石是一种架状结构的多孔穴和通道的硅铝酸盐，具有 巨大的比表面积(400 800m2/g)，有良好的吸附、交换性能，可为理想的生物载体并能有效 提高磷的去除率；火山岩(俗称浮石)是火山爆发后由火山玻璃、矿物与气泡形成的珍贵的 多孔形石材，抗腐蚀，具有惰性，亲水性强，表面带正电荷，有利于生物降解，具有良好的氨 氮去除效果。(2)采用本实用新型的装置，水力负荷适用范围为l-6m3/m2d，化学需氧量(CODj 去除率可达到60-70%，氨氮(NH3-N)的去除率可达到97-99%，总氮(TN)和总磷(TP)的 去除率均可达到30-50%。(3)本实用新型的装置适用于河流污水的原位处理，系统占地面积、处理规模和投 资较小，设备简单、操作管理方便且无二次污染。
图1为本实用新型一种优选实施方案的人工快速土地渗滤处理系统装置示意图。图2为本实用新型一种优选实施方案中渗滤池的布水管结构示意图。图3为本实用新型一种优选实施方案中渗滤池的集水管结构示意图。
具体实施方式
在本实用新型的优选实施方式中，如图1所示，CRI系统包括进水泵1、调节池2、流量计3、渗滤池4和集水池5。首先河流污水经水泵抽水进入前置高位调节池1，由于河水长期处于流动状态，使水中沉降性能较好的悬浮颗粒长期处于悬浮状态，这部分悬浮物通过沉降在调节池底部形 成淤泥，经此处理的污水渗滤速度得以提高，并防止渗滤池填料层堵塞，减轻渗滤池污染负 荷。河流污水经调节池1的初步处理后，进入渗滤池4进行快速渗滤处理。渗滤池4中 填料的性能和用量为影响污水净化效果的关键因素。为提高系统的水力负荷，针对河流水 质污染物和有机物浓度较低的特点，本实用新型的渗滤池4中选择沙子、火山岩和沸石作 为填料，该填料吸附性能好，能为微生物的附着生长提供大量的比表面积；使污水以液膜状 态流过生物膜；有足够的孔隙率，透气性好(即保证氧的供给)；有较好的化学稳定性；对 微生物的生长无不利影响；且有一定的机械强度；原料广泛，价廉易得。通常填料中火山岩 或沸石的含量越多净化效果越好，考虑河流污水的普遍污染状况，火山岩或沸石在填料中 含量至少为15%，可根据净化水质的要求适当调节填料中各组分的配比。滤层厚度的厚度是影响净化效果的另一个因素。一般情况下，滤层厚度越大，系统 的纳污能力越强，水力停留时间也越长，系统的出水水质就会越好；然而，滤层厚度越大，工 程实际中的投资费用也越高。本实用新型的研究者研究了污染物在系统中净化效果随深度 变化的规律，将滤层厚度确定为l_4m，优选为约2m。
以下结合附图和具体实施例对本实用新型进行进一步详细说明。实施例1 如图1所示为本实用新型的一种优选实施方式，该人工快速土地渗滤处理系统可 设置在江河水域岸边，其包括进水泵1、调节池2、流量计3、渗滤池4和集水池5 ；其中进水 泵的入口 11通过管道与河流水域连接，进水泵的出口 12通过管道与调节池的入水口 21连 接；调节池采用砖砌结构，地上式，尺寸为长4m、宽3m、深2m，有效容积为24m3，其顶 部具有入水口 21，底部具有出水口 22 ；调节池的作用主要是利用高度差，使入水实现自流 的方式供水，同时它还起到了去除部分可沉淀物质，防止渗池堵塞的作用。调节池的出水口 22通过管道与流量计的入口 31连接，采用PVC管流量计，量程 0. 25-2. 5m3/h，流量计的出口 32通过管道与渗滤池入水口 41连接；渗滤池为砖砌水泥构筑立方体结构，半地下式，尺寸为长2m、宽2m、深2m，有效容 积为8m3 ；其顶部具有入水口 41，入水口连接布水装置42 ；如图2所示，该布水装置42为相 互平行且等距布置于渗滤池顶部的复数个布水管48，该布水管间通过管道相互连通，每个 布水管下部具有均勻分布的复数个出水孔46，该出水孔分布在与水管断面中垂线成45度 角方向，该出水孔46的孔径为10mm，孔间距为15cm ；渗滤池内采用体积比为3/1的沙子和 火山岩作为填料43，火山岩的粒径为4-6mm，填料厚度为2m ；该填料底部埋设集水管44，如 图3所示，该集水管为相互平行且等距布置于渗滤池底部的若干个水管49组成，在与水管 断面中垂线成45度角的侧上方设置复数个入水孔47，孔径为10mm，孔间距为15cm ；集水管 出口 45通过管道与集水池入水口 51连接；集水池为箱型结构，地下式，具有入水口 51和出水口 52，该入水口 51的位置高于 出水口 52，集水池的出水口通过管道与下游河流水域连接。[0035]上述的人工快速土地渗滤处理系统中调节池出水口 22的位置高于渗滤池入水口 41，且渗滤池出水口 45的位置高于集水池的入水口 51。应用上述装置处理北京地区某实验河段的污染河水。预先采用河水自然挂膜的方 式进行了微生物培养，采用淹水12h、落干12h的培养方式进行生物培养驯化，河水自然培 养驯化所需时间约40天。经过此阶段后，开始对河流污水进行净化处理，首先河流污水经 进水泵1抽水进入调节池2，并停留沉降0. 5h，经调节池2预处理后的污水通过布水管42 布水，并以自流方式进入渗滤池4内，经12h淹水期和12h落干期，渗滤液经渗滤池4底部 的集水管44收集注入集水池5，最后出水入河。各池进水量由流量计控制。对渗滤池4进出水C0D&、NH3-N, TN和TP指标进行短期系统监测，监测期共为20 天，监测间隔为2-3天。分析方法C0D&、NH3-N, TN、TP 仪器法，德国WTW-便携式检测仪。监测结果表明，该系统的水力负 荷为6m3/m2d时，人工快速土地渗滤处理系统的水 质净化效果为C0D&的平均去除率为64. 7%, NH3-N的平均去除率为97. 1%，TN的平均去 除率为31.8%，TP的平均去除率为44.9%。实施例2 应用实施例1所述的人工快速土地渗滤处理系统，其中采用体积比3/1的天然河 沙和沸石为渗滤池4的填料，沸石的粒径为4-6mm，填料厚度为4m。应用该装置处理北京地区某实验河段的污染河水。预先采用河水自然挂膜的方式 进行了微生物培养，采用淹水72h、落干72h的培养方式进行生物培养驯化，河水自然培养 驯化所需时间约80天。经过此阶段后，开始对河流污水进行净化处理，首先河流污水经进 水泵1抽水进入调节池2并停留沉降5h，经调节池2预处理后的污水通过布水管42布水， 并以自流方式进入渗滤池4内，经72h淹水期和72h落干期，渗滤液经渗滤池4底部的集水 管44收集注入集水池5，最后出水入河。各池进水量由流量计控制。对渗滤池4进出水C0D&、NH3-N, TN和TP指标进行短期系统监测，监测期共为20 天，监测间隔为2-3天。分析方法C0D&、NH3-N, TN、TP 仪器法，德国WTW-便携式检测仪。监测结果表明，该系统的水力负荷为lm3/m2d时，人工快速土地渗滤处理系统的水 质净化效果为C0D&的平均去除率为58. 2%, NH3-N的平均去除率为98. 6%, TN的平均去 除率为40. 8%，TP的平均去除率为34. 5%。实施例3 应用实施例1所述的人工快速土地渗滤处理系统，其中采用体积比6 1 1的 天然河沙、沸石和火山岩为渗滤池4的填料，沸石和火山岩的粒径均为4-6mm，填料总厚度 为lm。应用该装置处理北京地区某实验河段的污染河水。预先采用河水自然挂膜的方式 进行了微生物培养，采用淹水24h、落干24h的培养方式进行生物培养驯化，河水自然培养 驯化所需时间约60天。经过此阶段后，开始对河流污水进行净化处理，首先河流污水经进 水泵1抽水进入调节池2并停留沉降2h，经调节池2预处理后的污水通过布水管42布水， 并以自流方式进入渗滤池4内，经24h淹水期和24h落干期，渗滤液经渗滤池4底部的集水 管44收集注入集水池5，最后出水入河。各池进水量由流量计控制。[0049]对渗滤池4进出水C0D&、NH3-N, TN和TP指标进行短期系统监测，监测期共为30 天，监测间隔为3-4天。分析方法C0D&、NH3-N, TN、TP 仪器法，德国WTW-便携式检测仪。 监测结果表明，该系统的水力负荷为4m3/m2d时，人工快速土地渗滤处理系统的水 质净化效果为C0D&的平均去除率为60. 2%, NH3-N的平均去除率为97. 1%，TN的平均去 除率为49. 5%，TP的平均去除率为44. 5%。
权利要求一种人工快速土地渗滤处理系统，其特征在于其包括进水泵(1)、调节池(2)、流量计(3)、渗滤池(4)和集水池(5)；该进水泵的入口(11)通过管道与河流水域连接，进水泵的出口(12)通过管道与调节池的入水口(21)连接；该调节池顶部具有入水口(21)，底部具有出水口(22)；该调节池的出水口(22)通过管道与流量计的入口(31)连接，该流量计的出口(32)通过管道与渗滤池入水口(41)连接；该渗滤池顶部具有入水口(41)，该入水口连接布水装置(42)；该渗滤池内具有填料(43)；该填料底部埋设集水管(44)，该集水管出口(45)通过管道与集水池入水口(51)连接；该集水池具有入水口(51)和出水口(52)，且入水口(51)位置高于出水口(52)，该集水池的出水口通过管道与下游河流水域连接。
2.根据权利要求1所述的人工快速土地渗滤处理系统，其特征在于所述填料的厚度 为 l_4m。
3.根据权利要求2所述的人工快速土地渗滤处理系统，其特征在于所述布水装置 (42)为相互平行且等距布置于渗滤池顶部的复数个布水管，每个布水管下部具有均勻分布 的复数个出水孔。
4.根据权利要求3所述的人工快速土地渗滤处理系统，其特征在于所述集水管(44) 为相互平行且等距布置于渗滤池底部的若干个集水管组成，每个集水管上部具有均勻分布 的复数个入水孔。
5.根据权利要求4所述的人工快速土地渗滤处理系统，其特征在于所述调节池出水 口(22)的位置高于所述渗滤池入水口(41)，且所述渗滤池出水口(45)的位置高于所述集 水池的入水口(51)。
专利摘要本实用新型涉及一种人工快速土地渗滤处理系统。该处理系统由进水泵、调节池、流量计、渗滤池、集水池、进入渗滤池的布水管和流出渗滤池的集水管组成；其中进水泵的入口通过管道与河流水域连接，进水泵的出口与调节池的入水口连接；调节池的出水口通过管道与流量计的入口连接，流量计的出口通过管道与渗滤池入水口连接；渗滤池顶部具有入水口，该入水口连接布水装置；渗滤池内采用沙子以及至少一种选自沸石和火山岩为填料；填料底部埋设集水管，集水管出口通过管道与集水池入水口连接；集水池具有入水口和出水口，且入水口位置高于出水口，集水池的出水口通过管道与下游河流水域连接。
文档编号C02F3/10GK201729712SQ200920274769
公开日2011年2月2日 申请日期2009年12月17日 优先权日2009年12月17日
发明者刘操, 廖日红, 李其军, 楼春华, 马宁, 黄赟芳 申请人:北京市水利科学研究所