一种复合流人工快渗生态床的制作方法

本实用新型属于污水处理设备技术领域，具体涉及一种复合流人工快渗生态床。

背景技术：

近年来，我国农村地区的供水工程已逐步完善，而排水工程却相对落后，许多农村生活污水未经任何处理直接排放到河道、沟渠，或排放到土地后任其渗入地下，或经化粪池简单处理后排放，造成水体或土壤污染，破坏农村整体生态环境和景观的同时，还可能直接或间接威胁到农村群众的身体健康。因此，加强对农村生活污水的有效处理，避免因生活污水直接排放而引起的农村水体、土壤和农产品污染，是改善农村人居环境的过程中亟待解决的问题。

农村生活污水主要来源于居民生活过程中产生的粪污废水、冲洗废水及餐厨废水等，它具有以下特点：(1)由于农村地区占地面积大，人口相对较少或分散，污水排放相对分散且排放面广；(2)间歇性排放，波动较大，相对集中在早、中、晚等时段；(3)污水水质相对稳定，其中有机物、氮、磷等污染物的含量相对较高。由于传统城市污水处理模式投资大、能耗高、运行费用高、管理复杂，难以适应此类污水的处理，应用和推广难度较大；而现有人工湿地、生物塘、土壤渗滤等技术虽然成本较低，但却存在复氧差、脱氮除磷效率低、易堵塞等缺陷，长期运行效果不理想。所以，在选择分散式污水净化技术时，除了能达标排放，更要建设投资省、运行管理方便、运行费用低、二次污染小，不能延用和照搬大中型规模城市污水处理工艺及设计参数，而应遵循经济、高效、节能和简便易行的原则。然而，目前我国针对农村生活污水这类分散式污水的处理技术储备明显不足，还有很大的发展空间。因此，开发一种操作简单、管理方便、成本较低、高效低耗的净化技术来更好的适应分散式污水的净化，对提高水资源的重复利用率、缓解水资源供需矛盾、改善区域生态环境质量具有重要意义。

技术实现要素：

本实用新型的目的是解决上述问题，提供一种工艺简单、成本低廉、除污效果好的复合流人工快渗生态床。

为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案是：一种复合流人工快渗生态床，包括快渗池本体，所述快渗池本体内按待处理污水行流方向依次设有进水区、缓冲层一、一级包气床、分隔层、滞留床、连通层、饱水床、缓冲层二、二级包气床以及承托层，所述连通层设置于滞留床和饱水床的下方，缓冲层二处设有排水口一，承托层处设有排水口二，待处理污水以下行流方式进水，从进水区依次渗入缓冲层一、一级包气床、分隔层、滞留床，经连通层升流依次渗入饱水床、缓冲层二，再经由出水口一以下行流方式依次渗入二级包气床、承托层，由排水口二排出，所述一级包气床、滞留床、饱水床以及二级包气床的填料表面上均附着有微生物。

优选地，该生态床还包括通过管道依次连接的储水箱、蠕动泵、喷洒器，所述快渗池本体位于喷洒器下方，所述储水箱和蠕动泵的管道上安装有微电脑定时器，所述蠕动泵和喷洒器之间的管道上安装有流量计。

优选地，所述滞留床和饱水床的高度相同。

优选地，所述一级包气床采用天然河砂、沸石砂、大理石砂按照体积比7：2：1均匀混合后作为填料，天然河砂的粒径为0.5～1.0mm，沸石砂的粒径为2～3mm，大理石砂的粒径为3～5mm。

优选地，所述滞留床和饱水床均采用天然河砂、沸石砂、贝壳砂按照体积比8：1：1均匀混合后作为填料，天然河砂的粒径为0.2～0.5mm，沸石砂的粒径为1～2mm，贝壳砂的粒径为2～3mm。

优选地，所述二级包气床采用天然河砂、沸石砂、页岩砂按照体积比3：1：1均匀混合后作为填料，天然河砂的粒径为0.5～1.0mm，沸石砂的粒径为2～3mm，页岩砂的粒径为3～5mm。

优选地，所述缓冲层一、分隔层、连通层、缓冲层二和承托层均采用砾石作为填料，砾石粒径为3～5mm。

优选地，所述进水区高度为10～15cm，不填充任何填料。

优选地，所述进水区高度为10～15cm，所述一级包气床的高度为50～80cm，所述滞留床和饱水床的高度均为30～50cm，所述缓冲层一、分隔层、连通层、缓冲层二和承托层的高度均为2～5cm，所述二级包气床的高度为30～50cm。

本实用新型的有益效果是：本实用新型提供的复合流人工快渗生态床，基建投资少，运行成本低，无需曝气供氧；工艺流程简单，运行管理十分便捷；占地面积小，适用于分散式、小规模污水处理，特别适合村落、乡镇及其它市政管网尚未全面覆盖的区域；采用“下行流+上行流+下行流”相结合的复合进水方式，使床层之间产生差异化氧环境和水力停留时间，在中低负荷运行条件下实现有机物、氮、磷等污染物的有效去除。

附图说明

图1是本实用新型复合流人工快渗生态床结构示意图。

附图标记说明：1、储水箱；2、微电脑定时器；3、蠕动泵；4、流量计；5、喷洒器；6、进水区；7、缓冲层一；8、一级包气床；9、分隔层；10、滞留床；11、连通层；12、饱水床；13、缓冲层二；14、排水口一；15、二级包气床；16、承托层；17、排水口二。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步的说明：

如图1所示，本实用新型的复合流人工快渗生态床，包括快渗池本体，快渗池本体内按待处理污水行流方向依次设有进水区6、缓冲层一7、一级包气床8、分隔层9、滞留床10、连通层11、饱水床12、缓冲层二13、二级包气床15以及承托层16。连通层11设置于滞留床10和饱水床12的下方，缓冲层二13处设有排水口一14，承托层16处设有排水口二17。待处理污水以下行流方式进水，从进水区6依次渗入缓冲层一7、一级包气床8、分隔层9、滞留床10，经连通层11升流依次渗入饱水床12、缓冲层二13，再经由出水口一以下行流方式依次渗入二级包气床15、承托层16，由排水口二17排出，一级包气床8、滞留床10、饱水床12以及二级包气床15的填料表面上均附着有微生物。

在本实施例中，一级包气床8、滞留床10、饱水床12、二级包气床15的填料在填充前均采用菌剂进行微生物接种，具体方法如下：将填料与生活污水按照固液体积比1：5混合，每10L生活污水中投加0.5g菌剂，定期搅拌和置换新的生活污水，2～3d后将填料取出，填入相应的床层。

进一步的，本实施例中，该生态床还包括通过管道依次连接的储水箱1、蠕动泵3、喷洒器5，快渗池本体位于喷洒器5下方。喷洒器5用于均匀布水。储水箱1和蠕动泵3的管道上安装有微电脑定时器2，蠕动泵3和喷洒器5之间的管道上安装有流量计4。微电脑定时器2用于控制进水时间，流量计4用于控制进水流量。待处理污水的进水方式和流量控制并不限于本实施例，还可采用本领域其它常规进水方式。

进水区6高度为10～15cm，不填充任何填料。一级包气床8的高度为50～80cm，采用天然河砂、沸石砂、大理石砂按照体积比7：2：1均匀混合后作为填料，天然河砂的粒径为0.5～1.0mm，沸石砂的粒径为2～3mm，大理石砂的粒径为3～5mm。滞留床10和饱水床12的高度相同，均为30～50cm，均采用天然河砂、沸石砂、贝壳砂按照体积比8：1：1均匀混合后作为填料，天然河砂的粒径为0.2～0.5mm，沸石砂的粒径为1～2mm，贝壳砂的粒径为2～3mm。二级包气床15的高度为30～50cm，采用天然河砂、沸石砂、页岩砂按照体积比3：1：1均匀混合后作为填料，天然河砂的粒径为0.5～1.0mm，沸石砂的粒径为2～3mm，页岩砂的粒径为3～5mm。缓冲层一7、分隔层9、连通层11、缓冲层二13和承托层16的高度均为2～5cm，均采用砾石作为填料，砾石粒径为3～5mm。

值得说明的是，反应池内各区段的具体高度和比例并没有特殊限制，可以根据实际要求进行相应的设定。此外，各区段的填料设置，包括填料种类、组成、比例以及具体的尺寸等，也并不限于本实施例中所述，可采用本领域中其它常规的填料种类及相应的参数进行填装。

本实用新型提供的复合流人工快渗生态床，对有机物、氮、磷的去除原理是：

(1)对有机物的去除原理：废水长期与填料流动接触，在填料表面逐渐形成生物膜。由于各床层内填料颗粒的表面积很大，而且附着有生长良好的生物膜，因此，可使污水中的有机物被吸附，迅速从水中去除。在一级包气床8和二级包气床15的落干复氧期，微生物利用有机物作为营养物质，将其中一部分用于合成新的细胞物质，另一部分则通过氧化分解获得能量供给新细胞的合成，从而使大部分有机物得以降解，反应过程可简述为：复杂有机物+O2→CO2↑+H2O+稳定产物。此外，在滞留床10和饱水床12内，有机物可作为反硝化的碳源，既保证了反硝化过程的顺利进行，又可以进一步降低出水有机物的浓度。同时，有机物还可能通过厌氧代谢去除，反应过程可简述为：复杂有机物→CO2↑+CH4↑+不稳定产物，由于厌氧代谢过程缓慢，该作用对有机物去除的贡献相对较小。

(2)对氮的去除原理：污水首先渗入一级包气床8，在淹水期，污水中的氮素污染物被截留或吸附在填料颗粒的表面，在落干期，一级包气床8开始复氧，填料表面附着的微生物通过硝化作用将氨氮转化成亚硝态氮或硝态氮：NH4⁺→NO2^-→NO3^-；然后进入滞留床10，由于滞留床10位于一级包气床8下方，复氧效果较差，部分硝态氮在缺氧环境下通过反硝化作用转化成气态形式而被去除：NO3^-→NO2^-→NO→N2O→N2；接着进入饱水床12，由于饱水床12与滞留床10等高且底部相互连通，其一直处于淹水状态，保证了良好的缺/厌氧环境，同时也延长了水力停留时间，有利于氮素污染物的进一步去除。待下一周期进水时，滞留床10的污水在一级包气床8内污水的压力下进入饱水床12，饱水床12的出水进入二级包气床15，通过淹水--落干交替运行的自然复氧过程进一步强化生态床的脱氮效果。

(3)对磷的去除原理：该复合流人工快渗生态床对磷素污染物的去除主要有三种途径：一是微生物的同化作用，磷作为微生物生长代谢中必不可缺的营养物质，被微生物用于合成自身物质或转化为ATP；二是由于床层内不同区域的溶解氧量存在差异，好氧和厌氧环境交替出现，有利于磷的过量积累和过量释放；三是填料的物理化学作用，主要包括吸附和化学沉淀两个方面，采用多种填料进行组合，对磷素污染物具有良好的吸附和截留效果，而采用沸石砂、页岩砂等作为填料，其中富含的Ca、Fe和Al等可与可溶性磷酸盐发生化学反应，生成溶解度低的磷酸钙、磷酸铁或磷酸铝，从而增强床层的除磷能力。

下面通过实验例对本实用新型做进一步的说明，进一步展示本实用新型的优点和原理，在下述两个实验例中，进水区6、一级包气床8、滞留床10、饱水床12、二级包气床15的高度分别为10cm、50cm、30cm、30cm、30cm，缓冲层一7、分隔层9、连通层11、缓冲层二13、承托层16的高度均为2cm。

实验例

复合流人工快渗生态床处理的生活污水取自成都市郫县某农户，其主要水质指标如下：COD浓度为140～195mg/L、NH3-N浓度为10～20mg/L、TN浓度为12～30mg/L、TP浓度为1～4mg/L、SS浓度为70～100mg/L、pH值为7.1～7.8，污水经简单的沉淀分离预处理后进入复合流人工快渗生态床。具体运行参数如下：室温25℃左右，水力负荷0.3m³/(m²·d)，每天运行3个周期，每个周期运行8h，湿干比分别采用1：1、1：2、1：3，每天检测1～2次出水水质。结果如表1所示：

表1：某农户生活污水处理效果

实验例2

复合流人工快渗生态床处理的生活污水取自成都市郫县某村镇社区，其主要水质指标如下：COD浓度为200～350mg/L、NH3-N浓度为30～50mg/L、TN浓度为35～60mg/L、TP浓度为2～5mg/L、SS浓度为100～300mg/L、pH值为7.0～7.8。污水经简单的沉淀分离预处理后进入复合流人工快渗生态床。具体运行参数如下：室温25℃左右，水力负荷0.2m³/(m²·d)，每天运行2个周期，每个周期运行12h，湿干比分别采用1：1、1：3、1：5，每天检测1～2次出水水质。结果如表2所示：

表2：某村镇社区生活污水处理效果

将出水水质与《污水综合排放标准(GB8978-1996)》的主要控制项目最高允许排放浓度进行对比可得，在处理某农户生活污水和某村镇社区生活污水时，出水COD、NH3-N、SS浓度均能达到《污水综合排放标准(GB8978-1996)》一级标准，对TN、TP也可达到一定的去除效果。区别在于，在处理某农户生活污水时，湿干比1：3的条件下可获得更佳的处理效果，而在处理某村镇社区生活污水时，湿干比1：5的条件下可获得更佳的处理效果，这是由于复合流人工快渗生态床对生活污水的处理效果与进水水质、水力负荷、湿干比等因素密切相关。一般而言，当进水污染负荷较高时，应当考虑适当降低水力负荷或延长落干时间，从而获得更加理想的污水净化效果。

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实用新型的原理，应被理解为本实用新型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实用新型公开的这些技术启示做出各种不脱离本实用新型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实用新型的保护范围内。