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高效防堵土壤生物廢水處理系統(tǒng)的制作方法

文檔序號:4812366閱讀:544來源:國知局
專利名稱:高效防堵土壤生物廢水處理系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于廢水處理,可用于生活污水和能夠采用活性污泥法處理的工業(yè)有機(jī)廢水的處理。
在實際應(yīng)用中,由于廢水中顆粒有機(jī)物的存在,傳統(tǒng)的土壤生物處理方法往往出現(xiàn)較嚴(yán)重的土壤堵塞現(xiàn)象,沿著散水管普遍出現(xiàn)局部范圍的積水,甚至出現(xiàn)大范圍的積水。由于好氧細(xì)菌代謝分解有機(jī)物需要消耗大量氧氣,而傳統(tǒng)處理系統(tǒng)中的氧氣是依靠從地表向飽氣帶的擴(kuò)散作用提供,因此,土壤堵塞不僅大大降低土壤滲透性,而且積水的出現(xiàn)大大降低氧氣向飽氣帶的擴(kuò)散速率(由于氧在水中的溶解度和擴(kuò)散速率均很小),從而降低系統(tǒng)的廢水處理效率,甚至喪失其廢水處理功能。向土壤供水和散水不均勻也會導(dǎo)致局部積水,降低系統(tǒng)的效率。此外,在該污水處理系統(tǒng)中,有機(jī)質(zhì)的好氧細(xì)菌分解作用主要發(fā)生在地下40-70cm處,由于垂直擴(kuò)散供氧緩慢,傳統(tǒng)的土壤廢水系統(tǒng)效率低下(每天處理一噸生活廢水需要約40m2甚至上百平方米的土地面積),并且要保持地面的透氣功能(不能是大面積被水泥澆注的路面或球場),因而使該方法目前仍僅用于居住較分散的單個家庭的生活廢水處理。
綜上所述,利用土壤的生物地球化學(xué)凈化作用處理生活廢水是一種既有經(jīng)濟(jì)效益,又有生態(tài)效益的污水處理方法,但傳統(tǒng)的方法處理效率很低,系統(tǒng)穩(wěn)定性差,適用范圍小。本發(fā)明的目的是采用多層過渡界面防堵塞;采用空氣通道與高滲透性夾層聯(lián)合供氧大大提高系統(tǒng)的供氧能力,從而提高系統(tǒng)的廢水處理效率和系統(tǒng)的穩(wěn)定性,使之適用于城鎮(zhèn)小區(qū)生活廢水和工業(yè)有機(jī)廢水的處理。
本發(fā)明主要通過改變系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和改善供氧來分散顆粒有機(jī)物并提高其分解速率。具體方法是采用由礫石層(3)→砂層(4)→砂土層(5)→土層(6)→用于排水的礫石層(10)的多層結(jié)構(gòu),使顆粒有機(jī)物分散于多個界面上,所需氧氣除了來自地表的垂直擴(kuò)散外,更主要的是由高滲透性供氧層(7)提供(附

圖1),可大大加速顆粒有機(jī)物的分解,維持土壤的滲透性。因此本發(fā)明設(shè)計了側(cè)向空氣通道(8)與高滲透夾層(7)聯(lián)合供氧(附圖1)。在該系統(tǒng)中,氧氣供給主要是依靠終端與地表連通的空氣通道(8),穿過透氣墻(9),通過高滲透性供氧層來完成。這一系統(tǒng)不僅可以使系統(tǒng)的廢水處理效率提高數(shù)倍至數(shù)十倍,而且即使由于散水不均勻使系統(tǒng)出現(xiàn)局部積水,也不會明顯影響系統(tǒng)的功能,提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
2、側(cè)向空氣通道與高滲透夾層聯(lián)合供氧土壤生物地球化學(xué)廢水處理的原理和實驗研究均表明,系統(tǒng)向飽氣帶供給氧氣的能力是影響其廢水處理效率的決定性因素之一。生活廢水的需氧量一般為500-1000mg/l,常規(guī)系統(tǒng)的廢水處理效率是0.01-0.05噸/m2/天,其理論需氧量為5-50g/m2/天,這相當(dāng)于表層土壤吸收氧氣的量。如要使系統(tǒng)的廢水處理效率提高到0.10噸/m2/天以上,僅僅依靠從地表擴(kuò)散提供的氧氣是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的,因此我們發(fā)明了側(cè)向空氣通道與高滲透夾層聯(lián)合供氧(圖2)。在該系統(tǒng)中,氧氣供給主要是依靠終端與地表連通的空氣通道,穿過透氣墻,通過高滲透性供氧層來完成。這一系統(tǒng)不僅可以使系統(tǒng)的廢水處理效率提高數(shù)倍至數(shù)十倍,而且即使由于散水不均勻使系統(tǒng)出現(xiàn)局部積水,也不會明顯影響系統(tǒng)的功能,提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。五、實施例1、廢水穿過飽氣帶所需時間與廢水處理效率在飽氣帶中的氧氣供應(yīng)充足的情況下,廢水中有機(jī)質(zhì)的分解也需要一定的時間。假設(shè)水力坡度為1,飽氣帶的飽和水滲透能力(飽和達(dá)西流速)為w噸/m2/天,飽氣帶厚度為h(米),土壤的有效空隙率為x%,則在飽和條件下廢水穿過飽氣帶所需時間為 非飽和條件下水的實際流速小于飽和流速,即廢水在飽氣帶滯留的時間會更長。根據(jù)現(xiàn)有資料和實驗研究結(jié)果,廢水在飽氣帶的滯留時間應(yīng)大于6小時(t>0.25天),才能使廢水得到凈化。在實際應(yīng)用中,飽氣帶不能被水飽和,即系統(tǒng)的廢水處理效率(p)應(yīng)小于w噸/m2/天。p比w小多少與廢水中有機(jī)物的濃度等諸多因素有關(guān)。我們建議在任何情況下,p≤0.75w在一般情況下,如t<7小時,則p≤0.5w;t>12小時,則 p≈0.75w。
2、高滲透性供氧層的設(shè)計及其供氧能力為了增強(qiáng)供氧功能和防止因毛細(xì)吸附作用使廢水進(jìn)入空氣通道,我們將高滲透性供氧層設(shè)計成中間薄,兩邊(靠近空氣通道)厚(圖2),具體方法是供氧層的底面為平面,頂面為弧面。為了充分發(fā)揮供氧層在防止土壤堵塞和向飽氣帶供氧的雙重作用,我們建議供氧層之上用于廢水處理的土壤層厚度為15-20cm。
氧氣在空氣中的含量約285g/m3,10℃時氧氣在空氣中的擴(kuò)散系數(shù)為1.6m2/天。假定高滲透性供氧層空氣中氧氣的平均含量為100g/m3,并且往上和往下均在0.5米范圍內(nèi)全部被消耗(氧氣的實際濃度梯度應(yīng)更大一些),則可向飽氣帶供應(yīng)氧氣260g/m2/天,比常規(guī)系統(tǒng)增加5-50倍。
由于改變了供氧方式,即使在散水管附近出現(xiàn)積水,也不會對系統(tǒng)的功能產(chǎn)生明顯影響,大大提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。發(fā)明效果如前所述,在水飽和條件下廢水穿過飽氣帶所需時間為 根據(jù)中國放射防護(hù)研究院對我國北方黃土的滲透性試驗研究結(jié)果,當(dāng)水力坡度為1,w=0.04噸/m2/天時,x=25。雖然滲透系數(shù)與土壤結(jié)構(gòu)等多種因素有關(guān),但總體上來看,w與x之間呈正相關(guān)關(guān)系。一般情況下,當(dāng)w>0.2時,x>30。設(shè)h=0.5米,w=0.3噸/m2/天,則x>30,t>12小時。依照前面所建議的p與t的關(guān)系,該系統(tǒng)的廢水處理效率超過0.25噸/m2/天是完全可能的。假設(shè)某生活小區(qū)每戶平均廢水排放量為0.6噸/天,則100戶的廢水排放量為60噸/天。如果土壤系統(tǒng)的廢水處理效率為0.2噸/m2/天,則需要300m2的土地面積;如果系統(tǒng)的廢水處理效率為0.3噸/m2/天,則僅需要200m2的土地面積。這些土地的表面可用于綠化、道路或球場,甚至可以是樓下架空的停車位等。這在許多城鎮(zhèn)生活小區(qū)都是可行的。
工業(yè)污水的特點是廢水排放量較大。假設(shè)某工廠每天排放工業(yè)廢水200噸,經(jīng)絮凝沉淀或過濾,其需氧量為400g/l(低于生活廢水),設(shè)系統(tǒng)的廢水處理效率為0.25噸/m2/天,所需土地面積為800m2,相當(dāng)于一個小型花園和一個籃球場的面積(可以建2-3個較小的系統(tǒng)),這在許多情況下都是可行的。
權(quán)利要求
1.一種高效防堵土壤生物廢水處理系統(tǒng),是使廢水通過埋在地下的散水管分布于供氧充足滲透性好的土壤層中,其特征在于采用改善系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和改善供氧提高廢水中有機(jī)物的分解速率,主要是采用多層過渡界面防堵塞,和采用空氣通道與高滲透性夾層聯(lián)合供氧的方法。
2.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的高效防堵土壤生物廢水處理系統(tǒng),其特征在于該系統(tǒng)采用的方法包括如下步驟1)、采用由礫石層(3)→砂層(4)→砂土層(5)→土層(6)→用于排水的礫石層(10)的多層結(jié)構(gòu),使顆粒有機(jī)物分散于多個界面上,所需氧氣除了來自地表的垂直擴(kuò)散外,更主要的是由高滲透性供氧層(7)提供,可大大加速顆粒有機(jī)物的分解,維持土壤的滲透性;2)、采用側(cè)向空氣通道(8)與高滲透供氧層(7)聯(lián)合供氧,在該系統(tǒng)中,氧氣供給主要是依靠終端與地表連通的空氣通道(8),穿過透氣墻(9),通過高滲透性供氧層(7)來完成。
全文摘要
本發(fā)明屬于廢水處理,主要是生活污水和能夠采用活性污泥法處理的工業(yè)有機(jī)廢水的處理。利用土壤微生物對有機(jī)物的分解性能進(jìn)行廢水處理,其方法的優(yōu)點是建設(shè)成本低,維持管理費(fèi)用很低,對BOD和COD的凈化率可達(dá)到95%以上,廢水處理系統(tǒng)之上的土地可用作旱地種植蔬菜等作物或作為花圃、草坪等綠化用地,是一種既有經(jīng)濟(jì)效益,又有生態(tài)效益的污水處理方法。但傳統(tǒng)的方法處理效率很低,系統(tǒng)穩(wěn)定性差,適用范圍小。本發(fā)明提供一種采用多層過渡界面防堵塞;采用空氣通道與高滲透性夾層聯(lián)合供氧的方法,大大提高系統(tǒng)的供氧能力,從而提高系統(tǒng)的廢水處理效率和系統(tǒng)的穩(wěn)定性,使之適用于城鎮(zhèn)小區(qū)生活廢水和工業(yè)有機(jī)廢水的處理。
文檔編號C02F3/00GK1460649SQ0312676
公開日2003年12月10日 申請日期2003年6月5日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月5日
發(fā)明者陳繁榮 申請人:中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所
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