專利名稱：一種地下濕地與高負荷地下滲濾污水處理復合系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領域：
本實用新型屬環(huán)境工程污水處理技術(shù)領域，特別涉及一種地下濕地與高負 荷地下滲濾污水處理復合系統(tǒng)，該復合系統(tǒng)可用于生活污水和能夠采用活性污 泥法處理的工業(yè)有機污水的處理。
背景技術(shù)：
我國是13個貧水國之一。隨著人口增長、城市化進程加速、現(xiàn)代工業(yè)和 城市建設的發(fā)展，我國的水污染問題也非常嚴重，這不僅使生態(tài)環(huán)境受到很大 破壞，而且導致水質(zhì)性缺水，從而進一步加劇了水資源的短缺，嚴重威脅著我 國的飲用水安全和社會、經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展。
我國城市污水的排放總量預計到2010年將達到1050億m3。盡管耗資巨 大的大型污水處理廠可以在中心城市發(fā)揮重要作用，但污水收集處理不僅成本 高，而且許多城區(qū)存在污水管網(wǎng)不全、污水和雨水混排等問題，給污水的收集 處理帶來很大困難。在廣闊的農(nóng)村、鄉(xiāng)鎮(zhèn)和度假村等較分散的人群聚居地，污 水收集管網(wǎng)的建設和維護耗資之巨大，在美國和歐洲等發(fā)達國家也難以承受， 而這些排污點往往分布在城市的水源地。因此，大力研究開發(fā)成本低、環(huán)境效 益好的污水現(xiàn)場處理技術(shù)對于我國的水環(huán)境污染控制具有十分重要的意義。此 外，污水的現(xiàn)場處理有利于中水回用，符合循環(huán)經(jīng)濟和建設節(jié)約型社會的要求。 在眾多的污水現(xiàn)場處理方法中，污水土地處理在降低處理成本上具有獨特的優(yōu) 勢。
污水土地處理方法主要包括污水快速滲濾、慢速滲濾、地表漫流、濕地系 統(tǒng)和地下滲濾等五種類型。在這些方法中，地下滲濾系統(tǒng)不會影響地表的環(huán)境 和景觀，可建于城區(qū)和生活小區(qū)，在美國、加拿大和歐洲國家得到廣泛應用。 然而，傳統(tǒng)的地下滲濾系統(tǒng)的負荷能力很小、占地面積大，難以在我國推廣使 用。公開號為CN1460649和CN1927733A的發(fā)明專利技術(shù)采用以下技術(shù)手段: (1)通過強化一級處理降低污水中顆粒有機物的含量；(2)通過增加顆粒有 機質(zhì)在滲濾系統(tǒng)中的分散度和增加對滲濾系統(tǒng)的氧氣供應加速有機質(zhì)的分解，使地下滲濾污水處理系統(tǒng)污染物負荷能力大大提高。但上述兩發(fā)明專利存在以 下缺陷(1)對預處理系統(tǒng)的依賴性較強；(2)對污染物負荷在地下滲濾系統(tǒng) 中的分配不能自行調(diào)節(jié)，從而在很大程度上限制了系統(tǒng)的污染物負荷能力和系 統(tǒng)的穩(wěn)定性；(3)在每一通風層中均需要鋪設進風管網(wǎng)和排風管網(wǎng)，這會增加 建設和運行成本。
發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本實用新型的目的在于提供一種地下 濕地與高負荷地下滲濾污水處理復合系統(tǒng)，該系統(tǒng)可用于生活污水和能夠采用 活性污泥法處理的工業(yè)有機污水的處理。
本實用新型的目的通過下述技術(shù)方案實現(xiàn) 一種地下濕地與高負荷地下滲 濾污水處理復合系統(tǒng)，自上而下由覆蓋層(31)、散水-通風碎石層(32)、上 防堵層(35)、通風碎石層(33)、下防堵層(36)、人工土層(37)和集水排 水層(34)組成。所述散水-通風碎石層(32)中埋設散水-通風管網(wǎng)(41); 在通風碎石層(33)中埋設通風管網(wǎng)(42);所述集水排水層(34)中埋設集 水排水管網(wǎng)(43)，散水-通風管網(wǎng)(41)由散水-通風管構(gòu)成，通風管網(wǎng)(42) 由通風管構(gòu)成，集水排水管網(wǎng)(43)由集水排水管構(gòu)成；在散水-通風碎石層 (32)底部與通風碎石層(33)頂部之間設置有滲流礫石(38)，所述滲流礫 石(38)位于散水-通風碎石層(32)的底部，并且在復合系統(tǒng)的壁旁和每兩 條相互平行的散水-通風管之間的中線位置穿過上防堵層(35)，將散水-通風 碎石層(32)與通風碎石層(33)連通起來。
所述覆蓋層(31)可以是綠地、旱地、浮土或硬化地面等。
所述散水-通風碎石層(32)和通風碎石層(33)均由粒徑為1 3cm的碎 石構(gòu)成。
所述上防堵層(35)和下防堵層(36)都設有2 3個亞層，各亞層由石 英砂或石英砂和表層土混合而成的砂土組成，自上而下各亞層的滲透性依次降 低；所述上防堵層(35)和下防堵層(36)的飽和透水系數(shù)均約為lxl(T1 lxl(T2cm/秒。
所述人工土層(37)的滲透系數(shù)低于上防堵層的滲透系數(shù)，所述人工土層 (37)的滲透系數(shù)低于下防堵層的滲透系數(shù)，由砂、粉煤灰和表層土混合而成， 所述人工土層(37)的飽和透水系數(shù)約為lxl0々 lxl0-^m/秒。所述滲流礫石(38)主要由粒徑為0.5 lcm的礫石堆積而成，在散水-通風碎石層(32)底部呈一薄層，厚3 6cm;在散水-通風管附近不連續(xù)；在 每兩條相互平行的散水-通風管之間的中線位置和復合系統(tǒng)的壁旁，所述滲流 礫石(38)呈厚度約20 30cm的礫石墻，穿過上防堵層(35)，將散水-通風 碎石層(32)與通風碎石層(33)連通起來，從而使?jié)B流礫石(38)在剖面上 構(gòu)成"T"字形。
所述散水-通風管網(wǎng)(41)的散水-通風管為直徑75 110mm的PVC管， 管的兩側(cè)和底部開有分布均勻的散水孔。所述散水-通風管網(wǎng)(41)中兩條平 行的散水-通風管間距約2 3米。
所述通風管網(wǎng)(42)的通風管為直徑^110mm的PVC管，管壁開有通氣 孔。所述通風管網(wǎng)(42)中兩條平行的通風管間距約2 3米。
所述集水排水層(34)由粒徑1 3cm的碎石構(gòu)成，每間隔3 4米設一 集水溝，集水溝中埋設集水排水管網(wǎng)(43)。
所述集水排水管網(wǎng)(43)的集水排水管為壁上開設有集水孔的PVC管， 每條管的末端均敞開。
本實用新型散水-通風管網(wǎng)(41)和通風管網(wǎng)(42)在水平面上的投影基 本重合，間歇性配水，落干時通風，并且將散水-通風管網(wǎng)(41)和通風管網(wǎng) (42)中的任一種管網(wǎng)用作系統(tǒng)的排風通道，則另一種管網(wǎng)用作進風通道。
本實用新型的運行模式和工作原理如下
來自排污管道的城市污水或生活污水首先經(jīng)過隔油沉淀等手段預處理，然 后間歇性地進入地下濕地與高負荷地下滲濾污水處理復合系統(tǒng)。 1、污水運移與污染物去除
污水通過散水-通風管網(wǎng)進入地下濕地與高負荷地下滲濾污水處理復合系 統(tǒng)， 一部分在重力作用下滲濾穿透上防堵層往下運移；來不及滲濾的污水則在 散水-通風碎石層中側(cè)向流動，在散水-通風管之間的中線附近通過滲流礫石進 入下防堵層。穿透上防堵層的污水，其中的顆粒有機物主要被上防堵層攔截， 并且依粒徑不同而分散于各土層內(nèi)及其界面上，通過生物接觸氧化分解；在散 水-通風碎石層和滲流礫石中側(cè)向流動的污水，其中的懸浮顆粒有機物被不同 粒徑的礫石攔截，并且不斷被礫石表面的微生物膜分解和轉(zhuǎn)化，使本系統(tǒng)具有 地下濕地的污水凈化功能。無論是穿透上防堵層還是經(jīng)過地下濕地處理的污 水，其污染物含量(尤其是顆粒物含量)均大大降低，從而大大減輕了下防堵層的污染物負荷。進入人工土層后，殘留的顆粒有機物被攔截和微生物分解； 溶解有機物被吸附和被土壤微生物分解；NH4+主要被帶負電荷的礦物吸附， 并通過硝化作用去除；磷則通過吸附和沉淀作用去除。
在系統(tǒng)運行的早期階段，幾乎所有的污水均穿透上防堵層，下防堵層所承 受的污染負荷很低。在污染物負荷較大的情況下，隨著本系統(tǒng)的運行，上防堵 層的滲透性將逐漸降低，通過滲流礫石進入下防堵層的污水從無到有，逐漸增 加。本系統(tǒng)運行一段時間后，上防堵層將達到污泥平衡，此時該層內(nèi)每天新增 固體有機物的量與微生物分解的量相等，每天穿透上防堵層的污水量基本穩(wěn) 定，因而經(jīng)過地下濕地處理后進入下防堵層的污水量也趨于穩(wěn)定。場地試驗結(jié) 果顯示，經(jīng)過地下濕地處理后，有超過50。/。的TSS和約30。/o的COD將被去除， 從而大大減輕了復合系統(tǒng)的污染負荷，使復合系統(tǒng)的污染物負荷能力大大提 高。此外，與以往的技術(shù)相比，本系統(tǒng)增加了下防堵層，而穿過上防堵層滲流 礫石相當于一個二次散水通道，這不僅使系統(tǒng)的散水面積增加了85%以上，而 且使污染物負荷在上防堵層與下防堵層之間的分配比例由系統(tǒng)自行調(diào)節(jié)，可以 最大限度地增強系統(tǒng)的防堵能力。
2、 空氣流動與通風效果
在本系統(tǒng)中，充足的氧氣供應是保障系統(tǒng)穩(wěn)定運行的必要條件，通常需要 采用動力通風，輔以自然拔風，而系統(tǒng)的通風效果與通風管網(wǎng)的分布、系統(tǒng)結(jié) 構(gòu)和運行方式密切相關(guān)。本實用新型采用散水-通風管網(wǎng)和通風管網(wǎng)組合通風， 使空氣在散水-通風碎石層和通風碎石層中均勻流通。具體方法是將散水-通風 管網(wǎng)和通風管網(wǎng)分別用作排風通道和進風通道(或相反)。以散水-通風管網(wǎng) 為排風通道、通風管網(wǎng)為進風通道為例，本實用新型系統(tǒng)中的空氣運移路徑如 下從進風通道進入本復合系統(tǒng)的新鮮空氣主要沿著通風碎石層側(cè)向流動，然 后通過滲流礫石進入散水-通風碎石層，再沿著散水-通風礫石層側(cè)向流動，最 后進入排風通道，從而使礫石層中的空氣得到有效更新。在通風過程中，少量 新鮮空氣通過對流-擴散作用進入防堵層，人工土層中的空氣則通過擴散作用 更新。在系統(tǒng)運行過程中，防堵層基本上處于好氧環(huán)境，人工土層則處于好氧 -厭氧交替環(huán)境。
3、 系統(tǒng)運行模式
本實用新型地下濕地與高負荷地下滲濾污水處理復合系統(tǒng)采用間歇性配 水，每天進水6 9次，每次進水6 8cm。在每次進水結(jié)束后約l小時，對地下復合系統(tǒng)進行動力通風，通風量以進水體積的3 5倍為宜。這種短時間間歇性 布水模式可以使污水分配更均勻，增加人工土層的落干時間。在落干時期，人 工土層處于好氧環(huán)境，使土壤中的殘留有機物在好氧細菌的作用下分解，恢復 土壤的團粒結(jié)構(gòu)和滲透性，并且使被吸附的NH4+在硝化細菌的作用下被氧化 成硝酸根，土壤中的NH4+吸附位被重新釋放；布水時人工土層處于缺氧環(huán)境， 有利于反硝化作用的進行。
本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下的優(yōu)點及有益效果(1)本實用 新型在地下滲濾系統(tǒng)的基礎上增加了地下濕地的功能，從而大大增加了系統(tǒng)的 污染物負荷能力。假設上防堵層中達到污泥平衡時，有50%的污水穿透上防堵 層，其余的污水通過滲流礫石進入下防堵層，則有超過25M的TSS和約15M的 COD將被地下濕地去除。(2)本實用新型技術(shù)通過增加下防堵層，并且使?jié)B 流礫石起到二次散水通道的作用，這相當于增加了85%以上的散水面積，僅此 就可以增加50%以上的污染物負荷能力；(3)現(xiàn)有技術(shù)的通風系統(tǒng)是在同一 層內(nèi)鋪設一套進風管網(wǎng)和一套排風管網(wǎng)，而本實用新型技術(shù)將進風管網(wǎng)和排風 管網(wǎng)分別鋪設在上防堵層的上方和下方，不僅降低了系統(tǒng)的建設成本，而且通 風效果好；(3)與現(xiàn)有技術(shù)(如公開號為CN1927733A和CN1460649的中國專 利)相比，本實用新型增加了下防堵層，省去了部分通風管，復合系統(tǒng)單位面 積的建設成本相近似，但本實用新型系統(tǒng)的污染物負荷能力卻提高了70%以 上。
以一個日處理100mS的系統(tǒng)為例，采用公開號為CN1927733A的中國專利， 總系統(tǒng)所需土地面積約300m2。采用本實用新型，如果污水同樣經(jīng)過一級強化 處理，總系統(tǒng)所需土地面積約200m2，這將使系統(tǒng)的建設成本大大降低；如果 污水僅僅經(jīng)過簡易一級處理(隔油沉淀和格柵)，總系統(tǒng)所需土地面積約260 m2，不僅可以省去一級強化處理單元的建設和運行成本，而且將減少沉淀池 污泥的排放。 '
本實用新型在上述技術(shù)的基礎上附加了地下濕地功能和自行調(diào)節(jié)雙層散 水功能，不僅大大提高了系統(tǒng)對污染物(尤其是顆粒有機物)的負荷能力，降 低建設和運行成本，而且使系統(tǒng)更穩(wěn)定。本實用新型污水處理系統(tǒng)之上的土地 可用作旱地、綠化用地、道路、球場、中小型汽車停車場等，不會影響環(huán)境和 景觀，也不改變土地的用途，適用于城區(qū)、生活小區(qū)等人群聚居地。此外，本 實用新型還具有建設和運行成本低，維護簡單，無需專業(yè)人員管理，受氣候條件影響小等優(yōu)點。


圖1為本實用新型地下濕地與高負荷地下滲濾污水處理復合系統(tǒng)示意圖。
其中，AB為圖2所示的剖面位置。
圖2為地下濕地與高負荷地下滲濾污水處理復合系統(tǒng)橫截面示意圖。
具體實施方式
下面結(jié)合實施例及附圖對本實用新型作進一步詳細的描述，但本實用新型 的實施方式不限于此。 實施例
如圖1所示，污水經(jīng)過隔油沉淀等手段預處理單元10后，通過污水分配 池20間歇性地進入地下濕地與高負荷地下滲濾污水處理復合系統(tǒng)30。
如圖2所示，本實用新型的地下濕地與高負荷地下滲濾污水處理復合系統(tǒng) 30自上而下依次為覆蓋層31、散水-通風碎石層32、上防堵層35、通風碎石 層33、下防堵層36、人工土層37和集水排水層34。覆蓋層31可以是綠地、 旱地、浮土或硬化地面等。在散水-通風碎石層32中埋設散水-通風管網(wǎng)41， 散水-通風管網(wǎng)41由散水-通風管構(gòu)成，在通風碎石層33中埋設通風管網(wǎng)42， 通風管網(wǎng)42由通風管構(gòu)成，散水-通風碎石層32和通風碎石層33均由粒徑為 1 3cm的碎石構(gòu)成；在集水排水層34中埋設集水排水管網(wǎng)43，集水排水管 網(wǎng)43由集水排水管構(gòu)成；在散水-通風碎石層32底部與通風碎石層33頂部之 間設置有滲流礫石38，所述滲流礫石38位于散水-通風碎石層32的底部，滲 流礫石38在復合系統(tǒng)30的壁旁和每兩條相互平行的散水-通風管41之間的中 線位置穿過上防堵層35，所述滲流礫石38由粒徑為0.5 lcm的礫石堆積而 成，在散水-通風碎石層底部呈一薄層，滲流礫石38厚3 6 cm，在散水-通風 管附近不連續(xù)；在兩條相互平行的散水-通風管41之間的中線位置和復合系統(tǒng) 的壁旁，滲流礫石38為厚度20 30cm的礫石墻，穿過上防堵層35，將散水-通風碎石層32與通風碎石層33連通起來。散水-通風管網(wǎng)41的散水-通風管 為直徑75 110mm的PVC管，管的兩側(cè)和底部開有分布均勻的散水？L，兩條 平行的散水-通風管間距約2 3米；置于散水-通風碎石層32中；通風管網(wǎng)42 的通風管為直徑310mm的PVC管，管壁開有通氣孔，兩條平行的通風管間距約2 3米，置于通風碎石層33中；集水排水層34由粒徑1 3cm的碎石 構(gòu)成，每間隔3 4米設一集水溝，集水溝中埋設集水排水管網(wǎng)43;集水排水 管網(wǎng)43的集水排水管為壁上開設有集水孔的PVC管，每條管的末端均敞開。 上防堵層35和下防堵層36都分為2個亞層，上部的亞層為石英砂，下部的亞 層是80%石英砂與20%表層土按體積百分比混合而成的砂土，自上而下2亞 層的滲透性依次降低；上防堵層35和下防堵層36的飽和透水系數(shù)約為 lxlO" lxl(^cm/秒。人工土層37由石英砂、粉煤灰和表層土混合而成，其 飽和透水系數(shù)約為lxl(^ lxlO—Scm/秒，其飽和滲透系數(shù)明顯低于防堵層(上 防堵層、下防堵層)的滲透系數(shù)。散水-通風管網(wǎng)41和通風管網(wǎng)42分別用作 系統(tǒng)的排風通道和進風通道，通過排風扇或鼓風機對系統(tǒng)通風，供給氧氣。
本實用新型的地下濕地與高負荷地下滲濾污水處理復合系統(tǒng)最顯著特征 是(1)在相互平行的散水通風管之間的中線位置的下方，通過滲流鑠石38 將散水-通風碎石層32與通風碎石層33連通起來；(2)在通風碎石層33之下增 設具有多層結(jié)構(gòu)的下防堵層36; (3)將散水-通風管網(wǎng)41和通風管網(wǎng)42其中之 一管網(wǎng)用作系統(tǒng)的排風通道，另一管網(wǎng)用作進風通道。
上述實施例為本實用新型較佳的實施方式，但本實用新型的實施方式并不 受上述實施例的限制，其他的任何未背離本實用新型的精神實質(zhì)與原理下所作 的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應為等效的置換方式，都包含在本實用 新型的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1、一種地下濕地與高負荷地下滲濾污水處理復合系統(tǒng)，其特征在于所述復合系統(tǒng)自上而下由覆蓋層(31)、散水-通風碎石層(32)、上防堵層(35)、通風碎石層(33)、下防堵層(36)、人工土層(37)和集水排水層(34)組成。所述散水-通風碎石層(32)中埋設散水-通風管網(wǎng)(41)；在通風碎石層(33)中埋設通風管網(wǎng)(42)；所述集水排水層(34)中埋設集水排水管網(wǎng)(43)；在散水-通風碎石層(32)底部與通風碎石層(33)頂部之間設置有滲流礫石(38)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種地下濕地與高負荷地下滲濾污水處理復合系 統(tǒng)，其特征在于所述滲流礫石(38)位于散水-通風碎石層(32)的底部，并 且在復合系統(tǒng)的壁旁和每兩條相互平行的散水-通風管之間的中線位置穿過上防 堵層(35)，將散水-通風碎石層(32)與通風碎石層(33)連通起來。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種地下濕地與高負荷地下滲濾污水處理復合系 統(tǒng)，其特征在于所述覆蓋層(31)是綠地、旱地、浮土或硬化地面。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種地下濕地與高負荷地下滲濾污水處理復合系 統(tǒng)，其特征在于所述散水-通風碎石層(32)和通風碎石層(33)均由粒徑為 1 3cm^碎石構(gòu)成。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種地下濕地與高負荷地下滲濾污水處理復合系 統(tǒng)，其特征在于所述上防堵層(35)和下防堵層(36)都設有2 3個亞層， 各亞層由石英砂或石英砂和表層土混合而成的砂土組成，自上而下各亞層的滲 透性依次降低；所述上防堵層(35)和下防堵層(36)的飽和透水系數(shù)均為lxl0" lxl(r2cm/秒。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種地下濕地與高負荷地下滲濾污水處理復合系 統(tǒng)，其特征在于所述人工土層(37)的滲透系數(shù)低于上防堵層的滲透系數(shù)， 所述人工土層(37)的滲透系數(shù)低于下防堵層的滲透系數(shù)，所述人工土層(37) 由砂、粉煤灰和表層土混合而成，所述人工土層(37)的飽和透水系數(shù)為lxl0'2 lxl(T3cm/秒。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種地下濕地與高負荷地下滲濾污水處理復合系 統(tǒng)，其特征在于所述滲流礫石(38)由粒徑為0.5 lcm的礫石堆積而成，在 散水-通風碎石層(32)底部呈一薄層，滲流礫石(38)厚3 6 cm;在復合系 統(tǒng)的壁旁和每兩條相互平行的散水-通風管之間的中線位置，滲流礫石(38)為厚度20 30cm的礫石墻。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種地下濕地與高負荷地下滲濾污水處理復合系 統(tǒng)，其特征在于所述散水-通風管網(wǎng)(41)的散水-通風管為直徑75 110mm 的PVC管，管的兩側(cè)和底部開有分布均勻的散水孔；所述散水-通風管網(wǎng)(41) 中兩條平行的散水-通風管間距為2 3米。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種地下濕地與高負荷地下滲濾污水處理復合系 統(tǒng)，其特征在于所述通風管網(wǎng)(42)的通風管為直徑^110mm的PVC管，管 壁開有通氣孔；所述通風管網(wǎng)(42)中兩條平行的通風管間距為2 3米。
10、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種地下濕地與高負荷地下滲濾污水處理復合 系統(tǒng)，其特征在于所述集水排水層(34)由粒徑l 3cm的碎石構(gòu)成，每間隔 3 4米設一集水溝，集水溝中埋設集水排水管網(wǎng)(43)。
專利摘要本實用新型公開了一種地下濕地與高負荷地下滲濾污水處理復合系統(tǒng)，該系統(tǒng)自上而下由覆蓋層、散水-通風碎石層、上防堵層、通風碎石層、下防堵層、人工土層和集水排水層組成。在復合系統(tǒng)的壁旁和每兩條散水-通風管之間的中線位置，由滲流礫石將散水-通風碎石層與通風碎石層連通起來。該系統(tǒng)散水-通風管網(wǎng)和通風管網(wǎng)在水平面上的投影基本重合，間歇性配水，落干時通風，并且將散水-通風管網(wǎng)和通風管網(wǎng)其中之一用作系統(tǒng)的排風通道，另一層管網(wǎng)用作進風通道。本實用新型系統(tǒng)的污染物負荷能力強，適用范圍廣，建設和運行成本低，不需要專用土地，適用于小區(qū)生活污水和工業(yè)有機污水的現(xiàn)場處理和回用。
文檔編號C02F3/02GK201240891SQ20082004976
公開日2009年5月20日 申請日期2008年6月26日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月26日
發(fā)明者陳繁榮 申請人:中國科學院廣州地球化學研究所;南京大學