一种多介质地下渗滤回用于景观环境用水的处理装置.pdf

1、(10)申请公布号 CN 103848544 A (43)申请公布日 2014.06.11 CN 103848544 A (21)申请号 201410108096.3 (22)申请日 2014.03.21 C02F 9/14(2006.01) (71)申请人 中国环境科学研究院 地址 100012 北京市朝阳区安外北苑大羊坊 8 号 (72)发明人 张列宇 席北斗 李国文 李鸣晓 李曹乐 王建新 (74)专利代理机构 中科专利商标代理有限责任 公司 11021 代理人 宋焰琴 (54) 发明名称 一种多介质地下渗滤回用于景观环境用水的 处理装置 (57) 摘要 一种多介质地下渗滤回用于景观环境

2、用水的 处理装置， 由埋设在地下的布水装置和集水装置 组成， 布水装置位于集水装置的上方， 高度差为 4m ； 布水装置的结构是 ： 多个平行排列的布水槽， 每个布水槽内的周边铺设土工布， 土工布内填充 有砾石， 砾石内包裹有一个布水管， 布水管的管壁 上开设有水孔 ； 布水槽具有一坡度， 坡向出水口 方向 ； 集水装置的结构是 ： 多个平行排列的集水 槽， 集水槽内填充有砾石 ； 一收水管与集水槽垂 直铺设， 该收水管与布水槽呈平行铺设， 并位于两 个布水槽之间的中垂线上， 收水管的管壁上开设 有水孔 ； 收水管具有一坡度， 坡向出水口方向 ； 布 水装置中布水管的一端连接进水管， 集水装置

3、中 收水管相应进水管的另一端连接出水管。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 4 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书4页 附图4页 (10)申请公布号 CN 103848544 A CN 103848544 A 1/1 页 2 1. 一种多介质地下渗滤回用于景观环境用水的处理装置， 由埋设在地下的辅助装置、 布水装置和集水装置组成 ； 其中 ： 辅助装置的结构是 ： 上下两层铁丝网之间填充有复方碳酸钙颗粒， 复方碳酸钙颗粒是 采用常温热熔胶黏剂和碳酸钙粉末混合制作成的中空球形碳酸钙颗粒， 然后向其中注射甲 醇溶液

4、后封口 ； 复方碳酸钙颗粒外壁厚度为 2-30mm， 其中碳酸钙和甲醇的质量比为 15:8 ； 复方碳酸钙颗粒与下层铁丝网之间铺放无纺土工布 ； 布水装置的结构是 ： 多个平行排列的布水槽， 每个布水槽内的周边铺设复合土工膜， 复 合土工膜内填充有粒径为 5-20cm 砾石， 砾石内包裹有一个布水管， 布水管的一端连接进水 管， 另一端封闭 ； 布水管的管壁上每隔 10-20cm 开设有水孔， 水孔直径为 1-3cm ； 辅助装置和布水装置为同向设置且上下相连接 ； 集水装置设置在布水装置的下方， 与布水装置的高度差为 4m， 两者之间是原位的土 壤 ； 集水装置的结构是 ： 多个平行排列的集

5、水槽， 该些集水槽与布水槽为垂直向地设置， 集 水槽内填充有粒径为 5-30cm 砾石， 砾石中投放有缓释杀虫剂 ； 一收水管与布水槽呈平行铺 设， 并位于中间两个布水槽之间的中垂线上 ； 收水管对应布水管连接进水管的一端封闭， 收 水管的另一端连接出水管 ； 收水管的管壁上每隔 10-20cm 开设有水孔， 水孔直径为 1-3cm ； 布水槽和收水管具有一坡度， 坡向出水管的方向， 布水槽的坡度为 1:300， 收水管的坡 度为 1:200 ； 出水管连接集水池， 集水池中有硝酸盐浓度检测仪、 加热装置和污水潜污泵， 污水潜污 泵连接一回流管， 回流管埋设在辅助装置的复方碳酸钙颗粒中， 每隔

6、 10-20cm 开设有水孔， 水孔直径为 1-3cm。 2. 根据权利要求 1 所述的处理装置， 其中， 布水管采用 DN100 的 PVC 管， 收水管采用 DN150 的 PVC 管。 3. 根据权利要求 1 或 2 所述的处理装置， 其中， 收水管上方修筑一道防渗墙， 以防止布 水管的出水在水平方向上溢流。 4. 根据权利要求 1 所述的处理装置， 其中， 地面表层土壤种植有去污能力强、 具有景观 效果的菖蒲、 香蒲、 芦苇、 美人蕉、 鸢尾和再力花。 5. 根据权利要求 1 所述的处理装置， 其中， 进水管的进水为经过简单预处理的生活污 水。 6. 根据权利要求 5 所述的处理装置，

7、 其中， 生活污水为普通的三格式化粪池中的污水。 权 利 要 求 书 CN 103848544 A 2 1/4 页 3 一种多介质地下渗滤回用于景观环境用水的处理装置 技术领域 0001 本发明涉及一种污水处理装置， 具体涉及一种微创开挖多介质地下渗滤回用于景 观环境用水的处理装置。 背景技术 0002 我国是水资源短缺的国家， 全国 669 个城市中， 400 个城市常年供水不足， 共中有 110 个城市严重缺水， 日缺水量达 1600 万 m3， 年缺水量 60 亿 m3， 由于缺水， 每年至少造成工 业产值损失 2000 亿元。同时由于水资源优化配置不到位， 优水低用， 忽视污水再生利用

8、， 造 成了水资源的极大浪费。 面对如此严峻的形势， 要保证经济和社会的持续健康发展， 保证水 资源的可持续利用， 中水回用势在必行。 0003 目前， 国内外越来越多的城市将污水净化回用于景观娱乐用水， 这不仅利于环境 保护， 降低美化环境的费用， 而且也有利于保护水生生物的生态平衡。因而， 我国也急需一 种简单易行、 成本低廉、 稳定环保的中水回用系统， 将居民的生活污水净化处理后， 回用于 厕所冲洗、 园林、 城市喷泉、 环卫、 绿化等。 0004 土壤渗滤装置常用于村镇污水处理， 是一种稳定有效的中水回用装置， 而且此类 型案例工程已有很多， 实际应用效果较好。但是传统渗滤装置工程量相

9、对较大， 建设费用 高， 因而急需一种新型的地下渗滤装置， 减少建设费用， 保证出水水质。 发明内容 0005 本发明的目的在于提供一种微创开挖多介质地下渗滤回用于景观环境用水的处 理装置， 以改进公知技术中存在的缺陷。 0006 为实现上述目的， 本发明提供的多介质地下渗滤回用于景观环境用水的处理装 置， 由埋设在地下的辅助装置、 布水装置和集水装置组成 ； 其中 ： 0007 辅助装置的结构是 ： 上下两层铁丝网之间填充有复方碳酸钙颗粒， 复方碳酸钙颗 粒是采用由乙烯-醋酸乙烯共聚体、 香豆酮-茚树脂、 合成石蜡树脂等合成的常温热熔胶黏 剂与碳酸钙粉末混合制作成的中空球形碳酸钙颗粒 , 然

10、后向其中注射甲醇溶液后封口 ； 复 方碳酸钙颗粒外壁厚度为 2-30mm， 其中碳酸钙和甲醇的质量比为 15:8 ； 复方碳酸钙颗粒与 下层铁丝网之间铺放无纺土工布 ； 0008 布水装置的结构是 ： 多个平行排列的布水槽， 每个布水槽内的周边铺设复合土工 膜， 复合土工膜内填充有粒径为 5-20cm 砾石， 砾石内包裹有一个布水管， 布水管的一端连 接进水管， 另一端封闭 ； 布水管的管壁上每隔 10-20cm 开设有水孔， 水孔直径为 1-3cm ； 0009 辅助装置和布水装置为同向设置且上下相连接 ； 0010 集水装置设置在布水装置的下方， 与布水装置的高度差为 4m， 两者之间是原

11、位的 土壤 ； 0011 集水装置的结构是 ： 多个平行排列的集水槽， 该些集水槽与布水槽为垂直向地设 置， 集水槽内填充有粒径为 5-30cm 砾石， 砾石中投放有缓释杀虫剂 ； 一收水管与布水槽呈 说 明 书 CN 103848544 A 3 2/4 页 4 平行铺设， 并位于中间两个布水槽之间的中垂线上 ； 收水管对应布水管连接进水管的一端 封闭， 收水管的另一端连接出水管 ； 收水管的管壁上每隔 10-20cm 开设有水孔， 水孔直径为 1-3cm ； 0012 布水槽和收水管具有一坡度， 坡向出水管的方向， 布水槽的坡度为 1:300， 收水管 的坡度为 1:200 ； 0013 出

12、水管连接集水池， 集水池中有硝酸盐浓度检测仪、 加热装置和污水潜污泵， 污水 潜污泵连接一回流管， 回流管埋设在辅助装置的复方碳酸钙颗粒中， 每隔 10-20cm 开设有 水孔， 水孔直径为 1-3cm。 0014 所述的处理装置中， 布水管采用 DN100 的 PVC 管， 收水管采用 DN150 的 PVC 管。 0015 所述的处理装置中， 收水管上方修筑一道防渗墙， 以防止布水管的出水在水平方 向上溢流。 0016 所述的处理装置中， 地面表层土壤种植有去污能力强、 具有景观效果的菖蒲、 香 蒲、 芦苇、 美人蕉、 鸢尾和再力花。 0017 所述的处理装置中， 进水管的进水为经过简单预

13、处理的生活污水。 0018 所述的处理装置中， 生活污水为普通的三格式化粪池中的污水。 0019 本发明的处理装置， 构造方式独特， 污水净化效果优良， 在实际应用中只需开挖布 水槽、 集水槽和收水管部分， 使建设费用降低了 50% 左右， 进一步减少了土壤渗滤装置建设 费用， 降低土壤处理这种高效生态净化装置在各地普及的难度系数。此外， 约有 30% 的再生 水回灌地下水， 能够有效地缓解西北地区地下水资源的紧缺状况。 附图说明 0020 图 1 是本发明的微创开挖多介质地下渗滤回用于景观环境用水的处理装置的正 面示意图 ； 0021 图 2 是本发明的微创开挖多介质地下渗滤回用于景观环境用

14、水的处理装置的侧 面示意图 ； 0022 图 3 是图 2 中沿 1-1 线的剖面示意图 ； 0023 图 4 是图 2 中沿 2-2 线的剖面示意图。 0024 附图中主要标记符号说明 ： 0025 三格式化粪池1 ； 进水管2 ； 进水阀门3 ； 植物4 ； 表面土壤5 ； 铁丝网6 ； 复方碳酸钙 颗粒 7 ； 无纺土工布和铁丝网 8 ； 5-20cm 的砾石 9 ； 布水管 10 ； 复合土工膜 11 ； 中层土壤 12 ； 土壤 13 ； 收水管 14 ； 5-30cm 的砾石 15 ； 出水阀门 16 ； 出水管 17 ； 集水池 18 ； 硝酸盐浓度检 测仪 19 ； 加热装置和

15、污水潜水泵 20 ； 回流管 21 ； 防渗墙 22。 具体实施方式 ： 0026 以下对本发明作更详细的说明。需要事先说明的是， 以下内容中给出的具体条件 和数据， 只是用以帮助理解和实施本发明的技术方案， 而不是对本发明的限定。 0027 本发明的具体结构请参阅图 1、 图 2、 图 3 和图 4。 0028 本发明提供的处理装置， 其主要结构包括辅助装置、 布水装置和集水装置 ； 0029 辅助装置和布水装置为上下相连接， 与集水装置的垂直深度差为 4m， 中间为原位 说 明 书 CN 103848544 A 4 3/4 页 5 的土壤 9 ； 处理装置的整体长 15m， 宽 14m。

16、0030 辅助装置铺设铁丝网6以及无纺土工布和铁丝网8， 铁丝网6以及无纺土工布和铁 丝网 8 两者中间填充粒径大小不等中空的复方碳酸钙颗粒 7， 复方碳酸钙颗粒是采用常温 热熔胶黏剂和碳酸钙粉末混合制作成的中空球形碳酸钙颗粒， 然后向其中注射甲醇溶液后 封口， 复方碳酸钙颗粒外壁厚度 2-30mm 不等， 其中碳酸钙和甲醇的质量比为 15:8。 0031 布水装置中， 布水管 10 的一端通过进水阀门 3 连接进水管 2， 另一端封闭 ； 0032 集水装置中， 收水管 14 对应进水管 2 的一端封闭， 收水管 14 的另一端通过出水阀 门 16 连接出水管 17。 0033 布水装置距地

17、面垂直深度为 0.5-1m， 由一系列平行排列的宽 20-40cm、 深 20-30cm 的布水槽及槽内的布水管 10 组成 ； 其中布水槽之间的距离为 150-200cm， 坡度为 1:300， 坡 向出水口方向。 0034 布水槽四周铺设一层 5mm 厚的复合土工膜 11， 内部填充粒径为 5-20cm 的砾石 9 ； 布水管 10 采用 DN100 的 PVC 管， 一端连接进水管 2， 另一端封闭， 包裹在砾石 9 内 ； 布水管 10 的管壁均匀布设有水孔， 每隔 10-20cm 布一个水孔， 水孔直径为 1-3cm。 0035 集水装置距地面垂直深度为 2.5-3m， 由一系列平行

18、排列的宽 30-50cm、 深 30-40cm 的集水槽和一根收水管14组成 ； 其中收水管14位于中间两个布水槽之间的中垂线上， 坡度 1:200， 坡向出水口方向 ； 集水槽与收水管14垂直铺设， 集水槽之间的距离为150-200cm。 集 水装置设置在土壤 13 上。 0036 收水管 14 采用 DN150 的 PVC 管， 相应进水管 2 的另一端连接出水管 17， 收水管 14 连接出水管 17 的另一端封闭 ； 收水管 14 均匀布孔， 每隔 10-20cm 布一个水孔， 水孔直径为 1-3cm ； 集水槽内部填满粒径为 5-30cm 的砾石 15， 砾石 15 中投放一定数量的

19、缓释杀虫剂。 0037 出水管 17 连接集水池 18， 池中有硝酸盐浓度检测仪 19、 加热装置和污水潜污泵 20， 污水潜污泵 20 连接回流管 21， 回流管 21 连接至辅助装置的中空球形碳酸钙颗粒中， 而 且回流管 21 在辅助装置中每隔 10-20cm 开设有水孔， 水孔直径为 1-3cm。 0038 在收水管14正上方0.5m、 距地面垂直深度0.5-1m处修筑一道防渗墙22， 深2m， 防 止布水管的水流在水平方向上溢流。 0039 本发明的处理装置进水为经过简单预处理的生活污水， 一般为化粪池中的污水， 化粪池为普通的三格式化粪池 1。 0040 在埋设布水装置和集水装置的表

20、面土壤 5 中种植去污能力强、 具有景观效果的菖 蒲、 香蒲、 芦苇、 美人蕉、 鸢尾和再力花 4， 以提高装置的景观效果， 同时增强脱氮除磷的效 果。 0041 由 于 西 北 地 区 土 壤 土 质 疏 松、 粉 砂 含 量 高、 渗 透 性 好 （饱 和 渗 透 系 数 Ks1.510-6m/s） ， 保证了污水在原位土壤中的向下渗透 ； 布水槽中 5-20cm 的砾石和均匀 布孔的布水管保证了污水的均匀布水 ； 集水槽中 5-30cm 的砾石粒径大于原位土壤粒径， 渗 透性更好， 结合均匀布孔的收水管， 保证了装置的收水效率。 0042 经过本发明装置处理后的污水回用率大约在 60-7

21、0% 左右， 没有回用的约 30%-40% 的污水继续向下流动， 经过土壤和包气带的深层净化后， 达到地表类水标准， 回灌地下 水， 补充地下水资源。 0043 本发明充分利用土壤独特的理化性质 （如较大的比表面积及一定的孔隙度等） 和 说 明 书 CN 103848544 A 5 4/4 页 6 土壤中种类繁多、 数量巨大的微生物， 主要通过土壤中微生物的降解吸收作用， 配合土壤对 污水的过滤、 沉积和吸附等物理作用， 以及氧化还原、 离子交换和络合沉淀等化学作用， 达 到有效脱氮除磷， 高效去除氨氮， 充分分解去除有机物的目的， 同时对病原微生物也具有高 效的生态去除作用。 0044 本发

22、明构造方式独特， 污水净化效果优良， 在实际应用中只需开挖布水槽、 布水 管、 集水槽和收水管部分， 使建设费用降低了 50% 左右， 进一步减少了土壤渗滤装置建设费 用。 0045 本发明的装置在实际使用的过程是 ： 0046 生活污水经过三格式化粪池 1 处理后， 通过进水管 2 和进水阀门 3 进入到布水管 10 中。 0047 布水管 10 位于布水槽中。布水槽由布水管 10、 包裹布水管 10 的 5-20cm 的砾石 9 和复合土工膜 11 组成 ； 布水管 10 上均匀地开设有出水孔， 坡度为 1:300， 坡向出水口方向 ； 进水后污水均匀分布到布水槽中， 由于复合土工膜 11

23、 防水、 渗透系数小， 污水向上溢出布 水槽， 在自身重力和土壤毛细作用下， 在中层土壤 12 中向下流动。污水流动到距地表 2.5m 左右后， 由于流体动力学原理 （水流的方向应沿阻力最小的路径流动） ， 约 60-70% 的污水进 入到集水槽中填充的 5-30cm 的砾石 15 中 ； 约 30-40% 污水继续向下流动， 经过土壤和包气 带的深层净化后， 达到地表类水标准， 回灌地下水。 0048 进入到集水槽中的污水经过收水管 14 管壁上的孔隙进入到收水管 14 中， 收水管 14 的坡度为 1:200， 坡向出水口方向， 因而经处理后的污水在重力作用下沿收水管 14 经出 水阀门

24、16， 由出水管 17 排出。 0049 出水管 17 连接集水池 18， 集水池 18 中有硝酸盐浓度检测仪 19， 当出水中的硝 酸盐浓度超过额定值时集水池开启加热装置 20， 出水加热到 40-50后污水潜污泵开启 将出水泵入回流管 21 输送至辅助装置中， 在辅助装置中出水经回流管空隙浇灌复方碳酸 钙颗粒 7， 复方碳酸钙颗粒 7 为粒径大小不等中空的复方碳酸钙颗粒且外壁厚度不均， 在 40-50的温水环境中复方碳酸钙外壁逐渐溶解， 外壁薄的颗粒先破裂， 外壁厚的颗粒后破 裂， 碳酸钙颗粒用以调节装置中的碱度， 同时释放出其中的甲醇， 为反硝化过程提供碳源， 保障装置的稳定运行。复方碳

25、酸钙颗粒可维持装置稳定运行一年。 0050 在表面土壤 5 中种植去污能力强、 具有景观效果的植物 4， 主要包括菖蒲、 香蒲、 芦 苇、 美人蕉、 鸢尾和再力花， 以提高装置的景观效果， 同时增强脱氮除磷的效果。 0051 本发明的进水主要是西北地区农村生活污水， 进水水质为 （单位 ： mg/L） ： 200COD 400;150 BOD5 300;30 NH4+-N 50 ； 3 TP 6 ； 150 SS 300。 0052 出水水质 （mg/L） ： COD 60 ； BOD5 20 ； NH4+-N 15 ； TP 0.5 ； SS 20。 0053 出水水质完全满足污水综合排放标准， 或满足地方景观环境废水行业排放标准 （如 水产景观环境废水排放要求 DB33453-2006） ， 因而出水完全可以回用作为景观环境用 水。 说 明 书 CN 103848544 A 6 1/4 页 7 图 1 说 明 书 附 图 CN 103848544 A 7 2/4 页 8 图 2 说 明 书 附 图 CN 103848544 A 8 3/4 页 9 图 3 说 明 书 附 图 CN 103848544 A 9 4/4 页 10 图 4 说 明 书 附 图 CN 103848544 A 10