一种处理低碳氮比生活污水的污水地下渗滤系统技术领域
本发明属于生活污水净化技术领域，具体涉及一种处理低碳氮比生活污水的污水
地下渗滤系统。
背景技术
随着我国经济的迅速发展，人们生活水平逐渐提高，生活污水的有组织排放量大
大增加。尤其在偏远的城郊地区、农村、风景旅游区等地，由于人们生活方式以及基础设施
建设等原因，生活污水未经任何处理就直接排入环境中，使水环境受到不同程度的污染，这
不仅迫害生存环境、威胁农民的身体健康，也影响着饮用水的安全性。因此，急需加强对生
活污水的处理，尤其是低碳氮比生活污水(C/N＝5:1～11:1)，改善人民居住环境，从而确保
饮用水的安全和人民的身体健康。
污水地下渗滤系统能够充分利用当地的自然环境，因地制宜的处理本地居民生活
污水，具有去除效果好、投资省、能耗低、不产生臭味的优点，并不影响地面景观，管理简单，
工程简单，受气候影响小。但污水地下渗滤系统存在易堵塞、总氮去除率低等问题，可以通
过改性其生物基质改善存在的问题，同时提高对低碳氮比生活污水的处理效率。
目前污水地下渗滤系统所用填充基质一般为土壤、沙子、炉渣等。所用填充基质应
具有较好的团粒结构和稳定性，使其得到适当的渗透速率和毛细浸润作用强度；提高载体
比表面积和改善系统的渗透性，为微生物提供良好的载体和生长环境，从而提高系统处理
效率和避免系统堵塞。
发明内容
本发明提供一种处理低碳氮比生活污水的污水地下渗滤系统，通过改性生物基质
和微生物固定化强化，针对低碳氮比生活污水内的各种污染物去除效率高，同时保证污水
地下渗滤系统长期稳定运行。
本发明的技术方案如下：
一种处理低碳氮比生活污水的污水地下渗滤系统，包括壳体、植物、改性生物基质
层a、砾石层a、改性生物基质层b、砾石层b、进水装置和出水装置；所述植物、改性生物基质
层a、砾石层a、改性生物基质层b和砾石层b从上而下设置在所述壳体中，所述进水装置设置
在所述砾石层a中，所述出水装置设置在所述砾石层b中；所述壳体的底部设置柱体出水孔，
所述出水装置与所述柱体出水孔相连接。
所述的处理低碳氮比生活污水的污水地下渗滤系统，其优选方案为，所述壳体高
为120-200cm，直径10-40cm。
所述的处理低碳氮比生活污水的污水地下渗滤系统，其优选方案为，所述进水装
置包括进水管和十字形布水管a，所述进水管与十字形布水管a的中部连接在一起；所述十
字形布水管a的四个管口为封闭状态，所述十字形布水管a的顶部开设出水孔，所述出水孔
孔径为3mm。
所述的处理低碳氮比生活污水的污水地下渗滤系统，其优选方案为，所述植物种
植在所述改性生物基质层a中，所述植物为禾本科植物小猫草。
所述的处理低碳氮比生活污水的污水地下渗滤系统，其优选方案为，所述改性生
物基质层a位于所述壳体的从上而下0-60cm处，所述改性生物基质层b位于所述壳体的从上
而下66-170cm处；所述改性生物基质层a和改性生物基质层b由土壤、硅铝系多孔材料、废弃
钢屑和高效脱氮除磷细菌按质量比混合均匀配制而成，质量比如下：土壤70-85％，硅铝系
多孔材料4-8％，废弃钢屑8-15％，高效脱氮除磷细菌10-18％。
所述的处理低碳氮比生活污水的污水地下渗滤系统，其优选方案为，所述土壤为
草碳土，经自然风干，去除植物根系、砾石，磨碎后过100目筛制得。
所述的处理低碳氮比生活污水的污水地下渗滤系统，其优选方案为，所述硅铝系
多孔材料其矿物相组成包括石英、莫来石和金红石；其化学成分为SiO2、Al2O3、Fe2O3、K2O和
杂质，SiO2占56.78wt％，Al2O3占37.11wt％，K2O占2.78wt％，Fe2O3占1.58wt％，杂质占
1.75wt％；其孔道大小为30～1000μm，孔隙率为30～90％，粒径为5-10mm；所述硅铝系多孔
材料由两种天然黏土CN-01与CN-02合成；所述CN-01中石英含量占15.4％，钾长石占1.3％，
白云母占28.1％，高岭石占55.2％；所述CN-02中石英含量占10.4％，钾长石占0.6％，白云
母占16.9％，高岭石占72.1％；所述CN-01与CN-02颗粒粒径在200目以下；所述CN-01中SiO2
占56.18wt％，Al2O3占26.80wt％，灼碱占8.70wt％，K2O占3.39wt％，Fe2O3占2.63wt％，杂质
占0.3wt％；所述CN-02中SiO2占52.42wt％，Al2O3占31.98wt％，灼碱占10.90wt％，Fe2O3占
1.36wt％，K2O占2.04wt％，杂质占1.3wt％。
所述的处理低碳氮比生活污水的污水地下渗滤系统，其优选方案为，所述高效脱
氮除磷细菌包括Acidovorax sp.、Lysinibacillus fusiformis、Burkholderia cepacia
group、Lysinibacillus sphaericus group、Bacillus pumilus group、Bacillus
subtilis group、Agrococcus sp.、Pseudomonas sp.(即假单胞菌属)和/或
Flavobacterium(即黄杆菌属)，为脱氮微生物经低温及低碳氮比驯化形成耐低温及适应低
碳氮比生活污水的高效脱氮微生物。
所述的处理低碳氮比生活污水的污水地下渗滤系统，其优选方案为，所述砾石层a
和砾石层b由粒径为10-50mm砾石组成，厚度为10-16cm。
所述的处理低碳氮比生活污水的污水地下渗滤系统，其优选方案为，所述出水装
置为十字形布水管b，所述十字形布水管b的三个管口为封闭状态，一个敞开的管口与所述
柱体出水孔相连接；所述十字形布水管b的底部开设进水孔，所述进水孔孔径为3mm。
所述的低碳氮比生活污水的污染物指标为COD含量为150-750mg/L，氨氮含量为
30-300mg/L，总氮含量为40-350mg/L，磷含量为5-13mg/L。
本发明的有益效果为：
1、本发明中微生物的固定化技术可以使微生物在硅铝系多孔材料结构空隙当中
生长，从而得到固定。经固定化后的微生物能更好的发挥持续降解功能，提高污水地下渗滤
系统的处理效果；同时硅铝系多孔材料对微生物起保护作用，能够避免反应过程的流失，增
加稳定性，简化了工艺流程，同时还可以长期批量操作。
2、本发明通过硅铝系多孔材料、废弃钢屑和高效脱氮除磷细菌改性污水地下渗滤
系统的生物基质，可以提高污水地下渗滤系统的渗透性，并能够为高效脱氮除磷细菌提供
附着载体，加强其固定化效果，从而促进对硝态氮的吸附，强化污水总氮的去除效果，并有
效改善污水地下渗滤系统的易堵塞问题，延长使用寿命；同时能够在北方寒冷冬季良好运
行。
3、所述污水地下渗滤系统的出水符合《城镇污水处理厂污染物排放标准》
(GB18918-2002)中一级A标准：COD含量为20-50mg/L，氨氮含量为1-8mg/L，总氮含量为8-
15mg/L，磷含量为0-0.5mg/L。
附图说明
图1为处理低碳氮比生活污水的污水地下渗滤系统结构示意图；
图2为进水装置示意图；
图3为出水装置示意图。
具体实施方式
实施例1
如图1～3所示，一种处理低碳氮比生活污水的污水地下渗滤系统，包括壳体1、植
物2、改性生物基质层a3、砾石层a4、改性生物基质层b5、砾石层b6、进水装置和出水装置；所
述植物2、改性生物基质层a3、砾石层a4、改性生物基质层b5和砾石层b6从上而下设置在所
述壳体1中；所述壳体1的底部设置柱体出水孔7。
所述壳体1高为180cm，直径30cm。所述植物2为禾本科植物小猫草，种植在所述改
性生物基质层a3中。改性生物基质层a3位于壳体1的0-55cm处，砾石层a4位于壳体1的55-
65cm，改性生物基质层b5位于壳体1的65-168cm处，砾石层b6位于壳体1的168-180cm处。
改性生物基质层a3和改性生物基质层b5由草碳土、硅铝系多孔材料、废弃钢屑和
高效脱氮除磷细菌按质量比混合均匀配制而成，质量比如下：草碳土70％，硅铝系多孔材料
7％，废弃钢屑10％，高效脱氮除磷细菌13％；其中硅铝系多孔材料的粒径为5-10mm；其中高
效脱氮除磷细菌中配比为：Acidovorax7％，Lysinibacillus fusiformis4％，其它细菌
2％；其它细菌包括Burkholderia cepacia group、Lysinibacillus sphaericus group、
Bacillus pumilus group、Bacillus subtilis group、Agrococcus sp.、Pseudomonas sp.
和/或Flavobacterium，这些细菌的质量比例相同。
砾石层a4和砾石层b6由粒径为10-15mm砾石组成。所述进水装置设置在所述砾石
层a4中，所述出水装置设置在所述砾石层b6中；所述进水装置包括进水管8和十字形布水管
a9，所述进水管8与十字形布水管a9的中部连接在一起；所述十字形布水管a9的四个管口为
封闭状态，所述十字形布水管a9的底部开设出水孔10，所述出水孔10孔径为3mm；所述出水
装置为十字形布水管b11，所述十字形布水管b11的三个管口为封闭状态，一个敞开的管口
与所述柱体出水孔7相连接；所述十字形布水管b11的底部开设进水孔12，所述进水孔12孔
径为3mm。
城市生活污水污染物指标为：COD含量为450mg/L，氨氮含量为183mg/L，总氮含量
为200mg/L，磷含量为11mg/L。
低碳氮比生活污水经所述进水装置进入到污水地下渗滤系统内，其中一部分在毛
细力作用下向上运动，经过改性生物基质层a3的处理，为禾本科植物小猫草提供水源；另一
部分在重力作用下进入改性生物基质层b5内进行处理，处理后的水由出水装置排出。
污水地下渗滤系统出水中的COD含量为35mg/L，氨氮含量为2mg/L，总氮含量为
9mg/L，磷含量为0.5mg/L。
实施例2
与实施例1不同之处在于，改性生物基质层a3位于壳体1的0-52cm处，砾石层a4位
于壳体1的52-70cm处，改性生物基质层b5位于壳体1的70-169cm处、砾石层b6位于壳体1的
169-180cm处。改性生物基质层a3和改性生物基质层b5质量比如下：草碳土70％，硅铝系多
孔材料5％，废弃钢屑11％，高效脱氮除磷细菌14％；高效脱氮除磷细菌中配比为：
Acidovorax8％，Lysinibacillus fusiformis5％，其它细菌1％。
城市冬季农村生活污水其COD含量为600mg/L，氨氮含量为190mg/L，总氮含量为
212mg/L，磷含量为14mg/L。
污水地下渗滤系统出水中的COD含量为37mg/L，氨氮含量为5mg/L，总氮含量为
13mg/L，磷含量为0.4mg/L。
实施例3
与实施例1不同之处在于，改性生物基质层a3位于壳体1的0-50cm处，砾石层a4位
于壳体1的50-66cm处，改性生物基质层b5位于壳体1的66-165cm处、砾石层b6位于壳体1的
165-180cm处。改性生物基质层a3和改性生物基质层b5质量比如下：草碳土72％，硅铝系多
孔材料4％，废弃钢屑8％，高效脱氮除磷细菌16％；高效脱氮除磷细菌中配比为：
Acidovorax9％，Lysinibacillus fusiformis6％，其它细菌1％。
北方冬季农村生活污水其COD含量为150-400mg/L，氨氮含量为30-50mg/L，总氮含
量为30-50mg/L，磷含量为5-11mg/L。
污水地下渗滤系统出水中的COD含量为30-50mg/L，氨氮含量为1-4mg/L，总氮含量
为5-13mg/L，磷含量为0-0.3mg/L；运行60天后，COD的去除率在85％以上，氨氮去除率在
95％以上，TN的去除率在85～96％，TP去除率在99.9％以上。
实施例4
与实施例1不同之处在于，改性生物基质层a3位于壳体1的0-60cm处，砾石层a4位
于壳体1的60-75cm处，改性生物基质层b5位于壳体1的75-164cm处、砾石层b6位于壳体1的
164-180cm处。改性生物基质层a3和改性生物基质层b5质量比如下：草碳土75％，硅铝系多
孔材料4％，废弃钢屑9％，高效脱氮除磷细菌12％；高效脱氮除磷细菌中配比为：
Acidovorax7％，Lysinibacillus fusiformis4％，其它细菌1％。
城镇生活污水包括厕所卫生废水和厨房洗碗废水，COD含量为350mg/L，氨氮含量
为80mg/L，总氮含量为97mg/L，磷含量为15mg/L。
污水地下渗滤系统出水中的COD含量为24mg/L，氨氮含量为3.5mg/L，总氮含量为
12mg/L，磷未检出。
实施例4
与实施例1不同之处在于，改性生物基质层a3位于壳体1的0-62cm处，砾石层a4位
于壳体1的62-74cm处，改性生物基质层b5位于壳体1的74-166cm处、砾石层b6位于壳体1的
166-180cm处。改性生物基质层a3和改性生物基质层b5质量比如下：草碳土78％，硅铝系多
孔材料4％，废弃钢屑8％，高效脱氮除磷细菌10％；高效脱氮除磷细菌中配比为：
Acidovorax4％，Lysinibacillus fusiformis4％，其它细菌2％。
城镇冬季生活污COD含量为390mg/L，氨氮含量为108mg/L，总氮含量为120mg/L，磷
含量16mg/L。
污水地下渗滤系统出水中的COD含量为30mg/L，氨氮含量为4mg/L，总氮含量为
13mg/L，磷含量为0.1mg/L。