一种处理土层和渗透过滤介质层的河水净化装置及方法与流程

本发明涉及一种使用处理土层和渗透性过滤介质层进行河水净化的装置和方法，更具体地，涉及一种使用能够增加河水的处理通量处理土层和可透过滤层的河水净化装置和方法，无论土壤的透水系数如何，通过稳定地形成厌氧条件有效地去除氮，磷和营养盐。

背景技术：

基于堤防的传统河道改造造成河流整治，河道环境破坏，造成河道停留时间缩短，带来河道自净能力下降。由于河流污染的特点是水量大，污染程度低，从经济的角度来看，对河流的整个水量应用污水处理工艺是不实际的。因此，需要一种能够恢复河流自净性和自然保持清洁水质的自然友好型净水技术。

接触氧化设备，人造湿地，人工植被岛等净水技术由于植被和微生物以及风景改善而具有优异的生物去除效率的优点。然而，它们也具有局限性，因为在洪水的情况下，该功能不能维持或结构本身可能被破坏。为了克服这些限制，需要考虑到包括地表水，地下水和陆地在内的盆地空间的自然友好型水净化方法。

在这方面，韩国公开了一种在河流或湖泊的边缘形成下溢净化区域，以通过土壤和微生物代谢过滤和吸附的材料分解有机物，通过种植植被去除氮磷，从而提高水质。然而，在这种方法中，处理能力绝对取决于土层的渗透系数。因此，在使用低渗透性的土壤的情况下，难以确保处理能力，并且由于长期运行时发生堵塞，存在难以维持操作的问题。

为了解决这个问题，目前已经开发了多层土层法。日本已公开了一种基于使用土壤的净化方法的多级土层方法，其结构改善以改变流体流动。具体而言，在该方法中，将土壤形成为具有规定形状的块状，将土层的块层压成砖状的反应器，在土层之间形成水流层，以提高水的透光性。在该方法的情况下，具有通过提高土层的透水性来提高处理量的优点。然而，由于大部分河水通过河水穿透渗透层，所以渗透到土层中的水量在河水治理中起着重要作用，因此有一个问题治疗效率相对降低。特别地，由于流体渗透速度相对较高，所以流体在土壤层中的停留时间降低。因此，形成脱硝所必需的厌氧条件非常困难，而厌氧条件在脱氮中起重要作用，因此氮的去除效率降低。

技术实现要素：

本

技术实现要素：
提供了一种使用处理土层和可渗透过滤介质层进行河水净化的装置和方法，其能够增加河水的处理通量，而不管土壤的透水系数如何，并通过稳定地厌氧条件有效去除氮，磷和营养盐。

一方面，本发明提供了一种使用处理土层和可筛选过滤介质层的河水净化装置，包括：处理土层和可渗透的过滤介质层，其中处理土层包括多个设置有间隔排列的单位土层，在单位土层的上端部设置储存预定量的河水并将河水供给到单位土壤层的内部储存部，过滤介质层具有比处理土层更高的水力传导性。

有机生物和厌氧生物体包含在单位土壤层中，有氧生物利用溶解在河水中的氧分解河水中的有机物质，将存在于河水中的有机氮和氨氮（nh4-n）通过硝化作用转化为硝酸盐氮（n03-n）。厌氧生物将硝态氮还原成厌氧状态的氮气，其中溶解氧已被有氧生物消耗。有氧生物可以设置在单位土壤层的上层部分中，厌氧生物体可以设置在单位土壤层的下层部分中。

蓄水部分的体积可以是单位土壤体积的1/5至1/3。储存部分还可以包括用于吸附河水中的污染物并通过离子交换去除污染物的吸附过滤介质。吸附过滤介质可以包括花岗岩土壤，活性炭，沸石，珍珠岩，腐殖质和矿渣之一或其组合。

通过混合天然土壤和过滤介质来控制单位土层的水力传导性，并将介入层之间介于处理土层和单位土层之间以吸附存在于河水中的氨氮或磷，或者通过离子交换去除河水中的污染物。可分离的过滤材料层和单元土壤层的过滤介质可以由与吸附过滤介质相同的材料形成。

进一步地，包括在处理土层内和格栅过滤介质层内设置格栅形式的河流配水管，以供应河水。在将处理土层或渗透过滤介质层分割为多个部分的状态下，可以选择性地供给或堵塞通过河水分配管供给到各段的河水。此外，在处理土层和渗透性过滤介质层交替堆叠的状态下，河流配水管可以设置为将河水直接供给到渗透性过滤介质层的内部。

可以进一步包括设置在一个或多个处理土层和渗透过滤介质层中的曝气管，以将氧气供应到处理土层或渗透过滤介质层。此外，还可以包括设置在最下层处理土层或最低渗透性过滤介质层下方的储罐，其中收集最后通过处理土层和可浇注过滤介质层处理的处理水。

可以在处理土层和渗透性过滤介质层的周边和地质上设置屏蔽壁，并且可以在最下面的处理土层中设置砾石层，或者设置在可浸渍的过滤介质层上，使砾石层作为储存罐。收集在储罐中的处理水可以排放到河流中或存储在单独的贮槽中。

此外，还可以包括一个临时滞留的滞留池，暂时截停河水，造成河水上的各种浮动物质，如漂浮植物，藻类等和细絮凝物沉淀并分离。

另一方面，本发明提供了一种使用处理土层和可渗透过滤介质层的河水净化方法，包括：依次交替地堆叠包括多个单位土壤层和渗透性过滤介质层的处理土层;向设置在单元土层的上端部的储存部供给河水，以渗透到单位土壤层中;将有机氮和氨氮（nh4〜n）转化为硝态氮（n03〜n），通过有机生物在单位土层中转化;并将硝态氮还原成无氧状态的氮气，以除去单位土壤层中厌氧生物体在河水中的有机物质和氮成分。这里，渗透性过滤介质层的水力传导率可以高于处理土层的水力传导率。

有益效果：

不管河流附近的土壤的水分含量如何，都可以净化大量的水，由于与使用现有土层的水净化方法相比，在处理土层中进一步提供储层部分，可引起额外的脱氮反应，从而提高除氮能力。

此外，可以改变处理土层和渗透性过滤介质层的组成材料，以通过过滤，吸附或离子交换以及在各种氧化和还原条件下的生物分解来去除物理和/或化学物质中存在的各种污染物。

附图说明：

图1是根据实施例使用处理土壤层和可渗透过滤介质层的河水净化装置的横截面图；

图2是示出沿图1的线a-a'和b-b'截取的横截面的重叠的正视图。

图3是根据实施例的单元土壤层的透视；

图4a和4b分别示出了根据本公开的实施例，渗透到单位土壤层中河水的流动图，以及没有储存器部分的单位土壤层。

具体实施方式：

现在将参照附图更全面地描述示例性实施例，在附图中示出了示例性实施例。然而，本公开可以以许多不同的形式实施，并且不应被解释为限于其中所阐述的示例性实施例。相反，提供这些示例性实施例使得本公开将是彻底和完整的，并且将向本领域技术人员充分地传达本公开的范围。在描述中，可以省略公知特征和技术的细节，以避免不必要地模糊所呈现的实施例。

除非另有定义，本文使用的所有术语具有与本领域普通技术人员通常所理解的相同的含义。还将理解，诸如在通常使用的字典中定义的那些，应被解释为具有与其在相关领域和本公开的上下文中的含义一致的含义，并且不会有理想化的或过度正式的意义，这里明确地如此定义。

在附图中，附图中相同的附图标记表示相同的元件。为了清楚起见，图形的形状，尺寸和区域等可能被放大。在下文中，将参照附图详细描述根据实施例的使用处理土壤层和可筛选过滤蛋糕层的河水净化装置和河水净化方法。

如图1和图2所示，根据实施例的河水净化装置包括处理土壤层110和可渗透过滤介质层120。

处理土层110和渗透性过滤介质层120依次交替堆叠，并且每个处理土壤层110具有其中以预定间隔设置的预定体积的多个土壤层101的结构。这里，可以改变处理土壤层110和渗透性过滤介质层120的层叠顺序，因此，最上层或最下层可以包括处理污物层110或渗透性过滤介质层120。

处理土层110用于通过生物反应去除河水中的有机物质或氮成分。渗透性过滤介质层120用于通过吸附或离子交换去除河水中的污染物，并将河水供应到每个处理土壤层110，使得生物反应可能重复出现。

具体地说，包含在处理土层110中的单位土壤层101是通过生物反应除去河水中的污染物的单位构件，如图1所示。如图3所示，在每个单位土壤层101的上端形成有储存部101a，以储存预定量的河水。存储在储存部101a中的河水由单位土壤层101吸收预定时间，作为处理水排出，通过单位土壤层101的生物反应除去污染物。

单位土壤层101包括好氧生物体和厌氧生物体。有氧生物利用溶解在河水中的氧水分解河水中的有机物质，通过硝化将河水中有机氮和氨氮（nh4〜n）转化为硝态氮（no3〜n）。厌氧生物体诱导所谓的脱氮作用，其是在氧化厌氧生物体已经消耗了溶解氧，即处于厌氧的状态下将硝态氮还原为氮气的反应。简而言之，在将单位土壤层101的储存部101a中的河水渗透到单位土壤层101中的过程中，河水中的溶解氧被有氧生物和硝化作用分解为有机物质。

在消耗了溶解氧的厌氧状态下，河水中的硝态氮被厌氧生物降解为氮气，通过该过程，去除了河水中的有机物和氮成分。因此，需氧生物体可以包含在单位土壤层101的上层部分中，并且厌氧生物体可以包含在土壤层101的下层部分中。单位土壤中的需氧生物体和厌氧生物体可能是土著微生物或经人工驯化。

为了激活处理土层110中的生物反应，即在土壤层101中，必须增加由单位土壤层101吸收的河水体积。为此，如上所述，储存部101a设置在每个单位土壤层101的上端部（参见图4a）。另一方面，当储存部101a未设置在单位土壤层101的上端部时，如图4b所示，渗透到土壤层20中的河水体积减少，因此不能有效地进行河水中的污染物的生物去除。

当考虑单元土壤层101的水力传导率时，储存部分101a的体积可以是单位土壤层101的体积的1/5至1/3。此外，吸附过滤介质102还可以包括在储存部101a。吸附过滤介质102具有通过吸附和离子交换除去存储在储存器部分101a中河水的污染物功能，并且吸附过滤介质112可以由与可渗透过滤介质层的过滤介质相同的材料制成将要描述的120。

可以通过控制单位土层101的渗透系数即水力传导率来改变单位土壤层101中的生物反应效率和河水处理量。在单位土壤层101的水力传导率低的情况下，渗透速度降低，停留时间增加，生物反应效率提高，但河水的处理量降低。相反，在单位土壤层101的水力传导率高的情况下，增加速度，停留时间降低，生物反应效率降低，但河水的处理量增加。

考虑到生物反应效率和河水处理量之间的这种关系，单位土层101的水力传导率可以设定在0.001至0.05cm/s的范围内。单元土壤层101包括天然土壤和过滤介质。可以通过适当地混合它们来选择性地设置单位土壤层101的水力传导性。过滤介质可以包括花岗岩土壤，活性炭，沸石，珍珠岩，腐殖质和矿渣之一或其组合。可处理的过滤介质层120介于处理土壤层110之间和单元土壤层101之间，以吸附存在于河水中的氮或磷，或通过离子交换去除河水中的污染物。可渗透过滤介质层120可以由与单元土壤层101的过滤介质相同的材料制成。也就是说，可渗透过滤介质层120可以包括花岗岩土壤，活性炭，沸石，珍珠岩，腐殖质和矿渣之一或其组合。渗透性过滤介质层120具有通过补充处理土壤层110的低渗透性来提高处理能力的功能。因此，筛选过滤介质层120的过滤介质可以具有1至5mm的粒度。

根据一个实施方案，处理土壤层110和可渗透过滤介质层120的总高度可以被设计成1至5分钟，考虑地下水位，河流水位和河流系数。这里，处理土壤层110和可渗透过滤介质层120中的每一个的高度可以在5至25cm的范围内，并且单位土壤层110的横向和纵向长度可以在10至50cm的范围内。

除了处理土层110和渗透过滤介质层120之外，根据实施方式的河水净化装置还包括预处理滞留槽130，河水分配管140，曝气管150和储存罐160。

预处理滞留槽130具有暂时扣留由起重泵10提升的河水的作用，使得诸如土壤侵蚀，藻类和细絮凝物等的河水上的各种浮动材料沉淀并分离。预处理滞留槽130可以构成人造湿地形式的拘留池或具有高渗透性的土壤过滤介质的渗透型过滤池。这里，没有附加的起重泵，也可以在河流的上游设置输水管，也可以形成人造小河，使河水自然流动并供给到处理前的滞留槽130内。

河流配水管140以格子形式设置在处理土层110或渗透性过滤介质层120内，以均匀地供应预处理滞留池130的河水。通过河流配水管道供给的河水140可以根据处理土壤层110或可渗透过滤介质层120的位置来选择性地控制。例如，处理土壤层110或渗透性过滤介质层120可以被分成多个部分，以选择性地供应河水到区段，从而控制操作和停止操作。此外，河水配水管140可以布置成在处理土壤层110和渗透性过滤介质层120交替堆叠的状态下直接将河水供应到可渗透过滤介质层120的内部。考虑到处理土层110的水力传导性和设计，通过河水配水管140供给的预处理河水的通量可以以约500至10000l/m²·d供应，使得处理中的空隙土壤层110不完全饱和，或者可以预先设定间隔间歇地供给。

曝气管150可以设置在一个或多个处理土壤层110和可渗透过滤介质层120中，以将氧气供应到处理土壤层110或可渗透过滤介质层120，并防止在长时间操作期间的堵塞。当溶解氧不足时，它还可以作为氧气供应源。

存储罐160是设置在最下面的处理土层110或渗透性过滤介质层120的下方的空间，并且其中收集最后通过处理土层110和渗透过滤介质层120处理的处理水。收集在储罐160中的处理水通过储存管161传送到河流。如果需要处理土壤层110和渗透性过滤介质层120的位置低于地下水位或与地下水隔离，可以在处理土壤层110和可渗透过滤介质层120的周边或地板上设置由混凝土制成的屏蔽壁或具有非常低的渗透系数的粘土层。在这种情况下，可以在最下面的处理土层110或可渗透过滤介质层120的下方设置砾石层162，使得砾石层162作为储存罐160作用。收集的处理水可能不会排放到河流，但是可以储存在附加的水槽中以用于改善水质或控制河水量。

以上所述仅为本发明的部分实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。