CN102225822B - 人工强化生态滤床及利用其治理污染河水的方法 - Google Patents

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Abstract

人工强化生态滤床及利用其治理污染河水的方法，本发明涉及滤床及治理污染河水的方法。本发明解决了现有的河流配水方法及生态浮岛的应用范围窄、河道曝气方法运行费用高，都不适于重污染农村污染河水的治理的技术问题。本发明的人工强化生态滤床由溢流墙分隔成进水区、滤床和出水区，滤床内装有火山岩滤料，滤床沿水流方向分为厌氧区、曝气区和缺氧区，在曝气区底部设有穿孔曝气管，厌氧区和缺氧区底部泥斗和排泥管。利用人工强化生态滤床治理污染河水的方法：在河床上修建表面推流式湿地和人工强化生态滤床，将河水依次引入人工强化生态滤床和表面推流式湿地处理即可。本发明建设费用低，运行维护方便，适于农村跨界河流及重污染河水的治理。

Description

人工强化生态滤床及利用其治理污染河水的方法
技术领域
本发明涉及滤床及治理污染河水的方法。
背景技术
随着工业、农业及畜牧养殖的发展，产生的废水被直接或间接的排入河流，使河流受到污染。目前，对于污染河流治理采用的河流配水方法对于农村跨界河流及重污染河流，无法实现在某一地区采用控源、配水等技术；而河道曝气方法运行费用过高，也不适用于农村污染河水的治理；而生态浮岛方法只适于低污染的河水治理，对于重污染河流的修复效果并不显著。
发明内容
本发明是要解决现有的治理污染河流的河流配水方法及生态浮岛的应用范围窄、河道曝气方法运行费用高，都不适于重污染农村污染河水的治理的技术问题，而提供人工强化生态滤床及利用其治理污染河水的方法。
本发明的人工强化生态滤床包括进水区、滤床和出水区，进水区与滤床由第一溢流墙分隔，滤床与出水区由第二溢流墙分隔，进水口设在进水区侧壁上部，出水口设在出水区的侧壁下部，滤床内装有粒径为70mm～100mm的火山岩滤料，填充高度为滤床高度的四分之三，滤床沿水流方向依次分为厌氧区、曝气区和缺氧区，在曝气区底部设有穿孔曝气管，厌氧区底部设有第一泥斗，第一泥斗底部接有第一排泥管，在缺氧区底部设有第二泥斗，第二泥斗底部接有第二排泥管。
本发明的人工强化生态滤床治理污染河水的方法按以下步骤进行：
人工强化生态滤床治理污染河水的方法按以下步骤进行：一、在污染河流的河床上修建表面推流式湿地和人工强化生态滤床；二、将污染河流中的河水通过进水管引入人工强化生态滤床的进水区，然后经过第一溢流墙流至滤床，流经厌氧区、曝气区和缺氧区后经第二溢流墙流至出水区，曝气区的气水比为4～6∶1，滤床的水力负荷为0.15m3/(m2·h)～0.35m3/(m2·h)；三、出水区的河水出水管进入表面推流式湿地处理，表流的水深为18cm～25cm，水力负荷为0.10m3/(m2·h)～0.25m3/(m2·h)，完成污染河水的治理。
本发明的人工强化生态滤床火山岩滤料表面粗糙多孔，容易被微生物吸附，在火山岩滤料的表面附着大量的生物膜，并且该微生物膜是一端吸附在火山岩滤料上，另一端漂浮在水中，具使微生物更容易捕捉到水中的污染物，从而具有更好的降解污水中有机污染物的作用，又因为火山岩滤料为粒径为粒径为70mm～100mm的大粒径滤料，再加上滤料孔隙大，能够使水流顺畅，不容易发生堵塞，提高了滤床的最大含污量；同时火山岩滤料内部具有孔隙，利于溶解氧均匀分布和扩散，可使气泡充分利用和拦截，提高降解作用。
本发明的人工强化生态滤床的结构上采用自然分区，区与区之间没有明显差别(间隔)，有利于微生物流动和形成一些特殊的微生物种群，有利于污染物的去除和工艺的耐冲击能力。但在各区主体部位还是能按照传统工艺中的厌氧和好氧划分。各区在不同溶解氧含量的控制下，根据自然选择原理在经过一段时间的生长和定期的排泥，形成符合本区环境的优势种群。
本发明的人工强化生态滤床采用大粒径滤料，与现有的滤床相比底部的曝气为中间曝气，两端不曝气，这样在两端就形成了缺氧和厌氧区，在缺氧和厌氧区就会有部分的脱氮除磷效果。另外，中间曝气会将滤池中形成的污泥排入泥斗，这样与现有的滤池相比就无需反冲洗，简化了操作运行的程序，节约了大量能源。本发明利用人工强化生态滤床与表流湿地结合治理污染河水，结合了曝气生物滤池和人工湿地的优点，利用天然湿地处理系统作为人工强化生态滤床工艺的补充，可以达到优势互补、相互协调目的，可以实现技术、经济、环境效益的统一。其出水可以满足不同的水质要求，可以有效修复被污染水源及沿岸生态景观，工艺简单，易于事实和维护，能够产生良好的环境、经济效益。该技术不需要改变和破坏河道生态景观，只需在河床两侧修建大粒径滤料滤池，上面覆土并栽种植物，即可巩固堤坝，又可以防治冬季结冻，同时又能够改善两岸生态景观。该方法可根据河道的具体地址、地形和地貌，利用天然条件进行施工建设，工艺简捷，维护方便易行，对于河流水质的治理和生态修复具有重要应用价值。
本发明可应用于低温地区污染河流水质改善及生态修复的人工强化处理工艺，该方法可根据河道的具体地形特征建设于河道两旁，建设费用低，运行和维护方便，便于在寒冷地区进行工程推广，改善污染河道水质和恢复河道两岸生态景观，简单易行，适于农村跨界河流及重污染农村污染河水的治理。
附图说明
图1是具体实施方式一的人工强化生态滤床结构示意图，图中1为进水区，2为第一溢流墙，3为滤床，4为第二溢流墙，5为出水区，6为进水管，7为出水管，8为火山岩滤料，3-1为厌氧区，3-2为曝气区，3-3缺氧区，3-4为第一泥斗，3-5为第一排泥管，3-6为穿孔曝气管，3-7为第二泥斗，3-8为第二排泥管。
具体实施方式
具体实施方式一：(请参见附图1)本实施方式的人工强化生态滤床包括进水区1、滤床3和出水区5，进水区1与滤床3由第一溢流墙2分隔，滤床3与出水区5由第二溢流墙4分隔，进水管6设在进水区1侧壁上部，出水管7设在出水区5的侧壁下部，滤床3内装有粒径为70mm～100mm的火山岩滤料8，填充高度为滤床3高度的四分之三，滤床3沿水流方向依次分为厌氧区3-1、曝气区3-2和缺氧区3-3，厌氧区3-1底部设有第一泥斗3-4，第一泥斗底3-4部接有第一排泥管3-5，在曝气区3-2底部设有穿孔曝气管3-6，在缺氧区3-3底部设有第二泥斗3-7，第二泥斗底部接有第二排泥管3-8。
本实施方式的人工强化生态滤床火山岩滤料表面粗糙多孔，容易被微生物吸附，在火山岩滤料的表面附着大量的生物膜，并且该微生物膜是一端吸附在火山岩滤料上，另一端漂浮在水中，具使微生物更容易捕捉到水中的污染物，从而具有更好的降解污水中有机污染物的作用，又因为火山岩滤料为粒径为粒径为70mm～100mm的大粒径滤料，再加上滤料孔隙大，能够使水流顺畅，不容易发生堵塞，提高了滤床的最大含污量；同时火山岩滤料内部具有孔隙，利于溶解氧均匀分布和扩散，可使气泡充分利用和拦截，提高降解作用。本实施方式的人工强化生态滤床的结构上采用自然分区，区与区之间没有明显差别(间隔)，有利于微生物流动和形成一些特殊的微生物种群，有利于污染物的去除和工艺的耐冲击能力。但在各区主体部位还是能按照传统工艺中的厌氧和好氧划分。各区在不同溶解氧含量的控制下，根据自然选择原理在经过一段时间的生长和定期的排泥，形成符合本区环境的优势种群。本实施方式的人工强化生态滤床采用大粒径滤料，与现有的滤床相比底部的曝气为中间曝气，两端不曝气，这样在两端就形成了缺氧和厌氧区，在缺氧和厌氧区就会有部分的脱氮除磷效果。另外，中间曝气会将滤池中形成的污泥排入泥斗，这样与现有的滤池相比就无需反冲洗，简化了操作运行的程序，节约了大量能源。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：滤床内火山岩滤料8的粒径为75mm～95mm。其他与具体实施方式一相同。
本实施方式采用的火山岩滤料8的粒径可以使滤床水流通畅，不容易发生堵塞。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一不同的是：滤床内火山岩滤料8的粒径为85mm。其他与具体实施方式一相同。
具体实施方式四：本实施方式的利用具体实施方式一所述的人工强化生态滤床治理污染河水的方法按以下步骤进行：一、在污染河流的河床上修建表面推流式湿地和具体实施方式一所述的人工强化生态滤床；二、将污染河流中的河水通过进水管6引入人工强化生态滤床3的进水区1，然后经过第一溢流墙2流至滤床3，流经厌氧区3-1、曝气区3-2和缺氧区3-3后经第二溢流墙4流至出水区5，曝气区的气水比为4～6∶1，滤床3的水力负荷为0.15m3/(m2·h)～0.35m3/(m2·h)；三、出水区5的河水经出水管7进入表面推流式湿地处理，表流的水深为18cm～25cm，水力负荷为0.10m3/(m2·h)～0.25m3/(m2·h)，完成污染河水的治理。
本实施方式中步骤二中所述的气水比是输入滤床的空气与输入滤床的水的体积比。
本实施方式的人工强化生态滤床火山岩滤料表面粗糙多孔，容易被微生物吸附，在火山岩滤料的表面附着大量的生物膜，并且该微生物膜是一端吸附在火山岩滤料上，另一端漂浮在水中，具使微生物更容易捕捉到水中的污染物，从而具有更好的降解污水中有机污染物的作用，又因为火山岩滤料为粒径为粒径为70mm～100mm的大粒径滤料，再加上滤料本身具有孔隙，能够使水流顺畅，不容易发生堵塞；同时火山岩滤料内部具有孔隙，利于溶解氧均匀分布和扩散，可使气泡充分利用和拦截，提高降解作用。本实施方式的人工强化生态滤床的结构上采用自然分区，区与区之间没有明显差别(间隔)，有利于微生物流动和形成一些特殊的微生物种群，有利于污染物的去除和工艺的耐冲击能力。但在各区主体部位还是能按照传统工艺中的厌氧和好氧划分。各区在不同溶解氧含量的控制下，根据自然选择原理在经过一段时间的生长和定期的排泥，形成符合本区环境的优势种群。本实施方式的人工强化生态滤床采用大粒径滤料，与现有的滤床相比底部的曝气为中间曝气，两端不曝气，这样在两端就形成了缺氧和厌氧区，在缺氧和厌氧区就会有部分的脱氮除磷效果。另外，中间曝气会将滤池中形成的污泥排入泥斗，这样与现有的滤池相比就无需反冲洗，简化了操作运行的程序，节约了大量能源。本实施方式利用人工强化生态滤床与表流湿地结合治理污染河水，结合了曝气生物滤池和人工湿地的优点，利用天然湿地处理系统作为人工强化生态滤床工艺的补充，可以达到优势互补、相互协调目的，可以实现技术、经济、环境效益的统一。其出水可以满足不同的水质要求，可以有效修复被污染水源及沿岸生态景观，工艺简单，易于事实和维护，能够产生良好的环境、经济效益。该技术不需要改变和破坏河道生态景观，只需在河床两侧修建大粒径滤料滤池，上面覆土并栽种植物，即可巩固堤坝，又可以防治冬季结冻，同时又能够改善两岸生态景观。该方法可根据河道的具体地址、地形和地貌，利用天然条件进行施工建设，工艺简捷，维护方便易行，对于河流水质的治理和生态修复具有重要应用价值。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式四不同的是：步骤二中滤床3的水力负荷为0.16m3/(m2·h)～0.34m3/(m2·h)，曝气区的气水比为4.2～5.8∶1。其它与具体实施方式四相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式四不同的是：步骤二中滤床3的水力负荷为0.25m3/(m2·h)，曝气区的气水比为5∶1。其它与具体实施方式四相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式四至六之一不同的是：步骤三中表面推流式湿地的表流的水深为19cm～24cm，水力负荷为0.12m3/(m2·h)～0.23m3/(m2·h)。其他与具体实施方式四至六之一相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式四至六之一不同的是：步骤三中表面推流式湿地的表流的水深为20cm，水力负荷为0.18m3/(m2·h)。其他与具体实施方式四至六之一相同。
具体实施方式九：本实施方式的利用人工强化生态滤床治理污染河水的方法按以下步骤进行：一、在污染河流的河床上修建表面推流式湿地和人工强化生态滤床；二、将污染河流中的河水通过进水管6引入人工强化生态滤床3的进水区1，然后经过第一溢流墙2流至滤床3，流经厌氧区3-1、曝气区3-2和缺氧区3-3后经第二溢流墙4流至出水区5，曝气区的气水比为5∶1，滤床3的水力负荷为0.25m3/(m2·h)；三、出水区5的河水经出水管7进入表面推流式湿地处理，表流的水深为20cm，水力负荷为0.173m3/(m2·h)，完成污染河水的治理。
(参见附图1)本实施方式步骤一所述的人工强化生态滤床包括进水区1、滤床3和出水区5，进水区1与滤床3由第一溢流墙2分隔，滤床3与出水区5由第二溢流墙4分隔，进水管6设在进水区1侧壁上部，出水管7设在出水区5的侧壁下部，滤床3内装有粒径为85mm～95mm的火山岩滤料8，填充高度为滤床3高度的四分之三，滤床3沿水流方向依次分为厌氧区3-1、曝气区3-2和缺氧区3-3，厌氧区3-1底部设有第一泥斗3-4，第一泥斗底3-4部接有第一排泥管3-5，在曝气区3-2底部设有穿孔曝气管3-6，在缺氧区3-3底部设有第二泥斗3-7，第二泥斗底部接有第二排泥管3-8。
本实施方式中的人工强化生态滤床规格为：长×宽×高＝4m×1m×2m，火山岩滤料的填充高度为1.5m，滤床的厌氧区长1m，曝气区长为2m，缺氧区长1m，曝气区底部的穿孔曝气管的长为2m。本实施方式的人工强化生态滤床的厌氧区和缺氧区的排泥管95天排一次泥。
本实施方式的人工强化生态滤床中的火山岩滤料8的孔隙率为55.00％，表面积为6.87m2/g，堆积密度为0.75g/cm3。
本实施方式步骤一中的表面推流式湿地为天然表流湿地，其长为8m，宽为3.5m，表流水深为25cm～35cm，湿地的植物为芦苇。
本实施方式的污染河水通过工强化生态滤床中的厌氧区后，水解酸化，降解污水中难降解的有机物，并为磷的释放提供环境。曝气区去除有机物和磷及硝化功能。在随后的缺氧区，进行反硝化，进而去除进水中的总氮。经过前面滤床的预处理，水质大大改善，出水进入湿地，降低了湿地的处理负荷，避免湿地的水质恶化，进一步提高湿地生态景观效益。本实施方式步骤一中的污染河流的水质及经过步骤三处理后河水的水质列于表1中。
表1处理前后的水质指标
  处理前   处理后   去除率
  COD(mg/L)   40～120   ≤40   40％～80％
  氨氮(mg/L)   7～30   ≤1   95％～97％
  总氮(mg/L)   15～25   11.8～12.4   30％～55％
  总磷(mg/L)   1.5～3.6   0.96～1.98   45％～58％
本实施方式的人工强化生态滤床火山岩滤料表面粗糙多孔，容易被微生物吸附，在火山岩滤料的表面附着大量的生物膜，并且该微生物膜是一端吸附在火山岩滤料上，另一端漂浮在水中，使微生物更容易捕捉到水中的污染物，从而具有更好的降解污水中有机污染物的作用，又因为火山岩滤料为粒径为大粒径滤料，再加上滤料之间的孔隙大，能够使水流顺畅，不容易发生堵塞，提高了滤床的含污量；同时火山岩滤料内部具有孔隙，利于溶解氧均匀分布和扩散，可使气泡充分利用和拦截，提高降解作用。本实施方式的人工强化生态滤床的结构上采用自然分区，区与区之间没有明显间隔，有利于微生物流动和形成一些特殊的微生物种群，有利于污染物的去除和工艺的耐冲击能力。但在各区主体部位还是能按照传统工艺中的厌氧和好氧划分。各区在不同溶解氧含量的控制下，根据自然选择原理在经过一段时间的生长和定期的排泥，形成符合本区环境的优势种群。本实施方式的人工强化生态滤床采用大粒径滤料，与现有的滤床相比底部的曝气为中间曝气，两端不曝气，这样在两端就形成了缺氧和厌氧区，在缺氧和厌氧区就会有部分的脱氮除磷效果。另外，中间曝气会将滤池中形成的污泥排入泥斗，这样与现有的滤池相比就无需反冲洗，简化了操作运行的程序，节约了大量能源。本实施方式可应用于低温地区污染河流水质改善及生态修复的人工强化处理工艺，该方法可根据河道的具体地形特征建设于河道两旁，建设费用低，运行和维护方便，便于在寒冷地区进行工程推广，改善污染河道水质和恢复河道两岸生态景观，简单易行，适于重污染农村污染河水的治理。
本实施方式利用人工强化生态滤床与表流湿地结合治理污染河水，结合了曝气生物滤池和人工湿地的优点，利用天然湿地处理系统作为人工强化生态滤床工艺的补充，可以达到优势互补、相互协调目的，可以实现技术、经济、环境效益的统一。其出水可以满足不同的水质要求，可以有效修复被污染水源及沿岸生态景观，工艺简单，易于事实和维护，能够产生良好的环境、经济效益。该技术不需要改变和破坏河道生态景观，只需在河床两侧修建大粒径滤料滤池，上面覆土并栽种植物，即可巩固堤坝，又可以防治冬季结冻，同时又能够改善两岸生态景观。该方法可根据河道的具体地址、地形和地貌，利用天然条件进行施工建设，工艺简捷，维护方便易行，对于河流水质的治理和生态修复具有重要应用价值。

Claims (7)

1.人工强化生态滤床，其特征在于人工强化生态滤床包括进水区(1)、滤床(3)和出水区(5)，进水区(1)与滤床(3)由第一溢流墙(2)分隔，滤床(3)与出水区(5)由第二溢流墙(4)分隔，进水管(6)设在进水区(1)侧壁上部，出水管(7)设在出水区(5)的侧壁下部，滤床(3)内装有粒径为70mm～100mm的火山岩滤料(8)，火山岩滤料(8)填充高度为滤床(3)高度的四分之三，滤床(3)沿水流方向依次分为厌氧区(3-1)、曝气区(3-2)和缺氧区(3-3)，厌氧区(3-1)底部设有第一泥斗(3-4)，第一泥斗底(3-4)部接有第一排泥管(3-5)，在曝气区(3-2)底部设有穿孔曝气管(3-6)，在缺氧区(3-3)底部设有第二泥斗(3-7)，第二泥斗(3-7)底部接有第二排泥管(3-8)。
2.根据权利要求1所述的人工强化生态滤床，其特征在于滤床内火山岩滤料(8)的粒径为75mm～95mm。
3.利用如权利要求1所述的人工强化生态滤床治理污染河水的方法，其特征在于利用人工强化生态滤床治理污染河水的方法按以下步骤进行：一、在污染河流的河床上修建表面推流式湿地和人工强化生态滤床；二、将污染河流中的河水通过进水管(6)引入人工强化生态滤床(3)的进水区(1)，然后经过第一溢流墙(2)流至滤床(3)，流经厌氧区(3-1)、曝气区(3-2)和缺氧区(3-3)后经第二溢流墙(4)流至出水区(5)，曝气区(3-2)的气水比为4～6∶1，滤床(3)的水力负荷为0.15m3/(m2·h)～0.35m3/(m2·h)；三、出水区(5)的河水经出水管(7)进入表面推流式湿地处理，表流的水深为18cm～25cm，水力负荷为0.10m3/(m2·h)～0.25m3/(m2·h)，完成污染河水的治理。
4.根据权利要求3所述的人工强化生态滤床治理污染河水的方法，其特征在于步骤二中滤床(3)的水力负荷为0.16m3/(m2·h)～0.34m3/(m2·h)，曝气区的气水比为4.2～5.8∶1。
5.根据权利要求3或4所述的人工强化生态滤床治理污染河水的方法，其特征在于步骤二中滤床(3)的水力负荷为0.25m3/(m2·h)，曝气区的气水比为5∶1。
6.根据权利要求3或4所述的人工强化生态滤床治理污染河水的方法，其特征在于步骤三中表面推流式湿地的表流的水深为19cm～24cm，水力负荷为0.12m3/(m2·h)～0.23m3/(m2·h)。
7.根据权利要求3或4所述的人工强化生态滤床治理污染河水的方法，其特征在于步骤三中表面推流式湿地的表流的水深为20cm，水力负荷为0.18m3/(m2·h)。
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