CN105668799B - 一种雨水径流中污染物处理设施 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种雨水径流中污染物处理设施，包括进水管、覆盖层、植被层、吸附层，铁改良砂层、淹没层，砾石层，出水管与透气设施。雨水径流由进水管流入，经过各单元处理后由出水管流出。透气设施设在铁改良砂层中间与吸附层上方由直立管联通，并延伸至覆盖层上方。处理单元从上而下依次设有覆盖层、植被层、吸附层，铁改良砂层与淹没层。覆盖层有硬木树皮、浅色砾石与砂土。植被层由优选植物与降解菌固定化颗粒组成。吸附层由含适量污泥的改性泥炭与改性沸石组成。铁改良砂层保持Fe³⁺与好氧条件，淹没层设有木屑、报纸等有机物并保持缺氧状态。设施特殊的层间设置，并将生物强化的生态处理与吸附处理相结合，有效去除雨水径流中各类污染物。

Description

一种雨水径流中污染物处理设施

技术领域

本发明涉及污染物处理技术，属于环境保护技术领域，尤其是一种雨水径流中污染物处理设施。

在城市化发展进程中，不透水表面也不断增加(如路面、停车场和天台等)，导致雨水径流量相应增加。人们生活、生产活动导致了城市雨水径流中含有着大量的污染物，包括悬浮固体，营养物，有机物，病原体，重金属等，这些未经处理的污染物，如果直接排入水体，会造成各种受纳水体的环境问题(包括毒性、致病性和卫生性)。其中重金属物质不易被生物降解，在水体中可在微生物作用下转化为毒性更强的金属化合物，并通过食物链进入人体，引发各种疾病或造成慢性中毒，从而危害人体健康；径流中的营养物主要指氮磷污染物，若不加以处理，排入水体后会加重水体富营养化，并引发水华、蓝藻等一些列水环境问题。

背景技术

目前对重金属污染物的处理技术主要采用物理化学法，通过化学药剂或吸附材料，由氧化、沉淀、还原、吸附作用去除金属污染物，此处理过程通常需消耗相应的化学药剂，适合于浓度较大的金属污染物处理。我国现有的生化处理技术对氮、磷的去除效果较好，但对操作与控制的要求较高，且易受温度、酸碱度，溶解氧等因素影响，对雨水径流中氮磷污染物的去除应用价值较低；采用化学法去除氮磷污染物，药剂费用高，容易产生二次污染；气浮法对去除附着在悬浮物上的氮、磷的效果较好，对溶于雨水中的氮、磷去除率较低；植物浮岛与生态湿地通常需要占用较大的面积，在道路两侧、小区与别墅等地实施较为困难，而设施中污染物降解菌易受土著菌竞争干扰，在新建地区设置时降解菌的培养需较长时间，且仅依靠生态处理，处理效果有限。生物脱氮对反应条件要求较高，硝化时需好氧条件，反硝化需缺氧条件，目前设施几乎未能有效创造出有效的反应条件。磷的吸附去除通常是可逆反应，生态处理设施中的植物凋落时也会出现磷的释放，通过添加廉价的铁屑，可生成磷酸铁沉淀，则能有效固定磷防止它再次渗出。活性炭作为吸附材料吸附效果虽然较好，但价格昂贵，泥炭和沸石等非金属矿物材料，对氮磷与有机物的吸附去除能力较好，是很好的吸附材料，两者价格远低于活性炭，泥炭中腐殖有机物质(如黄腐酸和腐殖酸)具有广泛的功能基团(如羧基、羟基、甲氧基，醌和酚类)吸附金属离子的能力比无机吸附剂强，将两者进行改性后吸附效果更佳、使用寿命更长。给水处理厂絮凝池污泥中含有铁盐、铝盐混凝剂残留物，通过沉淀、吸附作用可去除磷、有机物等，来源广泛。若引入生物强化技术快速繁殖有效的污染物降解菌，将生态处理技术与吸附处理技术有机结合，创造性的改变设施的层间结构与设置，为脱氮除磷提供保障，则能有效提高设施对雨水径流中污染物的整体处理效果。

发明内容

针对雨水径流中污染物种类多，直接排放会造成受纳水体的水质污染，本发明提供一种生态、节能的生物渗透床，作为雨水径流中污染物处理设施，可有效处理雨水径流中的有机物、营养物质、重金属、病原菌，且不消耗化学药剂、不需要电能，无二次污泥产生。

本发明采用的技术方案是：雨水径流由进水管进入生物渗透床开始下渗，在下渗过程中，通过各处理层对各类污染物进行处理。覆盖层过滤和拦截大颗粒有机物、营养物与各类病原体；植被层中设置的植物在生长过程中可利用各类污染物，植物的同化作用是去除硝酸盐的主要机制，植物根系可固定及吸收不同金属污染物，根系及其分泌物能全面刺激菌群，诱导植被层中微生物对污染物的降解，生物强化技术由培养基增殖培养后制成的降解菌固定化颗粒完成，引入降解菌固定化颗粒可加速菌种在新建地区繁殖，有效降解径流中各污染物；吸附层设置的改性泥炭和改性沸石有效吸附去除雨水径流中的有机物、重金属与氮磷污染物，为确保吸附层渗透能力的前提下，在改性泥炭中添加适量给水厂絮凝池污泥后去除能力更佳；铁屑改良的砂层，由设置的透气设施保持硝化反应的好氧条件，并维持Fe³+状态，进行二次除磷以防止磷再度排放到出水中，此外，透气设施在降雨强度较大时，也可作雨水下渗的特殊通道；淹没层主要进行反硝化反应，淹没层设有的木屑、报纸等有机物作碳源，为反硝化提供电子供体，加上淹没层持有的缺氧条件保证设施的脱氮效果；砾石层设置在设施底部，起支撑与汇流作用；处理后的水汇流后由出水管流出。

上述设施中优选的生物渗透床，大小视汇流面积与降雨情况而定，由进水管、覆盖层、植被层、吸附层、铁改良砂层、透气设施、淹没层、砾石层和出水管组成，其中主要的处理单元包括覆盖层、植被层、吸附层，铁改良砂层与淹没层。

上述设施中优选的覆盖层主要由硬木树皮、浅色砾石、表层砂土组成。

上述设施中优选的植被层由植物与培养基增殖培养后制成的降解菌固定化颗粒组成，植被层厚度约0.45m，其中植物主要包括：灯芯草、茼麻、乔木、柏油树、金光菊、千屈菜和黄菖蒲。

上述设施中优选的降解菌为混合菌种，蜡状芽孢杆菌属与芽孢杆菌属，培养基：乙酸钠 0.5g/L，葡萄糖，1g/L，酵母膏0.25g/L，无水氯化钙0.07g/L，硫酸亚铁铵0.035g/L，氯化铵 0.5g/L，硝酸钠0.5g/L，蛋白胨0.45g/L，磷酸氢二甲0.6g/L，磷酸二氢钾0.5g/L。

上述设施中优选的降解菌固定方法为：将300mL对数期的混合菌液在8000r/min下离心 5min，除去上清液，用无菌水冲洗数遍，加到灭菌后的PVA(聚乙稀醇)与SA(海藻酸钠)的混合溶液中搅拌均匀，形成溶有10％PVA和1％SA的300mL的含菌凝胶，然后逐滴滴入灭菌后的饱和硼酸溶液中(滴加2％CaCl₂、Na₂CO₃调pH＝6.7左右)，磁力搅拌并交联15min 后得到4mm-6mm固定化小球，再用蒸馏水冲洗后制成。

上述设施中优选的吸附层上层为改性泥炭，并添加质量比为5％给水厂絮凝池污泥，下层为改性沸石，改性泥炭通过磺化热改性，即将泥炭与浓硫酸以3∶10固液比进行磺化后，以 80％水浴加热2h，接着在140℃热处理3h冷却后洗至中性；沸石通过焙烧改性，即将沸石在 800℃焙烧改性，吸附层层厚为0.35m。

上述设施中上述设施中优选的铁改良砂层由砂层中添加10％(质量比)的铁屑而成，铁改良砂层层厚为0.25m。

上述设施中优选的透气设施兼有防超越的功能，设置在吸附层上方与铁改良砂层中间，数根直立主管联通两层并向上延伸至覆盖层以上0.2m，由直径DN50mmPVC管各开一定数量的8目孔制成。

上述设施中优选的淹没层通过设置淹没出流维持缺氧条件，由添加的报纸、木屑等有机物为反硝化反应提供碳源以保证脱氮效果，淹没层厚度0.35m。

本发明的有益效果是：

(1)覆盖层截留径流中大颗粒有机物，营养物与各类病原体，采用硬木树皮、浅色砾石，除可缓解雨水径流的冲刷作用外，硬木树皮有利于保持设施的水分，避免污染物结晶，浅色砾石可磨碎径流中携带的大污染物质，并缓减太阳辐射，降低设施表面的温度，缓解水分蒸发。

(2)植被层的植物通过生化技术能较好的去除氮磷污染物，有利于防止土著菌干扰，促进污染物降解菌的繁殖，保证生物降解效果，多样的植物与生物促进了设施的生物多样性，植物与设施内生物共同作用并相互促进，提高了设施对污染物的降解效果。

(3)吸附层能很好的吸附氮磷污染物与有机物，泥炭与沸石两种自然界物质，通过改性后可大大增强自身活性基团对污染物的吸附性能。

(4)设有透气设施的铁改良砂层可维持Fe³⁺状态，从而有效防止被吸附磷的再度释放；同时在好氧条件下，由硝化细菌和亚硝化细菌的协同作用下，可将氨氮硝化转化为亚硝态氮、硝态氮。此外，透气设施在降雨强度较大时可作防雨水超越设施，成为雨水下渗的特殊通路，设施中积存的雨水可下渗至吸附层后依次经过下方的处理单元再行处理，防止来不及下渗的雨水直接从设施中流走。

(5)设有有机碳源的淹没层，通过淹没出流持有的缺氧条件可有效发挥反硝化作用从而，保证脱氮效果。

(6)按上述优选的生物渗透床可充分发挥物理、化学及生物作用处理雨水径流中的各种污染物，处理效果较好，TSS，病原体、氮磷，重金属污染物的处理率均在95％以上，处理过程中不需要化学试剂与复杂的装置，无二次污泥产生，维护方便，经济节能，从而有效避免雨水径流中污染物污染环境，处理后的雨水亦可用于二次利用。

附图说明

图1为本发明提供的雨水径流中污染物处理设施的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明工作过程进行进一步详细说明。

如图1所示，本发明实施例提供一种雨水径流中污染物的处理设施，包括进水管1和覆盖层2，植被层3设置在覆盖层2下方，降解菌固定化颗粒4设置在植被层3 中的植物根系处，吸附层5设置在植被层3的下方，铁改良砂层6设置在吸附层5下方与淹没层8上方，透气设施7设置在吸附层5上方与铁改良砂层6中间，数根直立主管联通两层，并向上延伸到覆盖层以上，砾石层9设置在设施最下层，出水管10设置在砾石层9中。

本发明处理雨水径流中污染物的工作过程为：

(1)降雨开始后，地表径流由所述的进水管1进入，先通过覆盖层2除去大颗粒的污染物与病原体。树皮与砾石形成的覆盖层有利于缓解径流对设施表面的冲刷作用，减缓水分蒸发。

(2)雨水径流接着下渗到所述植被层3，由设置的植物发挥植被层的吸收作用、内皮层扩散作用、根系固定作用，蒸腾作用去除雨水径流中污染物；植被根系处的降解菌固定化颗粒4促进了降解菌的增长繁殖，有效保证了生物降解效果，同时也提高了设施的生物多样性，在多样植物与多样生物相互促进下，提高了雨水径流中污染物的去除。

(3)雨水径流继续下渗到所述吸附层5，添加絮凝池污泥的改性泥炭与改性沸石共同作用，能很好的发挥吸附层对雨水径流中污染物的吸附作用。

(4)雨水径流继续进入所述的铁改良砂层6，除对雨水径流过滤处理外，透气设施7在透气时空气由覆盖层上方进入，向下一直通到改良砂层6，空气中的氧气由透气设施7上所开小孔逸散到改良砂层6中，为硝化细菌和亚硝化细菌提供硝化反应所需的氧气，从而将氨氮硝化转化为亚硝态氮、硝态氮，并可维持层中Fe³+状态以固定磷生成磷酸铁，防止磷再度释放后进入出水管排出；透气设施7在降雨强度较大时，可作下渗通路，雨水径流沿管道向下流至吸附层上方，并从透气设施7在吸附层上方所开的小孔中流出，至吸附层处理后再继续下渗进行处理，从而防止来不及下渗的雨水从设施中直接超越流失。

(5)雨水径流然后下渗至设有有机物作碳源的淹没层8，有机碳源为反硝化反应提供碳源，淹没层设置的淹没出流能维持缺氧环境为反硝化顺利进行提供反应条件，以确保设施发生充分的反硝化反应，从而保证设施良好的脱氮效果。

(6)处理后的雨水径流最终由砾石层9汇入到出水管10流入附近河道。

综上所述，本发明实施例提供一种生态、节能的雨水径流中污染物处理设施，该设施作为一种生物渗透床，通过引入生物强化技术将生态处理技术与吸附过滤技术相结合，拥有高效、节能、经济，环保等优点，不仅能有效处理雨水径流中的各类污染物，还能起到美化环境的作用。

Claims (4)

1.一种雨水径流中污染物处理设施，主要包括进水管、覆盖层、植被层、吸附层、铁改良砂层、淹没层，砾石层，出水管与透气设施，其特征是：按雨水径流下渗方向依次设置覆盖层、植被层、吸附层、铁改良砂层、淹没层，进水管设置在设施最上层，砾石层设置在设施最下层，出水管设置在砾石层中间，覆盖层截留径流中大颗粒有机物，营养物与各类病原体，采用硬木树皮、浅色砾石，除缓解径流的冲刷外，硬木树皮保持设施水分，避免污染物结晶，浅色砾石可磨碎大污染物质，缓减太阳辐射，缓解水分蒸发；植被层由植物与培养基增殖培养后制成的降解菌固定化颗粒组成，植被层引入降解菌固定化颗粒可加速菌种在新建地区繁殖，防止土著菌干扰，促进污染物降解菌的繁殖，保证生物降解效果；吸附层上层为改性泥炭，并添加质量比为5％给水厂絮凝池污泥，下层为改性沸石，有效吸附去除雨水径流中的有机物、重金属与氮磷污染物，改性泥炭通过磺化热改性，将泥炭与浓硫酸以3∶10固液比进行磺化后，以80％水浴加热2h，接着在140℃热处理3h冷却后洗至中性，沸石通过焙烧改性，将沸石在800℃焙烧改性；铁改良砂层由砂层中添加10％(质量比)的铁屑而成，设有透气设施的铁改良砂层可维持Fe³⁺状态，以固定磷生成磷酸铁，防止磷再度释放后进入出水管排出，同时在好氧条件下，由硝化细菌和亚硝化细菌的协同作用下，可将氨氮硝化转化为亚硝态氮、硝态氮；淹没层主要进行反硝化反应，淹没层设有木屑、报纸作碳源，为反硝化提供电子供体，加上淹没层持有的缺氧条件保证设施的脱氮效果；透气设施设置在吸附层上方与铁改良砂层中间，由数根直立主管联通两层并向上延伸至覆盖层以上，透气设施通气提供好氧条件，为铁改良砂层维持Fe³⁺状态，透气设施在降雨强度较大时可作防雨水超越设施，成为雨水下渗的特殊通路，设施中积存的雨水可下渗至吸附层后依次经过下方的处理单元再行处理，防止来不及下渗的雨水直接从设施中流走。

2.根据权利要求1所述的雨水径流中污染物处理设施，其特征是：所述的植被层有灯芯草、茼麻、乔木、柏油树、金光菊、千屈菜和黄菖蒲，并在植物根系处设有降解菌固定化颗粒，降解菌为蜡状芽孢杆菌属与芽孢杆菌属混合菌。

3.根据权利要求1所述的雨水径流中污染物处理设施，其特征是：所述的铁改良砂层由砂层中添加10％(质量比)的铁屑而成，铁改良砂层层厚为0.25m。

4.根据权利要求1所述的雨水径流中污染物处理设施，其特征是：透气设施设置在吸附层上方与铁改良砂层中间，各层的透气设施由直径DN50mmPVC管各开一定数量的8目孔制成，由数根直立主管联通两层并向上延伸至覆盖层以上0.2m，透气设施兼有防超越的功能。