CN105692908A - 用于集约化养殖场的生物滞留系统 - Google Patents

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许唯临
彭勇
邓军
邹诗绮
田忠
张法星
刘善均
王韦
曲景学
周茂林
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Abstract

本发明所述用于集约化养殖场的生物滞留系统，设置在集约化养殖场地表低洼处，通过在低洼处开挖土坑，在土坑内表面铺设防渗土工布后再依次铺设各生物滞留层形成，所述生物滞留层由下至上依次为砾石层、砂层、填料层、透水土工布、种植土壤层、植被层，所述砾石层埋设有用于将经生物滞留系统净化后的雨水排出的引水管，所述引水管的管壁上设置有若干将净化后的雨水汇入引水管中的孔。本发明所述用于集约化养殖场的生物滞留系统为减少养殖场粪便堆积造成的地表径流中的氮磷污染物提供了一种简便实用、成本低廉的设施。

Description

用于集约化养殖场的生物滞留系统
技术领域
本发明属于污水处理技术领域，具体涉及一种用于集约化养殖场中径流污水处理设施。
背景技术
畜牧业是国民经济发展中的重要基础性产业，通过积极调整产业结构，由分散经营、饲养量小且主要集中于农区的传统的农户主导散养转变为集中经营、饲养量大且分布在城市近郊的集约化养殖。但这带来养殖场粪便产生量大，对环境影响大的问题，使得畜牧业已成为我国水环境污染的主要污染源。养殖场中堆放的粪便随雨水径流进入水体，使水体中总磷和总氮含量超标，造成水体富营养化。对于养殖场径流污水中氮磷的去除处理技术目前主要有厌氧处理、好氧处理、厌氧好氧组合处理以及氧化塘等。但现有方法对于养殖场的废水处理率仍然很低，出水质量也达不到要求。并且这些技术大都工艺复杂，资金投入较大，运行成本较高，有时还需要占用相当面积的土地，降低了养殖场的经济效益。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种用于集约化养殖场的生物滞留系统，为减少养殖场粪便堆积造成的地表径流中的氮磷污染物提供一种简便实用、成本低廉的设施。
本发明所述用于集约化养殖场的生物滞留系统，设置在集约化养殖场地表低洼处，通过在低洼处开挖土坑，在土坑内表面铺设防渗土工布后再依次铺设各生物滞留层形成，所述生物滞留层由下至上依次为砾石层、砂层、填料层、透水土工布、种植土壤层、植被层，所述砾石层埋设有用于将经生物滞留系统净化后的雨水排出的引水管，所述引水管的管壁上设置有若干将净化后的雨水汇入引水管中的孔。
上述用于集约化养殖场的生物滞留系统，所述填料层由第一填料层和第二填料层构成，第二填料层位于第一填料层之下，所述第一填料层为砂壤土，所述第二填料层为铝硅酸盐与砂壤土的混合料，或含碳纳米材料与砂壤土的混合料，该混合料中铝硅酸盐或含碳纳米材料的质量为混合料质量的10％～50％。
上述用于集约化养殖场的生物滞留系统，第二填料层中所述铝硅酸盐为纳米高岭土或粉煤灰纳米沸石，所述含碳纳米材料为纳米活性炭粉或纳米碳管。
上述用于集约化养殖场的生物滞留系统，所述填料层总厚度至少为700mm，所述第二填料层的厚度为100mm～350mm。
上述用于集约化养殖场的生物滞留系统，所述砂层中砂粒的布置方式为顺着水流的方向沙粒粒径逐渐增大。
上述用于集约化养殖场的生物滞留系统，植被层主要起到降解有机物、吸收营养物质和重金属、维持土壤长期处于多孔结构的作用。种植土壤层宜选用渗透系数较大的土壤，厚度可根据植物类型而定。在一定的地表径流量和土壤渗透性下，径流雨水在土壤表面暂时汇聚形成积水层，以便雨水慢慢向下渗流，利于氮磷污染物的去除。植被层的植物种类优先选择本土植物，并确保在一定的积水层中植物耐淹存活。透水土工布有利于防止种植土壤层土壤流失。填料层是净化水质的主要场所，可有效的去除氮磷污染物。砂层呈反滤层布置，即顺着水流的方向沙粒逐渐增大，能使水流畅通而填料层的填料不流失的目的。砾石层为生物滞留系统的承重层，并为渗流下来的雨水提供暂时的储存空间，同时保护引水管，防止堵塞。引水管将净化后的雨水排放到邻近的河流或其它排放系统。
本发明所述用于集约化养殖场的生物滞留系统工作流程及原理如下：
含有氮磷污染物的地表径流沿缓坡流入生物滞留系统，在种植土壤层表面处暂时汇集形成积水层。植被层的植物在生物同化作用下吸收氮磷作为营养物质，同时污水中的悬浮物质在此处沉淀。积水层的雨水一部分通过蒸发散失，一部分下渗进入种植土壤层。积水层中水平运动的污染物颗粒与植被或土壤表面接触时被捕获，向下运动的污染物颗粒一部分沉降到含氧量高的土壤表面，通过好氧微生物对磷吸收固定，另一部分在下渗过程中被土壤吸附。吸附固定在土壤中的氮磷最后均可被植被层的植物吸收。径流雨水中的氮主要以氨氮和有机氮的形式存在。种植土壤层中土壤颗粒带有负电荷，带正电荷的NH4+很容易被吸附，使氨氮的去除效果较好。径流雨水经种植土壤层预处理后继续下渗到填料层，经第一填料层，特别是第二填料层通过吸附作用去除大部分氮磷污染物。有机氮经过氨化作用转化成氨氮，氨氮经过好氧硝化作用转化成硝酸盐氮后被填料吸附去除。径流雨水经填料层去除了大部分的氮磷污染物后下渗到砂层，继而进入砾石层并汇入引水管，排放到附近河流中或其它排放系统。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明所述生物滞留系统中的填料层为双层结构，且第二填料层为铝硅酸盐与砂壤土的混合料或含碳纳米材料与砂壤土的混料合，因而增强了填料层对氮磷污染物的吸附作用。
2、本发明所述生物滞留系统通过各个生物滞留层的协同配合，可有效吸附净化径流雨水中的氮磷污染物，因而能大幅度减少养殖场地表径流中的氮磷污染物，解决集约化养殖场由于粪便堆放而造成的地表径流中氮磷污染物含量超标问题，改善养殖场表径流水质，实现达标排放。
3、本发明所述生物滞留系统结构简单，建造容易，成本低廉，适用于大规模应用。
附图说明
图1为本发明所述生物滞留系统的结构示意图。
图中，1—积水层，2—种植土壤层，3—填料层，3-1—第一填料层，3-2—第二填料层，4—砂层，5—砾石层，6—引水管，7—防渗土工布，8—植被层，9—透水土工布。
具体实施方式
下面通过具体实施方式对本发明所述用于集约化养殖场的生物滞留系统做进一步说明。
实施例1
本实施例所述用于集约化养殖场的生物滞留系统结构如图1所示，设置在集约化养殖场地表低洼处，通过在低洼处开挖土坑，在土坑中铺设防渗土工布7后再依次铺设各生物滞留层形成，所述生物滞留层由下至上依次为砾石层5、砂层4、第一填料层3-1、第二填料层3-2、透水土工布9、种植土壤层2、植被层8，所述砾石层埋设有用于将经生物滞留系统净化后的雨水排出的引水管6，所述引水管的管壁上设置有若干将净化后的雨水汇入引水管中的孔。
本实施例所述用于集约化养殖场的生物滞留系统中，各生物滞留层如下：
砾石层：砾石层起排水作用，选用粒径为5～10mm的砾石，厚度为250mm。砾石层下部埋设的引水管管径为100mm，管壁开设的孔的孔径为5mm。
砂层：选用粒径为0.6～1mm的砂石采用反滤层布置，顺着水流的方向颗粒逐渐增大，达到水流畅通而填料层填料不流失的目的，砂层厚度为100mm。
填料层：第一填料层为天然砂壤土，厚度550mm；第二填料层为天然砂壤土与粉煤灰纳米沸石的混合料，混合料中粉煤灰纳米沸石的质量占混合料质量的15％，第二填料层厚度为150mm。粉煤灰纳米沸石是以粉煤灰为原料经碱热处理得到，由市场购得。粉煤灰纳米沸石中大量沸石颗粒附着在粉煤灰母体表面，表面粗糙多孔，具有良好的离子交换和吸附能力，其孔径0.3～1μm，小分子和离子能够进入沸石的孔穴和孔道被吸附。
种植土壤层：考虑植物种植和渗透性，选用pH为中性、含有机质和金属离子较多的本地土壤，种植土壤层厚度为300mm。
植被层：选用灯芯草，其具有很强的吸附作用，耐水淹，对氮磷有很好的吸收作用。
积水层：综合考虑防止蚊蝇滋生，为下场降雨预留空积水时间，植物耐淹性能和土壤渗透性能等问题，设计积水深度h＝250mm。
对比例1
本对比例所述用于集约化养殖场的生物滞留系统是将实施例1的填料层全部替换为700mm的天然砂壤土，其余各层材料及结构与实施例1相同。
取集约化养殖场的径流雨水，对其中的TP(总磷)、TN(总氮)、NH4+-N(氨氮)含量进行测定后，再将径流雨水通过实施例1和对比例1所述生物滞留系统净化，然后对净化后的雨水中的TP、TN、NH4+-N含量再次进行测定。
测定结果：实施例1所述生物滞留系统对径流雨水中的TP的去除率为93％、TN的去除率为80％、NH4+-N的去除率为75％。对比例1中的生物滞留系统对径流雨水中TP的去除率为75％，TN的去除率为50％，NH4+-N的去除率为55％。
实施例2
本实施例所述用于集约化养殖场的生物滞留系统结构与实施例1的不同之处在于：
植被层：选用美人蕉，其具有很好的观赏性，净水能力较强，耐水淹。
填料层：第一填料层为天然砂壤土，厚度600mm；第二填料层为天然砂壤土与纳米高岭土的混合料，混合料中纳米高岭土的质量占混合料总质量的45％，第二填料层厚度为350mm。
对比例2
本对比例所述用于集约化养殖场的生物滞留系统是将实施例2的填料层全部替换为950mm的天然砂壤土，其余各层材料及结构与实施例2相同。
取集约化养殖场的径流雨水，对其中的TP(总磷)、TN(总氮)、NH4+-N(氨氮)含量进行测定后，再将径流雨水通过实施例2和对比例2所述生物滞留系统净化，对净化后的雨水中的TP、TN、NH4+-N含量再次进行测定。
测得实施例2所述生物滞留系统对径流雨水中的TP的去除率为88％、TN的去除率为84％、NH4+-N的去除率为70％。对比例2中的生物滞留系统对径流雨水中TP的去除率为78％，TN的去除率为48％，NH4+-N的去除率为65％。

Claims (6)

1.用于集约化养殖场的生物滞留系统，其特征在于该生物滞留系统设置在集约化养殖场地表低洼处，通过在低洼处开挖土坑，在土坑内表面铺设防渗土工布(7)后再依次铺设各生物滞留层形成，所述生物滞留层由下至上依次为砾石层(5)、砂层(4)、填料层(3)、透水土工布(9)、种植土壤层(2)、植被层(8)，所述砾石层埋设有用于将经生物滞留系统净化后的雨水排出的引水管(6)，所述引水管的管壁上设置有若干将净化后的雨水汇入引水管中的孔。
2.根据权利要求1所述用于集约化养殖场的生物滞留系统，其特征在于所述填料层由第一填料层(3-1)和第二填料层(3-2)构成，第二填料层(3-2)位于第一填料层(3-1)之下，所述第一填料层(3-1)为砂壤土，所述第二填料层(3-2)为铝硅酸盐与砂壤土的混合料，或含碳纳米材料与砂壤土的混合料，该混合料中铝硅酸盐或含碳纳米材料的质量为混合料质量的10％～50％。
3.根据权利要求2所述用于集约化养殖场的生物滞留系统，其特征在于第二填料层(3-2)中所述铝硅酸盐为纳米高岭土或粉煤灰纳米沸石，所述含碳纳米材料为纳米活性炭粉或纳米碳管。
4.根据权利要求2或3所述用于集约化养殖场的生物滞留系统，其特征在于所述填料层总厚度至少为700mm，所述第二填料层的厚度为100mm～350mm。
5.根据权利要求1～3中任一权利要求所述用于集约化养殖场的生物滞留系统，其特征在于所述砂层(4)中砂粒的布置方式为顺着水流的方向沙粒粒径逐渐增大。
6.根据权利要求4所述用于集约化养殖场的生物滞留系统，其特征在于所述砂层(4)中砂粒的布置方式为顺着水流的方向沙粒粒径逐渐增大。
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