CN106430598B - 一种黑臭水体修复治理生态护坡 - Google Patents
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Abstract
本发明属于水处理技术领域，具体涉及一种黑臭水体修复治理生态护坡，其包括黏土坡体，黏土坡体设置有种植土上坡面和近水侧坡面，近水侧坡面由多层的生态袋构成，在生态袋的底面设置有对生态袋承重的多层加筋格栅，各加筋格栅均埋置在黏土坡体内，生态袋内填充有第一多功能纳米复合材料，第一多功能纳米复合材料包括以下重量份的各组分：除COD材料20～30份，除重金属材料5～10份，除氨氮材料15～25份，除总氮材料10～15份，除总磷材料10～20份。本发明提供的生态护坡主要针对流入水体的生活污水与初期雨水等面源污染物，河流的堤岸部分是水陆交错的过渡地带，具有显著的边缘效应。
Description
技术领域
本发明属于水处理技术领域，具体涉及一种黑臭水体修复治理生态护坡。
背景技术
近年来，随着我国城市化与工业化进程的飞速发展，由于水污染控制与治理措施的滞后，或者能力有限或者水平较低，一些城市水体尤其是中小城市水体，直接成为工业、农业及生活污水的主要排放通道与场所，导致城市水体大面积污染，引起水体富营养化，最终形成水体黑臭，对城市生态人文景观造成严重不利影响，越来越引起人们的关注。
目前采用的黑臭水体治理修复技术主要有截污、底泥清淤、曝气充氧、化学加药、调水稀释、改变流态、水生动植物生态修复等手段，能够取得一定的处理效果，但是存在立足点零散而导致的处理效果不佳、工程量大、能耗高、费用贵、可能造成二次污染等缺陷，亟待开发一种新技术以提高修复治理效果。总体上目前虽有各种用途的生态护坡专利公开，但未见黑臭水体修复治理效果好的生态护坡。
发明内容
为解决现有技术的不足，改善传统方法在黑臭水体修复治理中对COD、氨氮、磷、重金属去除效率不高；对水体溶解氧、氧化还原电位、透明度和气味指标改善程度不大；工程量大、能耗高、费用贵、可能造成二次污染等现状，从点源、面源方面整体着手，形成立体效应，为消除水体富营养化导致的黑臭现象，本发明提供了一种黑臭水体修复治理生态护坡。
一种黑臭水体修复治理生态护坡，包括黏土坡体，所述黏土坡体设置有种植土上坡面和近水侧坡面，所述近水侧坡面由多层的生态袋构成，在所述生态袋的底面设置有对所述生态袋承重的多层加筋格栅，各所述加筋格栅均埋置在所述黏土坡体内，所述生态袋内填充有第一多功能纳米复合材料，所述第一多功能纳米复合材料包括以下重量份的各组分：除COD材料20～30份，除重金属材料5～10份，除氨氮材料15～25份，除总氮材料10～15份，除总磷材料10～20份。
进一步的，所述种植土上坡面填充有第二多功能纳米复合材料，所述第二多功能纳米复合材料包括以下重量份的各组分：除COD材料45～55份，除重金属材料5～15份，除总氮材料15～25份。
优选的，所述第一多功能纳米复合材料中的各材料均为颗粒，各颗粒的粒径为5～10mm；所述第二多功能纳米复合材料中的各材料均为颗粒，各颗粒的粒径为3～10mm。
优选的，除总氮材料由以下方法制备得到：
所述1)将原材料投入混炼机中，先干混10～20分钟、再加入所述原材料40～60wt％的水一起混炼10～30分钟，得到泥块，其中，所述原材料包括以下重量百分含量的各组分：云长黏土10～20％，萍乡黄土30～45％，石英5～15％，高岭土10～15％，木炭粉10～30％，甲基纤维素2～5％；
2)将步骤1)得到的泥块挤出成型得到粒径为3～12毫米的颗粒；
3)将步骤2)得到的颗粒在干燥窑中烘干至含水率小于等于3％，得到干燥颗粒；
4)将步骤3)得到的干燥颗粒经过1.5～2.5小时升温至烧成温度1050～1200℃烧制0.5～1.5小时，风冷得到待活化颗粒；
5)将步骤4)得到的待活化颗粒用2～4wt％的硝酸在100～130度条件下浸泡4～6小时进行活化，活化后进行干燥，得到所述除总氮材料。
优选的，所述原材料中：
云长黏土的粒径为200到325目；萍乡黄土的粒径为200到325目；石英的粒径为200到325目；高岭土的粒径为200到325目；木炭粉的粒径为3000到3500目；甲基纤维素的粒径为200到325目。
优选的：
除COD材料选自由格丰环保科技有限公司生产所提供的SAMMNS-CT03纳米陶瓷材料、SAMMNS-CT06纳米陶瓷材料或SAMMNS-CT016纳米陶瓷材料中的任意一种；
除重金属材料选自由格丰环保科技有限公司生产所提供的SAMMNS-MW200、SAMMNS-MWX01-R3或SAMMNS-MWHg01-P200中的任意一种；
除氨氮材料为格丰环保科技有限公司生产所提供的SAMMNS-NH1陶瓷纳米材料；
所述除总磷材料选自中国专利201410726467.4所提供的去除废水中总磷的多孔材料。
进一步的，各所述加筋格栅沿着所述近水侧坡面设置在不同的水平高度。
进一步的，相邻的两层生态袋由紧锁结构连接固定。
进一步的，最底层的生态袋的下方设置有素砼垫层。
进一步的，所述种植土上坡面的厚度为25～35cm。
本发明所述提供的生态护坡主要针对流入水体的生活污水与初期雨水等点源、面源污染物，河流的堤岸部分是水陆交错的过渡地带，具有显著的边缘效应。这里有活跃的物质、养分和能量的流动，为多种生物提供了栖息地。将河流堤岸改造为生态堤岸，使其具备良好的过滤地表径流、改善水质、恢复生态系统的综合功能，对于增强河道自净能力具有重要作用。本发明中，将多种功能的纳米材料经过合理复配，放置于生态袋中，并于普通土壤有机结合，一方面在源头高效吸附来水中COD、氨氮、重金属、磷、SS、油脂等污染因子，大大降低进入水体的污染物；另一方面能够够为植物与微生物提供富含微量元素的优质载体，活化植物微生物截污去污功能；此外，通过生态护坡的结构，能够起到跌水复氧作用，提高进入水体的溶解氧含量
总体上，本发明具有如下优点：
1、合理粒径级配形成的纳米材料体系具有极大的比表面积，含有丰富的微量元素，能够供高浓度高活性的微生物利用依附；
2、不同于传统基材，具有很高的机械强度，很好的耐酸碱腐蚀性，适应各种污染水质，使用寿命长；
3、特殊结构，拥有丰富的孔隙率能够大量吸附有机物等污染因子，并通过微生物的分解再生活化；
4、丰富的孔隙结构形成了厌氧、缺氧与好氧环境，方便不同种类的微生物协同发挥作用，对污染因子进行去除；
5、不同于传统材料，复配COD、重金属、氨氮、总氮、总磷、油脂等吸附降解材料能够大大增强整套系统对污染因子去除能力，能够针对各种水质高效发挥作用；
6、精度除磷、除氮纳米基材能够对氮、磷特别是溶解态的磷进行高精度吸附，保障消除点源富营养化风险，消灭黑臭水体富营养化污染因素；
7、从点源、面源立体着手；原位修复与异位治理灵活使用，全方位解决水体黑臭问题；
8、无需换水加药，大大减少工程量与费用花销；
9、在治理水体黑臭的同时生态护坡可以形成优美的景观，创造人文景观效益。
本发明所提供的黑臭水体修复治理生态护坡，将纳米材料的物理化学作用、微生物、动植物的生态作用、土壤与基材的物理作用有机结合，用于黑臭水体修复治理，COD去除率≥88％，SS去除率≥75％，重金属去除率≥90％，磷和氮的去除率在90％以上，经过处理后的水中污染因子得到大幅削减去除，能够有效配合其他黑臭水体治理手段，发挥高效协同作用
附图说明
图1是本发明所提供的黑臭水体修复治理生态护坡的结构图。
附图1中，各标号所代表的结构列表如下：
1、加筋格栅，2、黏土坡体，3、生态袋，4、紧锁结构，5、素砼垫层，6、植物，7、种植土上坡面。
具体实施方式
以下对本发明的原理和特征进行描述，所举实施例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
在一个具体实施方式中，如图1所示，一种黑臭水体修复治理生态护坡，包括黏土坡体2，黏土坡体2设置有种植土上坡面7和近水侧坡面。
近水侧坡面由多层的生态袋3构成，相邻的两层生态袋3由紧锁结构4连接固定，最底层的生态袋3的下方设置有素砼垫层5。在生态袋3的底面设置有对生态袋3承重的多层加筋格栅1，各加筋格栅1均埋置在黏土坡体2内，并且，各加筋格栅1沿着近水侧坡面设置在不同的水平高度。
生态袋3内填充满第一多功能纳米复合材料。种植土上坡面内7填充第二多功能纳米复合材料。种植土上坡面7上种植植物6。
实施例1
1)将原材料投入混炼机中，先干混15分钟、再加入所述原材料50wt％的水一起混炼20分钟，得到泥块，其中，所述原材料包括以下重量百分含量的各组分：云长黏土15％，萍乡黄土39％，石英10％，高岭土12％，木炭粉20％，甲基纤维素4％，其中，云长黏土的粒径为260目左右；萍乡黄土的粒径为260目左右；石英的粒径为250目左右；高岭土的粒径为250目左右；木炭粉的粒径为3200目左右；甲基纤维素的粒径为250目左右；
2)将步骤1)得到的泥块挤出成型得到粒径为8毫米的颗粒；
3)将步骤2)得到的颗粒在干燥窑中烘干至含水率小于等于3％，得到干燥颗粒；
4)将步骤3)得到的干燥颗粒经过2小时升温至烧成温度1100℃烧制1小时，风冷得到待活化颗粒；
5)将步骤4)得到的待活化颗粒用3wt％的硝酸在115度条件下浸泡5小时进行活化，活化后进行干燥，得到所述除总氮材料1。
实施例2
1)将原材料投入混炼机中，先干混10分钟、再加入所述原材料60wt％的水一起混炼30分钟，得到泥块，其中，所述原材料包括以下重量百分含量的各组分：云长黏土18％，萍乡黄土30％，石英15％，高岭土10％，木炭粉25％，甲基纤维素2％，其中，云长黏土的粒径为325目；萍乡黄土的粒径为200；石英的粒径为325目；高岭土的粒径为200；木炭粉的粒径为3500目；甲基纤维素的粒径为200；
2)将步骤1)得到的泥块挤出成型得到粒径为12毫米的颗粒；
3)将步骤2)得到的颗粒在干燥窑中烘干至含水率小于等于3％，得到干燥颗粒；
4)将步骤3)得到的干燥颗粒经过1.5小时升温至烧成温度1200℃烧制0.5小时，风冷得到待活化颗粒；
5)将步骤4)得到的待活化颗粒用4wt％的硝酸在100度条件下浸泡6小时进行活化，活化后进行干燥，得到所述除总氮材料2。
实施例3
1)将原材料投入混炼机中，先干混20分钟、再加入所述原材料40wt％的水一起混炼10分钟，得到泥块，其中，所述原材料包括以下重量百分含量的各组分：云长黏土10％，萍乡黄土45％，石英10％，高岭土15％，木炭粉15％，甲基纤维素5％，其中，云长黏土的粒径为200；萍乡黄土的粒径为325目；石英的粒径为200目；高岭土的粒径为325目；木炭粉的粒径为3000目；甲基纤维素的粒径为325目；
2)将步骤1)得到的泥块挤出成型得到粒径为3毫米的颗粒；
3)将步骤2)得到的颗粒在干燥窑中烘干至含水率小于等于3％，得到干燥颗粒；
4)将步骤3)得到的干燥颗粒经过2.5小时升温至烧成温度1050℃烧制1.5小时，风冷得到待活化颗粒；
5)将步骤4)得到的待活化颗粒用2wt％的硝酸在130度条件下浸泡4小时进行活化，活化后进行干燥，得到所述除总氮材料3。
效果例1
使用本发明所提供的黑臭水体修复治理生态护坡，材料设置如下：
第一多功能纳米复合材料包括以下重量份的各组分：除COD材料颗粒30份，除重金属材料颗粒5份，除氨氮材料颗粒25份，除总氮材料颗粒10份，除总磷材料颗粒20份；
第二多功能纳米复合材料包括以下重量份的各组分：除COD材料颗粒45份，除重金属材料颗粒15份，除总氮材料颗粒15份，第二多功能纳米复合材料的填充率为40％；
种植土上坡面的厚度为25cm；
除COD材料选自SAMMNS-CT03纳米陶瓷材料；
除重金属材料选自SAMMNS-MW200；
除氨氮材料为SAMMNS-NH1陶瓷纳米材料；
除总氮材料为实施例1所提供的除总氮材料；
除总磷材料选自中国专利201410726467.4所提供的去除废水中总磷的多孔材料。
实验设置：
0.5吨/小时生态护坡小试装置(地表漫流形式)。
实验数据：
原始水质：COD≤350ppm、Pb2+≤0.5ppm、NH3+≤25ppm、TN≤35ppm、TP≤5.5ppm、SS≤120ppm；
出水COD≤42ppm、Pb2+≤0.05ppm、NH3+≤2.5ppm、TN≤3.5ppm、TP≤0.55ppm、SS≤30ppm。
实验结果：
本实验通过合理选取黏土与沙土等材料混合，搭配第一多功能纳米复合材料，使得水流以地表漫流的形式经过生态护坡。原水选取50％的生活污水与50％的雨水复配。从实验数据来看，能够针对原水中的污染因子进行大幅度的削减，为其他黑臭水体治理工艺稳定高效发挥作用奠定了基础。
效果例2
使用本发明所提供的黑臭水体修复治理生态护坡，材料设置如下：
第一多功能纳米复合材料包括以下重量份的各组分：除COD材料颗粒20份，除重金属材料颗粒10份，除氨氮材料颗粒15份，除总氮材料颗粒15份，除总磷材料颗粒10份；
第二多功能纳米复合材料包括以下重量份的各组分：除COD材料颗粒55份，除重金属材料颗粒5份，除总氮材料颗粒25份，第二多功能纳米复合材料的填充率为30％；
种植土上坡面的厚度为35cm；
除COD材料选自SAMMNS-CT06纳米陶瓷材料；
除重金属材料选自SAMMNS-MWX01-R3；
除氨氮材料为SAMMNS-NH1陶瓷纳米材料；
除总氮材料为实施例2所提供的除总氮材料；
除总磷材料选自中国专利201410726467.4所提供的去除废水中总磷的多孔材料。
实验设置：
1吨/小时生态护坡小试装置(慢速渗滤)。
实验数据：
原始水质：COD≤250ppm、Cr3+≤0.3ppm、NH3+≤15ppm、TN≤25ppm、TP≤3.6ppm、SS≤200ppm；
出水COD≤30ppm、Cr3+≤0.03ppm、NH3+≤1.5ppm、TN≤2.5ppm、TP≤0.36ppm、SS≤50ppm。
实验结果：
本实验通过合理选取黏土与沙土等材料混合，搭配第一多功能纳米复合材料，使得水流以慢速渗滤的形式经过生态护坡。原水选取40％的生活污水与60％的雨水复配。从实验数据来看，能够针对原水中的污染因子进行大幅度的削减，为其他黑臭水体治理工艺稳定高效发挥作用奠定了基础。
效果例3
使用本发明所提供的黑臭水体修复治理生态护坡，材料设置如下：
第一多功能纳米复合材料包括以下重量份的各组分：除COD材料颗粒25份，除重金属材料颗粒8份，除氨氮材料颗粒20份，除总氮材料颗粒12份，除总磷材料颗粒15份；
第二多功能纳米复合材料包括以下重量份的各组分：除COD材料颗粒50份，除重金属材料颗粒10份，除总氮材料颗粒20份，第二多功能纳米复合材料的填充率为35％；
种植土上坡面的厚度为30cm；
除COD材料选自SAMMNS-CT016纳米陶瓷材料；
除重金属材料选自SAMMNS-MWHg01-P200；
除氨氮材料为SAMMNS-NH1陶瓷纳米材料；
除总氮材料为实施例3所提供的除总氮材料；
除总磷材料选自中国专利201410726467.4所提供的去除废水中总磷的多孔材料。
实验设置：
2吨/小时生态护坡小试装置(快速渗滤)。
实验数据：
原始水质：COD≤500ppm、Hg2+≤0.4ppm、NH3+≤25ppm、TN≤40ppm、TP≤5ppm、SS≤230ppm；
出水COD≤60ppm、Hg2+≤0.04ppm、NH3+≤2.5ppm、TN≤4ppm、TP≤0.36ppm、SS≤57.5ppm。
实验结果：
本实验通过合理选取黏土与沙土等材料混合，搭配第一多功能纳米复合材料，使得水流以快速渗滤的形式经过生态护坡。原水选取100％的生活污水。从实验数据来看，能够针对原水中的污染因子进行大幅度的削减，为其他黑臭水体治理工艺稳定高效发挥作用奠定了基础。
应用例
项目：安徽省芜湖市三山区XX河道黑臭水体治理项目。
项目数据：原始水质(均值)：COD≤300ppm、Cr3+≤0.2ppm、NH3+≤25ppm、TN≤35ppm、TP≤3ppm、SS≤130ppm；处理水质(均值)：COD≤36ppm、Cr2+≤0.02ppm、NH3+≤2.5ppm、TN≤3.5ppm、TP≤0.3ppm、SS≤32.5ppm。
项目分析：该河道的一大污染源就是河道两边的生活污水直接进入形成的点源污染与初期雨水带来的面源污染。根据当地水文资料与针对排污口污染源的调查，估算平均每日进入河道的污水约为1000吨。采用生态护坡技术对点源、面源污染进行前期处理十分重要，关系到后续其他治理手段能否稳定高效的运行。通过半年的运行监测与水质分析，该生态护坡针对目标污染因子起到了很好的减量作用，为其他治理手段奠定了良好的基础。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种黑臭水体修复治理生态护坡，其特征在于，包括黏土坡体（2），所述黏土坡体（2）设置有种植土上坡面（7）和近水侧坡面，所述近水侧坡面由多层的生态袋（3）构成，在所述生态袋（3）的底面设置有对所述生态袋（3）承重的多层加筋格栅（1），各所述加筋格栅（1）均埋置在所述黏土坡体（2）内，所述生态袋（3）内填充有第一多功能纳米复合材料，所述第一多功能纳米复合材料包括以下重量份的各组分：除COD 材料20～30份，除重金属材料5～10份，除氨氮材料15～25份，除总氮材料10～15份，除总磷材料10～20份，所述种植土上坡面（7）填充有第二多功能纳米复合材料，所述第二多功能纳米复合材料包括以下重量份的各组分：除COD 材料45～55份，除重金属材料5～15份，除总氮材料15～25份，其中：除总氮材料的制备方法包括以下步骤：
1）将原材料投入混炼机中，先干混10～20分钟、再加入所述原材料40～60wt%的水一起混炼10～30分钟，得到泥块，其中，所述原材料包括以下重量百分含量的各组分：云长黏土10～20%，萍乡黄土30～45%，石英5～15%，高岭土10～15%，木炭粉10～30%，甲基纤维素2～5%；
2）将步骤1）得到的泥块挤出成型得到粒径为3～12毫米的颗粒；
3）将步骤2）得到的颗粒在干燥窑中烘干至含水率小于等于3%，得到干燥颗粒；
4）将步骤3）得到的干燥颗粒经过1.5～2.5小时升温至烧成温度1050～1200℃烧制0.5～1.5小时，风冷得到待活化颗粒；
5）将步骤4）得到的待活化颗粒用2～4wt%的硝酸在100～130度条件下浸泡4～6小时进行活化，活化后进行干燥，得到所述除总氮材料；所述原材料中：
云长黏土的粒径为200到325目；萍乡黄土的粒径为200到325目；石英的粒径为200到325目；高岭土的粒径为200到325目；木炭粉的粒径为3000到3500目；甲基纤维素的粒径为200到325目；
所述除COD 材料选自由格丰环保科技有限公司生产所提供的SAMMNS-CT03纳米陶瓷材料、由格丰环保科技有限公司生产所提供的SAMMNS-CT06纳米陶瓷材料或由格丰环保科技有限公司生产所提供的SAMMNS-CT016纳米陶瓷材料中的任意一种；
所述除重金属材料选自由格丰环保科技有限公司生产所提供的SAMMNS-MW200、由格丰环保科技有限公司生产所提供的SAMMNS-MWX01-R3或由格丰环保科技有限公司生产所提供的SAMMNS-MWHg01-P200中的任意一种；
所述除氨氮材料为格丰环保科技有限公司生产所提供的SAMMNS-NH1陶瓷纳米材料；
所述除总磷材料为中国专利201410726467.4所提供的去除废水中总磷的多孔材料。
2.根据权利要求1所述的黑臭水体修复治理生态护坡，其特征在于：各所述加筋格栅（1）沿着所述近水侧坡面设置在不同的水平高度。
3.根据权利要求1所述的黑臭水体修复治理生态护坡，其特征在于：相邻的两层生态袋（3）由紧锁结构（4）连接固定。
4.根据权利要求1所述的黑臭水体修复治理生态护坡，其特征在于：最底层的生态袋（3）的下方设置有素砼垫层（5）。
5.根据权利要求1所述的黑臭水体修复治理生态护坡，其特征在于：所述种植土上坡面（7）的厚度为25～35cm。
6.根据权利要求1所述的黑臭水体修复治理生态护坡，其特征在于：所述第一多功能纳米复合材料中的各材料均为颗粒；所述第二多功能纳米复合材料中的各材料均为颗粒。
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