CN107720977B - 一种基于复合生物炭的生态土壤系统氮磷面源污染削减方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于复合生物炭的生态土壤系统氮磷面源污染削减方法，用泵将待处理污水送入生态土壤系统，生态土壤系统设有分区一，分区二以及分区三，每个分区底部设有砾石层，砾石层上部设有土壤层，土壤层种植有挺水植株，分区一、分区二以及分区三通过砾石层下部的管线连通，分区二与分区三通过土壤层上部的管线连通。有益效果为：操作方便，使用灵活，生态土壤系统对氮磷的吸收性能好，去除性能佳，经过该方法处理后，污水中氮磷污染物的含量大大降低，避免了饮用水水源污染和水体富营养化。
Description
技术领域
本发明涉及土壤氮磷面源污染削减技术领域，尤其是涉及一种基于复合生物炭的生态土壤系统氮磷面源污染削减方法。
背景技术
近年来，随着点源污染得到较为有效的控制之后，面源污染如农业径流、初期雨水径流等对水环境的污染贡献率逐年提高，已成为我国饮用水水源污染、湖库富营养化、水环境质量日趋严重的主要因素。农业径流等面源污染中有机物、氮、磷等多种营养物最为凸显。为此，多种面源污染物协同去除技术需求紧迫。
现有技术如授权公告号为CN 104671593 B的中国发明专利，公开了农田面源污染生态土壤净化床，该发明床层主要含有表层沙土复合种植层、农药高效净化曾以及氮磷高效吸附层，该发明对水体有一定的净化效果，但该氮磷吸附层由沸石、陶粒以及石灰石构成，对氮磷的吸附效果有待提高，且高净化床操作单一，灵活性不够。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于复合生物炭的生态土壤系统氮磷面源污染削减方法，该方法操作灵活，对水体中的氮磷污染物具有较好的吸收性能。
本发明针对背景技术中提到的问题，采取的技术方案为：一种基于复合生物炭的生态土壤系统氮磷面源污染削减方法，包括以下步骤：
步骤1，生态土壤系统的构建：生态土壤系统设有分区一，分区二以及分区三，每个分区底部设有砾石层，砾石层上部设有土壤层，土壤层种植有挺水植株，各个分区中砾石层高度相同，分区一土壤层高度、分区二土壤层高度、分区三土壤层高度以及砾石层高度比为5-5.3/4-4.2/3-3.3/4，分区一的底部设有出水口，出水口上设有阀门，分区二的底部设有出水口，出水口上设有阀门，分区三的底部设有出水口，出水口上设有阀门，出水口与出水口通过管线连接，管线上设有阀门，出水口与出水口通过管线连接，管线上设有阀门，分区二与分区三通过土壤层上部的管线连通，管线上设有阀门，分区二上部设有出水口，出水口上设有阀门，分区三上部设有出水口，出水口上设有阀门，分区一的上部设有进水口，进水口上设有阀门，分区二的上部设有进水口，进水口上设有阀门，分区三的上部设有进水口，进水口上设有阀门。系统结构节凑，采用分区设置，通过调节各个管线上的阀门，可以使分区一，分区二以及分区三通过并联的方式操作，增大污水的处理量；也可以使分区一，分区二以及分区三通过串联的方式操作，提高污水处理的效果；也可以使用单个分区或者任意两个分区，方便了系统的维护和保养；
步骤2，氮磷面源污染削减：用泵将待处理污水送入生态土壤系统；生态土壤系统对氮磷的吸收性能好，去除性能佳，经过该方法处理后，污水中氮磷污染物的含量大大降低，避免了饮用水水源污染和水体富营养化。
作为优选，生态土壤系统的土壤层添加有复合生物炭，添加的复合生物炭的质量与各个分区体积的比为30-60g/L。添加复合生物炭，能够增加土壤比表面积，改善系统的水肥气热特性，强化植物系统对氮磷污染物的吸收性能。
作为优选，复合生物炭的制备方法为：将污泥、餐余垃圾以及农业纤维材料混合，在缺氧环境下510-560℃热解3.5-4.5h，接着在590-620℃热解1.5-2h，污泥、餐余垃圾以及农业纤维材料的质量比为4.7-5.2/2.6-3.4/2，污泥为城市污水厂二沉池剩余污泥，餐余垃圾为日常生活剩菜剩饭，农业纤维材料包括麦秆、稻杆、稻壳等农业废弃生物质材料。该条件下制备的复合生物炭引起了土壤pH、养分的变化，改善了系统植物的根系微环境，提高了土壤中好氧自生固氮和反硝化细菌的数量，增强了系统对氮磷污染物的去除性能；采用两段加热裂解制备复合生物炭，相比于低温热解，降低了复合生物炭的制备时间；相比于高温热解，所制备的复合生物炭的品质更好，对氮磷的吸附性能更佳。
与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明将生物炭添加到生态土壤系统中，增加了土壤比表面积，幷改善了系统植物的根系微环境，提高了系统对氮磷污染物的吸收性能和去除性能；生态土壤系统采取分区设置，结构节凑，操作方便，具有很高的使用灵活性，可以并联或串联操作，也可以单个操作，方便了系统的维护和保养；经过该方法处理后，污水中氮磷污染物的含量大大降低，避免了饮用水水源污染和水体富营养化。
附图说明
图1为本发明生态土壤系统结构图；
附图标记说明：1分区一，2分区二，3分区三，4土壤层，5砾石层，6出水口，61阀门，62阀门，63阀门，64阀门，65阀门，7出水口，71阀门，72阀门，73阀门，8进水口，81阀门，82阀门，83阀门，9挺水植株，10污水池，11出水口，12出水口，13进水口，14进水口。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明做进一步说明：
实施例1：
如图1所示，一种基于复合生物炭的生态土壤系统氮磷面源污染削减方法，包括以下步骤：
1)复合生物炭的制备：将4.7kg污泥、2.6kg餐余垃圾以及2kg农业纤维材料混合，在缺氧环境下510℃热解3.5h，再加入10g甲氧基乙酰氯和12g己二酰氯，接着在590℃热解1.5h，污泥为城市污水厂二沉池剩余污泥，餐余垃圾为日常生活剩菜剩饭，农业纤维材料包括麦秆、稻杆、稻壳等农业废弃生物质材料。将生物炭添加到生态土壤系统中，增加了土壤比表面积，幷改善了系统植物的根系微环境，提高了系统对氮磷污染物的吸收性能和去除性能；甲氧基乙酰氯、己二酰氯与麦秆具有协同作用，提高了所制备的生物炭的介孔比例，并增加了生物炭表面的粗糙度，使材料对氮磷的吸附性能大大增强；
2)生态土壤系统的构建：生态土壤系统设有分区一1，分区二2以及分区三3，每个分区底部设有砾石层5，砾石层5上部设有土壤层4，土壤层4种植有挺水植株9，各个分区中砾石层5高度相同，分区一1土壤层高度、分区二2土壤层高度、分区三3土壤层高度以及砾石层5高度比为5/4/3/4；分区一1的底部设有出水口6，出水口6上设有阀门61，分区二2的底部设有出水口11，出水口11上设有阀门63，分区三3的底部设有出水口12，出水口12上设有阀门65，出水口6与出水口11通过管线连接，管线上设有阀门62，出水口12与出水口11通过管线连接，管线上设有阀门64，分区二2与分区三3通过土壤层上部的管线7连通，管线7上设有阀门73，分区二2上部设有出水口16，出水口16上设有阀门71，分区三3上部设有出水口15，出水口15上设有阀门72，分区一1的上部设有进水口8，进水口8上设有阀门81，分区二2的上部设有进水口13，进水口13上设有阀门82，分区三3的上部设有进水口14，进水口14上设有阀门83。打开阀门81、阀门62、阀门73以及阀门65，关闭其它阀门，将三个分区串联运行，污水以折流形式依次通过各个各个分区，增加了污水与系统的接触时间，提高了氮磷的吸收效果，且分区一1到分区三3高度依次降低，避免了污水的逆流；打开阀门81、阀门82、阀门83、阀门61、阀门63以及阀门65，关闭其它阀门，将三个分区并联操作，大大提高了污水的处理效率；打开阀门82、阀门64以及阀门72，关闭其它阀门，将分区二2与分区三3串联运行，可以对分区一1进行维护；打开阀门81、阀门62以及阀门71，关闭其它阀门，将分区一1与分区二2串联运行，可以对分区三3进行维护；
3)氮磷面源污染削减方法：打开阀门81、阀门62、阀门73以及阀门65，关闭其它阀门，将三个分区串联运行，用泵将待处理污水送入生态土壤系统，污水在生态土壤系统中的停留时间为6d。经过该方法处理后，污水中氮磷污染物的含量大大降低，避免了饮用水水源污染和水体富营养化。
实施例2：
如图1所示，一种基于复合生物炭的生态土壤系统氮磷面源污染削减方法，包括以下步骤：首先是复合生物炭的制备：将污泥、餐余垃圾以及农业纤维材料混合，在缺氧环境下560℃热解4.5h，接着在620℃热解2h，污泥、餐余垃圾以及农业纤维材料的质量比为5.2/3.4/2；接着是生态土壤系统的构建：生态土壤系统设有分区一1，分区二2以及分区三3，每个分区底部设有砾石层5，砾石层5上部设有土壤层4，土壤层4种植有挺水植株9，分区一1的底部设有出水口6，出水口6上设有阀门61，分区二2的底部设有出水口11，出水口11上设有阀门63，分区三3的底部设有出水口12，出水口12上设有阀门65，出水口6与出水口11通过管线连接，管线上设有阀门62，出水口12与出水口11通过管线连接，管线上设有阀门64，分区二2与分区三3通过土壤层上部的管线7连通，管线7上设有阀门73，分区二2上部设有出水口16，出水口16上设有阀门71，分区三3上部设有出水口15，出水口15上设有阀门72，分区一1的上部设有进水口8，进水口8上设有阀门81，分区二2的上部设有进水口13，进水口13上设有阀门82，分区三3的上部设有进水口14，进水口14上设有阀门83；各个分区中砾石层5高度相同，分区一1土壤层高度、分区二2土壤层高度、分区三3土壤层高度以及砾石层5高度比为5.3/4.2/3.3/4；最后是氮磷面源污染削减方法：用泵将待处理污水通过进水口送入生态土壤系统，污水在生态土壤系统中的停留时间为2d。
以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型。因此，所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。
Claims (1)
1.一种基于复合生物炭的生态土壤系统氮磷面源污染削减方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：
1)生态土壤系统的构建：生态土壤系统设有分区一(1)，分区二(2)以及分区三(3)，每个分区底部设有砾石层(5)，砾石层(5)上部设有土壤层(4)，土壤层(4)种植有挺水植株(9)，分区一(1)的底部设有出水口(6)，出水口(6)上设有阀门(61)，分区二(2)的底部设有出水口(11)，出水口(11)上设有阀门(63)，分区三(3)的底部设有出水口(12)，出水口(12)上设有阀门(65)，出水口(6)与出水口(11)通过管线连接，管线上设有阀门(62)，出水口(12)与出水口(11)通过管线连接，管线上设有阀门(64)，分区二(2)与分区三(3)通过土壤层上部的管线(7)连通，管线(7)上设有阀门(73)，分区二(2)上部设有出水口(16)，出水口(16)上设有阀门(71)，分区三(3)上部设有出水口(15)，出水口(15)上设有阀门(72)，分区一(1)的上部设有进水口(8)，进水口(8)上设有阀门(81)，分区二(2)的上部设有进水口(13)，进水口(13)上设有阀门(82)，分区三(3)的上部设有进水口(14)，进水口(14)上设有阀门(83)；
2)氮磷面源污染削减：用泵将待处理污水送入生态土壤系统；
所述的土壤层(4)添加有复合生物炭；
所述添加的复合生物炭的质量与各个分区体积的比为30-60g/L；
所述复合生物炭的制备方法为：将4.7kg污泥、2.6kg餐余垃圾以及2kg农业纤维材料混合，在缺氧环境下510℃热解3.5h，再加入10g甲氧基乙酰氯和12g己二酰氯，接着在590℃热解1.5h；
所述步骤1)中各个分区中砾石层(5)高度相同，分区一(1)土壤层高度、分区二(2)土壤层高度、分区三(3)土壤层高度以及砾石层(5)高度比为5-5.3/4-4.2/3-3.3/4。
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| CN107720977A (zh) | 2018-02-23 |
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