CN108569770B - 一种用于北方地表水体富营养化治理与资源化利用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于北方地表水体富营养化治理与资源化利用方法，该方法设置水处理一区(4)、水处理二区(5)、水处理三区(6)、水处理四区(7)和基质处理区(10)，基质处理区(10)位于水处理四区(7)的出水口(2)；基质处理区(10)设置砂石料和活性炭混合基质，实现尾端高效净化；各水处理区表面设置耕植土(12)，耕植土(12)之上种植植物(11)；从入水口(1)进入系统的水依次通过各水处理区和基质处理区(10)后，从出水口(2)排出。混合基质在冬季停止运行时，对基质进行筛分，去除的活性炭用于制备有机肥。该方法净化效果好，同时获得生物量价值。

Description

一种用于北方地表水体富营养化治理与资源化利用方法
技术领域
本发明涉及环境科学与工程中的环境生态能源技术领域，尤其涉及一种用于北方地表水体富营养化治理与资源化利用方法。
背景技术
近些年，由于农田化肥和农药的滥用以及畜禽粪便和秸秆的任意堆放，降雨时将这些污染物带入河流，使得河流富营养化严重，由于地表水体量大，传统的水处理方法成本高。当前开展的浮床技术取得一定的效果，但是北方地区整体气温低，植物生长周期短，因此，浮床技术的应用受到一定的限制。将水体富营养化治理与资源化利用相结合，能有效的降低运行成本，提高对水体氮磷物质的利用。
目前地表水体富营养化治理主要通过曝气技术、人工湿地技术、浮床技术、水体生物技术等对水体进行净化，同时依靠地表水体自身的净化能力，实现水体水质的改善。但是这些方法资源化利用率低，处理成本高。而采取植物吸收与基质深度净化相结合，能够有效的实现地表水体的高效净化，同时获得绿色食品。因此，开发一种适用于北方地区地表水体富营养化治理与资源化利用相结合的方法，降低地表水处理运行成本，同时能够有效的资源化利用，是当前地表水体处理研究的关键。该技术的研究对提高地表水处理技术的进步、实现低成本的处理地表水体以及有效的改善自然环境等都将具有重要意义。目前关于河流水体富营养化治理研究主要授权或公开的专利包括：一种水体增氧活化的生态修复装置及其应用(申请专利号：201610044405.4)、一种水稻田面源污染控制与氮磷回收利用系统和方法(申请专利号：201510890262.4)、一种适用于水体富营养化治理的表潜一体式复合人工湿地(申请专利号：201510376649.8)、一种湖湾重度富营养化治理系统(申请专利号：201510251973.7)、一种提高水域整体复氧能力的富营养化治理系统(申请专利号：201510126081.4)、一种通过种植水稻治理池塘富营养化的方法(申请专利号：201510028568.9)、一种水上水稻育秧专用漂浮装置(申请专利号：201420271213.3)、一种污泥-沸石净水型生态混凝土及其制备方法(申请专利号：201410212255.4)、一种用于水体富营养化治理的生态吸附浮床(申请专利号：201410211345.1)、一种水库深水水体富营养化治理的方法(申请专利号：201410062615.7)、一种硬底质富营养化湖泊的生态修复方法(申请专利号：201410013861.3)、一种生活小区排污口去富营养化的方法(申请专利号：201310393747.3)、利用乌塌菜进行水体生态修复的方法(申请专利号：201310206520.3)、利用红菾菜进行水体生态修复的方法(申请专利号：201310205655.8)、一种地表富营养化水系生态修复联产蔬菜和花卉的集成化技术方法(申请专利号：201310204294.5)、利用景天三七进行水体生态修复的方法(申请专利号：201310137299.0)、治理水体中过量氮磷及蓝藻的方法(申请专利号：201210174871.6)、利用中华萍蓬草治理富营养化水体的生态修复方法(申请专利号：201210147384.0)、通过植物的种植来净化城市中富营养化水的方法(申请专利号：201210052913.9)、拦截水网区设施菜地氮磷流失系统的构建方法(申请专利号：201110419343.8)一种基于水体富营养化治理的漂浮植物的综合利用方法(申请专利号：201110363084.1)、一种浅水湖泊等水体富营养化治理冷阱及治理方法(申请专利号：201110327503.6)、一种水葫芦资源化利用的方法(申请专利号：200910153686.7)、一种修复鱼塘水体富营养化的方法(申请专利号：201410292061.X)、浅水湖泊湖滨带生态修复方法(申请专利号：200810019140.8)和一种治理水体富营养化的浮稻方法(申请专利号：200510018725.4)等。以上这些专利都是关于地表水体富营养化治理方法，这些方法在治理水体富营养化方面具有一定的优点，对推动地表水体富营养化治理水平的提高都有一定的促进作用。但是因存在方法复杂、成本高、易产生二次污染和资源化利用率低等一种或多种缺陷，推广应用困难。因此，开发一种方法简单、建造成本低、同时获得生物量的地表水体富营养化治理方法，对推进水处理技术水平的提高具有重要的现实意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于北方地表水体富营养化治理与资源化利用方法，实现比方地表水体富营养化治理与资源化利用相结合，降低水处理成本；该方法处理效率高，净化效果好；该方法工艺简单，具有较高推广应用价值。
本发明采取的技术方案如下：
一种用于北方地表水体富营养化治理与资源化利用方法，其特征在于：该方法设置水处理一区、水处理二区、水处理三区、水处理四区和基质处理区，基质处理区位于水处理四区的出水口；每个水处理区设置水分配沟，水分配沟位于各水处理区的前端；水处理二区和水处理三区之间设置收水口，水处理一区和水处理二区之间及水处理三区和水处理四区之间设置过水道；各水处理区表面设置耕植土，耕植土之上种植植物；从入水口进入系统的水依次通过各水处理区和基质处理区后，从出水口排出。
所述的入水口每分钟过水量为水分配沟容量的10～15％，当水处理一区水最大深度达到220mm时，停止供水，维持20～24小时后，打开过水道，使水处理一区的水进入水处理二区，间隔24～26小时后，水处理一区继续进水。
所述的水处理二区进水维持20～24小时后，打开收水口，水进入水处理三区，维持20～24小时后，打开水处理三区和水处理四区之间的过水道，水进入水处理四区，维持20～24小时后，打开过滤入水口，水通过基质过滤后由出水口排出。
所述的水分配沟的宽度为300～500mm，深度为150～200mm；各水处理区的坡度为0.3～0.5‰，边长为150～200m；耕植土厚度为300～400mm，植物采用水稻、空心菜和水芹菜中的一种，相邻的植物种类不同。
所述的过水道断面面积为0.1～0.2m2，间距20～30m；收水口断面面积为0.3～0.5m2，过滤入水口断面面积为0.15～0.20m2；出水口断面面积为0.20～0.25m2，基质处理区的长为2.5～3.0m，宽为0.5～0.8m。
所述的基质采用粒径为3～5mm的活性炭、粒径为1～2mm的砂和粒径为6～10mm的砾石混合制备，基质质量混合比例为5～10％：35～50％：40～60％，基质厚度为400～500mm。
所述的基质处理区的基质在冬季时，对基质进行筛分，去除的活性炭用于制备有机肥。
有益效果：本发明能够有效的降低水体富营养化处理成本，提高水处理净化效果；本发明能够实现地表水体富营养化治理与资源化利用相结合，获得生物量和有机肥，取得较高的经济价值；本发明方法简单，成本低，使用周期长，可操作性强。
附图说明
图1是本发明的平面图。
图2是本发明的剖面图。
图1和图2中，1、入水口，2、出水口，3、水分配沟，4、水处理一区，5、水处理二区，6、水处理三区，7、水处理四区，8、过水道，9、收水口，10、基质处理区，11、植物，12、耕植土，13、过滤入水口，14、基质。
具体实施方式
本发明采用植物吸收水体中的氮磷，同时获得生物量；采用复合基质对地表水进行深度净化，处理后的基质进行筛分后，将吸收氮磷较多的活性炭用于制备有机肥，实现资源化利用；本发明运行成本低，由于没有农药和化肥，获得植物生物量为绿色无公害食品，净化效果好且效率高，推广应用价值高。
以下结合实例对本发明进一步说明，具体实施步骤如下：
实例1：北方某湖泊富营养化水体治理
如图1和图2所示，该方法设置水处理一区4、水处理二区5、水处理三区6、水处理四区7和基质处理区10，基质处理区10位于水处理四区7的出水口2；每个水处理区设置水分配沟3，水分配沟3位于各水处理区的前端；水处理二区5和水处理三区6之间设置收水口9，水处理一区4和水处理二区5之间及水处理三区6和水处理四区7之间设置过水道8；各水处理区表面设置耕植土12，耕植土12之上种植植物11；从入水口1进入系统的水依次通过各水处理区和基质处理区10后，从出水口2排出。
入水口1每分钟过水量为水分配沟3容量的10％，当水处理一区4水最大深度达到220mm时，停止供水，维持20小时后，打开过水道8，使水处理一区4的水进入水处理二区5，间隔24小时后，水处理一区4继续进水。
水处理二区5进水维持20小时后，打开收水口9，水进入水处理三区6，维持20小时后，打开水处理三区6和水处理四区7之间的过水道8，水进入水处理四区7，维持20小时后，打开过滤入水口13，水通过基质14过滤后由出水口2排出。
水分配沟的宽度为300mm，深度为150mm；各水处理区的坡度为0.3‰，边长为150m；耕植土12厚度为300mm，植物11采用水稻和水芹菜，各区交替种植。
过水道8断面面积为0.1m2，间距20m；收水口9断面面积为0.3m2，过滤入水口13断面面积为0.15m2；出水口2断面面积为0.20m2，基质处理区10的长为2.5m，宽为0.5m。
基质14采用粒径为3～5mm的活性炭、粒径为1～2mm的砂和粒径为6～10mm的砾石混合制备，质量混合比例为5％：35％：60％，基质厚度为400mm，冬季时对基质14进行筛分，去除的活性炭用于制备有机肥。
采用上述发明方法处理水质为劣Ⅴ类水体的湖泊，处理后水质达到《地表水环境质量标准》(GB3838－2002)的Ⅲ类水体标准，收割的生物量扣除抽水的费用，平均每亩获得的420元的经济价值，效果显著。
实例2：北方某河流富营养化水体治理
如图1和图2所示，构建该系统，入水口1每分钟过水量为水分配沟3容量的15％，当水处理一区4水最大深度达到220mm时，停止供水，维持24小时后，打开过水道8，使水处理一区4的水进入水处理二区(5)，间隔26小时后，水处理一区4继续进水。
水处理二区5进水维持24小时后，打开收水口9，水进入水处理三区6，维持24小时后，打开水处理三区6和水处理四区7之间的过水道8，水进入水处理四区7，维持24小时后，打开过滤入水口13，水通过基质14过滤后由出水口2排出。
水分配沟的宽度为500mm，深度为200mm；各水处理区的坡度为0.5‰，边长为200m；耕植土12厚度为400mm，植物11采用水稻和空心菜，各处理区交替种植。
过水道8断面面积为0.2m2，间距30m；收水口9断面面积为0.5m2，过滤入水口13断面面积为0.20m2；出水口2断面面积为0.25m2，基质处理区10的长为3.0m，宽为0.8m。
基质14采用粒径为3～5mm的活性炭、粒径为1～2mm的砂和粒径为6～10mm的砾石混合制备，质量混合比例为10％：50％：40％，基质厚度为500mm，冬季时对基质14进行筛分，去除的活性炭用于制备有机肥。
采用上述发明方法净化富营养化严重的河流Ⅴ类水体，净化后的水质达到《地表水环境质量标准》(GB3838－2002)的Ⅲ类水体标准，扣除抽水的费用，平均每亩获得的385元的经济价值。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；在不脱离本发明实质的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种用于北方地表水体富营养化治理与资源化利用方法，其特征在于，该方法设置水处理一区(4)、水处理二区(5)、水处理三区(6)、水处理四区(7)和基质处理区(10)，基质处理区(10)位于水处理四区(7)的出水口(2)；每个水处理区设置水分配沟(3)，水分配沟(3)位于各水处理区的前端；水处理二区(5)和水处理三区(6)之间设置收水口(9)，水处理一区(4)和水处理二区(5)之间及水处理三区(6)和水处理四区(7)之间设置过水道(8)；各水处理区表面设置耕植土(12)，耕植土(12)之上种植植物(11)；从入水口(1)进入系统的水依次通过各水处理区和基质处理区(10)后，从出水口(2)排出；
所述的北方地表水体水质为劣Ⅴ类水体的湖泊；
所述的入水口(1)每分钟过水量为水分配沟(3)容量的10～15％，当水处理一区(4)水最大深度达到220mm时，停止供水，维持20～24小时后打开过水道(8)，使水处理一区(4)的水进入水处理二区(5)，间隔24～26小时后，水处理一区(4)继续进水；
所述的水处理二区(5)进水维持20～24小时后，打开收水口(9)，水进入水处理区三区(6)，维持20～24小时后，打开水处理三区(6)和水处理四区(7)之间的过水道(8)，水进入水处理四区(7)，维持20～24小时后，打开过滤入水口(13)，水通过基质(14)过滤后由出水口(2)排出；
所述的水分配沟(3)的宽度为300～500mm，深度为150～200mm；各水处理区的坡度为0.3～0.5‰，边长为150～200m；耕植土(12)厚度为300～400mm，植物(11)采用水稻、空心菜和水芹菜的一种，相邻的植物(11)种类不同；
所述的过水道(8)断面面积为0.1～0.2m2，间距20～30m；收水口(9)断面面积为0.3～0.5m2，过滤入水口(13)断面面积为0.15～0.20m2；出水口(2)断面面积为0.20～0.25m2，基质处理区(10)的长为2.5～3.0m，宽为0.5～0.8m；
所述的基质(14)采用粒径为3～5mm的活性炭，粒径为1～2mm的砂和粒径为6～10mm的砾石混合制备，基质(14)质量混合比例为5～10％，35～50％，40～60％，基质(14)厚度为400～500mm；
所述的基质处理区(10)的基质(14)在冬季时，对基质(14)进行筛分，去除的活性炭用于制备有机肥。
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