CN109095728B - 一种雨水径流净化装置及净化方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种雨水径流净化装置及净化方法，属于污水处理领域。本发明集集水、进水、净化以及排水系统为一体；装置中的净化滤池从上到下设立植物区、堆肥截留区、生物炭填料区以及排水区四层过滤区，将四种不同处理工艺及方法复合串联到一个系统内，且有机堆肥颗粒拥有较高的芳香性，可以以有机底物为碳源进行利用，还可产生独特的微生物菌属对污染物进行降解，从而达到了更好、更稳定的雨水径流净化处理效果；所用填料成本低廉，在保证污水处理效果的同时，大大降低了投资，本发明装置具有体积小、应用灵活广泛、结构简单、设计合理、易于制造的优点。

Description

一种雨水径流净化装置及净化方法

技术领域

本发明属于污水处理的设备及方法领域，更具体地说，涉及一种雨水径流净化装置及净化方法。

背景技术

当今中国社会快速发展，城市化进程加快推进，导致城市不透水面积迅速增长，非点源污染日趋严重。21世纪以前研究重点多放于点源污染，随着科技水平的提升、治理措施的改进和治理投入的增加，点源污染得到有效控制，其对水体污染的贡献率逐年下降。与此同时，非点源污染在污染负荷中所占比重不断攀升，已超过点源污染，在水体污染的比例中高达60％。与点源污染相比，非点源污染具有随机性、范围广、成分复杂、时空差异大等特点，受到降雨条件、大气污染状况、土地功能类型和地表卫生等多种因素的影响，更加难以控制，因此可对生态环境造成不可逆的影响。尤其是造成水体的非点源污染，致使城市以及农村雨水径流中包含高浓度重金属、营养盐和多环芳烃等污染物质，而过量的有机毒物和N、P元素会导致水体富营养化，过量的重金属和部分有机毒物则会在自然生物和人体富集，严重影响人类的生存与发展。

近年来，为了应对非点源污染以及水体的径流污染，各类水处理方法以及材料陆续出现，其中，生物炭因其制造过程简单，原料来源广，成为水体净化的主要材料之一。比如中国专利，申请号：CN201410120718.4，申请日：2014.03.27，公开了一种利用生物炭去除污水中除草剂的方法，将农林废弃物处理成干燥的粉末状生物质原材料，置入绝氧并通保护气体且密封的处理器中进行升温处理，后冷却至室温，得到的物质依次经过研磨过筛、活化剂活化2-6个小时、洗涤和烘干后得到固体生物炭。将固体生物炭和受农药污染的水按固液比例0.5％～10％充分混合，恒温避光振荡，以去除各种除草剂。该发明的方法成本低廉、处理效果好，且有益于农林废弃物资源化循环利用，其不足之处在于：该方法只是依靠活性炭的吸附作用处理污染水体，不能本质上解决水体污染物净化的问题。中国专利申请号：CN201610657157.0，申请日：2016.08.11，公开了一种利用猪粪生物炭去除污染水体中铅的方法。采集新鲜猪粪后粉碎、过筛，放入管式炉中通入氮气，升至300～700℃保持15min～4h，后冷却至室温碾碎，过60目筛制得猪粪生物炭，制备好的猪粪生物炭投加到含铅污染水体(pH为4～7，浓度50～1000mg/L)中，吸附去除铅。该发明提供一种操作简单、高效环保的利用猪粪生物炭去除污染水体中铅的方法，但同样是依据活性炭的吸附作用去除水体中的铅。目前，极少有研究评估溶解性有机碳(DOC)对废水和地表水中微生物群落和有机毒物(TOrCs)生物降解的影响，结果显示有机毒物可能受到微生物的总量增加以及其生长引起的微生物群落变化的影响。例如，在生物多样性更大的废水群落(即群落丰富度和均匀度)中，环境可利用的碳和氮更多，生物降解潜力更大。此外，DOC可以通过质量和组成影响生物膜的形成和结构来影响生物被膜的降解活性。例如，易于利用的碳基质可能会使微生物迅速增长，而更复杂的基质具有更高的底物利用潜力。渗滤DOC的碳氮比(C:N)也可通过建立碳限制或营养有限的生长条件来影响生长，进而影响有机碳的利用。

近年来，生物滤池装置和工艺发展迅猛。生物滤池是以土壤自净原理为依据，在污水灌溉的实践基础上，经较原始的间歇砂滤池和接触滤池而发展起来，使污水与填料表面上生长的微生物膜间隙接触，使污水得到净化的人工生物处理技术。目前，大部分滤池的填充材料还是以碎石、碎钢渣、焦炭、活性炭、塑料滤料为主。比如，中国专利，申请号：CN200910193564.0，申请日：2009.10.31，公开了一种曝气生物活性炭滤池及应用其净化给水的方法，废水经沉淀池出水经过配水渠配水后，自下往上流经滤池的粗砂垫层和双层活性炭滤料，通过活性炭滤料及其附着微生物的截留过滤、吸附、生物降解等作用。但是，大部分的生物滤池只能去除径流水体中的污泥、悬浮物以及部分含碳(C)、氮(N)、磷(P)的有机污染物，而对于部分有毒有害的微量有机毒物(TOrCs)，由于这些物质由于使用性质等特质，较其他污染具有较流动的特征，去除效果并不理想。TOrCs包括除草剂(如氨磺灵(Oryzalin)、阿特拉津(atrazine)、敌草隆(diuron)、扑草通(Prometon)、2,4-二氯苯氧乙酸丁酯(2，4-D))、杀虫剂(如苯脲(phenylurea)和三嗪(triazine)、苯吡唑(phenylpyrazole)、氟虫腈(Fipronil))、阻燃剂(如三(氯异丙基)磷酸酯(TCPP)、(2-氯乙基)酯(TCEP)、有机磷酸酯(organophosphates))和汽车废液(如苯并三唑(benzotriazoles))等化学物质。并且，部分系统会因为不可降解金属或者悬物的积累堵塞而限制了滤池的使用寿命，使得去除污染物的效率降低。比如中国专利，申请号：CN201721074254.3，申请公告日：2017.08.25，公开了一种用于黑臭水体治理的生物炭滤池系统，该装置的生物炭填料由颗粒状或粉末状的生物炭构成，污水由填料的上方进入，流经生物炭填料再从填料下方的出水口流出，生物炭填料上方还设有反洗出水口，下方设有反洗进气口。该实用新型可长时间对黑臭水体河道进行净化处理，生物炭廉价高效并且绿色无污染，运行后可拆除生物滤池恢复河道原貌。其不足之处是生物炭需要定期更换且易造成堵塞，主要针对氮磷和悬浮物的去除。

植物在污水处理过程中的作用早已为人所注意，一方面高等植物能够为其根系周围的异养微生物供应氧气，从而在还原性基质中创造一种富氧的微环境，微生物在水生植物的根系上生长，与植物建立共生合作关系，增加废水中污染物的降解速度，在远离根区的地方为兼氧和厌氧环境，有利于兼氧和厌氧净化作用，另一方面，水生植物根的生长有利于提高床基质层的水力传导性能。因此，将植物与先进高效的污水处理工艺相结合，不仅能够提高污水处理效率，还可以实现污水处理与景观生态建设的统一。

发明内容

1.要解决的问题

针对现有技术只能除去雨水径流中的氮、碳、磷以及重金属，而对于指示菌以及微量有机有毒物质去除效果差，且所用装置寿命短，操作复杂，易堵塞的问题，本发明提供一种雨水径流净化装置及净化方法，既能有效的去除水中氮、碳、磷以及重金属，又能有效的去除指示菌以及微量有机有毒物质，具有持久的使用寿命和良好的水体净化效果。

2.技术方案

为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：

一种雨水径流净化装置，包括污水池、净化滤池以及排水系统；所述净化滤池从上到下依次划分为进水区、植物层、堆肥截留区、生物炭填料区以及排水区；所述排水系统设有排水管道；污水池通过进水管与进水区连接；排水系统通过排水管道与排水区连接；所述植物层包括浅根植物和深根植物，种植形成浅根区和深根区，所述堆肥截留区内填充有有机堆肥颗粒和河砂，所述生物炭填料区内填充有椰壳生物炭颗粒和基础填料；所述排水区内填充有鹅卵石和石英砂。

优选地，所述浅根植物为包括苔藓、小麦以及菖蒲在内的吸水性能较好的草类，所述深根植物为包括牧草、芦苇以及雀麦在内的根系较长的本地植物；所述堆肥截留区内，有机堆肥颗粒和河砂以体积比(0.5～1):4的比例进行混合，填充孔隙度为25～45％，有机堆肥颗粒粒径<1.68mm，河砂粒径为0.5～1.5mm；所述生物炭填料区内，椰壳生物炭与基础填料以体积比为(0.5～1):4的比例进行混合，填充孔隙度为20～40％，椰壳生物炭占生物炭填料区内填料中的质量分数为0.25～0.75％wt，粒径为50～250μm，基础填料包括粒径为200～300μm的天然河砂、粒径为300～1000μm的沸石砂以及粒径为0.5～1.5mm的大理石砂；所述排水区内，鹅卵石、石英砂的粒径为2～5mm。

优选地，所述有机堆肥颗粒，以富含木质素的木本材料沉积物为原料，利用浓缩后的溶解性有机碳提取物进行碳氮比的调节，通过周期性有氧培养制得，具体步骤如下：

A.将溶解性有机碳提取物进行浓缩，浓缩度>1000mg/L，并进行灭菌，调整pH至中性，碳氮比值10:1；

B.收集富含木质素的木本材料沉积物，将沉积物与步骤A中所述浓缩溶解性有机碳在30℃下进行周期性有氧培养，5～10天一个周期，培养总时间小于30天；

C.培养结束后，将堆肥沉积物与提取液分离，堆肥沉积物经马弗炉烘干(45℃，48h)至恒重，高速粉碎机粉碎后，过10目筛后得到堆肥颗粒，装入容器，注射未经稀释的堆肥提取液进行微生物接种；堆肥颗粒与砂砾以体积比(0.5～1):4进行混合，以含有10mg/LDOC的合成雨水以0.20～0.25mL/min的速度进行稳定与平衡。

优选地，所述净化滤池的堆肥截留区占滤池总体积的10～20％，生物炭填料区占滤池总体积的40～50％，排水区占滤池总体积的10～20％；所述植物区与堆肥截留区之间安装有滤网；所述堆肥截留区与生物炭填料区之间安装有滤网；所述生物炭填料区与排水区之间安装有滤网。

优选地，所述污水池与净化滤池连接的进水管上设有蠕动泵和进水开关，以控制污水径流按照一定的速度，进入净化装置。

优选地，所述的排水系统的排水管道，包括不锈钢管道和PVC管道；所述PVC管道和不锈钢管道连接，所述不锈钢管道与排水区连接；所述不锈钢管道内有不锈钢滤网；所述PVC管道上设有出水口和2～3个溢流口，溢流口位于出水口上方。

优选地，将其应用于去除雨水径流中含碳、氮、磷的有机物、重金属、指示菌以及有机有毒物质。所述碳、氮、磷有机物包括溶解性有机碳、总氮、硝态氮、总磷；所述重金属包括铜、锌；所述指示菌包括总大肠菌群(TC)和大肠埃希菌(E.coil)；所述有机有毒物质包括除草剂(如(氨磺灵(Oryzalin)、阿特拉津(atrazine)、敌草隆(diuron)、扑草通(Prometon)、2,4-二氯苯氧乙酸丁酯(2，4-D))、杀虫剂(如(苯脲(phenylurea)、三嗪(triazine)、苯吡唑(phenylpyrazole)以及氟虫腈(Fipronil))、阻燃剂((如三(氯异丙基)磷酸酯(TCPP)、(2-氯乙基)酯(TCEP)以及有机磷酸酯(organophosphates))和汽车废液(如苯并三唑(benzotriazoles))等。

一种去除雨水径流中含氮、磷、金属、指示菌和有机有毒物质的方法，包括如下步骤：

a.搭建一种如上所述的雨水径流净化装置；

b.污水池中的待处理水体与5～10mg/L的溶解有机碳均匀混合以保障碳源；

c.打开蠕动泵和开关，待处理水体通过进水管进入净化滤池，在净化滤池中循环净化；

d.污水在净化滤池中循环结束，通过滤池排水区以及排水系统排出；

e.2～3天对污水池进行一次进水更新。

优选地，步骤b中，运行条件为，进水速率控制在0.1～0.3mL/min，保持进水溶解氧浓度5～7mg/L，pH为6.5～7.5，保持有机污染毒物进水浓度<0.025μg/L，总有机碳进水浓度<10.0mg/L，总氮进水浓度<2.0mg/L，总磷进水浓度<0.2mg/L，重金属进水浓度<75μg/L，指示菌指数<600MPN/100mL。

3.有益效果

相比于现有技术，本发明的有益效果为：

(1)本发明所提供的雨水径流净化装置集污水池、进水系统、净化滤池以及排水系统为一体，装置体积小，应用灵活广泛；滤池所用填料成本低廉，在保证污水处理效果的同时，大大降低了投资；操作过程简单，只需要对污水池中的污水进行定期进水更新，让其在净化滤池中循环净化，自动出水即可；净化滤池从上到下设立植物区、堆肥截留区、生物炭填料区以及排水区四层过滤区，将四种不同处理工艺及方法复合串联到一个系统内，能够实现全面去除水体中各类污染物的目的，达到更好的更稳定的处理效果；

(2)本发明所提供的雨水径流净化装置及净化方法中，植物区种有天然禾本植物，堆肥截留区内填充有有机堆肥颗粒和河砂，二者协同作用，对雨水中的指示菌以及微量有机有毒物质的净化处理起到了关键的作用；生物炭填料区内填充有椰壳生物炭颗粒和基础填料，排水区内填充有鹅卵石和石英砂，能够有效的去除雨水径流中的氮、磷以及重金属等污染物；

(3)本发明所提供的雨水径流净化装置及净化方法中，所述植物区包括深根区和浅根区，二者协同作用，增加了装置对水体径流污染物的径向处理能力，在植物本身对污染物进行吸收净化的同时，其根部会聚集大量微生物，根际微生物会促进植物的营养循环、生长代谢、根部环境的维持以及有害污染物的降解，极大的提高水体净化能力，属于兼氧生物处理方法；

(4)本发明所提供的雨水径流净化装置及净化方法中，所述堆肥截留区内填充有有机堆肥颗粒，相较于一般土壤，有机堆肥颗粒拥有较高的芳香性，可以以有机底物作为碳源进行利用，还可产生独特的微生物菌属(如假单胞菌、鞘脂杆菌、红菌螺等)对污染物进行降解，通过将有机物质矿化并与在堆肥中产生的大分子量腐殖酸进行络合反应络合，有效的去除水体中的指示菌以及微量有机有毒物，既有利于植物区植物根系的生长发育，又具有良好的吸附截留作用，延长植物根系微生物对污染物的接触时间，通过植物、根系微生物及堆肥的共同作用可以有效的去除水体中的指示菌以及微量有毒污染物；并且，本发明所用堆肥以富含木质素的木本材料沉积物为原料制备得到，相较于其他原料制备得到的堆肥，对指示菌以及微量有机有毒物质具有更好的吸收截留能力；

(5)本发明所提供的雨水径流净化装置及净化方法中，生物碳填料区内填装有椰壳生物炭以及不同粒径和不同类别的砂石填料，椰壳生物炭具有吸附分解的作用，矿物质填料及其内附着微生物具有截留过滤、生物降解等作用；一方面可以去除雨水本身含有的碳、氮、磷以及金属，另一方面，可以有效的去除上层堆肥所渗透到水体中的氮、磷，防止二次污染的发生；下层排水区内填充有利于微生物挂膜的鹅卵石和石英砂，鹅卵石和石英砂及其内附着的微生物的截留过滤、吸附、生物降解等作用去除水中的污染物，从而进一步提高装置对污水的净化效果，属于厌氧微生物处理方法；

(6)本发明所提供的雨水径流净化方法中，通过控制进水条件，可以改善整个净化过程中的微生物菌群；按照所需净化的雨水径流中污染物种类以及含量的不同，相应的调节进水条件，以实现最优的净化效果；

(7)本发明中的雨水径流净化装置及净化方法具有结构简单，设计合理，易于制造，易于操作，净化效果好的优势。

附图说明

图1为本发明中污水净化装置的结构示意图；

图中：1、进水区；2、植物层；3、堆肥截留区；4、生物炭填料区；5、排水区；6、污水池；7、蠕动泵；8、进水开关；9、出水口；10、不锈钢管道；11、溢流口；12、进水管；13、PVC管道。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进一步进行描述。

实施例1

本实施例1采用如图1所示的雨水径流净化装置对合成雨水进行净化，它包括污水池6、进水管12、净化滤池以及排水系统；净化滤池从上到下依次划分为进水区1、植物层2、堆肥截留区3、生物炭填料区4以及排水区5；排水系统设有排水管道；污水池6通过进水管12与进水区1连接；排水系统通过排水管道与排水区5连接。

进水管12上设有蠕动泵7和进水开关8以控制污水径流，进入净化装置。

排水系统的排水管道，包括内有不锈钢管道10和设有出水口9以及2个溢流口11的PVC管道13，溢流口11位于出水口9上方；PVC管道13和不锈钢管道10连接，不锈钢管道10与排水区5连接。

净化滤池中堆肥截留区3、生物炭填料区4和排水区5占滤池总体积的10％、50％、和10％，植物层2种植小麦和牧草，堆肥截留区3含有有机堆肥，过筛使颗粒粒径小于1.68mm，并与粒径0.5～1mm的河砂以1:4的体积比进行混合，孔隙度为25％；生物炭填料区4内填充有椰壳生物炭与基础填料的均匀混合物，二者体积比为1:4，孔隙度为20％，其中椰壳生物炭的含量为0.5％wt，粒径为50～150μm，基础填料包含粒径为200～250μm的天然河砂、300～700μm沸石砂以及0.5～1mm大理石砂的混合物；排水区5内填充有粒径为2～4mm鹅卵石和石英砂。

本实施例中雨水径流净化装置的工作原理：将待处理水体经储存在污水池6中，打开蠕动泵7和进水开关8，待处理水体经进水管12进入净化滤池，进入净化滤池中的待处理水体经由植物层2、堆肥截留区3、生物炭填料区4以及排水区5的循环处理后，通过不锈钢管道10，进入PVC管道13中，通过PVC管道13上的出水口9以及溢流口11排出装置。植物层2和堆肥截留区3可以有效的去除水体中的指示菌以及微量有机有毒物；生物炭填料区4和排水区5可以有效的去除水体中遗留的碳、氮、磷以及重金属。

本实施例中，植物层2可以吸收利用污水中的营养物质，根茎叶也可减缓水流的流速，达到过滤沉淀的作用，还可以吸收和富集有毒物质并随着后期的接触对其进行去除。同时，植物根部对氧有运输、释放和扩散作用，促进了微生物活性并产生好氧区、兼氧区和厌氧区，创造适宜微生物生长的环境条件。堆肥截留区3中的有机堆肥颗粒，不仅可以为植物提供养分以促进根部根瘤菌活性，而且有机堆肥颗粒拥有较高的芳香性，可以以有机底物作为碳源进行利用，还可产生独特的微生物菌属(如假单胞菌、鞘脂杆菌、红菌螺等)对污染物进行降解，通过将有机物质矿化并与在堆肥中产生的大分子量腐殖酸进行络合反应络合，有效的去除水体中的指示菌以及微量有机有毒物；生物炭填料区4和排水区5通过具有多孔、大表面积的填料对污染物的过滤吸附，可以有效的去除水体中遗留的碳、氮、磷以及重金属。

有机堆肥颗粒所采用的生态堆肥方法如下：

A.将三次降雨中溶解性有机碳提取物进行浓缩，浓缩度1100mg/L，并进行灭菌，调整pH至中性，碳氮比值10:1；

B.收集富含木质素的麦秸、树叶、枝条树干、淤泥等沉积物与步骤A中所述浓缩溶解性有机碳(DOC)按照体积比1：(1～2)混合，在30℃下进行周期性有氧培养，每5～10天将堆肥沉积物进行翻转搅拌以保证氧气供给；

C.培养结束后，将堆肥沉积物与提取液分离，堆肥沉积物经马弗炉烘干(45℃，48h)至恒重，高速粉碎机粉碎后，过10目筛后得到堆肥颗粒，装入容器，注射未经稀释的堆肥提取液进行微生物接种；堆肥颗粒与砂砾以体积比(0.5～1):4进行混合，以含有10mg/LDOC的合成雨水以0.20～0.25mL/min的速度进行稳定与平衡。

利用雨水径流净化装置去除污水中含氮、磷、金属、指示菌和有机有毒物质的方法如下：

a.搭建上述的雨水径流净化装置；

b污水池6中的含有各种待处理水体与含有10mg/L的溶解有机碳(DOC)均匀混合；

c.打开蠕动泵7和进水开关8，待处理水体进入净化滤池，在滤池中循环净化；进水速率控制在0.2mL/min，保持进水溶解氧浓度为5mg/L，pH为6.5，保持有机污染毒物进水浓度<0.025μg/L，总有机碳进水浓度<10.0mg/L，总氮进水浓度<2.0mg/L，总磷进水浓度<0.2mg/L，重金属进水浓度<75μg/L，指示菌指数<600MPN/100mL；

d.污水在生物滤池循环结束，通过滤池底部的出水口9排出；

e.每2天更新一次进水污水池。

本实例1中，对含有不同污染物的合成雨水连续运行了3个月，每天对进出水水质进行监测，合成雨水中污染物的种类、进水浓度以及监测结果如表1、表2所示：

表1实施例1合成雨水径流水质监测指标结果

表2实施例1合成雨水径流TOrCs监测结果

本实例1中，对总碳(TOC)、氮、磷、铜、锌、指示菌大肠杆菌的去除效果均显示良好，超过50％，其中对重金属和指示菌的去除效果高达90％以上。此外，对常见的TOrCs进行了监测，结果显示系统运行3个月后，针对超过90％以上种类的TOrCs，去除效果良好。

实施例2

本实施例在实施例1的基础上对装置作了进一步改进。不锈钢管道10设有不锈钢滤网，以阻止介质的干扰；PVC管道13上设有3个溢流口11，以增大出水量；净化滤池中堆肥截留区3、生物炭填料区4和排水区5占滤池总体积的20％、40％、和20％，植物层2种植浅根植物菖蒲、苔藓，深根植物芦苇以及雀麦，堆肥截留区3含有有机堆肥，过筛使颗粒粒径小于1.68mm，并与粒径0.75～1.25mm的河砂以0.5:4的体积比进行混合，孔隙度为45％；生物炭填料区4内椰壳生物炭与基础填料以体积比为0.5:4的比例进行混合，孔隙度为40％，其中椰壳生物炭的含量为0.75％wt，粒径为75～175μm，基础填料包含粒径为225～275μm的天然河砂、500～900μm沸石砂以及0.75～1.25mm大理石砂的混合物；排水区5内填充有粒径为3～5mm鹅卵石和石英砂；并在植物2和堆肥截留区3、堆肥截留区3与生物炭填料区4、以及生物炭填料区4和排水区5之间均设置了滤网以阻止介质的干扰。

利用雨水径流净化装置去除污水中含氮、磷、金属、指示菌和有机有毒物质的方法如下：

a.搭建上述的雨水径流净化装置；

b污水池6中的含有各种待处理水体与含有5mg/L的溶解有机碳(DOC)均匀混合；

c.打开蠕动泵7和进水开关8，待处理水体进入净化滤池，在滤池中循环净化；进水速率控制在0.1mL/min，保持进水溶解氧浓度7mg/L，pH为7.5，保持有机污染毒物进水浓度<0.025μg/L，总有机碳进水浓度<10.0mg/L，总氮进水浓度<2.0mg/L，总磷进水浓度<0.2mg/L，重金属进水浓度<75μg/L，指示菌指数<600MPN/100mL；

d.污水在生物滤池循环结束，通过滤池底部的出水口9排出；

e.每2天更新一次进水污水池。

本实施例中对城市某次持续暴雨径流进行了处理，系统连续运行3个月，每天对实施例2的进、出水水质进行监测，监测结果如表3所示。

表3实施例2城市雨水径流水质监测指标结果

表4实施例2城市雨水径流TOrCs监测结果

本实例2中，对总碳(TOC)、氮磷、铜锌、指示菌大肠杆菌以及常见的TOrCs进行了监测，结果显示，去除效果均显示良好

实施例3

本实施例在实施例1的基础上对装置作了进一步改进。PVC管道13上设有2个溢流口11；净化滤池中植物层2、堆肥截留区3、生物炭填料区4和排水区5占滤池总体积的35％、15％、45％、和15％，植物层2种植有浅根植物菖蒲、小麦、苔藓、以及深根植物牧草、芦苇、雀麦，堆肥截留区3含有有机堆肥，过筛使颗粒粒径小于1.68mm，并与粒径0.5～1.5mm的河砂以0.75:4的体积比进行混合，孔隙度为35％；生物炭填料区4内椰壳生物炭与基础填料以体积比为0.75:4的比例进行混合，孔隙度为30％，其中椰壳生物炭的含量为0.25％wt，粒径为50～250μm，基础填料包含粒径为200～300μm的天然河砂、300～1000μm沸石砂以及0.5～1.5mm大理石砂的混合物；排水区5内填充有粒径为2～5mm鹅卵石和石英砂；并在植物2和堆肥截留区3、堆肥截留区3与生物炭填料区4、以及生物炭填料区4和排水区5之间均设置了滤网以阻止介质的干扰。

利用雨水径流净化装置去除污水中含氮、磷、金属、指示菌和有机有毒物质的方法如下：

a.搭建上述的雨水径流净化装置；

b污水池6中的含有各种待处理水体与含有7.5mg/L的溶解有机碳(DOC)均匀混合；

c.打开蠕动泵7和进水开关8，待处理水体进入净化滤池，在滤池中循环净化；进水速率控制在0.3mL/min，保持进水溶解氧浓度为6mg/L，pH为7，保持有机污染毒物进水浓度<0.025μg/L，总有机碳进水浓度<10.0mg/L，总氮进水浓度<2.0mg/L，总磷进水浓度<0.2mg/L，重金属进水浓度<75μg/L，指示菌指数<600MPN/100mL；

d.污水在生物滤池循环结束，通过滤池底部的出水口9排出；

e.每3天更新一次进水污水池。

本实施例中对城市某次持续暴雨径流进行了处理，系统连续运行3个月，结果显示，对TOC、氮磷、铜锌、指示菌大肠杆菌以及常见的TOrCs均具有良好的去除效果。

对比实施例1

与实施例3相比较，本对比实施例1的不同之处仅在于，装置的净化滤池内只填充有混合均匀的粒径为200～300μm的天然河砂、粒径为300～1000μm的沸石砂以及粒径为0.5～1.5mm的大理石砂，填充孔隙度为35％。其他与实施例3相同。

本对比实例1中，对含有不同污染物的合成雨水连续运行了3个月，每天对进出水水质进行监测，合成雨水中污染物的种类、进水浓度以及监测结果如表5、表6所示：

表5对比实施例1合成雨水径流水质监测指标结果

表6对比实施例1合成雨水径流TOrCs监测结果

本对比实施例1中，对总碳(TOC)、氮、磷的去除效果均显示较差，对铜、锌、指示菌大肠杆菌的去除效果一般。此外，对常见的TOrCs进行了监测，结果显示系统运行3个月后，针对超过90％以上种类的TOrCs基本无去除效果。

对比实施例2

与实施例3相比较，本对比实施例2的不同之处仅在于，装置的净化滤池内只填充有椰壳生物炭与基础填料的均匀混合物，二者体积比为1:4，孔隙度为20％；其中椰壳生物炭的含量为0.5％wt，粒径为50～250μm；基础填料包含粒径为200～300μm的天然河砂、300～1000μm沸石砂以及0.5～1.5mm大理石砂的混合物。其他与实施例3相同。

本对比实例2中，对含有不同污染物的合成雨水连续运行了3个月，每天对进出水水质进行监测，合成雨水中污染物的种类、进水浓度以及监测结果如表7、表8所示：

表7对比实施例2合成雨水径流水质监测指标结果

表8对比实施例2合成雨水径流TOrCs监测结果

本对比实例1中，对总碳(TOC)、氮、磷的去除效果较纯砂柱好，但是，比堆肥-生物炭协同作用差，铜、锌、指示菌大肠杆菌的去除效果一般。此外，对常见的TOrCs进行了监测，结果显示系统运行3个月后，针对超过90％以上种类的TOrCs的去除效果基本低于50％。

Claims (9)

1.一种雨水径流净化装置，其特征在于：包括污水池（6）、净化滤池以及排水系统；所述净化滤池从上到下设有进水区（1）、植物层（2）、堆肥截留区（3）、生物炭填料区（4）以及排水区（5），所述污水池（6）通过进水管（12）与进水区（1）连接；所述排水系统通过排水管道与排水区（5）连接；

所述植物层（2）包括浅根植物和深根植物，种植形成浅根区和深根区；所述堆肥截留区（3）填充有有机堆肥颗粒和河砂；所述生物炭填料区（4）填充有椰壳生物炭颗粒和基础填料；所述排水区（5）填充有鹅卵石和石英砂；

其中，

所述堆肥截留区（3）内，有机堆肥颗粒和河砂以体积比为（0.5 ~ 1）: 4的比例进行混合，填充孔隙度为25 ~ 45 %，有机堆肥颗粒粒径 < 1.68 mm，河砂粒径为0.5 ~ 1.5 mm；所述净化滤池堆肥截留区（3）占滤池总体积的10 ~ 20 %；

所述有机堆肥颗粒以富含木质素的木本材料沉积物为原料，利用浓缩后的溶解性有机碳提取物进行堆肥培育，通过周期性有氧培养制得。

2.根据权利要求1所述的一种雨水径流净化装置，其特征在于：所述浅根植物为包括苔藓、小麦以及菖蒲在内的吸水性能较好的草类，所述深根植物为包括牧草、芦苇以及雀麦在内的根系较长的植物。

3. 根据权利要求1所述的一种雨水径流净化装置，其特征在于：所述生物炭填料区（4）内，椰壳生物炭与基础填料以体积比为（0.5 ~ 1）: 4的比例进行混合，填充孔隙度为20 ~40 %，椰壳生物炭占生物炭填料区内填料中的质量分数为0.25 ~ 0.75 % wt，粒径为50 ~250 μm，基础填料包括粒径为200 ~ 300 μm的天然河砂、粒径为300 ~ 1000 μm的沸石砂以及粒径为0.5 ~ 1.5 mm的大理石砂；所述排水区（5）内，鹅卵石、石英砂的粒径为2 ~ 5 mm。

4. 根据权利要求1~3任一所述的一种雨水径流净化装置，其特征在于：生物炭填料区（4）占滤池总体积的40 ~ 50 %，排水区（5）占滤池总体积的10 ~ 20 %；所述堆肥截留区（3）与生物炭填料区（4）之间安装有滤网；所述生物炭填料区（4）与排水区（5）之间安装有滤网。

5.根据权利要求1所述的一种雨水径流净化装置，其特征在于：所述污水池（6）与净化滤池之间连接的进水管（12）上设有蠕动泵（7）和进水开关（8）以控制污水径流，进入净化装置。

6.根据权利要求1所述的一种雨水径流净化装置，其特征在于：所述排水系统的排水管道，包括不锈钢管道（10）和PVC管道（13），所述PVC管道（13）和不锈钢管道（10）连接，所述不锈钢管道（10）与排水区（5）连接；所述不锈钢管道（10）内有不锈钢滤网；所述PVC管道（13）上设有出水口（9）和2~3个溢流口（11），溢流口（11）位于出水口（9）上方。

7.根据权利要求1或2中任一项所述的一种雨水径流净化装置，其特征在于：将其应用于去除污水中碳、氮、磷、重金属、指示菌和有机有毒物质；

所述碳、氮、磷包括溶解性有机碳、总氮、硝态氮、总磷；

所述重金属包括铜、锌；

所述指示菌包括总大肠菌群和大肠埃希菌；

所述有机有毒物质包括氨磺灵、阿特拉津、敌草隆、扑草通以及2,4-二氯苯氧乙酸丁酯在内的除草剂，苯脲、三嗪、苯吡唑、以及氟虫腈在内的杀虫剂，三(氯异丙基)磷酸酯、(2-氯乙基)酯以及有机磷酸酯在内的阻燃剂，苯并三唑在内的汽车废液含有物。

8.一种去除雨水径流中碳、氮、磷、重金属、指示菌和有机有毒物质的方法，包括如下步骤：

a. 搭建如权利要求书1–6中任意一项所述的一种雨水径流净化装置；

b. 污水池（6）中的待处理水体与5 ~ 10 mg/L的溶解有机碳均匀混合以保障碳源；

c. 打开蠕动泵（7）和开关（8），待处理水体通过进水管（12）进入净化滤池，在净化滤池中循环净化；

d. 污水在净化滤池中循环结束，通过滤池排水区（5）以及排水系统排出；

e. 2-3天对污水池（6）进行一次进水更新。

9. 根据权利要求8中所述的一种去除雨水径流中碳、氮、磷、重金属、指示菌和有机有毒物质的方法，其特征在于：步骤b中，运行条件为，进水速率控制在0.1 ~ 0.3mL/min，保持进水溶解氧浓度5 ~ 7 mg/L，pH范围在6.5 ~ 7.5，保持有机污染毒物进水浓度< 0.025 μg/L，总有机碳进水浓度< 10.0 mg/L，总氮进水浓度< 2.0 mg/L，总磷进水浓度< 0.2 mg/L，重金属进水浓度< 75 μg/L，指示菌指数< 600 MPN/100 mL。