CN110092476A

CN110092476A - 一种铁碳微电解耦合挺水植物模块及其应用

Info

Publication number: CN110092476A
Application number: CN201910264503.2A
Authority: CN
Inventors: 陈胜男; 胡勇有; 廖子聪
Original assignee: South China University of Technology SCUT
Current assignee: South China University of Technology SCUT
Priority date: 2019-04-03
Filing date: 2019-04-03
Publication date: 2019-08-06

Abstract

本发明属于黑臭/污染水体修复领域，公开了一种铁碳微电解耦合挺水植物模块及其应用。所述铁碳微电解耦合挺水植物模块包括浮板、定植篮和曝气系统，所述浮板上安装有定植篮，所述定植篮中固定有挺水植物，挺水植物根部被铁碳填料包裹并用防漏袋固定，防漏袋四周被陶粒包围，所述挺水植物被陶瓷固定于所述定植篮中。该铁碳微电解耦合挺水植物模块应用于黑臭/污染水体修复，可实现2～4天黑臭/污染水体色度、臭阈值明显降低，16～22天无明显气味，水体透明，COD去除率达80％以上，氨氮去除率达99％以上，除磷率达97％以上，溶解氧3mg/L以上，水质达地表水Ⅳ类水标准，水生态系统恢复。

Description

一种铁碳微电解耦合挺水植物模块及其应用

技术领域

本发明属于黑臭/污染水体修复领域，特别涉及一种铁碳微电解耦合挺水植物模块及其应用。

背景技术

近年来，随着经济的高速发展，污水处理系统建设跟不上快速的城市化进程，大量污染物入河，水体中化学需氧量、氮、磷等污染物超标，河流水体污染严重，水体出现季节性或终年黑臭。

致黑臭机理目前尚不明确，但普遍认为高有机污染负荷、氮、磷、Fe、S、 Mn和低DO是主要致黑臭原因。高有机污染负荷消耗大量溶解氧造成厌氧环境，厌氧微生物将溶解性有机物，如碳水化合物、脂肪酸和蛋白质，降解为包括有气味的有机酸和硫化合物的小分子，如H₂S和有机硫化物，这些小分子在微生物的介导作用下，进一步与水和沉积物中的矿物质发生反应形成黑色沉淀物，其中Fe、Mn是主要的致黑成分。氮磷也是致黑臭的原因之一，由于水中氮磷营养物质的富集造成藻类的迅速繁殖，而高密度藻类的堆积消亡直接影响水体中有机物及氮磷的变化，形成藻原型局部黑臭水体。

目前国内外对黑臭水体处理技术的研究，主要有物理、化学、生物治理技术。物理治理技术成本较高，有一定效应范围，并不能彻底达到净化要求，化学治理技术能在一段时间内较大程度改善水质，但是需要投入大量资金且治标不治本，易造成二次污染，一般作为应对突发水污染事件的应急措施，相比之下，生物治理技术具有稳定有效、安全持久、工程造价较低、运行成本低、可与绿化环境及景观改善有机结合等特点，在修复黑臭/污染水体的同时构建具有完整营养级结构的水生态系统，从根本上恢复黑臭/污染水体的自净能力和生态功能，但依然存在以下问题：一是有限的生物量制约了水质净化效能的进一步提高；二是容易受季节影响，低温下生物降解效率非常低；三是大多数城市地表水缺少可以被反硝化菌有效利用的碳源，影响脱氮效果。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺点与不足，解决现有的黑臭/污染水体治理技术中存在的成本高、治标不治本、易造成二次污染、净化效率低、受季节及可利用碳源制约等问题，本发明的首要目的在于提供一种铁碳微电解耦合挺水植物模块。

本发明的另一目的在于提供上述铁碳微电解耦合挺水植物模块的应用。

一种铁碳微电解耦合挺水植物模块，包括浮板、定植篮和曝气系统，所述浮板上安装有定植篮，所述定植篮中固定有挺水植物，挺水植物根部被铁碳填料包裹并用防漏袋固定，防漏袋四周被陶粒包围，所述挺水植物被陶瓷固定于所述定植篮中。

优选的，所述铁碳填料和陶粒的质量比为8～70％。

优选的，所述铁碳填料的粒径为4～6mm。

优选的，所述铁碳填料为在中性条件下作用的铁碳填料。

优选的，所述铁碳填料可以是烧结制成的一体化铁碳填料，也可以是铁屑和活性碳的混合物。

优选的，所述陶粒为球形，粒径为3～5mm，孔隙率≥40％。

优选的，所述曝气系统为微孔曝气，0～12h/天。

优选的，所述浮板的尺寸为20×20cm～80×80cm。

优选的，所述铁碳微电解耦合挺水植物模块上设置1～9个定植篮。

优选的，所述定植篮为塑料镂空小盆，保证所述陶粒不会从所述镂空小盆中漏出。

优选的，所述浮板采用泡沫材料制备而成。

优选的，所述定植篮中固定有1～3株挺水植物。

优选的，所述挺水植物为空心菜、香根草、灯心草、马兰花、梭鱼草、美人蕉、纸莎草、旱伞草、千屈菜、石菖蒲、观音草和金钱草中一种或两种以上。

优选的，所述防漏袋为网眼细密的过滤网。

所述铁碳微电解耦合挺水植物模块在黑臭/污染水体修复中的应用。

优选的，所述铁碳微电解耦合挺水植物模块在黑臭/污染水体修复中的应用时，所述曝气系统在黑臭/污染水体中进行曝气，增加水体的溶氧量。

优选的，所述铁碳微电解耦合挺水植物模块覆盖黑臭/污染水体表面2～65％。

优选的，所述铁碳微电解耦合挺水植物模块通过组合连接，实现水体的覆盖。

本发明是一种集物理-化学-生物作用于一体的高效修复体系。铁碳微电解作用可以将大分子有机物降解为可被微生物利用的小分子有机物；阳极氧化过程中释放的Fe²⁺氧化和沉淀产生的Fe³⁺与磷酸盐反应生成磷酸铁沉淀除磷并吸附部分COD；铁元素是微生物电子传递链的重要组成部分，其可介入微生物物质与能量代谢过程，可提高生化反应速度，增强生物代谢反应的活性，提高水体的NH⁴⁺-N和NO^3--N去除效率。植物作为水生态系统的重要组成部分，具有重要的生态功能，发达的植物根系，可吸收营养盐、重金属或有机污染物并富集于植物体内。植物作为初级生产者，对氮磷等营养元素有直接吸收作用。除直接吸收作用外，植物在维持系统环境方面也发挥着重要作用。植物庞大的根系可以为微生物提供附着点；植物根系泌氧作用能在根区形成好氧、兼氧、厌氧区域，影响不同类型微生物在根区的分布，实现同步硝化反硝化脱氮；植物的根际泌氧使大量的还原性物质如Fe²⁺、Mn²⁺等离子得以氧化，在根表形成红褐色的根表铁膜，根表铁膜具有很强的吸附作用；根系分泌物中的各种有机物，为根区异养微生物提供碳源，促进异养微生物的生长。陶粒可以吸附氮磷，并为微生物提供附着点。

与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：

(1)铁碳材料来源广泛，市面所售的可在中性条件下作用的铁碳填料均能达到使用要求，挺水植物选择范围广。

(2)本发明可实现2～4天黑臭/污染水体色度、臭阈值明显降低，16～22天无明显气味，水体透明，COD去除率达80％以上，氨氮去除率达99％以上，除磷率达97％以上，溶解氧3mg/L以上，水质达地表水Ⅳ类水标准，水生态系统恢复，且修复效果不受可利用碳源影响。

附图说明

图1为本发明实施例1所述铁碳微电解耦合挺水植物模块中的定植篮的结构示意图。

图2为本发明打了小孔的铁碳微电解耦合挺水植物模块示意图。

图3为本发明通过尼龙扎绳连接后的2块铁碳微电解耦合挺水植物模块示意图。

具体实施方式

下面结合实施例，对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例所述的黑臭水体取至于广州市黄埔区四号涌，所述铁碳填料和所述陶粒均为市售产品。

实施例1

一种铁碳微电解耦合挺水植物模块，浮板为20×20cm，浮板上设置有4 个定植篮，每个定植篮有2株空心菜，每株空心菜由铁碳填料包裹，用防漏袋 (具体是网眼细密的过滤网)固定，周围用陶粒固定于定植篮中，铁碳填料和陶粒的质量比为35％。

取7L黑臭水于模拟反应装置中(L×W×H：25×25×20cm)，将上述铁碳微电解耦合挺水植物模块固定于水下7cm，保证模块与黑臭原水充分接触，无曝气系统。初始黑臭水体COD为120.20mg/L，氨氮为44.72mg/L，TP为4.25mg/L， DO为0.48mg/L，处理3天后黑臭原水颜色变浅，22d后COD为23.91mg/L，氨氮为0.18mg/L，TP为0.12mg/L，DO为3.9mg/L，水体透明，无明显气味，水质达地表水Ⅳ类水标准，水生态系统恢复。

实施例2

一种铁碳微电解耦合挺水植物模块，浮板为20×20cm，浮板上设置有5 个定植篮，每个定植篮有1株空心菜，每株空心菜由铁碳填料包裹，用防漏袋 (具体是网眼细密的过滤网)固定，周围用陶粒固定于定植篮中，铁碳填料和陶粒的质量比为17.5％。

取7L黑臭水于模拟反应装置中(L×W×H：25×25×20cm)，将上述铁碳微电解耦合挺水植物模块固定于水下7cm，保证模块与黑臭原水充分接触，无曝气系统。初始黑臭水体COD为114.67mg/L，氨氮为36.57mg/L，TP为2.71mg/L， DO为0.32mg/L，处理3天后黑臭原水颜色变浅，22d后COD为22.78mg/L，氨氮为0.37mg/L，TP为0.008mg/L，DO为3.3mg/L，水体透明，无明显气味，水质达地表水Ⅳ类水标准，水生态系统恢复。

实施例3

一种铁碳微电解耦合挺水植物模块，浮板为25×25cm，浮板上设置有9 个定植篮，每个定植篮有1株空心菜，每株空心菜由铁碳填料包裹，用防漏袋 (具体是网眼细密的过滤网)固定，周围用陶粒固定于定植篮中，铁碳填料和陶粒的质量比为52.5％。

取50L黑臭水于模拟反应装置中(L×W×H：38×38×40cm)，将上述铁碳微电解耦合挺水植物模块固定于水下7cm，保证模块与黑臭原水充分接触，装置底部进行曝气，设置曝气流量为60ml/min，曝气时间设置为6h/d。初始黑臭水体COD为79.48mg/L，氨氮为27.25mg/L，TP为2.73mg/L，DO为0.13mg/L，处理2天后黑臭原水颜色变浅，16d后COD为14.74mg/L，氨氮为0.25mg/L， TP为0.07mg/L，DO为4.5mg/L，水体透明，无明显气味，水质达地表水Ⅳ类水标准，水生态系统恢复。

本发明所述铁碳微电解耦合挺水植物模块，2～4天黑臭/污染水体色度、臭阈值明显降低，16～22天无明显气味，水体透明，COD去除率达80％以上，氨氮去除率达99％以上，除磷率达97％以上，溶解氧3mg/L以上，水质达地表水Ⅳ类水标准，水生态系统恢复，且修复效果不受可利用碳源影响。

在实际应用中，本发明所述铁碳微电解耦合挺水植物模块可组合使用，此时，在浮板的四周均匀的打上小孔即可，通过尼龙扎绳将不同的浮板连接起来即可使用。如图2所示，图2为打了小孔的铁碳微电解耦合挺水植物模块示意图。如图3所示，图3为通过尼龙扎绳连接后的2块铁碳微电解耦合挺水植物模块示意图。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其它的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种铁碳微电解耦合挺水植物模块，其特征在于，包括浮板、定植篮和曝气系统，所述浮板上安装有定植篮，所述定植篮中固定有挺水植物，挺水植物根部被铁碳填料包裹并用防漏袋固定，防漏袋四周被陶粒包围，所述挺水植物被陶瓷固定于所述定植篮中。

2.根据权利要求1所述一种铁碳微电解耦合挺水植物模块，其特征在于，所述铁碳填料和陶粒的质量比为8～70％。

3.根据权利要求2所述一种铁碳微电解耦合挺水植物模块，其特征在于，所述铁碳填料的粒径为4～6mm；所述陶粒为球形，粒径为3～5mm，孔隙率≥40％。

4.根据权利要求1～3任一项所述一种铁碳微电解耦合挺水植物模块，其特征在于，所述铁碳填料为在中性条件下作用的铁碳填料。

5.根据权利要求4所述一种铁碳微电解耦合挺水植物模块，其特征在于，所述曝气系统为微孔曝气，曝气时间为0～12h/天。

6.根据权利要求5所述一种铁碳微电解耦合挺水植物模块，其特征在于，所述浮板的尺寸为20×20cm～80×80cm。

7.根据权利要求6所述一种铁碳微电解耦合挺水植物模块，其特征在于，所述铁碳微电解耦合挺水植物模块上设置1～9个定植篮；所述定植篮中固定有1～3株挺水植物。

8.根据权利要求7所述一种铁碳微电解耦合挺水植物模块，其特征在于，所述定植篮为塑料镂空小花盆；所述浮板采用泡沫材料制备而成。

9.根据权利要求1所述一种铁碳微电解耦合挺水植物模块，其特征在于，所述挺水植物为空心菜、香根草、灯心草、马兰花、梭鱼草、美人蕉、纸莎草、旱伞草、千屈菜、石菖蒲、观音草和金钱草中一种或两种以上；所述防漏袋为网眼细密的过滤网。

10.权利要求1～9任一项所述铁碳微电解耦合挺水植物模块在黑臭/污染水体修复中的应用。