CN110156148A

CN110156148A - 一种针对入河污染的电解强化截污装置

Info

Publication number: CN110156148A
Application number: CN201910589707.3A
Authority: CN
Inventors: 肖�琳; 王敏
Original assignee: Nanjing University
Current assignee: Linglong ecological technology (Jiangsu) Co.,Ltd.
Priority date: 2019-07-02
Filing date: 2019-07-02
Publication date: 2019-08-23

Abstract

本发明公开了一种针对入河污染的电解强化截污装置，它包括围绕河岸排水口设置的三面生态墙体、组合电极、通气和传输管路系统以及生态墙体辅助系统；生态墙体为透水结构，从河岸排水口出来的初期雨水或雨污混流，先在生态墙体围成的空间内停留，然后再透过生态墙体进入河内；组合电极包括一组以上的铁‑碳组合电极和一组以上的阳极氧化组合电极，相互并联后成对插入生态墙体内部；通气和传输管路系统位于生态墙体围绕河岸排水口形成的空间内，包括墙体内的通气传输管路以及铺设在生态墙体围合空间底部的增氧曝气系统；生态墙体辅助系统包括覆盖生态墙体内侧与围合空间底部的生物膜载体，以及种植在生态墙体顶部的水生植物。

Description

一种针对入河污染的电解强化截污装置

技术领域

本发明属于污水治理技术领域，尤其涉及一种专门针对初期雨水及雨污混流排入河道点源污染的电解强化河道围隔生态截污装置。

背景技术

随着城市建设的飞速发展，大量城市绿地被不透水的地面所取代，地表的高径流系数令雨水汇流速度和雨水汇流量大大提高，尤其是初期雨水含有大量的有机物、病原体、重金属、悬浮固体等污染物质，污染程度很高，直接排入自然承受水体，将会对水体造成非常严重的污染。此外，城市的废污水排放量也随着社会的高速发展和工业化进程的日益加快而急速增多。这些都是导致众多地表水质量不达标，甚至造成大量黑臭河道出现的关键因素。水污染处理理念的创新及治理技术的进步要求系统性地进行河道及水环境的整治，以统筹兼顾、因地制宜、生态优先为原则，通过对河道的生态建设以及不同点、面源污水的清除，修复河道的生态系统，从而提高河道内水体自净能力与生态稳定性。

目前河道水体主要采取清淤、截污、生态修复等措施进行治理，其中截断外源污染进入河道的截污工程是治理工作的关键。初期雨水以及雨污混合直排入河是自然水体迅速污染并难以治理的关键因素，因此通过截污技术切断河道外源污染，以此削减河道后期待处理污染物的含量，将高度集中的污染物围合在半封闭空间中，快速削减污水中污染物是解决这一难题的一个有效措施。此外，对截污后的河道使用适宜的技术措施进行适当的修复治理，即可帮助河道重新构建生态自净系统，恢复系统的自净能力。

河道截污工程是一项艰巨且持久的任务，难以在短期内取得成效，而河道治理的任务却异常紧迫而严格，要求在短期内达到成效，因而往往需要在河道未截污或者截污处理不彻底的情况下进行河道修复，耗费更大的人力物力。常规的截污技术需面临停水处理时间、污染物含量高且成分复杂等问题，难以取得较好的成效，特殊处理方式往往会耗费大量资金，且难以维持较长时间，经济方面不合理难以实行。因此，寻找一种廉价清洁、高效节能的河道截污方式非常重要。

发明内容

本发明的目的是针对河道高效截污技术的不足，设计出一种利用电解进行强化的截污装置，使排水口排放的雨污在截污装置封闭的合围内得到净化，为河道截污工程提供了一种廉价高效的可行性技术支持。

为了达到上述发明目的，本发明采取的技术方案如下：

一种针对入河污染的电解强化截污装置，它包括围绕河岸排水口设置的三面生态墙体、组合电极、通气和传输管路系统以及生态墙体辅助系统。

所述生态墙体为透水结构，从河岸排水口出来的初期雨水或雨污混流，先在生态墙体围成的空间内停留，然后再透过生态墙体进入河内，生态墙体会对初期雨水和雨污混流中的污染物进行拦截和消减，而对于后期清净雨水则影响较小。

所述组合电极包括一组以上的铁-碳组合电极和一组以上的阳极氧化组合电极，相互并联后成对插入生态墙体内部；铁-碳组合电极除磷效果非常显著，阳极氧化组合电极对氨氮和有机物的去除效果较好。

所述通气和传输管路系统位于生态墙体围绕河岸排水口形成的空间内，包括墙体内的通气传输管路以及铺设在生态墙体围合空间底部的增氧曝气系统；墙体内通气传输管路包括若干内部纵管和透气管，用于传输并提供生物膜以及铁-碳组合电极的电解反应所需氧气；每条内部纵管垂直设置在生态墙体内，上部连接有若干透气管；透气管一端与内部纵管连通，另一端开口与生态墙体围成的内部空间连通铁-碳组合电极；所述增氧曝气系统铺设在生态墙体围成的空间底部，包括若干条河底气体传输管道和设置在管道上的曝气装置，为生态墙体围合空间内截留的污水进行曝气处理，可帮助生物膜有效削减污染物，转化氨氮和COD。

所述生态墙体辅助系统包括覆盖墙体内侧与围合空间底部的生物膜载体，种植在生态墙体顶部的水生植物，以及墙体内部的缓释菌剂投加器；生物膜载体作为微生物的挂膜材料，能形成一层生物膜，净化污水中的有机物；水生植物有着美化环境和吸收水中营养物质的作用；缓释菌剂投加器均匀分布在生态墙体内，其能将微生物菌剂均匀地释放于水体中，避免菌剂沉于水底而造成浪费。

具体地，所述生态墙体包括设置在墙体内外两侧表面的透水铅丝网、墙体边角的不锈钢固定框架、以及填充于两侧透水铅丝网之间的墙体组合填料，并在墙体底部设置墙体固定脚来稳定墙体在河道中的位置；所述墙体组合填料包括吸附过滤组合填料和导电组合填料两种功能性组合填料。

优选地，所述吸附过滤组合填料由陶粒、火山岩混合而成；所述导电组合填料是由石墨与金属氧化物、水泥、沙土等烧结而成的规整化材料。

所述不锈钢固定框架构成墙体的支撑骨架结构，与加强筋(施工关键点添加，图示未标出具体位置)、铅丝网配合作用保证了截污生态墙稳定坚固的外部结构不受水流影响。

所述组合电极连接外部的供电系统，对透过墙体组合填料的污水进行电解处理。所述供电系统可采用生活用电或太阳能光电，使用太阳能光电则需要安装太阳能光伏发电系统，将太阳光辐射直接转换为电能供给电极使用。

生态墙体由供电系统提供电化学反应必需的外源电子与气体传输、增氧曝气必需的电量。

优选地，所述铁-碳组合电极设置在墙体的内环，每组包括铁棒阳极和石墨棒阴极；所述阳极氧化组合电极设置在墙体外环，每组包括钛-钌-铱阳极和不锈钢阴极。

有益效果：

本发明截污装置采取一体化水处理设备，针对排水存在的雨污混流或溢流现象，设计使用电解强化生态过滤墙对集中直排入河的点源污染进行有效拦截和原位强化净化。该技术利用生态过滤、电解强化和增氧曝气三者相结合的方式，在新进污水尚未完全扩散，污染物较为集中时将其围合在半封闭空间内，快速削减污水中的COD、总氮、总磷等污染物。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明做更进一步的具体说明，本发明的上述和/或其他方面的优点将会变得更加清楚。

图1为该截污装置的整体结构剖面图；

图2为该截污装置的整体结构俯视图。

其中，各附图标记分别代表：1、河岸；2、排水口；3、河面常水位；4、河底；5、生态墙体；51、不锈钢固定框架；521、墙体内侧透水铅丝网；522、墙体外侧透水铅丝网；53、墙体组合填料；531、吸附过滤组合填料；532、导电组合填料；54、墙体固定脚；61、铁-碳组合电极；611、铁棒阳极；612、石墨棒阴极；62、阳极氧化组合电极；621、钛-钌-铱阳极；622、不锈钢阴极；71、增氧曝气系统；711、河底气体传输管道；712、曝气装置；72、通气传输管路；721、内部纵管；722、透气管；81、生物膜载体；82、水生植物；83、缓释菌剂投加器；9、太阳能光伏发电系统。

具体实施方式

根据下述实施例，可以更好地理解本发明。

说明书附图所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容所能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“前”、“后”、“中间”等用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

此外，本发明使用电解方式强化截污墙的截污能力，外加供电系统可使用生活用电或太阳能光电，本实施例即采用太阳能光电提供截污墙所需电力。

如图1和2所示，该针对入河污染的电解强化截污装置包括围绕河岸1的排水口2设置的三面生态墙体5、组合电极、通气和传输管路系统以及生态墙体辅助系统。

生态墙体5为透水结构，厚度约为0.5米，围合的半封闭空间中水面高度不低于河道中的河面常水位3，从河岸排水口2出来的污水，先在生态墙体5围成的空间内停留，然后再透过生态墙体5进入河底4。

生态墙体5包括设置在生态墙体边角的不锈钢固定框架51，设置在墙体内外两侧的墙体内侧透水铅丝网521、墙体外侧透水铅丝网522，填充于两侧透水铅丝网之间的墙体组合填料53，以及设置于墙体底部的墙体固定脚54；组合电极设置在墙体组合填料53内部，分为设置在墙体内环的铁-碳组合电极61以及设置在墙体外环的阳极氧化组合电极62；相互并联后成对插入生态墙体内部，电极下端高出河底10cm以上；由太阳能光伏发电系统9供电，对透过墙体组合填料53的污水进行电解处理；墙体组合填料53包括吸附过滤组合填料531和导电组合填料532，吸附过滤组合填料531由陶粒、火山岩混合而成，粒径约为2-4cm，利用填料比表面积大，附着生物种类多、数量大的特点，通过微生物的附着形成丰富的菌落强化河流生态系统的自净能力以稳定水质，其中火山岩更是微生物挂膜的良好载体，改性处理后效果更佳。

导电组合填料532是由石墨与金属氧化物、水泥、沙土等烧结而成的规整化材料，以石墨作为填料导电作用的承担者，填料粒径约为1-2cm。铁-碳组合电极61的阳极选用直径约2cm的铁棒611，阴极使用直径约2cm的石墨棒612。在通电情况下，铁碳两极会发生以下反应：

阳极：Fe-2e^-→Fe²⁺；

阴极：2H⁺+2e^-→2[H]→H₂

铁阳极在电解过程中产生的Fe²⁺可以与磷酸根反应生成磷酸铁沉淀物，对磷的去除效果十分显著，阴极在电解的过程中产生微量的氢气，可以供填料表面的微生物作为自养反硝化微生物的能源。铁-碳电极组合位于墙体内环部分，有墙体通气传输管路72提供充足的氧气，在偏酸性环境中可能与Fe²⁺共同作用发生电-Fenton效应生成强氧化性的·OH，能有效去除难氧化的污染物。需要注意的是，铁-碳电极组合发生的是牺牲阳极的电化学反应，因此需要定期填充阳极铁棒以保证电化学反应的进行。

阳极氧化组合电极62的阳极选用钛-钌-铱材料621，阴极选用不锈钢材料622，电极材料为板状，宽度约为8cm。水中的氯离子在阳极失去电子生成氯气，氯气遇水反应生成强氧化性的HClO，此外，在中性或酸性条件下，钛-钌-铱阳极发生析氧反应产生·OH，在碱性条件下阳极可以直接氧化去除氨氮：

NH₃+3OH^-→1/2N₃+3H₂O+2e^-

电化学反应能够在阴极将硝酸盐还原去除硝态氮，通过电极引入的外源电子作为一种清洁、无二次污染的脱氮电子供体，可以提供给过滤墙内的反硝化细菌进行脱氮。

所述不锈钢固定框架51构成墙体的支撑骨架结构，与加强筋(施工关键点添加，图示未标出具体位置)、透水铅丝网配合作用保证了截污生态墙稳定坚固的外部结构不受水流影响；设置于墙体底部的墙体固定脚54将生态截污墙的主体部分牢牢固定在河道底部的固定位置，使墙体不会受水流影响而移动。

通气和传输管路系统位于生态墙体5围绕河岸排水口2形成的空间内，包括增氧曝气系统71和墙体内的通气传输管路72；增氧曝气系统71铺设在生态墙体5围成的空间底部，包括河底气体传输管道711和设置在管道上的曝气装置712；通气传输管路72包括若干内部纵管721和透气管722，用于传输并提供生物膜以及铁-碳电极的电解反应所需氧气，必要时可用于投加微生物菌剂，以增强污水处理能力，其中内部纵管721垂直设置在墙体组合填料53内，上部连接有若干透气管722，透气管722一端与内部纵管721连通，另一端开口与生态墙体5围成内部空间连通。增氧曝气系统71可以在生物膜载体81内营造厌氧缺氧好氧交替的微生物生存条件，微生物在挂膜材料上形成生物膜，能够吸附污水中的有机物，由外部好氧层的好氧细菌将其分解，在进入内部厌氧层后再由厌氧细菌进行厌氧分解，从而达到净化水质的目的。

生态墙体5围成的空间底部、生态墙体5内侧墙壁上铺设有生物膜载体81，作为微生物挂膜的载体，是合成纤维的改性生物填料，比表面积大、强度高、亲水性好，能快速形成一层生物膜，净化污水中的有机物。

水生植物82栽植于墙体组合填料53顶部，可使用菖蒲类、梭鱼草等，不仅有美化环境的作用，在吸收污染物和净化污水方面也有良好的效果。

缓释菌剂投加器83遍布墙体组合填料53内部，其构型材质、设计使用等可根据具体使用情况进行调整，此实施例选用PVC小管作为微生物菌剂的载体，垂直分布于生态墙体内，且顶部开口并露出在生态墙体外，用于补充微生物菌剂，PVC小管具有自支撑作用且表面布满微孔，保证小管内部的微生物菌剂能够均匀地释放于水体中，避免菌剂沉于水底而造成浪费。

通气和传输管路系统，组合电极与墙体内导电组合填料构成的电解系统使用太阳能供电，将太阳能光伏发电系统9与电网连接并网运行，这不仅能够省去蓄电池，大幅度降低造价，还有更高的发电效率和更好的环保性能。常见并网运行的太阳能光伏板组件尺寸为1.7m×1m×0.4m时重量低于20kg，最大功率超过300W，最大功率点的工作电压超过30V，足够提供生态截污墙所需电量，因此可将太阳能光伏板安装于生态截污墙顶部便于收集阳光。生态墙体由供电系统提供电化学反应必需的外源电子与气体传输、增氧曝气必需的电量。

本发明提供了一种针对入河污染的电解强化截污装置的思路及方法，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。

Claims

1.一种针对入河污染的电解强化截污装置，其特征在于，它包括围绕河岸排水口(2)设置的三面生态墙体(5)、组合电极、通气和传输管路系统以及生态墙体辅助系统；

所述生态墙体(5)为透水结构，从河岸排水口(2)出来的初期雨水或雨污混流，先在生态墙体(5)围成的空间内停留，然后再透过生态墙体(5)进入河内；

所述组合电极包括一组以上的铁-碳组合电极(61)和一组以上的阳极氧化组合电极(62)，相互并联后成对插入生态墙体(5)内部；

所述通气和传输管路系统位于生态墙体(5)围绕河岸排水口(2)形成的空间内，包括墙体内的通气传输管路(72)以及铺设在生态墙体围合空间底部的增氧曝气系统(71)；

所述生态墙体辅助系统包括覆盖生态墙体(5)内侧与围合空间底部的生物膜载体(81)，种植在生态墙体顶部的水生植物(82)。

2.根据权利要求1所述的针对入河污染的电解强化截污装置，其特征在于，所述生态墙体(5)包括设置在墙体内外两侧表面的透水铅丝网(521、522)、设置在生态墙体边角的不锈钢固定框架(51)、填充于两侧透水铅丝网之间的墙体组合填料(53)，以及设置于墙体底部的墙体固定脚(54)。

3.根据权利要求1所述的针对入河污染的电解强化截污装置，其特征在于，所述铁-碳组合电极(61)设置在墙体的内环，每组包括铁棒阳极(611)和石墨棒阴极(612)；所述阳极氧化组合电极(62)设置在墙体外环，每组包括钛-钌-铱阳极(621)和不锈钢阴极(622)。

4.根据权利要求1所述的针对入河污染的电解强化截污装置，其特征在于，所述增氧曝气系统(71)包括若干条河底气体传输管道(711)和设置在管道上的曝气装置(712)；所述通气传输管路(72)包括若干内部纵管(721)和透气管(722)；每条内部纵管(721)垂直设置在生态墙体(5)内，上部连接有若干透气管(722)；透气管(722)一端与内部纵管(721)连通，另一端开口与生态墙体(5)围成的内部空间连通。

5.根据权利要求1所述的针对入河污染的电解强化截污装置，其特征在于，所述组合电极(6)连接外部的供电系统(9)，所述供电系统(9)采用生活用电或太阳能光伏发电。

6.根据权利要求1所述的针对入河污染的电解强化截污装置，其特征在于，所述生态墙体辅助系统(8)还包括缓释菌剂投加器(83)，其分布于生态墙体(5)墙体内。

7.根据权利要求2所述的针对入河污染的电解强化截污装置，其特征在于，所述墙体组合填料(53)包括吸附过滤组合填料(531)和导电组合填料(532)，吸附过滤组合填料(531)由陶粒、火山岩混合而成，导电组合填料(532)由石墨与其他不导电填料烧结而成。