CN110182947A - 一种湿地反硝化填料及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种湿地反硝化填料,能够为湿地的反硝化过程稳定提供碳源,根据不同的条件,选择不同规格来控制碳源的释放速度,其球状外形以及规则的多通孔设计能够防止湿地被堵塞,可完全降解塑料的材质对环境无危害,且来源稳定,能够满足大规模生产的需要;本发明还提供了一种湿地反硝化填料的应用,通过将所述湿地反硝化填料与石灰石按比例混合后填入水平潜流湿地作为反硝化碳源,反硝化菌在水平潜流湿地提供的无氧环境下,通过生物降解和吸附完成反硝化的过程,有效的去除了总氮,通过与除磷材料混合添加还可以兼顾除磷,适宜推广。

Description

一种湿地反硝化填料及其应用
技术领域
本发明涉及一种环保材料领域,具体涉及一种用于人工湿地治理的反硝化填料及其应用。
背景技术
当前,人工湿地因其工艺设备简单、运行维护费用低以及具有景观价值等优点,广泛应用于黑臭水体治理、污水厂尾水深度净化处理、地表径流污染防控等,这些水体氮含量较高,有机物含量相对较低,而人工湿地脱氮的主要机制为微生物的硝化和反硝化作用,对于这种低碳高氮的污水,系统反硝化阶段的碳源不足,会导致人工湿地的整体脱氮效果欠佳,未被反硝化除去的硝酸盐或亚硝酸盐被带到下游,对生物产生毒害作用,因此如何添加外源碳来提高人工湿地系统微生物的脱氮作用作为除氮技术的关键点成为近年来研究的热点。
近年来也有许多报道将植物秸秆、木屑等含有纤维素的天然材料作为碳源加入人工湿地中作为外源碳,但是天然材料中含有的纤维素一方面在碳源的释放速度不能得到有效控制,受外界条件的影响比较大,另一方面天然材料难以加工成合适的形状,可能会对湿地造成堵塞,影响反硝化的进程;另外也有使用可溶性的有机物作为碳源从人工湿地的进水口作为碳源加入反硝化过程,但是可溶性的有机物本身的毒性会对环境造成潜在的危害。
综上所述,人工湿地中添加的外源碳需要来源稳定、加工方便、释放速度可控且不会对环境造成危害。
发明内容
为解决实现以上目的,本发明提供以下技术方案:
一种湿地反硝化填料,球状且设有多个通孔,所述通孔规则排列且相互连通,所述湿地反硝化填料的材质为可完全降解塑料,所述湿地反硝化填料采用可完全降解塑料制成,一方面来源稳定,容易大规模生产,另一方面在使用后能够完全生物降解,不会对环境造成危害,球状外形和规则的多通孔设计一方面易于加工,另一方面还能够保证填入湿地后不会堵塞湿地,规格相同的反硝化填料能够保证碳源的释放速度稳定可控,在条件相近的情况下,能够根据实验数据计算出湿地中填料的大概用量,避免浪费。
进一步地,所述湿地反硝化填料上设有三组通孔,每组通孔有4个分支通孔,每组通孔均贯穿球体,每组通孔的4个分支通孔以正方形阵列,每组通孔内的其中一个分支通孔均连通另外两组通孔中的其中两个分支通孔,且所述的其中一个通孔和其连通的另外两组的分支通孔垂直,所述反硝化填料的球体上的通孔之间互相连通增大了比表面积,有利于碳源的释放,互相垂直的几组通孔方便了所述反硝化填料的加工。
进一步地,所述填料所在的球体直径为30-50mm,所述通孔的直径为6-10mm,所述每组通孔所在的正方形阵列的边长为9-15mm,根据填料所在球体的直径大小来确定通孔的直径以及每组通孔所在的正方形阵列的边长,能够制造出大小不同的多种规格的湿地反硝化填料,满足不同的需要。
进一步地,所述湿地反硝化填料的材质为聚己酸内酯或者蓝藻生物塑料,所述两种材质均为可完全降解塑料,能够满足湿地反硝化过程中对碳源的需求,区别在于成本和总氮的去除效果有所不同。
综上所述,本发明提供的湿地反硝化填料能够为湿地的反硝化过程稳定提供碳源,根据不同的条件,选择不同规格的湿地反硝化填料来控制碳源的释放速度,所述湿地反硝化填料的球状外形以及规则的多通孔设计能够防止湿地被堵塞,可完全降解塑料的材质对环境无危害,且来源稳定,能够满足大规模生产的需要。
本发明还提供了一种湿地反硝化填料的应用,将湿地反硝化填料与石灰石按照重量比0.01-0.05:1混合,填入水平潜流湿地作为反硝化碳源,所述湿地反硝化填料与石灰石混合后一次性填入,方便施工,在湿地反硝化填料被降解完全之前均能够起到为反硝化过程提供碳源的作用。
进一步地,采用湿地反硝化填料采用多种规格的混合投放,因为规格大的比表面积小,故释放碳源的速度慢,只投放小规格的湿地反硝化填料,会因碳源释放过快使湿地反硝化填料被快速降解,湿地的使用寿命缩短,只投放大规格的湿地反硝化填料,会造成碳源释放速度慢,影响反硝化的效果,影响总氮的去除率,综上,采用多规格的湿地反硝化填料混合投放。
进一步地,采用湿地反硝化填料与除磷材料混合投放,能够在除氮的同时兼顾除磷。
综上所述,本发明提供的湿地反硝化填料的应用,通过将所述湿地反硝化填料与石灰石按比例混合后填入水平潜流湿地作为反硝化碳源,反硝化菌在水平潜流湿地提供的无氧环境下,通过生物降解和吸附完成反硝化的过程,有效的去除了总氮,通过与除磷材料混合添加还可以兼顾除磷,适宜推广。
附图说明
图1为湿地反硝化填料的轴测图;
图2为湿地反硝化填料的剖面图;
图3为水平潜流湿地的侧视示意图;
图4为水平潜流湿地的俯视示意图。
图中:湿地反硝化填料-1、通孔-2、池体-3、进水口-4、一级布水墙-5、折流墙-6、防渗层-7、填料层-8、二级布水墙-9、湿生植物-10、出水口-11、a1通孔-211、b1通孔-221、c1通孔-231。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、特征与功效更易被理解,下面结合具体实施方式和本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。
基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例,都属于本发明保护的范围。
实施例1
如图1所示,一种湿地反硝化填料1,为球状,直径为40mm,其表面开有多个通孔2,所述通孔2在球体内部互相连通,所述通孔2的孔径为8mm,通孔2之间的间距为12mm,所述湿地反硝化填料的材质为聚己酸内酯。
实施例2
如图2所示,一种湿地反硝化填料1,为球状,直径为30mm,其表面开有多个通孔2,所述通孔2分为a组、b组、c组,每组有通孔4个,分别为a1通孔211-a4通孔,分别为b1通孔221-b4通孔,分别为c1通孔231-c4通孔,a1通孔211垂直于b1通孔221和c1通孔231,b1通孔221和c1通孔231相互垂直,所述通孔2的孔径为6mm,每组通孔所在的正方形阵列的边长即为每组通孔中相邻两通孔的孔间距,即a1通孔的中心为a1,a2通孔的中心为a2,a3通孔的中心为a3,线a1a2垂直于a2a3,则a1a2的长度为每组通孔中相邻两通孔的孔间距,通孔2之间的孔间距为9mm,所述湿地反硝化填料1的材质为聚己酸内酯,所述湿地反硝化填料1采用注塑工艺制造。
实施例3
与实施例2相似,其不同点在于所述湿地反硝化填料球体直径为50mm,所述通孔2的孔径为10mm,通孔2之间的孔间距为15mm,所述湿地反硝化填料1的材质为蓝藻生物塑料。
实施例4
如图3、4所示的水平潜流湿地,所述的水平潜流湿地包括池体3、进水口4、一级布水墙5、折流墙6、防渗层-7、填料层-8、二级布水墙-9、湿生植物-10、出水口-11,所述进水口4设置在水流的上游,所述进水口4中加入反硝化菌菌包,所述一级布水墙5设置在进水口4之后,所述折流墙6设置在池体3的中下部且间隔50cm上下错位设置,所述二级布水墙9设置在水流的下游,所述出水口11设置在二级布水墙9之后,所述潜流湿地底部设置防渗层7,防渗层7上部设置填料层8,所述填料层8上种植湿生植物10;
所述填料层8为湿地反硝化填料1与石灰石按照重量比0.03:1混合后制成;所述湿地反硝化填料1的直径为30mm,孔径为6mm,通孔2之间的孔间距为9mm,通孔2设置3组,每组通孔2为4个,每组通孔2之间互相垂直,所述湿地反硝化填料1的材质为聚己酸内酯;
通过检测水平潜流湿地进水、出水的总氮指标,考察湿地反硝化填料1的反硝化效果;
按照上述方式同步设置对照组,对照组的水平潜流湿地中不添加任何碳源,用于对比所述湿地反硝化填料作为碳源对总氮的去除效果;
如表1所示,采用水平潜流湿地的运行时间160天的数据,所述时间范围内平均气温25℃,进水总氮浓度平均为4.72ppm,出水总氮浓度平均为0.50ppm,总氮的平均去除率为89.56%,与不加所述湿地反硝化填料1作为碳源的空白组总氮的平均去除率6.74%作为对比,可以明显看出,所述湿地反硝化填料1作为碳源大大促进了水平潜流湿地对总氮的去除率。
表1聚己酸内酯碳源水平潜流湿地的总氮去除效果表
实施例5
与实施例4的不同点在于,所述填料层8为湿地反硝化填料1与石灰石按照重量比0.05:1混合后制成;所述湿地反硝化填料1的直径为50mm,孔径为10mm,通孔2之间的孔间距为15mm,通孔2设置3组,每组通孔2为4个,每组通孔2之间互相垂直,所述湿地反硝化填料1的材质为蓝藻生物塑料;
通过检测水平潜流湿地进水、出水的总氮指标,考察湿地反硝化填料1的反硝化效果,同步设置对照组,对照组的水平潜流湿地中不添加任何碳源,用于对比所述湿地反硝化填料作为碳源对总氮的去除效果;
本实施例中水平潜流湿地所引进污水与实施例4同源;
如表2所示,采用水平潜流湿地的运行时间160天的数据,所述时间范围内平均气温25℃,进水总氮浓度平均为4.72ppm,出水总氮浓度平均为1.09ppm,总氮的平均去除率为77.21%,与不加所述湿地反硝化填料作为碳源的空白组总氮的平均去除率6.74%作为对比,可以明显看出,所述湿地反硝化填料作为碳源大大促进了水平潜流湿地对总氮的去除率。
表2蓝藻生物塑料碳源水平潜流湿地的总氮去除效果表
实施例6
与实施例4的不同点在于,所述填料层8为湿地反硝化填料1与石灰石按照重量比0.01:1混合后制成;所述湿地反硝化填料1的通孔2之间通孔2设置3组,每组通孔2为4个,每组通孔2之间互相垂直,所述湿地反硝化填料1的材质为聚己酸内酯;
所述湿地反硝化填料1采用三种规格的湿地反硝化填料混合投放,其一为直径为30mm,孔径为6mm,孔间距为9mm;其二为直径为40mm,孔径为8mm,孔间距为12mm;其二为直径为50mm,孔径为10mm,孔间距为15mm;
所述湿地反硝化填料1还等比添加除磷材料;
所述水平潜流湿地的总氮去除率约为80%,使用寿命对比使用单纯的直径为30mm,孔径为6mm,孔间距为9mm的湿地反硝化填料,寿命由3年延长到8年,且兼顾了除磷的作用。
以上所述仅为本发明的优选实施例,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内,所作出的任何修改或者等同替换,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种湿地反硝化填料,其特征在于,所述湿地反硝化填料为球状且设有多个通孔,所述通孔规则排列且相互连通,所述湿地反硝化填料的材质为可完全降解塑料。
2.如权利要求1所述的湿地反硝化填料,其特征在于,所述湿地反硝化填料上设有三组通孔,每组通孔有4个分支通孔,每组通孔均贯穿球体,每组通孔的4个分支通孔以正方形阵列,每组通孔内的其中一个分支通孔均连通另外两组通孔中的其中两个分支通孔,且所述的其中一个通孔和其连通的另外两组的分支通孔垂直。
3.如权利要求2所述的湿地反硝化填料,其特征在于,所述湿地反硝化填料所在的球体直径为30-50mm,所述通孔的直径为6-10mm,所述每组通孔所在的正方形阵列的边长为9-15mm。
4.如权利要求3所述的湿地反硝化填料,其特征在于,所述湿地反硝化填料所在的球体直径为40mm,所述通孔的直径为8mm,所述每组通孔所在的正方形阵列的边长为12mm。
5.如权利要求3所述的湿地反硝化填料,其特征在于,所述湿地反硝化填料的材质为聚己酸内酯。
6.如权利要求3所述的湿地反硝化填料,其特征在于,所述湿地反硝化填料的材质为蓝藻生物塑料。
7.如权利要求1-6任一所述的湿地反硝化填料的应用,其特征在于,将所述湿地反硝化填料与石灰石按照重量比0.01-0.05:1混合,填入水平潜流湿地作为反硝化碳源。
8.如权利要求7所述的湿地反硝化填料的应用,其特征在于,所述湿地反硝化填料采用多种规格的混合投放。
9.如权利要求8所述的湿地反硝化填料的应用,其特征在于,所述湿地反硝化填料与除磷材料混合投放。
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