CN113213618A - 一种净化城市面源有机污染的末端治理系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种净化城市面源有机污染的末端治理系统及方法。所述系统包括生物反应装置和土壤渗滤装置；其中，所述生物反应装置包括保温容器，在所述保温容器内混合填充有多孔立体网泡微生物共生载体材料、微生物酶制剂、和营养液；所述保温容器底部还设置有用于为保温容器供氧的曝气装置；所述土壤渗滤装置包括由上至下依次设置的土壤层、填料层、砂层、和砾石层，在所述土壤层上种植有挺水植物；待处理污水由所述生物反应装置的底部导入、顶部导出，再自上而下落入所述土壤渗滤装置，经所述土壤渗滤装置净化后排出。本发明可深度降解水体中有机物和氨氮，改善水体环境，恢复水生态系统，从而恢复水体自净能力。

Description

一种净化城市面源有机污染的末端治理系统及方法
技术领域
本发明涉及一种水污染治理的系统及方法，尤其涉及一种净化城市面源有机污染的末端治理系统及方法。
背景技术
城市化的快速发展引发了一系列生态环境问题，其中，城市面源污染不容小觑。
城市面源污染是指污染物在降水和径流冲刷作用下进入河道，引发的河道严重污染。目前针对重污染河道修复方法主要包括生物法、化学法和物理法。其中，生物法具有效率高、成本低和无二次污染等优点被广泛应用，在我国部分地区的实践取得了一定的效果，但是对有机物的净化效果尚不理想。
一方面是因为有机物的去除效果往往只是采用COD、BOD等指标进行评价，这些指标很难反映生物法处理重污染水体过程中溶解有机物(DOM)组成和含量的变化特征，而DOM在水体起着至关重要的作用，是水体中异养型微生物的重要碳源和能源；其次，基质填料是影响生物法修复效果的关键因素之一，而市面上普通的基质填料存在生物亲和性低、比表面积小和易老化等不足，无法满足重污染河道治理要求。
发明内容
本发明针对现有技术的弊端，提供一种净化城市面源有机污染的末端治理系统及方法。
本发明所述的净化城市面源有机污染的末端治理系统，包括生物反应装置和土壤渗滤装置；
其中，所述生物反应装置包括保温容器，在所述保温容器内混合填充有多孔立体网泡微生物共生载体材料、微生物酶制剂、和营养液；所述保温容器底部还设置有用于为保温容器供氧的曝气装置；
所述土壤渗滤装置包括由上至下依次设置的土壤层、填料层、砂层、和砾石层，在所述土壤层上种植有挺水植物；
待处理污水由所述生物反应装置的底部导入、顶部导出，再自上而下落入所述土壤渗滤装置，经所述土壤渗滤装置净化后排出。
本发明所述的净化城市面源有机污染的末端治理系统中，所述保温容器具有容水腔壁，所述容水腔壁与水温调节池连通；
在所述水温调节池内设置有加热装置。
本发明所述的净化城市面源有机污染的末端治理系统中，所述保温容器的顶部和底部分别设置有多孔筛板，所述多孔立体网泡微生物共生载体材料被置于顶部的多孔筛板和底部的多孔筛板之间。
本发明所述的净化城市面源有机污染的末端治理系统中，所述多孔立体网泡微生物共生载体材料为聚氨酯材料的正方体载体，其尺寸分别为3*3*3cm和5*5*5cm，并按体积比2:1的比例填充。
本发明所述的净化城市面源有机污染的末端治理系统中，所述微生物酶制剂及营养液按4g/L比例投入保温容器内。
本发明所述的净化城市面源有机污染的末端治理系统中，所述营养液由葡萄糖、氯化铵和磷酸二氢钾按质量比50:10:1的比例配置。
本发明所述的净化城市面源有机污染的末端治理系统中，所述土壤层为种植土，其容积占总容积的15％；
所述填料层由粒径为5～10mm的沸石、生物陶粒和石英砂混合按1:1:1体积比混合而成，其容积占总容积的45％；
所述砂层为粒径0.5～1mm的粗砂，其容积占总容积的20％；
所述砾石层为粒径15～30mm的砾石，其容积占总容积的20％。
本发明所述的净化城市面源有机污染的末端治理系统中，在所述砾石层还埋设有出水管。
本发明所述的净化城市面源有机污染的末端治理系统中，还包括与所述出水管连通的溢流管，所述溢流管向上依次穿过所述砾石层、砂层、填料层、和土壤层，且其开口位于所述土壤层表面之上。
本发明还提供一种利用前述净化城市面源有机污染的末端治理系统净化城市面源有机污染的末端治理方法，包括如下步骤：
启动步骤，将进入生物反应装置的进水流量设定为5L/d，将生物反应装置的曝气量设定为2.4m3/d，闷曝3天，而后连续出水4天；
净化步骤，将进入生物反应装置的进水量设定为5L/d～8.9L/d，水力停留时间设定为8～15h，并令溶解氧保持大于4mg/L，自生物反应装置底部进入的污水自下而上流经生物反应装置后、再自上而下落入所述土壤渗滤装置，而后经所述土壤渗滤装置净化后排出。
本发明所述的净化城市面源有机污染的末端治理系统及方法中，通过所述生物反应装置中微生物的作用和土壤渗滤装置中的土壤渗滤的作用，深度降解水体中有机物和氨氮，改善水体环境，恢复水生态系统，从而恢复水体自净能力。
附图说明
图1为本发明所述净化城市面源有机污染的末端治理系统的结构示意图；
图2为未经净化前进水中DOM三维荧光示意图；
图3为经过本发明的净化后出水中DOM三维荧光示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
如图1所示，本发明所述的净化城市面源有机污染的末端治理系统，包括生物反应装置4和土壤渗滤装置15。
其中，所述生物反应装置4具体包括保温容器7，所述保温容器7具有容水腔壁，该容水腔壁与设置有加热装置14(例如电加热棒)的水温调节池13连通，并可通过计量泵11实现水温调节池13与容水腔壁之间的水体流动，以调节保温容器7的温度，满足其内部微生物的生长的温度要求。
在所述保温容器7的内腔5内混合填充有多孔立体网泡微生物共生载体材料(所谓多孔立体网泡微生物共生载体材料，即聚氨酯材料的多孔的、立体的、带有网泡的正方体载体，其作为微生物载体，尺寸可选用3*3*3cm和5*5*5cm规格，并按体积比2:1的比例填充)、微生物酶制剂(例如脱氮除磷菌剂等水处理菌剂)、和营养液。其中，所述微生物酶制剂及营养液按4g/L比例投入保温容器内。所述营养液可由葡萄糖、氯化铵和磷酸二氢钾按质量比50:10:1的比例配置。进一步的，还可在所述保温容器7的顶部和底部分别设置有多孔筛板6、9，所述多孔立体网泡微生物共生载体材料被固定于顶部的多孔筛板6和底部的多孔筛板9之间。本发明中，通过设置多孔立体网泡微生物共生载体材料可以固定住微生物，使得微生物不易流失，并能够有效保持微生物的活性。而设置于顶部的多孔筛板6和底部的多孔筛板9又可进一步的固定住多孔立体网泡微生物共生载体材料。
在所述保温容器7的底部还设置有用于为保温容器7供氧的曝气装置8。所述曝气装置8具体可位于多孔筛板9的下方，所述曝气装置8可通过外接曝气机10来为所述保温容器7供氧。
所述土壤渗滤装置15具体包括由上至下依次设置的土壤层20、填料层21、砂层22、和砾石层16，在所述土壤层20上种植有挺水植物18(如香蒲、菖蒲)。其中，所述土壤层为种植土，其容积占总容积的15％；所述填料层由粒径为5～10mm的沸石、生物陶粒和石英砂混合按1:1:1体积比混合而成，其容积占总容积的45％；所述砂层为粒径0.5～1mm的粗砂，其容积占总容积的20％；所述砾石层为粒径15～30mm的砾石，其容积占总容积的20％。进一步的，还可在所述砾石层16中埋设出水管17，所述出水管17开设有透水的渗漏孔(图中未示)。另外，还可设置与所述出水管17连通的溢流管19，所述溢流管19向上依次穿过所述砾石层16、砂层22、填料层21、和土壤层20，且其开口位于所述土壤层20的表面之上，当出水管17内的水量过大而无法及时排出时，通过溢流管19将过量的水导引至土壤层20的表面之上，再在重力作用下依次流经土壤层20、填料层21、砂层22、和砾石层16，使得这部分水体再次净化。
本发明中，待处理的污水可通过进水管2进入蓄水箱1中，再在计量泵3的作用下将待处理的污水由所述生物反应装置4的底部导入、并自所述生物反应装置4的顶部导出。在所述生物反应装置4的顶部设置出水管12，所述出水管12与所述土壤渗透装置15最顶部的土壤层20之间存在高度差，这样，出水管12中经过反应的水体自上而下落入所述土壤渗滤装置15，经所述土壤渗滤装置15净化后排出。
通过所述生物反应装置4中微生物的作用和土壤渗滤装置15中的土壤渗滤的作用，深度降解水体中有机物和氨氮，改善水体环境，恢复水生态系统，从而恢复水体自净能力。
本发明还提供一种应用前述系统净化城市面源有机污染的末端治理方法。其步骤包括了启动步骤和净化步骤。
其中，所述启动步骤是将进入生物反应装置的进水流量设定为5L/d，将生物反应装置的曝气量设定为2.4m3/d，闷曝3天，而后连续出水4天。该启动步骤为净化步骤之前的准备步骤，是为后续的净化步骤提供适宜的微生物环境，是微生物培养的生长阶段，只有微生物生长起来，才可以有效用于后续的净化步骤。
所述净化步骤，是将进入生物反应装置的进水量设定为5L/d～8.9L/d，水力停留时间设定为8～15h，并令溶解氧保持大于4mg/L，待处理的污水自生物反应装置底部进入并自下而上流经生物反应装置后、再自上而下落入所述土壤渗滤装置，而后经所述土壤渗滤装置净化后排出。
表1进出水水质指标(mg/L)
Figure BDA0002968064650000051
如表1所示，经过本发明所述系统及方法的治理，污水中COD、NH4 +-N、TP、TN、TOC、TSS去除率分别达97.86％、97.33％、86.27％、94.92％、94.46％、82.26％。
表2进出水DOM荧光峰位置及荧光强度
Figure BDA0002968064650000052
如表2所示，经过本发明所述系统及方法的治理，出水DOM中类腐殖酸和类富里酸峰消失，类蛋白峰Peak B和Peak D去除率分别达92.99％和93.24％。
另参见图2进水与图3出水的对比可以看出，经过本发明所述系统及方法的净化治理，DOM中类蛋白、类腐殖酸和类富里酸物质去除效果明显。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (10)

1.一种净化城市面源有机污染的末端治理系统，其特征在于，包括生物反应装置和土壤渗滤装置；
其中，所述生物反应装置包括保温容器，在所述保温容器内混合填充有多孔立体网泡微生物共生载体材料、微生物酶制剂、和营养液；所述保温容器底部还设置有用于为保温容器供氧的曝气装置；
所述土壤渗滤装置包括由上至下依次设置的土壤层、填料层、砂层、和砾石层，在所述土壤层上种植有挺水植物；
待处理污水由所述生物反应装置的底部导入、顶部导出，再自上而下落入所述土壤渗滤装置，经所述土壤渗滤装置净化后排出。
2.如权利要求1所述的净化城市面源有机污染的末端治理系统，其特征在于，所述保温容器具有容水腔壁，所述容水腔壁与水温调节池连通；
在所述水温调节池内设置有加热装置。
3.如权利要求1所述的净化城市面源有机污染的末端治理系统，其特征在于，所述保温容器的顶部和底部分别设置有多孔筛板，所述多孔立体网泡微生物共生载体材料被置于顶部的多孔筛板和底部的多孔筛板之间。
4.如权利要求1所述的净化城市面源有机污染的末端治理系统，其特征在于，所述多孔立体网泡微生物共生载体材料为聚氨酯材料的正方体载体，其尺寸分别为3*3*3cm和5*5*5cm，并按体积比2:1的比例填充。
5.如权利要求1所述的净化城市面源有机污染的末端治理系统，其特征在于，所述微生物酶制剂及营养液按4g/L比例投入保温容器内。
6.如权利要求1所述的净化城市面源有机污染的末端治理系统，其特征在于，所述营养液由葡萄糖、氯化铵和磷酸二氢钾按质量比50:10:1的比例配置。
7.如权利要求1所述的净化城市面源有机污染的末端治理系统，其特征在于，所述土壤层为种植土，其容积占总容积的15％；
所述填料层由粒径为5～10mm的沸石、生物陶粒和石英砂混合按1:1:1体积比混合而成，其容积占总容积的45％；
所述砂层为粒径0.5～1mm的粗砂，其容积占总容积的20％；
所述砾石层为粒径15～30mm的砾石，其容积占总容积的20％。
8.如权利要求7所述的净化城市面源有机污染的末端治理系统，其特征在于，在所述砾石层还埋设有出水管。
9.如权利要求8所述的净化城市面源有机污染的末端治理系统，其特征在于，还包括与所述出水管连通的溢流管，所述溢流管向上依次穿过所述砾石层、砂层、填料层、和土壤层，且其开口位于所述土壤层表面之上。
10.一种利用权利要求1所述的净化城市面源有机污染的末端治理系统的方法，其特征在于，包括如下步骤：
启动步骤，将进入生物反应装置的进水流量设定为5L/d，将生物反应装置的曝气量设定为2.4m3/d，闷曝3天，而后连续出水4天；
净化步骤，将进入生物反应装置的进水量设定为5L/d～8.9L/d，水力停留时间设定为8～15h，并令溶解氧保持大于4mg/L，自生物反应装置底部进入的污水自下而上流经生物反应装置后、再自上而下落入所述土壤渗滤装置，而后经所述土壤渗滤装置净化后排出。
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