CN113582345A - 可用于污水处理厂尾水水质提升的生态渗滤坝及使用方法 - Google Patents

可用于污水处理厂尾水水质提升的生态渗滤坝及使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种可用于污水处理厂尾水水质提升的生态渗滤坝，包括上游坝体、下游坝体和位于上游坝体、下游坝体之间的过滤区以及智能控制台。所述过滤区包含靠近上游坝体的第一金属框和靠近下游坝体的第二金属框，在第一框架内填充有砾石和铁碳填料，在第二框架内填充有沸石和铁碳填料，所述上游坝体内填充有砾石，所述下游坝体填充有沸石，在上游坝体和下游坝体的表面铺设有透水砖墙，在透水砖墙表面种植有净化植物。本发明的一种可用于污水处理厂尾水水质提升的生态渗滤坝，添加铁碳填料构成新型生态滤坝，并分布反冲洗管防堵塞，可以实现对污水处理厂尾水的水质提标，基质易更换，延长生态滤坝的使用寿命。智能控制台与雷达水位计、溶解氧传感器以及气泵传感器相连，可以实时监测水位、溶解氧以实现气泵的智能化开闭。

Description

可用于污水处理厂尾水水质提升的生态渗滤坝及使用方法
技术领域
本发明涉及一种可用于污水处理厂尾水水质提升的生态渗滤坝及使用方法，属于环境领域。
背景技术
随着我国城市化进程及工业的加速发展，环保问题，特别是城市污水处理已成为各国研究的热点。然而随着大量的生活与工业污水流入江河、湖泊或地下水中，给水体造成严重污染，对渔业用水、生活用水等产生影响。城市污水污染已成为制约国家发展的重要因素之一，因此国家对污水处理厂的排放标准也愈发严格。越来越多的城市污水处理厂为响应国家节能减排号召，排放标准由原来的《城镇污水处理厂污染物排放标准》GB18918-2002中的一级B标准提升为一级A或者更高标准。但即使污水经污水处理厂处理后大多可达一级A要求，其水质仍然劣于V类水质，直接排放到河流中，对于河流水体而言，即可视为污染源。污水厂尾水碳源不足，常规污水处理工艺难以进一步提升出水水质。
生态渗滤坝是在传统溢流坝基础上发展起来的新型生态净水技术，基于人工湿地和快速渗滤的原理，在不影响河道行洪的条件下，利用砾石、卵石、碎石等垒筑坝体，通过控制生态滤坝的渗流量达到水位控制与水质净化的目的。传统生态滤坝基质单一、构筑方式简单、在处理微污染水体时效果较差，并且运行时间较长后易堵塞，反冲洗可有效解决堵塞问题，但现有的反冲洗装置需要人为启动，并且装置的启动时效性较差，不能及时有效地进行反冲洗。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种可用于污水处理厂尾水水质提升的生态渗滤坝，添加铁碳填料构成新型生态滤坝，分布反冲洗管防堵塞，气泵通过水位差和溶解氧浓度自动实现开启闭合，可以实现对污水处理厂尾水的水质提标，基质易更换，延长生态滤坝的使用寿命。
技术方案：为解决上述技术问题，本发明的一种可用于污水处理厂尾水水质提升的生态渗滤坝，包括上游坝体、下游坝体和位于上游坝体、下游坝体之间的过滤区，所述过滤区包含靠近上游坝体的第一金属框和靠近下游坝体的第二金属框，在第一框架内填充有砾石和铁碳填料，在第二框架内填充有沸石和铁碳填料，所述上游坝体内填充有砾石，所述下游坝体填充有沸石，在上游坝体和下游坝体的表面铺设有透水砖墙，在透水砖墙表面种植有净化植物。
作为优选，所述过滤区的两侧均设有反冲洗装置。
作为优选，所述反冲洗装置包含反冲洗管，反冲洗管由聚乙烯管制成的支管和总管组成，总管的外端口与气泵相连，内端口与各支管相连，支管与坝底垂直。
作为优选，所述支管距离最近的金属框为12.5cm，各支管之间相隔0.5m，支管管径为15mm，支管管壁上均匀分布直径为5mm的圆孔。
作为优选，所述砾石粒径为1-3cm，沸石粒径为2-4cm，铁碳填料粒径2-3cm，孔隙度为40％。
作为优选，所述过滤区上方设有智能控制台，智能控制台与坝前坝后所装的雷达水位计、溶解氧传感器以及气泵相连，数据通过遥测终端机可传输到智能控制台以及远程电脑。
作为优选，雷达水位计与太阳能电池板相连。
一种上述的可用于污水处理厂尾水水质提升的生态渗滤坝的使用方法，包括以下步骤：
(1)按照设计，建设好上游坝体、过滤区和下游坝体，将过滤区内的金属框放置到过滤区内；
(2)在上游坝体分别布设溶解氧电极和雷达水位计，过滤区靠近上游坝体的一侧布设反冲洗装置；在下游坝体同时布设另一组溶解氧电极和雷达水位计，过滤区靠近下游坝体的一侧布设另一个反冲洗装置，两侧的溶解氧电极、雷达水位计、反冲洗装置均与智能控制台信号连接；
(3)当坝前溶解氧电极检测水体浓度低于2mg/L时，智能控制台打开坝前一侧的气泵低档进行曝气，当水体DO含量达到2mg/L时，停止曝气；
若监测出进水和出水溶解氧含量均低于0.5mg/L，控制台同时打开两个气泵低档进行曝气，增加水体DO含量，坝前水体达到2mg/L时，停止曝气；
若雷达水位计监测出坝前水位持续上升，坝后水位持续降低，控制台可打开气泵9和10高档进行反冲洗，待水位差稳定后气泵关闭；
若金属框中基质下沉原基质高度的5％，水质净化能力变差，可通过更换和补充金属箱中的基质更新滤坝去污能力，同时可以人为打开气泵进行反冲洗。
有益效果：本发明的可用于污水处理厂尾水水质提升的生态渗滤坝，具有以下优点：
(1)本发明新型提供的生态渗滤坝通过填料筛选对基质种类进行合理设计，COD、氨氮、总磷污染物去除率可分别提高29.21、28.48、23.45个百分点。
(2)本发明新型提供的生态渗滤坝在传统基质上添加铁碳填料，可提高水体可生化性以及补充无机电子供体促进反硝化反应，强化水质脱氮除磷效果。
(3)本发明新型提供的生态渗滤坝结构简单，易于构建使用，金属框设计易于补充和更换基质，智能控制台可以自动启动气泵进行反冲洗，防止堵塞。在进水水质溶解氧较低时，智能控制台可以启动气泵低档功能，通过曝气为水体提供氧气。
(4)该生态渗滤坝对污水处理厂尾水净化技术进行了优化设计，实现了水质净化、生物多样性、景观性的多重效益，可根据实际需要进行调整，工程实用性潜力巨大。
附图说明
图1为本发明生态滤坝剖面图；
图2为生态滤坝俯视图；
图3为反冲洗管分布图；
图4为透水砖墙剖面图。
图中：1-砾石；2-沸石；3-铁碳填料；4-苦草；5-鸢尾；6-第一反冲洗管；7-金属框；8-第二反冲洗管；9-第一气泵；10-第二气泵；11-透水孔墙；12-防渗底层；13-侧墙；14-雷达水位计；15-溶解氧电极；16-太阳能电池板；17-智能控制台。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
如图1至图4所示，一种污水处理厂尾水水质提升装置，由坝体，组合基质层、水生植物和反冲洗管构成。坝体由防渗底层12、侧墙13和透水砖墙11构成，防渗底层12可根据实际情况采用木桩或者混凝土搭建，以保证坝体的稳定性和安全性；侧墙13沿防渗底层两侧用钢筋混凝土向上浇筑而成，高度高出最高水位100-150mm，厚度为100mm，也可根据实际规模在保证抗侧向压力和安全性的前提下适当调整；透水砖墙11用普通多孔砖堆砌而成，每层错位排布，以形成上下为0.36的边坡。
组合基质层由砾石1、沸石2、铁碳填料3组合而成，采用砾石在前、沸石在后的填充方式等体积分层铺设，砾石粒径为1-3cm，沸石粒径为2-4cm，在坝体中部添加铁碳混合基质，铁碳填料3分别与砾石、沸石混合后装入金属框7，金属框与坝体等高，共两列金属框，前一列金属框装7-1有砾石和铁碳填料，后一列金属框7-2装有沸石和铁碳填料，基质层高度不低于最高水位50mm。
基质层填充后，在基质层正顶部和前后边坡浅水区域种植挺水植物鸢尾5，在前后边坡深水区域种植矮生苦草4，植物根系可以穿过多孔砖墙的孔洞固定在前后边坡的基质层中。
反冲洗装置包含反冲洗管，反冲洗管有两个，分别位于过滤区的两侧，反冲洗管由聚乙烯管制成的支管和总管组成，总管的外端口与气泵相连，内端口与各支管相连，支管与坝底垂直。所述支管距离最近的金属框为12.5cm，各支管之间相隔0.5m，支管管径为15mm，支管管壁上均匀分布直径为5mm的圆孔。
坝前和坝后分别搭建竖杆，竖杆上方安装雷达水位计14和太阳能电池板16，竖杆下方与溶解氧传感器15相连，溶解氧传感器选用在线荧光法溶解氧传感器，传感器膜头不消耗氧且不需要频繁清洗，溶解氧传感器和雷达水位计与同一个采集设备、遥测终端机相连，将实时数据传输到智能控制台17。
当污水处理厂尾水经过生态渗滤坝时，通过基质的吸附作用，附着在基质表面微生物的降解作用去除有机物、氮磷等污染物质，植物根系以及根系微生物可以进一步吸附和降解污染物，同时根系的泌氧作用为系统内部提供微生物作用所需的溶解氧；水体经过铁碳内电解区域时，可通过微电解和絮凝沉淀复合作用强化污染物的去除。
当坝前溶解氧电极检测水体浓度低于2mg/L时，控制台打开气泵10低档进行曝气，若监测出进水和出水溶解氧含量均较低，控制台同时打开气泵9和10低档进行曝气，增加水体DO含量，以提高水体净化效果。
运行一段时间后，若雷达水位计监测出水位异常上涨或者水位差过小，控制台可打开气泵9和10高档进行反冲洗；若金属框中基质有所下沉，水质净化能力变差，可通过更换和补充金属箱中的基质更新滤坝去污能力，同时可以打开气泵进行反冲洗。
一种上述的可用于污水处理厂尾水水质提升的生态渗滤坝的使用方法，包括以下步骤：
(1)按照设计，建设好上游坝体、过滤区和下游坝体，将过滤区内的金属框放置到过滤区内；
(2)在上游坝体分别布设溶解氧电极和雷达水位计，过滤区靠近上游坝体的一侧布设反冲洗装置；在下游坝体同时布设另一组溶解氧电极和雷达水位计，过滤区靠近下游坝体的一侧布设另一个反冲洗装置，两侧的溶解氧电极、雷达水位计、反冲洗装置均与智能控制台信号连接；
(3)当坝前溶解氧电极检测水体浓度低于2mg/L时，智能控制台打开坝前一侧的气泵低档进行曝气，当水体DO含量达到2mg/L时，停止曝气；
若监测出进水和出水溶解氧含量均低于0.5mg/L，控制台同时打开两个气泵低档进行曝气，增加水体DO含量，坝前水体达到2mg/L时，停止曝气；
若雷达水位计监测出坝前水位持续上升，坝后水位持续降低，控制台可打开气泵9和10高档进行反冲洗，待水位差稳定后气泵关闭；
若金属框中基质下沉原基质高度的5％，水质净化能力变差，可通过更换和补充金属箱中的基质更新滤坝去污能力，同时可以人为打开气泵进行反冲洗。
实验例1基质筛选试验
基质筛选试验生态渗滤坝构建：选取脱氮效果较好的沸石、陶粒和除磷效果较好的蛭石、砾石作为试验的筛选基质，进行沸石+蛭石、沸石+砾石、陶粒+蛭石、陶粒+砾石四种组合，将其铺设于有机玻璃装置中，基质载体整体呈梯形，前后坡度为20°，进水为模拟一级A水质，各生态渗滤坝净化结果如表2所示。
表1实验例1平均去除率
Figure BDA0003122193720000051
由表1可见，砾石、沸石生态渗滤坝对水体具有良好的净化效果。
实验例2基质填充试验
基质填充试验生态渗滤坝构建：将沸石和砾石分别按照沸石在前砾石在后、沸石与砾石混合、砾石在前沸石在后的方式将其等体积铺设于有机玻璃装置中，基质载体整体呈梯形，前后坡度为20°，进水为模拟一级A水质，各生态滤坝净化结果如表2所示。
表2实验例2平均去除率
Figure BDA0003122193720000052
由表2可见，砾石在前，沸石在后的分层填充生态渗滤坝对水体具有良好的净化效果。
实验例3铁碳滤坝试验
铁碳滤坝试验：将沸石和砾石按照砾石在前、沸石在后的方式等体积铺设于有机玻璃装置中，在基质层中部添加铁碳填料，基质载体整体呈梯形，前后坡度为20°，进水为模拟一级A水质，净化结果如表3所示。
表3实验例3平均去除率
Figure BDA0003122193720000061
由表3可见，铁碳生态滤坝对各污染物的去除均起到强化作用。
实验例4植物筛选试验
植物筛选试验：选用相对耐寒的挺水植物西伯利亚鸢尾、黄菖蒲和沉水植物矮生苦草和狐尾藻，两两组合为4个挺水植物+沉水植物的组合，将其种植于100L的圆型塑料大桶内，各植物组合净化结果如表4所示。
表4实验例4平均去除率
Figure BDA0003122193720000062
由表4可见，鸢尾+矮生苦草为最佳植物组合。
实施例
为验证该装置的处理效能，采集天长市某污水处理厂的尾水进行验证，将沸石和砾石按照砾石在前、沸石在后的方式，在滤坝中部添加铁碳填料，将其等体积铺设于有机玻璃装置中，基质载体整体呈梯形，前后坡度为20°，在前后边坡分别种植矮生苦草和鸢尾，结果如表5所示。
表5实施例进出水水质情况
Figure BDA0003122193720000063
Figure BDA0003122193720000071
以上所述仅是本发明的优选实施方式，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。

Claims (8)

1.一种可用于污水处理厂尾水水质提升的生态渗滤坝，包括上游坝体、下游坝体和位于上游坝体、下游坝体之间的过滤区，其特征在于：所述过滤区包含靠近上游坝体的第一金属框和靠近下游坝体的第二金属框，在第一框架内填充有砾石和铁碳填料，在第二框架内填充有沸石和铁碳填料，所述上游坝体内填充有砾石，所述下游坝体填充有沸石，在上游坝体和下游坝体的表面铺设有透水砖墙，在透水砖墙表面种植有净化植物。
2.根据权利要求1所述的可用于污水处理厂尾水水质提升的生态渗滤坝，其特征在于：所述过滤区的两侧均设有反冲洗装置。
3.根据权利要求2所述的可用于污水处理厂尾水水质提升的生态渗滤坝，其特征在于：所述反冲洗装置包含反冲洗管，反冲洗管由聚乙烯管制成的支管和总管组成，总管的外端口与气泵相连，内端口与各支管相连，支管与坝底垂直。
4.根据权利要求3所述的可用于污水处理厂尾水水质提升的生态渗滤坝，其特征在于：所述支管距离最近的金属框为12.5cm，各支管之间相隔0.5m，支管管径为15mm，支管管壁上均匀分布直径为5mm的圆孔。
5.根据权利要求3所述的可用于污水处理厂尾水水质提升的生态渗滤坝，其特征在于：所述砾石粒径为1-3cm，沸石粒径为2-4cm，铁碳填料粒径2-3cm，孔隙度为40%。
6.根据权利要求3所述的可用于污水处理厂尾水水质提升的生态渗滤坝，其特征在于：所述过滤区上方设有智能控制台，智能控制台与坝前坝后所装的雷达水位计、溶解氧传感器以及气泵相连，数据通过遥测终端机可传输到智能控制台以及远程电脑。
7.根据权利要求6所述的可用于污水处理厂尾水水质提升的生态渗滤坝，其特征在于：雷达水位计与太阳能电池板相连，绿色环保。
8.一种如权利要求6或7所述的可用于污水处理厂尾水水质提升的生态渗滤坝的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）按照设计，建设好上游坝体、过滤区和下游坝体，将过滤区内的金属框放置到过滤区内；
（2）在上游坝体分别布设溶解氧电极和雷达水位计，过滤区靠近上游坝体的一侧布设反冲洗装置；在下游坝体同时布设另一组溶解氧电极和雷达水位计，过滤区靠近下游坝体的一侧布设另一个反冲洗装置，两侧的溶解氧电极、雷达水位计、反冲洗装置均与智能控制台信号连接；
（3）当坝前溶解氧电极检测水体浓度低于2mg/L时，智能控制台打开坝前一侧的气泵低档进行曝气，当水体DO含量达到2mg/L时，停止曝气；
若监测出进水和出水溶解氧含量均低于0.5mg/L，控制台同时打开两个气泵低档进行曝气，增加水体DO含量，坝前水体达到2mg/L时，停止曝气；
若雷达水位计监测出坝前水位持续上升，坝后水位持续降低，控制台可打开两个气泵高档进行反冲洗，待水位差稳定后气泵关闭；
若金属框中基质下沉原基质高度的5%，水质净化能力变差，更换和补充金属箱中的基质更新滤坝去污能力，同时人为打开气泵进行反冲洗。
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CN206395932U (zh) * 2016-11-30 2017-08-11 郑州大学 一种用于城市河道水体原位生物生态修复集成系统
CN107100132A (zh) * 2017-06-27 2017-08-29 郑州大学 一种基质更替式生态滤坝
CN109577284A (zh) * 2019-01-07 2019-04-05 郑州大学 一种潜流式反冲洗多功能生态滤坝
CN111170467A (zh) * 2020-02-26 2020-05-19 浙江工业大学 一种处理水产养殖废水的组合填料滤坝

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Title
上海环境科学编辑部: "《上海环境科学集 第21辑》", 30 November 2018, 上海科学技术出版社 *

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