CN114516705A - 植物碳源自循环的硫碳协同装配式生物滞留池及脱氮方法 - Google Patents

植物碳源自循环的硫碳协同装配式生物滞留池及脱氮方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种植物碳源自循环的硫碳协同装配式生物滞留池及其相应的脱氮方法,所述生物滞留池包括至少三个装配模块,每个装配模块高20~40cm,所述装配模块包括植物土壤模块(9)、吸附模块(10)、反硝化及过滤模块,每个模块的上下表面设置网状结构的档片,每个装配模块的网状结构的档片内侧包裹至少一层透水膜,所述反硝化及过滤模块下部装有排水管,每个装配模块设置与排水管相接的接口。本发明所述技术方案有利于将生物滞留、湿地、河道等设施回收的植物废弃物进行资源化利用,一方面解决目前生物滞留设施碳源不足的问题,另一方面解决植物废弃物的处置问题,建立系统自循环模式,可为植物废弃物资源化利用提供新的途径。

Description

植物碳源自循环的硫碳协同装配式生物滞留池及脱氮方法
技术领域
本发明涉及雨水处理技术领域,特别涉及一种植物碳源自循环的硫碳协同装配式生物滞留池及脱氮方法。
背景技术
城市非点源径流雨水携带高浓度的氮、磷等营养物质进入地表水系统,长期积累导致水体富营养化,据统计,城市水体中超过50%的氮污染来自径流雨水。为了缓解上述问题,生物滞留池作为一种低影响开发实践(LID)在城市环境中被广泛采用和建造,对于雨水中总悬浮固体、有机污染物、重金属、磷有相对较好的去除效果,但传统生物滞留池对氮素尤其是硝态氮(NO3 --N)的去除效果并不理想,甚至会发生氮释放的现象,这通常与介质的静电排斥效应、缺乏厌氧条件和碳源有关。
现有技术中为了提高生物滞留池中硝态氮的去除效率,通过改变出水方式和流型、更换介质类型、添加反硝化电子供体等方式设计各种新型生物滞留池,其中,异养反硝化或自养反硝化是强化硝态氮去除的最有吸引力的模式。然而,对于异养反硝化系统,受雨水径流碳氮比的显著影响,且雨水中可生物降解成分较低,往往需要投加额外碳源,而对于生物滞留池中外加的常见碳源如报纸、木屑等,会造成有机物的溶出和亚硝氮的积累,同时由于碳源的持续消耗,则会造成反硝化效果不断下降,而对于新型碳源,则存在成本和制备复杂等问题。对于自养反硝化系统,虽不需要额外的有机物,并使用无机基质作为电子供体来还原硝态氮,但存在需要添加额外碱性物质和启动周期长的缺点。
值得一提的是,植物碳源来源广泛、制备简单、成本低、环境友好,具有良好的供碳能力,不仅可以作为异养反硝化电子供体,还可以作为微生物载体,释放出少量微量元素供微生物生长。生物滞留、人工湿地及河道植物需要定期采收,大量的植物被收割后无处利用,增加了运输、处置的成本,设施内定期收割后的植物枯落物可作为生物滞留设施中的宝贵碳源,实现系统自循环。
异养-自养联合反硝化系统虽有效提高脱氮能力和使用周期,但仍可能在实际应用当中面临长期使用过程中效果下降等问题,反硝化电子供体会随着时间达到电子释放极限,从而失去脱氮效能,同时,生物滞留池也会因为无机和有机基质的投加偶尔面临堵塞等问题,从而导致生物滞留池的填料和基质的及时更换则难以实现。
发明内容
本发明的目的在于解决上述实际径流雨水氮素尤其是硝态氮的处理问题,提供一种脱氮效果显著、成本低廉、低环境风险、使用周期长、便于维护管理的生物滞留池强化雨水脱氮的装置,减少副产物并使植物废弃物再利用,利于系统自循环,响应节能减排的号召,采用装配式结构利于填料的及时更新。
本发明第一方面所述植物碳源自循环的硫碳协同装配式生物滞留池,由至少三个装配模块组合构成,每个装配模块高20~40cm,长宽均为1m,模块种类从上到下分为植物土壤模块、吸附模块、反硝化及过滤模块,模块的侧壁由有机玻璃或PVC管或木质材料组成,每个模块的上下表面设置网状结构的档片,便于流体透过,每个模块的网状结构的档片内侧包裹一层土工布以防止模块内填装的填料漏出,砾石过滤模块下部装有排水管,每个装配模块设置与排水管相接的接口,各接口设置的位置相同且规格统一;所述排水管的高度可调节,通过调节排水管的高度进而调节反硝化及过滤模块的淹没区水位高低。
优选地,所述反硝化及过滤模块由反硝化模块和砾石过滤模块上下叠加组成;所述反硝化模块中包括硫磺粉末、砂子、砾石和植物叶子碎屑等,所述砾石过滤模块包括既定直径范围的砾石块。
在一实施例中优选地,反硝化及过滤模块内填装反硝化物质,该反硝化物质全部处于淹没状态以提供厌氧条件;具体地,所述反硝化物质由砾石和其他基质按体积比7:3组成,所述其他基质为植物叶子碎屑、硫磺粉末和砂子。
优选地,各装配模块安装前,提前在实施地点安装滑轨框架,该滑轨框架的上下和左右均能滑动,便于人工或起重设备拆卸更换。
在排水地点设置淹没区调节排水管,排水管贴近砾石过滤模块底部的一端与生物滞留池砾石过滤模块连接,排水管另一端设置可自由伸缩排水管,可自由伸缩排水管的高度可调节范围设置为25~80cm。
所述种植土壤模块中填装的种植土壤采用当地褐土和砂子按体积比2:8配制而成,种植植物为马蔺、鸢尾、芦苇和狼尾草等。
所述填料吸附模块采用对于氨氮等其他污染物吸附效果较好的沸石,粒径为2~4mm。
所述反硝化模块内填装反硝化物质,具体包括硫磺粉末、砂子、砾石和植物叶子碎屑等,该反硝化层物质全部处于淹没状态以提供厌氧条件。
该反硝化模块即植物碳源异养-硫自养联合反硝化填料层,具体地,所述植物碳源异养-硫自养联合反硝化填料层由砾石和其他基质按体积比7:3组成,所述砾石粒径为8~20mm,所述其他基质中的植物叶子碎屑以含纤维素较高的植物或生物滞留设施常见植物或当地湿地、河道收割产量较高的植物废弃物为主。
本发明采用芦苇碎段为例,将芦苇废弃物,即芦苇叶子切成2~4cm的碎段,利于植物碳源的填装和碳源的释放,并于阳光下晒干或烘箱40度左右进行烘干。将硫磺粉末与砂子按1:3的体积比混合,随后将硫砂粉末与2~4cm的芦苇叶子碎段按质量比0.4~0.8混合填充到砾石层,本发明分为均匀混合填充和分层填充两种方式,不同填充方式对污染物去除功效和反硝化环境构建有所差别,所述砂子混合后是为防止硫磺粉末随出水流失并提高水力停留时间,所述硫磺粉末较硫磺颗粒或块状硫磺对于硝态氮具有较大的接触面积,为防止流失也可以采用颗粒或块状硫磺替代。
所述砾石模块中填充15~25mm粒径砾石,在下层起到过滤和支撑的作用。
所述生物滞留池上部的装配模块上设有溢流管,该溢流管的直径为10~15cm,生物滞留池下部通过淹没区调节排水管将排水管的出水口抬升25cm~60cm的高度,从而在反应器内部的底层产生相应深度的淹没区(相当于厌氧区),淹没区高度为25~60cm左右时有利于脱氮效果的进行。
本发明第二方面提供一种植物碳源自循环的硫碳协同装配式生物滞留脱氮方法,其可应用于本发明第一方面所述装配式生物滞留池的脱氮作业,具体包括如下步骤:
步骤S1.在植物土壤模块、吸附模块、自养及过滤模块底部安装网状结构的档片I,在该网状结构的档片上铺设至少一层网眼直径小于本装配模块内填料粒径的透水膜I或至少两层网眼直径大于本装配模块内填料粒径的透水膜II,再填装各装配模块需要的功能填料,在所述填料顶部再覆盖至少一层网状结构的档片II;
优选地,在各装配模块的所述填料和上部上部的网状结构的档片之间再铺设至少一层所述透水膜I或透水膜II。
步骤S2.将填装完成的植物土壤模块、吸附模块、自养及过滤模块自上向下装配形成生物滞留池,或可将装配完成的生物滞留池安装于横向或纵向的滑轨上,便于后续更换各装配模块中的材料;并在生物滞留池底部安装淹没区调节排水装置;在生物滞留池的顶部选择性安装溢流管,便于将多余液体排出,并导向指定的收集地点;
优选地,所述自养及过滤模块由自养模块和砾石过滤模块上下叠加组成;所述自养模块中包括硫磺粉末、砂子、砾石和植物叶子碎屑等,所述砾石过滤模块包括既定直径范围的砾石块。
优选地,自养及过滤模块内填装反硝化物质,该反硝化物质全部处于淹没状态以提供厌氧条件;具体地,所述反硝化物质由砾石和其他基质按体积比7:3组成,所述其他基质为植物叶子碎屑、硫磺粉末和砂子。
步骤S3.模拟高硝态氮含量的径流雨水对设施内硫碳混合模块进行微生物的驯化和培养;具体地,所述模拟径流雨水硝态氮含量可达20mg/L以上,并配以当地城市雨水径流的平均化学需氧量(COD)和氨氮浓度及相应微量元素或其他污染物含量的参数,对装配式生物滞留池进行两周左右的持续进水驯化,经驯化出水稳定后即可投入雨水径流的脱氮处理。
在驯化期间的天然降雨不影响设施的运行,雨水径流由种植土壤层进入,由淹没区调节排水管的出水口出水,由于加入硫砂粉末,采用混合填充方式可使得水力停留时间增加0.5h以上,集中分层填装可使水力停留时间增加1h以上。
硫碳混合模块可集中地点驯化,驯化后的模块可立即进行安装使用。
步骤S4.使用一定周期后,对自养及过滤模块中的硫碳混合物进行自更新;
具体自更新方法包括:当种植土壤模块中的植物到了秋冬非降雨期的收割期时,进行人工收割,收割后的植物叶子剪碎晒干处理,将硫碳混合模块滑动取出后更新填料,再经培养后在降雨期间投入使用,春夏降雨期前种植土壤模块中的植物重新栽种。
与现有技术相比,本发明的装置至少具有以下有益效果:
(1)本系统有利于将生物滞留、湿地、河道等设施回收的植物废弃物进行资源化利用,一方面解决目前生物滞留设施碳源不足的问题,另一方面解决植物废弃物的处置问题,建立系统自循环模式,可为植物废弃物资源化利用提供新的途径。
(2)植物碳源释碳性较好,硫磺无毒无害不溶于水,有利于工业废弃物利用,二者协同作用建立混养系统脱氮效果好,植物碳源为系统前期硫自养启动较慢时提供充足的营养来源,硫自养弥补了使用后期植物碳源释放不足时的反硝化能力,提高电子供体持久性,使用周期较长,成本低廉,在不同落干期时仍具有较好的控制效果,可有效应对不同降雨因素的影响。
(3)植物碳源分解产生的乙酸和硫磺氧化产生的硫酸根可以通过硫酸盐还原反应协同降低,副产物显著下降,降低了环境污染风险,同时硫酸盐还原后的硫化物会在干燥期间被氧化为硫,形成可能的硫循环,促进硫的回收。本发明利用硫碳两种基质存在协同降解特性,利于副产物处理。
在硫碳混合模块组成的系统中,植物碳源中的纤维素通过具有降解复杂碳水化合物的菌属分解为乙酸,如Muribaculaceae_ge, Lachnospiraceae_NK4A136_group,Prevotellaceae_NK3B31_group和 Flavobacterium。产生的乙酸是较好的异养反硝化碳源,在异养反硝化菌(如 Acinetobacter,Pseudomonas和Denitratisoma)的作用下,硝态氮还原为氮气。
若反硝化过程中同时存在硫磺,则通过自养反硝化菌的作用(如硫杆菌Thiobacillus)将硝态氮还原为氮气,硫磺被氧化为硫酸根。硫酸盐在硫酸盐还原菌(如Desulfurivibrio and Geobacter)的作用下被乙酸还原为硫化物(。最后,在硫化物和硫磺的作用下,硝态氮发生异化还原为铵(DNRA)的反应,硝态氮通过可进行异化还原的菌属(如Geobacter)被转化为氨氮,此时,硫化物会再次被转化为单质硫,形成硫循环。
(4)植物碳源异养、硫自养、植物碳源水解三者耦合,达到反硝化最适pH 值,降低亚硝氮出水浓度,降低溶解氧及氧化还原电位,达到最佳的反硝化环境条件。
(5)本系统填料处理过程方便,操作简单易懂,易于投入生产和使用。可有效使用半年以上,根据使用地实际情况可选用不同植物碳源,根据处理水质可选择硫碳配比或填充方式,出水水质达到地表VI或V类标准,出水副产物如硫酸根等符合中国相应地表水环境标准。
(6)装配式模块化的生物滞留池将不同的处理区域分开管理,在不破坏表层植物和土壤的情况下,可随时进行填料的更换和系统基质的自循环,防止因电子供体能力不足时带来的影响,不同模块可按使用周期定期更新,便于安装、维护和管理,利于试点地区全新的雨水设施的开发与建立。
装配式模块化结构并可自动调节淹没区深度的生物滞留池具有便捷性,利于设施的维护和管理,将联合反硝化系统应用于该设施中有利于高效、长期地脱氮。
附图说明
图1是本发明所述一种植物碳源自循环的硫碳协同装配式生物滞留池的一优选实施例中均匀混合型植物碳源自循环的硫碳协同装配式生物滞留池的填料填装方式结构示意图;
图2是本发明所述一种植物碳源自循环的硫碳协同装配式生物滞留池的一优选实施例中分层填装型植物碳源自循环的硫碳协同装配式生物滞留池的填料填装方式结构示意图;
图3是本发明所述一种植物碳源自循环的硫碳协同装配式生物滞留池的一优选实施例中植物碳源自循环的硫碳协同装配式生物滞留池发明装配式模块化结构示意图;
图4是图3所示实施例中各装配模块组合后的结构示意图;
图5是图4所示实施例的俯视图;
图6-图8分别为染物的控制效果示意图,详见各实施例说明。
图1-图2中数字标记的含义是:
1 种植植物 2 种植土壤层 3 填料吸附层
4 砾石层(反硝化层) 5 溢流管 6 淹没区排水管
7 可伸缩淹没区排水管 8 阀门 9 植物土壤模块
10 吸附模块 11 反硝化模块 12 砾石过滤模块
13 滑轨 14 淹没区排水模块 15 生物滞留模块。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式作出详细说明。
实施例1.植物碳源自循环的硫碳协同装配式生物滞留池,如图1所示,其包括种植土壤层2,采用北京褐土和砂子按体积比2:8配制而成,种植植物1为八宝景天,填料吸附层3采用粒径为2~4mm的沸石铺设,砾石层4由粒径为 8~20mm的砾石和其他基质按体积比7:3组成,其他基质为芦苇叶子碎段、硫磺粉末和砂子,将硫磺粉末与2~4cm的芦苇叶子碎段按质量比0.6:1并与砂子均匀混合填充到砾石层,所述其他基质共占砾石层体积30%,本实施例中,填充硫磺粉末48g、芦苇叶子碎段80g。将种植土壤层2、填料吸附层3、砾石层4由上到下依次安装,各层之间均设置至少一层土工布和一层网格档片,避免各层之间的填料流失到邻近层。砾石层4下部装有排水管6,便于排出多余水分。
经测试,水力停留时间为2h,相较于未添加植物碳源和硫砂基质的系统(空白系统)水力停留时间增加40min。
生物滞留池的运行平均温度在25℃以上,进水硝态氮分为高中低三种浓度,其前60天的硝态氮及其他水质指标如表1所示。
表1实施例1的水质指标情况
Figure BDA0003491292360000081
与空白系统相比,硝态氮去除效率提高了37.8%,可有效应对不同进水硝态氮负荷的影响,亚硝氮产出浓度降低了0.70mg/L,副产物硫酸根满足相关水质指标。出水pH值同时符合异养和自养反硝化最适值,pH值的调节也有利于植物碳源水解成为微生物易利用物质。同时淹没区的环境指标也较空白组更利于反硝化的进行,氧化还原电位和溶解氧在长期运行下有效降低,如表2所示。
表2实施例1的淹没区环境指标情况
指标 氧化还原电位(mV) 溶解氧(mg/L)
实施例1 -330.60 0.25
空白系统 -54.35 1.97
植物碳源水解产生的小分子挥发性脂肪酸有利于异养反硝化的有效利用, 20天前平均产生乙酸为3.8g/L,在反应前期有效为异养反硝化提供电子供体,前十天过量释放的乙酸会被自养反硝化产生的硫酸盐通过硫酸盐还原反应消耗。混合填装利于植物碳源和硫源的协同作用,二者在长期运行下承担的反硝化贡献度不同,硫自养逐渐接管并成为主要反硝化贡献者,延长使用周期,如表3所示。
表3实施例1在前60天反应下的反硝化贡献度
周期 0~20天 20~40天 40~60天
异养贡献度 45.89% 33.00% 34.59%
自养贡献度 54.11% 67.00% 65.41%
本实施例同时探究了3、5、7d落干期下对污染物的控制效果,在降雨时长为4h的硝态氮去除效果较空白组有明显提高,如图6所示,与空白系统图7相比,效果显著,可有效在不同落干期下使用。
实施例2.一种分层填装型植物碳源自循环的硫碳协同雨水生物滞留设施,如图2所示,与实施例1不同处在于:
种植土壤采用北京褐土和砂子按体积比2:8配制而成,种植植物为八宝景天,填料层采用粒径为2~4mm的沸石,砾石层由粒径为8~20mm的砾石和其他基质按体积比7:3组成,其他基质为芦苇叶子碎段、硫磺粉末和砂子,将硫磺粉末与2~4cm的芦苇叶子碎段按质量比0.6:1并与砂子混合分层填充到砾石层,填充硫磺粉末48g和芦苇叶子碎段80g,将芦苇碎段与部分砂子混合填充到砾石层上半部分,将硫磺粉末与部分砂子混合填充到砾石层下半部分,其中,芦苇碎段、硫磺粉末、砂子共占砾石层体积30%。
水力停留时间为2小时40分钟,相较于未添加植物碳源和硫砂基质的系统 (空白系统)水力停留时间增加60min。
运行平均温度在25℃以上,进水硝态氮分为高中低三种浓度,其为期60天的硝态氮及其他水质指标如表4所示。
表4实施例2的水质指标情况
Figure BDA0003491292360000101
与空白系统相比,硝态氮去除效率提高了40.8%,可有效应对不同进水硝态氮负荷的影响,亚硝氮产出浓度降低了0.97mg/L,副产物硫酸根较混合填装减少,出水pH较混合填装稍有提高,这与反硝化的贡献度有关。同时淹没区的环境指标也较空白组更利于反硝化的进行,氧化还原电位和溶解氧在长期运行下也有所降低,如下表5所示。
表5实施例2的淹没区环境指标情况
指标 氧化还原电位(mV) 溶解氧(mg/L)
实施例2 -139.50 1.07
空白系统 -54.35 1.97
植物碳源水解在20天前平均产生乙酸为2.4g/L,这与分层填装的下部截留有关。
与实例一相比,分层投加有利于其他污染物的综合处理,对硝态氮去除较稳定,但在维持水体pH方面稍差。
本发明探究了3、5、7d落干期下对污染物的控制效果,在降雨时长为4h的硝态氮去除效果较空白组和例1都有所提高,如图8所示。
实施例3.一种植物碳源自循环的硫碳协同装配式生物滞留池,如图3所示为装配式模块化结构,图4、图5所示为图3中的模块装配后形成的装配式生物滞留池,其中每个装配模块高20~40cm,长宽均为1m,模块种类从上到下分为植物土壤模块9、吸附模块10、反硝化模块11、砾石过滤模块12,各模块均由有机玻璃或PVC管或木质四周围成,上下面采用铁网结构,并在内部包裹一层土工布以防止填料漏出,砾石过滤模块下部装有排水管,每个模块排水管位置相同且统一规格。模块安装前,提前在实施地点安装滑轨框架,该滑轨框架与装于各模块侧壁的滑轨13配合,以便各模块上下和左右均能滑动,便于人工或起重设备拆卸更换。另外,在排水地点设置淹没区排水模块14,可伸缩淹没区排水管7的下部排水管与砾石过滤模块12连接,上部排水管设置可自由伸缩的排水管,高度设置为25~80cm,可伸缩淹没区排水管7的上部排水管和下部排水管上均设置阀门8。植物土壤模块9、吸附模块10、反硝化模块11、砾石过滤模块 12上下组合形成生物滞留模块15。
实施例4.一种植物碳源自循环的硫碳协同装配式生物滞留脱氮方法,包括:
步骤1.在植物土壤模块、吸附模块、自养及过滤模块底部安装网状结构的档片I,在该网状结构的档片上铺设一层网眼直径小于本装配模块内填料粒径的透水膜I,再填装各装配模块需要的功能填料,在所述填料顶部再覆盖一层网状结构的档片II;
步骤2.将填装完成的植物土壤模块、吸附模块、自养及过滤模块自上向下装配形成生物滞留池;在生物滞留池底部安装淹没区调节排水装置;在生物滞留池的顶部安装溢流管5,便于将多余液体排出,并导向指定的收集地点;
所述自养模块中包括硫磺粉末、砂子、砾石和植物叶子碎屑等,所述砾石过滤模块包括既定直径范围的砾石块。
自养及过滤模块内填装反硝化物层11,该反硝化物质全部处于淹没状态以提供厌氧条件;具体地,所述反硝化物质由砾石和其他基质按体积比7:3组成,所述其他基质为植物叶子碎屑、硫磺粉末和砂子。
步骤3.模拟高硝态氮含量的径流雨水对设施内硫碳混合模块进行微生物的驯化和培养;具体地,所述模拟径流雨水硝态氮含量上限可达20mg/L以上,并配以当地城市雨水径流的平均化学需氧量(COD)和氨氮浓度及相应微量元素或其他污染物含量的参数,对装配式生物滞留池进行两周左右的持续进水驯化,经驯化出水稳定后即可投入雨水径流的脱氮处理。
在驯化期间的天然降雨不影响设施的运行,雨水径流由种植土壤层进入,由淹没区调节排水管的出水口出水,由于加入硫砂粉末,采用混合填充方式可使得水力停留时间增加0.5h以上,集中分层填装可使水力停留时间增加1h以上。
硫碳混合模块可集中地点驯化,驯化后的模块可立即进行安装使用。
步骤4.使用一定周期后,对自养及过滤模块中的硫碳混合物进行自更新;
自更新方法包括:当种植土壤模块中的植物到了秋冬非降雨期的收割期时,进行人工收割,收割后的植物叶子剪碎晒干处理,将硫碳混合模块滑动取出后更新填料,再经培养后在降雨期间投入使用,春夏降雨期前种植土壤模块中的植物重新栽种。
自养及过滤模块内的植物碳源分解产生的乙酸和硫磺氧化产生的硫酸根可以通过硫酸盐还原反应协同降低,副产物显著下降,降低了环境污染风险,同时硫酸盐还原后的硫化物会在干燥期间被氧化为硫,形成可能的硫循环,促进硫的回收。
利用硫碳两种基质存在协同降解特性,利于副产物处理。
在硫碳混合模块组成的系统中,植物碳源中的纤维素通过具有降解复杂碳水化合物的菌属分解为乙酸,如Muribaculaceae_ge, Lachnospiraceae_NK4A136_group,Prevotellaceae_NK3B31_group和 Flavobacterium。产生的乙酸是较好的异养反硝化碳源,在异养反硝化菌(如 Acinetobacter,Pseudomonas和Denitratisoma)的作用下,硝态氮还原为氮气(反应原理如公式1所示)。
若反硝化过程中同时存在硫磺,则通过自养反硝化菌的作用(如硫杆菌Thiobacillus)将硝态氮还原为氮气(反应原理如公式2所示),硫磺被氧化为硫酸根。硫酸盐在硫酸盐还原菌(如Desulfurivibrio and Geobacter)的作用下被乙酸还原为硫化物(反应原理如公式3所示)。最后,在硫化物和硫磺的作用下,硝态氮发生异化还原为铵(DNRA)的反应(反应原理如公式4和公式5所示),硝态氮通过可进行异化还原的菌属(如Geobacter)被转化为氨氮,此时,硫化物会再次被转化为单质硫,形成硫循环。
5CH3COOH+8NO3 -+8H+→4N2+10CO2+14H2O (1)
55S0+50NO3 -+38H2O+20CO2+4NH4 +→4C5H7O2N+55SO4 2-+25N2+64H+ (2)
CH3COOH+SO4 2-+2H+→H2S+2CO2+2H2O (3)
4H2S+NO3 -+H+→S0+NH4 ++3H2O (4)
4S0+3NO3 -+7H2O→NH4 ++4SO4 2-+2H+ (5)。
以上实施方式仅用以说明本发明实施例的技术方案而非限制,尽管参照以上较佳实施方式对本发明实施例进行了详细说明,本领域的普通技术人员应当理解,可以对本发明实施例的技术方案进行修改或等同替换都不应脱离本发明实施例的技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种植物碳源自循环的硫碳协同装配式生物滞留池,包括至少三个装配模块,每个装配模块高20~40cm,其特征在于,所述装配模块包括植物土壤模块(9)、吸附模块(10)、反硝化及过滤模块,所述各装配模块的侧壁由轻质材料制成,每个模块的上下表面设置网状结构的档片,每个装配模块的网状结构的档片内侧包裹至少一层透水膜,所述反硝化及过滤模块下部装有排水管,每个装配模块设置与排水管相接的接口,各接口设置的位置相同且规格统一;所述排水管的高度可调节。
2.如权利要求1所述的植物碳源自循环的硫碳协同装配式生物滞留池,其特征在于,反硝化及过滤模块包括反硝化模块(11)和砾石过滤模块(12)上下叠加组成。
3.如权利要求2所述的植物碳源自循环的硫碳协同装配式生物滞留池,其特征在于,反硝化模块(11)中包括硫磺粉末,砾石过滤模块(12)包括既定直径范围的砾石块。
4.如权利要求1所述的植物碳源自循环的硫碳协同装配式生物滞留池,其特征在于,反硝化及过滤模块内填装反硝化物质,该反硝化物质全部处于淹没状态以提供厌氧条件。
5.如权利要求4所述的植物碳源自循环的硫碳协同装配式生物滞留池,其特征在于,所述反硝化物质由砾石和基质按体积比7:3组成,所述基质为植物叶子碎屑、硫磺粉末和砂子。
6.如权利要求1所述的植物碳源自循环的硫碳协同装配式生物滞留池,其特征在于,在排水地点设置淹没区调节排水管,排水管贴近砾石过滤模块底部的一端与生物滞留池砾石过滤模块连接,排水管另一端设置可自由伸缩排水管,可自由伸缩排水管的高度可调节范围设置为25~80cm。
7.如权利要求6所述的植物碳源自循环的硫碳协同装配式生物滞留池,其特征在于,所述种植土壤模块中填装的种植土壤采用褐土和砂子按体积比2:8配制。
8.如权利要求1或7所述的植物碳源自循环的硫碳协同装配式生物滞留池,其特征在于,所述填料吸附模块采用沸石,该沸石的粒径为2~4mm。
9.如权利要求8所述的植物碳源自循环的硫碳协同装配式生物滞留池,其特征在于,将芦苇叶子切成2~4cm的碎段,并于阳光下晒干或烘箱40度左右进行烘干;将硫磺粉末与砂子按1:3的体积比混合,随后将硫砂粉末与2~4cm的芦苇叶子碎段按质量比0.4~0.8混合填充到砾石层;填充方式为均匀混合填充或分层填充两种方式择一。
10.一种植物碳源自循环的硫碳协同装配式生物滞留脱氮方法,其特征在于,包括,
步骤S1.在植物土壤模块、吸附模块、自养及过滤模块底部安装网状结构的档片I,在该网状结构的档片上铺设至少一层网眼直径小于本装配模块内填料粒径的透水膜I或至少两层网眼直径大于本装配模块内填料粒径的透水膜II,再填装各装配模块需要的功能填料,在所述填料顶部再覆盖至少一层网状结构的档片II;
步骤S2.将填装完成的植物土壤模块、吸附模块、自养及过滤模块自上向下装配形成生物滞留池,或可将装配完成的生物滞留池安装于横向或纵向的滑轨上,便于后续更换各装配模块中的材料;并在生物滞留池底部安装淹没区调节排水装置;在生物滞留池的顶部选择性安装溢流管;
自养及过滤模块内填装反硝化物质,该反硝化物质全部处于淹没状态;所述反硝化物质由砾石和基质按体积比7:3组成;
步骤S3.模拟高硝态氮含量的径流雨水对设施内硫碳混合模块进行微生物的驯化和培养;
步骤S4.经驯化后投入使用,使用预定周期后,对自养及过滤模块中的硫碳混合物进行自更新:当种植土壤模块中的植物在秋冬非降雨期的收割期时,进行人工收割,收割后的植物叶子剪碎晒干,将硫碳混合模块取出并更新填料,再经培养后在降雨期间投入使用。
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