具有同步脫氮除磷功能的兩相生物滯留池的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型屬于環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域，具體涉及一種具有同步脫氮除磷功能裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 水體富營養(yǎng)化是中國目前面臨的重大水環(huán)境問題之一，已成為制約中國經(jīng)濟(jì)發(fā)展 的重要瓶頸。水體中氮和磷的過量輸入和富集往往導(dǎo)致水生生態(tài)環(huán)境的惡化。城市河流水 體所接納的氮、磷類污染物中約1/2以上來自城市降雨徑流攜帶的污染，2/3的河流水環(huán)境 由于降雨徑流氮、磷污染而喪失應(yīng)有的功能，控制徑流雨水中氮、磷污染意義重大。
[0003] 常規(guī)生物滯留池能夠有效去除地表徑流中的總懸浮固體、重金屬、病原菌等污染 物質(zhì)，但對徑流中氮、磷的去除效果不佳。徑流雨水中的氮以有機(jī)氮和氨氮形式存在，生物 滯留池主要通過氨化作用、硝化作用將有機(jī)氮和氨氮轉(zhuǎn)化成硝酸氮，硝酸氮需要在反硝化 作用下以氣態(tài)形式從徑流雨水中去除。但常規(guī)生物滯留池中填料的透水透氣性較好，不易 形成缺氧環(huán)境，使得池體內(nèi)反硝化作用受到抑制。徑流雨水中的磷主要是顆粒態(tài)磷和溶解 態(tài)磷形式存在，顆粒態(tài)磷主要依附在徑流中總懸浮固體（TSS)表面通過過濾和沉降去除； 溶解態(tài)磷主要通過雨水處理設(shè)施中填料的吸附和植物的吸收去除。常規(guī)生物滯留池常出現(xiàn) 磷的解吸附現(xiàn)象。目前對常規(guī)生物滯留池的改進(jìn)技術(shù)往往僅解決了脫氮或除磷單方面的問 題，對于兩者同步去除的研究不足。
[0004] 傳統(tǒng)的生物滯留池因考慮排水功能，填料選擇單一，系統(tǒng)內(nèi)缺乏反硝化所需的條 件，即便存在飽和去設(shè)置，但因為其深度設(shè)置不當(dāng)，也造成氮、磷的去除效果較差，還出現(xiàn) 氮、磷去除率負(fù)值的現(xiàn)象。降雨徑流中的氮主要以氨態(tài)氮和有機(jī)氮的形式存在，有機(jī)氮在氨 化作用轉(zhuǎn)化成氨態(tài)氮，氨態(tài)氮經(jīng)好氧硝化過程轉(zhuǎn)化成硝態(tài)氮，最終通過反硝化以N 2O或隊的 形式被去除。生物滯留系統(tǒng)內(nèi)部硝化作用和反硝化作用過程包括：
[0010] 生物滯留系統(tǒng)中，由于填料顆粒帶有負(fù)電荷，帶正電荷的MV很容易被填料吸附， 所以系統(tǒng)對氨態(tài)氮的去除效果較好。Davis等的批量圓柱吸附實驗表明：生物滯留設(shè)施對 雨水徑流中氨氮的去除率為60%~80%。（2)反硝化反應(yīng)：
[0011] 反硝化反應(yīng)是指在無氧的條件下，反硝化菌將硝酸鹽氮（NO3)和亞硝酸鹽氮 (NO 2)還原為N2的過程
[0014] 硝態(tài)氮主要通過反硝化作用以N2O或N2的形式被去除，而根據(jù)微生物反應(yīng)機(jī)制，反 硝化需在嚴(yán)格缺氧和充足碳源的條件下進(jìn)行。常規(guī)生物滯留池通常采用快速排水的結(jié)構(gòu)設(shè) 計，無法滿足嚴(yán)格缺氧條件，且?guī)ж?fù)電荷的土壤對帶負(fù)電荷的N03-不吸附，同時NH 4+在亞硝 化細(xì)菌和硝化細(xì)菌的作用下轉(zhuǎn)化成NO3也增加了雨水中的NO 3的含量，因此在某些研究中 發(fā)現(xiàn)NO3不僅沒有去除，甚至出現(xiàn)了出水濃度高于進(jìn)水的現(xiàn)象。
[0015] 要提高NO3的去除效果，需要結(jié)合缺氧條件的特點(diǎn)對生物滯留池的結(jié)構(gòu)進(jìn)行強(qiáng)化 設(shè)計。
[0016] 徑流雨水中的磷主要是顆粒態(tài)磷和溶解態(tài)磷形式存在，顆粒態(tài)磷主要依附在徑流 中總懸浮固體表面通過過濾和沉降去除；溶解態(tài)磷主要通過雨水處理設(shè)施中填料的吸附和 植物的吸收去除。常規(guī)生物滯留池常出現(xiàn)磷的解吸附現(xiàn)象。
[0017] 目前對常規(guī)生物滯留池的改進(jìn)技術(shù)往往僅解決了脫氮或除磷單方面的問題，對于 兩者同步去除的研究不足。即使在單項技術(shù)方面，也存在填料選擇單一、缺氧反應(yīng)區(qū)設(shè)置隨 意性較大的問題。 【實用新型內(nèi)容】
[0018] 針對現(xiàn)有技術(shù)中傳統(tǒng)生物滯留池存在的不足之處，本實用新型的目的是針對生物 滯留池對氮、磷的去除機(jī)理對其進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，設(shè)計新型的能同步強(qiáng)化氮、磷去除的生物滯 留池一兩相生物滯留池，解決道路、城市開放空間、建筑屋面徑流污染嚴(yán)重、雨水資源流失 以及有效緩解河流水體富營養(yǎng)化問題。
[0019] 實現(xiàn)本實用新型目的的技術(shù)方案為：
[0020] -種具有同步脫氮除磷功能的兩相生物滯留池，其特征在于，由上向下分別為種 植土層、填料層和爍石層，填料層下部和爍石層加起來構(gòu)成缺氧反應(yīng)區(qū)，缺氧反應(yīng)區(qū)之上的 填料部分、種植土層為好氧反應(yīng)區(qū)，好氧反應(yīng)區(qū)和缺氧反應(yīng)區(qū)高度比為40~55:7 ;缺氧反 應(yīng)區(qū)頂部高度與出水管高度相等。
[0021] 優(yōu)選地，所述的填料層由沸石、鋁污泥、河砂、陶粒、石英砂、麥飯石、無煙煤中的一 種鋪設(shè)而成。
[0022] 本實用新型中石英砂和河砂均為市購，石英砂為工業(yè)凈水材料，粒徑0. 5~2_， 河砂為建筑材料，粒徑3~5mm。
[0023] 更優(yōu)選地，所述種植土層的厚度為200~300mm，填料層和爍石層總厚度900~ IlOOmm 0
[0024] 其中，在所述種植土層上栽植有植物，所述植物為羊茅草、馬蹄蓮、紅葉景天、石蓮 花、萬年草中的一種或多種。
[0025] 其中，所述爍石層是由粒徑為12mm~35mm的碎爍石鋪設(shè)而成。
[0026] 在所述爍石層底部埋設(shè)直徑50~200mm的穿孔收集管，穿孔孔徑為6~12mm，所 述穿孔收集管連接出水管，所述穿孔排水管向上彎曲，使出水管高度和缺氧反應(yīng)區(qū)頂部的 高度相等。
[0027] 本實用新型提出的具有同步脫氮除磷功能的兩相生物滯留池，通過以下步驟構(gòu) 建：
[0028] 1)填料的篩選：待選的填料為沸石、陶粒、石英砂、麥飯石、無煙煤、鋁污泥中的四 種，向待選的填料中加入KH 2PO4溶液，恒溫在20-30°C下攪拌，在攪拌過程中取水樣測水中 TP的濃度，求得不同填料的總磷吸附效率；將吸附飽和的填料中加入蒸餾水，恒溫在20~ 30°C下攪拌48h后測水樣中總磷的濃度，求得不同填料的解吸附量；根據(jù)填料吸附效率和 解吸附量，篩選出總磷吸附性能好的填料；
[0029] 2)確定兩相區(qū)的布置：步驟1)篩選出的填料填充在生物滯留池實驗裝置內(nèi)，填料 下方為礫石層，在生物滯留池實驗裝置的側(cè)壁填料層和礫石層部分設(shè)置5-6個取水樣的出 水口，出水口高度位于填料層和爍石層高度的0~60%處，填料層下部和爍石層加起來構(gòu) 成缺氧反應(yīng)區(qū)；將已知氮、磷含量的水從生物滯留池上方通入，由不同高度所取水樣的氮、 磷含量判斷缺氧反應(yīng)區(qū)的適宜高度。
[0030] 進(jìn)一步地，所述步驟1)中，每克填料加入20mL濃度為1~10mg/L的KH2PO 4溶液， 恒溫攪拌過程中每隔0.5h、l. 511、311、511、1011、2411取水樣測水中了？的濃度，求得不同填料的 總磷吸附效率；每克飽和吸附填料中加入50mL蒸餾水，恒溫攪拌48h后測定水樣中總磷濃 度，求得不同填料的飽和解吸附量；
[0031] 其中，所述步驟1)中，總磷吸附效率由溶液中總磷的濃度求得，計算公式如（6)所 示：
[0033] 式中，R - TP吸附效率，％ ;C。一實驗開始時水樣中TP濃度，mg/L ,C1-不同間隔 取樣時水樣中TP濃度，mg/L ;
[0034] 其中，所述步驟1)篩選填料時，通過溶液中總磷減少的質(zhì)量算出每種填料的飽和 吸附量，計算公式如（7)所示：
[0036] 式中Q1-填料飽和吸附量，mg/g ;C。一實驗前溶液中總磷的濃度，mg/L ;(；-吸附 平衡時總磷的濃度，mg/L ;V-實驗中加入的總磷溶液體積，mL ;W -實驗中加入的填料質(zhì) 量，g ;
[0037] 其中，所述步驟1)中，每克吸附飽和的填料中加入50mL蒸餾水，恒溫攪拌48h后 測定水樣中總磷濃度，求得不同填料的解吸附量。
[0038] 進(jìn)一步地，所述步驟1)篩選填料時，通過飽和解吸附后水樣中總磷的質(zhì)量算出每 種填料的解吸附量，計算公式如（8)所示：
[0040] 式中Q2-填料解吸附量，mg/g ;C-解吸附后水樣中總磷的濃度，mg/L ;V-實驗加 入的蒸餾水體積，mL ;W-實驗加入的填料質(zhì)量，g ;
[0041] 由吸附平衡時總磷吸附效率和填料的解吸附量篩選出總磷吸附性能好的填料。
[0042] 進(jìn)一步地，所述步驟2)中，所述已知氮、磷含量的水，是有機(jī)氮濃度為1~2mg/L、 硝酸鉀KNO3濃度為3~6mg/L、氯化銨NH 4C1濃度為4~8mg/L、磷酸二氫鉀KH2PO4濃度為 1~3mg/L的溶液。
[0043] 本實用新型的有益效果在于：
[0044] 本實用新型針對現(xiàn)有的生物滯留池存在的問題，以生物滯留技術(shù)為基礎(chǔ)，通過強(qiáng) 化生物滯留池中反硝化作用和填料吸附作用，同步提高生物滯留對徑流中氮、磷的去除效 果。本發(fā)明可應(yīng)用于道路、城市開放空間等地表徑流以及建筑屋面的雨水處理。具體地，
[0045] (1)本實用新型將優(yōu)選的填料進(jìn)行級配組合，應(yīng)用于生物滯留池的填料層中，主要 用于去除徑流雨水中的磷，并為有機(jī)氮和氨氮的轉(zhuǎn)化提供場所；
[0046] (2)將生物滯留池的出水口提升一定高度，使池體內(nèi)部形成飽和區(qū)，主要集中在礫 石層和填料層下部，形成缺氧反應(yīng)區(qū)，為反硝化作用提供場所，并適當(dāng)添加碳源，作為微生 物生命活動的能源，促進(jìn)反硝化作用對硝酸氮的去除；
[0047] (3)優(yōu)化后的生物滯留池上部為非飽和相結(jié)構(gòu)，下部為飽和相結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)同步硝 化反硝化；將收集的道路徑流雨水匯流入蓄水層，一部分水通過蒸發(fā)散失，大部分水通過下 滲，在填料、植物和微生物的作用下實現(xiàn)脫氮除磷的目的；
[0048] (4)本實用新型提出的裝置聯(lián)合同步脫氮除磷兩相技術(shù)，使生物滯留池的出水達(dá) 到排放標(biāo)準(zhǔn)，并且生物滯留池具有造價低，維護(hù)管理方便等優(yōu)點(diǎn)，適于大規(guī)模推廣應(yīng)用，有 效緩解城市徑流污染問題。
【附圖說明】
[0049] 圖1為構(gòu)建本實用新型的實驗裝置的正視圖。
[0050] 圖2為實驗裝置側(cè)視角度的結(jié)構(gòu)圖。
[0051 ] 圖3為實驗裝置柱體俯視圖。
[0052] 圖4為構(gòu)建兩相生物滯留池的實驗系統(tǒng)圖。
[0053] 圖5為實施例1兩相生物滯留池的結(jié)構(gòu)圖。
[0054] 圖中，1為溢流管，2為上多孔板，3為下多孔