一種黑臭水體修復治理的生態礫石床的製作方法
2023-08-22 08:57:36
本實用新型屬於水處理技術領域，具體涉及一種黑臭水體修復治理的生態礫石床。
背景技術：
近年來，隨著我國城市化與工業化進程的飛速發展，由於水汙染控制與治理措施的滯後，或者能力有限或者水平較低，一些城市水體尤其是中小城市水體，直接成為工業、農業及生活汙水的主要排放通道與場所，導致城市水體大面積汙染，引起水體富營養化，最終形成水體黑臭，對城市生態人文景觀造成嚴重不利影響，越來越引起人們的關注。
目前採用的黑臭水體治理修復技術主要有截汙、底泥清淤、曝氣充氧、化學加藥、調水稀釋、改變流態、水生動植物生態修復等手段，能夠取得一定的處理效果，但是存在立足點零散而導致的處理效果不佳、工程量大、能耗高、費用貴、可能造成二次汙染等缺陷，亟待開發一種新技術以提高修復治理效果。
中國專利「ZL200510047935.6」公開了一種複合流人工溼地，該人工溼地由垂直流人工溼地單元和水平流礫石床上下組合而成，垂直流人工溼地單元位於系統上部，水平流礫石床位於系統下部。礫石床的進水端和出水端採用的是10～20mm的大礫石，其餘部分採用的是1～10mm的砂礫，此方法將垂直流人工溼地和水平流礫石床結合，有效去除汙水中TSS、BOD、TN，只發揮了礫石床反硝化除氮的作用，對於磷的去除並未涉及。
技術實現要素：
為解決現有技術的不足，改善傳統方法在黑臭水體修復治理中對COD、氨氮、磷、重金屬去除效率不高；對水體溶解氧、氧化還原電位、透明度和氣味指標改善程度不大；工程量大、能耗高、費用貴、可能造成二次汙染等現狀，本實用新型提供了一種黑臭水體修復治理的生態礫石床，從點源、面源汙染治理著手，配合內源汙染治理工藝，形成立體效應，以消除水體富營養化導致的黑臭現象。
一種黑臭水體修復治理的生態礫石床，包括鋼砼底座，在所述鋼砼底座上設置有礫石層，在所述礫石層的一側設置有進水渠道，所述進水渠道設置有進水管，在所述礫石層的另一側設置有出水渠道，所述出水渠道設置有出水管，在所述礫石層內填充有多功能納米複合材料顆粒，或者，在所述礫石層內埋置有多功能納米材料複合層。
具體的，所述多功能納米複合材料顆粒的粒徑為15～25mm，所述多功能納米複合材料顆粒的填充率為50～70％。
具體的，所述多功能納米複合材料顆粒包括以下重量份的各組分：8～12份的除COD材料，8～12份的除重金屬材料，35～45份的除氨氮材料，35～45份的精度除磷納米材料。將各組分的原料混合、造粒，即得到多功能納米複合材料顆粒。
具體的，所述多功能納米材料複合層從上到下依次包括：10～15cm的除COD材料層、5～10cm的除重金屬材料層、10～20cm的除氨氮材料層以及10～20cm的精度除磷納米材料層。
進一步的，所述進水管與所述出水管平行設置。
更進一步的，所述進水管的高度低於所述出水管的高度。
具體的，所述進水管設置在所述進水渠道的中下部，所述出水管設置在所述出水渠道的中上部。
進一步的，所述進水渠道的高度和所述出水渠道的高度均高於所述礫石層的上表面的高度。
進一步的，在所述礫石層的上方設置有植物生長區域。
在上述技術方案中：
精度除磷納米顆粒可通過現有技術獲得，也可以通過下述方法製備得到。優選的，通過下述方法製備得到：
1)將20～50份的蒙脫石、30～60份的膨潤土和10～30份的活性白土投入到高速混料機中混合，得到幹混料。
優選的，蒙脫石的細度在5微米以下，純度在98％以上；膨潤土的細度在10微米以下，純度在95％以上；活性白土的細度在8微米以下，純度在95％以上。
2)將18～22％的醋酸鈣溶液與步驟1)得到的幹混料按照0.2～0.4：1的質量比進行溼混，溼混後練泥，得到泥塊。
具體的，練泥時間為20～30分鐘。
3)將步驟2)得到的泥塊擠出成型成顆粒。
優選的，顆粒的粒徑為3～10毫米。
4)將步驟3)得到的顆粒在乾燥窯中烘乾，得到乾燥成型品。
優選的，乾燥成型品的含水率低於8％。
5)將步驟4)得到的乾燥成型品經過0.5～1.5小時升溫至燒成溫度700～850℃燒制0.5～1.5小時，得到精度除磷納米顆粒材料。
所述除COD材料可由現有技術提供，優選的，所述除COD材料選自由格豐環保科技有限公司生產所提供的SAMMNS-CT03納米陶瓷材料、SAMMNS-CT06納米陶瓷材料或SAMMNS-CT016納米陶瓷材料中的任意一種。
所述除重金屬材料可由現有技術提供，優選的，所述除重金屬材料選自由格豐環保科技有限公司生產所提供的SAMMNS-MSX01-P200、SAMMNS-MSX02-P200或SAMMNS-MSX03-P200中的任意一種。
所述除氨氮材料可由現有技術提供，優選的，所述除氨氮材料為格豐環保科技有限公司生產所提供的SAMMNS-NH1陶瓷納米材料。
本實用新型所提供的黑臭水體修復治理的生態礫石床主要針對較小面積黑臭水體進行異位強化修復。將多功能納米材料與傳統礫石有機結合形成複合基質，水中汙染物因複合基質阻擋致流速減慢而沉降，被多功能納米材料與材料表面與孔隙內部形成的具有黏性的生物膜吸附降解而分解為無害的無機物，從而實現水體的淨化，此外，生態礫石床表層還可種植景觀植物，形成風景線。
總體上，本實用新型具有如下優點：
1、不同於傳統基材，具有很高的機械強度，很好的耐酸鹼腐蝕性，適應各種汙染水質，使用壽命長；
2、從點源、面源立體著手；原位修復與異位治理靈活使用，全方位解決水體黑臭問題；
3、無需換水加藥，大大減少工程量與費用花銷；
4、在治理水體黑臭的同時生態礫石床可以形成優美的景觀，創造人文景觀效益。
本實用新型所提供的黑臭水體修復治理的生態礫石床，將納米材料的物理化學作用、微生物、動植物的生態作用、土壤與基材的物理作用有機結合，用於黑臭水體修復治理，COD去除率≥88％，SS去除率≥75％，重金屬去除率≥90％，磷和氮的去除率在90％以上，經過處理後的水中汙染因子得到大幅削減去除，能夠有效配合其他黑臭水體治理手段，發揮高效協同作用。
附圖說明
圖1是本實用新型所提供的黑臭水體修復治理的生態礫石床。
附圖1中，各標號所代表的結構列表如下：
1、鋼砼底座，2、進水管，3、進水渠道，4、出水管，5、出水渠道，6、植物生長區域，7、礫石層。
具體實施方式
以下對本實用新型的原理和特徵進行描述，所舉實施例只用於解釋本實用新型，並非用於限定本實用新型的範圍。
在一個具體實施方式中，如圖1所示，一種黑臭水體修復治理的生態礫石床，包括鋼砼底座1，在鋼砼底座1上設置有礫石層7，在礫石層7的上方設置有植物生長區域6。
在礫石層7的一側設置有進水渠道3，進水渠道3設置有進水管2；在礫石層7的另一側設置有出水渠道5，出水渠道5設置有出水管4。進水管2與出水管4平行設置，並且，進水管2設置在進水渠道3的中下部，出水管4設置在出水渠道5的中上部。進水渠道3的高度和出水渠道5的高度均高於礫石層7的上表面的高度。
實施例1
在礫石層內填充多功能納米複合材料顆粒，其材料設置如下：
多功能納米複合材料顆粒的粒徑為20mm，填充率為60％；
多功能納米複合材料顆粒包括以下重量份的各組分：10份的除COD材料，10份的除重金屬材料，40份的除氨氮材料，40份的精度除磷納米材料；
精度除磷納米材料有下述方法製備得到：
1)將35份的蒙脫石、45份的膨潤土和20份的活性白土投入到高速混料機中混合，得到幹混料，其中，蒙脫石的細度在5微米以下，純度在98％以上；膨潤土的細度在10微米以下，純度在95％以上；活性白土的細度在8微米以下，純度在95％以上；
2)將20％的醋酸鈣溶液與步驟1)得到的幹混料按照0.3：1的質量比進行溼混，溼混後練泥，練泥時間為25分鐘，得到泥塊；
3)將步驟2)得到的泥塊擠出成型成顆粒，顆粒的粒徑為8毫米；
4)將步驟3)得到的顆粒在乾燥窯中烘乾，得到含水率低於8％的乾燥成型品；
5)將步驟4)得到的乾燥成型品經過1小時升溫至燒成溫度775℃燒制1小時，得到精度除磷納米材料；
除COD材料為SAMMNS-CT016納米陶瓷材料；
除重金屬材料為SAMMNS-MSX02-P200；
除氨氮材料為SAMMNS-NH1陶瓷納米材料。
實驗設置：
5m2生態礫石床中試。
實驗數據：
該生態礫石床採用玻璃鋼底座，設置在河道內部。試驗在某黑臭河到水流平穩的河流段進行類靜態試驗。根據分析，該河水COD≤100mg/L、Cr3+≤0.8mg/L、氨氮≤20mg/L、總磷≤3.5mg/L、SS≤120mg/L，汙染較為嚴重。
實驗結果：
經過8月份整月的運行，獲取生態礫石床下遊20米範圍內的水質數據，綜合得出，經過生態礫石床淨化處理的水質，COD≤10mg/L、Cr3+≤0.08mg/L、氨氮≤1.5mg/L、總磷≤0.25mg/L、SS≤25mg/L，取得了理想效果，對於較大流域黑臭水體的原位淨化有較大幫助，能夠有效配合其他治理措施發揮高效協同作用。
實施例2
在礫石層內埋置多功能納米材料複合層，複合層從上到下依次包括：10cm的除COD材料層、10cm的除重金屬材料層、20cm的除氨氮材料層以及20cm的精度除磷納米材料層，各層的材料設置同實施例1。本次5m2生態礫石床中試裝置設置在河道岸邊，通過浮筒潛水泵取水，水源選取水流較為活躍的河道作為類靜態試驗的參照對比試驗。根據實驗結果顯示，針對COD、Cr3+、氨氮、總磷與SS的去除效率與靜態試驗結果極為相似，證明在通過動力提升，使得水體在流動條件下進行異位淨化，該生態礫石床同樣可以獲得理想的處理效果。
應用例
項目：安徽省蕪湖市三山區某黑臭河道治理工程。
項目數據：經過分析，該黑臭水體COD≤95mg/L、Cr3+≤2.3mg/L、氨氮≤20mg/L、總磷≤5.4mg/L、SS≤120mg/L。
項目分析：該水體流域較廣，河流長度達到3km，河面平均寬度10m，沿著水流方向，在河道兩邊選取合適位置，按照一定的間距均布生態礫石床，根據3-11月份獲取的平均數據，生態礫石床處理出水COD≤12mg/L、Cr3+≤0.2mg/L、氨氮≤2mg/L、總磷≤0.5mg/L、SS≤30mg/L，有效配合其他黑臭水體治理工藝協同高效發揮作用。
以上所述僅為本實用新型的較佳實施例，並不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的保護範圍之內。