人工強化生態濾床及利用其治理汙染河水的方法

2023-07-12 22:47:51

專利名稱：人工強化生態濾床及利用其治理汙染河水的方法
技術領域：
本發明涉及濾床及治理汙染河水的方法。
背景技術：
隨著工業、農業及畜牧養殖的發展，產生的廢水被直接或間接的排入河流，使河流受到汙染。目前，對於汙染河流治理採用的河流配水方法對於農村跨界河流及重汙染河流， 無法實現在某一地區採用控源、配水等技術；而河道曝氣方法運行費用過高，也不適用於農村汙染河水的治理；而生態浮島方法只適於低汙染的河水治理，對於重汙染河流的修復效果並不顯著。

發明內容
本發明是要解決現有的治理汙染河流的河流配水方法及生態浮島的應用範圍窄、 河道曝氣方法運行費用高，都不適於重汙染農村汙染河水的治理的技術問題，而提供人工強化生態濾床及利用其治理汙染河水的方法。本發明的人工強化生態濾床包括進水區、濾床和出水區，進水區與濾床由第一溢流牆分隔，濾床與出水區由第二溢流牆分隔，進水口設在進水區側壁上部，出水口設在出水區的側壁下部，濾床內裝有粒徑為70mm IOOmm的火山巖濾料，填充高度為濾床高度的四分之三，濾床沿水流方向依次分為厭氧區、曝氣區和缺氧區，在曝氣區底部設有穿孔曝氣管，厭氧區底部設有第一泥鬥，第一泥鬥底部接有第一排泥管，在缺氧區底部設有第二泥鬥，第二泥鬥底部接有第二排泥管。本發明的利用人工強化生態濾床治理汙染河水的方法按以下步驟進行利用人工強化生態濾床治理汙染河水的方法按以下步驟進行一、在汙染河流的河床上修建表面推流式溼地和人工強化生態濾床；二、將汙染河流中的河水通過進水管引入人工強化生態濾床的進水區，然後經過第一溢流牆流至濾床，流經厭氧區、曝氣區和缺氧區後經第二溢流牆流流至出水區，曝氣區的氣水比為4 6 1，濾床的水力負荷為0. 15m3/ (m2.h) 0.35!!!3/^!!!2*!!)；三、出水區的河水出水管進入表面推流式溼地處理，表流的水深為18cm 25cm，水力負荷為0. IOm3/ (m2 · h) 0. 25m3/ (m2 · h)，完成汙染河水的治理。本發明的人工強化生態濾床火山巖濾料表面粗糙多孔，容易被微生物吸附，在火山巖濾料的表面附著大量的生物膜，並且該微生物膜是一端吸附在火山巖濾料上，另一端漂浮在水中，具使微生物更容易捕捉到水中的汙染物，從而具有更好的降解汙水中有機汙染物的作用，又因為火山巖濾料為粒徑為粒徑為70mm IOOmm的大粒徑濾料，再加上濾料孔隙大，能夠使水流順暢，不容易發生堵塞，提高了濾床的最大含汙量；同時火山巖濾料內部具有孔隙，利於溶解氧均勻分布和擴散，可使氣泡充分利用和攔截，提高降解作用。本發明的人工強化生態濾床的結構上採用自然分區，區與區之間沒有明顯差別 (間隔)，有利於微生物流動和形成一些特殊的微生物種群，有利於汙染物的去除和工藝的耐衝擊能力。但在各區主體部位還是能按照傳統工藝中的厭氧和好氧劃分。各區在不同溶解氧含量的控制下，根據自然選擇原理在經過一段時間的生長和定期的排泥，形成符合本區環境的優勢種群。本發明的人工強化生態濾床採用大粒徑濾料，與現有的濾床相比底部的曝氣為中間曝氣，兩端不曝氣，這樣在兩端就形成了缺氧和厭氧區，在缺氧和厭氧區就會有部分的脫氮除磷效果。另外，中間曝氣會將濾池中形成的汙泥排入泥鬥，這樣與現有的濾池相比就無需反衝洗，簡化了操作運行的程序，節約了大量能源。本發明利用人工強化生態濾床與表流溼地結合治理汙染河水，結合了曝氣生物濾池和人工溼地的優點，利用天然溼地處理系統作為人工強化生態濾床工藝的補充，可以達到優勢互補、相互協調目的，可以實現技術、經濟、環境效益的統一。其出水可以滿足不同的水質要求，可以有效修復被汙染水源及沿岸生態景觀，工藝簡單，易於事實和維護，能夠產生良好的環境、經濟效益。該技術不需要改變和破壞河道生態景觀，只需在河床兩側修建大粒徑濾料濾池，上面覆土並栽種植物，即可鞏固提壩，又可以防治冬季結凍，同時又能夠改善兩岸生態景觀。該方法可根據河道的具體地址、地形和地貌，利用天然條件進行施工建設，工藝簡捷，維護方便易行，對於河流水質的治理和生態修復具有重要應用價值。本發明可應用於低溫地區汙染河流水質改善及生態修復的人工強化處理工藝，該方法可根據河道的具體地形特徵建設於河道兩旁，建設費用低，運行和維護方便，便於在寒冷地區進行工程推廣，改善汙染河道水質和恢復河道兩岸生態景觀，簡單易行，適於農村跨界河流及重汙染農村汙染河水的治理。


圖1是具體實施方式
一的人工強化生態濾床結構示意圖，圖中1為進水區，2為第一溢流牆，3為濾床，4為第二溢流牆，5為出水區，6為進水管，7為出水管，8為火山巖濾料， 3-1為厭氧區，3-2為曝氣區，3-3缺氧區，3-4為第一泥鬥，3_5為第一排泥管，3-6為穿孔曝氣管，3-7為第二泥鬥，3-8為第二排泥管。
具體實施例方式具體實施方式
一(請參見附圖1)本實施方式的人工強化生態濾床包括進水區1、 濾床3和出水區5，進水區1與濾床3由第一溢流牆2分隔，濾床3與出水區5由第二溢流牆4分隔，進水管6設在進水區1側壁上部，出水管7設在出水區5的側壁下部，濾床3內裝有粒徑為70mm IOOmm的火山巖濾料8，填充高度為濾床3高度的四分之三，濾床3沿水流方向依次分為厭氧區3-1、曝氣區3-2和缺氧區3-3，厭氧區3-1底部設有第一泥鬥3_4， 第一泥鬥底3-4部接有第一排泥管3-5，在曝氣區3-2底部設有穿孔曝氣管3-6，在缺氧區 3-3底部設有第二泥鬥3-7，第二泥鬥底部接有第二排泥管3-8。本實施方式的人工強化生態濾床火山巖濾料表面粗糙多孔，容易被微生物吸附， 在火山巖濾料的表面附著大量的生物膜，並且該微生物膜是一端吸附在火山巖濾料上，另一端漂浮在水中，具使微生物更容易捕捉到水中的汙染物，從而具有更好的降解汙水中有機汙染物的作用，又因為火山巖濾料為粒徑為粒徑為70mm IOOmm的大粒徑濾料，再加上濾料孔隙大，能夠使水流順暢，不容易發生堵塞，提高了濾床的最大含汙量；同時火山巖濾料內部具有孔隙，利於溶解氧均勻分布和擴散，可使氣泡充分利用和攔截，提高降解作用。本實施方式的人工強化生態濾床的結構上採用自然分區，區與區之間沒有明顯差別(間隔)，有利於微生物流動和形成一些特殊的微生物種群，有利於汙染物的去除和工藝的耐衝擊能力。但在各區主體部位還是能按照傳統工藝中的厭氧和好氧劃分。各區在不同溶解氧含量的控制下，根據自然選擇原理在經過一段時間的生長和定期的排泥，形成符合本區環境的優勢種群。本實施方式的人工強化生態濾床採用大粒徑濾料，與現有的濾床相比底部的曝氣為中間曝氣，兩端不曝氣，這樣在兩端就形成了缺氧和厭氧區，在缺氧和厭氧區就會有部分的脫氮除磷效果。另外，中間曝氣會將濾池中形成的汙泥排入泥鬥，這樣與現有的濾池相比就無需反衝洗，簡化了操作運行的程序，節約了大量能源。
具體實施方式
二 本實施方式與具體實施方式
一不同的是濾床內火山巖濾料8 的粒徑為75mm 95mm。其他與具體實施方式
一相同。本實施方式採用的火山巖濾料8的粒徑可以使濾床水流通暢，不容易發生堵塞。
具體實施方式
三本實施方式與具體實施方式
一不同的是濾床內火山巖濾料8 的粒徑為85mm。其他與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
四本實施方式的利用具體實施方式
一所述的人工強化生態濾床治理汙染河水的方法按以下步驟進行一、在汙染河流的河床上修建表面推流式溼地和具體實施方式
一所述的人工強化生態濾床；二、將汙染河流中的河水通過進水管6引入人工強化生態濾床3的進水區1，然後經過第一溢流牆2流至濾床3，流經厭氧區3-1、曝氣區3-2 和缺氧區3-3後經第一溢流牆2流至出水區5，曝氣區的氣水比為4 6 1，濾床3的水力負荷為0. 15m3/(m2-h) 0. 35m3/(m2-h)；三、出水區5的河水經出水管7進入表面推流式溼地處理，表流的水深為18cm 25cm，水力負荷為0. IOm3/(m2 .h) 0. 25m3/(m2 .h)，完成汙染河水的治理。本實施方式中步驟二中所述的氣水比是輸入濾床的空氣與輸入濾床的水的體積比。本實施方式的人工強化生態濾床火山巖濾料表面粗糙多孔，容易被微生物吸附， 在火山巖濾料的表面附著大量的生物膜，並且該微生物膜是一端吸附在火山巖濾料上，另一端漂浮在水中，具使微生物更容易捕捉到水中的汙染物，從而具有更好的降解汙水中有機汙染物的作用，又因為火山巖濾料為粒徑為粒徑為70mm IOOmm的大粒徑濾料，再加上濾料本身具有孔隙，能夠使水流順暢，不容易發生堵塞；同時火山巖濾料內部具有孔隙，利於溶解氧均勻分布和擴散，可使氣泡充分利用和攔截，提高降解作用。本實施方式的人工強化生態濾床的結構上採用自然分區，區與區之間沒有明顯差別(間隔)，有利於微生物流動和形成一些特殊的微生物種群，有利於汙染物的去除和工藝的耐衝擊能力。但在各區主體部位還是能按照傳統工藝中的厭氧和好氧劃分。各區在不同溶解氧含量的控制下，根據自然選擇原理在經過一段時間的生長和定期的排泥，形成符合本區環境的優勢種群。本實施方式的人工強化生態濾床採用大粒徑濾料，與現有的濾床相比底部的曝氣為中間曝氣，兩端不曝氣，這樣在兩端就形成了缺氧和厭氧區，在缺氧和厭氧區就會有部分的脫氮除磷效果。另外，中間曝氣會將濾池中形成的汙泥排入泥鬥，這樣與現有的濾池相比就無需反衝洗，簡化了操作運行的程序，節約了大量能源。本實施方式利用人工強化生態濾床與表流溼地結合治理汙染河水，結合了曝氣生物濾池和人工溼地的優點，利用天然溼地處理系統作為人工強化生態濾床工藝的補充，可以達到優勢互補、相互協調目的，可以實現技術、經濟、環境效益的統一。其出水可以滿足不同的水質要求，可以有效修復被汙染水源及沿岸生態景觀，工藝簡單，易於事實和維護，能夠產生良好的環境、經濟效益。該技術不需要改變和破壞河道生態景觀，只需在河床兩側修建大粒徑濾料濾池，上面覆土並栽種植物，即可鞏固提壩，又可以防治冬季結凍，同時又能夠改善兩岸生態景觀。該方法可根據河道的具體地址、 地形和地貌，利用天然條件進行施工建設，工藝簡捷，維護方便易行，對於河流水質的治理和生態修復具有重要應用價值。
具體實施方式
五本實施方式與具體實施方式
四不同的是步驟二中濾床3的水力負荷為0.161117(1112*11) 0.341117(1112噸)，曝氣區的氣水比為4.2 5.8 1。其它與具體實施方式
四相同。
具體實施方式
六本實施方式與具體實施方式
四不同的是步驟二中濾床3的水力負荷為Ο^δπιΙ/Οιι2·!!)，曝氣區的氣水比為5 1。其它與具體實施方式
四相同。
具體實施方式
七本實施方式與具體實施方式
四至六之一不同的是步驟三中表面推流式溼地的表流的水深為19cm Mcm，水力負荷為0. 12m3/(m2 -h) 0. 23m3/(m2 -h)。 其他與具體實施方式
四至六之一相同。
具體實施方式
八本實施方式與具體實施方式
四至六之一不同的是步驟三中表面推流式溼地的表流的水深為20cm，水力負荷為0. 18m3/(m2 · h)。其他與具體實施方式
四至六之一相同。
具體實施方式
九本實施方式的利用人工強化生態濾床治理汙染河水的方法按以下步驟進行一、在汙染河流的河床上修建表面推流式溼地和人工強化生態濾床；二、將汙染河流中的河水通過進水管6引入人工強化生態濾床3的進水區1，然後經過第一溢流牆2流至濾床3，流經厭氧區3-1、曝氣區的氣水比為5 1，濾床3的水力負荷為0.25m3/ (m2 · h)；三、出水區5的河水經出水管7進入表面推流式溼地處理，表流的水深為20cm，水力負荷為0. 173m3/(m2 · h)，完成汙染河水的治理。(參見附圖1)本實施方式步驟一所述的人工強化生態濾床包括進水區1、濾床3 和出水區5，進水區1與濾床3由第一溢流牆2分隔，濾床3與出水區5由第二溢流牆4分隔，進水管6設在進水區1側壁上部，出水管7設在出水區5的側壁下部，濾床3內裝有粒徑為85mm 95mm的火山巖濾料8，填充高度為濾床3高度的四分之三，濾床3沿水流方向依次分為厭氧區3-1、曝氣區3-2和缺氧區3-3，厭氧區3-1底部設有第一泥鬥3_4，第一泥鬥底3-4部接有第一排泥管3-5，在曝氣區3-2底部設有穿孔曝氣管3-6，在缺氧區3_3底部設有第二泥鬥3-7，第二泥鬥底部接有第二排泥管3-8。本實施方式中的人工強化生態濾床規格為長X寬X高=^iX ImX 2m，火山巖濾料的填充高度為1. 5m，濾床的厭氧區長lm，曝氣區長為2m，缺氧區長lm，曝氣區底部的穿孔曝氣管的長為an。本實施方式的人工強化生態濾床的厭氧區和缺氧區的排泥管95天排一次泥。本實施方式的人工強化生態濾床中的火山巖濾料8的孔隙率為55. 00%，表面積為 6. 87m2/g，堆積密度為 0. 75g/cm3。本實施方式步驟一中的表面推流式溼地為天然表流溼地，其長為8m，寬為3. 5m, 表流水深為25cm 35cm，溼地的植物為蘆葦。本實施方式的汙染河水通過工強化生態濾床中的厭氧區後，水解酸化，降解汙水中難降解的有機物，並為磷的釋放提供環境。曝氣區去除有機物和磷及硝化功能。在隨後的缺氧區，進行反硝化，進而去除進水中的總氮。經過前面濾床的預處理，水質大大改善， 出水進入溼地，降低了溼地的處理負荷，避免溼地的水質惡化，進一步提高溼地生態景觀效益。本實施方式步驟一中的汙染河流的水質及經過步驟三處理後河水的水質列於表1中。表1處理前後的水質指標
權利要求
1.人工強化生態濾床，其特徵在於人工強化生態濾床包括進水區(1)、濾床C3)和出水區(5)，進水區(1)與濾床(3)由第一溢流牆(2)分隔，濾床(3)與出水區(5)由第二溢流牆⑷分隔，進水管(6)設在進水區(1)側壁上部，出水管(7)設在出水區(5)的側壁下部，濾床(3)內裝有粒徑為70mm IOOmm的火山巖濾料(8)，火山巖濾料⑶填充高度為濾床C3)高度的四分之三，濾床C3)沿水流方向依次分為厭氧區(3-1)、曝氣區(3-2)和缺氧區(3-3)，厭氧區(3-1)底部設有第一泥鬥(3-4)，第一泥鬥底(3-4)部接有第一排泥管(3-5)，在曝氣區(3- 底部設有穿孔曝氣管(3-6)，在缺氧區(3- 底部設有第二泥鬥 (3-7)，第二泥鬥(3-7)底部接有第二排泥管(3-8)。
2.根據權利要求1所述的人工強化生態濾床，其特徵在於濾床內火山巖濾料(8)的粒徑為75mm 95mm0
3.利用如權利要求1所述的人工強化生態濾床治理汙染河水的方法，其特徵在於利用人工強化生態濾床治理汙染河水的方法按以下步驟進行一、在汙染河流的河床上修建表面推流式溼地和人工強化生態濾床；二、將汙染河流中的河水通過進水管(6)引入人工強化生態濾床(3)的進水區(1)，然後經過第一溢流牆( 流至濾床(3)，流經厭氧區(3-1)、 曝氣區(3- 和缺氧區(3- 後經第一溢流牆( 流至出水區(5)，曝氣區(3-2)的氣水比為4 6 1，濾床(3)的水力負荷為0. 15m3/(m2 -h) 0. 35m3/(m2 -h)；三、出水區(5) 的河水經出水管(7)進入表面推流式溼地處理，表流的水深為18cm 25cm，水力負荷為 0. IOm3/(m2 · h) 0. 25m3/(m2 · h)，完成汙染河水的治理。
4.根據權利要求3所述的利用人工強化生態濾床治理汙染河水的方法，其特徵在於步驟二中濾床(3)的水力負荷為0. 16m3/(m2 -h) 0. 34m3/(m2 -h)，曝氣區的氣水比為4. 2 5.8 1。
5.根據權利要求3或4所述的利用人工強化生態濾床治理汙染河水的方法，其特徵在於步驟二中濾床(3)的水力負荷為0.25!!!3/^!!!2*!!),曝氣區的氣水比為5 1。
6.根據權利要求3或4所述的利用人工強化生態濾床治理汙染河水的方法，其特徵在於步驟三中表面推流式溼地的表流的水深為19cm Mcm，水力負荷為0. 12m3/(m2 · h) 0. 23m3/ (m2 · h)。
7.根據權利要求3或4所述的利用人工強化生態濾床治理汙染河水的方法，其特徵在於步驟三中表面推流式溼地的表流的水深為20cm，水力負荷為0. 18m3/(m2 · h)。
全文摘要
人工強化生態濾床及利用其治理汙染河水的方法，本發明涉及濾床及治理汙染河水的方法。本發明解決了現有的河流配水方法及生態浮島的應用範圍窄、河道曝氣方法運行費用高，都不適於重汙染農村汙染河水的治理的技術問題。本發明的人工強化生態濾床由溢流牆分隔成進水區、濾床和出水區，濾床內裝有火山巖濾料，濾床沿水流方向分為厭氧區、曝氣區和缺氧區，在曝氣區底部設有穿孔曝氣管，厭氧區和缺氧區底部泥鬥和排泥管。利用人工強化生態濾床治理汙染河水的方法在河床上修建表面推流式溼地和人工強化生態濾床，將河水依次引入人工強化生態濾床和表面推流式溼地處理即可。本發明建設費用低，運行維護方便，適於農村跨界河流及重汙染河水的治理。
文檔編號C02F3/32GK102225822SQ201110092600
公開日2011年10月26日 申請日期2011年4月13日 優先權日2011年4月13日
發明者張 傑, 李相昆, 楊柳, 洪偉 申請人:哈爾濱工業大學