贵州污水设备:提高雨水中氮磷处理能力的人工快

　　贵阳污水设备:本发明公开一种通过介质改性提高对雨水中氮磷等污染物处理能力的人工快速渗滤系统。针对现有人工快速渗滤系统对氮磷去除效果较差的缺陷，通过壳聚糖改性蛭石以及系统工艺参数的优化来提高系统对氮磷的去除能力。该技术将改性后的蛭石与土壤河沙按比例混合，以水力负荷为2m/d，每48h布水一次，一次进水3h，落干45h，土层厚度为70～100cm，在土层下30cm处以2:1的比例分段进水，在该工艺条件下实现人工快速渗滤系统对氮磷污染物的达标处理。总体而言，结构简单，占地面积小，处理效果好。

　　贵阳污水设备:权利要求书

　　1.一种通过介质改性提高对雨水中氮磷等污染物处理能力的人工快速渗滤系统，其特征在于，由上端的溢流层、中间介质层以及底部的排水层组成，其中介质层包含土壤、河沙、蛭石以及石灰石，在介质层表面以及介质层内部分别设置进水管，排水层底部一侧设置出水口。

　　2.根据权利要求1所述的通过介质改性提高对雨水中氮磷等污染物处理能力的人工快速渗滤系统，其特征在于，介质层中介质为均匀混合，土壤经晾晒后过2mm筛、河沙、蛭石和石灰石的粒径均为1～2mm。

　　3.根据权利要求1所述的通过介质改性提高对雨水中氮磷等污染物处理能力的人工快速渗滤系统，其特征在于，土壤和河沙的添加体积比为1:1，蛭石掺杂量为土壤和河沙总体积的15%，石灰石的掺杂量为土壤和河沙总体积的8%。

　　4.根据权利要求1所述的通过介质改性提高对雨水中氮磷等污染物处理能力的人工快速渗滤系统，其特征在于，介质层厚度为70～100cm，溢流层厚度20～30cm，排水层厚度20～30cm。

　　5.根据权利要求1所述的通过介质改性提高对雨水中氮磷等污染物处理能力的人工快速渗滤系统，其特征在于，排水层填充填料为鹅卵石，排水层填充的鹅卵石粒径为2～4cm。

　　6.根据权利要求1所述的通过介质改性提高对雨水中氮磷等污染物处理能力的人工快速渗滤系统，其特征在于，在介质层与排水层铺设铁丝网以及土工布。

　　7.根据权利要求1所述的通过介质改性提高对雨水中氮磷等污染物处理能力的人工快速渗滤系统，其特征在于，所述蛭石为改性蛭石，改性过程包括以下步骤：蛭石用2mm筛分，采用1mol/L的HNO3搅拌浸泡2h，取出并冲洗，去除可溶性杂质，在烘箱中烘干至恒重，然后取上述预处理后的蛭石和壳聚糖，按照壳聚糖与蛭石的质量比为1:20-50于烧杯中，加入1mol/L的NaOH溶液，搅拌24h后用蒸馏水浸泡、冲洗至pH恒定，在烘箱中干燥至恒重后待用。

　　8.根据权利要求1所述的通过介质改性提高对雨水中氮磷等污染物处理能力的人工快速渗滤系统，其特征在于，介质层内部的进水管设置在距介质层上表面30cm处。

　　9.一种如权利要求1-8任一项所述的人工快速渗滤系统进行雨水中氮磷等污染物处理的方法，其特征在于，待处理污水从介质层表面和介质层内部的进水管同时进水，再由设置于排水层一侧的出水口排出，进水采用淹水-落干交替运行的方式，水力负荷2m/d，水力负荷周期48h，其中布水时间为3h，落干时间为45h，系统出水由排水层一侧的出水口排出。

　　10.根据权利要求9所述的人工快速渗滤系统进行雨水中氮磷等污染物处理的方法，其特征在于，介质层表面与介质层内部的进水比例为2:1。

　　贵阳污水设备:说明书

　　一种通过介质改性提高对雨水中氮磷等污染物处理能力的人工快速渗滤系统

　　贵阳污水设备:技术领域

　　本发明涉及污水处理的技术领域，具体涉及一种通过介质改性提高对雨水中氮磷等污染物处理能力的人工快速渗滤系统。

　　贵阳污水设备:背景技术

　　人工快速渗滤系统(Constructed rapid infiltration system，简称：CRI)为土地处理的一种类型，它是指有控制地将污水投放于人工构筑的渗滤介质的表面，使其在向下渗透的过程中经历不同的物理、化学和生物作用，最终达到净化污水的目的。它是在对各类土地处理和快速渗滤系统研究总结的基础上，针对传统污水土地处理系统普遍存在的水力负荷低、单位面积处理能力小等缺点，借鉴了污水快速渗滤土地处理系统和人工湿地系统的优点，逐步发展起来的一种具有自身特色的新型污水处理技术，具有广阔的发展空间。

　　该系统的特点是利用渗透性能较好的人工渗滤介质作为材料替代天然土，并加入一些特殊功能的填料，运行采用干湿交替方式进行，保证既有较高的水力负荷，又能满足出水的要求。目前国内外在对降雨径流污染控制技术上的研究进度不同，但是土地处理系统已成为各国控制和削减降雨径流污染的主要手段之一。这一技术既解决了采用沉淀池或调蓄池会造成旱天闲置、占地面积大且雨水直接利用可行性、经济性差的缺点;也充分利用了土壤的净化能力，从而达到削减降雨径流污染的目的。

　　由于受不同地区的气候以及土壤质地的影响，各地的最优工艺参数有所差异，由此导致对于人工快速渗滤系统的应用并没有确定的工艺参数范围，另外，现有技术中的人工快速渗滤系统对氮磷等污染物质去除效率仍然较低，经过人工快速渗滤系统的出水中污染物并未得到彻底的去除，从而造成出水排入自然水体后造成水体富营养化、黑臭等恶劣影响，基于此，现有技术中的人工快速渗滤系统并不能实现对雨水径流中污染物进行迅速彻底净化的目的。

　　发明内容

　　为解决上述技术问题，本发明提供一种通过介质改性提高对雨水中氮磷等污染物处理能力的人工快速渗滤系统，通过适宜的渗滤介质比例、工艺参数和运行方式的搭配，构建一套高效脱氮除磷的系统，实现人工快速渗滤系统对雨水径流中污染物的净化。

　　为实现上述目的，本发明提供一种通过介质改性提高对雨水中氮磷等污染物处理能力的人工快速渗滤系统，由上端的溢流层、中间介质层以及底部的排水层组成，其中介质层包含土壤、河沙、蛭石以及石灰石，在介质层表面以及介质层内部分别设置进水管，排水层底部一侧设置出水口。

　　优选的，介质层中介质为均匀混合，土壤经晾晒后过2mm筛、河沙、蛭石和石灰石的粒径均为1～2mm。

　　优选的，土壤和河沙的添加体积比为1:1，蛭石掺杂量为土壤和河沙总体积的15%，石灰石的掺杂量为土壤和河沙总体积的8%。

　　适当的蛭石掺杂比例可以在保证系统对污染物去除效率的同时保证经济性。

　　优选的，介质层厚度为70～100cm，溢流层厚度20～30cm，排水层厚度 20～30cm。

　　渗滤介质上铺一层小粒径的鹅卵石，有利于避免进水冲刷上层填料;底部设有承托排水层，填装空隙率大、渗透性能好的砾石层，该层的主要作用是支撑上部的渗滤介质、收集底层出水和让出水顺利流出系统。

　　优选的，排水层填充填料为鹅卵石，排水层填充的鹅卵石粒径为2～4cm。

　　优选的，在介质层与排水层铺设铁丝网以及土工布;其作用为承托介质层，防止介质层内介质落入排水层。

　　优选的，所述蛭石为改性蛭石，改性过程包括以下步骤：蛭石用2mm筛分，采用1mol/L的HNO3搅拌浸泡2h，取出并冲洗，去除可溶性杂质，在烘箱中烘干至恒重，然后取上述预处理后的蛭石和壳聚糖，按照壳聚糖与蛭石的质量比为1:20-50于烧杯中，加入1mol/L的NaOH溶液，搅拌24h后用蒸馏水浸泡、冲洗至pH恒定，在烘箱中干燥至恒重后待用。

　　采用HNO3预处理，一方面可以使蛭石骨架中的K+、Mg2+等金属阳离子溶出，另一方面也可以溶解蛭石表面附着的少量碳酸杨等杂质;而适当的NaOH 预处理则可以中和酸处理环节被交换到蛭石上的H+，避免使用过程中pH产生影响。另外氢氧化钠溶液在改性过程中会使Na+进入蛭石内部，从而提高蛭石的离子交换性能，有利于对氮磷的去除。

　　优选的，介质层内部的进水管设置在距介质层上表面30cm处。

　　本发明的技术方案之二，上述的人工快速渗滤系统进行雨水中氮磷等污染物处理的方法，待处理污水从介质层表面和介质层内部的进水管同时进水，再由设置于排水层一侧的出水口排出，进水采用淹水-落干交替运行的方式，水力负荷2 m/d，水力负荷周期48h，其中布水时间为3h，落干时间为45h，系统出水由排水层一侧的出水口排出。

　　优选的，介质层表面与介质层内部的进水比例为2:1。

　　与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

　　本发明提供了适应于雨水处理的人工快速渗滤系统，在系统内填装合适比例的填料，采用分段进水的方式进行进水，构建成高效脱氮除磷系统，且改性后的蛭石进一步提高了系统对污染物吸附截留的能力，提高系统对污染物的吸附效果。通过上部有氧段发生的硝化反应将氨氮转化为硝态氮，通过分段进水的方式提供下部厌氧段所需要的有机物，使下部的厌氧段发生的反硝化反应实现硝态氮的去除，蛭石和石灰石中的阳离子可与磷酸根离子吸附沉淀，从而实现雨水中氮磷的去除。本发明在较高的水力负荷下运行，介质的混合填装提高了系统的孔隙率和吸附能力，合理的土层厚度以及分段进水位置的选择进一步提高了系统对污染物特别是氮素的去除效果。并且结构简单，操作简单，占地面积小，运行成本低，处理效果好。

　　将土壤、沙子、蛭石以及石灰石混合填装有利于提高系统的孔隙率，提高系统复氧效果以及抗堵塞性能，改性后的蛭石可进一步提高系统对氮磷等污染物的吸附截留效果，降低出水中TN和TP的浓度;随着进水时间的延长系统内的微生物利用介质截留的营养物质进行繁殖，石灰石则可有效补充系统在硝化反应时消耗的碱度，使系统保持在适宜微生物生长繁殖的pH范围内且避免系统出水呈酸性。采用较大的水力负荷周期以及较低的湿干比有利于系统在落干期将介质吸附截留的污染物充分降解，为下一次进水是留出足够的吸附位点，保证系统对污染物的去除效果。随着系统运行时间的延长，系统上部与外界接触充分为好氧段，系统下部逐渐变为厌氧段，硝化反应是在系统上部的好氧段完成，反硝化反应是在厌氧条件下，通过反硝化菌的作用，是指细菌将硝酸盐(NO3-)中的氮(N) 通过一系列中间产物(NO2-、NO、N2O)还原为氮气(N2)的生物化学过程，因此，反硝化反应是在系统的下半段完成的，通过在距表层30cm处设置进水管进行分段进水，可有效补充系统厌氧段发生的反硝化反应所需的碳源，提高该段的反硝化反应强度，避免该段由于碳源不足反硝化反应不充分造成的出水中硝氮以及TN浓度过高的情况。土层范围选在85cm可在保证系统对污染物去除效率的同时保证系统的经济性。排水层中填充大粒径的鹅卵石可起到快速集水、排水以及抗堵塞的作用。