灌区生活污水零价铁/微生物复合渗滤墙净化系统.pdf

本发明公开了一种灌区生活污水零价铁/微生物复合渗滤墙净化系统。所述系统是在利用岸坡系统在岸坡上挖设多个污水处置单元，通过输水管道系统将灌区生活污水收集至污水处置单元进行处理，处理后的生活污水排入集水沟后进入水生植物沟进行深度净化，最后排放进入河道；本发明的优点：零价铁和微生物的协同作用提高了处理效率，强化了出水水质；多级处理系统结合水生植物湿地技术能够更加有效的去除污水中的污染物，进一步改善出水水质；该系统是对岸坡系统进行充分利用，不需要占用其他土地资源；整套装置位于地下，没有异味；零价铁反应箱容易更换，便于管理与维护；同时该系统可以就地取材，成本低廉。

权利要求书
1.  灌区生活污水零价铁/微生物复合渗滤墙净化系统，其特征在于：充分利用岸坡系统，在岸坡上挖设布置多个污水处置单元；所述污水处置单元包括：厌氧发酵池，生物滤料池以及零价铁渗滤墙三部分；通过输水管道系统将灌区生活污水收集至污水处置单元进行处理，处理后的生活污水排入集水沟后进入滨水植物带进行深度净化，最后进入河道。

2.  根据权利要求1所述的灌区生活污水零价铁/微生物复合渗滤墙净化系统，其特征在于：所述述厌氧发酵池和生物滤料池间用可渗透的多孔无砂砼分开。

3.  根据权利要求1所述的灌区生活污水零价铁/微生物复合渗滤墙净化系统，其特征在于：所述零价铁渗滤墙由两侧的垫层和中间的数量不等的便携可移动式零价铁反应箱组装而成。

4.  根据权利要求3所述的灌区生活污水零价铁/微生物复合渗滤墙净化系统，其特征在于：所述零价铁反应箱以φ12的钢筋作为其骨架，以钢丝网作为其6个面，反应箱上方的铁丝网设置为可开启式，钢丝网的孔径小于沸石填料的直径，零价铁反应箱侧面设置人工搅拌桨。

5.  根据权利要求2所述的灌区生活污水零价铁/微生物复合渗滤墙净化系统，其特征在于：所述生物滤料池底部和集水沟底部采用无砂混凝土，零价铁反应箱侧面采用可渗透的多孔无砂砼，底部铺设碎石砂料，顶部铺设植生砖。

6.  根据权利要求1所述的灌区生活污水零价铁/微生物复合渗滤墙净化系统，其特征在于：所述零价铁反应箱内填料由零价铁包覆的沸石和秸秆按比例混合而成。

7.  根据权利要求6所述的灌区生活污水零价铁/微生物复合渗滤墙净化系统，其特征在于：所述零价铁包覆的沸石在N2的保护下将沸石填料浸渍于FeSO4或FeCl2溶液中，搅拌均匀后，在碱性条件下逐渐加入还原剂硼氢化钠或者硼氢化钾溶液，反应0.5-3.0 h得到零价铁包覆的沸石。

8.  根据权利要求1所述的灌区生活污水零价铁/微生物复合渗滤墙净化系统，其特征在于：所述污水处置单元的出水采用集水沟，集水沟起到提高水位的作用，创造缺氧的环境更加有利于氨氮的去除。

9.  灌区生活污水零价铁/微生物复合渗滤墙净化处理方法，其特征是包括如下步骤：
1）初级处理：生活污水由生活污水收集管道收集排入厌氧发酵池，通过厌氧生物处理可以部分去除污水中有机物和硝氮，并转化为可以利用的沼气；
2）多级零价铁/微生物复合渗滤墙处理：经过厌氧发酵池处理后的污水，透过可渗透无砂砼的污水依次进入20～30mm圆形砾石生物滤料池、零价铁渗滤墙、10～20mm中等砾石生物滤料池、零价铁渗滤墙、5～10mm碎小砾石生物滤料池、零价铁渗滤墙、2.5～5mm石英砂生物滤料池；
深度处理：经过上述多级零价铁/微生物复合渗滤墙处理后的生活污水排入集水沟后进入滨水植物带，利用水生植物的根茎的吸收作用进一步去除出水中的污染物，达到深度净化的目的。

10.  根据权利要求9所述的灌区生活污水零价铁/微生物复合渗滤墙净化处理方法，其特征是所述多级零价铁/微生物复合渗滤墙处理，包括一级和二级的处理：
1）一级处理：生物滤料池对污水起到过滤和拦截杂质的作用，同时砾石填料表面附着有微生物，形成生物膜对污水起到生物降解的作用；
2）二级处理：污水进入零价铁渗滤墙，渗滤墙内部的零价铁反应箱内的沸石比表面积大为微生物的生长提供了载体，沸石具有吸附污水中有机物的功能，为微生物的生长提供了营养源；沸石表面包覆的零价铁和微生物形成了零价铁/微生物复合系统，强化了对污水中有机物、氮磷以及灌区内其他污染物的去除，同时外加秸秆提供充足碳源，进一步强化了反硝化效率。

说明书灌区生活污水零价铁/微生物复合渗滤墙净化系统
技术领域
本发明属于环保污水处理领域，特别涉及一种灌区生活污水处理技术-零价铁/微生物复合渗滤墙净化系统及净化方法，可直接应用到灌区生活污水或者村镇小型生活污水处理，同时也可用于灌区内面源污染物的生态拦截和降雨径流水质净化。
背景技术
分散型生活污水已成为我国灌区水体污染的重要污染源，是灌区面源污染的重要组成部分，未经处理的灌区生活污水直接排放进入自然水体，不仅影响了灌区内的生态环境，而且对当地居民的作物产量和饮用水安全带来不利影响。因此，灌区生活污水的治理成为我国亟待解决的问题。
目前，常见的分散型生活污水处理主要包括将污水厂工艺小型化的生物处理技术、以人工湿地为核心的生态处理技术以及两者相结合的耦合处理技术。例如，厌氧+好氧+湿地法，但该法存在占地面积大，出水水质效果不稳定的缺点，而且氮磷的去除主要依靠人工湿地的作用。另外，MBR/人工湿地工艺以其高污泥浓度，出水水质稳定等优点，在分散污水处理及回用的领域也具有很好的竞争力，但其高昂的运行费用限制了它的广泛应用。公开号为CN10130247A公开了一种地下湿地与高负荷地下渗滤污水处理复合系统，该技术为高负荷地下渗滤系统附加了地下湿地和自行调节双层散水功能，主体构筑物均埋于地下，地表可以进行绿化，不仅不占用土地，不影响周围景观，而且大幅提高对污染物的去除负荷，系统出水稳定，建设与运行成本较低。但由于缺少碳源的供给和厌氧环境的营造，该系统反硝化能力较弱，总氮去除效果有待进一步提高。就目前来看，投入实际应用的农村生活污水处理系统尚存在一定的局限性。
活性渗滤墙是一种现场修复受污染地下水的新型技术，具有原理简单，施工方便，运行费用低廉等特点，活性渗滤墙垂直于地下水流动方向设置，当地下水流通过活性渗滤墙时，污染物与墙体材料发生化学反应，从而达到环境修复的目的，目前活性渗滤墙已经在世界各地应用，是一种非常有发展前景的环境污染修复技术。应用金属铁作为活性渗滤墙填充材料，可以有效去除地下水中的重金属以及有机污染物。零价铁/微生物协同作用对脱氮除磷具有很好的作用，在农村分散型生活污水处理中还没有相关研究报道，具有较好的应用前景。
发明内容
本发明旨在克服现有生活污水处理技术中存在的不足，提供一种不占用土地，简单适用，运行管理方便，造价低廉，同时污水处理效率高，出水水质稳定的灌区生活污水零价铁/微生物复合渗滤墙净化系统及净化方法。职
本发明的技术解决方案：灌区生活污水零价铁/微生物复合渗滤墙净化系统，其结构在于：充分利用岸坡系统，在岸坡上挖设布置多个污水处置单元；所述污水处置单元包括：厌氧发酵池，生物滤料池以及零价铁渗滤墙三部分；通过输水管道系统将灌区生活污水收集至污水处置单元进行处理，处理后的生活污水排入集水沟后进入滨水植物带进行深度净化，最后进入河道。
所述污水处置单元包括：厌氧发酵池，生物滤料池以及零价铁渗滤墙三部分。
所述厌氧发酵池，可以将收集来的生活污水暂时性的储存在发酵池中起到均质调节池的作用，并且通过厌氧生物处理可以部分去除污水中有机物和硝氮，并转化为可供利用的沼气。
所述厌氧发酵池和生物滤料池间用可渗透的多孔无砂砼分开，厌氧发酵池的污水可以透过可渗透的多孔无砂砼均匀进入生物滤料池。
所述生物滤料池的设置采用按离岸堤由远至近的顺序逐层填充不同粒径砂石分别形成20～30mm圆形砾石生物滤料池、10～20mm中等砾石生物滤料池和5～10mm碎小砾石生物滤料池以及2.5～5mm石英砂生物滤料池。按粒径从大到小布设的四级生物滤料池可以有效拦截污水中的杂质，同时砾石填料表面附着有微生物，形成生物膜系统对污水起到生物降解的作用。
所述生物滤料池和零价铁渗滤墙中间也用可渗透的多孔无砂砼隔开，经生物滤料池处理的污水可以均匀进入到零价铁渗透墙。
所述零价铁渗透墙由两侧的垫层和中间的若干个便携可移动式零价铁反应箱组装而成。
所述零价铁反应箱为保证其强度以φ12的钢筋作为其骨架，以钢丝网作为其6个面，钢丝网的孔径小于沸石填料的直径，反应箱上方的铁丝网设置为可开启式。这样的设计既可以保证污水和箱内的零价铁沸石填料接触反应；同时也便于更换反应箱内填料，使零价铁反应箱可供长期使用。
所述零价铁反应箱是由零价铁包覆的沸石填料和秸秆混合而成。零价铁包覆的沸石填料的制作工艺是：在N2的保护下将沸石填料浸渍于FeSO4或FeCl2溶液中，搅拌均匀后，在碱性条件下逐渐加入还原剂硼氢化钠或者硼氢化钾溶液，反应0.5-3.0 h得到零价铁包覆的沸石。该工艺可以有效的将零价铁负载到沸石表面，并且负载在沸石表面的零价铁不随污水的经过而被冲刷脱落，能够承受一定的水利负荷。沸石具有比表面积大，廉价易得，并且对污染物有一定的吸附性的优点，同时比表面积大的沸石也为微生物的生长提供了充足的载体。零价铁反应箱内外加体积分数为10%的秸秆，一方面为微生物的生长提供营养源，另一方面外加碳源更有利于反硝化细菌的生长，增强微生物对污水中总氮的降解。
零价铁和微生物作用于同一个系统中，可发挥两者优势，使其互为补充，零价铁/微生物协同作用优势主要体现在以下三方面：① 强化了微生物反硝化的能力。零价铁具有较强的还原性，可以作为电子供体，提供反硝化反应所需的电子；零价铁还原产生的氢气能满足氢自养反硝化细菌的生长需要，为氢自养反硝化细菌进行反硝化脱氮提供氢供体。② 零价铁利用其强还原性直接和污水中的硝氮发生还原反应：5Fe0+2NO3-+6H2O = 5Fe2++N2+12OH-，从而有效去除生活污水中的硝氮；产生的OH-可以中和好氧区硝化过程中产生的一定的硝酸，稳定了出水pH值。③ 零价铁还原过程中产生的Fe2+和Fe3+均可与磷发生共沉淀，同时还可形成一系列不同形态的多核络合物，能够迅速有效地通过电性中和、吸附架桥及卷扫作用使胶体微粒、悬浮物等发生凝聚、沉淀。另外，零价铁和微生物的协同作用还具有以下优点：① 零价铁的还原作为一种物化法，其反应速率高于生物法，加大了总反应速率；② 铁元素作为微生物和植物生长的营养物质之一，对生物膜和系统表面植物的生长所都有促进作用；③ 铁是酶辅基所必须的元素，同时Fe3+也会影响微生物胞外聚合物中蛋白质的组成。总之，零价铁和微生物的协同作用强化了脱氮除磷的效果；零价铁以其还原、絮凝的特点对污水中的重金属离子、氯代有机物以及其他污染物也都有很好地去除效果。
所述零价铁反应箱内置人工搅拌器，定期进行人工搅拌，可以防止内部零价铁结板失活，提高处理效率。
经过上述污水处置单元处理后的污水排入集水沟，通过集水沟提高出水水位，可以增强处理系统的填料滞水区域、限制大气向填料空隙内传氧作用，从而有利于创造反硝化菌生长繁殖的缺氧环境。排入集水沟后污水最后进入滨水植物带，利用水生植物的根茎的吸收作用进一步去除出水中的污染物，达到深度净化的目的。
本发明的优点：（1）零价铁和微生物的协同作用提高了处理效率，强化了出水水质；（2）多级处理系统结合滨水植物带技术能够更加有效的去除污水中的污染物，进一步改善出水水质；（3）可以回收利用灌区内的水稻秸秆，利用秸秆作为固体碳源，增强异养反硝化性能，提高对总氮的去除率；（4）通过集水沟控制出水水位，增大处理系统的填料滞水区域、限制大气向填料空隙内传氧作用，从而有利于创造反硝化菌生长繁殖的缺氧环境；（5）该系统是对岸坡进行改造，不需要占用其他土地资源，在处置单元顶部铺设植生砖，营造良好的生态环境；（6）整套装置位于地下，没有异味；（7）零价铁反应箱容易更换，便于管理与维护；（8）零价铁价格低廉、易操作且对环境不会产生二次污染；（9）整个工程构造简单、施工方便、功能稳定、造价低廉、使用方便。
附图说明
附图1 是灌区生活污水零价铁/微生物复合渗滤墙净化系统示意图；
附图2 是灌区生活污水零价铁/微生物复合渗滤墙净化系统平面示意图；
附图3 是零价铁反应箱示意图。
图中的1是生活污水收集管道、2是厌氧发酵池、3是20～30mm圆形砾石生物滤料池、4是零价铁渗滤墙、5是10～20mm中等砾石生物滤料池、6是植生砖、7是5～10mm碎小砾石生物滤料池、8是2.5～5mm石英砂生物滤料池、9是集水沟、10是滨水植物带、11是挺水植物、12是浮水植物、13是沉水植物、14是可渗透无砂砼、15是无砂混凝土砌块、16是岸堤、17是河道、18是单体零价铁反应箱、19是零价铁包覆的沸石填料、20是木屑和秸秆、21是钢丝网面、22是搅拌桨、23是φ12的钢筋骨架。
具体实施方式
下面结合附图进一步描述本发明的技术解决方案：
如附图1和附图2所示，在灌区生活污水产生处铺设污水收集管道1以收集灌区生活污水；在原有岸坡平地上与斜坡交接处挖设横断面为上宽下窄梯形的厌氧发酵池2，厌氧发酵池2与污水管道连接的侧面以及底部铺设经过防渗处理的无砂混凝土砌块15；开挖原有斜坡，在原有斜坡上按离岸堤16由远至近的顺序依次形成20～30mm圆形砾石生物滤料池3、零价铁渗滤墙4、10～20mm中等砾石生物滤料池5、零价铁渗滤墙4、5～10mm碎小砾石生物滤料池7、零价铁渗滤墙4、2.5～5mm石英砂生物滤料池8多级零价铁/微生物复合渗滤墙处理系统，侧面采用可渗透无砂砼，顶部铺设植生砖6，底部铺设经过碎石砂料，侧面铺设可渗透多孔无砂砼14；在2.5～5mm石英砂生物滤料池8之后开挖横断面为上宽下窄梯形的集水沟9，集水沟的底部和离河岸近的一侧铺设经过防渗处理的无砂混凝土砌块15；在堤岸16靠河道一侧开挖小型的滨水植物带10，并在滨水植物带里根据水深高低依次种植形成挺水植物群落11、浮水植物群落12和沉水植物群落13。
所述的零价铁渗滤墙4由墙体两侧的垫层和中间数量不等的单体便携可移动式零价铁反应箱18组合而成。
所述的集水沟9保持较高的水位，达到增大处理系统的填料滞水区域、限制大气向填料空隙内传氧作用，从而有利于创造反硝化菌生长繁殖的缺氧环境。
如附图3所示，所述的单体零价铁反应箱18内部由体积分数约为90%的零价铁包覆的沸石填料19和10%的秸秆20装填而成。零价铁包覆的沸石填料19的制作工艺是：在N2的保护下将沸石填料浸渍于足量的硫酸亚铁溶液中，搅拌均匀后，在碱性条件下逐渐加入足量的还原剂硼氢化钠溶液，反应2h得到零价铁包覆的沸石填料19。
单体零价铁反应箱18是以φ12的钢筋23作为其骨架，以钢丝网21作为其6个面，钢丝网21的孔径略小于零价铁包覆的沸石填料19以及秸秆20的大小，钢丝网21可拦截水中较大的悬浮物，防止零价铁反应箱内发生堵塞和填料流失；反应箱内设置搅拌桨22，可以定期对反应箱内部沸石填料进行搅拌，以防止零价铁结板失活，提高零价铁的活性，延长使用寿命；零价铁铁反应箱上方的钢丝网21设置为可开启式，方便反应箱内零价铁包覆的沸石填料19和秸秆20的更换。
零价铁反应箱尺寸可以设计为120cm×30cm×30cm、120cm×40cm×40cm、120cm×50cm×50cm等。
灌区生活污水零价铁/微生物复合渗滤墙净化处理方法，包括如下步骤：
1）初级处理：生活污水由生活污水收集管道1收集排入厌氧发酵池2，通过厌氧生物处理可以部分去除污水中有机物和硝氮，并转化为可以利用的沼气。
2）多级零价铁/微生物复合渗滤墙处理：经过厌氧发酵池2处理后的污水，透过可渗透无砂砼14的污水依次进入20～30mm圆形砾石生物滤料池3、零价铁渗滤墙4、10～20mm中等砾石生物滤料池5、零价铁渗滤墙4、5～10mm碎小砾石生物滤料池7、零价铁渗滤墙4、2.5～5mm石英砂生物滤料池8；
包括以下一级和二级处理过程：
A. 一级处理：生物滤料池对污水起到过滤和拦截杂质的作用，同时砾石填料表面附着有微生物，形成生物膜对污水起到生物降解的作用；
B. 二级处理：污水进入零价铁渗滤墙，渗滤墙内部的零价铁反应箱内的沸石比表面积大为微生物的生长提供了载体，沸石具有吸附污水中有机物的功能，为微生物的生长提供了营养源；沸石表面包覆的零价铁和微生物形成了零价铁/微生物复合系统，强化了对污水中有机物、氮磷以及灌区内其他污染物的去除，同时外加秸秆提供充足碳源，进一步强化了反硝化效率。
3）深度处理：经过上述多级零价铁/微生物复合渗滤墙处理后的生活污水排入集水沟后进入滨水植物带，利用水生植物的根茎的吸收作用进一步去除出水中的污染物，达到深度净化的目的。