农田排水反硝化吸磷模拟装置.pdf

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摘要
申请专利号:

CN201110303014.7

申请日:

2011.10.10

公开号:

CN102418327A

公开日:

2012.04.18

当前法律状态:

授权

有效性:

有权

法律详情:

授权|||实质审查的生效IPC(主分类):E02B 1/02申请日:20111010|||公开

IPC分类号:

E02B1/02; E02B11/00

主分类号:

E02B1/02

申请人:

浙江大学

发明人:

梁新强; 顾佳涛; 陈英旭; 叶玉适; 刘瑾; 郭茹; 金熠

地址:

310027 浙江省杭州市西湖区浙大路38号

优先权:

专利代理机构:

杭州中成专利事务所有限公司 33212

代理人:

金祺

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内容摘要

本发明公开了一种农田排水反硝化吸磷模拟装置,包括配水单元(A)、反应单元(B)和出水单元(C);配水单元(A)用于原水的配制和存放以及控制进入反应单元B进水的流量,从而控制反应时间;反应单元(B)为主体处理单元,反硝化吸磷反应在反应单元(B)处进行;出水单元(C)用于农田排水反硝化吸磷模拟装置的出水以及通过调节不同高度出水口阀门的开闭调节农田排水反硝化吸磷模拟装置的水位。利用该装置模拟农田排水的实际情况,监测其中N、P营养物质的变化情况,从而获得设计沟长、碳源添加量等一系列技术参数,为技术实地构建提供长远的技术支持。

权利要求书

1: 农田排水反硝化吸磷模拟装置, 其特征是包括 : 配水单元 (A)、 反应单元 (B) 和出水 单元 (C) ; 所述配水单元 (A) 用于原水的配制和存放以及控制进入反应单元 B 进水的流量, 从而 控制反应时间 ; 所述反应单元 (B) 为主体处理单元, 反硝化吸磷反应在反应单元 (B) 处进行 ; 所述出水单元 (C) 用于农田排水反硝化吸磷模拟装置的出水以及通过调节不同高度 出水口阀门的开闭调节农田排水反硝化吸磷模拟装置的水位。
2: 根据权利要求 1 所述的农田排水反硝化吸磷模拟装置, 其特征是 : 所述配水单元 (A) 包括配水箱 (1) 和蠕动泵 (2) ; 所述配水箱 (1) 的底部设有排空阀 (3), 配水箱 (1) 的内腔与蠕动泵 (2) 的进口端相连通 ; 反应单元 (B) 包括依次相连的至少 2 个的反应小单元 (b) ; 所述每个反应小单元 (b) 包 括一个顶面开口的反应小单元壳体 (7), 所述反应小单元壳体 (7) 的左侧面 (71) 和右侧面 (72) 上分别设有进口阀 (51) 和出口阀 (52), 所述进口阀 (51) 的管底高度等于出口阀 (52) 的管底高度 ; 在所述反应小单元壳体 (7) 的底部设有至少一个的放空阀 I(8) 以及至少一个的放空 阀 II(9) ; 所述放空阀 I(8) 与放空阀 II(9) 均与反应小单元壳体 (7) 的内腔相连通, 且放 空阀 I(8) 的进口端与反应小单元壳体 (7) 的底面齐平, 所述放空阀 II(9) 的进口端比反应 小单元壳体 (7) 的底部高 7 ~ 13mm ; 在所述反应小单元壳体 (7) 的侧面设有至少一个的取样阀 (10), 所述取样阀 (10) 的进 口端靠近反应小单元壳体 (7) 内腔的中心轴线 ; 在所述反应小单元壳体 (7) 的内腔中设有竖直挡板 (11), 所述竖直挡板 (11) 与反应小 单元壳体 (7) 的底面之间留有 100 ~ 300mm 的间隙 ; 在反应小单元壳体 (7) 的左侧面 (71) 与竖直挡板 (11) 之间依次设有进水板 (12) 和载泥板 (13), 所述进水板 (12) 和载泥板 (13) 的高度一致且均平行于反应小单元壳体 (7) 的底面 ; 进水板 (12) 与反应小单元壳体 (7) 的 前后侧面之间均留有间隙, 载泥板 (13) 与反应小单元壳体 (7) 的前后侧面之间均为密封相 连, 所述进水板 (12) 上设有进水通孔 (121), 在竖直挡板 (11) 与反应小单元壳体 (7) 的右 侧面 (72) 之间设有出水板 (14), 所述出水板 (14) 与反应小单元壳体 (7) 的前后侧面之间 均留有间隙, 所述出水板 (14) 上设有出水通孔 (141) ; 所述出水单元 (C) 包括顶面开口的出水箱 (18), 所述出水箱 (18) 上设有进水阀 (20) 和至少 2 个的高度递增的出水阀 (21) ; 所述进水阀 (20) 的管底高度与出口阀 (52) 的管底 高度相一致 ; 所述第一个反应小单元 (b) 的进口阀 (51) 与蠕动泵 (2) 的出口端相连通 ; 所述最后一 个反应小单元 (b) 的出口阀 (52) 与进水阀 (20) 相连通。
3: 根据权利要求 2 所述的农田排水反硝化吸磷模拟装置, 其特征是 : 在所述载泥板 (13) 的下方设置导流板组件 ; 所述导流板组件包括相互平行的 3 块导流板 (15), 所述位于 2 侧的导流板 (15) 均紧贴 载泥板 (13) 的下表面、 且均与反应小单元壳体 (7) 的底面之间留有间隙 ; 所述位于中间的 导流板 (15) 与载泥板 (13) 的下表面和反应小单元壳体 (7) 的底面之间均保持间隙。
4: 根据权利要求 3 所述的农田排水反硝化吸磷模拟装置, 其特征是 : 位于最低位的出 2 水阀 (21) 的管底高度与进水阀 (20) 的管底高度相一致 ; 所述相邻的 2 个高度递增的出水阀 (21) 中, 位于高处的出水阀 (21) 的管底高度等于 位于低处的出水阀 (21) 的管顶高度。
5: 根据权利要求 4 所述的农田排水反硝化吸磷模拟装置, 其特征是 : 所述配水箱 (1) 呈倒置漏斗型, 所述呈倒置漏斗型的配水箱 (1) 由上下依次相连通的矩形通道 (101) 和无 顶面的倒置四角锥台 (102) 组成, 倒置四角锥台 (102) 的顶部开口处与矩形通道 (101) 相 吻合 ; 倒置四角锥台 (102) 的底部呈平面, 在四角锥台 (102) 的底部中心处设置排空阀 (3)。
6: 根据权利要求 5 所述的农田排水反硝化吸磷模拟装置, 其特征是 : 所述进口阀 (51) 的管底高度高于进水板 (12) 的高度, 所述出口阀 (52) 的管底高度与出水板 (14) 的高度相 一致。
7: 根据权利要求 6 所述的农田排水反硝化吸磷模拟装置, 其特征是 : 所述反应小单元 壳体 (7) 由顶部开口的狭长矩形 (70) 和位于狭长矩形上方的过渡通道 (73) 组成, 所述狭 长矩形 (70) 的 2 个长侧面对称的以 12 ~ 18°的倾斜角向外向上延伸从而形成过渡通道 (73) 的 2 个对应侧面, 所述狭长矩形 (70) 的 2 个短侧面垂直向上延伸从而形成过渡通道 (73) 的另 2 个对应侧面。

说明书


农田排水反硝化吸磷模拟装置

    【技术领域】
     本发明属于农业环境保护领域, 具体涉及一种新型农田排水反硝化吸磷模拟装置。 背景技术
     农田排水氮磷流失控制已成为当前 “农业生态稳定与水环境安全” 的世界性关注 焦点。 农事行为不可避免产生大量农田排水, 导致大量氮、 磷由沟渠排入水体引起富营养化 问题。诸多研究发现, 单纯依靠水肥管理策略难以彻底解决这一问题。我国农村地区农田 排水沟渠分布广泛, 沟渠系统在生态环境意义上可定义为 “线型” 浅水湿地, 极大地影响农 田排水中氮、 磷营养物质的迁移转化过程, 具有调节农田多余水分排放和营养物质循环的 功能。
     目前对农田排水的处理主要有以下两种措施 : 一种是水生植物吸纳技术, 沟渠水 生植物吸纳技术类似于当前广泛采用的人工湿地废水处理技术, 沟渠中农田排水氮、 磷营 养物质在沟渠水生植物与沟渠底泥微生物的共同作用下, 以吸附、 吸收、 沉淀、 过滤和微生 物降解等多种形式而被阻截下来。水生植物根系能够直接吸收农田排水中的氨氮、 硝态氮 和磷酸盐, 通过打破界面平衡, 促进其在界面的交换作用, 从而加速污染物进入底泥速度, 增强其截留能力。但是沟渠水生植物吸纳技术在实施过程中对沟渠基质的选择要求较高, 植物生长难管理, 水生植物的大量生长会导致排水不畅, 冬季阻截效果下降, 沟渠被枯萎植 物堵塞, 植株体腐烂易引起二次污染。因此, 目前水生植物对氮磷阻截方面的积极意义没 有得到进一步认识, 尚存较多争议点, 推广较难 ; 另一种是生态混凝土护坡技术, 生态混凝 土具备良好的透水性和透气性, 具有良好的工程力学性能, 同时具有净化水质、 改善景观和 完善生态系统的多重功能。 其透水性的优点, 可使雨水渗入地面还原为地下水, 保持土壤湿 度, 改善土壤中植物和微生物生存条件。但是生态混凝土护坡技术也存在缺陷, 包括易堵 塞问题, 混凝土耐久性, 混凝土碱性问题, 营养物质缺乏和孔隙内毛细水补给能力不强等问 题。
     可见, 目前农田排水沟渠综合利用水平相对较低, 如何结合农业生产体系物质循 环特征, 开发沟渠截留氮磷新基质, 已成为农田生态沟渠建设与推广应用的关键瓶颈。 发明内容 本发明所要解决的技术问题是提供一种农田排水反硝化吸磷模拟装置。
     为了解决上述技术问题, 本发明提供一种农田排水模拟装置, 配水单元 A、 反应单 元 B 和出水单元 C ;
     配水单元 A 用于原水的配制和存放以及控制进入反应单元 B 进水的流量, 从而控 制反应时间 ;
     反应单元 B 为主体处理单元, 反硝化吸磷反应在反应单元 B 处进行 ;
     出水单元 C 用于农田排水反硝化吸磷模拟装置的出水以及通过调节不同高度出
     水口阀门的开闭调节农田排水反硝化吸磷模拟装置的水位。
     作为本发明的农田排水反硝化吸磷模拟装置的改进 : 配水单元 A 包括配水箱和蠕 动泵 ; 配水箱的底部设有排空阀, 配水箱的内腔与蠕动泵的进口端相连通 ;
     反应单元 B 包括依次相连的至少 2 个的反应小单元 b ; 每个反应小单元 b 包括一 个顶面开口的反应小单元壳体, 反应小单元壳体的左侧面和右侧面上分别设有进口阀和出 口阀, 进口阀的管底高度等于出口阀的管底高度 ;
     在反应小单元壳体的底部设有至少一个的放空阀 I 以及至少一个的放空阀 II ; 放 空阀 I 与放空阀 II 均与反应小单元壳体的内腔相连通, 且放空阀 I 的进口端与反应小单元 壳体的底面齐平, 放空阀 II 的进口端比反应小单元壳体的底部高 7 ~ 13mm ;
     在反应小单元壳体的侧面设有至少一个的取样阀, 取样阀的进口端靠近反应小单 元壳体内腔的中心轴线 ;
     在反应小单元壳体的内腔中设有竖直挡板, 竖直挡板与反应小单元壳体的底面之 间留有 100 ~ 300mm 的间隙 ; 在反应小单元壳体的左侧面与竖直挡板之间依次设有进水板 和载泥板, 进水板和载泥板的高度一致且均平行于反应小单元壳体的底面 ; 进水板与反应 小单元壳体的前后侧面之间均留有间隙, 载泥板与反应小单元壳体的前后侧面之间均为密 封相连, 进水板上设有进水通孔, 在竖直挡板与反应小单元壳体的右侧面之间设有出水板, 出水板与反应小单元壳体的前后侧面之间均留有间隙, 出水板上设有出水通孔 ;
     出水单元 C 包括顶面开口的出水箱, 出水箱上设有进水阀和至少 2 个的高度递增 的出水阀 ; 进水阀的管底高度与出口阀的管底高度相一致 ;
     第一个反应小单元 b 的进口阀与蠕动泵的出口端相连通 ; 最后一个反应小单元 b 的出口阀与进水阀相连通。
     作为本发明的农田排水反硝化吸磷模拟装置的进一步改进 : 在载泥板的下方设置 导流板组件 ;
     导流板组件包括相互平行的 3 块导流板, 位于 2 侧的导流板均紧贴载泥板的下表 面、 且均与反应小单元壳体的底面之间留有间隙 ; 位于中间的导流板与载泥板的下表面和 反应小单元壳体的底面之间均保持间隙。
     作为本发明的农田排水反硝化吸磷模拟装置的进一步改进 : 位于最低位的出水阀 的管底高度与进水阀的管底高度相一致 ; 相邻的 2 个高度递增的出水阀中, 位于高处的出 水阀的管底高度等于位于低处的出水阀的管顶高度。
     作为本发明的农田排水反硝化吸磷模拟装置的进一步改进 : 配水箱呈倒置漏斗 型, 所述呈倒置漏斗型的配水箱由上下依次相连通的矩形通道和无顶面的倒置四角锥台组 成, 倒置四角锥台的顶部开口处与矩形通道相吻合 ; 倒置四角锥台的底部呈平面, 在四角锥 台的底部中心处设置排空阀。
     作为本发明的农田排水反硝化吸磷模拟装置的进一步改进 : 进口阀的管底高度高 于进水板的高度, 出口阀的管底高度与出水板的高度相一致。
     作为本发明的农田排水反硝化吸磷模拟装置的进一步改进 : 反应小单元壳体由 顶部开口的狭长矩形和位于狭长矩形上方的过渡通道组成, 狭长矩形 2 个长侧面对称的以 12 ~ 18°的倾斜角向外向上延伸从而形成过渡通道的 2 个对应侧面, 狭长矩形的 2 个短侧 面垂直向上延伸从而形成过渡通道的另 2 个对应侧面。利用该装置模拟农田排水的实际情况, 监测其中 N、 P 营养物质的变化情况, 从而 获得设计沟长、 碳源添加量等一系列技术参数, 为技术实地构建提供长远的技术支持。
     本发明提出 “沟底反硝化吸磷墙” 的概念, 利用农业生物质炭强化微生物的反硝化 作用将农田排水中的氮素脱除, 通过添加矿物进一步吸附农田排水中的磷素, 形成对农田 排水中氮、 磷营养元素的沟底阻截 “墙” 。
     本发明通过变换流量, 并配合取样阀取样, 从而进行相应的监测 ; 当前一个取样阀 数据与后一个取样阀的数据无较大变化时, 说明反应已经达到了稳定的处理效率, 具体可 如下 :
     为了选择合适的停留时间, 首先用蠕动泵控制流量, 从而控制在一定的停留时间, 然后通过取样阀对反应器中水质状况进行监测, 直到水质状况稳定位置, 这样, 通过比较不 同取样阀水质情况, 就能知道哪个长度的反应距离适合什么样的流量, 所以在实地施工时 就可以有一个参考的数据。
     同样, 对于水位、 DO、 pH 和温度, 也是需要通过不同的变化, 得到一个最合适的值, 为以后工程建设是否需要安装曝气装置, 投药装置等提供参考。
     最后, 综合各参数模拟得到的参考值, 根据实际工况和处理需要, 就能设计出较为 合理的实地工程。 本发明的农田排水反硝化吸磷模拟装置具有以下优点和效果 :
     1)、 竖直挡板、 进水板、 载泥板、 出水板的设计施工方便, 保证了水流方向, 保证了 水与填充物的接触与反应, 同时保证填充物形态有一定的稳定性, 保证实验的正常进行 ;
     2)、 进水板上的进水通孔能防止板上所承托的材料进入下部的填充去, 不至于使 后面水流状况和反应效果受到很大的影响 ; 出水板上的出水通孔能保证填充物无法被水冲 出, 并保证出水通畅。
     3)、 导流板增加水流的湍动程度, 防止短流, 保证所处理水与填充物有充足的接触 和反应时间 ;
     4)、 通过蠕动泵 b 控制水力停留时间, 同时可以通过取样阀监测水质变化情况, 增 加了处理的灵活性 ;
     5)、 通过构建模拟装置, 模拟沟渠的构造, 以及沟渠水质, 研究在不同碳源材料, 不 同反硝化菌接种量, 不同 N 负荷和不同温度、 hrt( 流速 )、 ph、 DO 下装置的脱氮吸磷能力, 从 而分析获得设计沟长、 碳源添加量等一系列技术参数, 为技术实地构建提供长远的技术支 持。
     附图说明
     下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。
     图 1 是本发明的农田排水反硝化吸磷模拟装置的连接关系示意图 ;
     图 2 是图 1 中的配水单元 A 的放大示意图 ;
     图 3 是图 1 中的反应小单元 b 的放大示意图 ;
     图 4 是图 3 中的 F-F 剖的剖面示意图 ;
     图 5 是图 3 中的反应小单元壳体 7 被剖切后的示意图 ;
     图 6 是图 3 的俯视示意图 ;图 7 是图 1 中的出水单元 C 的放大示意图 ; 图 8 是运行初期硝态氮去除率图 ; 图 9 是运行初期磷酸盐去除率图。具体实施方式
     实施例 1、 图 1 给出了一种农田排水模拟模拟装置, 包括三个部分 : 配水单元 A、 反 应单元 B 和出水单元 C ;
     配水单元 A 用于原水配制以及存放以及控制进入反应单元 B 进水的流量, 从而控 制反应时间。配水单元 A 包括配水箱 1 和蠕动泵 2 ; 配水箱 1 的内腔与蠕动泵 2 的进口端 相连通。配水箱 1 呈倒置漏斗型, 呈倒置漏斗型的配水箱 1 由上下依次相连通的矩形通道 101 和无顶面的倒置四角锥台 102 组成, 倒置四角锥台 102 的顶部开口处与矩形通道 101 相吻合 ( 即 2 者的大小相一致 ) ; 倒置四角锥台 102 的底部呈平面, 在四角锥台 102 的底部 中心处设置排空阀 3。因此, 整个配水箱 1 的顶部呈开口状, 整个配水箱 1 的容积可设定为 1500L 左右。整个配水箱 1 由钢架 4 支撑。
     反应单元 B 为主体处理单元, 反硝化吸磷反应在反应单元 B 处进行。反应单元 B 包括依次相连的 3 个的反应小单元 b。每个反应小单元 b 包括一个顶面开口的反应小单元 壳体 7, 反应小单元壳体 7 由顶部开口的狭长矩形 70 和位于狭长矩形上方的过渡通道 73 组 成, 狭长矩形 70 的 2 个长侧面对称的以 12 ~ 18° ( 例如为 15°, 如图 4 所示 ) 的倾斜角 向外向上延伸从而形成过渡通道 73 的 2 个对应侧面, 狭长矩形 70 的 2 个短侧面垂直向上 延伸从而形成过渡通道 73 的另 2 个对应侧面。反应小单元壳体 7 由钢架 17 进行支撑。 在反应小单元壳体 7 的左侧面 71 上设有进口阀 51, 在反应小单元壳体 7 的右侧面 上设有出口阀 52, 进口阀 51 的管底高度等于出口阀 52 的管底高度, 且进口阀 51 和出口阀 52 均位于过渡通道 73 的侧面上。
     在反应小单元壳体 7 的底部 ( 即狭长矩形 70 的底部 ) 设有均匀交错排列设置的 2 个放空阀 I 8 和 2 个放空阀 II9 ; 放空阀 I 8 与放空阀 II9 均与反应小单元壳体 7 的内腔 相连通, 且放空阀 I 8 的进口端与反应小单元壳体 7 的底面齐平, 放空阀 II9 的进口端比反 应小单元壳体 7 的底部高 10mm。实际操作时, 可以在放空阀 I 8 的两端和放空阀 II 9 的的 两端均设置连接用短管, 从而相应的实现 : 放空阀 I 8 的进口端与反应小单元壳体 7 的底面 齐平, 放空阀 II9 的进口端比反应小单元壳体 7 的底部高 10mm。放空阀 I 8 主要起到放空 和清洗的作用 ; 放空阀 II 9 主要用于实验进行过程中的排水 ( 且而不影响底层的填充物 )
     在反应小单元壳体 7 的前侧面并列设有 2 个取样阀 10, 2 个取样阀 10 均低于进口 阀 51( 或者出口阀 52) 的高度, 因此, 2 个取样阀 10 均设置在狭长矩形 70 的前侧面上。取 样阀 10 的进口端靠近反应小单元壳体 7 内腔的中心轴线 ( 一般距离中心轴线 10mm 以内均 可以 ), 目的是为了保证取样的正确性。
     在反应小单元壳体 7 的内腔中设有竖直挡板 11, 从而将反应小单元壳体 7 的内腔 分割成体积比约为 7 ∶ 3 的大小 2 个空腔, 大空腔位于反应小单元壳体 7 的内腔的左侧 ( 即 靠近反应小单元壳体 7 的左侧面 71), 小空腔位于反应小单元壳体 7 的内腔的右侧 ( 即靠近 反应小单元壳体 7 的右侧面 72)。竖直挡板 11 的底部与反应小单元壳体 7 的底面之间留有 300mm 的间隙, 竖直挡板 11 的顶部与反应小单元壳体 7 的顶部相齐平 ; 竖直挡板 11 与反应
     小单元壳体 7 的前侧面和后侧面均紧密相连。
     在大空腔内 ( 即在反应小单元壳体 7 的左侧面 71 与竖直挡板 11 之间 ) 依次设有 相互连接的进水板 12 和载泥板 13, 因此, 进水板 12 与左侧面 71 相连, 载泥板 13 与竖直挡 板 11 相连 ; 进水板 12 和载泥板 13 且均平行于反应小单元壳体 7 的底面 ; 进水板 12、 载泥板 13、 竖直挡板 11 的底部, 这 3 者的高度一致 ; 且进口阀 51 的管底高度高于进水板 12 的高度 ( 一般高 100 ~ 150mm)。进水板 12 与反应小单元壳体 7 的前后侧面之间均留有间隙 ( 间 隙一般为 5 ~ 10mm), 载泥板 13 与反应小单元壳体 7 的前后侧面之间均为密封相连。进水 板 12 上设有进水通孔 121, 进水通孔 121 的孔径为 3mm, 进水通孔 121 的孔间距约为 10mm ; 在竖直挡板 11 与反应小单元壳体 7 的右侧面 72 之间设有出水板 14, 该出水板 14 分别与 竖直挡板 11 和右侧面 72 相连, 出水板 14 与反应小单元壳体 7 的前后侧面之间均留有间隙 ( 间隙一般为 5 ~ 10mm), 所述出水板 14 上设有出水通孔 141 ; 出水通孔 141 的孔径为 5mm, 出水通孔 141 的孔间距约为 10mm。出口阀 52 的管底高度与出水板 14 的高度相一致。
     进水通孔 121 的孔径为 3mm, 主要是为了保证防止所承托的材料进入位于下部的 填充物, 从而影响反应效果 ; 出水通孔 141 的孔径为 5mm, 主要是保证填充物无法被水冲出, 并保证出水通畅。 在载泥板 13 的下方设置导流板组件 ; 导流板组件包括相互平行的 3 块导流板 15 组成, 位于 2 侧的导流板 15 的顶部均紧贴载泥板 13 的下表面、 位于 2 侧的导流板 15 的底 部均与反应小单元壳体 7 的底面之间留有间隙 ( 此间隙一般为 150mm) ; 位于中间的导流板 15 的顶部与载泥板 13 保持 100mm 的间隙, 位于中间的导流板 15 的底部与反应小单元壳体 7 的底面之间保持 50mm 的间隙。这 3 块导流板 15 均与反应小单元壳体 7 的前后侧面紧密 相连 ( 即, 与狭长矩形 70 前后侧面紧密相连 )。
     上述结构的竖直挡板 11、 进水板 12( 包括进水通孔 121)、 载泥板 13、 出水板 14( 包 括出水通孔 141) 和导流板 15 的配合能实现以下功能 :
     1)、 保证水流从进水通孔 121 处进入, 最后从出水通孔 141 出水, 从而保证有效的 接触和反应时间 ;
     2)、 保证反应小单元壳体 7 的内腔的下部有合适的空间填充实验所需的填充物 ;
     3)、 相连的进水板 12 和载泥板 13 能起到承托实验所需材料的作用 ;
     4)、 导流板 15 增加水流的湍动程度, 防止短流, 从而保证所处理水与填充物有充 足的接触和反应时间 ;
     5)、 位于中间的导流板 15 由于与载泥板 13 和反应小单元壳体 7 的底面之间均留 有间隙, 保证填充物有正常的流动交换。
     第一个反应小单元 b 的进口阀 51 与蠕动泵 2 的出口端相连通 ; 第一个反应小单元 b 的出口阀 52 与第二个反应小单元 b 的进口阀 51 相连通 ( 可通过管径为 Φ50cm 的软管实 现相连 ), 第二个反应小单元 b 的出口阀 52 与第三个反应小单元 b 的进口阀 51 相连通 ( 可 通过管径为 Φ50cm 的软管实现相连 )。
     出水单元 C 用于整个装置出水以及通过调节不同高度出水口阀门的开闭调节整 个装置的水位。出水单元 C 包括顶面开口的出水箱 18( 出水箱 18 的容积在 100L 左右 ), 在 出水箱 18 的一个侧面上设有 1 个进水阀 20, 在出水箱 18 的对应侧面上设有高度依次递增 的 7 个出水阀 21 ; 进水阀 20 的管底高度与出口阀 52 的管底高度相一致 ; 且第三个反应小
     单元 b 的出口阀 52 与进水阀 20 相连通。在 7 个出水阀 21 中 : 位于最低位的出水阀 21 的 管底高度与进水阀 20 的管底高度相一致 ; 相邻的 2 个高度递增的出水阀 21 中, 位于高处的 出水阀 21 的管底高度等于位于低处的出水阀 21 的管顶高度。整个出水箱 18 由钢架 19 支 撑。
     具体工作过程如下 :
     1)、 每个反应小单元 b 均如下进行设置 : 在位于大空腔内的反应小单元壳体 7 的底 部设置 10mm 厚的底泥, 在进水板 12 的上表面设置 10mm 厚的碎石 ( 该碎石要求被固定在进 水板 12 的上表面, 例如可在进水板 12 的上表面设置挡圈, 在挡圈内放置碎石, 从而满足上 述固定的要求 ), 碎石的粒径略大于进水通孔 121 的孔径即可。在进水板 12 和底泥之间以 及在载泥板 13 和底泥之间均填充碳源材料。因此, 3 块导流板 15 被埋在碳源材料之间。在 位于小空腔内的反应小单元壳体 7 的底部设置 70-100mm 厚的底泥, 在出水板 14 和底泥之 间填充碳源材料, 在出水板 14 的上表面设置 100mm 厚的碎石 ( 该碎石要求被固定在出水板 14 的上表面, 碎石的粒径略大于出水通孔 141 的孔径即可 )。
     反硝化根据以下反应式进行 :
     0.2NO3-+1.2H++e- → 0.1N2+0.6H2O (1) +
     0.33NO2 +1.33H +e → 0.17N2+0.6H2O (2) +
     0.25O2+H +e → 0.5H2O (3)
     可以折算出每还原 lgNO3--N 需要 O2 当量, 即 COD2.86g, 每还原 lgNO2--N, 需要 COD1.71g。
     纤维素作为反硝化中使用和研究的碳源, 其反应式为 :
     0.5(C5H10O5)n+24nNO3 → 6nCO2+3nH2O+12nN2+24nHCO3(4)
     这一反应式表明, 每 lg NO3--N 被反硝化, 消耗 2.23 纤维素。一般认为进水 COD/ N > 4, 或者 BOD5/TKN > 3-5 时, 可以认为碳源充足。
     采用本发明装置所进行的实验在静态实验的基础上, 选用水稻秸秆和竹子为碳源 材料, 两者按不同比例混合使用。植物材料中, 纤维素含量均在 35% -55%, 水稻秸秆中纤 维素为 23.12% -25 03%, 竹子竹青部分的纤维素为 42.94%, 竹黄部分纤维素为 42.16%; 例如可选用以下配比关系 : 水稻秸秆∶竹子 (mg ∶ mg) : 3 ∶ 1、 1.5 ∶ 1、 1.5 ∶ 2。
     2)、 农田中流出的待处理水进入配水箱 1 内, 在蠕动泵 2 的作用下, 配水箱 1 内的 待处理水通过第一个反应小单元 b 的进口阀 51 流入第一个反应小单元 b 的反应小单元壳 体 7 内, 通过调节蠕动泵 2 的流量来调节水流的速度。每个反应小单元 b 对待处理水的处 理过程具体如下 :
     待处理水首先通过碎石区, 碎石区阻截较大的颗粒物质, 也可以发挥一定的吸附 作用 ; 由于碎石的粒径略大于进水通孔 121 的孔径, 因此碎石不会通过进水通孔 121 下落到 碳源材料上, 即, 不会使后面水流状况和反应效果受到很大的影响。
     然后待处理水从进水板 12 上的进水通孔 121 流入碳源材料中, 碳源材料所形成 的填充区提供一个良好的厌氧条件, 反硝化过程主要在此填充区进行, 水流经过填充区, N、 P 等营养物质可以达到高效的去除 ; 导流板 15 可以增加水流的湍动程度, 防止短流, 保证待 处理水与填充物 ( 即碳源材料 ) 有充足的接触和反应时间 ; 水通过填充区后从出水板 14 上 的出水通孔 141 向上涌出, 最后从出口阀 52 流出。3)、 可通过取样阀 10 进行取样检测, 从而获得相应的检测数据。如果 2 个取样阀 10 的数据基本一致, 说明已经达到了稳定的处理效率, 即反应小单元 b 的长度已够了。否 则, 应加大反应小单元 b 的长度。
     4)、 从最后一个反应小单元 b 的出口阀 52 流出的处理后水通过进水阀 20 流入出 水箱 18 内, 选择 7 个出水阀 21 的开闭 ( 用于模拟沟渠的枯水期、 平水期和丰水期等 ), 处理 后水最终从打开的出水阀 21 流出。
     实验 1、 配水箱 1 容积可设置为 1500L 左右 ; 蠕动泵 2 例如采用保定兰格生产 的型号为 WT600-3J 的基本型蠕动泵, 流量在 200-6000ml/min 之间 ( 本实验中流量限定 为 1000ml/min) ; 反 应 小 单 元 壳 体 7 长 2m, 高 0.7m( 狭 长 矩 形 70 的 高 为 0.4m), 下底宽 0.3m( 即, 狭长矩形 70 的宽为 0.3m), 上端宽 0.35m( 即, 过渡通道 73 的宽 0.35m) ; 导流板 15 的高度为 150mm ; 进水板 12 长 0.3m, 载泥板 13 长 1.1m ; 单元之间采用 Φ50cm pvc 软管 连接, 放空阀采用 Φ20cm 球阀, 前后连接 Φ20cm pvc 短管。
     待处理水, 经检测, 其主要含有的成分和浓度如表 1 所示 :
     表 1、 待处理水水质状况
     经过本发明的农田排水反硝化吸磷模拟装置处理后, 其相应的指标数据如表 2 所 表 2、 反硝化吸磷模拟装置处理后水质状况示:
     该装置对硝态氮的去除有一个变动的过程, 最后稳定在 30-40%之间, 并且随着沿 程距离越长 ( 停留时间长 ), 处理效果越好 ; 对磷酸盐的去除也有一个变动的过程, 最后稳 定在 40%左右, 沿程各处理没有明显的差异。如图 8 和图 9 所示。
     对比实验 1 : 当撤去填充区, 无碳源填充, 无反硝化反应区时, 在同样的流量, 同样 的水质条件下, 相应水质变化如表 3 所示 :
     表 3 一般沟渠处理后水质状况
     一般沟渠氨氮处理效率跟反硝化吸磷模拟装置较接近, 但硝态氮和磷酸盐去除率 较差, 有时几乎没有处理效果。
     对比试验 2、
     对如表 1 所示的待处理水采用目前现有的生态混凝土护坡技术, 在同样的流量, 同样的水质条件下, 相应水质变化如下 :
     表 4 生态混凝土护坡技术处理后水质状况
     生态混凝土护坡技术对氨氮处理效率较反硝化吸磷模拟装置高, 磷酸盐去除率与 反硝化吸磷模拟装置相近, 但硝酸盐的去除率明显比反硝化吸磷模拟装置差。
     最后, 还需要注意的是, 以上列举的仅是本发明的若干个具体实施例。显然, 本发 明不限于以上实施例, 还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容 直接导出或联想到的所有变形, 均应认为是本发明的保护范围。
    

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1、10申请公布号CN102418327A43申请公布日20120418CN102418327ACN102418327A21申请号201110303014722申请日20111010E02B1/02200601E02B11/0020060171申请人浙江大学地址310027浙江省杭州市西湖区浙大路38号72发明人梁新强顾佳涛陈英旭叶玉适刘瑾郭茹金熠74专利代理机构杭州中成专利事务所有限公司33212代理人金祺54发明名称农田排水反硝化吸磷模拟装置57摘要本发明公开了一种农田排水反硝化吸磷模拟装置,包括配水单元A、反应单元B和出水单元C;配水单元A用于原水的配制和存放以及控制进入反应单元B进水的流量。

2、,从而控制反应时间;反应单元B为主体处理单元,反硝化吸磷反应在反应单元B处进行;出水单元C用于农田排水反硝化吸磷模拟装置的出水以及通过调节不同高度出水口阀门的开闭调节农田排水反硝化吸磷模拟装置的水位。利用该装置模拟农田排水的实际情况,监测其中N、P营养物质的变化情况,从而获得设计沟长、碳源添加量等一系列技术参数,为技术实地构建提供长远的技术支持。51INTCL19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书2页说明书8页附图5页CN102418337A1/2页21农田排水反硝化吸磷模拟装置,其特征是包括配水单元A、反应单元B和出水单元C;所述配水单元A用于原水的配制和存放以及控制进入。

3、反应单元B进水的流量,从而控制反应时间;所述反应单元B为主体处理单元,反硝化吸磷反应在反应单元B处进行;所述出水单元C用于农田排水反硝化吸磷模拟装置的出水以及通过调节不同高度出水口阀门的开闭调节农田排水反硝化吸磷模拟装置的水位。2根据权利要求1所述的农田排水反硝化吸磷模拟装置,其特征是所述配水单元A包括配水箱1和蠕动泵2;所述配水箱1的底部设有排空阀3,配水箱1的内腔与蠕动泵2的进口端相连通;反应单元B包括依次相连的至少2个的反应小单元B;所述每个反应小单元B包括一个顶面开口的反应小单元壳体7,所述反应小单元壳体7的左侧面71和右侧面72上分别设有进口阀51和出口阀52,所述进口阀51的管底高。

4、度等于出口阀52的管底高度;在所述反应小单元壳体7的底部设有至少一个的放空阀I8以及至少一个的放空阀II9;所述放空阀I8与放空阀II9均与反应小单元壳体7的内腔相连通,且放空阀I8的进口端与反应小单元壳体7的底面齐平,所述放空阀II9的进口端比反应小单元壳体7的底部高713MM;在所述反应小单元壳体7的侧面设有至少一个的取样阀10,所述取样阀10的进口端靠近反应小单元壳体7内腔的中心轴线;在所述反应小单元壳体7的内腔中设有竖直挡板11,所述竖直挡板11与反应小单元壳体7的底面之间留有100300MM的间隙;在反应小单元壳体7的左侧面71与竖直挡板11之间依次设有进水板12和载泥板13,所述进。

5、水板12和载泥板13的高度一致且均平行于反应小单元壳体7的底面;进水板12与反应小单元壳体7的前后侧面之间均留有间隙,载泥板13与反应小单元壳体7的前后侧面之间均为密封相连,所述进水板12上设有进水通孔121,在竖直挡板11与反应小单元壳体7的右侧面72之间设有出水板14,所述出水板14与反应小单元壳体7的前后侧面之间均留有间隙,所述出水板14上设有出水通孔141;所述出水单元C包括顶面开口的出水箱18,所述出水箱18上设有进水阀20和至少2个的高度递增的出水阀21;所述进水阀20的管底高度与出口阀52的管底高度相一致;所述第一个反应小单元B的进口阀51与蠕动泵2的出口端相连通;所述最后一个反。

6、应小单元B的出口阀52与进水阀20相连通。3根据权利要求2所述的农田排水反硝化吸磷模拟装置,其特征是在所述载泥板13的下方设置导流板组件;所述导流板组件包括相互平行的3块导流板15,所述位于2侧的导流板15均紧贴载泥板13的下表面、且均与反应小单元壳体7的底面之间留有间隙;所述位于中间的导流板15与载泥板13的下表面和反应小单元壳体7的底面之间均保持间隙。4根据权利要求3所述的农田排水反硝化吸磷模拟装置,其特征是位于最低位的出权利要求书CN102418327ACN102418337A2/2页3水阀21的管底高度与进水阀20的管底高度相一致;所述相邻的2个高度递增的出水阀21中,位于高处的出水阀。

7、21的管底高度等于位于低处的出水阀21的管顶高度。5根据权利要求4所述的农田排水反硝化吸磷模拟装置,其特征是所述配水箱1呈倒置漏斗型,所述呈倒置漏斗型的配水箱1由上下依次相连通的矩形通道101和无顶面的倒置四角锥台102组成,倒置四角锥台102的顶部开口处与矩形通道101相吻合;倒置四角锥台102的底部呈平面,在四角锥台102的底部中心处设置排空阀3。6根据权利要求5所述的农田排水反硝化吸磷模拟装置,其特征是所述进口阀51的管底高度高于进水板12的高度,所述出口阀52的管底高度与出水板14的高度相一致。7根据权利要求6所述的农田排水反硝化吸磷模拟装置,其特征是所述反应小单元壳体7由顶部开口的狭。

8、长矩形70和位于狭长矩形上方的过渡通道73组成,所述狭长矩形70的2个长侧面对称的以1218的倾斜角向外向上延伸从而形成过渡通道73的2个对应侧面,所述狭长矩形70的2个短侧面垂直向上延伸从而形成过渡通道73的另2个对应侧面。权利要求书CN102418327ACN102418337A1/8页4农田排水反硝化吸磷模拟装置技术领域0001本发明属于农业环境保护领域,具体涉及一种新型农田排水反硝化吸磷模拟装置。背景技术0002农田排水氮磷流失控制已成为当前“农业生态稳定与水环境安全”的世界性关注焦点。农事行为不可避免产生大量农田排水,导致大量氮、磷由沟渠排入水体引起富营养化问题。诸多研究发现,单纯依。

9、靠水肥管理策略难以彻底解决这一问题。我国农村地区农田排水沟渠分布广泛,沟渠系统在生态环境意义上可定义为“线型”浅水湿地,极大地影响农田排水中氮、磷营养物质的迁移转化过程,具有调节农田多余水分排放和营养物质循环的功能。0003目前对农田排水的处理主要有以下两种措施一种是水生植物吸纳技术,沟渠水生植物吸纳技术类似于当前广泛采用的人工湿地废水处理技术,沟渠中农田排水氮、磷营养物质在沟渠水生植物与沟渠底泥微生物的共同作用下,以吸附、吸收、沉淀、过滤和微生物降解等多种形式而被阻截下来。水生植物根系能够直接吸收农田排水中的氨氮、硝态氮和磷酸盐,通过打破界面平衡,促进其在界面的交换作用,从而加速污染物进入底。

10、泥速度,增强其截留能力。但是沟渠水生植物吸纳技术在实施过程中对沟渠基质的选择要求较高,植物生长难管理,水生植物的大量生长会导致排水不畅,冬季阻截效果下降,沟渠被枯萎植物堵塞,植株体腐烂易引起二次污染。因此,目前水生植物对氮磷阻截方面的积极意义没有得到进一步认识,尚存较多争议点,推广较难;另一种是生态混凝土护坡技术,生态混凝土具备良好的透水性和透气性,具有良好的工程力学性能,同时具有净化水质、改善景观和完善生态系统的多重功能。其透水性的优点,可使雨水渗入地面还原为地下水,保持土壤湿度,改善土壤中植物和微生物生存条件。但是生态混凝土护坡技术也存在缺陷,包括易堵塞问题,混凝土耐久性,混凝土碱性问题,。

11、营养物质缺乏和孔隙内毛细水补给能力不强等问题。0004可见,目前农田排水沟渠综合利用水平相对较低,如何结合农业生产体系物质循环特征,开发沟渠截留氮磷新基质,已成为农田生态沟渠建设与推广应用的关键瓶颈。发明内容0005本发明所要解决的技术问题是提供一种农田排水反硝化吸磷模拟装置。0006为了解决上述技术问题,本发明提供一种农田排水模拟装置,配水单元A、反应单元B和出水单元C;0007配水单元A用于原水的配制和存放以及控制进入反应单元B进水的流量,从而控制反应时间;0008反应单元B为主体处理单元,反硝化吸磷反应在反应单元B处进行;0009出水单元C用于农田排水反硝化吸磷模拟装置的出水以及通过调节。

12、不同高度出说明书CN102418327ACN102418337A2/8页5水口阀门的开闭调节农田排水反硝化吸磷模拟装置的水位。0010作为本发明的农田排水反硝化吸磷模拟装置的改进配水单元A包括配水箱和蠕动泵;配水箱的底部设有排空阀,配水箱的内腔与蠕动泵的进口端相连通;0011反应单元B包括依次相连的至少2个的反应小单元B;每个反应小单元B包括一个顶面开口的反应小单元壳体,反应小单元壳体的左侧面和右侧面上分别设有进口阀和出口阀,进口阀的管底高度等于出口阀的管底高度;0012在反应小单元壳体的底部设有至少一个的放空阀I以及至少一个的放空阀II;放空阀I与放空阀II均与反应小单元壳体的内腔相连通,且。

13、放空阀I的进口端与反应小单元壳体的底面齐平,放空阀II的进口端比反应小单元壳体的底部高713MM;0013在反应小单元壳体的侧面设有至少一个的取样阀,取样阀的进口端靠近反应小单元壳体内腔的中心轴线;0014在反应小单元壳体的内腔中设有竖直挡板,竖直挡板与反应小单元壳体的底面之间留有100300MM的间隙;在反应小单元壳体的左侧面与竖直挡板之间依次设有进水板和载泥板,进水板和载泥板的高度一致且均平行于反应小单元壳体的底面;进水板与反应小单元壳体的前后侧面之间均留有间隙,载泥板与反应小单元壳体的前后侧面之间均为密封相连,进水板上设有进水通孔,在竖直挡板与反应小单元壳体的右侧面之间设有出水板,出水板。

14、与反应小单元壳体的前后侧面之间均留有间隙,出水板上设有出水通孔;0015出水单元C包括顶面开口的出水箱,出水箱上设有进水阀和至少2个的高度递增的出水阀;进水阀的管底高度与出口阀的管底高度相一致;0016第一个反应小单元B的进口阀与蠕动泵的出口端相连通;最后一个反应小单元B的出口阀与进水阀相连通。0017作为本发明的农田排水反硝化吸磷模拟装置的进一步改进在载泥板的下方设置导流板组件;0018导流板组件包括相互平行的3块导流板,位于2侧的导流板均紧贴载泥板的下表面、且均与反应小单元壳体的底面之间留有间隙;位于中间的导流板与载泥板的下表面和反应小单元壳体的底面之间均保持间隙。0019作为本发明的农田。

15、排水反硝化吸磷模拟装置的进一步改进位于最低位的出水阀的管底高度与进水阀的管底高度相一致;相邻的2个高度递增的出水阀中,位于高处的出水阀的管底高度等于位于低处的出水阀的管顶高度。0020作为本发明的农田排水反硝化吸磷模拟装置的进一步改进配水箱呈倒置漏斗型,所述呈倒置漏斗型的配水箱由上下依次相连通的矩形通道和无顶面的倒置四角锥台组成,倒置四角锥台的顶部开口处与矩形通道相吻合;倒置四角锥台的底部呈平面,在四角锥台的底部中心处设置排空阀。0021作为本发明的农田排水反硝化吸磷模拟装置的进一步改进进口阀的管底高度高于进水板的高度,出口阀的管底高度与出水板的高度相一致。0022作为本发明的农田排水反硝化吸。

16、磷模拟装置的进一步改进反应小单元壳体由顶部开口的狭长矩形和位于狭长矩形上方的过渡通道组成,狭长矩形2个长侧面对称的以1218的倾斜角向外向上延伸从而形成过渡通道的2个对应侧面,狭长矩形的2个短侧面垂直向上延伸从而形成过渡通道的另2个对应侧面。说明书CN102418327ACN102418337A3/8页60023利用该装置模拟农田排水的实际情况,监测其中N、P营养物质的变化情况,从而获得设计沟长、碳源添加量等一系列技术参数,为技术实地构建提供长远的技术支持。0024本发明提出“沟底反硝化吸磷墙”的概念,利用农业生物质炭强化微生物的反硝化作用将农田排水中的氮素脱除,通过添加矿物进一步吸附农田排水。

17、中的磷素,形成对农田排水中氮、磷营养元素的沟底阻截“墙”。0025本发明通过变换流量,并配合取样阀取样,从而进行相应的监测;当前一个取样阀数据与后一个取样阀的数据无较大变化时,说明反应已经达到了稳定的处理效率,具体可如下0026为了选择合适的停留时间,首先用蠕动泵控制流量,从而控制在一定的停留时间,然后通过取样阀对反应器中水质状况进行监测,直到水质状况稳定位置,这样,通过比较不同取样阀水质情况,就能知道哪个长度的反应距离适合什么样的流量,所以在实地施工时就可以有一个参考的数据。0027同样,对于水位、DO、PH和温度,也是需要通过不同的变化,得到一个最合适的值,为以后工程建设是否需要安装曝气装。

18、置,投药装置等提供参考。0028最后,综合各参数模拟得到的参考值,根据实际工况和处理需要,就能设计出较为合理的实地工程。0029本发明的农田排水反硝化吸磷模拟装置具有以下优点和效果00301、竖直挡板、进水板、载泥板、出水板的设计施工方便,保证了水流方向,保证了水与填充物的接触与反应,同时保证填充物形态有一定的稳定性,保证实验的正常进行;00312、进水板上的进水通孔能防止板上所承托的材料进入下部的填充去,不至于使后面水流状况和反应效果受到很大的影响;出水板上的出水通孔能保证填充物无法被水冲出,并保证出水通畅。00323、导流板增加水流的湍动程度,防止短流,保证所处理水与填充物有充足的接触和反。

19、应时间;00334、通过蠕动泵B控制水力停留时间,同时可以通过取样阀监测水质变化情况,增加了处理的灵活性;00345、通过构建模拟装置,模拟沟渠的构造,以及沟渠水质,研究在不同碳源材料,不同反硝化菌接种量,不同N负荷和不同温度、HRT流速、PH、DO下装置的脱氮吸磷能力,从而分析获得设计沟长、碳源添加量等一系列技术参数,为技术实地构建提供长远的技术支持。附图说明0035下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。0036图1是本发明的农田排水反硝化吸磷模拟装置的连接关系示意图;0037图2是图1中的配水单元A的放大示意图;0038图3是图1中的反应小单元B的放大示意图;0039图4是图。

20、3中的FF剖的剖面示意图;0040图5是图3中的反应小单元壳体7被剖切后的示意图;0041图6是图3的俯视示意图;说明书CN102418327ACN102418337A4/8页70042图7是图1中的出水单元C的放大示意图;0043图8是运行初期硝态氮去除率图;0044图9是运行初期磷酸盐去除率图。具体实施方式0045实施例1、图1给出了一种农田排水模拟模拟装置,包括三个部分配水单元A、反应单元B和出水单元C;0046配水单元A用于原水配制以及存放以及控制进入反应单元B进水的流量,从而控制反应时间。配水单元A包括配水箱1和蠕动泵2;配水箱1的内腔与蠕动泵2的进口端相连通。配水箱1呈倒置漏斗型,。

21、呈倒置漏斗型的配水箱1由上下依次相连通的矩形通道101和无顶面的倒置四角锥台102组成,倒置四角锥台102的顶部开口处与矩形通道101相吻合即2者的大小相一致;倒置四角锥台102的底部呈平面,在四角锥台102的底部中心处设置排空阀3。因此,整个配水箱1的顶部呈开口状,整个配水箱1的容积可设定为1500L左右。整个配水箱1由钢架4支撑。0047反应单元B为主体处理单元,反硝化吸磷反应在反应单元B处进行。反应单元B包括依次相连的3个的反应小单元B。每个反应小单元B包括一个顶面开口的反应小单元壳体7,反应小单元壳体7由顶部开口的狭长矩形70和位于狭长矩形上方的过渡通道73组成,狭长矩形70的2个长侧。

22、面对称的以1218例如为15,如图4所示的倾斜角向外向上延伸从而形成过渡通道73的2个对应侧面,狭长矩形70的2个短侧面垂直向上延伸从而形成过渡通道73的另2个对应侧面。反应小单元壳体7由钢架17进行支撑。0048在反应小单元壳体7的左侧面71上设有进口阀51,在反应小单元壳体7的右侧面上设有出口阀52,进口阀51的管底高度等于出口阀52的管底高度,且进口阀51和出口阀52均位于过渡通道73的侧面上。0049在反应小单元壳体7的底部即狭长矩形70的底部设有均匀交错排列设置的2个放空阀I8和2个放空阀II9;放空阀I8与放空阀II9均与反应小单元壳体7的内腔相连通,且放空阀I8的进口端与反应小单。

23、元壳体7的底面齐平,放空阀II9的进口端比反应小单元壳体7的底部高10MM。实际操作时,可以在放空阀I8的两端和放空阀II9的的两端均设置连接用短管,从而相应的实现放空阀I8的进口端与反应小单元壳体7的底面齐平,放空阀II9的进口端比反应小单元壳体7的底部高10MM。放空阀I8主要起到放空和清洗的作用;放空阀II9主要用于实验进行过程中的排水且而不影响底层的填充物0050在反应小单元壳体7的前侧面并列设有2个取样阀10,2个取样阀10均低于进口阀51或者出口阀52的高度,因此,2个取样阀10均设置在狭长矩形70的前侧面上。取样阀10的进口端靠近反应小单元壳体7内腔的中心轴线一般距离中心轴线10。

24、MM以内均可以,目的是为了保证取样的正确性。0051在反应小单元壳体7的内腔中设有竖直挡板11,从而将反应小单元壳体7的内腔分割成体积比约为73的大小2个空腔,大空腔位于反应小单元壳体7的内腔的左侧即靠近反应小单元壳体7的左侧面71,小空腔位于反应小单元壳体7的内腔的右侧即靠近反应小单元壳体7的右侧面72。竖直挡板11的底部与反应小单元壳体7的底面之间留有300MM的间隙,竖直挡板11的顶部与反应小单元壳体7的顶部相齐平;竖直挡板11与反应说明书CN102418327ACN102418337A5/8页8小单元壳体7的前侧面和后侧面均紧密相连。0052在大空腔内即在反应小单元壳体7的左侧面71与。

25、竖直挡板11之间依次设有相互连接的进水板12和载泥板13,因此,进水板12与左侧面71相连,载泥板13与竖直挡板11相连;进水板12和载泥板13且均平行于反应小单元壳体7的底面;进水板12、载泥板13、竖直挡板11的底部,这3者的高度一致;且进口阀51的管底高度高于进水板12的高度一般高100150MM。进水板12与反应小单元壳体7的前后侧面之间均留有间隙间隙一般为510MM,载泥板13与反应小单元壳体7的前后侧面之间均为密封相连。进水板12上设有进水通孔121,进水通孔121的孔径为3MM,进水通孔121的孔间距约为10MM;在竖直挡板11与反应小单元壳体7的右侧面72之间设有出水板14,该。

26、出水板14分别与竖直挡板11和右侧面72相连,出水板14与反应小单元壳体7的前后侧面之间均留有间隙间隙一般为510MM,所述出水板14上设有出水通孔141;出水通孔141的孔径为5MM,出水通孔141的孔间距约为10MM。出口阀52的管底高度与出水板14的高度相一致。0053进水通孔121的孔径为3MM,主要是为了保证防止所承托的材料进入位于下部的填充物,从而影响反应效果;出水通孔141的孔径为5MM,主要是保证填充物无法被水冲出,并保证出水通畅。0054在载泥板13的下方设置导流板组件;导流板组件包括相互平行的3块导流板15组成,位于2侧的导流板15的顶部均紧贴载泥板13的下表面、位于2侧的。

27、导流板15的底部均与反应小单元壳体7的底面之间留有间隙此间隙一般为150MM;位于中间的导流板15的顶部与载泥板13保持100MM的间隙,位于中间的导流板15的底部与反应小单元壳体7的底面之间保持50MM的间隙。这3块导流板15均与反应小单元壳体7的前后侧面紧密相连即,与狭长矩形70前后侧面紧密相连。0055上述结构的竖直挡板11、进水板12包括进水通孔121、载泥板13、出水板14包括出水通孔141和导流板15的配合能实现以下功能00561、保证水流从进水通孔121处进入,最后从出水通孔141出水,从而保证有效的接触和反应时间;00572、保证反应小单元壳体7的内腔的下部有合适的空间填充实验。

28、所需的填充物;00583、相连的进水板12和载泥板13能起到承托实验所需材料的作用;00594、导流板15增加水流的湍动程度,防止短流,从而保证所处理水与填充物有充足的接触和反应时间;00605、位于中间的导流板15由于与载泥板13和反应小单元壳体7的底面之间均留有间隙,保证填充物有正常的流动交换。0061第一个反应小单元B的进口阀51与蠕动泵2的出口端相连通;第一个反应小单元B的出口阀52与第二个反应小单元B的进口阀51相连通可通过管径为50CM的软管实现相连,第二个反应小单元B的出口阀52与第三个反应小单元B的进口阀51相连通可通过管径为50CM的软管实现相连。0062出水单元C用于整个装。

29、置出水以及通过调节不同高度出水口阀门的开闭调节整个装置的水位。出水单元C包括顶面开口的出水箱18出水箱18的容积在100L左右,在出水箱18的一个侧面上设有1个进水阀20,在出水箱18的对应侧面上设有高度依次递增的7个出水阀21;进水阀20的管底高度与出口阀52的管底高度相一致;且第三个反应小说明书CN102418327ACN102418337A6/8页9单元B的出口阀52与进水阀20相连通。在7个出水阀21中位于最低位的出水阀21的管底高度与进水阀20的管底高度相一致;相邻的2个高度递增的出水阀21中,位于高处的出水阀21的管底高度等于位于低处的出水阀21的管顶高度。整个出水箱18由钢架19。

30、支撑。0063具体工作过程如下00641、每个反应小单元B均如下进行设置在位于大空腔内的反应小单元壳体7的底部设置10MM厚的底泥,在进水板12的上表面设置10MM厚的碎石该碎石要求被固定在进水板12的上表面,例如可在进水板12的上表面设置挡圈,在挡圈内放置碎石,从而满足上述固定的要求,碎石的粒径略大于进水通孔121的孔径即可。在进水板12和底泥之间以及在载泥板13和底泥之间均填充碳源材料。因此,3块导流板15被埋在碳源材料之间。在位于小空腔内的反应小单元壳体7的底部设置70100MM厚的底泥,在出水板14和底泥之间填充碳源材料,在出水板14的上表面设置100MM厚的碎石该碎石要求被固定在出水。

31、板14的上表面,碎石的粒径略大于出水通孔141的孔径即可。0065反硝化根据以下反应式进行006602NO312HE01N206H2O10067033NO2133HE017N206H2O20068025O2HE05H2O30069可以折算出每还原LGNO3N需要O2当量,即COD286G,每还原LGNO2N,需要COD171G。0070纤维素作为反硝化中使用和研究的碳源,其反应式为007105C5H10O5N24NNO36NCO23NH2O12NN224NHCO340072这一反应式表明,每LGNO3N被反硝化,消耗223纤维素。一般认为进水COD/N4,或者BOD5/TKN35时,可以认为碳。

32、源充足。0073采用本发明装置所进行的实验在静态实验的基础上,选用水稻秸秆和竹子为碳源材料,两者按不同比例混合使用。植物材料中,纤维素含量均在3555,水稻秸秆中纤维素为23122503,竹子竹青部分的纤维素为4294,竹黄部分纤维素为4216;例如可选用以下配比关系水稻秸秆竹子MGMG31、151、152。00742、农田中流出的待处理水进入配水箱1内,在蠕动泵2的作用下,配水箱1内的待处理水通过第一个反应小单元B的进口阀51流入第一个反应小单元B的反应小单元壳体7内,通过调节蠕动泵2的流量来调节水流的速度。每个反应小单元B对待处理水的处理过程具体如下0075待处理水首先通过碎石区,碎石区阻。

33、截较大的颗粒物质,也可以发挥一定的吸附作用;由于碎石的粒径略大于进水通孔121的孔径,因此碎石不会通过进水通孔121下落到碳源材料上,即,不会使后面水流状况和反应效果受到很大的影响。0076然后待处理水从进水板12上的进水通孔121流入碳源材料中,碳源材料所形成的填充区提供一个良好的厌氧条件,反硝化过程主要在此填充区进行,水流经过填充区,N、P等营养物质可以达到高效的去除;导流板15可以增加水流的湍动程度,防止短流,保证待处理水与填充物即碳源材料有充足的接触和反应时间;水通过填充区后从出水板14上的出水通孔141向上涌出,最后从出口阀52流出。说明书CN102418327ACN10241833。

34、7A7/8页1000773、可通过取样阀10进行取样检测,从而获得相应的检测数据。如果2个取样阀10的数据基本一致,说明已经达到了稳定的处理效率,即反应小单元B的长度已够了。否则,应加大反应小单元B的长度。00784、从最后一个反应小单元B的出口阀52流出的处理后水通过进水阀20流入出水箱18内,选择7个出水阀21的开闭用于模拟沟渠的枯水期、平水期和丰水期等,处理后水最终从打开的出水阀21流出。0079实验1、配水箱1容积可设置为1500L左右;蠕动泵2例如采用保定兰格生产的型号为WT6003J的基本型蠕动泵,流量在2006000ML/MIN之间本实验中流量限定为1000ML/MIN;反应小单。

35、元壳体7长2M,高07M狭长矩形70的高为04M,下底宽03M即,狭长矩形70的宽为03M,上端宽035M即,过渡通道73的宽035M;导流板15的高度为150MM;进水板12长03M,载泥板13长11M;单元之间采用50CMPVC软管连接,放空阀采用20CM球阀,前后连接20CMPVC短管。0080待处理水,经检测,其主要含有的成分和浓度如表1所示0081表1、待处理水水质状况00820083经过本发明的农田排水反硝化吸磷模拟装置处理后,其相应的指标数据如表2所示0084表2、反硝化吸磷模拟装置处理后水质状况00850086该装置对硝态氮的去除有一个变动的过程,最后稳定在3040之间,并且随。

36、着沿程距离越长停留时间长,处理效果越好;对磷酸盐的去除也有一个变动的过程,最后稳定在40左右,沿程各处理没有明显的差异。如图8和图9所示。0087对比实验1当撤去填充区,无碳源填充,无反硝化反应区时,在同样的流量,同样的水质条件下,相应水质变化如表3所示0088表3一般沟渠处理后水质状况说明书CN102418327ACN102418337A8/8页1100890090一般沟渠氨氮处理效率跟反硝化吸磷模拟装置较接近,但硝态氮和磷酸盐去除率较差,有时几乎没有处理效果。0091对比试验2、0092对如表1所示的待处理水采用目前现有的生态混凝土护坡技术,在同样的流量,同样的水质条件下,相应水质变化如下。

37、0093表4生态混凝土护坡技术处理后水质状况00940095生态混凝土护坡技术对氨氮处理效率较反硝化吸磷模拟装置高,磷酸盐去除率与反硝化吸磷模拟装置相近,但硝酸盐的去除率明显比反硝化吸磷模拟装置差。0096最后,还需要注意的是,以上列举的仅是本发明的若干个具体实施例。显然,本发明不限于以上实施例,还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形,均应认为是本发明的保护范围。说明书CN102418327ACN102418337A1/5页12图1图2说明书附图CN102418327ACN102418337A2/5页13图3图4说明书附图CN102418327ACN102418337A3/5页14图5图6图7说明书附图CN102418327ACN102418337A4/5页15图8说明书附图CN102418327ACN102418337A5/5页16图9说明书附图CN102418327A。

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