CN104787987B - 一种利用工业废物进行湖泊富营养控制的装置和方法 - Google Patents

Abstract

一种利用工业废物进行湖泊富营养控制的装置：封闭式前置库内设有微涡流混凝器；封闭式前置库的出水进入微电解人工湿地内，微电解人工湿地的内部填充有微电解铁碳填料，微电解铁碳填料上栽种植物，微电解人工湿地进水处埋设有加药装置；微电解人工湿地的出水分别进入封闭式前置库和纳米曝气河道内，纳米曝气河道内设有纳米曝气盘，纳米曝气盘上方设置有缩口曝气头，缩口曝气头上方垂直布设碳素纤维填料；纳米曝气河道的河面浮动有生态浮岛，生态浮岛上栽种植物，纳米曝气河道的出水处埋设有加药装置；纳米曝气河道的出水连接至封闭式前置库的进水。本发明还公开了进行湖泊富营养处理的方法。本发明处理的污水中芳环类物质降低99％以上。

Description

一种利用工业废物进行湖泊富营养控制的装置和方法

技术领域

本发明涉及一种降低城市湖泊水体中富营养化物质(如：氮、磷、钾营养物、有机污染物、重金属等)的装置，具体地涉及一种利用工业废物进行湖泊富营养控制的装置。

本发明还涉及利用上述装置进行进行湖泊富营养控制的方法。

背景技术

湖泊、水库的污染与富营养化是我国重大环境问题之一。经有关科研、环保监测单位多年调研结果表明，我国一些城市湖泊都已达到中等营养化及重富营养化水平。事实证明，我国大部分城市湖泊已达到富营养或超富营养化程度。城市湖泊和水库是城市重要水源，可作为城市的集中饮用水水源，或淡水养殖、风景旅游、交通运输以及工农业用水水源等。但是，目前仍有不少城市将生活污水、工业废水、人畜粪尿、化肥、垃圾等任意向湖、库宣泄，使很多湖泊水库受到严重污染。由于生活污水和不少工业废水中均含有磷、氮等营养素。而湖、库水体的水流滞缓，滞留时间又长，当湖、库水体中营养素积聚到一定水平，即会形成富营养化污染。富营养化的湖泊、水库水体中，在阳光和水温达到最适于藻类繁殖的季节，大片水面会被藻类覆盖，不仅使水带有恶臭，并会遮蔽阳光，隔绝氧气向水中的溶解。枯死的藻类沉积水底，又是新生的污染源，它们进行厌氧发酵，使溶解氧消粍殆尽，并会不断释出氮磷，供水生植物作为营养物。如此周而复始在水体中循环，姑终导致湖日益淤积变浅，形成沼泽。

富营养化问题是指氮、磷等营养物质进入缓流水体，造成水生植物或浮游植物过度生长，水生态***平衡遭到破坏的一种水体效应，其危害较大，给人类生产和生活带来很多不利影响。虽然在一些情况下，水体富营养化是自然发展的结果，但人类活动大大加速了水体的富营养化进程。富营养化问题的研究由来历史已久，世界上很多国家都存在富营养化问题。近年来，我国湖泊富营养化富营养化发展速度相当快。我国是个湖泊众多的国家，现有湖泊2700余个，总面积达9.1万km²其中约1/3为浅水湖泊，主要分布在东部沿海与长江中下游地区。根据调查资料和国内外评价湖泊富营养化指标，我国比较典型的37个主要湖泊中，中营养型和中-富营养型的占55.8％，富营养型的占14.7％，重富营养型的占8.8％。其中滇池草海为重度富营养状态，水质为Ⅴ类或劣Ⅴ类，太湖和巢湖呈富营养状态，3大湖泊的主要污染指标为氨氮和总磷。伴随着氮、磷等肥料制造和使用数量的增加，以及工业污水和生活污水的排放量不断增加，营养盐混人湖泊的量也为之增加，湖泊富营养化引起的水环境安全问题日益突出。表征富养状态水体的蓝、绿藻类大量增殖，色度增高，透明度下降，耗氧量上升，水体发臭、缺氧导致鱼类死亡、产生异味与藻毒素等，在影响湖泊水环境功能的同时，给人民的生产和生活也带来严重危害，甚至危及流域的生态安全。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用工业废物进行湖泊富营养控制的装置。

本发明的又一目的在于提供一种利用上述装置进行湖泊富营养控制的方法。

为实现上述目的，本发明提供的利用工业废物进行湖泊富营养控制的装置，主要由封闭式前置库、微电解人工湿地、纳米曝气河道三部分组成；其中：

封闭式前置库内设有微涡流混凝器；

封闭式前置库的出水进入微电解人工湿地内，微电解人工湿地的内部填充有微电解铁碳填料，微电解铁碳填料上栽种植物，微电解人工湿地进水处埋设有加药装置；

微电解人工湿地的出水分别进入封闭式前置库和纳米曝气河道内，纳米曝气河道内设有纳米曝气盘，纳米曝气盘上方设置有缩口曝气头，缩口曝气头上方垂直布设碳素纤维填料；纳米曝气河道的河面浮动有生态浮岛，生态浮岛上栽种植物，纳米曝气河道的出水处埋设有加药装置；

纳米曝气河道的出水连接至封闭式前置库的进水。

所述的装置，其中，纳米曝气河道的纳米曝气盘连接一纳米曝气机，缩口曝气头连接一普通曝气机。

所述的装置，其中，纳米曝气盘进气为O₃，缩口曝气头进气为O₂。

所述的湖泊富营养控制装置，其中，微电解人工湿地填充的微电解铁碳填料为铁屑、碎石、炉渣的混合物。

所述的装置，其中，微电解人工湿地栽种的植物为菖蒲和千屈菜，生态浮岛上栽种的植物为东南景天。

本发明提供的上述装置进行湖泊富营养控制的方法：

封闭式前置库利用微电解人工湿地出水回流中高浓度的铁盐和纳米曝气河道回水中大量的微纳米气泡进行絮凝沉淀以及脱氮固磷；

纳米曝气河道内的纳米曝气机与普通曝气机交替工作曝气，将纳米曝气河道内部分污水回流至封闭式前置库，剩余污水直接排放；

纳米曝气河道针对微电解人工湿地出水中残留少量有机物，利用纳米曝气产生的羟基自由基进一步提高污水B/C，而后在普通曝气和碳素纤维的协同作用下，将污水中残留有机污染物降解，纳米曝气产生的强冲击力洗脱碳素纤维上老化生物膜，表面电荷促进碳素纤维之间斥力，防止生物膜钝化、死膜，将生物膜活化；再利用普通曝气过程强化微生物作用，将纳米曝气产生小分子有机物完全氧化、氮素完全脱除并提高水体溶氧含量。

所述的方法，其中，当微电解人工湿地进水的C/N比为5:1时，微电解铁碳填料中的碎石与炉渣的体积比为3:1。

所述的方法，其中，当微电解人工湿地进水的C/N比为2:1时，微电解铁碳填料中的碎石与炉渣的体积比为2:1。

所述的方法，其中，通过微电解人工湿地进水处埋设的加药装置控制微电解人工湿地内pH值呈酸性；通过纳米曝气河道出水处埋设的加药装置控制纳米曝气河道内pH值呈碱性。

本发明针对湖泊富营养化水体低氧低碳高氨氮的水质特征，研发封闭式前置库-微电解人工湿地-纳米曝气河道水质改善技术，适用于低溶氧和高氨氮湖泊及河流等，出水清澈，水质符合国家一级标准，出水水质透明度高，其处理效果尤为显著，通过该装置处理的污水中芳环类物质降低99％以上，出水水质透明度高。

附图说明

图1是本发明的装置结构示意图。

附图中主要组件符号说明：

1加药装置；2植物；3生态浮岛；4微涡流混凝器；5封闭式前置库；6铁碳填料；7微电解人工湿地；8纳米曝气机；9普通曝气机；10纳米曝气盘；11纳米曝气河道；12碳素纤维填料；13缩口曝气头。

具体实施方式

本发明提供的利用工业废物进行湖泊富营养控制的装置，主要由封闭式前置库、微电解人工湿地、纳米曝气河道三部分组成；其中：

封闭式前置库5内设有微涡流混凝器4，封闭式前置库5的出水连接微电解人工湿地7的进水处，微电解人工湿地7的进水处埋有设加药装置1。微电解人工湿地7内部填充有微电解铁碳填料6，该微电解铁碳填料为铁屑、碎石、炉渣等混合物，以贯彻以废治废的技术方案。微电解铁碳填料上栽种植物2，微电解人工湿地栽种的植物选用菖蒲和千屈菜。

微电解人工湿地7的出水分别连接至纳米曝气河道11和封闭式前置库5。纳米曝气河道11内部设有纳米曝气盘10，纳米曝气盘10连接一纳米曝气机8，进气为O₃，纳米曝气盘10上方设置有缩口曝气头13，缩口曝气头13连接一普通曝气机9，进气为O₂。缩口曝气头13上方垂直布设碳素纤维填料12；纳米曝气河道11河面浮动生态浮岛3，生态浮岛3上栽种植物2，生态浮岛上栽种的植物选用东南景天。纳米曝气河道的出水处埋设有加药装置1，并连接至封闭式前置库5的进水处。

由微电解人工湿地进水处埋设的加药装置控制微电解人工湿地内pH值呈酸性，以便于微电解的良好运行，并防止微电解填料结疤、板结；由纳米曝气河道出水处埋设的加药装置控制纳米曝气河道内pH值呈碱性，防止出水残留重金属，将沉淀下来的铁污泥排出或回流至封闭式前置库内.

本发明提供的上述装置用于湖泊富营养控制的方法是：

封闭式前置库5利用微电解人工湿地7出水回流中高浓度的铁盐和纳米曝气河道11回水中大量的微纳米气泡进行絮凝沉淀以及脱氮固磷，其中混凝部分反应为Fe³⁺+2OH^－→Fe(OH)₃↓；4Fe²⁺+O₂+2H₂O+8OH^－→4Fe(OH)₃↓；固磷部分反应为Fe³⁺+PO₄ ^3-－→FePO₄↓；3Fe²⁺+2PO₄ ^3-－→Fe₃(PO₄)₂↓；脱氮反应为：纳米曝气河道11在纳米曝气阶段出水回流，磷酸铁和铁沉淀铁污泥***和高溶解度的纳米气泡可促进进水中氮素进行同步硝化反硝化脱除；普通曝气阶段出水回流，氧气迅速散逸，残存溶解氧被亚铁离子迅速利用形成沉淀，封闭式前置库5内低碳厌氧环境下通过厌氧氨氧化作用进行脱氮。微电解人工湿地7回水与纳米曝气河道11回水混合生成的Fe(OH)₃和FePO₄是活性胶状絮凝剂，经过微纳米气泡的强冲击力和强氧化性，絮体反复打断、重组，其吸附能力比普通的Fe(OH)₃强，把废水中的悬浮物吸附共沉淀而除去；同时纳米曝气河道11回水中携带混杂的微纳米气泡，由于纳米气泡具有表面电荷，通常采用ζ电位来表征，气泡内部具有较大的压力，空化泡崩溃的冲击波有强烈的氧化分解消融作用，气泡破裂时界面消失，使得微气泡的ζ电位显著增加，周围环境剧烈改变产生的化学能促使羟基自由基生成，其生成的羟基自由基对有机物有很强的氧化分解预处理能力，并在羟自由基和表面电荷作用下将进水中有色物质进行脱色。

微电解人工湿地7将微电解技术与人工湿地相结合，强化人工湿地基质处理废水的能力，同时可缓解湿地在冬季处理效率降低的问题。具体是将铁屑与湿地基质(炉渣、碎石)等常用人工湿地基质混合，形成微电解微循环，使得COD、氨氮去除率比常规湿地技术高出30％以上，TP去除率高出20％以上；铁碳微电解产物具有很髙的化学活性，在阳极，产生的新生态Fe²⁺；在阴极，产生的活性[H]，均能与废水中许多污染物组份发生氧化还原反应，使大分子物质分解为小分子物质，使难生化降解的物质转变成容易处理的物质，提髙废水的可生化性。

纳米曝气河道11内纳米曝气机8与普通曝气机9交替工作曝气：纳米曝气机8工作两小时后，将曝气河道内部分污水回流至封闭式前置库；而后使用普通曝气机9工作两小时后，将曝气河道内部分污水回流至封闭式前置库5，剩余污水可直接排放处理。纳米曝气河道11针对微电解人工湿地7出水中残留少量有机物，利用纳米曝气产生的羟基自由基进一步提高污水B/C，而后在普通曝气和碳素纤维填料12的协同作用下，将污水中残留有机污染物降解，具体过程为纳米曝气产生的强冲击力洗脱碳素纤维12上老化生物膜，表面电荷促进碳素纤维之间斥力，防止生物膜钝化、死膜，将生物膜活化；再利用普通曝气过程强化微生物作用，将纳米曝气产生小分子有机物完全氧化、氮素完全脱除并提高水体溶氧含量。

当微电解人工湿地进水中C/N比5:1时COD和P的去除率最高，此时碎石与炉渣的体积比为3:1最好；C/N比为2:1时，N的去除率最高，此时碎石与炉渣的体积比为2:1效果最好。

Claims (9)

1.一种利用工业废物进行湖泊富营养控制的装置，主要由封闭式前置库、微电解人工湿地、纳米曝气河道三部分组成；其中：

封闭式前置库内设有微涡流混凝器；

封闭式前置库的出水进入微电解人工湿地内，微电解人工湿地的内部填充有微电解铁碳填料，微电解铁碳填料上栽种植物，微电解人工湿地进水处埋设有加药装置；

微电解人工湿地的出水分别进入封闭式前置库和纳米曝气河道内，纳米曝气河道内设有纳米曝气盘，纳米曝气盘上方设置有缩口曝气头，缩口曝气头上方垂直布设碳素纤维填料；纳米曝气河道的河面浮动有生态浮岛，生态浮岛上栽种植物，纳米曝气河道的出水处埋设有加药装置；

纳米曝气河道的出水连接至封闭式前置库的进水。

2.根据权利要求1所述的装置，其中，纳米曝气河道的纳米曝气盘连接一纳米曝气机，缩口曝气头连接一普通曝气机。

3.根据权利要求1所述的装置，其中，纳米曝气盘进气为O₃，缩口曝气头进气为O₂。

4.根据权利要求1所述的装置，其中，微电解人工湿地填充的微电解铁碳填料为铁屑、碎石、炉渣的混合物。

5.根据权利要求1所述的装置，其中，微电解人工湿地栽种的植物为菖蒲和千屈菜，生态浮岛上栽种的植物为东南景天。

6.权利要求1所述装置进行湖泊富营养控制的方法：

封闭式前置库利用微电解人工湿地出水回流中高浓度的铁盐和纳米曝气河道回水中大量的微纳米气泡进行絮凝沉淀以及脱氮固磷；

纳米曝气河道内的纳米曝气机与普通曝气机交替工作曝气，将纳米曝气河道内部分污水回流至封闭式前置库，剩余污水直接排放；

纳米曝气河道针对微电解人工湿地出水中残留少量有机物，利用纳米曝气产生的羟基自由基进一步提高污水B/C，而后在普通曝气和碳素纤维的协同作用下，将污水中残留有机污染物降解，纳米曝气产生的强冲击力洗脱碳素纤维上老化生物膜，表面电荷促进碳素纤维之间斥力，防止生物膜钝化、死膜，将生物膜活化；再利用普通曝气过程强化微生物作用，将纳米曝气产生小分子有机物完全氧化、氮素完全脱除并提高水体溶氧含量。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，当微电解人工湿地进水的C/N比为5:1时，微电解铁碳填料中的碎石与炉渣的体积比为3:1。

8.根据权利要求6或7所述的方法，其中，当微电解人工湿地进水的C/N比为2:1时，微电解铁碳填料中的碎石与炉渣的体积比为2:1。

9.根据权利要求6所述的方法，其中，通过微电解人工湿地进水处埋设的加药装置控制微电解人工湿地内pH值呈酸性；通过纳米曝气河道出水处埋设的加药装置控制纳米曝气河道内pH值呈碱性。