CN110028161A - 河道水质净化***和方法 - Google Patents

河道水质净化***和方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及水环境治理领域技术领域，公开一种河道水质净化***和方法。该河道水质净化***包括铺设在河道岸坡上的第一生态网箱，以及与所述第一生态网箱相接、在垂直于河道走向的方向上横跨河道行水区的第二生态网箱；所述第二生态网箱包括金属丝石笼网、填充物，以及用于包裹所述填充物并连同所述填充物设置在所述金属丝石笼网内土工固袋，所述填充物包括由黏土矿物、活性碳、沸石、黄铁矿和石灰石混合而成的基质颗粒材料以及埋设在所述基质颗粒材料中的醌介体改性植物纤维毡。***基于在河道的不同区域设置不同构成的生态网箱，达到去污染性能稳定、适应性强、成本低的效果。

Description

河道水质净化***和方法
技术领域
本发明属于水环境治理技术领域，具体涉及一种河道水质净化***和方法。
背景技术
随着水环境的恶化和淡水资源短缺，利用生态处理***净化河道内水环境的生态工程技术因具有投资少、设施简单、不产生二次污染、耗能低、管理方便、去污效果好等优点，成为水环境污染治理的研究热点。常规生态网箱由金属丝石笼网、土工固袋、土石填充物及植物纤维毯所组成。水下的生态网箱以碎石作为填充物，通过边坡及渠底修理及网箱铺设，使得渠道视觉感受较为平整，美观性较好。水上的生态网箱以表层植物纤维毯为特点，使得渠道两侧水上岸坡呈现较好的绿化效果。但该类生态网箱对于污水的治理效果较差。随着时间的推移，渠道内污染物质会堆积至生态网箱表面，产生新的污染。因此，亟需开发去除性能稳定、适应性强、成本低，同时兼顾美化河道功能的水质净化***及方法。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供了一种河道水质净化***和方法，该***基于在河道的不同区域设置不同构成的生态网箱，达到去污染性能稳定、适应性强、成本低的效果。
本发明实施例第一方面提供了河道水质净化***，包括：铺设在河道岸坡上的多个第一生态网箱，以及与所述第一生态网箱相接、在垂直于河道走向的方向上横跨河道行水区的多个第二生态网箱；
所述第二网箱包括金属丝石笼网、填充物，以及用于包裹所述填充物并连同所述填充物设置在所述金属丝石笼网内的土工固袋，所述填充物包括由黏土矿物、活性碳、沸石、黄铁矿和石灰石混合而成的基质颗粒材料以及埋设在所述基质颗粒材料中的醌介体改性植物纤维毡。
本发明实施例将不同构成的生态网箱铺设在河道的不同区域，既达到了美化河道的效果，而且设置在河道内的第二生态网箱，具有协同吸附沉淀和催化微生物降解的作用，去除污染物性能稳定、成本低、效果好、适应性强。
在其中一个实施例中，所述黏土矿物的粒径为0.5-2mm，所述活性碳、沸石、黄铁矿和石灰石的粒径均为2-5mm。
在其中一个实施例中，所述黏土矿物、活性碳、沸石、黄铁矿和石灰石质量百分比依次对应为：25-40％、5-15％、15-25％、15-25％和10-20％。
在其中一个实施例中，多个横跨河道行水区的所述第二生态网箱拼接为墙体状，相邻墙体状的所述第二生态网箱之间间隔5-15m。
本发明实施例第二方面提供了一种河道水质净化方法，包括以下步骤：
在拟净化的河道铺设上述的河道水质净化***；
在所述第一生态网箱种植陆生植物，在第二生态网箱上种植水生植物。
本发明实施例基于生态网箱进行净化的方法，通过第二生态网箱中基质颗粒材料的吸附沉淀、植物的吸收吸附、微生物降解等有机结合，达到高效去除水环境总污染物、且持续去除污染物的目的。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的水质净化***的结构示意图；
图2是图1中河道的横断面结构示意图；
图3是本发明实施例对河道A污染物的去除效果图；
图4是本发明实施例对又一河道B污染物的去除效果图；
图5是改性植物纤维毡生物催化强化NO3 --N降解性能；
图6是改性植物纤维毡生物催化强化COD降解性能；
其中，10-第一生态网箱，20-第二生态网箱，201-水生植物，30-河道，31- 岸坡，32-河道行水区。
具体实施方式
以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定***结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的***、装置以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。
为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。
图1示出了河道30水质净化***，其包括：铺设在河道30的岸坡31上的多个第一生态网箱10，以及与所述第一生态网箱10相接、在垂直于河道30走向的方向上横跨河道行水区32的多个第二生态网箱20。所述第二生态网箱20 包括金属丝石笼网、填充物，以及用于包裹所述填充物并连同所述填充物设置在所述金属丝石笼网内的土工固袋，所述填充物包括由黏土矿物、活性碳、沸石、黄铁矿和石灰石混合而成的基质颗粒材料以及埋设在所述基质颗粒材料中的醌介体改性植物纤维毡。所述金属丝石笼网用于形成介体调控生态网箱的框架，起到支撑和限位填充物的作用，常为金属丝编制的网状，网孔可为正六边形，边长为5-8cm。
所述金属丝石笼网作为介体调控生态网箱的框架及支撑作用，尺寸(长×宽×高)为160-240cm×80-120cm×20-40cm。
黏土矿物可提供水生植物201生长的载体，活性碳可吸附有机物，沸石可吸附氨氮、重金属以及增加水环境中的溶解氧，黄铁矿可用于反硝化及絮凝沉淀除磷，石灰石可作为沉淀剂用于水中微量金属的去除。醌介体改性植物纤维毡一方面可以为植物及根系微生物的生长提供载体，同时醌介体具有加速电子传递功能，可强化微生物的氧化还原活性从而提高有机物的氧化、硝酸盐的还原等生物氧化还原反应的速率。所述第一生态网箱10采用常规的护坡用生态网箱即可。
本实施例中，沿河道30的岸坡31处密集铺设一层或按照其他美化的效果拼接一层所述第一生态网箱10，用于种陆生植物，美化岸坡31，同时起到净化流入河道30的雨水和固沙的功能。所述第二生态网箱20组合了黏土矿物、活性碳、沸石、黄铁矿和石灰石作为基质颗粒材料，具有吸附沉淀的作用，并为植物和根系微生物的生长提供了载体；醌改性植物纤维毡具有催化强化微生物降解污染物的作用，进一步将吸附的污染物进行降解，达到协同处理污染物的作用。通过该***可以达到长期稳定去除污染物的功效，参见图1和图2。
为了更好地吸附沉淀污染物，并为水生植物201提供生长的环境，所述黏土矿物的粒径为0.5-2mm，所述活性碳、沸石、黄铁矿和石灰石的粒径均为2-5 mm。
为了使第二生态网箱20对河道30水质净化具有普适性，基质颗粒材料中黏土矿物、活性碳、沸石、黄铁矿和石灰石的质量百分比依次对应为：25-40％、 5-15％、15-25％、15-25％和10-20％。
当然，对于河道30污染物确定的情况下，可以通过调整基质颗粒材料中组分的百分比进行针对性去除污染物。例如，当河道30中有机物为主要污染物，活性炭的百分比优选10-15％；或当河道30中氨氮或磷为主要污染物，沸石的质量百分比为20-25％；或当硝氮或磷为主要污染物，黄铁矿的质量百分比为 20-25％。
在其中一个实施例中，所述醌介体改性植物纤维毡的制备方法为：采用快速循环伏安法在植物纤维毡表面形成掺杂醌介体的聚合膜。
所述快速循环伏安法以石墨电极为充电电极和辅助电极、以饱和甘汞电极为参比电极，聚合电位为10-20V，聚合时间为1-6h，聚合溶液为含醌的水溶液、水溶液pH为3-8。含醌水溶液，可以是蒽醌-2,6-二磺酸钠(AQDS)、蒽醌 -2-磺酸钠(AQS)、蒽醌-1-磺酸钠(α-AQS)、蒽醌-1,5-二磺酸钠(1,5-AQDS) 和蒽醌-2,7-二磺酸钠(2,7-AQDS)等水溶性醌类介体。
所述醌介体改性植物纤维毡平铺在所述基质颗粒材料的10-20cm埋深处。醌介体改性植物纤维毡是水生植物201生长的载体，其设置深度不宜太浅，以便水生植物201根系与填充物充分接触，减弱水流的冲刷作用对水生植物201 及其根系微生物的影响；也不宜太深，以便水生植物201快速长出生态网箱，形成水质净化能力。埋深优选15cm。本实施例中所述埋深是指所述醌介体改性植物纤维毡至填充物的上表面的距离或深度。
作为其中一个实施例，所述第一生态网箱10包括金属丝石笼网、土工固袋和填充在所述土工固袋中的土壤；填充的土壤采用普通土壤即可，用于种植陆生植物，例如狗牙根，主要利用陆生植物绿化河道30，同时净化流入河道30 的雨水和固沙的功能。
其中一个实施例中，多个横跨所述河道行水区32的所述第二生态网箱20 拼接成墙体状，相邻墙体状的所述第二生态网箱20之间间隔5-15m。所述墙体状的第二生态网箱20可以是单层密集堆积拼接成条型墙体，单层的高度为 20-40cm。且沿河道30走向的方向上每间隔5-15m设置一道。因此，可全流域无死角去除污染物。
在其他实施例中，多个所述第二生态网箱20还可以间隔拼接为2-4层的格栅型墙体。所述格栅型墙体同一层的相邻所述第二生态网箱20之间设有 60-100cm的间隔；相邻层之间，所述间隔错位设置。所述60-100cm的间隔便于水流通过，每层的高度为20-40cm，格栅的高度以不影响行洪或其它设施为准。
在其他实施例中，所述格栅型墙体与密堆积的所述墙体在河道30的走向上依次间隔设置，且相邻所述格栅型墙体与密堆积的墙体的之间的间隔为5-15m。
作为一个具体实施例，应用以上***进行水质净化的方法，包括以下步骤：
一、制备醌改性植物纤维毡
(1)植物纤维毡的预处理：制备改性植物纤维毡前，先将整块植物纤维毡剪裁为80cm×80cm大小，并用冲洗数遍，直到没有杂质流出为止，然后放于 120℃干燥约2小时，取出备用。
(2)称取30-40g AQS、量取20-30mL吡咯溶于水中，并置于聚合槽中充分混合均匀。
(3)将附有植物纤维毡的石墨电极做工作电极，裸石墨电极做辅助电极，饱和甘汞电极做参比电极，并采用快速循环伏安法，进行电聚合。聚合电位为 12V；聚合时间为3h；聚合溶液pH为3。
(4)聚合完成后将改性植物纤维毡从工作电极上取下，清洗，备用。
将醌改性植物纤维毡与未改性的植物纤维毡在去除COD(Chemical OxygenDemand，化学需氧量)和NO3 --N方面的性能进行比对。试验条件分别为：(碳源为丁二酸钠，温度30℃，初始pH为7，活性污泥浓度1500-2500mg/L，其中用于NO3 —N降解的试验C/N比为3。试验结果参见图5和图6。
结果表明：醌类介体聚合到了植物纤维毡的表面。
二、制备第一生态网箱10和第二生态网箱20
第一生态网箱10和第二生态网箱20的结构相同，只是填充物不同。第一生态网箱10中填充土壤。第二生态网箱20中填充铺设有上述醌改性植物纤维毡的基质颗粒材料，所述基质颗粒材料中包括30％黏土矿物、10％活性碳、20％沸石、20％黄铁矿和20％石灰石。
三、构建水质净化***
选取河道A作为净化目标。河道A平均宽9.5m，平均水深1-2m，流速0.43 m/s，水质条件为：COD(Chemical Oxygen Demand，化学需氧量)338±25mg/L、TN(总氮)7.1±2.4mg/L、NH4 +-N 5.9±1.2mg/L、NO3 --N 1.2±0.25mg/L、TP (总磷)0.97±0.13mg/L。
在河道30的岸坡31上全部铺设第一生态网箱10。在河道行水区32每隔 5m设置一道拼接的墙体状的第二生态网箱20，在垂直于河道30走向的方向上横跨所述河道30，且第二生态网箱20与所述第一生态网箱10相接。
四、种植植物
在第一生态网箱10处种植狗牙根，美化河道30。在第二生态网箱20水深小于1m处、死水区及水位变化区种植芦苇和香蒲，水深大于1m处种植黒藻、金鱼藻等沉水植物。
***构建后，经过3个月的净化，河道A中COD、总氮和磷的平均消减量为77.7％、50.7％和45.4％，并且在很长时间(10个月)内，水质良好，保持稳定，参见图3。
在另外的实施例中，所述格栅与所述墙体状的第二生态网箱20在河道30 的走向上依次间隔设置，且相邻所述墙状格栅与所述墙体状的第二生态网箱20 之间的间隔为15m。用该***处理河道B的水质，河道B平均宽度38m，平均水深1.7-2.4m，流速0.62m/s，水质为COD 65±13mg/L、TN 4.1±1.6mg/L、 NH4 +-N 3.6±0.5mg/L、NO3 --N 0.42±0.10mg/L、TP 0.32±0.09mg/L，生态网箱净化河道30的效果见图4。从图4可以看出，设置介体调控生态网箱后，可明显改善河道30内水质，经介体调控生态网箱净化后COD、NH4 +-N和TP的平均浓度为34.3、1.88和0.17mg/L，平均去除率分别为47.2％、54.1％和46.9％，出水水质达到地表水IV标准。
以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种河道水质净化***，其特征在于，包括：铺设在河道岸坡上的多个第一生态网箱，以及与所述第一生态网箱相接、在垂直于河道走向的方向上横跨河道行水区的多个第二生态网箱；
所述第二生态网箱包括金属丝石笼网、填充物，以及用于包裹所述填充物并连同所述填充物设置在所述金属丝石笼网内的土工固袋，所述填充物包括由黏土矿物、活性碳、沸石、黄铁矿和石灰石混合而成的基质颗粒材料以及埋设在所述基质颗粒材料中的醌介体改性植物纤维毡。
2.如权利要求1所述的河道水质净化***，其特征在于，所述黏土矿物的粒径为0.5-2mm，所述活性碳、沸石、黄铁矿和石灰石的粒径均为2-5mm。
3.如权利要求2所述的河道水质净化***，其特征在于，所述黏土矿物、活性碳、沸石、黄铁矿和石灰石质量百分比依次对应为：25-40％、5-15％、15-25％、15-25％和10-20％。
4.如权利要求3所述的河道水质净化***，其特征在于，当河道中有机物为主要污染物，活性炭的百分比为10-15％；或
当河道中氨氮或磷为主要污染物，沸石的质量百分比为20-25％；或
当硝氮或磷为主要污染物，黄铁矿的质量百分比为20-25％。
5.如权利要求1所述的河道水质净化***，其特征在于，所述醌介体改性植物纤维毡的制备方法为：采用快速循环伏安法在植物纤维毡表面形成掺杂醌介体的聚合膜。
6.如权利要求5所述的河道水质净化***，其特征在于，所述快速循环伏安法以石墨电极为充电电极和辅助电极、以饱和甘汞电极为参比电极，聚合电位为10-20V，聚合时间为1-6h，聚合溶液为含醌的水溶液、水溶液的pH为3-8。
7.如权利要求1所述的河道水质净化***，其特征在于，所述第一生态网箱包括金属丝石笼网、土工固袋和填充在所述土工固袋中的土壤。
8.如权利要求1所述的河道水质净化***，其特征在于，多个横跨河道行水区的所述第二生态网箱拼接为墙体状，相邻墙体状的所述第二生态网箱之间间隔5-15m。
9.如权利要求8所述的河道水质净化***，其特征在于，多个所述第二生态网箱密堆积拼接成条型墙体或者间隔拼接为格栅型墙体。
10.一种河道水质净化方法，其特征在于，包括以下步骤：
在拟净化的河道铺设如权利要求1-9任一项所述的河道水质净化***；
在所述第一生态网箱种植陆生植物，在第二生态网箱上种植水生植物。
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