[實用新型]一種農(nóng)村低污染水深度凈化系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201520601049.2
• 申請日: 2015-08-11
• 公開（公告）號: CN205088059U
• 公開（公告）日: 2016-03-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 馮彥房;段婧婧;孫海軍;楊林章;薛利紅;陳玉東;何世穎
• 申請（專利權(quán)）人: 江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院
• 主分類號: C02F9/14
• 分類號: C02F9/14;C02F3/32
• 代理公司: 南京縱橫知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 32224
• 代理人: 劉艷艷;董建林

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型涉及一種農(nóng)村低污染水深度凈化系統(tǒng)，具體而言，是一種結(jié)合了生物質(zhì)炭、自然生物膜以及水生植物的“三位一體”的農(nóng)村低污染水凈化體系。

背景技術(shù)

農(nóng)村低污染水

隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，我國農(nóng)業(yè)面源污染問題日益嚴重，使得很多江、河、湖泊水質(zhì)下降，加劇了水質(zhì)性缺水的狀況。根據(jù)報道，生活污水和畜禽養(yǎng)殖廢水是農(nóng)村地區(qū)的兩大污染源。其中太湖流域養(yǎng)殖廢水TN一般在30～40mg/L，TP在2.5～3.5mg/L之間。但由于農(nóng)村地區(qū)污水產(chǎn)生總量大、分布分散、間歇排放等特點，對農(nóng)村生態(tài)環(huán)境和民眾健康構(gòu)成了顯著的影響。本實用新型針對農(nóng)田排水、生活污水尾水等農(nóng)村低污染水的深度處理，這里我們將農(nóng)村低污染水定義為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)或農(nóng)民生活過程中產(chǎn)生的富含植物生長所需的氮、磷等養(yǎng)分與多種微量元素，但直接排放會造成污染的那部分水體。主要包括經(jīng)過污水處理廠處理后達標排放的農(nóng)村生活污水尾水、農(nóng)田排水以及河道低污染水等，其水質(zhì)不符合地表水環(huán)境質(zhì)量標準但滿足農(nóng)田灌溉用水標準(GB18918-2002一級B：TN≤20mg/L,TP≤1mg/L)。這種農(nóng)村低污染水雖然氮磷等營養(yǎng)鹽含量相對點源污染、未處理的生活污水等污染源較低，但是由于其分布廣泛、產(chǎn)生量高，對水體環(huán)境的負面影響也非常顯著。這類廢水使用工程化措施處理經(jīng)濟性不高，特別是在排放較為分散的偏遠農(nóng)村地區(qū)，更加難以實現(xiàn)深度凈化處理。因此，有必要針對這類低污染水設(shè)置低成本的、易于操作安裝的、環(huán)境友好的處理體系，以便使相關(guān)低污染排水達到或接近地表水排放標準，實現(xiàn)良好的生態(tài)與經(jīng)濟效益。

生物炭技術(shù)

生物炭(Biochar)是在完全或部分缺氧條件下，以及相對較低的溫度條件下(<700℃)，經(jīng)熱解炭化產(chǎn)生的一種含碳量豐富、性質(zhì)穩(wěn)定的有機物質(zhì)。生物炭表面具有大量的孔洞，空隙大小不一。這種孔洞結(jié)構(gòu)有利于土壤微生物的生長。生物炭容重小，水、氣吸收能力強，且具有大量的表面負電荷以及高電荷密度的特性，能形成電磁場，構(gòu)成了生物炭良好的吸附特性，能吸附水、土壤或沉積物中的無機離子及極性或非極性有機化合物，特別是利于吸附土壤和水體中重金屬污染物質(zhì)和有機污染物。在化學(xué)成分上，生物炭還包括鈣、鎂等礦物質(zhì)以及無機碳酸鹽，具有高度的芳香化、生物化學(xué)抗分解性和物理的熱穩(wěn)定性，促進植物對營養(yǎng)元素的吸收。此外，生物炭往往呈現(xiàn)一定的堿性，可被用于改良酸性土壤。鑒于上述一系列的優(yōu)良特性，生物炭在近年來被廣泛用于固碳減排、土壤修復(fù)改良等方面的研究和實踐。生物質(zhì)炭由于擁有良好的孔隙分布，表面含有豐富的官能團，對水體中的溶質(zhì)往往具有良好的吸附性能。在此，本實用新型將生物質(zhì)炭視為一種“養(yǎng)分儲存器”，將低污染排水中的氮磷營養(yǎng)鹽吸附富集，然后將生物質(zhì)炭作為一種復(fù)合肥或土壤改良劑施加到農(nóng)田中，實現(xiàn)良好的經(jīng)濟效益與生態(tài)效益。

自然生物膜技術(shù)

自然生物膜是在一定的環(huán)境條件先產(chǎn)生的微生物聚集體。在自然水體中，微生物細胞和非生物物質(zhì)鑲嵌在微生物分泌的有機聚合物基質(zhì)中，并附著在固體表面。微生物的胞外聚合物形成了整個生物膜的骨架結(jié)構(gòu)，為微生物的附著生長和包裹吸附其它物質(zhì)提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。生物膜的定義普遍的理解為由金屬氧化物(鐵、錳和鋁氧化物)、有機質(zhì)和少量礦物質(zhì)組成。有機質(zhì)包括細菌、真菌、浮游動物、藻類，以及病毒組成的微生物群落，同時包括其生命代謝活動分泌的各種代謝物質(zhì)，如胞外酶，胞外聚合物。自然生物膜可以有效去除氮磷等無機物。從廢水中去除N主要依靠生物硝化作用和反硝化作用的組合實現(xiàn)，硝化作用是一個好氧過程，將氨氧化成亞硝酸鹽和硝酸鹽，通過兩個不同系統(tǒng)的微生物的兩個連續(xù)的步驟實現(xiàn)，即自養(yǎng)的氨氧化細菌和亞硝酸鹽氧化細菌。反硝化是一個缺氧的過程，硝酸鹽和亞硝酸鹽通過異養(yǎng)菌的厭氧呼吸作用由一氧化氮和二氧化氮轉(zhuǎn)變?yōu)榈獨猓@個過程需要有機碳源。生物膜除磷的機理為：生物膜上的聚磷菌交替處于厭氧/好氧環(huán)境是實現(xiàn)生物除磷的關(guān)鍵。在沒有溶解氧和硝態(tài)氮存在的厭氧條件下，聚磷菌分解體內(nèi)的聚磷酸鹽產(chǎn)生能量，并放出磷酸鹽以維持聚磷菌的代謝，同時將胞外大量的短鏈脂肪酸攝入細胞內(nèi)并合成聚羥基鏈烷酸酯；在好氧條件下，由于環(huán)境條件有利，聚磷菌可快速生長、繁殖，此時聚磷菌利用分解胞內(nèi)PHA所產(chǎn)生的ATP將廢水中的磷酸鹽過量攝取到胞內(nèi)，并轉(zhuǎn)變成聚磷酸鹽。聚磷菌在好氧環(huán)境下所攝取的磷遠比在厭氧環(huán)境下所釋放的磷多，使體內(nèi)的含磷量可超過10％，有時甚至高達30％。淹沒式生物膜法除磷工藝中的優(yōu)勢菌屬為假單胞菌屬，其次依順序為氣單胞菌屬、芽孢桿菌屬、微球菌屬、硝化桿菌屬，這些兼性菌屬在好氧條件下能超量地將污水中的磷吸入細胞內(nèi)，被廣泛的用于生物除磷。