[發(fā)明專利]一種用于雨水徑流中氮磷同步去除的過濾介質(zhì)材料及其應(yīng)用方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910797546.7
• 申請(qǐng)日: 2019-08-27
• 公開（公告）號(hào): CN110436542B
• 公開（公告）日: 2023-01-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 齊飛;劉龍嚴(yán);王振北;劉超
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京林業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): C02F1/00
• 分類號(hào): C02F1/00;C02F1/28;C02F1/70;C02F101/10;C02F101/16
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明針對(duì)當(dāng)前降雨徑流中氮磷污染物濃度高且去除效果不佳的問題，提供了一種用于雨水徑流中氮磷同步去除的過濾介質(zhì)材料制備及其應(yīng)用方法，屬于雨水徑流污染控制技術(shù)領(lǐng)域。采用原位負(fù)載法成功制備出金屬有機(jī)框架衍生的鐵基復(fù)合碳材料與載體復(fù)合，形成負(fù)載型雨水徑流污染控制過濾介質(zhì)。本發(fā)明提出的雨水徑流污染控制過濾介質(zhì)作為雨水凈化填料、應(yīng)用于可拆卸式雨水凈化裝置和制備生態(tài)濾水磚。在應(yīng)用過程中，通過過濾介質(zhì)中的活性組分零價(jià)鐵提供電子，將NO₂^??N和NO₃^??N還原為N₂，實(shí)現(xiàn)水體中NO₂^??N和NO₃^??N的高效還原凈化。同時(shí)，零價(jià)鐵失電子被氧化為Fe³⁺，F(xiàn)e³⁺和雨水中的磷酸鹽結(jié)合生成磷酸鐵沉淀，從而完成雨水中氮磷同步去除。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于雨水徑流污染控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種能夠同步實(shí)現(xiàn)雨水中氮磷同步去除的過濾介質(zhì)及其在雨水凈化處理中的三種應(yīng)用方法。

背景技術(shù)

隨著我國(guó)城市化的快速推進(jìn)，城市不透水地表快速增加，一方面導(dǎo)致降雨徑流量的迅速增加。另一方面，由于城市存在各種各樣的用地類型，人口密集度高，生產(chǎn)活動(dòng)頻繁，產(chǎn)生的污染物范圍廣、數(shù)量大，因此由徑流沖刷進(jìn)入水體的污染物也極為復(fù)雜。其中，由于初期降雨徑流中氮和磷的濃度較高，若處理不當(dāng)將會(huì)造成城市水體富營(yíng)養(yǎng)化和黑臭水體，導(dǎo)致城市水生態(tài)系統(tǒng)遭到破壞。因此，對(duì)城市降雨徑流中的氮和磷的去除受到了越來越多的關(guān)注。現(xiàn)有公布的專利技術(shù)中，能夠有效解決降雨徑流中氮磷污染的方法主要為耦合過濾介質(zhì)的生物滯留脫氮除磷凈化技術(shù)。

生物滯留脫氮除磷凈化技術(shù)主要通過采用低影響開發(fā)技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)降雨徑流中氮和磷的去除，如綠色屋頂技術(shù)、生態(tài)植草溝技術(shù)、雨水花園技術(shù)和下凹綠地技術(shù)等。在實(shí)際雨水徑流處理過程中，為了強(qiáng)化該類技術(shù)對(duì)降雨徑流中氮和磷的去除能力，常在這些技術(shù)的植物種植層采用分層設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)或采用過濾介質(zhì)作為填料，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)雨水徑流中氮磷的高效去除。其中，在降雨徑流處理技術(shù)中常用的過濾介質(zhì)有：沸石、蛭石、陶粒、鋼渣、石灰石、碎石、石英砂和白礬石等。例如，專利CN105621622A通過在生物滯留設(shè)施中采用分層設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，將不同粒徑的天然礫石，自上而下分別作為蓄水層、種植土層、填料層和排水層，通過綜合分層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和天然過濾介質(zhì)的應(yīng)用，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)徑流雨水中SS和氮磷的去除。專利CN106118685A將黏土、砂和鋼渣等按不同的比例及粒徑進(jìn)行混合，并將其作為下凹式綠地的填料，從而強(qiáng)化降雨徑流雨水中氮和磷的去除。專利CN101973629A以黃鐵礦作為填料，通過黃鐵礦釋放生成的鐵離子實(shí)現(xiàn)磷沉降，從而實(shí)現(xiàn)除磷；但該技術(shù)黃鐵礦中鐵的釋放完全依靠于自然釋放，過程緩慢。因此，單純采用分層設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)或采用單一過濾介質(zhì)作為填料雖然對(duì)降雨徑流中的氮磷具有一定的去除能力，但去除率有限，僅為20％～70％左右。

為了進(jìn)一步強(qiáng)化上述技術(shù)脫氮除磷凈化技術(shù)的性能，研究者通過利用多種過濾介質(zhì)的混合應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)對(duì)降雨徑流中氮磷去除性能的強(qiáng)化。例如，專利CN104150580A通過將砂質(zhì)壤土、粗砂、蛭石、珍珠巖和草炭灰以不同粒徑比進(jìn)行混合，最后將混合后的填料應(yīng)用于生態(tài)滯蓄凈化帶中，從而強(qiáng)化對(duì)降雨徑流中氮和磷的去除性能。專利CN102701839A發(fā)明了一種將泥炭土、珍珠巖、粗纖維腐殖質(zhì)、陶粒和凸凹棒土均勻混合后作為綠色屋頂填料，實(shí)現(xiàn)對(duì)雨水中氮和磷的強(qiáng)化去除。雖然通過多介質(zhì)的混合利用對(duì)降雨徑流中的氮和磷的去除效果較好(去除率達(dá)到80％左右)，但利用的介質(zhì)填料種類過多，設(shè)計(jì)復(fù)雜。

為了滿足對(duì)城市水環(huán)境越來越高的需求，需要實(shí)現(xiàn)對(duì)降雨徑流中氮磷更高效去除。因此，研究者在前期研究的基礎(chǔ)上進(jìn)一步通過過濾介質(zhì)改性和負(fù)載型過濾介質(zhì)的制備及應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)降雨徑流中氮和磷的快速去除。例如，專利CN106830334A將負(fù)載有鐵錳復(fù)合氧化物的陶粒作為雨水濕地的填料，實(shí)現(xiàn)對(duì)雨水濕地中氮和磷的快速去除。專利CN106186341A將改性后的沸石與過氧化鎂、果殼和粉煤灰進(jìn)行混合，再將混合后的過濾介質(zhì)應(yīng)用于生態(tài)植草溝中。