一种新型重污染河道原位水质净化系统及净化方法
【技术领域】
[0001]本发明属于污水处理领域，更具体地说，涉及一种新型重污染河道原位水质净化系统及净化方法。
【背景技术】
[0002]随着社会经济的不断发展和人口的不断增长，全球范围内的水源水体污染越来越严重，河流污染也是水环境污染的集中表现，得到越来越广泛的关注。大量未经有效处理的工业废水、生活污水排入河道、湖泊等，造成水环境污染，对自然生态系统的干扰打破了原来生态系统的结构和平衡，由此带来的生态环境影响已经引起人们的高度重视。
[0003]目前，国内外研宄人员对于河流污染修复技术进行了广泛的研宄，并取得了一定的研宄成果。河流污染修复技术是指通过各种技术和手段，使污水中的污染物得以去除或转化的方法。根据净化原理的不同，河道水体净化技术主要分为:截污纳管处理、底泥疏浚、生态处理等。生物-生态修复技术的作用机理主要依靠生物对污染物的降解同化作用，将低浓度污染物进行富集转化，恢复水体退化生态系统结构的缺失组分，从而实现重建水体生态系统和改善水质的目的。生物-生态修复技术采用的是原位修复法，对周围环境影响小，工艺简便且见效快、二次污染少，并且可以有效改善周围景观环境，是未来水体修复的重点发展趋势。中国专利申请号为201210180985.1，申请日为2012年06月04日的专利申请文件公开了一种修复受污染水体和底泥的材料和方法，该方法中采用无毒无害的固体颗粒物，经过一定方式负载微生物后制得复合材料，用所述复合材料原位絮凝或吸附水体中的污染物并转移至底泥中，以达到对水体中污染物原位收集、浓缩并在底泥中快速降解的目的，复合材料沉降至底泥后还可对底泥中的污染物进行降解，改善水质底质环境，但是该发明存在如下缺陷:第一，复合材料负载的微生物种类和密度并不高，在长期运行中，污染水体没有完善的硝化反硝化过程，难以保证运行效果；第二，复合材料经絮凝快速沉降后，仅接触河道底部水流，存在一定的局限性。中国专利申请号为201320443267.9，申请日为2013年07月24日的专利申请文件公开了一种用于农村污水脱氮除磷的多级串、并联人工湿地系统，包括表面流人工湿地单元、垂直潜流人工湿地单元、水平潜流人工湿地单元，表面流人工湿地单元连接垂直潜流人工湿地单元，垂直潜流人工湿地单元连接水平潜流人工湿地单元；表面流人工湿地单元为人工湿地系统的初始处理单元，内种植浮水植物，下部布置基质层，与其后的垂直潜流人工湿地单元串联；垂直潜流人工湿地单元为人工湿地系统的中间处理单元，并行联接有两个垂直潜流人工湿地，内种植挺水植物，从上到下依次有布水管网、布水层、基质层、排水管网的排水层，与其后的水平潜流人工湿地单元串联；水平潜流人工湿地单元为人工湿地系统的末端处理单元，内种植挺水植物，沿来水方向从前至后依次有布水管的布水层、基质层、含有排水管的排水层和出水管。中国专利申请号为201010166392.0，申请日为2010年05月10日的专利申请文件公开了一种人工湿地耦合SBR强化脱氮除磷一体化污水净化系统，包括SBR反应池和人工湿地，SBR反应池的底部设置有穿孔曝气管，在SBR反应池的池壁上设置有排泥管、进水管、泥水溢流管和排水管，其中泥水溢流管和排水管与人工湿地的布水槽相通；人工湿地的床体包括布水槽、填料层、土层和集水槽，填料层的上部与布水槽连通，填料层的底部与集水槽连通，土层设置在填料层的上面，土层上种植有挺水植物。上述2种发明均提出了一种有效的污染物治理净化技术，但是都存在所需的占地面积大，能耗高，基础投资高等不足之处。
【发明内容】
[0004]1.要解决的问题
[0005]针对现有的污水处理技术存在能耗高、基础投资高以及脱氮除磷能力差等问题，本发明提供一种新型重污染河道原位水质净化系统及净化方法。本发明的原位水质净化系统包括聚磷处理单元和好氧-缺氧-厌氧净化单元，聚磷处理单元设置在河道浅滩水域，好氧-缺氧-厌氧净化单元设置在河道非浅滩水域，包括竹丝填料、曝气管道和帽封材料，本发明充分利用河道自身的特点，通过在河道内间歇设立曝气管道将河道改造成若干个串联的好氧-缺氧-厌氧生物反应区，提高水体的硝化、反硝化能力，极大地改善了系统的脱氮效果，环境效益好，处理成本低，资源利用率高，实现了水体的原位再生和修复。
[0006]2.技术方案
[0007]为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下:
[0008]一种新型重污染河道原位水质净化系统，包括聚磷处理单元和好氧-缺氧-厌氧净化单元，所述的聚磷处理单元设置在岸边水深小于0.6m的浅滩水域，聚磷处理单元包括一级阶梯单元、二级阶梯单元、三级阶梯单元和聚磷填料，所述的聚磷填料铺设在河道浅滩水域底部，浅滩水域根据水深不同依次分为一级阶梯单元、二级阶梯单元和三级阶梯单元；所述的一级阶梯单元水深为O?0.2m，水域中种植挺水植物；所述的二级阶梯单元水深为0.2?0.4m，水域中种植漂浮植物；所述的三级阶梯单元水深为0.4?0.6m，水域中种植沉水植物；所述的好氧-缺氧-厌氧净化单元设置在河道非浅滩水域，包括竹丝填料、曝气管道和帽封材料，所述的帽封材料设置在河道非浅滩水域底部，所述的曝气管道铺设在帽封材料的上方，所述的竹丝填料架设在河道非浅滩水域上部。
[0009]优选地，所述聚磷填料的铺设厚度为15?55cm，其制备步骤为；
[0010](a)原料选择和预处理:选取污水处理厂经压滤后的生化污泥(含水率低于70% )和凹凸棒土(产地为江苏盱眙)作为原料，经破碎、筛选工序预处理，将脱水后的污泥与凹凸棒土按质量比(I?3.5):1进行配置；
[0011](b)制样:将上述原料制成粒径大小为2?5cm的填料，在高温500°C?1200°C的条件下，烧结I?2h后形成聚磷填料。
[0012]优选地，所述的挺水植物为香蒲、芦苇、灯芯草；所述的漂浮植物为紫萍、浮萍、水禾；所述的沉水植物为黑藻、金鱼藻、狐尾藻、睡莲；所述的挺水植物、漂浮植物和沉水植物的种植密度为:行距0.4?0.6m，株距0.2?0.4m。
[0013]优选地，所述的曝气管道为间歇式设置，在河道内每隔20?30m设置5?Sm曝气管道，曝气时间为4?10h，曝气的气体为空气，曝气流量为I?3m3/h。
[0014]优选地，所述的竹丝填料为竹丝轧制而成，竹丝填料的长度为1.2?1.5m，架设密度为 0.2 ?0.5m3/m3o
[0015]优选地，所述的帽封材料为铺设厚度为3?5cm的砂石，所述的砂石为2?3层，每层砂石铺设厚度为I?2.5cm，砂石粒径大小为1.5?2.5mm和5?6mm。
[0016]一种新型重污染河道原位水质净化方法，使用上述的一种新型重污染河道原位水质净化系统进行净化，其步骤为:
[0017](a)构建水质净化系统:在受污染河道内构建如上所述的一种新型重污染河道原位水质净化系统，在受污染河道的浅滩水域内构建聚磷处理单元，在受污染河道的非浅滩水域内构建好氧-缺氧-厌氧净化单元；
[0018](b)净化水质:利用曝气管道对河道内水体进行曝气，曝气时间为4?10h，曝气流量为I?3m3/h，维持水中好氧区溶解氧浓度为1.5?2.5mg/L，缺氧区溶解氧浓度为0.2?0.6mg/L，厌氧区溶解氧浓度为O?0.2mg/L ;微生物在竹丝填料表面附着并对河道水体内的污染物进行降解；聚磷处理单元中的聚磷填料吸附水体中的磷，为挺水植物、漂浮植物和沉水植物提供营养元素，挺水植物、漂浮植物和沉水植物促进水质净化。
[0019]本发明的难点在于:传统的人工湿地系统处理污水时都存在所需的占地面积大，能耗高，基础投资高等不足之处，不能实现污水的原位处理。本发明巧妙的利用河道自身狭长的特点，通过在河道内间歇设立曝气管道，每隔20?30m设置5?Sm曝气管道，采用微孔曝气的方式对河道内受污染水体进行曝气，曝气后会在曝气管道附近水域形成天然的好氧硝化区，随着水体的流动，在未设置曝气管道的区域，溶解氧逐渐降低，形成缺氧、厌氧反应区，本发明通过这种方式将河道改造成若干个串联的好氧-缺氧-厌氧生物反应区，使得污水在河道内实现水质的原位净化，同时在河道内悬挂竹丝填料，利用竹丝比表面积大的优势吸附大量微生物，提高水体的硝化、反硝化能力，极大地改善了系统的污水处理效果。本发明还在河道浅滩水域设置聚磷处理单元，在浅滩水域底部铺设聚磷填料将浅滩水域改造成三级阶梯单元，并在三级阶梯单元中种植挺水植物、漂浮植物和沉水植物，聚磷填料能高效吸附水体中的磷元素并将其作为植物生长的营养元素，强化水体的净化能力，将其改造成高效脱