一种黑臭水体修复治理的生态砾石床的制作方法

本实用新型属于水处理技术领域，具体涉及一种黑臭水体修复治理的生态砾石床。

背景技术：

近年来，随着我国城市化与工业化进程的飞速发展，由于水污染控制与治理措施的滞后，或者能力有限或者水平较低，一些城市水体尤其是中小城市水体，直接成为工业、农业及生活污水的主要排放通道与场所，导致城市水体大面积污染，引起水体富营养化，最终形成水体黑臭，对城市生态人文景观造成严重不利影响，越来越引起人们的关注。

目前采用的黑臭水体治理修复技术主要有截污、底泥清淤、曝气充氧、化学加药、调水稀释、改变流态、水生动植物生态修复等手段，能够取得一定的处理效果，但是存在立足点零散而导致的处理效果不佳、工程量大、能耗高、费用贵、可能造成二次污染等缺陷，亟待开发一种新技术以提高修复治理效果。

中国专利“ZL200510047935.6”公开了一种复合流人工湿地，该人工湿地由垂直流人工湿地单元和水平流砾石床上下组合而成，垂直流人工湿地单元位于系统上部，水平流砾石床位于系统下部。砾石床的进水端和出水端采用的是10～20mm的大砾石，其余部分采用的是1～10mm的砂砾，此方法将垂直流人工湿地和水平流砾石床结合，有效去除污水中TSS、BOD、TN，只发挥了砾石床反硝化除氮的作用，对于磷的去除并未涉及。

技术实现要素：

为解决现有技术的不足，改善传统方法在黑臭水体修复治理中对COD、氨氮、磷、重金属去除效率不高；对水体溶解氧、氧化还原电位、透明度和气味指标改善程度不大；工程量大、能耗高、费用贵、可能造成二次污染等现状，本实用新型提供了一种黑臭水体修复治理的生态砾石床，从点源、面源污染治理着手，配合内源污染治理工艺，形成立体效应，以消除水体富营养化导致的黑臭现象。

一种黑臭水体修复治理的生态砾石床，包括钢砼底座，在所述钢砼底座上设置有砾石层，在所述砾石层的一侧设置有进水渠道，所述进水渠道设置有进水管，在所述砾石层的另一侧设置有出水渠道，所述出水渠道设置有出水管，在所述砾石层内填充有多功能纳米复合材料颗粒，或者，在所述砾石层内埋置有多功能纳米材料复合层。

具体的，所述多功能纳米复合材料颗粒的粒径为15～25mm，所述多功能纳米复合材料颗粒的填充率为50～70％。

具体的，所述多功能纳米复合材料颗粒包括以下重量份的各组分：8～12份的除COD材料，8～12份的除重金属材料，35～45份的除氨氮材料，35～45份的精度除磷纳米材料。将各组分的原料混合、造粒，即得到多功能纳米复合材料颗粒。

具体的，所述多功能纳米材料复合层从上到下依次包括：10～15cm的除COD材料层、5～10cm的除重金属材料层、10～20cm的除氨氮材料层以及10～20cm的精度除磷纳米材料层。

进一步的，所述进水管与所述出水管平行设置。

更进一步的，所述进水管的高度低于所述出水管的高度。

具体的，所述进水管设置在所述进水渠道的中下部，所述出水管设置在所述出水渠道的中上部。

进一步的，所述进水渠道的高度和所述出水渠道的高度均高于所述砾石层的上表面的高度。

进一步的，在所述砾石层的上方设置有植物生长区域。

在上述技术方案中：

精度除磷纳米颗粒可通过现有技术获得，也可以通过下述方法制备得到。优选的，通过下述方法制备得到：

1)将20～50份的蒙脱石、30～60份的膨润土和10～30份的活性白土投入到高速混料机中混合，得到干混料。

优选的，蒙脱石的细度在5微米以下，纯度在98％以上；膨润土的细度在10微米以下，纯度在95％以上；活性白土的细度在8微米以下，纯度在95％以上。

2)将18～22％的醋酸钙溶液与步骤1)得到的干混料按照0.2～0.4：1的质量比进行湿混，湿混后练泥，得到泥块。

具体的，练泥时间为20～30分钟。

3)将步骤2)得到的泥块挤出成型成颗粒。

优选的，颗粒的粒径为3～10毫米。

4)将步骤3)得到的颗粒在干燥窑中烘干，得到干燥成型品。

优选的，干燥成型品的含水率低于8％。

5)将步骤4)得到的干燥成型品经过0.5～1.5小时升温至烧成温度700～850℃烧制0.5～1.5小时，得到精度除磷纳米颗粒材料。

所述除COD材料可由现有技术提供，优选的，所述除COD材料选自由格丰环保科技有限公司生产所提供的SAMMNS-CT03纳米陶瓷材料、SAMMNS-CT06纳米陶瓷材料或SAMMNS-CT016纳米陶瓷材料中的任意一种。

所述除重金属材料可由现有技术提供，优选的，所述除重金属材料选自由格丰环保科技有限公司生产所提供的SAMMNS-MSX01-P200、SAMMNS-MSX02-P200或SAMMNS-MSX03-P200中的任意一种。

所述除氨氮材料可由现有技术提供，优选的，所述除氨氮材料为格丰环保科技有限公司生产所提供的SAMMNS-NH1陶瓷纳米材料。

本实用新型所提供的黑臭水体修复治理的生态砾石床主要针对较小面积黑臭水体进行异位强化修复。将多功能纳米材料与传统砾石有机结合形成复合基质，水中污染物因复合基质阻挡致流速减慢而沉降，被多功能纳米材料与材料表面与孔隙内部形成的具有黏性的生物膜吸附降解而分解为无害的无机物，从而实现水体的净化，此外，生态砾石床表层还可种植景观植物，形成风景线。

总体上，本实用新型具有如下优点：

1、不同于传统基材，具有很高的机械强度，很好的耐酸碱腐蚀性，适应各种污染水质，使用寿命长；

2、从点源、面源立体着手；原位修复与异位治理灵活使用，全方位解决水体黑臭问题；

3、无需换水加药，大大减少工程量与费用花销；

4、在治理水体黑臭的同时生态砾石床可以形成优美的景观，创造人文景观效益。

本实用新型所提供的黑臭水体修复治理的生态砾石床，将纳米材料的物理化学作用、微生物、动植物的生态作用、土壤与基材的物理作用有机结合，用于黑臭水体修复治理，COD去除率≥88％，SS去除率≥75％，重金属去除率≥90％，磷和氮的去除率在90％以上，经过处理后的水中污染因子得到大幅削减去除，能够有效配合其他黑臭水体治理手段，发挥高效协同作用。

附图说明

图1是本实用新型所提供的黑臭水体修复治理的生态砾石床。

附图1中，各标号所代表的结构列表如下：

1、钢砼底座，2、进水管，3、进水渠道，4、出水管，5、出水渠道，6、植物生长区域，7、砾石层。

具体实施方式

以下对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实施例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。

在一个具体实施方式中，如图1所示，一种黑臭水体修复治理的生态砾石床，包括钢砼底座1，在钢砼底座1上设置有砾石层7，在砾石层7的上方设置有植物生长区域6。

在砾石层7的一侧设置有进水渠道3，进水渠道3设置有进水管2；在砾石层7的另一侧设置有出水渠道5，出水渠道5设置有出水管4。进水管2与出水管4平行设置，并且，进水管2设置在进水渠道3的中下部，出水管4设置在出水渠道5的中上部。进水渠道3的高度和出水渠道5的高度均高于砾石层7的上表面的高度。

实施例1

在砾石层内填充多功能纳米复合材料颗粒，其材料设置如下：

多功能纳米复合材料颗粒的粒径为20mm，填充率为60％；

多功能纳米复合材料颗粒包括以下重量份的各组分：10份的除COD材料，10份的除重金属材料，40份的除氨氮材料，40份的精度除磷纳米材料；

精度除磷纳米材料有下述方法制备得到：

1)将35份的蒙脱石、45份的膨润土和20份的活性白土投入到高速混料机中混合，得到干混料，其中，蒙脱石的细度在5微米以下，纯度在98％以上；膨润土的细度在10微米以下，纯度在95％以上；活性白土的细度在8微米以下，纯度在95％以上；

2)将20％的醋酸钙溶液与步骤1)得到的干混料按照0.3：1的质量比进行湿混，湿混后练泥，练泥时间为25分钟，得到泥块；

3)将步骤2)得到的泥块挤出成型成颗粒，颗粒的粒径为8毫米；

4)将步骤3)得到的颗粒在干燥窑中烘干，得到含水率低于8％的干燥成型品；

5)将步骤4)得到的干燥成型品经过1小时升温至烧成温度775℃烧制1小时，得到精度除磷纳米材料；

除COD材料为SAMMNS-CT016纳米陶瓷材料；

除重金属材料为SAMMNS-MSX02-P200；

除氨氮材料为SAMMNS-NH1陶瓷纳米材料。

实验设置：

5m²生态砾石床中试。

实验数据：

该生态砾石床采用玻璃钢底座，设置在河道内部。试验在某黑臭河到水流平稳的河流段进行类静态试验。根据分析，该河水COD≤100mg/L、Cr³⁺≤0.8mg/L、氨氮≤20mg/L、总磷≤3.5mg/L、SS≤120mg/L，污染较为严重。

实验结果：

经过8月份整月的运行，获取生态砾石床下游20米范围内的水质数据，综合得出，经过生态砾石床净化处理的水质，COD≤10mg/L、Cr³⁺≤0.08mg/L、氨氮≤1.5mg/L、总磷≤0.25mg/L、SS≤25mg/L，取得了理想效果，对于较大流域黑臭水体的原位净化有较大帮助，能够有效配合其他治理措施发挥高效协同作用。

实施例2

在砾石层内埋置多功能纳米材料复合层，复合层从上到下依次包括：10cm的除COD材料层、10cm的除重金属材料层、20cm的除氨氮材料层以及20cm的精度除磷纳米材料层，各层的材料设置同实施例1。本次5m²生态砾石床中试装置设置在河道岸边，通过浮筒潜水泵取水，水源选取水流较为活跃的河道作为类静态试验的参照对比试验。根据实验结果显示，针对COD、Cr³⁺、氨氮、总磷与SS的去除效率与静态试验结果极为相似，证明在通过动力提升，使得水体在流动条件下进行异位净化，该生态砾石床同样可以获得理想的处理效果。

应用例

项目：安徽省芜湖市三山区某黑臭河道治理工程。

项目数据：经过分析，该黑臭水体COD≤95mg/L、Cr³⁺≤2.3mg/L、氨氮≤20mg/L、总磷≤5.4mg/L、SS≤120mg/L。

项目分析：该水体流域较广，河流长度达到3km，河面平均宽度10m，沿着水流方向，在河道两边选取合适位置，按照一定的间距均布生态砾石床，根据3-11月份获取的平均数据，生态砾石床处理出水COD≤12mg/L、Cr³⁺≤0.2mg/L、氨氮≤2mg/L、总磷≤0.5mg/L、SS≤30mg/L，有效配合其他黑臭水体治理工艺协同高效发挥作用。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。