本发明属于资源与环境技术领域，涉及一种LID水处理系统及其处理方法。
背景技术：
近年来，随着城市建设快速发展，城市园林绿地急剧减少，不透水地面的增加，破坏了自然水文生态平衡，进而出现了各种水生态问题，主要表现为城市内湖水体水质恶化、雨水资源流失、城市洪涝灾害频发、土壤水源隔断和雨水径流污染严重等。如何科学有效地管理城市景观生态，尤其是水生态文明和海绵城市的建设，已成为城市风景园林管理面临的重点和难点之一。
“低影响开发”(Low Impact Developmengt，LID)是水生态管理技术，提倡通过在源头利用一些小型分散式生态处理技术使得区域开发后的水文水质特性与开发前基本一致，通过生态景观的构建实现城市内湖水质水量的同步保护目标。基于低影响开发的雨水分散收集、下渗与处置的关键技术，是建立城市发展转型和南方气候条件下城市低影响开发雨水综合利用的研究重点。
CN 105498334A公开了一种快装式多级处理雨水过滤器，其包括盖板可拆卸的过滤器；过滤器内同轴固接有带有过水孔的收集管；收集管与排水管连通；过滤器内沿径向由内向外设置有多个带有提手的环状滤网框；环状滤网框内填充有过滤介质。
CN 103669549 A公开了一种雨水处理装置，其包括接水槽、落水管、滤池、开敞式弃水池以及三通，通过在落水管下方的设置开敞式弃水池、滤池，并使用三通的第一水平端连接该落水管，三通的第二水平端连接该开敞式弃水池内，三通的垂直端连接所述滤池，从而使得屋顶汇集的雨水首先经落水管流入开敞式弃水池内，随着开敞式弃水池被雨水逐渐充满，水位到达三通的位置后，水流将经过三通的垂直段流入滤池内进行过滤。
然而现有雨水过滤装置不适于处理污染负荷重的雨水，尤其是对于因暴雨径流冲刷地表引入水体中的悬颗粒物、金属和有机物等，其处理效果并不理想，排出的雨水往往无法直接利用，造成资源环境的浪费；并且对于受到污染的雨水，往往容易造成二次污染。
技术实现要素：
针对现有雨水处理装置不适于处理污染负荷重的雨水，尤其是对于因暴雨径流冲刷地表引入水体中的悬颗粒物、金属和有机物等，其处理效果并不理想，排出的雨水往往无法直接利用，造成资源环境的浪费等问题，本发明提供了一种LID水处理系统及其处理方法。所述系统通过在传统雨水资源开发利用模式的基础上，侧重源头雨水水质与水量的控制，可有效去除雨水中的小颗粒固体悬浮物、微量的金属离子、营养盐以及有机物等，使处理后的初期雨水可以达到市政杂用水水质目标。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供了一种LID水处理系统，所述系统包括依次连接的截流槽、生物沉淀槽、过滤槽和采样槽，过滤槽底部设有微生物过滤器；所述截流槽的液体出口与过滤槽顶部的液体入口相连，过滤槽顶部的液体入口通过管路与微生物过滤器底部的进料口相连，过滤槽顶部与液体入口相对一侧设有液体出口，液体出口与过滤槽顶部的液体入口相连，过滤槽底部设有液体出口，过滤槽底部的液体出口与采样槽的液体入口相连；所述微生物过滤器顶部设有曝气装置，所述微生物过滤器内设置至少2个倾斜且平行排列的金属管，所述金属管表面涂覆微生物混合料，所述微生物过滤器与底部的进料口相对一侧设生物渗透膜。
其中，所述金属管的个数可为2个、3个、4个、5个、7个、9个、10个、11个、13个、15个、17个或20个等以及更多，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
所述生物渗透膜为现有技术常规渗透膜，其作用在于将微生物过滤器处理后的水排入过滤槽中。
本发明中，所述截流槽的作用主要是去除原水所含的比重较大悬浮物，也具一定的生化作用。
截流槽出水溢流进入生物沉淀槽，通过微生物过滤器中金属管表面涂覆的微生物混合料的作用，将大分子有机物降解为小分子有机物，继而为微生物所消耗，达到去除有机物的目的。同时，为充分发挥生物沉淀槽的处理效率，将附着微生物混合料的管子倾斜以增加接触面积，并在其上端配有曝气装置提供氧气以提高微生物的好氧呼吸。
本发明中，经截流槽、生物沉淀槽和过滤槽三个装置净化处理过的水流入采样槽进行收集并出流。
以下作为本发明优选的技术方案，但不作为本发明提供的技术方案的限制，通过以下技术方案，可以更好地达到和实现本发明的技术目的和有益效果。
作为本发明优选的技术方案，所述过滤槽中填充过滤介质，所述过滤介质自上而下依次为不锈钢清洁布层、泥炭混料层和砾石层。
本发明中，所述不锈钢清洁布层可将表面绿地土壤与过滤介质层分离，防止土壤进入床层，造成堵塞。
作为本发明优选的技术方案，所述泥炭混料层由泥炭、砂石、秸秆粉碎物和化学助剂的组成，其质量比为(10～15):(20～30):(15～20):(5～10)，例如11:(20～30):(15～20):(5～10)、12:(20～30):(15～20):(5～10)、13:(20～30):(15～20):(5～10)、14:(20～30):(15～20):(5～10)、(10～15):22:(15～20):(5～10)、(10～15):24:(15～20):(5～10)、(10～15):26:(15～20):(5～10)、(10～15):28:(15～20):(5～10)、(10～15):(20～30):16:(5～10)、(10～15):(20～30):17:(5～10)、(10～15):(20～30):18:(5～10)、(10～15):(20～30):19:(5～10)、(10～15):(20～30):(15～20):6、(10～15):(20～30):(15～20):7、(10～15):(20～30):(15～20):8或(10～15):(20～30):(15～20):9等，又如10:20:15:5、11:22:16:6、12:24:17:7、13:26:18:8、14:28:19:9或15:30:20:10等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用，优选为13:25:17:6。
优选地，所述化学助剂为十六烷基三甲基溴化铵和纳米水合氧化铁颗粒中组合物，十六烷基三甲基溴化铵和纳米水合氧化铁颗粒的质量比为(2～4):(8～10)，例如2.2:(8～10)、2.5:(8～10)、3:(8～10)、3.5:(8～10)、3.7:(8～10)、(2～4):8.2、(2～4):8.5、(2～4):8.7、(2～4):9、(2～4):9.3、(2～4):9.5或(2～4):9.7等，又如2:8、2.5:8.5、3:9.2、3.5:9.5或4:10等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用，优选为2:8。
本发明中，所述泥炭混料层利用秸秆粉碎物中含有大量的纤维素在化学药剂的作用下分离出来，使其具有良好的吸附重金属和有机物质吸附效果。
优选地，所述泥炭砂层的厚度为60cm～80cm，例如62cm、64cm、66cm、68cm、70cm、72cm、74cm、76cm或78cm等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
本发明中，所述泥炭砂层中因含有大量的孔隙和间隙，对处理水体中的有机物分子和悬浮物具有吸附性。
优选地，所述砾石层由砾石填料组成，所述砾石填料表面生长生物膜。
优选地，所述砾石层的厚度为50cm～70cm，例如52cm、54cm、56cm、58cm、60cm、62cm、64cm、66cm或68cm等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述砾石层中的砾石填料颗粒的粒径为6mm～10mm，例如6.2mm、6.5mm、7mm、7.5mm、8mm、8.5mm、9mm、9.5mm或9.8mm等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
本发明中，所述待处理水体经过砾石层，可以利用砾石填料表面生长的生物膜增加水体的硝化能力，进一步有效去除水体中残余的氨氮。
作为本发明优选的技术方案，所述曝气装置为带有气孔的输氧管。
本发明中，所述曝气装置与供氧装置连接，其用于为过滤槽底部的微生物过滤器提供氧气，以提高微生物的好氧呼吸。
优选地，所述金属管为不锈钢管。
优选地，所述金属管的个数为5个～15个，例如6个、8个、10个、12个、13个或14个等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用，优选为8个～10个。
优选地，所述金属管的直径为25cm～35cm，例如26cm、28cm、30cm、32cm或34cm等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用，优选为30cm。
作为本发明优选的技术方案，所述微生物混合料由微生物与化学药剂混合得到。
优选地，所述微生物为脱氮副球菌和聚磷菌类。
优选地，所述化学药剂为磷酸氢二钠和过氧化二异丙苯的组合物。
优选地，所述磷酸氢二钠和过氧化二异丙苯的组合物中，磷酸氢二钠和过氧化二异丙苯的质量比为(3～10):1，例如4:1、5:1、6:1、7:1、8:1或9:1等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用，优选为5:1。
优选地，所述微生物与化学药剂的质量比为(20～30):1，例如21:1、22:1、23:1、24:1、25:1、26:1、27:1、28:1或29:1等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用，优选为(23～25):1。
本发明中，将微生物与磷酸氢二钠和过氧化二异丙苯的组合物混合后涂抹于金属管上，磷酸氢二钠和过氧化二异丙苯的组合物可在水处理过程中对硝化菌类和聚磷菌类进行改性，使硝化菌类和聚磷菌类进行快速增殖，提高对水中氮磷的去除率。
第二方面，本发明提供了上述LID水处理系统的处理方法，所述处理方法为：
外部来水经截流槽进入生物沉淀槽中的微生物过滤器，经微生物过滤器中的微生物混合料处理后通过生物渗透膜排入生物沉淀槽中，经生物沉淀槽处理后的水体进入过滤槽中进行过滤吸附后流入采样槽，在采样槽中进行收集并出流。
作为本发明优选的技术方案，所述外部来水的流量为250t/d～350t/d，例如255t/d、260t/d、265t/d、270t/d、280t/d、290t/d、300t/d、310t/d、320t/d、330t/d、340t/d或345t/d等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述外部来水为浊度为20以上，溶解性固体含量为2500mg/L以上，COD含量为200mg/L以上，总氮含量为3mg/L，总磷含量为0.5mg/L以上的雨水。本发明所述系统并不仅限于处理上述外部来水，对污染负荷高的水体均适用。
作为本发明优选的技术方案，在生物沉淀槽中水体表面设置吸油棒，以吸附生物沉淀槽水体中的油污。
优选地，所述微生物过滤在处理过程中，通过曝气装置对其进行曝气，所述曝气量为0.5m3/h～1m3/h，例如0.6m3/h、0.7m3/h、0.8m3/h或0.9m3/h等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述微生物过滤器的处理时间为10h～15h，例如11h、12h、13h或14h等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明通过构建LID水处理系统，对污染负荷重的水体进行净化过滤处理，可有效去除水体中的小颗粒固体悬浮物、微量的金属离子、营养盐及有机物，使处理后的水体中COD含量降至15mg/L以下，总氮含量降至0.5mg/L以下，总磷含量降至0.2mg/L以下，铜、锌和铬等重金属含量均降至0.01mg/L以下，达到可回收利用的标准。
附图说明
图1是本发明实施例1中所述LID水处理系统的结构示意图；
其中，1-截流槽，2-生物沉淀槽，3-过滤槽，4-采样槽，5-微生物过滤器，6-曝气装置，7-金属管，8-不锈钢清洁布层，9-泥炭混料层，10-砾石层。
具体实施方式
为更好地说明本发明，便于理解本发明的技术方案，下面对本发明进一步详细说明。但下述的实施例仅仅是本发明的简易例子，并不代表或限制本发明的权利保护范围，本发明保护范围以权利要求书为准。
本发明具体实施例部分提供了一种LID水处理系统及其处理方法，所述系统包括依次连接的截流槽1、生物沉淀槽2、过滤槽3和采样槽4，过滤槽2底部设有微生物过滤器5；所述截流槽1的液体出口与过滤槽2顶部的液体入口相连，过滤槽2顶部的液体入口通过管路与微生物过滤器5底部的进料口相连，过滤槽2顶部与液体入口相对一侧设有液体出口，液体出口与过滤槽3顶部的液体入口相连，过滤槽3底部设有液体出口，过滤槽3底部的液体出口与采样槽4的液体入口相连；所述微生物过滤器5顶部设有曝气装置6，所述微生物过滤器5内设置至少2个倾斜且平行排列的金属管7，所述金属管7表面涂覆微生物混合料，所述微生物过滤器5与底部的进料口相对一侧设生物渗透膜。
所述处理方法为：外部来水经截流槽1进入生物沉淀槽2中的微生物过滤器5，经微生物过滤器5中的微生物混合料处理后通过生物渗透膜排入生物沉淀槽2中，经生物沉淀槽5处理后的水体进入过滤槽3中进行过滤吸附后流入采样槽4，在采样槽4中进行收集并出流。
以下为本发明典型但非限制性实施例：
实施例1：
如图1所示，本实施例提供了一种LID水处理系统及其处理方法，所述系统包括依次连接的截流槽1、生物沉淀槽2、过滤槽3和采样槽4，过滤槽2底部设有微生物过滤器5；所述截流槽1的液体出口与过滤槽2顶部的液体入口相连，过滤槽2顶部的液体入口通过管路与微生物过滤器5底部的进料口相连，过滤槽2顶部与液体入口相对一侧设有液体出口，液体出口与过滤槽3顶部的液体入口相连，过滤槽3底部设有液体出口，过滤槽3底部的液体出口与采样槽4的液体入口相连；所述微生物过滤器5顶部设有曝气装置6，所述微生物过滤器5内设置至少2个倾斜且平行排列的金属管7，所述金属管7表面涂覆微生物混合料，所述微生物过滤器5与底部的进料口相对一侧设生物渗透膜。
所述过滤槽3中填充过滤介质，所述过滤介质自上而下依次为不锈钢清洁布层8、泥炭混料层9和砾石层10。
其中，微生物过滤器5中金属管7的个数为8个～10个，金属管7的直径为30cm；金属管7上涂覆的微生物混合料由微生物与化学药剂混合得到，所述微生物为脱氮副球菌和聚磷菌类，化学药剂为磷酸氢二钠和过氧化二异丙苯的组合物，二者的质量比为5:1，微生物与化学药剂的质量比为24:1。
泥炭混料层9由泥炭、砂石、秸秆粉碎物和化学助剂的组成，其质量比为13:25:17:6；化学助剂为十六烷基三甲基溴化铵和纳米水合氧化铁颗粒中组合物，二者质量比为2:8；泥炭砂层9的厚度为70cm。砾石层10由砾石填料组成，所述砾石填料表面生长生物膜；砾石层10的厚度为60cm，砾石填料颗粒的粒径为8mm～8.5mm。
所述曝气装置6为带有气孔的输氧管。
上述LID水处理系统的处理方法为：
外部来水经截流槽1进入生物沉淀槽2中的微生物过滤器5，经微生物过滤器5中的微生物混合料处理后通过生物渗透膜排入生物沉淀槽2中，经生物沉淀槽5处理后的水体进入过滤槽3中进行过滤吸附后流入采样槽4，在采样槽4中进行收集并出流。
其中，在生物沉淀槽2中水体表面设置吸油棒；微生物过滤5在处理过程中，通过曝气装置6对其进行曝气，所述曝气量为0.7m3/h；微生物过滤器5的处理时间为13h。
本实施例所述处理结果如表1所示。
表1：实施例1中LID水处理系统处理结果表
实施例2：
本实施例提供了一种LID水处理系统及其处理方法，所述系统与实施例1中系统相似，区别在于：微生物过滤器5中金属管7的个数为5个～7个，金属管7的直径为30cm；微生物混合料中化学药剂磷酸氢二钠和过氧化二异丙苯的质量比为3.5:1，微生物与化学药剂的质量比为23:1；泥炭混料层9中泥炭、砂石、秸秆粉碎物和化学助剂的质量比为10:25:15:7；化学助剂中十六烷基三甲基溴化铵和纳米水合氧化铁颗粒的者质量比为3:8.7；泥炭砂层9的厚度为61cm。砾石层10的厚度为51cm，砾石填料颗粒的粒径为6mm～6.2mm。
所述处理系统的处理方法与实施例1中相同，除了曝气量为0.52m3/h；微生物过滤器5的处理时间为10h。
本实施例所述处理结果如表2所示。
表2：实施例2中LID水处理系统处理结果表
实施例3：
本实施例提供了一种LID水处理系统及其处理方法，所述系统与实施例1中系统相似，区别在于：微生物过滤器5中金属管7的个数为13个～15个，金属管7的直径为30cm；微生物混合料中化学药剂磷酸氢二钠和过氧化二异丙苯的质量比为9.5:1，微生物与化学药剂的质量比为25:1；泥炭混料层9中泥炭、砂石、秸秆粉碎物和化学助剂的质量比为15:20:20:5；化学助剂中十六烷基三甲基溴化铵和纳米水合氧化铁颗粒的者质量比为4:9.8；泥炭砂层9的厚度为79cm。砾石层10的厚度为69cm，砾石填料颗粒的粒径为9.8mm～10mm。
所述处理系统的处理方法与实施例1中相同，除了曝气量为1m3/h；微生物过滤器5的处理时间为15h。
本实施例所述处理结果如表3所示。
表3：实施例3中LID水处理系统处理结果表
实施例4：
本实施例提供了一种LID水处理系统及其处理方法，所述系统与实施例1中系统相似，区别在于：微生物混合料中微生物与化学药剂的质量比为20.5:1；泥炭混料层9中泥炭、砂石、秸秆粉碎物和化学助剂的质量比为13:30:17:10。
所述处理系统的处理方法与实施例1中相同。
本实施例所述处理结果如表4所示。
表4：实施例4中LID水处理系统处理结果表
实施例5：
本实施例提供了一种LID水处理系统及其处理方法，所述系统与实施例1中系统相似，区别在于：微生物混合料中微生物与化学药剂的质量比为29:1。
所述处理系统的处理方法与实施例1中相同。
本实施例所述处理结果如表5所示。
表5：实施例5中LID水处理系统处理结果表
对比例1：
本对比例提供了一种LID水处理系统及其处理方法，所述系统除了金属管7表面仅涂覆微生物，不包括化学药剂外，其他结构均与实施例1中相同。
所述处理系统的处理方法与实施例1中相同。
本对比例所述处理结果如表6所示。
表6：对比例1中LID水处理系统处理结果表
对比例2：
本对比例提供了一种LID水处理系统及其处理方法，所述系统除了泥炭混料层9中不包含化学助剂外，其他结构均与实施例1中相同。
所述处理系统的处理方法与实施例1中相同。
本对比例所述处理结果如表7所示。
表7：对比例2中LID水处理系统处理结果表
综合上述实施例和对比例可以看出，本发明通过构建LID水处理系统，对污染负荷重的水体进行净化过滤处理，可有效去除水体中的小颗粒固体悬浮物、微量的金属离子、营养盐及有机物，使处理后的水体中COD含量降至15mg/L以下，总氮含量降至0.5mg/L以下，总磷含量降至0.2mg/L以下，铜、锌和铬等重金属含量均降至0.01mg/L以下，达到可回收利用的标准。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺设备和工艺流程，但本发明并不局限于上述详细工艺设备和工艺流程，即不意味着本发明必须依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。