具有同步脱氮除磷功能的两相生物滞留池及其构建方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于环境保护领域，具体涉及一种构建具有同步脱氮除磷功能装置的方法 及所得的装置。
【背景技术】
[0002] 水体富营养化是中国目前面临的重大水环境问题之一，已成为制约中国经济发展 的重要瓶颈。水体中氮和磷的过量输入和富集往往导致水生生态环境的恶化。城市河流水 体所接纳的氮、磷类污染物中约1/2以上来自城市降雨径流携带的污染，2/3的河流水环境 由于降雨径流氮、磷污染而丧失应有的功能，控制径流雨水中氮磷污染意义重大。
[0003] 常规生物滞留池能够有效去除地表径流中的总悬浮固体、重金属、病原菌等污染 物质，但对径流中氮、磷的去除效果不佳。
[0004] 径流雨水中的氮主要以有机氮和氨氮形式存在，生物滞留池通过氨化作用、硝化 作用将有机氮和氨氮转化成硝酸氮，硝酸氮经反硝化作用以气态形式从径流雨水中去除， 具体过程如下：
[0005] (1)氨化反应
【主权项】
1. 一种具有同步脱氮除磷功能的两相生物滞留池构建方法，其特征在于，包括填料的 筛选和两相反应区的设置， 其中，待筛选的填料包括沸石、石英砂、麦饭石、陶粒、无烟煤、铝污泥、河砂、果壳、活性 炭、粉煤灰、炉渣，根据填料特性和吸附实验筛选出总磷吸附效率高的填料；所述两相反应 区含有筛选出的填料，为用于磷、氨氮、有机氮去除的好氧反应区和用于硝酸盐去除的缺氧 反应区；将已知氮、磷含量的水从生物滞留池上方通入，通过测定不同高度出水口水样中 氮、磷含量表征缺氧反应区高度对脱氮除磷效果的影响。
2. 根据权利要求1所述的两相生物滞留池构建方法，其特征在于，包括步骤： 1) 填料的筛选：待筛选填料包括沸石、石英砂、麦饭石、陶粒、无烟煤、铝污泥、河砂、果 壳、活性炭、粉煤灰、炉渣，向待筛选的填料中加入KH 2PO4溶液，恒温在20~30 °C下搅拌，在 搅拌过程中取样测溶液中总磷的浓度，求得不同填料的总磷吸附效率；将吸附饱和的填料 中加入蒸馏水，恒温在20~30°C下搅拌48h后测水样中总磷的浓度，求得不同填料的解吸 附量；根据填料吸附效率和解吸附量，筛选出总磷吸附性能好的填料； 2) 确定两相区的布置：步骤1)筛选出的填料填充在生物滞留池实验装置内，填料下方 为砾石层，在生物滞留池实验装置的填料层和砾石层侧壁部分设置5~6个出水口，出水 口分别位于填料层和烁石层高度的〇~60%处，填料层下部和烁石层加起来构成缺氧反应 区；将已知氮、磷含量的水从生物滞留池上方通入，由不同高度所取水样的氮、磷含量判断 缺氧反应区的适宜高度； 3) 构建两相生物滞留池：由上向下分别为种植土层、填料层和砾石层，种植土层的厚 度为200~300mm，填料层和烁石层总厚度900~1100mm。
3. 根据权利要求2所述的构建方法，其特征在于，所述步骤1)中，每克填料加入20mL 浓度为1~l〇mg/L的KH2PO4溶液，恒温搅拌过程中每隔0. 5h、l. 5h、3h、5h、10h、24h取水样 测溶液中总磷的浓度，求得不同填料的总磷吸附效率；每克饱和吸附填料中加入50mL蒸馏 水，恒温搅拌48h后测定水样中总磷浓度，求得不同填料的饱和解吸附量。
4. 根据权利要求2所述的构建方法，其特征在于，所述步骤1)中，总磷吸附效率由溶液 中总磷的浓度求得，计算公式如式（1)所示：
式中，R-总磷吸附效率，％ ;CQ-实验开始时溶液中总磷浓度，mg/L ;(；-不同间隔取 样时溶液中总磷浓度，mg/L。
5. 根据权利要求2所述的构建方法，其特征在于，所述步骤1)筛选填料时，通过溶液中 总磷减少的质量算出每种填料的饱和吸附量，计算公式如（2)所示：
式中Q1-填料饱和吸附量，mg/g -实验前溶液中总磷的浓度，mg/L ;(；-吸附平衡 时总磷的浓度，mg/L ;V-实验中加入的总磷溶液体积，mL ;W-实验中加入的填料质量，g。
6. 根据权利要求2所述的构建方法，其特征在于，所述步骤1)筛选填料时，通过饱和解 吸附后水样中总磷的质量算出每种填料的解吸附量，计算公式如（3)所示：
式中Q2-填料解吸附量，mg/g ;C-解吸附后水样中总磷的浓度，mg/L ;V-实验加入的 蒸馏水体积，mL ;W-实验加入的填料质量，g ; 由吸附平衡时填料对总磷的吸附效率和总磷解吸附量筛选出吸附性能好的填料。
7. 根据权利要求2所述的构建方法，其特征在于，所述步骤2)中，将筛选出的填料四种 组合，填充在生物滞留池实验装置内。
8. 根据权利要求2~7任一所述的构建方法，其特征在于，所述步骤2)中，所述已知 氮、磷含量的水，是有机氮浓度为1~2mg/L、硝酸钾KNO 3浓度为3~6mg/L、氯化铵NH4Cl 浓度为4~8mg/L、磷酸二氢钾KH2PO 4浓度为1~3mg/L的溶液。
9. 根据权利要求2~7任一所述的构建方法，其特征在于，所述步骤3)中，在砾石层 底部埋设直径50~200mm的穿孔收集管，穿孔孔径为6~12mm，所述穿孔收集管连接出水 管，收集的水经出水管排出，出水管的高度和缺氧反应区的高度相等。
10. 权利要求1~9任一所述的构建方法构建得到的两相生物滞留池。
11. 一种两相生物滞留池，其特征在于，由上向下分别为种植土层、填料层和砾石层，填 料层由沸石、石英砂、麦饭石、陶粒、无烟煤、铝污泥、河砂中的四种组成，填料层下部和砾石 层加起来构成缺氧反应区，缺氧反应区之上的填料部分及种植土层为好氧反应区，好氧反 应区和缺氧反应区高度比为40~55:7 ;缺氧反应区的高度和两相生物滞留池的出水管的 高度相等。
【专利摘要】本发明提供一种具有同步脱氮除磷功能的两相生物滞留池的构建方法，包括填料的筛选和两相反应区的设置，根据填料特性和吸附实验筛选出总磷吸附效率高的填料；所述两相反应区含有上述填料，为用于磷、氨氮、有机氮去除的好氧反应区和用于硝酸盐去除的缺氧反应区；将已知氮、磷含量的水从生物滞留池上方通入，通过测定不同高度出水口水样中氮、磷含量表征缺氧反应区高度对脱氮除磷效果的影响。本发明针对现有的生物滞留池存在的问题，以生物滞留技术为基础，通过强化生物滞留池中反硝化作用和填料吸附作用，同步提高生物滞留对径流中氮、磷的去除效果。本发明可应用于道路、城市开放空间等地表径流以及建筑屋面的雨水处理。
【IPC分类】C02F3-32, C02F3-30
【公开号】CN104876335
【申请号】CN201510291074
【发明人】许萍, 张雅君, 张建强, 孙丽华, 何俊超, 王俊岭
【申请人】北京建筑大学
【公开日】2015年9月2日
【申请日】2015年6月1日