具有同步脱氮除磷功能的两相生物滞留池的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型属于环境保护领域，具体涉及一种具有同步脱氮除磷功能装置。
【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。径流雨水中的氮以有机氮和氨氮形式存在，生物 滞留池主要通过氨化作用、硝化作用将有机氮和氨氮转化成硝酸氮，硝酸氮需要在反硝化 作用下以气态形式从径流雨水中去除。但常规生物滞留池中填料的透水透气性较好，不易 形成缺氧环境，使得池体内反硝化作用受到抑制。径流雨水中的磷主要是颗粒态磷和溶解 态磷形式存在，颗粒态磷主要依附在径流中总悬浮固体（TSS)表面通过过滤和沉降去除； 溶解态磷主要通过雨水处理设施中填料的吸附和植物的吸收去除。常规生物滞留池常出现 磷的解吸附现象。目前对常规生物滞留池的改进技术往往仅解决了脱氮或除磷单方面的问 题，对于两者同步去除的研究不足。
[0004] 传统的生物滞留池因考虑排水功能，填料选择单一，系统内缺乏反硝化所需的条 件，即便存在饱和去设置，但因为其深度设置不当，也造成氮、磷的去除效果较差，还出现 氮、磷去除率负值的现象。降雨径流中的氮主要以氨态氮和有机氮的形式存在，有机氮在氨 化作用转化成氨态氮，氨态氮经好氧硝化过程转化成硝态氮，最终通过反硝化以N 2O或队的 形式被去除。生物滞留系统内部硝化作用和反硝化作用过程包括：
[0010] 生物滞留系统中，由于填料颗粒带有负电荷，带正电荷的MV很容易被填料吸附， 所以系统对氨态氮的去除效果较好。Davis等的批量圆柱吸附实验表明：生物滞留设施对 雨水径流中氨氮的去除率为60%~80%。（2)反硝化反应：
[0011] 反硝化反应是指在无氧的条件下，反硝化菌将硝酸盐氮（NO3)和亚硝酸盐氮 (NO 2)还原为N2的过程
[0014] 硝态氮主要通过反硝化作用以N2O或N2的形式被去除，而根据微生物反应机制，反 硝化需在严格缺氧和充足碳源的条件下进行。常规生物滞留池通常采用快速排水的结构设 计，无法满足严格缺氧条件，且带负电荷的土壤对带负电荷的N03-不吸附，同时NH 4+在亚硝 化细菌和硝化细菌的作用下转化成NO3也增加了雨水中的NO 3的含量，因此在某些研究中 发现NO3不仅没有去除，甚至出现了出水浓度高于进水的现象。
[0015] 要提高NO3的去除效果，需要结合缺氧条件的特点对生物滞留池的结构进行强化 设计。
[0016] 径流雨水中的磷主要是颗粒态磷和溶解态磷形式存在，颗粒态磷主要依附在径流 中总悬浮固体表面通过过滤和沉降去除；溶解态磷主要通过雨水处理设施中填料的吸附和 植物的吸收去除。常规生物滞留池常出现磷的解吸附现象。
[0017] 目前对常规生物滞留池的改进技术往往仅解决了脱氮或除磷单方面的问题，对于 两者同步去除的研究不足。即使在单项技术方面，也存在填料选择单一、缺氧反应区设置随 意性较大的问题。 【实用新型内容】
[0018] 针对现有技术中传统生物滞留池存在的不足之处，本实用新型的目的是针对生物 滞留池对氮、磷的去除机理对其进行优化改进，设计新型的能同步强化氮、磷去除的生物滞 留池一两相生物滞留池，解决道路、城市开放空间、建筑屋面径流污染严重、雨水资源流失 以及有效缓解河流水体富营养化问题。
[0019] 实现本实用新型目的的技术方案为：
[0020] -种具有同步脱氮除磷功能的两相生物滞留池，其特征在于，由上向下分别为种 植土层、填料层和烁石层，填料层下部和烁石层加起来构成缺氧反应区，缺氧反应区之上的 填料部分、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 应区顶部高度与出水管高度相等。
[0021] 优选地，所述的填料层由沸石、铝污泥、河砂、陶粒、石英砂、麦饭石、无烟煤中的一 种铺设而成。
[0022] 本实用新型中石英砂和河砂均为市购，石英砂为工业净水材料，粒径0. 5~2_， 河砂为建筑材料，粒径3~5mm。
[0023] 更优选地，所述种植土层的厚度为200~300mm，填料层和烁石层总厚度900~ IlOOmm 0
[0024] 其中，在所述种植土层上栽植有植物，所述植物为羊茅草、马蹄莲、红叶景天、石莲 花、万年草中的一种或多种。
[0025] 其中，所述烁石层是由粒径为12mm~35mm的碎烁石铺设而成。
[0026] 在所述烁石层底部埋设直径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，所述穿孔排水管向上弯曲，使出水管高度和缺氧反应区顶部的 高度相等。
[0027] 本实用新型提出的具有同步脱氮除磷功能的两相生物滞留池，通过以下步骤构 建：
[0028] 1)填料的筛选：待选的填料为沸石、陶粒、石英砂、麦饭石、无烟煤、铝污泥中的四 种，向待选的填料中加入KH 2PO4溶液，恒温在20-30°C下搅拌，在搅拌过程中取水样测水中 TP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；
[0029] 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侧壁填料层和砾石层部分设置5-6个取水样的出 水口，出水口高度位于填料层和烁石层高度的0~60%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。
[0030] 进一步地，所述步骤1)中，每克填料加入20mL浓度为1~10mg/L的KH2PO 4溶液， 恒温搅拌过程中每隔0.5h、l. 511、311、511、1011、2411取水样测水中了？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；
[0031] 其中，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（6)所 示：
[0033] 式中，R - TP吸附效率，％ ;C。一实验开始时水样中TP浓度，mg/L ,C1-不同间隔 取样时水样中TP浓度，mg/L ;
[0034] 其中，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（7)所示：
[0036] 式中Q1-填料饱和吸附量，mg/g ;C。一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 ;
[0037] 其中，所述步骤1)中，每克吸附饱和的填料中加入50mL蒸馏水，恒温搅拌48h后 测定水样中总磷浓度，求得不同填料的解吸附量。
[0038] 进一步地，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（8)所示：
[0040] 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 ;
[0041] 由吸附平衡时总磷吸附效率和填料的解吸附量筛选出总磷吸附性能好的填料。
[0042] 进一步地，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KNO3浓度为3~6mg/L、氯化铵NH 4C1浓度为4~8mg/L、磷酸二氢钾KH2PO4浓度为 1~3mg/L的溶液。
[0043] 本实用新型的有益效果在于：
[0044] 本实用新型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。具体地，
[0045] (1)本实用新型将优选的填料进行级配组合，应用于生物滞留池的填料层中，主要 用于去除径流雨水中的磷，并为有机氮和氨氮的转化提供场所；
[0046] (2)将生物滞留池的出水口提升一定高度，使池体内部形成饱和区，主要集中在砾 石层和填料层下部，形成缺氧反应区，为反硝化作用提供场所，并适当添加碳源，作为微生 物生命活动的能源，促进反硝化作用对硝酸氮的去除；
[0047] (3)优化后的生物滞留池上部为非饱和相结构，下部为饱和相结构，实现同步硝 化反硝化；将收集的道路径流雨水汇流入蓄水层，一部分水通过蒸发散失，大部分水通过下 渗，在填料、植物和微生物的作用下实现脱氮除磷的目的；
[0048] (4)本实用新型提出的装置联合同步脱氮除磷两相技术，使生物滞留池的出水达 到排放标准，并且生物滞留池具有造价低，维护管理方便等优点，适于大规模推广应用，有 效缓解城市径流污染问题。
【附图说明】
[0049] 图1为构建本实用新型的实验装置的正视图。
[0050] 图2为实验装置侧视角度的结构图。
[0051 ] 图3为实验装置柱体俯视图。
[0052] 图4为构建两相生物滞留池的实验系统图。
[0053] 图5为实施例1两相生物滞留池的结构图。
[0054] 图中，1为溢流管，2为上多孔板，3为下多孔