一种农村低污染水深度净化系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种农村低污染水深度净化系统，包括三个子系统：基于生物净化的生物膜净化系统、水生植物净化系统、基于生物质炭的吸附净化系统；生物膜净化系统与水生植物净化系统处于第一个处理单元中，形成生物膜-水生植物净化体系；基于生物质炭的吸附净化系统处于第二个处理单元中，即生物质炭净化系统；第一个处理单元和第二个处理单元设置一定的高度差，且第一个处理单元水面高度高于第二个处理单元，以便通过重力作用实现水流流动；农村低污染水进入第一个处理单元后，根据水质情况的好坏，水利停留时间为1d-10d；待水质较为清澈后通过控制水流控制阀进入第二个处理单元。将三种水体净化技术有机结合在一起，形成了优异的农村低污染水净化效果。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种农村低污染水深度净化系统，具体而言，是一种结合了生物 质炭、自然生物膜以及水生植物的"三位一体"的农村低污染水净化体系。
技术介绍
农村低污染水 随着经济的快速发展，我国农业面源污染问题日益严重，使得很多江、河、湖泊水 质下降，加剧了水质性缺水的状况。根据报道，生活污水和畜禽养殖废水是农村地区的两大 污染源。其中太湖流域养殖废水TN -般在30~40mg/L，TP在2. 5~3. 5mg/L之间。但由 于农村地区污水产生总量大、分布分散、间歇排放等特点，对农村生态环境和民众健康构成 了显著的影响。本技术针对农田排水、生活污水尾水等农村低污染水的深度处理，这里 我们将农村低污染水定义为农业生产或农民生活过程中产生的富含植物生长所需的氮、磷 等养分与多种微量元素，但直接排放会造成污染的那部分水体。主要包括经过污水处理厂 处理后达标排放的农村生活污水尾水、农田排水以及河道低污染水等，其水质不符合地表 水环境质量标准但满足农田灌溉用水标准（GB 18918-2002 -级B :TN彡20mg/L，TP彡Img/ L)。这种农村低污染水虽然氮磷等营养盐含量相对点源污染、未处理的生活污水等污染源 较低，但是由于其分布广泛、产生量高，对水体环境的负面影响也非常显著。这类废水使用 工程化措施处理经济性不高，特别是在排放较为分散的偏远农村地区，更加难以实现深度 净化处理。因此，有必要针对这类低污染水设置低成本的、易于操作安装的、环境友好的处 理体系，以便使相关低污染排水达到或接近地表水排放标准，实现良好的生态与经济效益。 生物炭技术 生物炭（Biochar)是在完全或部分缺氧条件下，以及相对较低的温度条件下 (<700°C)，经热解炭化产生的一种含碳量丰富、性质稳定的有机物质。生物炭表面具有大量 的孔洞，空隙大小不一。这种孔洞结构有利于土壤微生物的生长。生物炭容重小，水、气吸收 能力强，且具有大量的表面负电荷以及高电荷密度的特性，能形成电磁场，构成了生物炭良 好的吸附特性，能吸附水、土壤或沉积物中的无机离子及极性或非极性有机化合物，特别是 利于吸附土壤和水体中重金属污染物质和有机污染物。在化学成分上，生物炭还包括钙、镁 等矿物质以及无机碳酸盐，具有高度的芳香化、生物化学抗分解性和物理的热稳定性，促进 植物对营养元素的吸收。此外，生物炭往往呈现一定的碱性，可被用于改良酸性土壤。鉴 于上述一系列的优良特性，生物炭在近年来被广泛用于固碳减排、土壤修复改良等方面的 研究和实践。生物质炭由于拥有良好的孔隙分布，表面含有丰富的官能团，对水体中的溶质 往往具有良好的吸附性能。在此，本技术将生物质炭视为一种"养分储存器"，将低污染 排水中的氮磷营养盐吸附富集，然后将生物质炭作为一种复合肥或土壤改良剂施加到农田 中，实现良好的经济效益与生态效益。 自然生物膜技术 自然生物膜是在一定的环境条件先产生的微生物聚集体。在自然水体中，微生物 细胞和非生物物质镶嵌在微生物分泌的有机聚合物基质中，并附着在固体表面。微生物的 胞外聚合物形成了整个生物膜的骨架结构，为微生物的附着生长和包裹吸附其它物质提供 了物质基础。生物膜的定义普遍的理解为由金属氧化物（铁、锰和铝氧化物）、有机质和少 量矿物质组成。有机质包括细菌、真菌、浮游动物、藻类，以及病毒组成的微生物群落，同时 包括其生命代谢活动分泌的各种代谢物质，如胞外酶，胞外聚合物。自然生物膜可以有效去 除氮磷等无机物。从废水中去除N主要依靠生物硝化作用和反硝化作用的组合实现，硝化 作用是一个好氧过程，将氨氧化成亚硝酸盐和硝酸盐，通过两个不同系统的微生物的两个 连续的步骤实现，即自养的氨氧化细菌和亚硝酸盐氧化细菌。反硝化是一个缺氧的过程，硝 酸盐和亚硝酸盐通过异养菌的厌氧呼吸作用由一氧化氮和二氧化氮转变为氮气，这个过程 需要有机碳源。生物膜除磷的机理为：生物膜上的聚磷菌交替处于厌氧/好氧环境是实现 生物除磷的关键。在没有溶解氧和硝态氮存在的厌氧条件下，聚磷菌分解体内的聚磷酸盐 产生能量，并放出磷酸盐以维持聚磷菌的代谢，同时将胞外大量的短链脂肪酸摄入细胞内 并合成聚羟基链烷酸酯；在好氧条件下，由于环境条件有利，聚磷菌可快速生长、繁殖，此时 聚磷菌利用分解胞内PHA所产生的ATP将废水中的磷酸盐过量摄取到胞内，并转变成聚磷 酸盐。聚磷菌在好氧环境下所摄取的磷远比在厌氧环境下所释放的磷多，使体内的含磷量 可超过10%，有时甚至高达30%。淹没式生物膜法除磷工艺中的优势菌属为假单胞菌属， 其次依顺序为气单胞菌属、芽孢杆菌属、微球菌属、硝化杆菌属，这些兼性菌属在好氧条件 下能超量地将污水中的磷吸入细胞内，被广泛的用于生物除磷。 植物浮床技术 植物浮床技术是按照自然界植物生长的规律，将高等水生植物或经改良的陆生植 物人工种植到富营养化水体表面，利用植物根部的吸收作用、吸附作用以及物种之间的竞 争化感机制，消解富集于水体的磷、氮和其他有害物质，以达到净化水质的目的。该技术的 关键是通过植物吸收富集、植物根系吸附、根区微生物降解等途径来实现净化水质的目的。 该项技术在创造良好的环境效益的同时，又能营造赏心悦目的水上生态景观，甚至带来一 定程度的经济收益。由于浮床系统具有成本低廉、运行管理简单、生态友好等特点，在控制 富营养化水体生态修复中得到了广泛应用。 前述单一技术在农业废水处理方面已有不同程度的研究，单一技术手段存在不同 的技术短板。针对农村低污染水，将三种技术集成，取长补短，实现农村污水的深度处理，则 未见报道。
技术实现思路
目的：为了克服现有技术中存在的不足，本技术提供一种农村低污染水深度 净化系统，结合生物质炭、自然生物膜以及水生植物水处理功能，实现"三位一体"的农村低 污染水净化功能。通过本技术的农村低污染水净化系统，可以实现生物质资源化利用、 农村污水减排、氮磷等营养盐的重复利用等目标，具有成本低廉、环境友好、应用面广泛等 特点。 技术方案：为解决上述技术问题，本技术采用的技术方案为： -种农村低污染水深度净化系统，其特征在于，包括三个子系统：基于生物净化的 生物膜净化系统、水生植物净化系统、基于生物质炭的吸附净化系统；生物膜净化系统与水 生植物净化系统处于第一个处理单元中，形成生物膜-水生植物净化体系；基于生物质炭 的吸附净化系统处于第二个处理单元中，即生物质炭净化系统；第一个处理单元和第二个 处理单元设置一定的高度差，且第一个处理单元水面高度高于第二个处理单元，以便通过 重力作用实现水流流动； 第一个处理单元下部为生物膜净化系统，生物膜为自然状态下培养的、适应当地 环境的自然生物膜，为提高净化效果，自然生物膜应处于指数生长的中后期，即自然生物膜 自接种开始需预培养2-6周；弹性填料固定或半固定在第一个处理单元当前第1页1 2 3 4 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种农村低污染水深度净化系统，其特征在于，包括三个子系统：基于生物净化的生物膜净化系统、水生植物净化系统、基于生物质炭的吸附净化系统；生物膜净化系统与水生植物净化系统处于第一个处理单元中，形成生物膜‑水生植物净化体系；基于生物质炭的吸附净化系统处于第二个处理单元中，即生物质炭净化系统；第一个处理单元和第二个处理单元设置一定的高度差，且第一个处理单元水面高度高于第二个处理单元，以便通过重力作用实现水流流动；第一个处理单元下部为生物膜净化系统，弹性填料固定或半固定在第一个处理单元底面，生物膜生长附着在弹性填料上面；第一个处理单元上部为水生植物净化系统，在水面安置塑料支撑固定网格，用于方便一些水生植物固定在浮床上面；水生植物包括水芹、水花生、水葫芦、莲藕、浮萍、空心莲子草、四角菱；第二个处理单元中表面和底层分别设置有用于防止生物质炭颗粒随水流失的表面拦截网和底层拦截网；底层拦截网至出水口上方液面之间铺有底层过滤层；底层过滤层和表面拦截网之间放置生物质炭颗粒。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：冯彦房，段婧婧，孙海军，杨林章，薛利红，陈玉东，何世颖，
申请(专利权)人：江苏省农业科学院，
类型：新型
国别省市：江苏;32