一种针对雨水排水口出水水质高效净化的方法

技术领域

本发明涉及一种针对雨水排水口出水水质高效净化的方法，属于污水处理领域，适用于雨水排水口净化处理。

背景技术

目前，我国海绵城市建设尚处于快速发展期，仍存在一些不足，如开发地区下垫面、雨污管网等信息了解不充分，只能对雨水管网进行细微局部调整，预期目标难保障。雨水传输系统是海绵城市建设的重要组成部分。由于我国实施海绵城市建设时间较短，没有对受污染的初期雨水进行“渗、滞、蓄”，导致携带大量地表有机物、氮磷等营养物质的初期雨水直接进入河流，对河流水质及其生态系统造成较大负荷冲击。此外，由于城市建设的考虑不完善，原有排水基础设施不配套、不健全，存在大量雨污排水管错接、漏接、破损等现象，致使大量污水囤积在雨水管网中，导致晴天污水长流，雨天污水处理设施负荷剧增等问题。

生物渗滤系统可以降低径流总量，减少峰值流量，控制径流污染。目前，国内外关于生物渗滤系统污染物去除效果方面主要集中于氮磷等营养物质、有机污染物以及重金属等。生物渗滤系统主要通过填料去除污染物，目标污染物在填料中通过物理、化学和生物综合作用得到去除。此外，理想的填料还需具有成本效益、易于采购和可持续的特点。目前，常见的填料有堆肥、砂子、沸石、水处理残渣(WTR)等常规填料以及木屑、稻壳、玉米芯等生物炭填料，通过填料配比优化可提升生物渗滤系统污染物去除性能。但目前仍没有一种可靠规范的方法能够实现对适用于雨水排水口净化处理的填料及方法。

可见，雨污混排问题仍然严峻、矛盾长期存在，提供一种能针对雨水排水口出水水质的高效净化方法，是保障海绵城市建设、河流水质改善、生态文明建设的重要手段。

发明内容

本发明针对目前存在的大量雨污排水管错接、漏接、破损等现象导致晴天污水长流、雨天污水处理设施负荷剧增等问题，提供一种针对雨水排水口出水水质高效净化的方法。

本发明所采用的具体技术方案如下：

本发明提供了一种针对雨水排水口出水水质高效净化的方法，具体如下：

室温条件下，采用闷曝的方式，利用活性污泥对生物炭和陶粒进行生物挂膜处理，将挂膜后的生物炭和陶粒按照下方生物炭、上方陶粒的方式对生物渗滤系统的反应主体进行填充，以实现生物渗滤系统的启动，随后向生物渗滤系统中通入待处理的雨水排水口出水；雨水排水口出水经进水管进入反应主体中，通过生物炭和陶粒上富集的具有有机物降解和硝化反硝化功能的菌群，对雨水排水口出水进行有机物降解和硝化反硝化处理；同时，生物炭释放的色氨酸可为反硝化过程提供电子，进而提升脱氮性能；通过陶粒的吸附作用与生物炭的生物代谢作用，实现对雨水排水口出水的净化，净化后的雨水排水口出水通过出水管流入出水储水装置。

作为优选，所述生物渗滤系统包括进水储水装置、反应主体和出水储水装置；所述进水储水装置用于暂存雨水排水口出水，并通过设有进水泵的进水管与反应主体的底部连通；所述反应主体的内底部均匀布设与外部曝气泵连接的曝气管，曝气管上方填充有生物炭填料层，生物炭填料层上方填充有陶粒层，陶粒层上方设有与出水储水装置连通的出水管。

作为优选，所述生物炭与陶粒的填充体积比为2:1。

作为优选，所述生物炭和陶粒的粒径均为2～4mm。

作为优选，所述雨水排水口出水在生物渗滤系统中的水力停留时间为6h。

作为优选，所述生物渗滤系统处理雨水排水口出水时的气水比为4:1。

作为优选，所述活性污泥的污泥浓度为4000±50mg/L。

作为优选，所述雨水排水口出水的COD浓度范围为30.0±3.0mg/L，NH

作为优选，所述菌群包括Azohydromonas、Acinetobacter、Hyphomicrobium和Nitrosomonas中的一种或多种。

本发明相对于现有技术而言，具有以下有益效果：

本发明通过生物填料的合理级配来强化硝化反硝化功能，能实现雨水排水口出水的高效低耗净化，是一种成本低廉、操作简单、易于控制且长期稳定的雨水排水口出水净化方法。

附图说明

图1为生物渗滤系统的结构示意图；

图2为不同水力停留时间对生物渗滤系统净化性能的影响，其中，(a)为COD的浓度变化，(b)为NH

图3为不同气水比对生物渗滤系统性能的影响，其中，(a)为COD的浓度变化，(b)为NH

图4为生物炭的净化机制示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步阐述和说明。本发明中各个实施方式的技术特征在没有相互冲突的前提下，均可进行相应组合。

本发明提供了一种针对雨水排水口出水水质高效净化的方法，该方法主要是以陶粒和生物炭优化级配的生物渗滤系统来实现雨水排水口出水的高效处理，具体过程如下：

室温条件下，采用闷曝的方式，利用活性污泥对生物炭和陶粒进行生物挂膜处理，将挂膜后的生物炭和陶粒按照下方生物炭、上方陶粒的方式对生物渗滤系统的反应主体进行填充，以实现生物渗滤系统的启动，随后向生物渗滤系统中通入待处理的雨水排水口出水。雨水排水口出水经进水管进入反应主体中，通过生物炭和陶粒上富集的具有有机物降解和硝化反硝化功能的菌群，对雨水排水口出水进行有机物降解和硝化反硝化处理。同时，生物炭释放的色氨酸可为反硝化过程提供电子，进而提升脱氮性能。由于陶粒的粗糙表面可以提供大量的吸附点位，能够有效去除进水中的NH

结合系统性能、填料特性与菌群结构，推测生物炭强化生物渗滤系统污染物去除的可能机制如图4所示，具体如下：生物炭表面的多孔结构可为功能菌群生长富集提供合适的生长环境，促进Hyphomicrobium、Azohydromonas、Acinetobacter、Nitrosomonas等具有有机物降解、硝化反硝化功能的微生物分区定殖；此外，生物炭释放的DOM(色氨酸类蛋白质)可为反硝化过程提供电子，进而提升生物渗滤系统脱氮性能。因此，生物渗滤系统投加生物炭后，在陶粒的吸附作用与生物炭的生物代谢相结合下，生物渗滤系统能够表现出优异的性去污能。

生物渗滤系统可以采用现有常用的结构，如图1所示，提供了一种生物渗滤系统的优选结构，具体包括进水储水装置、反应主体和出水储水装置。进水储水装置用于暂存雨水排水口出水，并通过设有进水泵的进水管与反应主体的底部连通。反应主体的内底部均匀布设与外部曝气泵连接的曝气管，曝气管上方设有支撑层，支撑层上用于放置填料。支撑层上方填充有生物炭填料层，生物炭填料层上方填充有陶粒层，陶粒层上方设有与出水储水装置连通的出水管。

实际应用时，生物炭与陶粒的填充体积比为2:1，生物炭和陶粒的粒径均为2～4mm，雨水排水口出水在生物渗滤系统中的水力停留时间为6h，生物渗滤系统处理雨水排水口出水时的气水比为4:1，活性污泥的污泥浓度为4000±50mg/L。雨水排水口出水的COD浓度范围为30.0±3.0mg/L，NH

表1模拟雨水排水口污水水质组成

同时，还进行了相关对比实验，结果发现：生物炭占比分别为1/3、2/3的生物渗滤系统(R1、R2)对COD、NH

实施例1

根据对南太湖(湖州地区)典型雨水排水口水量水质为期一年的调查分析发现，雨水排水口水质季节差异明显，有机污染物及氮磷等营养物质污染较为严重，且存在明显波动。因此，根据该地区的雨水排水口水质，配置了模拟雨水排水口污水，用于本次的实验。配置的模拟雨水排水口污水的水质组分为COD(30.0±3.0mg/L)，NH

步骤1：反复清洗粒径2～4mm的生物炭和陶粒，以体积比例为2:1、生物炭(下层)-陶粒(上层)的级配方式构建生物渗滤系统R2，并设置对照组R0为纯陶粒，R1为生物炭：陶粒(体积比例)＝1:2。根据雨水口的分布特点及相关文献报道，设置布水方式为上向流，微孔曝气滤头置于系统底部。

步骤2：室温条件下，选用闷曝的方式对生物渗滤系统进行挂膜，将污泥浓度为4000±50mg/L的活性污泥与反复清洗后的生物炭和陶粒填料分别混合，以步骤1)中的级配方式装入生物渗滤系统。在系统中加入配置的模拟雨水排水口污水，闷曝24h后静置沉降，待分离后排出上清液并通入新的模拟雨水排水口污水。以该种方式连续操作5d后，以连续运行时的水量进水，水力停留时间为8h，气水比为10:1。

步骤3：待步骤2)中生物渗滤系统成功启动后，保持气水比10:1不变，水力停留时间从8h降至6h，稳定运行后，保持水力停留时间(HRT)为6h不变，气水比从10:1降至8:1，最后降至4:1，连续运行期间，每隔2d取样以分析不同工况条件下系统对污染物的去除效果。

运行结果表明，如图2所示，当HRT改变至6h后，系统进水有机负荷从0.14kg/(m

如图3所示，随着气水比的下降，COD去除率波动减小，整体维持在83％左右。R0中TN去除率从16.75％逐渐上升至27.30％；R1、R2则分别从30.60％、31.76％增至34.65％、43.06％。TN去除率始终保持R1、R2高于R0的趋势(ANOVA,p<0.0001)。在气水比变化前期，TP去除率波动较大，整体呈上升趋势。相比而言，R1、R2的TP平均去除率波动较小，表明生物炭的添加增强TP去除稳定性。

上述实验结果表明，R2实验组能够释放可生物利用的有机物作为反硝化电子供体，促进NO

以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，然其并非用以限制本发明。有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型。因此凡采取等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。