[发明专利]一种复合炭基强化的模块化折流生物渗滤系统及其方法

说明书

本发明公开了一种复合炭基强化的模块化折流生物渗滤系统及其方法，包括集水预处理区与一、二、三级反应单元，各级反应单元自上而下依次为植物层、上覆层、主填料层、承托层，通过导流管与溢流堰使各级反应单元串联一体。主填料层由不同功能填料模块上盖挡流板组成，在一、二、三级反应单元，分别通过缓释碳源(生物质废弃物)、多功能炭基材料、外源电子供体(针铁矿)布设，显著提升生物渗滤系统脱氮除磷与新兴污染物去除性能。本发明能实现面源同步脱氮除磷与新兴污染物风险防控的同时，易于不同场景安装与维护，适用于农田退水、城镇雨水等面源污染生态低碳治理。

技术领域

本发明涉及一种复合炭基强化的模块化折流生物渗滤系统及其方法，属于面源污染控制与水污染处理技术领域。

背景技术

农业非点源污染削减对于流域水环境改善至关重要。第二次全国污染源普查结果显示，农业源总氮负荷为141.5万吨，占比46.5％，总磷负荷为21.2万吨，占比67.2％；农业面源污染总氮总磷负荷高、污染重。作为典型的分散式污水处理设施，生物渗滤系统是指基于基质滤料、微生物及水生植物的生态过滤系统，能够通过吸附、微生物降解、植物吸收等过程有效去除污水中多种污染物，具有性能稳定、操作简单、成本低廉等优点，在农业面源污染防治方面具有广泛的应用前景。

在生物渗滤系统性能提升研究中，研究者通常采用：1.级配多种滤料(如生物炭、陶粒、火山岩等)(如公开号为CN113788542A、发明名称为一种半程曝气耦合铁碳的强化脱氮潜流湿地及运行方法的中国发明专利记载)；2.优化水力学条件(如公开号为CN113443792A、发明名称为一种多级潜流人工湿地零能耗污水处理系统的中国发明专利记载)；3.外源强化(曝气、通电等)(如公开号为CN113845269A、发明名称为一种基于电化学和生物过滤的污水处理装置，公开号为CN112390370A、发明名称为一种增氧复合潜流人工湿地系统的中国发明专利记载)。生物炭具有吸附性能佳、生物相容性好、经济成本低，被广泛应用于生物渗滤系统中。专利号为202011042086.6的发明专利公布了一种生物炭二级人工湿地系统，包括沉淀池、潜流人工湿地及表面流人工湿地；应用生物炭构建主填料层，所述表面人工湿地为多种植被组合的复合植物床。专利号为201811157169.2的发明专利公布了一种雨水径流净化装置及净化方法，集集水、进水、净化以及排水系统为一体，将植物区、堆肥截留区、生物炭填料区以及排水区四层过滤区串联结合，以达到更好、更稳定的雨水径流净化处理效果。

现有的炭基生物渗滤系统结构较为单一，忽略了水力学条件对于系统性能提升的贡献，安装运行维护较为复杂，外源强化提升性能的同时增加了建设、运行、维护的成本，且未考虑对新兴污染物(如抗生素、抗性基因等)的原位去除；由于农业面源污染具有复杂性、分散性、不确定性等特点，复杂条件下无法保证出水稳定达标。因此，在不增加占地面积和经济成本的条件下，开发经济、高效、便捷、生态的炭基生物渗滤系统很有必要。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中的缺陷，从水力状态优化及铁基滤料强化的角度提供一种复合炭基强化的模块化折流生物渗滤系统及其方法。本发明在系统中设置交错挡流板，使流入污水形成折流，改善其水动力学，促进污染物由液相向滤料吸附固相转变，提升系统处理性能。通过工艺优化与基质填料遴选，实现农业面源污染原位高效处理处置。

本发明所采用的具体技术方案如下：

第一方面，本发明提供了一种复合炭基强化的模块化折流生物渗滤系统，包括沿水流方向依次连通的集水预处理区、一级反应单元、二级反应单元和三级反应单元；集水预处理区和一级反应单元之间设有溢流堰，水流能从集水预处理区溢流至一级反应单元；所述一级反应单元、二级反应单元和三级反应单元结构相同，均包括由上至下连通设置的植物层、上覆层、主填料模块和承托层；所述主填料模块包括竖直连通的若干功能填料模块，相邻功能填料模块之间通过挡流板拦截使水流呈弓形流动；一级反应单元和二级反应单元的承托层之间通过导流管连通，二级反应单元和三级反应单元之间设有溢流堰，三级反应单元的承托层末端设有用于排水的出水管。