一種農(nóng)村低污染水深度凈化系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種農(nóng)村低污染水深度凈化系統(tǒng)，具體而言，是一種結(jié)合了生物質(zhì)炭、 自然生物膜以及水生植物的"三位一體"的農(nóng)村低污染水凈化體系。
【背景技術(shù)】
[0002] 農(nóng)村低污染水
[0003] 隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國(guó)農(nóng)業(yè)面源污染問題日益嚴(yán)重，使得很多江、河、湖泊水 質(zhì)下降，加劇了水質(zhì)性缺水的狀況。根據(jù)報(bào)道，生活污水和畜禽養(yǎng)殖廢水是農(nóng)村地區(qū)的兩大 污染源。其中太湖流域養(yǎng)殖廢水TN-般在30~40mg/L，TP在2. 5~3. 5mg/L之間。但 由于農(nóng)村地區(qū)污水產(chǎn)生總量大、分布分散、間歇排放等特點(diǎn)，對(duì)農(nóng)村生態(tài)環(huán)境和民眾健康構(gòu) 成了顯著的影響。本發(fā)明針對(duì)農(nóng)田排水、生活污水尾水等農(nóng)村低污染水的深度處理，這里我 們將農(nóng)村低污染水定義為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)或農(nóng)民生活過程中產(chǎn)生的富含植物生長(zhǎng)所需的氮、磷等 養(yǎng)分與多種微量元素，但直接排放會(huì)造成污染的那部分水體。主要包括經(jīng)過污水處理廠處 理后達(dá)標(biāo)排放的農(nóng)村生活污水尾水、農(nóng)田排水以及河道低污染水等，其水質(zhì)不符合地表水 環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)但滿足農(nóng)田灌溉用水標(biāo)準(zhǔn)（GB18918-2002 -級(jí)B:TN彡20mg/L，TP彡lmg/ L)。這種農(nóng)村低污染水雖然氮磷等營(yíng)養(yǎng)鹽含量相對(duì)點(diǎn)源污染、未處理的生活污水等污染源 較低，但是由于其分布廣泛、產(chǎn)生量高，對(duì)水體環(huán)境的負(fù)面影響也非常顯著。這類廢水使用 工程化措施處理經(jīng)濟(jì)性不高，特別是在排放較為分散的偏遠(yuǎn)農(nóng)村地區(qū)，更加難以實(shí)現(xiàn)深度 凈化處理。因此，有必要針對(duì)這類低污染水設(shè)置低成本的、易于操作安裝的、環(huán)境友好的處 理體系，以便使相關(guān)低污染排水達(dá)到或接近地表水排放標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)良好的生態(tài)與經(jīng)濟(jì)效益。
[0004] 生物炭技術(shù)
[0005] 生物炭（Biochar)是在完全或部分缺氧條件下，以及相對(duì)較低的溫度條件下 (<700°C)，經(jīng)熱解炭化產(chǎn)生的一種含碳量豐富、性質(zhì)穩(wěn)定的有機(jī)物質(zhì)。生物炭表面具有大量 的孔洞，空隙大小不一。這種孔洞結(jié)構(gòu)有利于土壤微生物的生長(zhǎng)。生物炭容重小，水、氣吸 收能力強(qiáng)，且具有大量的表面負(fù)電荷以及高電荷密度的特性，能形成電磁場(chǎng)，構(gòu)成了生物炭 良好的吸附特性，能吸附水、土壤或沉積物中的無機(jī)離子及極性或非極性有機(jī)化合物，特別 是利于吸附土壤和水體中重金屬污染物質(zhì)和有機(jī)污染物。在化學(xué)成分上，生物炭還包括鈣、 鎂等礦物質(zhì)以及無機(jī)碳酸鹽，具有高度的芳香化、生物化學(xué)抗分解性和物理的熱穩(wěn)定性，促 進(jìn)植物對(duì)營(yíng)養(yǎng)元素的吸收。此外，生物炭往往呈現(xiàn)一定的堿性，可被用于改良酸性土壤。鑒 于上述一系列的優(yōu)良特性，生物炭在近年來被廣泛用于固碳減排、土壤修復(fù)改良等方面的 研究和實(shí)踐。生物質(zhì)炭由于擁有良好的孔隙分布，表面含有豐富的官能團(tuán)，對(duì)水體中的溶質(zhì) 往往具有良好的吸附性能。在此，本發(fā)明將生物質(zhì)炭視為一種"養(yǎng)分儲(chǔ)存器"，將低污染排水 中的氮磷營(yíng)養(yǎng)鹽吸附富集，然后將生物質(zhì)炭作為一種復(fù)合肥或土壤改良劑施加到農(nóng)田中， 實(shí)現(xiàn)良好的經(jīng)濟(jì)效益與生態(tài)效益。
[0006] 自然生物膜技術(shù)
[0007] 自然生物膜是在一定的環(huán)境條件先產(chǎn)生的微生物聚集體。在自然水體中，微生物 細(xì)胞和非生物物質(zhì)鑲嵌在微生物分泌的有機(jī)聚合物基質(zhì)中，并附著在固體表面。微生物的 胞外聚合物形成了整個(gè)生物膜的骨架結(jié)構(gòu)，為微生物的附著生長(zhǎng)和包裹吸附其它物質(zhì)提供 了物質(zhì)基礎(chǔ)。生物膜的定義普遍的理解為由金屬氧化物（鐵、錳和鋁氧化物）、有機(jī)質(zhì)和少 量礦物質(zhì)組成。有機(jī)質(zhì)包括細(xì)菌、真菌、浮游動(dòng)物、藻類，以及病毒組成的微生物群落，同時(shí) 包括其生命代謝活動(dòng)分泌的各種代謝物質(zhì)，如胞外酶，胞外聚合物。自然生物膜可以有效去 除氮磷等無機(jī)物。從廢水中去除N主要依靠生物硝化作用和反硝化作用的組合實(shí)現(xiàn)，硝化 作用是一個(gè)好氧過程，將氨氧化成亞硝酸鹽和硝酸鹽，通過兩個(gè)不同系統(tǒng)的微生物的兩個(gè) 連續(xù)的步驟實(shí)現(xiàn)，即自養(yǎng)的氨氧化細(xì)菌和亞硝酸鹽氧化細(xì)菌。反硝化是一個(gè)缺氧的過程，硝 酸鹽和亞硝酸鹽通過異養(yǎng)菌的厭氧呼吸作用由一氧化氮和二氧化氮轉(zhuǎn)變?yōu)榈獨(dú)猓@個(gè)過程 需要有機(jī)碳源。生物膜除磷的機(jī)理為：生物膜上的聚磷菌交替處于厭氧/好氧環(huán)境是實(shí)現(xiàn) 生物除磷的關(guān)鍵。在沒有溶解氧和硝態(tài)氮存在的厭氧條件下，聚磷菌分解體內(nèi)的聚磷酸鹽 產(chǎn)生能量，并放出磷酸鹽以維持聚磷菌的代謝，同時(shí)將胞外大量的短鏈脂肪酸攝入細(xì)胞內(nèi) 并合成聚羥基鏈烷酸酯；在好氧條件下，由于環(huán)境條件有利，聚磷菌可快速生長(zhǎng)、繁殖，此時(shí) 聚磷菌利用分解胞內(nèi)PHA所產(chǎn)生的ATP將廢水中的磷酸鹽過量攝取到胞內(nèi)，并轉(zhuǎn)變成聚磷 酸鹽。聚磷菌在好氧環(huán)境下所攝取的磷遠(yuǎn)比在厭氧環(huán)境下所釋放的磷多，使體內(nèi)的含磷量 可超過10%，有時(shí)甚至高達(dá)30%。淹沒式生物膜法除磷工藝中的優(yōu)勢(shì)菌屬為假單胞菌屬， 其次依順序?yàn)闅鈫伟鷮?、芽孢桿菌屬、微球菌屬、硝化桿菌屬，這些兼性菌屬在好氧條件 下能超量地將污水中的磷吸入細(xì)胞內(nèi)，被廣泛的用于生物除磷。
[0008] 植物浮床技術(shù)
[0009] 植物浮床技術(shù)是按照自然界植物生長(zhǎng)的規(guī)律，將高等水生植物或經(jīng)改良的陸生植 物人工種植到富營(yíng)養(yǎng)化水體表面，利用植物根部的吸收作用、吸附作用以及物種之間的競(jìng) 爭(zhēng)化感機(jī)制，消解富集于水體的磷、氮和其他有害物質(zhì)，以達(dá)到凈化水質(zhì)的目的。該技術(shù)的 關(guān)鍵是通過植物吸收富集、植物根系吸附、根區(qū)微生物降解等途徑來實(shí)現(xiàn)凈化水質(zhì)的目的。 該項(xiàng)技術(shù)在創(chuàng)造良好的環(huán)境效益的同時(shí)，又能營(yíng)造賞心悅目的水上生態(tài)景觀，甚至帶來一 定程度的經(jīng)濟(jì)收益。由于浮床系統(tǒng)具有成本低廉、運(yùn)行管理簡(jiǎn)單、生態(tài)友好等特點(diǎn)，在控制 富營(yíng)養(yǎng)化水體生態(tài)修復(fù)中得到了廣泛應(yīng)用。
[0010] 前述單一技術(shù)在農(nóng)業(yè)廢水處理方面已有不同程度的研究，單一技術(shù)手段存在不同 的技術(shù)短板。針對(duì)農(nóng)村低污染水，將三種技術(shù)集成，取長(zhǎng)補(bǔ)短，實(shí)現(xiàn)農(nóng)村污水的深度處理，則 未見報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 目的：為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種農(nóng)村低污染水深度凈化 系統(tǒng)，結(jié)合生物質(zhì)炭、自然生物膜以及水生植物水處理功能，實(shí)現(xiàn)"三位一體"的農(nóng)村低污染 水凈化功能。通過本發(fā)明的農(nóng)村低污染水凈化系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)生物質(zhì)資源化利用、農(nóng)村污水 減排、氮磷等營(yíng)養(yǎng)鹽的重復(fù)利用等目標(biāo)，具有成本低廉、環(huán)境友好、應(yīng)用面廣泛等特點(diǎn)。
[0012] 技術(shù)方案：為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：
[0013] -種農(nóng)村低污染水深度凈化系統(tǒng)，其特征在于，包括三個(gè)子系統(tǒng)：基于生物凈化的 生物膜凈化系統(tǒng)、水生植物凈化系統(tǒng)、基于生物質(zhì)炭的吸附凈化系統(tǒng)；生物膜凈化系統(tǒng)與水 生植物凈化系統(tǒng)處于第一個(gè)處理單元中，形成生物膜-水生植物凈化體系；基于生物質(zhì)炭 的吸附凈化系統(tǒng)處于第二個(gè)處理單元中，即生物質(zhì)炭?jī)艋到y(tǒng)；第一個(gè)處理單元和第二個(gè) 處理單元設(shè)置一定的高度差，且第一個(gè)處理單元水面高度高于第二個(gè)處理單元，以便通過 重力作用實(shí)現(xiàn)水流流動(dòng)；
[0014] 第一個(gè)處理單元下部為生物膜凈化系統(tǒng)，生物膜為自然狀態(tài)下培養(yǎng)的、適應(yīng)當(dāng)?shù)?環(huán)境的自然生物膜，為提高凈化效果，自然生物膜應(yīng)處于指數(shù)生長(zhǎng)的中后期，即自然生物膜 自接種開始需預(yù)培養(yǎng)2-6周；彈性填料固定或半固定在第一個(gè)處理單元底面，生物膜生長(zhǎng) 附著在彈性填料上面，防止生長(zhǎng)有自然生物膜的彈性填料浮出水面，而影響自然生物膜的 生長(zhǎng)繁殖和凈化效果；
[0015] 第一個(gè)處理單元上部為水生植物凈化系統(tǒng)，為方便