專(zhuān)利名稱(chēng)：強(qiáng)化內(nèi)分泌干擾物去除的人工復(fù)合土層處理系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種污水土地處理系統(tǒng)，特別涉及強(qiáng)化內(nèi)分泌干擾物去除的人工復(fù)合土層處理系統(tǒng)，適用于微污染水體的深度處理或作為再生水地下回灌的前處理工藝，屬于環(huán)境工程技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
我國(guó)是一個(gè)嚴(yán)重缺水的國(guó)家，水資源短缺已經(jīng)成為制約社會(huì)與經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)發(fā)展的重要因素之一。污水再生利用是解決水資源短缺問(wèn)題的有效途徑，也是滿足國(guó)家水資源可持續(xù)利用重大需求的有力保障。但由于污水中存在多種多樣的有毒物質(zhì)和病原微生物，其對(duì)再生水安全利用帶來(lái)的威脅不容忽視。其中，環(huán)境內(nèi)分泌干擾物(EDCs)是一種新興微污染物，近年來(lái)成為水環(huán)境領(lǐng)域的研究前沿和熱點(diǎn)。內(nèi)分泌干擾物是指可通過(guò)干擾生物或人體內(nèi)保持自身平衡和調(diào)節(jié)發(fā)育過(guò)程天然激素的合成、分泌、運(yùn)輸、結(jié)合、反應(yīng)和代謝等，從而對(duì)生物或人體的生殖、神經(jīng)和免疫系統(tǒng)等的功能產(chǎn)生影響的外源性化學(xué)物質(zhì)。EDCs具有以下四個(gè)特點(diǎn).在環(huán)境中濃度較低；結(jié)構(gòu)較穩(wěn)定；具有內(nèi)分泌干擾性；較低濃度即可產(chǎn)生較大危害。EDCs包括天然和人工合成的雌激素類(lèi)、烷基酚類(lèi)、酞酸酯類(lèi)和多氯聯(lián)苯類(lèi)(PCBs)等多種化合物，其中雌激素類(lèi)與烷基酚類(lèi)是污水或再生水中生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)最高的兩類(lèi)EDCs。城鎮(zhèn)污水處理廠出水中主要的雌激素類(lèi)EDCs有雌酮(El)、雌二醇(E2)、雌三醇(Ε； )和炔雌醇(EE2)，烷基酚類(lèi)EDCs有壬基酚 (NP)、辛基酚(OP)和雙酚A(BPA)。其內(nèi)分泌干擾性多用雌激素活性的雌二醇(E2)當(dāng)量濃度來(lái)表征。土地處理系統(tǒng)是一種基于自然生態(tài)原理的污水處理方法，借助以土壤為主的介質(zhì)與污染物之間的物理、化學(xué)、生物等作用達(dá)到水質(zhì)凈化的目的。以內(nèi)分泌干擾物為例，由于大多數(shù)EDCs極性較弱、疏水性較強(qiáng)，具有較高的土水分配系數(shù)，其在土地處理系統(tǒng)中的主要去除機(jī)制為吸附作用和生物降解作用(尤其以好氧降解為主)。土地處理技術(shù)具有基建投資少，處理效果好，運(yùn)行費(fèi)用低，管理簡(jiǎn)便的優(yōu)點(diǎn)，因而得到迅速發(fā)展。人工復(fù)合土層屬于土地處理的一種。目前傳統(tǒng)的土地處理系統(tǒng)具有以下三點(diǎn)不足1.現(xiàn)有土地處理系統(tǒng)主要關(guān)注COD、B0D、SS、氮、磷等常規(guī)污染指標(biāo)，針對(duì)濃度低、 危害大的內(nèi)分泌干擾物進(jìn)行強(qiáng)化去除的工藝尚處于空白狀態(tài)。2.現(xiàn)有土地處理系統(tǒng)存在水力負(fù)荷低、占地面積大、易堵塞等缺點(diǎn)，其主要限制因素是土壤介質(zhì)的滲濾性。3.現(xiàn)有土地處理系統(tǒng)多以自然土地為處理滲濾介質(zhì)，對(duì)場(chǎng)地的地形地質(zhì)、土壤和地下水埋深等因素都有特定的要求，這些因素大大限制了土地處理技術(shù)的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種強(qiáng)化內(nèi)分泌干擾物去除的人工復(fù)合土層處理系統(tǒng)，具有處理效率高、占地面積小、場(chǎng)地要求低的特點(diǎn)。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案強(qiáng)化內(nèi)分泌干擾物去除的人工復(fù)合土層處理系統(tǒng)，包括3層，自上而下分別為降解層2、吸附層3和過(guò)濾承托層4 ；所述的降解層2填充介質(zhì)為富含微生物、滲透性好的自然土壤，即有機(jī)質(zhì)含量> 15g/kg、細(xì)菌總數(shù)> 107CFU/g、滲濾速率> 0. 5m/d的自然土壤；或投加碳源或氮源或內(nèi)分泌干擾物高效降解菌的人工改良土壤，其中碳源指葡萄糖、麥芽糖、糞便或三者任意比例的混合物，氮源指尿素、銨鹽、氨基酸或三者任意比例的混合物，碳源、氮源的投加量為土壤干重的0 10%;或土壤與河沙按重量比1 5 1混合得到的透氣性土壤。所述的吸附層3填充介質(zhì)為對(duì)內(nèi)分泌干擾物吸附性能好的粒徑為0. 2 2mm、莫氏硬度為3. 5 7的吸附材料，包括沸石、陶粒和珍珠巖中的一種或幾種，幾種混合時(shí)比例任
辰、ο所述的過(guò)濾承托層4填充介質(zhì)為粗砂礫或卵石，分為三個(gè)級(jí)配小0. 2 2cm、中 2 5cm、大5 8cm;鋪設(shè)時(shí)，從上到下，三個(gè)級(jí)配的體積比從小到大為1 2 4 8 12。所述的降解層2、吸附層3、過(guò)濾承托層4厚度分別為30 70cm、50 IOOcm和 30 70cm。所述的降解層2底部或中間添加通氣層或曝氣裝置。所述的過(guò)濾承托層4底部設(shè)有一個(gè)帶透水孔的承載板，或者鋪設(shè)滲排水管。相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的有益效果是1.本系統(tǒng)出水水質(zhì)好，且強(qiáng)化內(nèi)分泌干擾物的去除，對(duì)污水或再生水水中主要內(nèi)分泌干擾物的去除率在85%以上，對(duì)內(nèi)分泌干擾性綜合衡量指標(biāo)——雌二醇當(dāng)量濃度的去除率在85% 90%。2.本系統(tǒng)的水力負(fù)荷相比毛管浸潤(rùn)法等傳統(tǒng)土地處理系統(tǒng)100 200L/m2 · d的處理量，高出3 10倍，處理相同水量需占用的土地面積減少65% 90%。由于降解層土壤厚度相對(duì)較小、人工強(qiáng)化生物降解作用，因而緩解了堵塞問(wèn)題。3.對(duì)場(chǎng)地要求低，適用范圍廣。本系統(tǒng)降解層土壤用量相對(duì)較小，種類(lèi)可靈活選取；吸附層填充介質(zhì)來(lái)源廣泛且價(jià)格低廉，大大增加了本系統(tǒng)的使用范圍。


圖1為本發(fā)明的人工復(fù)合土層的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明的實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。參見(jiàn)圖1、圖2，強(qiáng)化內(nèi)分泌干擾物去除的人工復(fù)合土層處理系統(tǒng)，包括3層，自上而下分別為降解層2、吸附層3和過(guò)濾承托層4，降解層2功能為強(qiáng)化內(nèi)分泌干擾物的好氧降解，同時(shí)截留懸浮顆粒；吸附層3功能為進(jìn)一步吸附去除內(nèi)分泌干擾物及上層滲濾液中的其他污染物；過(guò)濾承托層4的功能為支撐上部的填充介質(zhì)，并過(guò)濾滲濾液中的細(xì)小顆粒污染物。所述的降解層2填充介質(zhì)為富含微生物、滲透性好的自然土壤，即有機(jī)質(zhì)含量> 15g/kg、細(xì)菌總數(shù)> 107CFU/g、滲濾速率> 0. 5m/d的自然土壤；或投加碳源或氮源或內(nèi)分泌干擾物高效降解菌的人工改良土壤，其中碳源指葡萄糖、麥芽糖、糞便或三者任意比例的混合物，氮源指尿素、銨鹽、氨基酸或三者任意比例的混合物，碳源、氮源的投加量為土壤干重的0 10%;或土壤與河沙按重量比1 5 1混合得到的透氣性土壤。所述的吸附層3填充介質(zhì)為對(duì)內(nèi)分泌干擾物吸附性能好的粒徑為0. 2 2mm、莫氏硬度為3. 5 7的吸附材料，包括沸石、陶粒和珍珠巖中的一種或幾種，幾種混合時(shí)比例任
辰、ο所述的過(guò)濾承托層4填充介質(zhì)為粗砂礫或卵石，分為三個(gè)級(jí)配小0. 2 2cm、中 2 5cm、大5 8cm;鋪設(shè)時(shí)，三個(gè)級(jí)配的體積比從小到大為1 2 4 8 12。所述的降解層2、吸附層3、過(guò)濾承托層4厚度分別為30 70cm、50 IOOcm和 30 70cm。所述的降解層2底部或中間添加通氣層或曝氣裝置。所述的過(guò)濾承托層4底部設(shè)有一個(gè)帶透水孔的承載板，或者鋪設(shè)滲排水管。具體方法為在人工復(fù)合土層的豎直方向上，沿程設(shè)有滲濾液收集監(jiān)測(cè)裝置5和監(jiān)測(cè)口 7，滲濾液收集監(jiān)測(cè)裝置5用來(lái)富集沿程滲濾液，以測(cè)試其中微量的內(nèi)分泌干擾物的濃度和活性，監(jiān)測(cè)口 7用于監(jiān)測(cè)土層中的溫度、土水勢(shì)等常規(guī)指標(biāo)。待處理的污水或再生水，由污水泵8輸送至人工復(fù)合土層上方，由布水器10均勻分布到降解層上方，形成污水層1，超出設(shè)計(jì)最高水位的進(jìn)水由溢流口 6排出。人工復(fù)合土層滲出的凈水經(jīng)濾承托層底部的多孔承載板在土層下方形成匯水層由凈水泵9抽出，或者出水直接進(jìn)入滲排水管由凈水泵9抽出。本發(fā)明運(yùn)行時(shí)可采用兩種方式一是淹灌與落干交替進(jìn)行的方式，濕干比取 1 2 4，即淹灌運(yùn)行1天，落干停休2 4天，運(yùn)行周期為3 5天；二是連續(xù)運(yùn)行，即連續(xù)定水頭淹灌，此時(shí)要求降解層2增設(shè)通氣層或曝氣裝置。本發(fā)明運(yùn)行過(guò)程中需監(jiān)測(cè)出水速率和出水水質(zhì)，當(dāng)滲透速率小于0. lm/d時(shí)，適當(dāng)去除降解層表層1 5cm，更換為新的土壤，一年3 5次；水質(zhì)急劇惡化時(shí)檢查吸附層是否已飽和，若是則更換吸附層填料。實(shí)施例分析人工復(fù)合土層的降解層2填充介質(zhì)為采自北京市大興土農(nóng)田、富含有機(jī)質(zhì)、微生物含量高、內(nèi)分泌干擾物降解效果好的自然表層土壤，填充厚度為50cm，填充干容重為 1. 35g/cm3。吸附層填充介質(zhì)采用粒徑為1 2mm的沸石，填充厚度為50cm，填充干容重為 1. 21g/cm3。承托層填充介質(zhì)為粗砂礫或卵石，分為三個(gè)級(jí)配小0. 2 2cm、中2 5cm、大 5 8cm，體積比從小到大為1 3 10，填充厚度為30cm。以北京市某污水處理廠的再生水為供試水源，COD濃度為11 15mg/L，SS < 5mg/ L，總氮12 18mg/L，總磷0. 1 0. 2mg/L0運(yùn)行方式為淹灌與落干交替進(jìn)行的方式，濕干比取1 2，即淹灌運(yùn)行1天，落干停休2天，運(yùn)行周期為3天。本實(shí)施例的人工復(fù)合土層處理系統(tǒng)，對(duì)進(jìn)水總有機(jī)碳(TOC)和主要內(nèi)分泌干擾物以及雌激素活性的去除效果如表1所示。
權(quán)利要求
1.強(qiáng)化內(nèi)分泌干擾物去除的人工復(fù)合土層處理系統(tǒng)，其特征在于，包括3層，自上而下分別為降解層O)、吸附層⑶和過(guò)濾承托層⑷；所述的降解層( 填充介質(zhì)為富含微生物、滲透性好的自然土壤，即有機(jī)質(zhì)含量> 15g/kg、細(xì)菌總數(shù)> 107CFU/g、滲濾速率> 0. 5m/d的自然土壤；或投加碳源或氮源或內(nèi)分泌干擾物高效降解菌的人工改良土壤，其中碳源指葡萄糖、麥芽糖、糞便或三者任意比例的混合物，氮源指尿素、銨鹽、氨基酸或三者任意比例的混合物，碳源、氮源的投加量為土壤干重的0 10%;或土壤與河沙按重量比1 5 1混合得到的透氣性土壤。所述的吸附層(3)填充介質(zhì)為對(duì)內(nèi)分泌干擾物吸附性能好的粒徑為0. 2 2mm、莫氏硬度為3. 5 7的吸附材料，包括沸石、陶粒和珍珠巖中的一種或幾種，幾種混合時(shí)比例任意。所述的過(guò)濾承托層(4)填充介質(zhì)為粗砂礫或卵石，分為三個(gè)級(jí)配小0. 2 2cm、中2 5cm、大5 8cm ；鋪設(shè)時(shí)，從上到下，三個(gè)級(jí)配的體積比從小到大為1 2 4 8 12。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的強(qiáng)化內(nèi)分泌干擾物去除的人工復(fù)合土層處理系統(tǒng)，其特征在于，所述的降解層(2)、吸附層(3)和過(guò)濾承托層(4)厚度分別為30 70cm、50 IOOcm和 30 70cm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的強(qiáng)化內(nèi)分泌干擾物去除的人工復(fù)合土層處理系統(tǒng)，其特征在于，所述的降解層( 底部或中間添加通氣層或曝氣裝置。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的強(qiáng)化內(nèi)分泌干擾物去除的人工復(fù)合土層處理系統(tǒng)，其特征在于，所述的過(guò)濾承托層(4)底部設(shè)有一個(gè)帶透水孔的承載板，或者鋪設(shè)滲排水管。
全文摘要
強(qiáng)化內(nèi)分泌干擾物去除的人工復(fù)合土層處理系統(tǒng)，自上而下包括3層，依次為降解層、吸附層、過(guò)濾承托層，降解層填充介質(zhì)為自然土壤、人工改良土壤或土壤與河沙混合得到的透氣性土壤，強(qiáng)化內(nèi)分泌干擾物的好氧降解；吸附層介質(zhì)為對(duì)內(nèi)分泌干擾物吸附性能好的大粒徑硬質(zhì)吸附材料，進(jìn)一步吸附去除內(nèi)分泌干擾物及滲濾液中的其他污染物；過(guò)濾承托層介質(zhì)為粗砂礫和卵石，支撐上部的填充介質(zhì)并過(guò)濾細(xì)小顆粒污染物，該系統(tǒng)可去除85％以上的內(nèi)分泌干擾物，水力負(fù)荷較高，場(chǎng)地要求較低，適用于微污染水體的深度處理或作為再生水地下回灌的前處理工藝。
文檔編號(hào)C02F9/14GK102503050SQ201110430869
公開(kāi)日2012年6月20日 申請(qǐng)日期2011年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月20日
發(fā)明者劉翔, 姜艷, 姜魯, 李建忠, 辛佳, 魏瓊瓊 申請(qǐng)人:清華大學(xué)