去除水中典型內(nèi)分泌干擾物的復(fù)合土層系統(tǒng)、方法和實(shí)驗(yàn)裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于水處理技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種去除水中典型內(nèi)分泌干擾物的復(fù)合土 層系統(tǒng)、方法和實(shí)驗(yàn)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 近幾十年來(lái)，水資源越來(lái)越成為制約社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的戰(zhàn)略性資源。再生水被看作 是城市的第二水源，經(jīng)深度處理后回用可以實(shí)現(xiàn)水資源的循環(huán)利用和補(bǔ)充，是緩解水資源 緊缺問(wèn)題的有效途徑之一。由于傳統(tǒng)污水二級(jí)處理技術(shù)對(duì)內(nèi)分泌干擾物（EDCs)等微量有 毒有害污染物的去除能力有限，以及物質(zhì)本身的持久性與累積性，再生水中EDCs污染物的 存在，使其在再生利用過(guò)程中可能會(huì)對(duì)人體健康及生態(tài)安全存在風(fēng)險(xiǎn)。
[0003]EE2具有較高雌二醇當(dāng)量（EEQ= 8. 71)，是體內(nèi)雌激素活性最強(qiáng)的類固醇激素。 EE2廣泛應(yīng)用于生育生產(chǎn)、內(nèi)分泌失調(diào)或骨質(zhì)疏松等疾病治療，同時(shí)在畜牧業(yè)中可作為促進(jìn) 動(dòng)物生長(zhǎng)的藥物。對(duì)EE2進(jìn)行劑量-生物活性效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)研究，結(jié)果顯示僅需要1~10ng L-1的EE2,就可以引起實(shí)驗(yàn)魚種的雌激素活性反應(yīng)。EE2由于在極低濃度下即對(duì)生態(tài)環(huán)境 及人體健康具有嚴(yán)重危害，因而是水環(huán)境中具有較高環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)的H)Cs種類之一。
[0004] BPA既是重要的有機(jī)化工原料，也用于日常生活中廣泛使用的塑料產(chǎn)品、供水管等 的生產(chǎn)。BPA可由化工產(chǎn)品中轉(zhuǎn)移至環(huán)境，目前已成為一種全球性污染物，對(duì)水生生物具有 雌激素干擾性及急性毒性。很多研究結(jié)果表明，BPA是水環(huán)境中具有較高環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)的EDCs 種類。對(duì)全國(guó)16座代表性城市的水樣抽檢調(diào)研結(jié)果表明，BPA在再生水和地下水中都是檢 出率和檢出濃度最高的H)Cs。
[0005]目前國(guó)內(nèi)外研究者針對(duì)EDCs等微量有機(jī)污染物的去除進(jìn)行了研究，如活性炭、交 聯(lián)聚合樹脂吸附技術(shù)，離子交換技術(shù)，生物膜技術(shù)，高級(jí)氧化技術(shù)以及高壓膜如納濾（NF) 膜、反滲透（R0)膜去除技術(shù)等，但大多數(shù)由于技術(shù)要求高，投資、運(yùn)行成本等原因，在實(shí)際 運(yùn)用中往往受到限制。其中，針對(duì)目標(biāo)污染物的去除對(duì)傳統(tǒng)土地處理系統(tǒng)中的填料介質(zhì)進(jìn) 行改進(jìn)優(yōu)化后，構(gòu)建人工復(fù)合土層處理系統(tǒng)，具有投資少，運(yùn)行成本低，操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。關(guān) 于利用土層系統(tǒng)去除微量有機(jī)污染物的研究已經(jīng)有許多文獻(xiàn)報(bào)道過(guò)，但由于天然土層去除 能力有限，去除持久效果較差，因而在實(shí)際運(yùn)行中難以推廣運(yùn)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種去除水中典型內(nèi)分泌 干擾物的復(fù)合土層系統(tǒng)、方法和實(shí)驗(yàn)裝置，針對(duì)目標(biāo)污染物，采用吸附能力、生物降解能力 較強(qiáng)的人工濾料代替?zhèn)鹘y(tǒng)土地處理系統(tǒng)當(dāng)中的天然土層，構(gòu)建復(fù)合土層處理系統(tǒng)，借助以 濾料為主的介質(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。
[0007] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：
[0008] -種去除水中典型內(nèi)分泌干擾物的復(fù)合土層系統(tǒng)，包括：
[0009] 位于最上的用于強(qiáng)化微生物的降解作用及保證高水力負(fù)荷的降解層1，降解層1 的填充土壤中添加有火山巖；
[0010] 位于中間的強(qiáng)化填料對(duì)污染物的吸附去除作用的吸附層2 ;
[0011] 以及位于最下的用于支撐和過(guò)濾的過(guò)濾承托層3。
[0012] 所述降解層1厚度30cm，填充土壤由采自北京潮白河再生水回灌區(qū)的包氣帶及底 泥土壤按V:v= 1:1混合得到，火山巖按照與填充土壤V:V= 1:1的比例添加；所述吸附層 2厚度50cm，填料為沸石、陶?；蜉p石；所述過(guò)濾承托層3厚度10cm，填充介質(zhì)為粗砂爍和 卵石。
[0013] 所述典型內(nèi)分泌干擾物為EE2和BPA。
[0014] 本發(fā)明還提供了基于所述去除水中典型內(nèi)分泌干擾物的復(fù)合土層系統(tǒng)的方法，其 特征在于，使待處理水自上而下依次通過(guò)降解層1、吸附層2和過(guò)濾承托層3。
[0015] 本發(fā)明還提供了一種去除水中典型內(nèi)分泌干擾物的實(shí)驗(yàn)裝置，包括：
[0016] 有機(jī)玻璃柱體4,外徑15cm，內(nèi)徑14cm，總高度lm，其頂端有進(jìn)水口，底端有出水 P;
[0017]自下而上位于有機(jī)玻璃柱體4內(nèi)的厚度10cm的過(guò)濾承托層3、厚度50cm的吸附層 2和厚度30cm的降解層1;
[0018] 位于降解層1上方的再生水容腔5,再生水容腔5側(cè)面設(shè)置溢流口 6,再生水在再 生水容腔5中高度為7cm，溢流口 6距離有機(jī)玻璃柱體4頂端進(jìn)水口 3cm;
[0019] 其中，有機(jī)玻璃柱體4的側(cè)面開有3個(gè)水樣取口 7,與降解層1上表面的距離依次 為 10cm、30cm、55cm;
[0020] 所述水樣取口 7設(shè)置有用于取水的雙管陶土頭，與所述水樣取口 7位于同一水平 面上設(shè)置有相應(yīng)的土樣取口 8。
[0021] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：
[0022] 1)能高效去除再生水中微量EE2和BPA，去除率在97%以上，降低了再生水回用帶 來(lái)的生態(tài)及人體健康風(fēng)險(xiǎn)。
[0023] 2)對(duì)水中EE2和BPA有高效、持久的去除效率，對(duì)含高濃度EE2及BPA的再生水配 水，能保持90%以上的去除效率。
[0024] 3)系統(tǒng)具有較高的水力負(fù)荷，相比于傳統(tǒng)土層處理系統(tǒng)，降解層土壤厚度相對(duì)較 小，且添加了大顆粒的火山巖填料，增強(qiáng)了通透性，有效緩解了堵塞問(wèn)題。
[0025] 4)對(duì)場(chǎng)地及技術(shù)要求低，填料介質(zhì)來(lái)源廣泛且價(jià)格低廉，具有投資少，運(yùn)行成本 低，操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說(shuō)明】
[0026] 圖1為本發(fā)明的人工復(fù)合土層系統(tǒng)示意圖。
[0027] 圖2為實(shí)施例1中回灌6d后BPA沿程去除情況。
[0028] 圖3為實(shí)施例1中回灌15d后BPA沿程去除情況。
【具體實(shí)施方式】
[0029] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式。
[0030] 水中EE2和BPA進(jìn)入土層處理系統(tǒng)，主要通過(guò)土層中濾料的吸附及降解作用得到 去除。本發(fā)明人工復(fù)合土層包括3層，最上層為降解層1，復(fù)氧效率高，利于生物降解作用； 下層為吸附層2,逐漸趨于厭氧條件，通過(guò)強(qiáng)化吸附作用強(qiáng)化截留效率；底部以不同粒徑的 卵石等作為過(guò)濾承托層3。
[0031] 降解層1厚度為30cm，以強(qiáng)化EDCs的生物降解作用為主，主要填充微生物含量豐 富、滲透性好的自然壤土，或土壤與礦物填料介質(zhì)混合得到的透氣性土壤。吸附層2功能為 進(jìn)一步吸附去除H)Cs及上層滲濾液中的其他污染物，厚度為50cm，以吸附容量較大且便宜 易獲得的填料為主，如沸石、陶粒、蛭石等，通過(guò)濾料的吸附解吸特性進(jìn)行選擇。過(guò)濾承托層 3的功能為支撐上部的填充介質(zhì)，厚度為10cm，填充介質(zhì)為粗砂礫和卵石。具體構(gòu)建內(nèi)容 為：
[0032] (1)吸附層填料優(yōu)選
[0033] 通過(guò)EE2和BPA在選擇的4種常用填料介質(zhì)中的吸附解吸特性研究可知，4種常用 填料介質(zhì)對(duì)EE2的吸附能力大小排序?yàn)椋夯鹕綆r〉粘土陶粒~頁(yè)巖陶?！捣惺粚?duì)BPA的吸 附能力由大到小排序?yàn)椋夯鹕綆r~粘土陶?！淀?yè)巖陶粒〉沸石。綜合考慮4種填料介質(zhì)的 抗壓能力、外形等物理性質(zhì)及對(duì)rocs類污染物的吸附去除能力等因素，火山巖和粘土陶粒 都對(duì)EE2和BPA有較強(qiáng)的吸附能力，但由于火山巖呈多孔疏松狀，易壓碎，而粘土陶粒外表 面呈光滑圓形，利于布水，因而在復(fù)合土層構(gòu)建中優(yōu)選粘土陶粒作為吸附層2的填料。
[0034] (2)降解層構(gòu)建
[0035] 研究結(jié)果表明，土壤中微生物代謝產(chǎn)生的胞外聚合物堵塞土壤孔隙可能是造成土 層處理系統(tǒng)堵塞的主要原因。因而，降解層選取富含微生物及有機(jī)質(zhì)含量豐富、易于微生物 生長(zhǎng)的土壤，便于運(yùn)行過(guò)程中降解生物膜的形成，加強(qiáng)生物降解作用；同時(shí)可在土壤中添加 孔隙率及顆粒較大的填料介質(zhì)，一方面能增強(qiáng)吸附作用，另一方面可提高土壤通透性，加強(qiáng) 降解層復(fù)氧，強(qiáng)化微生物降解作用。
[0036] 該人工復(fù)合土層中，表層介質(zhì)復(fù)氧效率高，利于生物降解作用；深層介質(zhì)逐漸趨于 厭氧條件，通過(guò)強(qiáng)化吸附作用強(qiáng)化截留效率。
[0037] 為對(duì)上述系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，構(gòu)建了簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)裝置。
[0038] 如圖1所示，實(shí)驗(yàn)裝置土柱由有機(jī)玻璃制成，包括：
[0039] 有機(jī)玻璃柱體4,外徑15cm，內(nèi)徑14cm，總高度lm，其頂端有進(jìn)水口，底端有出水 P;
[0040]自下而上位于