本发明涉及海绵城市建设和低影响开发领域，特别地，涉及一种分级生物过滤介质。此外，本发明还涉及一种包括上述分级生物过滤介质的制备方法、分级生物过滤系统。
背景技术：
近年来，中国水污染控制的力度在不断加大，但水污染恶化的趋势还没得到根本的遏制，同时随着对点源污染的有效控制，初期雨水和合流制溢流污水（简称cso）等带来的面源污染问题在我国引起越来越多的关注。经过国家推广和宣传，利用低影响开发技术处理雨水理念为越来越多的人所接受。目前初期雨水和cso等面源污染治理的方式大致可分为三类：源头、过程以及末端控制，常用的控制措施主要有生物滞留设施、溢流调蓄池、化学增强的一级处理、人工湿地等。但是，我国初期雨水和cso污染源集中释放位置往往空间受限，现有的常规控制措施或是占地面积较大，实施较困难，或是运营成本高，且污染物去除率受季节和水量水质变化影响较大，处理效果不稳定，无法适应我国雨水和cso污染变化特征。
生物过滤设施以填料为生物膜载体，利用生物膜中微生物氧化分解作用，填料及生物膜的吸附截留作用和沿水流方向形成的食物链分级捕食作用以及生物膜内部微环境和厌氧段的反硝化作用来净化污水，是污水处理中常用的一种生物处理技术。但不曝气且负荷较高时处理效果较差。同时填料性能对生物过滤设施处理效能、工程造价及运行费用影响最较大。多年以来，人们一直致力于研发比表面积大、微生物附着量多、运行效果好、价格低廉的填料。
生物滞留设施起源于二十世纪九十年代末的美国，由于其能够有效地控制面源污染，同时在尺寸、布局、位置等方面比较灵活，已逐渐成为国外广泛应用的径流雨水处理设施。近年来，随着我国海绵城市建设的逐步发展，生物滞留设施逐渐引起国内相关科研人员的重视，并开始探讨其处理各种来源的废水的可能性。生物滞留设施的基本原料之一就是具有保水性高、渗透能力强、有机质释放慢的复合介质填料。现有技术中的复合介质填料主要有四种形式：一是以腐殖土为基本原料的复合介质填料；二是以泥炭为基本原料的复合介质填料；三是以沙土为基本原料的复合介质填料；四是以种植土为基本原料的复合介质填料。但腐殖土、种植土中的营养物容易随着径流释放到受纳水体，且水的渗透性较差；沙土虽然渗透性能好，但保水性差，限制了植物选择，对景观效果产生了一些影响；泥炭属于不可再生的自然资源，很多地区都禁止开采泥炭。因此，需寻求一种固磷、除氮，减少二次污染、可持续发展的复合介质填料。
技术实现要素：
本发明提供了一种分级生物过滤介质及其制备方法、分级生物过滤系统，以解决现有的处理初期雨水和/或合流制溢流污水的污染物去除效果不稳定，无法适应我国初期雨水和/或合流制溢流污水变化特征，处理方式单一，无法满足水质各项指标，且使用的填料成本较高，无法实现推广应用的技术问题。
本发明采用的技术方案如下：
一种分级生物过滤介质，包括：用于对初期雨水和/或合流制溢流污水进行一级处理的生物过滤填料，及用于对经过一级处理的初期雨水和/或合流制溢流污水进行二级处理的生物滞留复合介质填料，生物过滤填料包括火山岩；生物滞留复合介质填料包括以下质量百分比：沸石3%～10%、粗砂50%～60%、细沙10%～15%、种植土20%～25%、椰糠2%～8%。
进一步地，生物滞留复合介质填料的初始下渗速率≥4.2×10-5m/s，稳定下渗率≥2.2×10-5m/s，ph为5.5～6.5，有机质烧灼失重率（loi）为2.5%～3.5%。
进一步地，沸石粒径为2mm～4mm，粗砂平均粒径大于等于0.5mm，细度模数为3.1～3.7；细沙平均粒径为0.25mm～0.35mm、细度模数为1.6～2.2；种植土的渗透能力＞3.5×10-6m/s，有机物含量＞5%，ph值为6～8，阳离子交换能力＞5mep/100g；椰糠ph值为5.5～6.5，椰糠的ec值电导率为0.5～0.9。
进一步地，火山岩的平均孔隙率为0.3～0.4，含泥量＜0.4%，比表面积＞9.5m2/g，盐酸可溶率＜3%。
根据本发明的另一方面，还提供了一种上述分级生物过滤介质的制备方法，生物滞留复合介质填料的制备方法，包括以下步骤：
s1：沸石清洗干净，将沸石浸泡于水中48h以上，浸泡后检测水中污染物浓度不上升后将沸石取出，晾干；
s2：将去除椰壳的椰糠用水浸泡，待体积膨胀到3～4倍时排除余水，再一边冲洗椰糠一边排水，反复清洗至少3次脱除盐分，晾干；
s3：将步骤s1所得沸石和步骤s2所得椰糠与粗砂、细沙、种植土搅拌混合，获得生物滞留复合介质填料；
生物过滤填料的制备方法，包括以下步骤：火山岩清洗干净，将火山岩浸泡于水中48h以上，浸泡后检测水中污染物浓度不上升后将火山岩取出，晾干。
根据本发明的另一方面，还提供了一种分级生物过滤系统，包括上述生物过滤填料形成的火山岩层和生物滞留复合介质填料形成的复合介质填料层；用于对初期雨水和/或合流制溢流污水进行过滤和生物降解的生物过滤池，及用于对经过生物过滤池处理后的初期雨水和/或合流制溢流污水进行过滤、除磷和除氮的生物滞留池；
生物过滤池包括：沿初期雨水和/或合流制溢流污水流动方向由下至上依次布设有用于对导入的初期雨水和/或合流制溢流污水进行均匀布水的砾石配水层、用于使经过砾石配水层均匀配水后的初期雨水和/或合流制溢流污水进行粗过滤和固化微生物以实现生物降解的火山岩层、用于使经过火山岩层过滤后的初期雨水和/或合流制溢流污水留滞以使生物过滤池形成稳定的缺氧/厌氧环境的第一蓄水层；
生物滞留池包括：沿初期雨水和/或合流制溢流污水流动方向由上至下依次布设有用于蓄积由第一蓄水层溢流出的初期雨水和/或合流制溢流污水的第二蓄水层、用于为复合介质填料层保水和防止初期雨水和/或合流制溢流污水直接冲击复合介质填料层的覆盖层、用于对经过覆盖层后的初期雨水和/或合流制溢流污水进行过滤、除磷和除氮的复合介质填料层、用于对经过复合介质填料层处理后的初期雨水和/或合流制溢流污水实现快速排水的砾石排水层。
进一步地，复合介质填料层的厚度为800mm～1000mm。
进一步地，火山岩层的厚度为1500mm～1800mm。
进一步地，火山岩层采用非单一粒径的火山岩颗粒，火山岩颗粒的平均粒径为10mm～20mm。
进一步地，砾石配水层的厚度为200mm～300mm；砾石排水层的厚度为300mm～400mm。
本发明具有以下有益效果：
本发明的分级生物过滤介质，包括对初期雨水和/或合流制溢流污水进行一级处理的生物过滤填料和二级处理的生物滞留复合介质填料，生物过滤填料包括火山岩，生物滞留复合介质填料包括：沸石、粗砂、细沙、种植土和椰糠。生物过滤填料采用我国矿藏丰富、开采简易、价格低廉、比表面积大、比重轻、不易堵塞、抗腐蚀、挂膜速度快、机械强度和化学稳定性好的火山岩滤料作为生物过滤填料，其对不同水质水量的cso有较强的适应性。本发明利用价廉、多孔、比表面积大、吸附性强、具有优良的离子交换性的沸石开发所需的填料介质，能提高生物滞留设施对氨氮的去除。将一级处理采用生物过滤填料和二级处理采用生物滞留复合介质填料，既能保证经过分级生物过滤介质处理后的出水水质，又能避免因负荷过高造成生物滞留复合介质填料堵塞。
本发明的分级生物过滤介质，其中生物滞留复合介质填料包括沸石、粗砂、细沙、种植土、椰糠。上述生物滞留复合介质填料中的椰糠遇水后可以膨胀到原体积的3～4倍，水分蒸腾后又可恢复到原来体积，一胀一缩造成生物滞留复合介质填料中的孔隙率变化，形成好氧、厌氧过程，为生物除氮提供了硝化和反硝化条件，以便将初期雨水和/或合流制溢流污水中的氮生成氮气而除去；同时椰糠具有良好的吸水性和保水性，有效的提高了生物滞留复合介质填料的保水作用，为植物的生长提供了良好的环境。上述粗砂除了有过滤吸附作用外，还能够使得生物滞留复合介质填料的渗透率达到150mm/h，而土壤的渗透率一般只有20mm/h～30mm/h。上述沸石内部硅铝氧组成的骨架中具有很多形状规则的空腔和连接空脏的通道，具有孔隙度高、比表面积大的特点，对氨氮具有很强的选择性离子交换能力。上述生物滞留复合介质填料中的各组分采用廉价的原材料，各组分按配比混合，以粗砂为主要骨架、以细沙为聚合物、以种植土为植物和微生物生长有机质维持体，以椰糠为桥梁搭建各组分形成植物和微生物生长的良好环境，以沸石对氨氮进行强化去除。构成的生物滞留复合介质填料既具有良好的渗透性，过滤性能稳定，又有较好的吸附能力，污染物处理效果好，而且适当的有机质含量和良好的保水性适宜植物和微生物生长。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照附图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是本发明优选实施例的分级生物过滤系统示意图。
附图标号说明：
1、生物过滤池；2、生物滞留池；
11、砾石配水层；12、火山岩层；13、第一蓄水层；
21、第二蓄水层；22、覆盖层；23、复合介质填料层；24、砾石排水层。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
图1是本发明优选实施例的分级生物过滤系统示意图。
本实施例的分级生物过滤介质，包括：用于对初期雨水和/或合流制溢流污水进行一级处理的生物过滤填料，及用于对经过一级处理的初期雨水和/或合流制溢流污水进行二级处理的生物滞留复合介质填料，生物过滤填料包括火山岩；生物滞留复合介质填料包括：沸石3%～10%、粗砂50%～60%、细沙10%～15%、种植土20%～25%、椰糠2%～8%。
本发明的分级生物过滤介质，包括对初期雨水和/或合流制溢流污水进行一级处理的生物过滤填料和二级处理的生物滞留复合介质填料，生物过滤填料包括火山岩，生物滞留复合介质填料包括：沸石、粗砂、细沙、种植土和椰糠。生物过滤填料采用我国矿藏丰富、开采简易、价格低廉、比表面积大、比重轻、不易堵塞、抗腐蚀、挂膜速度快、机械强度和化学稳定性好的火山岩滤料作为生物过滤填料，其对不同水质水量的cso有较强的适应性。本发明利用价廉、多孔、比表面积大、吸附性强、具有优良的离子交换性的沸石开发所需的填料介质，能提高生物滞留设施对氨氮的去除。将一级处理采用生物过滤填料和二级处理采用生物滞留复合介质填料，既能保证经过分级生物过滤介质处理后的出水水质，又能避免因负荷过高造成生物滞留复合介质填料堵塞。
本发明的分级生物过滤介质，其中生物滞留复合介质填料包括沸石、粗砂、细沙、种植土、椰糠。上述生物滞留复合介质填料中的椰糠遇水后可以膨胀到原体积的3～4倍，水分蒸腾后又可恢复到原来体积，一胀一缩造成生物滞留复合介质填料中的孔隙率变化，形成好氧、厌氧过程，为生物除氮提供了硝化和反硝化条件，以便将初期雨水和/或合流制溢流污水中的氮生成氮气而除去；同时椰糠具有良好的吸水性和保水性，有效的提高了生物滞留复合介质填料的保水作用，为植物的生长提供了良好的环境。上述粗砂除了有过滤吸附作用外，还能够使得生物滞留复合介质填料的渗透率达到150mm/h，而土壤的渗透率一般只有20mm/h～30mm/h。上述沸石内部硅铝氧组成的骨架中具有很多形状规则的空腔和连接空脏的通道，具有孔隙度高、比表面积大的特点，对氨氮具有很强的选择性离子交换能力。上述生物滞留复合介质填料中的各组分采用廉价的原材料，各组分按配比混合，以粗砂为主要骨架、以细沙为聚合物、以种植土为植物和微生物生长有机质维持体，以椰糠为桥梁搭建各组分形成植物和微生物生长的良好环境，以沸石对氨氮进行强化去除。构成的生物滞留复合介质填料既具有良好的渗透性，过滤性能稳定，又有较好的吸附能力，污染物处理效果好，而且适当的有机质含量和良好的保水性适宜植物和微生物生长。
粗砂50%～60%，粗砂作为生物滞留复合介质填料的主要骨架，一方面保持生物滞留复合介质填料孔隙率在适宜范围，保障生物滞留复合介质填料的良好透水性，另一方面具有良好的过滤吸附作用，有利于污染物去除。
细砂10%～15%，采用上述占比的细沙以保证复合介质填料中各组分颗粒的聚合性良好。
种植土20%～25%，采用上述占比的种植土，一方面，种植土与其他各组分颗粒的聚合性良好，另一方面，种植土能提供并保持复合介质填料中供植物和微生物生长所适宜的有机质和营养，构造适宜植物根系、微生物生长的环境。
椰糠2%～8%，椰糠遇水后可以膨胀到原体积的3～4倍，水分蒸腾后又可恢复到原来体积，上述占比为2%～8%的椰糠均匀分散在生物滞留复合介质填料内，一胀一缩造成生物滞留复合介质填料中的孔隙率变化，形成好氧、厌氧过程，为生物除氮提供了硝化和反硝化条件，以便将初期雨水和/或合流制溢流污水中的氮生成氮气而除去；同时椰糠具有良好的吸水性和保水性，有效的提高生物滞留复合介质填料的保水作用，为植物的生长提供良好的环境。
沸石2%～8%，沸石内部硅铝氧组成的骨架中具有很多形状规则的空腔和连接空脏的通道，使得沸石具有孔隙度高、比表面积大的特点，对氨氮具有很强的选择性离子交换能力。
上述各组分配比均是经过大量实验，各组分之间协同增效使得生物滞留复合介质填料的既可以去除初期雨水和/或合流制溢流污水污染，又可以保水、保肥，使营养物不随初期雨水和/或合流制溢流污水释放，又有足够的渗透率。如配比调整，对污染物去除效果、下渗率、植物生长都有不利影响。
本实施例中，生物滞留复合介质填料的初始下渗速率≥4.2×10-5m/s，稳定下渗率≥2.2×10-5m/s，ph为5.5～6.5，有机质烧灼失重率（loi）为2.5%～3.5%。上述生物滞留复合介质填料的初始下渗速率≥4.2×10-5m/s，稳定下渗率≥2.2×10-5m/s良好的渗透性，初期雨水能稳定下渗，保证处理效果稳定，同时也能有利于植物和微生物生长。ph5.5～6.5是常见污染物削减效果好的植物最适宜生长的ph值区间。上述有机质烧灼失重率（loi）为2.5%～3.5%，此区间的生物滞留复合介质中蕴含的有机质最适宜植物和微生物生长。
本实施例中，沸石粒径为2mm～4mm，粗砂平均粒径大于等于0.5mm，细度模数为3.1～3.7；细沙平均粒径为0.25mm～0.35mm、细度模数为1.6～2.2；种植土的渗透能力＞3.5×10-6m/s，有机物含量＞5%，ph值为6～8，阳离子交换能力＞5mep/100g；椰糠ph值为5.5～6.5，椰糠的ec值电导率为0.5～0.9。
本实施例中，火山岩的平均孔隙率为0.3～0.4，含泥量＜0.4%，比表面积＞9.5m2/g，盐酸可溶率＜3%。生物过滤填料使用火山岩，具有抗腐蚀性、惰性，在环境中不参与生物膜的生物化学反应。火山岩表面带有正电荷，有利于微生物固着生长，亲水性强，附着的生物膜量多且速度快。作为生物膜载体，火山岩生物过滤填料对所固定的微生物无害、无抑制性作用，不影响微生物的活性。火山岩比表面积大、开孔率高，有利于微生物的接触挂膜和生长，保持较多的微生物量，有利于微生物代谢过程中所需的氧气与营养物质及代谢产生的废物的传质过程，生产成本低，使用效果好，无毒无害，使用寿命长。
根据本发明的另一方面，还提供了一种上述分级生物过滤介质的制备方法，生物滞留复合介质填料的制备方法，包括以下步骤：
s1：沸石清洗干净，将沸石浸泡于水中48h以上，浸泡后检测水中污染物浓度不上升后将沸石取出，晾干；
s2：将去除椰壳的椰糠用水浸泡，待体积膨胀到3～4倍时排除余水，再一边冲洗椰糠一边排水，反复清洗至少3次脱除盐分，晾干；
s3：将步骤s1所得沸石和步骤s2所得椰糠与粗砂、细沙、种植土搅拌混合，获得生物滞留复合介质填料；
生物过滤填料的制备方法，包括以下步骤：火山岩清洗干净，将火山岩浸泡于水中48h以上，浸泡后检测水中污染物浓度不上升后将火山岩取出，晾干。
本发明的分级生物过滤介质的制备方法，将沸石清洗干净，浸泡，检测浸泡水的污染物指标，使用去除椰壳的椰糠以避免结块，保证椰糠与其他组分充分混合，反复清洗脱除椰糠盐分，避免盐度较高影响植物和微生物生长。上述粗砂平均粒径大于等于0.5mm，细度模数为3.1～3.7。细沙平均粒径为0.25mm～0.35mm、细度模数为1.6～2.2。上述种植土的渗透能力＞3.5×10-6m/s，有机物含量＞5%，ph值为6～8，阳离子交换能力＞5mep/100g。通过对各组分进行前期处理，到达相应的性能指标；再将各组分进行充分混合，形成生物滞留复合介质填料，实现既可以去除初期雨水和/或合流制溢流污水污染，又可以保水、保肥，使营养物质不随初期雨水和/或合流制溢流污水释放，并具有足够的渗透率。将生物过滤填料的火山岩清洗干净，浸泡，检测浸泡水的污染物指标，晾干。
如图1所示，根据本发明的另一方面，还提供了一种分级生物过滤系统，包括上述生物过滤填料形成的火山岩层12和生物滞留复合介质填料形成的复合介质填料层23；用于对初期雨水和/或合流制溢流污水进行过滤和生物降解的生物过滤池1，及用于对经过生物过滤池1处理后的初期雨水和/或合流制溢流污水进行过滤、除磷和除氮的生物滞留池2；
生物过滤池1包括：沿初期雨水和/或合流制溢流污水流动方向由下至上依次布设有用于对导入的初期雨水和/或合流制溢流污水进行均匀布水的砾石配水层11、用于使经过砾石配水层11均匀配水后的初期雨水和/或合流制溢流污水进行粗过滤和固化微生物以实现生物降解的火山岩层12、用于使经过火山岩层12过滤后的初期雨水和/或合流制溢流污水留滞以使生物过滤池1形成稳定的缺氧/厌氧环境的第一蓄水层13；
生物滞留池2包括：沿初期雨水和/或合流制溢流污水流动方向由上至下依次布设有用于蓄积由第一蓄水层13溢流出的初期雨水和/或合流制溢流污水的第二蓄水层21、用于为复合介质填料层23保水和防止初期雨水和/或合流制溢流污水直接冲击复合介质填料层23的覆盖层22、用于对经过覆盖层22后的初期雨水和/或合流制溢流污水进行过滤、除磷和除氮的复合介质填料层23、用于对经过复合介质填料层23处理后的初期雨水和/或合流制溢流污水实现快速排水的砾石排水层24。
如图1所示，本发明的分级生物过滤系统，包括生物过滤池1和生物滞留池2。生物过滤池1由下至上包括砾石配水层11、火山岩层12、第一蓄水层13。初期雨水和/或合流制溢流污水引入砾石配水层11，对初期雨水和/或合流制溢流污水进行均匀布水，再经过火山岩层12进行粗过滤和固化微生物以实现生物降解，然后再经过第一蓄水层13。砾石配水层11能够对初期雨水和/或合流制溢流污水实现均匀布水，从而有利于初期雨水和/或合流制溢流污水中污染物进入火山岩层12后与生物过滤填料充分接触进行生物降解以净化污水，流入第一蓄水层13。生物滞留池2包括由上至下包括蓄水层21、覆盖层22、复合介质填料层23和砾石层24，将经过生物过滤池1处理后的初期雨水和/或合流制溢流污水引入第二蓄水层21中，经过覆盖层22为复合介质填料层23保水，再经过复合介质填料层23进行过滤、除氮、除磷处理，并且，复合介质填料层3具有适当的有机质含量，较好的吸附能力和保水性适宜植物和微生物生长，再通过砾石层4将净化后的初期雨水和/或合流制溢流污水进行快速排出。上述初期雨水和/或合流制溢流污水经过分级生物过滤系统层层过滤，在保证高效去除悬浮物的同时，不仅能确保复合介质填料层3不易堵塞，并使复合介质填料层3能更有效发挥对污染物的生物降解和除磷脱氮，进而提高污染物去除净化效果，无需频繁更换生物滞留复合介质填料。
本实施例中，复合介质填料层23的厚度为800mm～1000mm。
本实施例中，火山岩层12的厚度为1500mm～1800mm。
本实施例中，火山岩层12采用非单一粒径的火山岩颗粒，火山岩颗粒的平均粒径为10mm～20mm。
本实施例中，砾石配水层11的厚度为200mm～300mm；砾石排水层24的厚度为300mm～400mm。
本实施例中，在复合介质填料层23上部与覆盖层22之间还可种植植被。上述复合介质填料层23具有保水、保肥，使营养物质不随初期雨水释放的作用，因此，可以满足多种景观植物的生成条件。
实施例
实施例1
分级生物过滤介质，包括：用于对初期雨水和/或合流制溢流污水进行一级处理的生物过滤填料，及用于对经过一级处理的初期雨水和/或合流制溢流污水进行二级处理的生物滞留复合介质填料，生物过滤填料包括火山岩，火山岩平均粒径为15mm，含泥量＜0.4%，比表面积＞9.5m2/g，盐酸可溶率＜3%；生物滞留复合介质填料，包括以下质量百分比：沸石5%、粗砂54%、细沙13.5%、种植土22.5%、椰糠5%，生物滞留复合介质填料的初始下渗速率≥4.2×10-5m/s，稳定下渗率≥2.2×10-5m/s，ph为6.3，有机质烧灼失重率（loi）为3.2%，沸石粒径为4mm；粗砂平均粒径为0.8mm，细度模数为3.5；细沙平均粒径为0.3mm、细度模数为2；种植土的渗透能力＞3.5×10-6m/s，有机物含量＞5%，ph值为7.1，阳离子交换能力＞5mep/100g；椰糠ph值为5.5，椰糠的ec值电导率为0.6。
分级生物过滤介质的制备方法，包括以下步骤：
生物滞留复合介质填料，包括以下步骤：
s1：沸石清洗干净，将沸石浸泡于水中48h以上，浸泡后水中按《地表水环境质量标准》（gb3838）基本项目指标检测的污染物浓度不上升后平摊在场地上自然晾干；
s2：将去除椰壳的椰糠用水浸泡，待体积膨胀到3～4倍时排除余水，再一边冲洗椰糠一边排水，反复清洗3次脱除盐分，晾干；
s3：将步骤s1所得沸石和步骤s2所得椰糠与粗砂、细沙、种植土搅拌混合，获得生物滞留复合介质填料。
生物过滤填料的制备方法，包括以下步骤：火山岩清洗干净，将火山岩浸泡于水中48h以上，浸泡后水中按《地表水环境质量标准》（gb3838）基本项目指标检测的污染物浓度不上升后平摊在场地上自然晾干。
分级生物过滤系统，包括：上述生物过滤填料形成的火山岩层12和生物滞留复合介质填料形成的复合介质填料层23；用于对初期雨水和/或合流制溢流污水进行过滤和生物降解的生物过滤池1，及用于对经过生物过滤池1处理后的初期雨水和/或合流制溢流污水进行过滤、除磷和除氮的生物滞留池2；生物过滤池1包括：沿初期雨水和/或合流制溢流污水流动方向由下至上依次布设有用于对导入的初期雨水和/或合流制溢流污水进行均匀布水的300mm的砾石配水层11、用于使经过砾石配水层11均匀配水后的初期雨水和/或合流制溢流污水进行粗过滤和固化微生物以实现生物降解的1600mm的火山岩层12、用于使经过火山岩层12过滤后的初期雨水和/或合流制溢流污水留滞以使生物过滤池1形成稳定的缺氧/厌氧环境的200mm的第一蓄水层13；生物滞留池2包括：沿初期雨水和/或合流制溢流污水流动方向由上至下依次布设有用于蓄积由第一蓄水层13溢流出的初期雨水和/或合流制溢流污水的300mm的第二蓄水层21、用于为复合介质填料层23保水和防止初期雨水和/或合流制溢流污水直接冲击复合介质填料层23的100mm的覆盖层22、用于对经过覆盖层22过滤后的初期雨水和/或合流制溢流污水进行过滤、除磷和除氮的800mm的复合介质填料层23、用于对经过复合介质填料层23处理后的初期雨水和/或合流制溢流污水实现快速排水的400mm的砾石排水层24。
实施例2
分级生物过滤介质，包括：用于对初期雨水和/或合流制溢流污水进行一级处理的生物过滤填料，及用于对经过一级处理的初期雨水和/或合流制溢流污水进行二级处理的生物滞留复合介质填料，生物过滤填料包括火山岩，火山岩平均粒径为13mm，含泥量＜0.4%，比表面积＞9.5m2/g，盐酸可溶率＜3%；生物滞留复合介质填料，包括以下质量百分比：沸石5%、粗砂54%、细沙13.5%、种植土22.5%、椰糠5%，生物滞留复合介质填料的初始下渗速率≥4.2×10-5m/s，稳定下渗率≥2.2×10-5m/s，ph为6.3，有机质烧灼失重率（loi）为3.2%，沸石粒径为3mm；粗砂平均粒径为0.8mm，细度模数为3.5；细沙平均粒径为0.3mm、细度模数为2；种植土的渗透能力＞3.5×10-6m/s，有机物含量＞5%，ph值为7.1，阳离子交换能力＞5mep/100g；椰糠ph值为6，椰糠的ec值电导率为0.75。
分级生物过滤介质的制备方法与实施例1相同。
分级生物过滤系统与实施例1相同。
实施例3
分级生物过滤介质，包括：用于对初期雨水和/或合流制溢流污水进行一级处理的生物过滤填料，及用于对经过一级处理的初期雨水和/或合流制溢流污水进行二级处理的生物滞留复合介质填料，生物过滤填料包括火山岩，火山岩平均粒径为15mm，含泥量＜0.4%，比表面积＞9.5m2/g，盐酸可溶率＜3%；生物滞留复合介质填料，包括以下质量百分比：沸石5%、粗砂54%、细沙13.5%、种植土22.5%、椰糠5%，生物滞留复合介质填料的初始下渗速率≥4.2×10-5m/s，稳定下渗率≥2.2×10-5m/s，ph为6.3，有机质烧灼失重率（loi）为3.2%，沸石粒径为3mm；粗砂平均粒径为0.8mm，细度模数为3.5；细沙平均粒径为0.3mm、细度模数为2；种植土的渗透能力＞3.5×10-6m/s，有机物含量＞5%，ph值为7.1，阳离子交换能力＞5mep/100g；椰糠ph值为6.2，椰糠的ec值电导率为0.8。
分级生物过滤介质的制备方法与实施例1相同。
分级生物过滤系统与实施例1相同。
对比例1
生物滞留复合介质填料包括100%种植土。
生物滞留池，包括：沿初期雨水和/或合流制溢流污水流动方向由上至下依次布设有用于蓄积由第一蓄水层溢流出的初期雨水和/或合流制溢流污水的300mm的第二蓄水层、用于为复合介质填料层保水和防止初期雨水和/或合流制溢流污水直接冲击复合介质填料层的100mm的覆盖层、用于对经过覆盖层过滤后的初期雨水和/或合流制溢流污水进行过滤、除磷和除氮的800mm的复合介质填料层、用于对经过复合介质填料层处理后的初期雨水和/或合流制溢流污水实现快速排水的400mm的砾石排水层。
对比例2
生物滞留复合介质填料包括60%粗砂、15%细沙、25%种植土，生物滞留池与对比例1相同。
对比例3
生物滞留复合介质填料包括58%粗砂、14%细沙、23%种植土、5%椰糠，生物滞留池与对比例1相同。
对比例4
生物过滤填料，包括火山岩，火山岩平均粒径为15mm，含泥量＜0.4%，比表面积＞9.5m2/g，盐酸可溶率＜3%。
生物过滤填料的制备方法，包括以下步骤：火山岩清洗干净，将火山岩浸泡于水中48h以上，浸泡后水中按《地表水环境质量标准》（gb3838）基本项目指标检测的污染物浓度不上升后平摊在场地上自然晾干。
生物过滤池，包括：沿初期雨水和/或合流制溢流污水流动方向由下至上依次布设有用于对导入的初期雨水和/或合流制溢流污水进行均匀配水的300mm的砾石配水层、用于使经过砾石层均匀配水后的初期雨水和/或合流制溢流污水进行粗过滤和固化微生物以实现生物降解的1600mm的火山岩层、用于使经过火山岩层过滤后的初期雨水和/或合流制溢流污水留滞以使生物过滤池形成稳定的缺氧/厌氧环境的200mm的第一蓄水层。
对比例5
生物过滤填料包括100%砾石，生物过滤池与对比例4相同。
对比例6
生物过滤填料包括100%陶粒，生物过滤池与对比例4相同。
对比例7
生物过滤填料包括100%沸石，生物过滤池与对比例4相同。
将cso（一）、cso（二）、cso（三）引入上述实施例1～3的生物滞留设施，将进水（一）引入对比例1～3的生物滞留设施，将cso（四）、cso（五）引入对比例4的生物过滤池，进水（二）引入对比例5～7的生物过滤池，并对未经过生物滞留设施或生物过滤池处理的水和经过生物滞留设施或生物过滤池处理后的水进行水质检测，测定水质的cod（化学需氧量）、ss（悬浮物）、nh3-n（氨氮）、tn（总氮）、tp（总磷）。
表1实施例的cso的水质情况
表2对比例1、2和3的水质情况
表3对比例4的水质情况
表4对比例5、6和7的水质情况
由表1、2、3和4可知，本发明的生物滞留设施的cod、ss、nh3-n、tn、tp去除效果明显，而对比例1～3生物滞留设施，虽然对比例1的ss去除率较高，但是cod和tp的去除率较低，对比例2的ss去除率较高，但是tn和tp的去除率较低，对比例4的生物过滤池的各指标的去除率较低，同样对比例5～7生物过滤池的各指标的去除率均较低，过滤效果较差。因此，本发明的生物滞留设施的过滤后的水质各项指标均达标，而且，生物滞留设施中的生物滞留复合介质填料具有适当的有机质含量和良好的保水性，适宜植物和微生物生长。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
技术特征：
1.一种分级生物过滤介质，其特征在于，
包括：用于对初期雨水和/或合流制溢流污水进行一级处理的生物过滤填料，及用于对经过一级处理的初期雨水和/或合流制溢流污水进行二级处理的生物滞留复合介质填料，
所述生物过滤填料包括火山岩；
所述生物滞留复合介质填料包括以下质量百分比：沸石3%～10%、粗砂50%～60%、细沙10%～15%、种植土20%～25%、椰糠2%～8%。
2.根据权利要求1所述的分级生物过滤介质，其特征在于，
所述生物滞留复合介质填料的初始下渗速率≥4.2×10-5m/s，稳定下渗率≥2.2×10–5m/s，ph为5.5～6.5，有机质烧灼失重率（loi）为2.5%～3.5%。
3.根据权利要求1所述的分级生物过滤介质，其特征在于，
所述沸石粒径为2mm～4mm；
所述粗砂平均粒径大于等于0.5mm，细度模数为3.1～3.7；
所述细沙平均粒径为0.25mm～0.35mm、细度模数为1.6～2.2；
所述种植土的渗透能力＞3.5×10-6m/s，有机物含量＞5%，ph值为6～8，阳离子交换能力＞5mep/100g；
所述椰糠ph值为5.5～6.5，所述椰糠的ec值电导率为0.5～0.9。
4.根据权利要求1所述的分级生物过滤介质，其特征在于，
所述火山岩的平均孔隙率为0.3～0.4，含泥量＜0.4%，比表面积＞9.5m2/g，盐酸可溶率＜3%。
5.一种根据权利要求1至4任一项所述的分级生物过滤介质的制备方法，其特征在于，
生物滞留复合介质填料的制备方法，包括以下步骤：
s1：沸石清洗干净，将沸石浸泡于水中48h以上，浸泡后检测水中污染物浓度不上升后将沸石取出，晾干；
s2：将去除椰壳的椰糠用水浸泡，待体积膨胀到3～4倍时排除余水，再一边冲洗椰糠一边排水，反复清洗至少3次脱除盐分，晾干；
s3：将步骤s1所得沸石和步骤s2所得椰糠与粗砂、细沙、种植土搅拌混合，获得生物滞留复合介质填料；
生物过滤填料的制备方法，包括以下步骤：火山岩清洗干净，将火山岩浸泡于水中48h以上，浸泡后检测水中污染物浓度不上升后将火山岩取出，晾干。
6.一种分级生物过滤系统，其特征在于，包括：权利要求1至4任一项所述的生物过滤填料形成的火山岩层（12）和生物滞留复合介质填料形成的复合介质填料层（23）；
用于对初期雨水和/或合流制溢流污水进行过滤和生物降解的生物过滤池（1），及用于对经过所述生物过滤池（1）处理后的初期雨水和/或合流制溢流污水进行过滤、除磷和除氮的生物滞留池（2）；
所述生物过滤池（1）包括：沿初期雨水和/或合流制溢流污水流动方向由下至上依次布设有用于对导入的初期雨水和/或合流制溢流污水进行均匀布水的砾石配水层（11）、用于使经过所述砾石配水层（11）均匀配水后的初期雨水和/或合流制溢流污水进行粗过滤和固化微生物以实现生物降解的火山岩层（12）、用于使经过所述火山岩层（12）过滤后的初期雨水和/或合流制溢流污水留滞以使所述生物过滤池（1）形成稳定的缺氧/厌氧环境的第一蓄水层（13）；
所述生物滞留池（2）包括：沿初期雨水和/或合流制溢流污水流动方向由上至下依次布设有用于蓄积由所述第一蓄水层（13）溢流出的初期雨水和/或合流制溢流污水的第二蓄水层（21）、用于为复合介质填料层（23）保水和防止初期雨水和/或合流制溢流污水直接冲击复合介质填料层（23）的覆盖层（22）、用于对经过所述覆盖层（22）初滤缓冲后的初期雨水和/或合流制溢流污水进行过滤、除磷和除氮的复合介质填料层（23）、用于对经过所述复合介质填料层（23）处理后的初期雨水和/或合流制溢流污水实现快速排水的砾石排水层（24）。
7.根据权利要求6所述的分级生物过滤系统，其特征在于，
所述复合介质填料层（23）的厚度为800mm～1000mm。
8.根据权利要求6所述的分级生物过滤系统，其特征在于，
所述火山岩层（12）的厚度为1500mm～1800mm。
9.根据权利要求8所述的分级生物过滤系统，其特征在于，
所述火山岩层（12）采用非单一粒径的火山岩颗粒，所述火山岩颗粒的平均粒径为10mm～20mm。
10.根据权利要求9所述的分级生物过滤系统，其特征在于，
所述砾石配水层（11）的厚度为200mm～300mm；
所述砾石排水层（24）的厚度为300mm～400mm。
技术总结
本发明公开了一种分级生物过滤介质及其制备方法、分级生物过滤系统，包括：用于对初期雨水和/或合流制溢流污水进行一级处理的生物过滤填料，及用于对经过一级处理的初期雨水和/或合流制溢流污水进行二级处理的生物滞留复合介质填料，生物过滤填料包括火山岩；生物滞留复合介质填料包括以下质量百分比：沸石3%～10%、粗砂50%～60%、细沙10%～15%、种植土20%～25%、椰糠2%～8%。本发明的分级生物过滤介质，包括对初期雨水和/或合流制溢流污水进行一级处理的生物过滤填料和二级处理的生物滞留复合介质填料，既能保证经过分级生物过滤介质处理后的出水水质，又能避免因负荷过高造成生物滞留复合介质填料堵塞。
技术开发人、权利持有人：贺卫宁;马晶伟;陆先镭;林潇;吴羽璇;施周;陈蕃;王莉
