CN101434420A - 一种河道可渗透性反应墙系统及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种河道可渗透性反应墙系统及其在水污染处理中的应用。所述系统是在河堤上以地面式、半埋式或全埋式设置一个或多个水处理单元，通过配水系统将河水不间断通过水处理单元处理后返回到河道中，或将河道附近的面源型污染水体通过处理单元处理后再进入河道；所述水处理单元包括进水槽、可渗透性反应墙及出水槽三部分，进水槽与可渗透性反应墙中间用网状格栅分开。该系统是对河堤进行适当改造，不需占用其他土地资源；采用了原有PRB技术原理的同时对其进行了改进，使其适合河道水质净化和入河污染控制，而对河道功能没有影响。该系统对入湖河流、城市纳污河流的水质处理及入河面源型污染的控制均取得了显著的效果。

Description

一种河道可渗透性反应墙系统及其应用

技术领域

本发明属于水污染控制工程技术领域，具体涉及一种新型河道水质污染修复技术-河道可渗透性反应墙(PRB)系统，可直接应用到水污染净化、控制工程，如被污染河道治理，水环境生态修复、入河(湖)污染控制等场合。

背景技术

可渗透性反应墙(permeable reactive barrier，简称PRB，亦称为可渗透性反应屏障或可渗透性反应格栅)是目前欧美发达国家普遍研究并已开始初步商业化应用的一种地下水污染修复技术。该技术早在1982年就在美国环保署(USEPA)发行的环境处理手册上有介绍。美国环保署(USEPA)1998年发行的《污染物修复的PRB技术》手册对PRB的描述为：在地下安置活性材料墙体以便拦截污染带(团)，使污染带(团)通过反应介质后，污染物能得到降解去除，从而实现使污染物浓度达到环境标准。由此可以看出，PRB是一个阻截性的反应材料原位处理系统，它将反应材料垂直于地下水中污染带(团)的流动方向放置，当这种污染带(团)流经反应墙时，与反应材料发生物理、化学及生物等作用而被降解、吸附、沉淀或去除，使污染带(团)得到处理。PRB技术突破性的研究进展是在90年代初由加拿大的一些研究机构完成，并有多项专利技术。一些专业环境顾问公司如Golder Associate Ltd等也进行了专门研究和工程实践。

PRB技术最初是为修复地下水污染而设计的，可广泛用于处理地下水中的有机和无机污染物。目前研究最多的污染物中影响较大的主要是氯代有机物，如：四氯乙烯(C₂Cl₄，简称PCE)、三氯乙烯(C₂HCl₃，简称TCE)、二氯乙烯(C₂H₂Cl₂，简称DCE)、氯乙烯(C₂H₃Cl，简称VC)。无机污染物主要是重金属离子，包括Cr⁶⁺、Cd²⁺、Zn²⁺、Pb²⁺、Hg⁺、As³⁺、Ni²⁺、Cu²⁺和Ag⁺等。

PRB的反应原理包括吸附、沉淀、氧化—还原、固化、物理转化和生化反应等。按结构，PRB有以下两种基本形式：①连续墙式PRB(continuous wallPRB)，②隔水漏斗-导水门式PRB(funnel-and-gate PRB)；按反应性质，可分为化学沉淀反应墙、吸附反应墙、氧化-还原反应墙和生物降解反应墙，主要是反应墙内填充的反应介质不同。反应材料选择的基本原则是高效、经济、环境安全。目前国内外常用的反应材料是零价铁，及一些辅助活性材料，如用于物理吸附的活性炭、沸石、黏土矿物、煤炭、铝硅酸盐等；用于化学吸附的磷酸盐、石灰石、铁氧化合物、双金属、多金属以及微生物材料等。

PRB技术具有处理效果好、运行维护费用低、处理时效长等优点，随着研究的不断深入，国外已有少数研究者将这一最初用于地下水污染防治的技术应用于地表污染水体的修复，但其研究成果离实际工程应用还有相当距离，国内更是鲜有这方面的报道，该技术在这一方面的应用基础研究是今后PRB技术重要的研究方向。

目前河道水质净化技术，分为原位处理和异位处理两类，如何充分利用受纳水体周围的河堤、塘埂等没有水质净化作用的土地来开发、构建既不影响河道功能又不占用其它土地资源的污水处理设施，达到净化水质、修复水环境的目标，是河道污染控制的方向之一；另外，如何解决河道附近的农田、菜地农业污水等(面源型)入河污染问题，阻断污染源，控制入河污染(尤其是一些特殊河道，如雨源型城市“断头河”)，在河、湖等水污染治理控制方面也具有重大意义。

发明内容

在原有PRB技术原理的基础上，针对现有河道水质净化技术的不足，本发明的目的首先是提供一种易于实际河道水质净化、控制工程应用的修复技术-河道PRB系统。

本发明的另一目的是提供上述河道PRB系统在水污染净化、控制工程，如被污染河道治理，水环境生态修复、入河(湖)污染控制等领域的应用。

本发明的目的通过以下技术方案实现：一种河道可渗透性反应墙系统，是对完全人工化的、对河水基本没有净化功能的河堤进行适当改造，形成具有水质净化功能的河岸带复合系统。该系统是在河堤上以地面式、半埋式或全埋式设置一个或多个水处理单元，通过配水系统将河水经过水处理单元处理后返回到河道中，以净化河水水质，或将河道附近的面源型污染水体通过处理单元处理后再进入河道，以阻断污染源、控制入河污染；

所述水处理单元包括进水槽、可渗透性反应墙及出水槽三部分，进水槽与可渗透性反应墙中间用网状格栅分开。

上述可渗透性反应墙由两侧的垫层和中间的填料层组成。

上述填料层中，为避免系统内短流，保证系统的水质净化效果，填料装填时布设导流板等设施。

上述填料层的填料可以是：铁屑、石灰石、陶粒、焦炭、废旧轮胎碎片及沸石等常见易得的材料。视来水及目标水质要求选用填料组合方式，由于河水中SS值较大，因此介质粒径优选在2-4cm，介质空隙率优选0.36～0.40，当反应材料以组合方式填入混合反应介质时，尽量使各介质粒径均匀，且混合均匀。

上述水处理单元三部分(进水槽、可渗透性反应墙、出水槽)的高适宜范围为1.5～2.0m。各部分的面积，特别是反应区的面积要根据受污染河水实际水质状况、出水指标要求等因素决定，床(墙)体由砖和水泥砌成池子构成。因系统是以地面式、半埋式或全埋式等方式建立在河堤上的，为了确保河堤的安全，要增加床(墙)体的强度，因此床(墙)体建造时应采取适当措施夯实地基，并镶入钢混结构的地梁及圈梁。

为避免系统内渗水影响河堤安全，反应材料装填前，需要进行防渗处理(如用防渗水泥建造防渗层等)。

均匀布水、配水是保证系统的水质净化效果的关键之一，为了使布水方式符合设计目标，即配水尽量均匀，充分与反应介质接触，系统采用配水槽配水方式。进水槽与反应区连为一体中间用细格栅分开，因此配水利用自身势能在整个PRB截断面均匀布水。

上述系统中，所述面源性污染水体是指污水面源型农业污水，如农田、菜地等农业污水。

本发明还提供了上述河道可渗透性反应墙系统在水污染处理中的应用，实施例中列举了两种具体的应用方式。

本发明相对现有技术具有如下的优点及效果：

(1)通过对完全人工化的、基本没有净化功能的河堤进行适当改造(可以是地面式、半埋式或全埋式等多种形式)，不需占用其他土地资源；

(2)采用了原有PRB技术原理的同时对其进行了改进，使其适合河道水质净化和入河污染控制，而对河道功能没有影响；

(3)所采用填料遵循因地制宜，就近选取的原则，运行和管理费用低，且效果好；

(4)本技术适用范围广泛，可以运用于河道水质净化、入河污染控制等多方面，特别是适用于雨源型河道，如由于城市截污工程所造成的“断头河”等难处理河道；

(5)PRB系统结构简单，采用粗放的管理模式，只需定期对动力系统(如：潜水泵)检修，即可维持系统正常运行，运行维护成本低廉。

附图说明

图1是本发明河道PRB系统的水处理单元的示意图。

图2是实施例1所述河道PRB系统的平面示意图。

图3是实施例2所述河道PRB系统的示意图。

图4是实施例3所述河道PRB系统的示意图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图，对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施应用方式不限于此。

本发明河道PRB系统的水处理单元的示意图如图1所示，使用时，河道水由进水管1进入水处理单元，经过控制阀2、流量计3进入进水槽4，后经过网状栅格5均匀布水至PRB墙6。该PRB墙6由两侧的公分石垫层7和中间的填料层8组成，PRB墙6与进水槽4和出水槽9的交界处镶入圈梁10，底部设置挡泥墙11。河道水经PRB墙处理后，进入出水槽9，由出水管12重新排入河道。

实施例1

一河流为入湖河流，平均水深为2.0m，河堤沿自然缓坡，堤顶宽4-6.5m，一般情况下堤顶超高2.0m。由于河流中上游流经某一城市城区，来水污染源主要为城镇生活污水和部分工业废水，水质平均为：COD_Cr57.34mg/L、TN10.60mg/L、TP0.61mg/L，河水水质黑臭。

为修复河道水质，在河堤一侧，建立半埋式河道PRB系统(平面示意图如图2所示)，至堤顶向下开挖一米，挖方外运，为确保河堤安全，在底面以0.5m×0.5m的格式打入长约1.5m的松木桩若干，开挖后地面平面尺寸11.0m×3.0m。分两基，每基沿堤宽方向平均分为3格(每格为一水处理单元)，共6格，格间用厚120mm、高600mm砖墙砌筑分隔，墙下基础宽240mm、深240mm，沿堤宽方向的侧面，砖筑配水槽。每一格各部分的尺寸分别为：进水槽4长150cm×宽72cm×高150cm、PRB墙6长276cm×宽72cm×高120cm、出水槽9长40cm×宽72cm×高120cm。系统的墙体由砖和水泥砌成。为增加床(墙)体的强度，系统建造时镶入钢混结构的地梁及圈梁，系统底面和侧面均做防渗水处理，在每个水处理单元中填入铁屑、陶粒、沸石、石灰石等单一或组合填料，填料厚度为100cm，用D25管作为水处理单元的进水管和出水管，系统由潜水泵将河水提升至进水槽，中间通过阀门和流量计调节进水流量。系统的处理规模为12.0～35.0吨/天，系统连续运行。

系统于2006年10月开始运行，运行一个半月后，取得了良好的效果。本发明河道PRB系统对COD_Cr、TN、NO₃ ^--N、NH₄ ⁺-N和TP都有较好的去除效果，平均去除率分别为55.35％，81.54％，76.16％，22.81％，81.51％，出水COD_Cr、TN、TP主要污染物指标分别维持在45.00mg/L、2.10mg/L、0.01mg/L以下水平。

实施例2

一河流为典型城市纳污河流，平均水深为2.5m，河堤沿自然缓坡，堤顶宽4.5-6m，一般情况下堤顶超高2.0m。来水污染源主要为城镇生活污水，水质平均为：COD_Cr75.91±27.98mg/L、TN5.02±1.90mg/L、TP0.25±0.12mg/L，河水水质黑臭。

为修复河道水质，在河堤一侧建立地面式河道PRB系统(如图3所示)，系统由单个水处理单元构成，各部分的尺寸分别为：进水槽4长150cm×宽216cm×高150cm、PRB墙6长276cm×宽216cm×高120cm、出水槽9长40cm×宽216cm×高120cm，为防渗水，系统底面和侧面均进行防渗处理。系统以铁屑、焦炭和沸石为反应介质，介质体积比为1:2:1，介质粒径2-4cm，介质层厚100cm，介质空隙率为0.36～0.40。系统采用阀门+流量计+进水槽配水，系统由潜水泵将河水提升至进水槽，中间通过阀门和流量计调节进水流量。系统的处理规模为4.5～7.5t/d，系统连续运行。

系统于2007年11月开始运行，运行一个月后，取得了良好的效果，对COD_Cr、TN、NO₃ ^--N、NH₄ ⁺-N和TP都有较好的去除效果，平均去除率分别为59.36％，62.16％，76.62％，26.85％，82.04％，出水COD_Cr、TN、TP主要污染物指标分别维持在40.00mg/L、2.30mg/L、0.01mg/L以下水平。

实施例3

本实施例是在实施例2系统的基础上将河道附近面源污染也纳入了系统的处理范畴(改进后的系统如图4所示)。

随村镇集中式面源型农业污水污水处理工程的推进，2008年1月后，实施例2中的河道附近的入河面源型污染，如农田、菜地中的农业污水等，大部分得到集中处理，该部分入河污水水质平均为COD_Cr94mg/L，TN21.5mg/L，TP1.3mg/L。

利用实施例2中的河道PRB系统按原工况对此部分污水进行处理，然后再排入河道，系统于2008年2月开始按该工况运行，连续运行后，取得良好的效果，面源型入河污水的水质得到了改善，经河道PRB系统处理的入河污水主要水质指标一直稳定在COD_Cr31.5mg/L、TN 10.5mg/L、TP 0.5mg/L以下，很好的控制了入河污染。

Claims (10)

1、一种河道可渗透性反应墙系统，其特征在于：是在河堤上以地面式、半埋式或全埋式设置一个或多个水处理单元，通过配水系统将河水不间断通过水处理单元处理后返回到河道中；或将河道附近面源型污染水体通过水处理单元处理后再进入河道；

所述水处理单元包括进水槽、可渗透性反应墙及出水槽三部分，进水槽与可渗透性反应墙中间用网状格栅分开。

2、根据权利要求1所述的河道可渗透性反应墙系统，其特征在于：所述可渗透性反应墙由两侧的垫层和中间的填料层组成。

3、根据权利要求2所述的河道可渗透性反应墙系统，其特征在于：所述填料层中设置导流板。

4、根据权利要求2所述的河道可渗透性反应墙系统，其特征在于：所述垫层为公分石垫层。

5、根据权利要求2所述的河道可渗透性反应墙系统，其特征在于：所述填料层的填料为铁屑、石灰石、陶粒、焦炭、废旧轮胎碎片和沸石中的一种或两种以上的组合物。

6、根据权利要求5所述的河道可渗透性反应墙系统，其特征在于：所述填料的粒径为2-4cm，空隙率为0.36-0.4。

7、根据权利要求1所述的河道可渗透性反应墙系统，其特征在于：所述水处理单元在建造时夯实地基并镶入钢混结构的地梁及圈梁。

8、根据权利要求1所述的河道可渗透性反应墙系统，其特征在于：所述水处理单元的底面及侧面经过防渗处理。

9、根据权利要求1所述的河道可渗透性反应墙系统，其特征在于：所述面源型污染水体是河道附近的农田或菜地污水。

10、权利要求1-9任一项所述河道可渗透性反应墙系统在水污染处理中的应用。

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