CN103936221A - 一种高效控制山地城市道路径流氮素污染的装置 - Google Patents
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Abstract
本发明专利公开一种高效控制山地城市道路径流氮素污染的装置，该装置由植被生长介质层（2）、过滤层（3）、碳源层（4）、二次过滤层（5）组成；所述植被生长介质层（2）厚度0.2米，由渗透系数较高的土壤类型构成；所述过滤层（3）厚度1米，由具有吸附能力的陶粒、沸石等填料和石英砂混合而成；所述碳源层（4）厚度0.3米，由石灰石和持续性碳源混合而成；所述二次过滤层（5）由吸附性填料和石英砂混合而成。该装置具有以下优点：实现了山地城市暴雨径流氮素浓度的短时高效去除，不需动力，既实现了氮的快速去除，又避免了出水的二次污染；装置布置灵活，安装方便，不影响城市景观，尤其适用于大坡度路面暴雨径流氮素污染的控制。
Description
技术领域
本发明专利属于环境保护技术领域，具体涉及山地城市暴雨径流中氮素的去除，尤其适用于大坡度路面暴雨径流溶解性氮的去除。
背景技术
水体富营养化是我国目前面临的重大水环境问题之一，已成为制约我国国民经济发展的重要瓶颈。氮是植物、藻类和微生物生长的首要营养性限制因素，是引发水体富营养化的主要驱动元素之一，水体中氮的过量输入和富集往往导致水生生态环境的改变[Collins K A, Lawrence T J, Stander E K, Jontos R J, Kaushal S S, Newcomer T A, Grimm N B, Cole Ekberg M L. Opportunities and challenges for managing nitrogen in urban stormwater: A review and synthesis[J]. Ecological Engineering, 2010,36: 1507–1519]。近年来，城市化的快速推进使得大量的原生态地面迅速转变为不透水下垫面，大大降低了暴雨期间城市区域的氮滞留能力；与此同时，随着点源污染控制率的不断提高，城市暴雨径流对受纳水体氮素污染的贡献日益凸显[Davidson E A, Savage K E, Bettez N D, Marino R, Howarth R W. Nitrogen in runoff from residential roads in a coastal area[J]. Water Air Soil Pollution, 2010,210:3-13.]。据报道，很多国家和地区受纳水体氮素污染的50%以上来自城市暴雨径流，2/3 的河口水环境由于暴雨径流氮素污染而功能退化[Pitt R, Maestre A, Morquecho R. The National Stormwater Quality Database (NSQD, version 1.1)[DB]. Dept. of Civil and Environmental Engineering, University of Alabama, Tuscaloosa, AL. 2005.]。因此，关注城市暴雨径流氮素污染的高效控制意义重大。
山地城市地形复杂，暴雨径流峰短流急，对下垫面累积污染物的冲刷更为强烈，对受纳水体的水质安全威胁更为突出。课题组在对山城重庆不同下垫面暴雨径流氮素污染的长期研究中发现，溶解性氮是暴雨径流中氮素的主要赋存形态（占总氮的73-82%），而溶解性氮中又以无机氮为主（占总氮的63-82%）[何强,彭述娟,王书敏,王振涛.不同下垫面暴雨径流氮赋存形态分布特性及控制技术[J]. 土木建筑与环境工程,2012,34(5):147-153]。溶解性氮包括铵态氮、硝态氮、溶解性有机氮等几种形式，不同形态氮素的生物有效性不同，一般说来溶解性氮较固态氮更容易被生物利用。截至目前，针对溶解性氮素的去除手段还比较有限，传统湿地技术对于溶解性氮的去除效率也比较低，溶解性氮的高效去除还主要依赖“硝化-反硝化”的生物过程进行[Wilcock R J, Müller K, van Assema G B, Bellingham M A, Ovenden R. Attenuation of Nitrogen, Phosphorus and E. coli Inputs from Pasture Runoff to Surface Waters by a Farm Wetland: the Importance of Wetland Shape and Residence Time[J]. Water Air Soil Pollut., 2012,223:499–509]。 然而，“硝化-反硝化”过程的发生需要反应时间保障、碳源保障，以及“好氧-缺氧”交替的反应条件保障，这对于产流时间短、产流量大以及碳源相对不足的山地城市暴雨径流来说具有极大挑战。
已公开的中国专利展示了几种城市暴雨径流氮素污染调控的方法。专利文献CN101913709A “一种复合生态拦截填料及制备方法”提出一种城市暴雨径流氮磷截留的填料，但该技术主要针对湖泊等开放水体；专利文献CN1446759A “氮磷污染控制的复合湿地生态方法及其系统”提出了一种暴雨径流氮素污染的控制技术，但该技术复杂程度相对较高，水力停留时间较长，在用地紧张的山地城市并不适应。总体来水，针对山地城市暴雨径流氮素污染进行高效控制的技术还比较少，根据山地城市地理特点，针对性开发暴雨径流氮素污染的短时高效技术很有必要。
发明内容
山地城市暴雨径流氮素污染是城市受纳水体污染的主要来源之一，同时，传统的城市暴雨径流管理措施并不具备快速脱氮功能，因此，实现山地城市暴雨径流氮素污染的短时快速脱除具有极大技术挑战。鉴于此，本发明针对山地城市暴雨径流污染特性和山地城市地形特点，提出一种适合山地城市特色的暴雨径流氮素污染控制装置。该装置可以高效降低暴雨径流中的氮素浓度，管理简单，不需动力，可广泛用于西南片区广大山地城市。
本发明专利的技术方案如下：
一种高效控制山地城市道路径流氮素污染的装置，其特征在于：所述装置单体由植被生长介质层（2）、过滤层（3）、碳源层（4）、二次过滤层（5）组成，旁通管道（1）与植被生长介质层（2）的高差提供0.3-0.5米的过滤水头；所述植被生长介质层（2）厚度0.2米，由渗透系数较高的砂壤土构成，植被类型可根据城市景观规划要求选取；所述过滤层（3）厚度1米，由具有吸附能力的陶粒、沸石等填料和石英砂混合而成，混合比例1:1；所述碳源层（4）厚度0.3米，由石灰石和可持续性碳源混合而成；所述二次过滤层（5）由具有吸附能力的填料（活性炭颗粒、陶粒等）和石英砂混合而成，混合比例1:1。
为适应山地城市道路长度差别较大的特点，本技术特征在于实际应用中整个装置系统由若干装置单体串联组成，串联级数以道路坡度和长度确定。
为适应山地城市道路具有一定坡度的特点，本装置特征在于装置单体呈阶梯式分布，分为下向流和上向流两格，暴雨径流在装置内流态为上下折流式。
为满足山地城市暴雨径流氮素污染快速脱除的需求，本装置特征在于通过装置单体上下折流的流态特点，实现了“好氧-缺氧”交替分布的脱氮条件，有利于实现山地城市暴雨径流中氮素的快速脱除。
为确保山地城市暴雨径流氮素污染的快速去除，同时保障出水水质，本装置特征在于通过装置单体“过滤层-碳源层-二次过滤层”的交替排列，保证了输入径流中氨氮的快速去除，提供了持续性稳定碳源，同时高效滞留了碳源层设置释放的溶解性有机碳、有机氮等物质，有效避免了出水色度升高的现象。
本发明专利的主要优点如下：（1）、实现了山地城市暴雨径流氮素浓度的短时高效去除，不需动力，对于暴雨径流中的有机物也有明显去除效果；（2）、装置占地小，布置灵活，安装方便，可根据具体地形适当调整，不影响城市景观，尤其适用于大坡度路面的暴雨径流氮素污染控制；（3）、装置折流式的流态设计、“过滤层-碳源层-二次过滤层”的交替排列，既实现了氮的快速去除，又避免了出水二次污染现象的发生。
附图说明
图1是该装置的单体示意图。
具体实施方式
图1为本装置单体图。路面暴雨径流经沉砂井沉淀去除颗粒态污染物后输入本装置，装置最上部为植物生长介质层（2），该层由高渗透性土壤组成，当遇到高强度降雨时，过量径流由上部旁通管道（1）排至下水道，旁通管道（1）距离植物生长介质层（2）的高差为0.3-0.5米；暴雨径流穿过最上部介质层（2）后进入过滤层（3），过滤层（3）主要由吸附性填料和石英砂组成，以强化氨氮的吸附截留；在暴雨径流继续往下流动的过程中，由于单元格折向流的流态设计，单元格下部处于淹没状态，径流逐渐形成反硝化缺氧环境；在碳源层（4）填充石灰石和固定碳源混合物，既维持较高的过水性能，又能持续性提供反硝化碳源，以弥补暴雨径流中C/N 比例失衡的缺陷，采用的碳源有木片、硫磺、还原性煤等。径流流经碳源层（4）后折向上流流经二次过滤层（5），该层同样由吸附性填料组成，以便截留此前产生的溶解性有机氮等污染物。实际应用过程中可根据道路情况采用多个装置单体串联使用。
Claims (5)
1.一种高效控制山地城市道路径流氮素污染的装置，其特征在于：所述装置单体由植被生长介质层（2）、过滤层（3）、碳源层（4）、二次过滤层（5）组成，旁通管道（1）与植被生长介质层（2）的高差提供过滤水头（0.3-0.5米）；所述植被生长介质层（2）厚度0.2米，由渗透系数较高的砂壤土构成，植被类型可根据城市景观规划要求选取；所述过滤层（3）厚度1米，由具有吸附能力的陶粒、沸石等填料和石英砂混合而成，混合比例1:1；所述碳源层（4）厚度0.3米，由石灰石和可持续性碳源混合而成；所述二次过滤层（5）由具有吸附能力的填料（活性炭颗粒、陶粒等）和石英砂混合而成，混合比例1:1。
2.如权利要求1所述的针对山地城市暴雨径流氮素进行高效去除的装置，其特征在于实际应用中整个装置系统由若干装置单体串联组成，串联级数以道路坡度和长度确定。
3.如权利要求1所述的针对山地城市暴雨径流氮素进行高效去除的装置，其特征在于装置单体呈阶梯式分布，分为下向流和上向流两格，暴雨径流在装置内流态为上下折流式。
4.如权利要求1所述的针对山地城市暴雨径流氮素进行高效去除的装置，其特征在于通过装置单体上下折流的流态特点，实现了“好氧-缺氧”交替分布的脱氮条件，有利于实现山地城市暴雨径流中氮素的快速脱除。
5.如权利要求1所述的针对山地城市暴雨径流氮素进行高效去除的装置，其特征在于通过装置单体“过滤层-碳源层-二次过滤层”的交替排列，保证了输入径流中氨氮的快速去除，提供了持续性稳定碳源，同时高效滞留了碳源层设置释放的溶解性有机碳、有机氮等物质，有效避免了出水色度升高的现象。
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Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104944713A (zh) * | 2015-07-14 | 2015-09-30 | 重庆文理学院 | 山地城市道路径流阶梯式脱氮装置 |
| CN105668791A (zh) * | 2016-03-04 | 2016-06-15 | 重庆文理学院 | 山地城市暴雨径流竖流式脱氮装置 |
| CN105692908A (zh) * | 2016-03-09 | 2016-06-22 | 四川大学 | 用于集约化养殖场的生物滞留系统 |
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2013
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Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104944713A (zh) * | 2015-07-14 | 2015-09-30 | 重庆文理学院 | 山地城市道路径流阶梯式脱氮装置 |
| CN105668791A (zh) * | 2016-03-04 | 2016-06-15 | 重庆文理学院 | 山地城市暴雨径流竖流式脱氮装置 |
| CN105668791B (zh) * | 2016-03-04 | 2018-08-07 | 重庆文理学院 | 山地城市暴雨径流竖流式脱氮装置 |
| CN105692908A (zh) * | 2016-03-09 | 2016-06-22 | 四川大学 | 用于集约化养殖场的生物滞留系统 |
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| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
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