CN104445824B - 一种净化水域面源污染的系统及方法 - Google Patents

一种净化水域面源污染的系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种净化水域面源污染的系统及方法，所述系统包括沿路面至水域的第一方向依次设置的初级净化单元、慢滤池单元、深度净化单元以及生物净化单元。本发明融入了道路景观设计理念，形成了适用于不同环境、地域条件的路面径流生态处理系统，使得本发明能够在源头有效地去除径流中的污染物，并且最大程度地减少和降低道路开发对于周围生态环境的影响，从而在有效控制雨水冲刷路面带来的污染物对受纳水体污染的同时，改善道路景观效果。本发明适用于河湖面源污染防治，特别是城市及城郊水体径流污染治理。

Description

一种净化水域面源污染的系统及方法
技术领域
本发明涉及一种生态环境领域，特别是涉及一种净化水域面源污染的系统及方法，尤其适合城市内道路雨水径流造成的河湖面源污染防治。
背景技术
在传统的道路排水方式中，路面径流通过城市雨水管网直接排入城市排水系统或受纳水体。然而，当降水形成路面径流时，落在路面上的汽车尾气中的微粒，汽车燃油在路面上的滴漏、轮胎与路面的磨损物等所产生的有害物质会被雨水携带排入水体或农田等周边自然环境中，造成环境质量下降。
多项研究结果表明，路面径流中含有SS、COD、重金属、P、N、营养物、氯化物、油脂、农药和多环芳烃等多种污染物，特别是在降雨初期，由于路面雨水径流携带大量的污染物进入水体，从而成为城市内水域面源污染的主要来源。
发明内容
本发明的目的是针对路面径流携带大量污染物进入水体，成为城市内水域面源污染的主要来源的问题，提出一种净化水域面源污染的系统及方法，以有效净化雨水冲刷路面带来的污染物对受纳水体造成污染。
为实现上述目的，本发明提供了一种净化水域面源污染的系统，所述系统包括沿路面至水域的第一方向依次设置的初级净化单元、慢滤池单元、深度净化单元以及生物净化单元，其中，所述初级净化单元为卵石结构层，所述慢滤池单元为与所述第一方向垂直的缓坡沟槽结构，所述深度净化单元包括栅格网状的石笼框架以及设置在所述石笼框架中的石笼组件，所述石笼组件中在垂直方向上自上而下依次设有第一沸石钢渣结构层、中间层、第二沸石钢渣结构层，所述中间层在沿所述第一方向上依次设有钢渣层、细沙过滤吸附层以及沸石层，所述生物净化单元为水生植物、浮游动物以及微生物构成的生态结构层。
优选地，所述卵石结构层由直径为2～10cm、铺装厚度为10～25cm的卵石铺设而成，并且所述卵石结构层的坡度为10～30°。
优选地，所述缓坡沟槽结构的深度为20～70cm，宽度为30～100cm。
优选地，所述缓坡沟槽结构的底层铺设有厚度为5～25cm的细砂层。
优选地，所述细砂层上铺设有厚度为10～20cm的碎石层，所述碎石层中的碎石直径为1～3cm。
优选地，所述石笼框架的材质为经过防腐处理的金属材料，并且所述石笼框架上设有开口。
优选地，所述细沙过滤吸附层为内装石英砂的无纺布袋，并且所述无纺布袋的表面为缝合的褶皱结构。
优选地，所述第一沸石钢渣结构层与所述第二沸石钢渣结构层均由体积比为1:1的沸石与钢渣混合铺设而成。
优选地，所述垂直方向上自上而下的第一沸石钢渣结构层、第二沸石钢渣结构层以及所述中间层在沿所述第一方向上的钢渣层、沸石层均由金属丝编制的石笼分别包覆。
本发明的另一目的在于提供一种净化水域面源污染的方法，所述方法包括采用如下步骤构建所述的净化水域面源污染的系统：
A、现场准备；包括场地清理，坡面及土质达到土建设计规范的要求，以及预备结构材料；
B、以坡度为10～30°、厚度为10～25cm所述卵石结构层，形成所述初级净化单元；
C、开挖所述缓坡沟槽结构，并铺设细沙和碎石，形成所述慢滤池单元；
D、组装所述深度净化单元；包括组装石笼组件并充填钢渣与沸石以及二者的混合填充结构层，在无纺布袋内填充石英砂并扎紧袋口形成细沙过滤吸附层，以及将所述石笼组件、细沙过滤吸附层依次填充进石笼框架中，并封闭所述开口；
E、选择植物进行栽植、养护，形成所述生物净化单元。
基于上述技术方案，本发明的优点是：
本发明优点在于可对受污染水体分段、分层进行净化与吸附。其中，深度净化单元中的石笼分层结构，能够保障在水平及垂直方向都可对水体进行吸附与过滤，避免水流只能在单方向接受净化，提高了对受污染水体的净化效果，且分层结构起到防止水流冲刷的作用。本发明可有效去除径流雨水中颗粒物、油脂、重金属、放射性物质、COD、N、P等污染物，同时还具有结构简单、效果明显、推广容易的特点。
与此同时，本发明融入了道路景观设计理念，形成了适用于不同环境、地域条件的路面径流生态处理系统，使得本发明能够在源头有效地去除径流中的污染物，并且最大程度地减少和降低道路开发对于周围生态环境的影响，从而在有效控制雨水冲刷路面带来的污染物对受纳水体污染的同时，改善道路景观效果。本发明适用于河湖面源污染防治，特别是城市及城郊水体径流污染治理。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，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为净化水域面源污染的系统平面示意图；
图2为净化水域面源污染的系统剖面示意图；
图3为石笼组件结构示意图；
图4为石笼组件结构剖面示意图；
图5为石笼框架上开口示意图；
其中，1～初级净化单元；2～慢滤池单元；3～深度净化单元；4～生物净化单元；5～石笼框架；6～第一沸石钢渣结构层；7～中间层；8～第二沸石钢渣结构层；9～钢渣层；10～细沙过滤吸附层；11～沸石层；12～无纺布袋；13～开口；14～水域；A～第一方向。
具体实施方式
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。本发明中所述的第一方向A为路面径流沿路面、路坡或城市雨水管网出水口地带至受纳水域的流动方向。
实施例1
本发明提出了一种由初级净化单元、慢滤池单元、深度净化单元、生物净化单元组成的净化水域面源污染的系统。并且该系统中融入了道路景观设计理念，形成适用于不同环境、地域条件的景观型路面径流生态处理系统。如图1、图2所示，本发明的所述系统包括沿路面至水域的第一方向A依次设置的初级净化单元1、慢滤池单元2、深度净化单元3以及生物净化单元4。所述系统设置在受纳水域14与路面或路坡或城市雨水管网出水口地带之间的两栖地带。
所述初级净化单元1为卵石结构层，所述卵石结构层设置在路面径流流入水域14最初始位置处。优选地，所述卵石结构层由直径为2～10cm、铺装厚度为10～25cm的卵石铺设而成，并且所述卵石结构层的坡度为10～30°。卵石具有一定的孔隙率，通过这种具有一定孔隙率的卵石结构层所形成的过滤介质表面或滤层截留水中悬浮固体物及其它杂质，以对携带大量污染物的路面径流达到初级净化的效果。其次卵石可以减缓径流雨水流速，减少对坡面侵蚀，另外卵石外形美观，可以增加本发明所述系统的景观效果。
所述初级净化单元1沿所述第一方向A之后并紧接所述初级净化单元1设置所述慢滤池单元2。所述慢滤池单元2为与所述第一方向A垂直的缓坡沟槽结构，所述缓坡沟槽结构的深度为20～70cm，宽度为30～100cm，换言之，即构建洄溪，形成慢滤池。所述缓坡沟槽结构的底层铺设有厚度为5～25cm的细砂层，所述细砂层上铺设有厚度为10～20cm的碎石层，所述碎石层中的碎石直径为1～3cm，厚度为10～20cm，所述碎石层能够防止细沙因水流冲刷而流失。所述慢滤池单元2可减缓路面径流流速，从而增长水体沉积、过滤的时间；且在减缓流速的同时还能够沉积淤泥及其它杂质，并方便定期进行清淤。进一步，所述慢滤池单元2还能够对路面径流中的污染物进行过滤与吸附，净化水质。
所述慢滤池单元2之后并与所述慢滤池单元2相距10～30cm处设置深度净化单元3。所述深度净化单元3包括栅格网状的石笼框架5以及设置在所述石笼框架5中的石笼组件。所述石笼框架5的材质为经过防腐处理的金属材料，可为整体结构提供支撑，并且如图5所示，所述石笼框架5上设有开口13，但在端头部分不设开合口，以方便内部的细沙过滤吸附层的更换。所述石笼框架5的内部由多个所述石笼组件排列组合而成。
其中，所述石笼组件由金属丝编制，内部包覆不同填充物，如图4所示，所述石笼组件中在垂直方向上自上而下依次设有第一沸石钢渣结构层6、中间层7、第二沸石钢渣结构层8。所述第一沸石钢渣结构层6与所述第二沸石钢渣结构层8均由体积比为1:1的沸石与钢渣混合铺设而成。所述第一沸石钢渣结构层6与所述第二沸石钢渣结构层8均由金属丝编制的石笼分别包覆。采用石笼分别包覆可方便整体石笼组件的组装以及不同组件的更换。
进一步，如图3所示，所述中间层7在所述第一方向A也至少分三层布置，在沿所述第一方向A上依次设有钢渣层9、细沙过滤吸附层10以及沸石层11。所述钢渣层9以及沸石层11均由金属丝编制的石笼分别包覆。采用石笼分别包覆可方便整体石笼组件的组装以及不同组件的更换。所述细沙过滤吸附层10为内装石英砂的无纺布袋12，并且所述无纺布袋12的表面为缝合的褶皱结构。采用无纺布袋12具有良好的透水性、油脂吸附性，并具有一定的强度。另外，无纺布袋采用折叠缝合处理，使得表面的褶皱结构增加了无纺布的表面积。所述细沙过滤吸附层10整体可定期更换，更换时，可从所述石笼框架5上的开口13取出。
本发明中的深度净化单元3采用分层结构的目的是为保障在水平及垂直方向都可对水体进行吸附与过滤，避免了水流只能在单方向接受净化，有效地提高了对受污染水体的净化效果。其中，钢渣及沸石主要吸附并净化水中N、P、金属离子及放射性污染物；细沙过滤吸附层10过滤净化水体中颗粒物并吸附油脂；钢渣、沸石、石英砂为微生物生长繁殖提供空间。所述深度净化单元3整体结构集吸附、过滤、微生物处理于一体，起到深度净化作用。同时，所述深度净化单元3整体结构稳定，除了深度净化外，可能减缓径流雨水流速，减少水土流失。
如图2所示，所述深度净化单元3后并紧邻所述深度净化单元3设置了生物净化单元4。所述生物净化单元4为水生植物、浮游动物以及微生物构成的生态结构层。水生植物具有水体产氧、氮循环、吸附沉积物、抑制浮游藻类繁殖、减轻水体富营养化、提高水体自净能力等重要功能，同时还能为水生动物、微生物提供栖息地和食物来源。浮游动物可以有效防止水体蓝、绿藻、水华等爆发。通过水生植物、浮游动物、微生物的组合对水体进行生物净化，可在深度净化单元3吸附、过滤的基础上，更有效的控制路面径流携带的大量污染物对受纳水域14的污染，形成水体自净循环。进一步，通过搭配种植水生植物，还能够提升道路景观效果。
本发明的净化水域面源污染的系统实现了在源头有效地去除路面径流中的污染物，最大程度地减少和降低道路开发对于周围生态环境的影响，从而在有效地控制雨水冲刷路面带来的污染物对受纳水体污染的同时，还能改善道路景观效果。
实施例2
本发明还提供一种净化水域面源污染的方法，所述方法包括采用如下步骤构建所述的净化水域面源污染的系统：
A、现场准备；包括场地清理，坡面及土质达到土建设计规范的要求，以及预备结构材料；
B、以坡度为10～30°、厚度为10～25cm所述卵石结构层，形成所述初级净化单元1；
C、开挖所述缓坡沟槽结构，底层碾压平实，摊铺细沙达到厚度要求，平整细沙，摊铺碎石并达到厚度要求，平整碎石，以形成所述慢滤池单元2；
D、组装所述深度净化单元3；包括组装石笼组件并充填钢渣与沸石以及二者的混合填充结构层，在无纺布袋12内填充石英砂并扎紧袋口形成细沙过滤吸附层10，以及将所述石笼组件、细沙过滤吸附层10依次填充进石笼框架5中，并封闭所述开口13；
E、选择植物进行栽植、养护，形成所述生物净化单元4。
本发明的净化水域面源污染的方法可对受污染水体分段、分层进行净化与吸附。其中，深度净化单元中的石笼分层结构，能够保障在水平及垂直方向都可对水体进行吸附与过滤，避免水流只能在单方向接受净化，提高了对受污染水体的净化效果，且分层结构起到防止水流冲刷的作用。本发明可有效去除径流雨水中颗粒物、油脂、重金属、放射性物质、COD、N、P等污染物，同时还具有结构简单、效果明显、推广容易的特点。
最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (8)

1.一种净化水域面源污染的系统，其特征在于：所述系统包括沿路面至水域的第一方向(A)依次设置的初级净化单元(1)、慢滤池单元(2)、深度净化单元(3)以及生物净化单元(4)，其中，所述初级净化单元(1)为卵石结构层，所述慢滤池单元(2)为与所述第一方向(A)垂直的缓坡沟槽结构，所述深度净化单元(3)包括栅格网状的石笼框架(5)以及设置在所述石笼框架(5)中的石笼组件，所述石笼组件中在垂直方向上自上而下依次设有第一沸石钢渣结构层(6)、中间层(7)、第二沸石钢渣结构层(8)，所述中间层(7)在沿所述第一方向(A)上依次设有钢渣层(9)、细沙过滤吸附层(10)以及沸石层(11)，所述生物净化单元(4)为水生植物、浮游动物以及微生物构成的生态结构层，所述第一沸石钢渣结构层(6)与所述第二沸石钢渣结构层(8)均由体积比为1:1的沸石与钢渣混合铺设而成，所述第一沸石钢渣结构层(6)、第二沸石钢渣结构层(8)、钢渣层(9)以及沸石层(11)均由金属丝编制的石笼分别包覆，并且金属丝经过防腐处理。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述卵石结构层由直径为2～10cm、铺装厚度为10～25cm的卵石铺设而成，并且所述卵石结构层的坡度为10～30°。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述缓坡沟槽结构的深度为20～70cm，宽度为30～100cm。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述缓坡沟槽结构的底层铺设有厚度为5～25cm的细砂层。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于：所述细砂层上铺设有厚度为10～20cm的碎石层，所述碎石层中的碎石直径为1～3cm。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述石笼框架(5)的材质为经过防腐处理的金属材料，并且所述石笼框架(5)上设有开口(13)。
7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述细沙过滤吸附层(10)为内装石英砂的无纺布袋(12)，并且所述无纺布袋(12)的表面为缝合的褶皱结构。
8.一种净化水域面源污染的方法，其特征在于：所述方法包括采用如下步骤构建上述权利要求1～7中任意一项权利要求中所述的净化水域面源污染的系统：
A、现场准备；包括场地清理，坡面及土质达到土建设计规范的要求，以及预备结构材料；
B、以坡度为10～30°、厚度为10～25cm铺设所述卵石结构层，形成所述初级净化单元(1)；
C、开挖所述缓坡沟槽结构，并铺设细砂和碎石，形成所述慢滤池单元(2)；
D、组装所述深度净化单元(3)；包括组装石笼组件并充填钢渣与沸石以及二者的混合填充结构层，在无纺布袋(12)内填充石英砂并扎紧袋口形成细沙过滤吸附层(10)，以及将所述石笼组件、细沙过滤吸附层(10)依次填充进石笼框架(5)中，并封闭所述开口(13)；
E、选择植物进行栽植、养护，形成所述生物净化单元(4)。
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