CN105544461A - 一种净水型生态护岸漫流系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种净水型生态护岸漫流系统，所述生态护岸漫流系统包括沿坡面向水面方向依次设置的引水横沟、减速堰、反应池、石笼护岸，所述反应池的侧面设有隔离层，所述反应池自上而下依次设置种植层、吸附-硝化层、碎石层以及厌氧-反硝化层，所述碎石层中设有沿水面方向向下倾斜的溢出管。本发明的净水型生态护岸漫流系统通过减缓面源污染物在河道坡面的径流速度，控制面源污染物在生态护岸漫流系统各层结构的水利停留时间，使面源污染物在该系统内自然、有序的进行渗透、吸附、分解、转化和外排的工作流程，最终达到面源污染物高效净化的目的。

Description

一种净水型生态护岸漫流系统
技术领域
本发明涉及一种生态护岸漫流系统，特别是涉及一种净水型生态护岸漫流系统。
背景技术
随着城市化进程的加快，不透水汇水面(如屋面、硬化路面、广场、停车场等)占有比例越来越大，雨水引起的城市面源污染物通过地表径流最终进入城市河湖水系，造成河湖水体受到不同程度的污染。因此，如何控制污染物质进入河湖水体，提高水体水质，并预防水土流失，已成为刻不容缓的任务。
生态护岸对城市面源污染物的防控起到了极其重要的作用，是防止城市面源污染物进入河湖系统的最后一道屏障。但是现有的生态护岸技术对面源污染物的入河考虑较少，或者有的护岸对面源污染具有一定的截留功能，但由于其材料和结构的限制，效果有限。
目前，常见的生态护岸方法包括植草护坡技术、三维网植被护坡技术、石笼护岸技术、生态袋护岸技术等。但是在现实生产中，当这些生态护岸系统遇到外界大量面源污染物的冲击时，往往会出现以下三个问题：(1)当面源污染物进入河道坡面时，由于坡面水流急，水力停留时间短，导致坡面截污不彻底和基质堵塞等问题；(2)现有河湖坡面基质床对氮磷去除率较低；(3)坡面水土保持能力弱。
上述三个问题均会导致护岸系统崩溃，大量面源污染物直接进入河湖，影响河湖水质。
发明内容
本发明的目的是针对生态护岸系统遇到外界大量面源污染物的冲击时产生的上述问题，提出一种净水型生态护岸漫流系统，最终达到面源污染物高效净化的目的
为实现上述目的，本发明提供了一种净水型生态护岸漫流系统，所述生态护岸漫流系统包括沿坡面向水面方向依次设置的引水横沟、减速堰、反应池、石笼护岸，所述反应池的侧面设有隔离层，所述反应池自上而下依次设置种植层、吸附-硝化层、碎石层以及厌氧-反硝化层，所述碎石层中设有沿水面方向向下倾斜的溢出管，当所述厌氧-反硝化层中的渗滤液饱和时，所述溢出管将溢出的渗滤液排出。
优选地，所述减速堰由级配的卵砾石构成。
优选地，所述种植层的厚度为20cm，所述种植层内种植有水生植物。
优选地，所述种植层由当地土壤和蚯蚓粪按照体积比1：(12～20)混合组成。
优选地，所述吸附-硝化层由沸石组成。
优选地，所述碎石层的厚度为5～20mm。
优选地，所述厌氧-反硝化层为U型结构，并且所述厌氧-反硝化层的由粉煤灰组成。
优选地，所述吸附-硝化层、碎石层、厌氧-反硝化层的厚度比为2：1：1。
优选地，所述隔离层为土工膜，并且所述反应池与所述石笼护岸之间的隔离层比所述种植层高1～2cm。
基于上述技术方案，本发明的优点是：
本发明的净水型生态护岸漫流系统通过减缓面源污染物在河道坡面的径流速度，控制面源污染物在生态护岸漫流系统各层结构的水利停留时间，使面源污染物在该系统内自然、有序的进行渗透、吸附、分解、转化和外排的工作流程，最终达到面源污染物高效净化的目的。
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为净水型生态护岸漫流系统结构示意图；
1～岸上植被；2～减速堰；3～反应池；4～引水横沟；5～吸附-硝化层；6～碎石层；7～厌氧-反硝化层；8～种植层；9～石笼护岸；10～隔离层；11～溢出管；A～水流方向。
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。
本发明提供了一种净水型生态护岸漫流系统，如图1所示，其中示出了本发明的一种优选实施方式。
该生态护岸漫流系统主要由引水横沟4、减速堰2、反应池3、隔离层10、石笼护岸9、溢出管11等组成。每个所述反应池3均由种植层8、吸附-硝化层5、碎石层6、厌氧-反硝化层7组成。所述种植层8由土壤和蚯蚓粪按照一定配比组成，所述吸附-硝化层5由沸石组成；所述碎石层6由碎石组成；所述厌氧-反硝化层7由粉煤灰组成。在该系统的末端与水面接触部分，采用传统的石笼护岸方法进行施工。
具体地，所述生态护岸漫流系统包括沿坡面向水面方向依次设置的引水横沟4、减速堰2、反应池3、石笼护岸9，所述反应池3的侧面设有隔离层10，所述反应池3自上而下依次设置种植层8、吸附-硝化层5、碎石层6以及厌氧-反硝化层7，所述碎石层6中设有沿水面方向向下倾斜的溢出管11，当所述厌氧-反硝化层7中的渗滤液饱和时，所述溢出管11将溢出的渗滤液排出。
在河道坡面设置引水横沟4和减速堰2能够减缓从岸上植被1流出的面源污染物的径流速度，增加面源污染物在河道坡面的水力停留时间，所述引水横沟4内的面源污染物可以同时进行垂直下渗和横向渗滤，以减缓引水横沟4内的容污容量，为面源污染物在该生态护岸漫流系统有序进行进化提供必要条件。
由于减速堰2和河道的常水位之间存在水位差，水流将通过减速堰2水平渗滤至所述反应池3，如图1中水流方向A所示。所述减速堰2由不同级配的卵砾石构成，在渗滤一段时间后，卵砾石表面易形成生物膜，在面源污染物经过所述减速堰2水平渗滤时，对污染物具有初步的去除效果。
优选地，所述种植层8的厚度为20cm，位于所述吸附-硝化层5上部，由当地土壤和蚯蚓粪按照体积比1：(12～20)进行混合后，种植水生植物，水生植物选择当地的根系发达的优势种。
将蚯蚓粪和当地土壤按照一定比例混合后，主要起到以下所述作用：(1)能够增加土壤孔隙度和团聚体的数量，改善土壤结构，具有良好的通气性、透水性和高的保水能力，减缓河道坡面地表径流。(2)蚯蚓粪中不仅富含大量的有机质、氮、磷、钾和腐殖酸等，还富含植物生长必须的16种营养元素和具有刺激植物生长的植物激素，对植物的生长和提高作物的品质具有非常明显的作用。(3)蚯蚓粪具有很大的比表面积，成为许多微生物的附着载体，蚯蚓粪中含有大量的细菌、氨化细菌、硝化细菌、真菌等大量多种微生物群落，且繁殖速度成倍增长，成为了土壤的分解中心，使面源污染物中的有机态氮经过初步的分解与转化。(4)种植层的水生植物通过光合作用将产生的碳水化合物输送到植物根际，为吸附-硝化层5中的微生物提供碳源，从而维持根际旺盛的微生物活性。(5)湿地植物通过中空的组织输送氧气至根系，为该系统中的吸附-硝化层5提供有氧环境。(6)种植层的水生植物可以吸收污水中的氮，达到除氮的目的。
吸附-硝化层5由沸石组成，沸石材料是一种能够无限次吸附氨态氮，又不易发生饱和现象的新型材料。沸石对铵态氮具有极强的选择吸附性，可快速吸附污水中的铵态氮，但并不作为氨态氮去除的最终途径。由于沸石具有巨大的比表面积，是一种理想的微生物载体。沸石大量吸附的氨态氮和硝化细菌共存，使沸石吸附的氨态氮很容易被转化为硝态氮。
优选地，所述吸附-硝化层5为层状结构。所述碎石层6的厚度为5～20mm，也层状结构，位于所述吸附-硝化层5的下方。面源污染物经过种植层8和吸附-硝化层5的一系列生化反应形成的硝态氮，经过所述碎石层6迅速的淋溶至厌氧-反硝化层7。
优选地，所述厌氧-反硝化层7为U型结构，并且所述厌氧-反硝化层7的由粉煤灰组成。所述厌氧-反硝化层7的材料由粉煤灰组成，粉煤灰具有巨大的比表面积，能够为微生物提供大量的附着位点。所述厌氧-反硝化层7为U型结构，位于所述碎石层6的下方，有利于带有硝酸根离子的雨水渗滤液快速下渗并在厌氧-反硝化层6汇集。
更优选地，所述吸附-硝化层5、碎石层6、厌氧-反硝化层7的厚度比为2：1：1，并根据现场径流水质情况，按照上述比例确定该生态护岸净化系统的总体积，以使得采用上述比例能够使得各层的效能最大化。
该净水型生态护岸漫流系统中，所述反应池3侧面均铺设一层土工膜，并且所述反应池3与所述石笼护岸9之间的隔离层10比所述种植层8高1～2cm，保证面源污染物在所述反应池3内有序进行生化反应。所述溢出管11位于所述碎石层6内，垂直于河流方向沿水面方向向下倾斜设置，当所述厌氧-反硝化层7中的渗滤液饱和时，可以通过所述溢出管11将溢出的渗滤液靠自身重力作用排出，保证整个系统继续正常有节奏的进行渗透、吸附、分解、转化和外排的工作流程。与此同时，本发明的生态护岸漫流系统的末端采用常规的石笼护岸9进行构建，如图1所示。
本发明上述技术方案实现的主要原理如下：
由于种植层为吸附-硝化层提供了充足的碳源和有氧环境，因此吸附-硝化层中易形成氨化细菌和硝化细菌为主导的微生物群落，且繁殖速度快，是所述生态护岸漫流系统中最重要的生化反应中心。当面源污染物进入该生态护岸漫流系统时，污水中的氨态氮可以快速被吸附-硝化层吸附和固定，随后被硝化细菌转化为硝态氮(NO3-N)。有机态氮首先经过氨化细菌转化为氨态氮(NH4 +-N)后被沸石固定，随后再次被硝化细菌转化为硝态氮(NO3-N)。硝态氮在此阶段不参加任何反应，随着缓冲吸附层和淋溶层直接进入反硝化层。
由于厌氧-反硝化层中溶解氧浓度极低，粉煤灰为厌氧型微生物提供了丰富的附着位点，因此厌氧-反硝化层中易形成以反硝化细菌为主导的微生物群落，淋溶下来的硝态氮在反硝化细菌的作用下转化为氮气，达到除氮的目的。
本发明的净水型生态护岸漫流系统通过减缓面源污染物在河道坡面的径流速度，控制面源污染物在生态护岸漫流系统各层结构的水利停留时间，使面源污染物在该系统内自然、有序的进行渗透、吸附、分解、转化和外排的工作流程，最终达到面源污染物高效净化的目的。
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 (9)

1.一种净水型生态护岸漫流系统，其特征在于：所述生态护岸漫流系统包括沿坡面向水面方向依次设置的引水横沟(4)、减速堰(2)、反应池(3)、石笼护岸(9)，所述反应池(3)的侧面设有隔离层(10)，所述反应池(3)自上而下依次设置种植层(8)、吸附-硝化层(5)、碎石层(6)以及厌氧-反硝化层(7)，所述碎石层(6)中设有沿水面方向向下倾斜的溢出管(11)，当所述厌氧-反硝化层(7)中的渗滤液饱和时，所述溢出管(11)将溢出的渗滤液排出。
2.根据权利要求1所述的生态护岸漫流系统，其特征在于：所述减速堰(2)由级配的卵砾石构成。
3.根据权利要求1所述的生态护岸漫流系统，其特征在于：所述种植层(8)的厚度为20cm，所述种植层(8)内种植有水生植物。
4.根据权利要求3所述的生态护岸漫流系统，其特征在于：所述种植层(8)由当地土壤和蚯蚓粪按照体积比1：(12～20)混合组成。
5.根据权利要求1所述的生态护岸漫流系统，其特征在于：所述吸附-硝化层(5)由沸石组成。
6.根据权利要求1所述的生态护岸漫流系统，其特征在于：所述碎石层(6)的厚度为5～20mm。
7.根据权利要求1所述的生态护岸漫流系统，其特征在于：所述厌氧-反硝化层(7)为U型结构，并且所述厌氧-反硝化层(7)的由粉煤灰组成。
8.根据权利要求1所述的生态护岸漫流系统，其特征在于：所述吸附-硝化层(5)、碎石层(6)、厌氧-反硝化层(7)的厚度比为2：1：1。
9.根据权利要求1所述的生态护岸漫流系统，其特征在于：所述隔离层(10)为土工膜，并且所述反应池(3)与所述石笼护岸(9)之间的隔离层(10)比所述种植层(8)高1～2cm。
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