CN105585107A - 一种组装式应急净水软坝及用该净水软坝净化小型河道的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种组装式应急净水软坝及用该净水软坝净化小型河道的方法，净水软坝由坝基、主坝体、隔栅和支撑架四部分组成，主坝体沿河流横断面由隔板隔成两个或两个以上的独立净水单元，每个区间沿水流方向由下行、水平及上行单元组成；软坝的河水过滤与反冲洗同步进行，反冲洗废水单独异位处置。本发明具有易装易拆、所有材料均可回用、生境破碎化影响小，同时能净化受污染河水等特点，适用于小型河道局部建筑工事时的河流污染治理与生态环境保护领域。

Description

一种组装式应急净水软坝及用该净水软坝净化小型河道的方法

技术领域

本发明涉及一种用于河流的污染控制技术，更具体说是一种用于小型河道中修桥等建筑作业时的应急、方便构建和拆卸的净水软坝。

背景技术

滤坝是指能透水，土石、混凝土等材质及滤料等构成的兼具拦水、净化水质、调节水位等多种功能的构筑物或障碍物。广义的滤坝包括：生物坝、砂滤坝、半透水坝、渗水坝等。滤坝在水体生态修复、防洪蓄水、调节水位等方面得到了广泛应用。近年来，由于人民物质生活水平的提高，为了方便交通运输等经常需要在河流或湖泊的横断面修筑桥梁、道路等建筑物，修筑过程中水体SS、浊度、COD值等显著升高，并由于水体的流动性污染物快速扩散，对水体建筑作业区及其下游水域生态系统造成严重破坏，同时影响景观。

例如，公开号为CN104229975A的中国发明专利申请文献公开了一种板框式生物滤坝净水装置，其包括一上游滤坝、一下游滤坝、至少一个滤料填充框；上游滤坝固定在河道上游的基底，下游滤坝固定在离上游滤坝一预设距离的河道下游的基底；上游滤坝上开设有进水孔；下游滤坝开设有排水孔；上游滤坝与下游滤坝之间形成一用于容置滤料填充框的容置槽；滤料填充框可活动地容置于容置槽内；滤料填充框内填充有可在滤料填充框内滚动的具有过滤和吸附作用的填充基质。

公开号为CN105152348A的中国发明专利申请文献公开了一种一种防堵折流式渗滤坝，包括拦水坝，还包括设置在拦水坝下游侧的边墙，拦水坝与边墙之间设置有隔墙，拦水坝与隔墙之间构成下行渗滤区，隔墙与边墙之间构成上行渗滤区，下行渗滤区内设置有第一植被层、第一砾石填料层、第二砾石填料层、第三砾石填料层和第四砾石填料层，第一砾石填料层和第二砾石填料层位于同一层，第一植被层设置在第一砾石填料层和第二砾石填料层上，第一砾石填料层和第二砾石填料层下依次设置第三砾石填料层和第四砾石填料层；上行渗滤区内从下至上设置有第五砾石填料层、第六砾石填料层、第七砾石填料层和第二植被层，其中拦水坝坝体中部设进水斜管；隔墙底部设过水孔。

目前，滤坝的水污染控制及水生态环境修复功能方面，专利号201110365049.3公开了“一种砂滤坝”，整个坝体包括透水坝体、净化介质和砂滤坝基础三部分，透水坝体由进水侧垂直流单元、出水侧垂直流单元和水平流单元组成，内部为混凝土或钢筋混凝土的框格结构，框格内为天然砂石、沸石、人工砾石等填料组成的净化介质，砂滤坝基础主要起到保证坝体安全稳固的作用。当砂滤坝坝体进水侧水位高于出水侧水位，坝体自动进水净化；当进水侧水位低于出水侧水位则进行反冲洗，该滤坝具有拦截、控制水位，净化水质等功能。但是存在坝体易筑难拆，材料回用率低，生境破碎化影响大等缺点。

发明内容

本发明提供一种组装式应急净水软坝及用该净水软坝净化小型河道的方法，本发明的小型河道应急净水软坝方便构建和拆卸、材料回用率高。

一种用于小型河道的组装式应急净水软坝，包括沿河道横断面设置的坝基、嵌入坝基中的主坝体和设置在主坝体背水侧的支撑架；所述主坝体包括：

沿河道横断面依次排布并嵌入所述坝基中的若干个隔板，所有隔板与所述支撑架抵接；

位于坝基上方且由所述隔板分隔成的若干个相互独立的净水单元，每个净水单元内包括位于迎水侧的竖直下行单元、位于底部的水平单元和位于背水侧的竖直上行单元，所述垂直下行单元、水平单元和垂直上行单元顺次连通；

对应填充于所述水平单元、竖直下行单元和竖直上行单元中的填料；

分布于竖直下行单元顶面的进水孔和竖直上行单元的顶面的出水孔；

以及每个净水单元独立配置的反冲洗装置。

作为优选，所述组装式应急净水软坝还包括位于主坝体迎水侧的隔栅。

进一步优选，所述隔栅位于主坝体上游500～1000mm处。

更进一步优选，所述隔栅的孔径为10×10mm。

本发明每个软坝包括坝基及镶嵌其中的主坝体、格栅、支撑架四部分，并配备自动反冲洗装置。主坝体沿河流横断面由隔板(优选橡胶板)隔成至少三个独立净水单元，每个区间沿水流方向由下行、水平及上行单元组成；软坝的河水过滤可与反冲洗同步进行，反冲洗废水单独异位处置。本发明具有易装易拆、所有材料均可回用、生境破碎化影响小，同时能净化受污染河水等特点，适用于小型河道局部建筑工事时的河流污染治理与生态环境保护领域。

每个净水单元内水流方向依次经过竖直下行单元、水平单元和竖直上行单元，各单元外表面材质为橡胶袋，竖直下行单元与水平单元之间及水平单元与竖直上行单元之间留有过水孔，孔洞直径小于相应两相邻接触单元内滤料的最小粒径，水平单元占整个主坝体高度的10％-20％。

沿河道横断面设置的坝基是指坝基的长度方向在河道横断面上。

隔板沿河道横断面依次排布是指各隔板的两侧板面分别朝向河道两岸。

优选地，所述坝基包括底基和位于底基两端的侧基，所述坝基沿河道横断面方向的截面呈U形。

进一步优选，所述底基高度为所述组装式应急净水软坝总高度的20％-30％。

进一步优选，所述底基为自密实固定橡胶底基，如钢铁珠；所述侧基为充水橡胶侧基。

“U”型坝基由位于底部的自密实固定橡胶底基和两侧的充水橡胶侧基组成。底基内充满可依靠自密实特性、自重及流动性自然充实坝体底部与河床之间空隙的填料，如钢铁珠等，使底基稳固密实并与河床契合完好。其具体填料用量等根据河道水深压力经计算确定，主要保证整个坝体的稳固性和安全性。

优选地，所述填料为箱式填料，箱式填料的外表面材料为网状纤维滤布。箱式填料便于净水软坝的组装和回收。

净水单元内的各处理单元内均采用长方体型箱体式填充，箱体长200-500mm，宽100-200mm，高100-200mm。箱体外表面材料为网状纤维滤布，滤布孔径小于箱体内部填料的最小粒径。所用填料为陶粒、珍珠岩、蜂巢石等质轻、比表面积大的填料，各单元内填料粒径沿水流方向递减。

进一步优选，所述垂直下行单元内部填料粒径为50-100mm，水平单元内部填料粒径为20-50mm，垂直上行流单元内部填料粒径为2-5mm。具体填料可根据污水成分及污染程度进行选择。

本发明中主坝体各单元内的填料箱体空间外形可随周围环境变化，便于装填并充满在各单元内；箱式填料外周及内填料颗粒表面可以驯化出土著微生物、原生动物等生物膜，加强污水的净化效果，同时过厚表面生物膜可在反冲洗时随水流脱落流出；净水软坝沿河岸线加至多个时，各软坝内部滤料粒径可依河流水流向依次递减。

本发明中主坝体各单元内箱式填料及底基内填料可回用。

优选地，每个净水单元沿河道横断面的宽度为1000mm-2000mm。

优选地，所述竖直下行单元的顶面为分布有所述进水孔的进水斜坡面，所述竖直上行单元顶面为分布有所述出水孔的出水斜坡面，所述进水斜坡面的顶边低于出水斜坡面的顶边且位于与河流横断面相平行的同一剖面上。

进一步优选，进水斜坡面顶边位置低于出水斜坡面顶边高度500-1000mm。净水斜坡面的顶边与出水斜坡面的顶部位于与河流横断面相平行的同一剖面上。

进一步优选地，进水斜坡面的倾角α为30°-45°，进水斜坡面的水平投影位置与河道水位持平；出水斜坡面的倾角β大于倾角α，出水斜坡面的水平投影位置高于出水侧水位。

进水孔均匀分布于进水斜坡面上，进水孔为圆形或方形孔，孔径30-60mm，进水斜坡面上的孔隙率为30％-40％。

垂直上行单元沿河道横断面的截面为矩形，垂直上行单元顶部为出水斜坡面，倾角β约大于α5°-10°，出水斜坡面水平投影位置略高于出水侧最低水位，坡面上均匀布设有若干出水孔，出水孔呈圆形或方形出水孔，孔径30-60mm，出水斜坡面上的孔隙率为30％-40％。

进一步优选，所述进水斜坡面、位于对应进水斜坡面两侧的隔板及对应竖直下行单元与竖直上行单元之间的隔墙围成对应进水单元的进水区，所述主坝体的迎水侧设有沿河道横断面方向滑动且用于阻断对应进水区进水的竖直挡板，所述主坝体的背水侧设有在各出水斜坡面之间滑动且用于阻断对应出水斜坡面出水的斜面挡板。

竖直挡板顶部高度即出水斜坡面的顶端高度，竖直挡板在各进水区之间滑动，当滑动至对应进水区时，将对应进水区的迎水面阻断，使河道水体不能进入对应进水区内，斜面挡板在各出水斜坡面之间平行滑动，当滑动至对应出水斜坡面上时，阻断该出水斜坡面出水，竖直挡板和斜面挡板始终位于同一净水单元内，方便对该净水单元进行反冲洗，其他净水单元用于净化河道水体，竖直挡板和斜面挡板的设置是一种实现净化与反冲洗同时进行的优选方式。

通过斜面挡板和竖直挡板的设置，可更方便实现本发明的软坝的河水过滤与反冲洗同步进行，竖直挡板和斜面挡板总是位于同一个独立净水单元，首先对这两个滑动挡板所在的独立净水单元进行反冲洗，并依次轮流，每个独立净水单元的反冲洗时间为5-10min。

优选地，所述反冲洗装置包括与出水孔连通的反冲洗进水管和与进水区连通的反冲洗出水管。

对于过滤与反冲洗同步进行可以采用手动控制方式也可以采用自动控制方式，优选地，采用自动控制方式，即：还设有同步反冲洗自动控制系统，所述同步反冲洗自动控制系统包括：

分别与所述竖直挡板和斜面挡板相匹配的自动控制滑动轨道；

设置在反冲洗进水管上的反冲洗进水阀；

设置在反冲洗出水管上的反冲洗出水阀；

控制单元，所述自动控制滑动轨道、反冲洗进水阀和反冲洗出水阀均连接并受控于该控制单元。

控制单元优选为可编程逻辑控制器PLC，控制反冲洗进水阀和反冲洗出水阀的启闭，以及竖直滑动挡板和斜面滑动挡板在整个滑动轨道上的位置，所述竖直滑动挡板和斜面滑动挡板每次的位移与相邻两隔板之间的距离相同。

优选地，所述支撑架为斜撑架，所述隔板带有一段延伸出主坝体外的延伸部，该延伸部的顶面与所述斜撑架契合。

优选地，斜撑架的倾角为45°-60°。

本发明还提供一种利用所述组装式净水软坝进行河道应急处理的方法，包括如下步骤：

(1)将至少一个所述组装式净水软坝组装在待处理河道建筑工事位点下游的横断面上，在所述组装式净水软坝上游300～800mm处安装隔栅；

(2)河道水体由进水口进入净水单元内，依次流经竖直下行单元、水平单元和竖直上行单元，由各单元内的填料进行净化处理，净化处理后河水由出水孔流出；

(3)步骤(2)运行10-20min后，启动同步反冲洗自动控制系统，首先对竖直挡板和斜面挡板所在的净水单元进行反冲洗，同一时间只对其中一个净水单元进行反冲洗，并依次轮流，交替循环。

同步反冲洗自动控制系统自启动后持续运行直到净水工程结束。

优选地，每个净水单元每次反冲洗时间为5～10min。竖直挡板和斜面挡板每次的位移与相邻两隔板之间的距离相同。

所述反冲洗用水为净水软坝下游的出水，反冲洗水抽出经简易处理后注入净水软坝上游。

优选地，隔栅的孔径为10×10mm。

该净水软坝的组装顺序依次为：支撑架、隔板、底基、主坝体内的各独立净水单元、侧基。

另外，所述方便构建和拆卸的小型河道应急净水软可根据污水污染程度沿河流流向加至多个，坝间距依距离污染源的河岸线长度依次递增。

本发明中，其中反冲洗出水注入河流一侧构建的小型复合人工湿地或沉砂池等简易污水处理设施中。

本发明的有益效果如下：

该净水软坝为组装式，达到净化污水效果的同时可在河流建筑工事结束后一段时间内及时拆除，并最大限度地降低了坝体对水域生态环境的破碎化和生命活动诸如食物网、生态链、鱼类洄游等的影响。

附图说明

图1为本发明所提供净水软坝的实施流程俯视图。

图2为本发明所提供净水软坝的三维立体图。

图3为本发明所提供净水软坝沿河流流向的剖面图。

图4为本发明所提供净水软坝沿河流横断面方向的剖面图。

图中所示附图标记如下：

1-净水软坝2-格栅3-建筑工事位点

4-净水单元5-支撑架6-底基

7-侧基8-隔板9-进水孔

10-出水孔11-竖直挡板12-过水孔

13-进水斜坡面14-出水斜坡面15-反冲洗进水管

16-反冲洗出水管17-自密实填料18-箱式填料

19-水流方向20-竖直下行单元进水侧最低水位21-出水侧最低水位

22-竖直下行单元23-水平单元24-竖直上行单眼

25-坝基26-主坝体27-斜面挡板

具体实施方式

本发明的核心是一种方便构建和拆卸的小型河道应急净水软坝，下面结合附图说明具体实施方式：

净水软坝的结构如图2～图4所示，包括主坝体26、坝基25、隔栅2和支撑架5四部分，并配备同步反冲洗自动控制系统。

坝基25包括底基6和侧基7，底基沿河道横断面设置，侧基位于底基的两端，坝基沿河道横断面方向的截面呈U形，底基高度为净水软坝总高度的20％-30％，底基为自密实固定橡胶底基，如钢铁珠；侧基为充水橡胶侧基。

主坝体26沿河流横断面由隔板8(橡胶板)隔成两个或两个以上相互独立的区间，每个区间为一个净水单元4，具体区间数由河流宽度决定，每个区间沿河流横断面的宽度为1000mm-2000mm。

每个净水单元内分隔为竖直下行单元22、水平单元23和竖直上行单元24，竖直下行单元位于迎水侧，水平单元位于净水单元内底部，竖直上行单元位于背水侧，各单元外表面材质为橡胶袋，竖直下行单元与水平单元之间及水平单元与竖直上行单元之间均设置过水孔，每个独立净水单元内水流方向依次经过竖直下行单元、水平单元和竖直上行单元，最后由竖直上行单元顶部流出。

竖直下行单元、水平单元和竖直上行单元内的填料均采用方体型箱式填料填充，箱体长200-500mm，宽100-200mm，高100-200mm。箱体外表面材料为网状纤维滤布，滤布孔径小于箱体内部填料的最小粒径。所用填料为陶粒、珍珠岩、蜂巢石等质轻、比表面积大的填料，各单元内填料粒径沿水流方向递减。

本实施方式中，垂直下行单元内部填料粒径为50-100mm，水平单元内部填料粒径为20-50mm，垂直上行流单元内部填料粒径为2-5mm。具体填料可根据污水成分及污染程度进行选择。

竖直下行单元的顶面为进水斜坡面，竖直上行单元顶面为出水斜坡面，进水斜坡面的顶边低于出水斜坡面的顶边且进水斜坡面的顶边和出水斜坡面的顶边位于与河流横断面相平行的同一剖面上。

出水斜坡面的顶部高于对应进水斜坡面的顶部，优选高出500-1000mm，进水斜坡面的倾角α为30°-45°，进水斜坡面的水平投影位置与河道水位持平；出水斜坡面的倾角β大于倾角α，优选倾角β约大于α5°-10°，出水斜坡面的水平投影位置略高于出水侧最低水位21。

进水斜坡面上均匀布设有圆形或方形的进水孔9，孔径30-60mm，孔隙率30％-40％，出水斜坡面上均匀布设有圆形或方形的出水孔10，孔径30-60mm，孔隙率30％-40％，

进水斜坡面、位于对应进水斜坡面两侧的隔板及对应竖直下行单元与竖直上行单元之间的隔墙围成对应进水单元的进水区，主坝体的迎水面上设置一块可沿河道横断面方向在各进水区之间滑动的竖直挡板11，当竖直挡板11滑动至对应进水区的迎水面时，阻断该进水区进水；主坝体的背水侧设置一块可在各净水单元的出水斜坡面之间滑动的斜面挡板，当斜面挡板滑动至对应净水单元的出水斜坡面上时，阻断该净水单元的出水。

每个净水单元独立配备反冲洗装置，反冲洗装置包括反冲洗进水管15和反冲洗出水管16，反冲洗进水管连接至出水斜坡面，反冲洗出水装置连接至进水斜坡面。

本实施方式中还配备了自动反冲控制系统，包括：竖直挡板的自动控制滑动轨道、斜面挡板的自动控制滑动轨道、每个净水单元的反冲洗进水阀、反冲洗出水阀和控制单元，两个自动控制滑动轨道、所有反冲洗进水阀和所有反冲洗出水阀均连接并受控于该控制单元。

控制单元优选为可编程逻辑控制器PLC，控制反冲洗进水阀和反冲洗出水阀的启闭，以及竖直挡板和斜面挡板在整个滑动轨道上的位置。竖直滑动挡板和斜面滑动挡板每次的位移与相邻两隔板之间的距离相同。

支撑架为斜撑架，所有隔板带有一段延伸出主坝体外的延伸部，该延伸部的顶面与斜撑架契合。

该净水软坝的组装顺序依次为：支撑架、橡胶板、底基、主坝体内的各独立净水单元、侧基。可根据污水污染程度沿河流流向加至多级，坝间距依距离污染源的河岸线长度依次递增。

使用时，如图1所示，该净水软坝体位于距离建筑工事位点3下游5-50m处，净水软坝迎水面前500mm处设置格栅2，孔径10×10mm。背水面设支撑架5，倾角45°-60°，并与橡胶板从坝体内延伸出的部分契合。坝基和支撑架为整个坝体的主要受力部分，其具体结构等参数根据河道水深压力等经计算确定，主要保证整个坝体的稳固和安全性。

系统正常运行时，经格栅的污水从相应独立净水单元内垂直下行单元的斜坡面进水孔进入，流过水平单元并从垂直上行单元的斜坡面出水孔流出。

该净水软坝正常运行10min后，启动同步反冲洗自动控制系统，之后持续运行直到净水工程结束。

该软坝的污水进水与反冲洗同时进行，且竖直挡板和斜面挡板总是位于同一个独立净水单元，首先对这两个滑动挡板所在的独立净水单元进行反冲洗，并依次轮流，每个独立净水单元的反冲洗时间为5-10min。当确定河道中不再需要该净水软坝时及时拆卸软坝，材料回用。

实验河道中，该软坝对SS去除率为99％，浊度下降95％，COD去除率为50％左右。

以上所述仅为本发明专利的具体实施案例，但本发明专利的技术特征并不局限于此，任何相关领域的技术人员在本发明的领域内，所作的变化或修饰皆涵盖在本发明的专利范围之中。

Claims (10)

1.一种用于小型河道的组装式应急净水软坝，包括沿河道横断面设置的坝基、嵌入坝基中的主坝体和设置在主坝体背水侧的支撑架；其特征在于，所述主坝体包括：

沿河道横断面依次排布并嵌入所述坝基中的若干个隔板，所有隔板与所述支撑架抵接；

位于坝基上方且由所述隔板分隔成的若干个相互独立的净水单元，每个净水单元内包括位于迎水侧的竖直下行单元、位于底部的水平单元和位于背水侧的竖直上行单元，所述垂直下行单元、水平单元和垂直上行单元顺次连通；

对应填充于所述水平单元、竖直下行单元和竖直上行单元中的填料；

分布于竖直下行单元顶面的进水孔和竖直上行单元的顶面的出水孔；

以及每个净水单元独立配置的反冲洗装置。

2.根据权利要求1所述组装式应急净水软坝，其特征在于，所述坝基包括底基和位于底基两端的侧基，所述坝基沿河道横断面方向的截面呈U形。

3.根据权利要求1所述组装式应急净水软坝，其特征在于，所述填料为箱式填料，箱式填料的外表面材料为网状纤维滤布。

4.根据权利要求1所述组装式净水软坝，其特征在于，每个净水单元沿河道横断面的宽度为1000mm-2000mm。

5.根据权利要求1所述组装式应急净水软坝，其特征在于，所述竖直下行单元的顶面为分布有所述进水孔的进水斜坡面，所述竖直上行单元顶面为分布有所述出水孔的出水斜坡面，所述进水斜坡面的顶边低于出水斜坡面的顶边且位于与河流横断面相平行的同一剖面上。

6.根据权利要求5所述组装式应急净水软坝，其特征在于，进水斜坡面的倾角α为30°～45°，进水斜坡面的水平投影位置与河道水位持平；出水斜坡面的倾角β大于倾角α，出水斜坡面的水平投影位置高于出水侧水位。

7.根据权利要求5所述组装式应急净水软坝，其特征在于，所述进水斜坡面、位于对应进水斜坡面两侧的隔板及对应竖直下行单元与竖直上行单元之间的隔墙围成对应进水单元的进水区，所述主坝体的迎水侧设有沿河道横断面方向滑动且用于阻断对应进水区进水的竖直挡板，所述主坝体的背水侧设有在各出水斜坡面之间滑动且用于阻断对应出水斜坡面出水的斜面挡板。

8.根据权利要求7所述组装式应急净水软坝，其特征在于，所述反冲洗装置包括与出水孔连通的反冲洗进水管和与进水区连通的反冲洗出水管。

9.根据权利要求8所述组装式应急净水软坝，其特征在于，还设有同步反冲洗自动控制系统，所述同步反冲洗自动控制系统包括：

分别与所述竖直挡板和斜面挡板相匹配的自动控制滑动轨道；

设置在反冲洗进水管上的反冲洗进水阀；

设置在反冲洗出水管上的反冲洗出水阀；

控制单元，所述自动控制滑动轨道、反冲洗进水阀和反冲洗出水阀均连接并受控于该控制单元。

10.一种利用权利要求9所述组装式应急净水软坝进行河道应急处理的方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)将至少一个所述组装式净水软坝组装在待处理河道建筑工事位点下游的横断面上，在所述组装式净水软坝上游300～800mm处安装隔栅；

(2)河道水体由进水口进入净水单元内，依次流经竖直下行单元、水平单元和竖直上行单元，由各单元内的填料进行净化处理，净化处理后河水由出水孔流出；

(3)步骤(2)运行10-20min后，启动同步反冲洗自动控制系统，首先对竖直挡板和斜面挡板所在的净水单元进行反冲洗，同一时间只对其中一个净水单元进行反冲洗，并依次轮流，交替循环。