CN106006966A - 一种强化脱氮的生物滞留池 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于雨水径流处理的强化脱氮的生物滞留池，用于解决现有设施脱氮效率差，有机物淋出严重的现象。所述装置由覆盖层、填料层和保护层组成。填料层在传统生物滞留设施介质成分（黄砂、土壤及堆肥）的基础上，加入了重量比例为3‑5%的高C/N有机物，保护层主要是黄砂和土壤的混合物。高C/N有机物可使填料层在进水期和间歇期呈现厌氧‑好氧环境交替演进的状态，有利于各种形态氮素的脱除，下方保护层可有效截留去除填料层有机物溶淋产生的COD，在保证高效脱氮的基础上，克服了生物滞留设施存在的有机物淋出严重的现象。
Description
技术领域
本发明属于环境保护领域，具体涉及一种用于雨水径流处理的强化脱氮的生物滞留池。
背景技术
城市雨水径流是城市环境中氮类化合物一个重要的输出载体。高浓度的氮类化合物释放到水体中易造成富营养化，导致水生生态环境的恶化。因此，控制径流中含氮污染物意义重大。由于雨水径流中的大部分氮类污染物都是溶解性的，包括过滤等物理处理方法难以有效去除这些物质。
生物滞留设施能有效去除雨水径流中包括氮类化合物在内的多种污染物。设施进水中的有机氮和氨氮在下渗过程中易被介质吸附或截留得到去除。被吸附的有机氮和氨氮在两场降雨事件之间的落干期，由于氧气的作用发生氨化和硝化而转化为硝态氮。硝态氮只有在缺氧和碳源充足的条件下，通过反硝化作用以 N2O 或 N2的形式被去除。传统生物滞留设施为了保证设施的含水率并为植物生长提供营养，在填料层的介质中添加了一定量的堆肥，可为反硝化提供碳源。但是传统的生物滞留设施在降雨间歇期，介质处于好氧状态，通常无法满足反硝化作用所需要的缺氧条件。由于介质不能有效吸附带负电荷的硝酸盐,导致生物滞留设施出水中硝酸盐浓度经常高于进水浓度，特别是在进水中氨氮和有机氮比较高的场合。为解决上述问题，已公开的发明专利文件（CN204803077U）提出提高出水口的位置，创造淹水区使设施下部出现利于反硝化的厌氧环境，但这种方法使得淹没区的介质失去水量调蓄作用，降低了设施的年径流总量控制率，对NO3 --N去除效果也不尽满意。已公开的发明专利文件（CN105621622A）提出在填料层下层空间中填充低透水性材料构建适合反硝化的厌氧空间，并在下层介质添加秸秆作为碳源，这种方法能在一定程度上提高脱氮效果。但是一方面秸秆等有机物C/N较低，容易对出水中氮浓度造成不利影响；另一方面设施容易产生有机物淋出的现象，使得出水中COD过高。
本发明针对上述问题，创新性地提出构建上层反硝化生物滞留设施的方法。只在设施上层的填料层中添加高C/N的有机物（木屑类），利用木屑强化好氧微生物的生长，促使上层设施在进水期和落干期中呈现厌氧好氧交替发生的状态，使得反硝化作用能在上层填料层中发生。下层保护层可对上层介质中木屑分解的淋出物进行有效处理截留，使得设施在有效除氮的同时，出水中COD淋出控制在较低的水平上。
发明内容
针对现有技术中生物滞留设施在水质控制上存在的不足之处，本发明的目的是提供一种能在水文控制效果不变的基础上，高效脱氮又能降低出水中COD浓度的强化脱氮的生物滞留池。
为实现上述目的,本发明采用了如下技术方案 :
一种强化脱氮的生物滞留池，其中：自上而下由覆盖层、填料层和保护层组成，填料层采用黄砂、田园土和高C/N有机物混合而成，黄砂、田园土和高C/N有机物重量比为65~87：10~30：3~5；保护层由黄砂和田园土组成，黄砂和田园土重量比为60~80：20~40；覆盖层一侧上部设有进水管，另一侧上部设有溢流管；填料层中添加高C/N有机物，利用高C/N有机物强化好氧微生物的生长，促使填料层在进水期和落干期中呈现厌氧好氧交替发生的状态，使得反硝化作用能在填料层中发生；保护层对填料层中高C/N有机物分解的淋出物进行有效处理截留，使得生物滞留池在有效除氮的同时，出水中COD淋出控制在较低的水平上。
本发明中，填料层和保护层的高度分别为350~550mm。
本发明中，高C/N有机物以木质素或纤维素为主要成分，如木屑、刨花等。
本发明中，对于地下水最高水位与设施底部间距小于0.6m的地区，在保护层底部设置砾石层，砾石层底部铺设有不透水土工布，所述砾石层中铺设穿孔排水管。
本发明中，所述砾石层高度为50~100mm，穿孔排水管的孔径为 6~12mm。
本发明中，所述覆盖层厚度为50~100mm。
本发明中，所述植物6采用鸢尾等。
采用上述技术方案，本发明的有益效果：除了能够保证生物滞留设施有效削减径流总量和峰值流量的水文功能，还能保证设施上部填料层在进水过程中呈现缺氧/厌氧状态，对雨水径流中的氮素高效脱除，使得设施并不需要采用排水管上弯等结构也能达到很好的脱氮效果，充分利用下方基质层的水量调蓄作用。另外，设施填料层下部的保护层可对溶淋产生的有机物过滤截留，有效提高出水的水质。
附图说明
图1为新型脱氮生物滞留池结构示意图
图中编号：１为覆盖层，２为填料层，３为保护层，４为砾石层，５为进水管，６为植物，７为溢流管，８为不透水土工布，９为穿孔排水管。
具体实施方式
下面通过实施例结合附图进一步说明本发明。
实施例１：如图 1 所示，本发明的强化脱氮的雨水生物滞留池包括主体结构：覆盖层1、填料层2、保护层3和砾石层4，雨水径流收集和排出管道：进水管5、溢流管7和穿孔出水管9，填料层２栽种耐淹耐旱植物6（如鸢尾），砾石层４底部铺设有不透水土工布8。
不透水表面的径流首先通过进水管5进入生物滞留池内，然后依次经过覆盖层 1、填料层2和保护层3，在地下水最高水位与设施底部间距大于0.6m地区，出水可直接下渗补充地下水。在地下水最高水位与设施底部间距小于0.6m地区，径流在砾石层4和不透水土工布上8积聚，通过穿孔出水管9排放到雨水管道，也可用作市政杂用水或用作景观水体补充水。当径流量过大时，超过渗透能力的径流可经溢流管7直接排放。
所述填料层2由黄砂、田园土和木屑的混合组成，黄砂、田园土和木屑的重量比为65~87：10~30：3~5。所述填料层2为植物6提供足够的水分和营养以维持其生长。所述填料层2中所用木屑除了能提高介质含水率和作为反硝化碳源外，还能促进好氧微生物的生长，使得填料层在进水期呈现缺氧或厌氧环境，在降雨间歇期（落干期）介质含水率降低到田间持水度以下时呈现好氧环境。被填料层2截留的有机氮和氨氮在落干期发生氨化及硝化作用，在进水期厌氧环境中发生反硝化作用，实现总氮的脱除。
所述保护层3由黄砂和田园土混合组成，黄砂和田园土混合物的重量比为60~80：20~40。在当地土壤粘粒含量小的场合可黄的用量可取小值，保证保护层3饱和渗透速率在2~7cm/h范围即可。进水经填料层2过程中，会将填料层2淋出的小颗粒及溶解有机物带入保护层3，所述保护层3可将这些有机物截留并降解，保证出水水质。对于地下水最高水位距设施底部大于0.6m地区，出水可直接下渗补充地下水。
在地下水最高水位距设施底部小于0.6m地区，所述砾石层4由直径大于穿孔排水管9孔径的砾石组成。所述砾石直径不超过20mm，所述砾石层4的厚度为100-200mm。所述砾石层4主要用于保护穿孔收集管9，防止其堵塞，经过渗滤的雨水由穿孔收集管9收集, 排除生物滞留设施。
利用该新型脱氮生物滞留池为原型构建的生物滞留柱A，在使用自来水配置的模拟雨水径流实验中，考虑最不利情况，即总氮浓度很高且大部分为NO3 --N，平均进水总氮7.58mg/L时，和基质未加有机物的生物滞留柱B，在下层添加木屑的生物滞留柱C和出水口上弯式的生物滞留柱D，脱氮处理效果和出水有机物淋出浓度对比如表所示。
表1 四种生物滞留设施脱氮效果对比（进水流速4cm/h）
表2 三种生物滞留设施有机物淋出平均浓度对比
表3 生物滞留设施填料层中ORP对比
综合表可知，强化脱氮生物滞留设施A，总氮脱除效果明显好于不加有机质的传统生物滞留设施B和出水管上弯式生物滞留设施D。整个进水过程中，新型脱氮生物滞留设施A填料层ORP能降到-200mV以下，而传统生物滞留设施B的ORP一直维持在600mV以上，不能达到适合脱氮的厌氧条件。在有机物淋出方面，新型脱氮生物滞留设施A能保证出水COD维持在较低水平，并不会出现下层无保护层的生物滞留设施C的COD浓度升高的现象。由于本发明在同样的介质层厚度下，所有介质层都可以吸收、截留径流，设施的水文控制效果优于存在水饱和区的出水管上弯式设施与设置低渗层造成积水层的设施。
Claims (6)
1.一种强化脱氮的生物滞留池，其特征在于：自上而下由覆盖层、填料层和保护层组成，填料层采用黄砂、田园土和高C/N有机物混合而成，黄砂、田园土和高C/N有机物重量比为65~87：10~30：3~5；保护层由黄砂和田园土组成，黄砂和田园土重量比为60~80：20~40；覆盖层一侧上部设有进水管，另一侧上部设有溢流管；填料层上种植物；填料层中添加高C/N有机物，利用高C/N有机物强化好氧微生物的生长，促使填料层在进水期和落干期中呈现厌氧好氧交替发生的状态，使得反硝化作用能在填料层中发生；保护层对填料层中高C/N有机物分解的淋出物进行有效处理截留，使得生物滞留池在有效除氮的同时，出水中COD淋出控制在较低的水平上。
2.根据权利要求1所述的强化脱氮的生物滞留池，其特征在于，填料层和保护层的高度分别为350~550mm。
3.根据权利要求1所述的强化脱氮的生物滞留池，其特征在于，高C/N有机物以木质素或纤维素为主要成分，如木屑、刨花等。
4.根据权利要求1所述的强化脱氮的生物滞留池，其特征在于，对于地下水最高水位与设施底部间距小于0.6m的地区，在保护层底部设置砾石层，砾石层底部铺设有不透水土工布，所述砾石层中铺设穿孔排水管。
5.根据权利要求４所述的强化脱氮的生物滞留池，其特征在于，所述砾石层高度为50~100mm，穿孔排水管的孔径为 6~12mm。
6.根据权利要求１所述的强化脱氮的生物滞留池，其特征在于，所述覆盖层厚度为50~100mm。
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