CN106145318B - 一种具有多级跌水曝气功能的滞流净化护坡系统 - Google Patents

Abstract

一种具有多级跌水曝气功能的滞流净化护坡系统，包括n级径流收集过滤装置和n个跌水传输管道，其中n≥2；径流收集过滤装置埋设在护坡下，径流收集过滤装置的形状为不规则半球体；跌水传输管道一端与径流收集过滤装置连接，另一端与下一级跌水传输管道连通，第n级跌水传输管道的一端与第n级径流收集过滤装置连接，另一端出水直接排入河湖中。本发明采用人工模拟自然跌水的方式通过对跌水、急流和增大氧和水体的接触面积达到快速复氧的目的，无需消耗任何能源，也不需要增加其他附属设备；本发明可适用于任何有坡度的护坡，灵活设置所需系统的数量，不受护坡坡度及长度限制；本发明可实现整体系统的简单化、自动化、无能耗、低维护。

Description

一种具有多级跌水曝气功能的滞流净化护坡系统

技术领域

本发明涉及一种护坡系统，更具体地说，它涉及一种具有多级跌水曝气功能，并能够对径流进行滞流净化的护坡系统。

背景技术

水体中溶解氧的含量是反映水体污染状态的一个重要指标，受污染水体溶解氧浓度变化的过程反映了水体的自净过程。当水体中存在溶解氧时，水中的有机物往往为好氧菌所分解，使水中溶解氧含量下降，浓度低于饱和值，而水面大气中的氧就溶解到河水中，补充消耗掉的氧。如果有机物含量太多，溶解氧消耗太快，大气中的氧来不及供应，水体的溶解氧将会逐渐下降，乃至消耗殆尽，从而影响水生态系统的平衡。当水中的溶解氧耗尽之后水体就出现无氧状态，有机物的分解就从有氧分解转为无氧分解，水质就会恶化，甚至出现黑臭现象。此时，水生态系统已遭到严重破坏，无法自行恢复。由此可见，溶解氧在水体自净过程中起着非常重要的作用，并且水体的自净能力直接与曝气能力有关。

河水中的溶解氧主要来源于大气复氧和水生植物的光合作用，其中大气复氧是水体溶解氧的主要来源。大气复氧是指空气中的氧溶于水中的气-液相传质过程，这一过程也可称为天然曝气。但是，如果单靠天然曝气作用，河水的自净过程将非常缓慢。而一条水流湍急、且带有许多急弯和跌水的河道，自净效率将能够提升10倍左右。产生这种差异的主要原因是急流道的快速充氧作用，即由于河道水流增加了紊动，从而改进了氧的传递和扩散。由此可知，只要增加水流的流动速度，就可以加速水体富养过程，从而改善水质。

面源污染是河湖水质恶化的诱因之一，护坡上栽植植被能够滞流部分径流，并可以对径流中的污染物质起到过滤净化的作用，但是单纯的植物栽植对径流污染物的负荷较低，且污染负荷量饱和后就无法持续发挥滞流净化作用。因此，急需寻求一种技术手段，一方面提升护坡净化系统的污染物负荷量，另一方面能够使护坡净化系统持续发挥滞流净化作用。

发明内容

本发明的目的在于设计一种新型的具有多级跌水曝气功能的滞流净化护坡系统，解决上述问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种具有多级跌水曝气功能的滞流净化护坡系统，包括n级径流收集过滤装置和n个跌水传输管道，其中n≥2；所述径流收集过滤装置埋设在护坡下，所述径流收集过滤装置的形状为不规则半球体；所述跌水传输管道一端与所述径流收集过滤装置连接，另一端与下一级跌水传输管道连通，第n级跌水传输管道的一端与第n级径流收集过滤装置连接，另一端出水直接排入河湖中。

进一步的，所述每一级径流收集过滤装置的直径为250mm-350mm。

进一步的，所述每一级径流收集过滤装置均自上而下设置植草毯、生物悬浮球填料层和开孔PVC板，在径流收集过滤装置一端设置有通气口；所述植草毯，厚度为20mm-30mm，相对于护坡呈内凹形；所述生物悬浮球填料层的材料为悬浮球填料，所述悬浮球填料由聚丙烯注塑而成，悬浮球填料分内外双层球体，外部为中空鱼网状球体，内部为旋转球体；所述开孔PVC板材料为PVC，所述开孔PVC板形状呈半球面，所述开孔PVC板底部设置有至少2个跌水孔，跌水从所述跌水孔垂直落下时不接触跌水传输管道管壁；所述通气口为圆筒状结构，所述通气口的直径为40mm-50mm，所述通气口顶端开口处略高于护坡坡地，底端连通所述跌水传输管道，所述通气口包覆开孔土工格栅。

进一步的，所述径流收集过滤装置中轴线的生物悬浮球填料层最厚，所述生物悬浮球填料层厚度为70mm-100mm。

进一步的，所述跌水孔形状为倒锥形，上端孔径为3mm-4mm，底端孔径以1mm-2mm。

进一步的，所述跌水传输管道，包括跌水管道与传输管道，跌水管道与传输管道的长度根据所在护坡具体的地形进行设计；所述跌水管道的设置方向为竖直方向，所述跌水管道的直径小于径流收集过滤装置；所述传输管道通过连接件与所述跌水管道连通，所述传输管道的直径小于所述跌水管道，所述传输管道的设置方向应与水平方向呈一定坡度向下。

进一步的，所述跌水管道长度不超过2m，所述跌水管道的直径为200mm-250mm。

进一步的，还包括植物滞留净化系统，所述植物滞留净化系统以草本植物和灌木植物相结合栽植而成。

进一步的，所述草本植物设置在所述径流收集过滤系统前，所述灌木植物设置在护坡陡峭区域，其他区域随机种植草本植物和灌木植物。

进一步的，所述植物滞流净化系统，还包括花卉，所述花卉随机种植在所述其他区域。

本发明的有益效果可以总结如下：

(1)本发明采用人工模拟自然跌水的方式通过对跌水、急流和增大氧和水体的接触面积达到快速复氧的目的，无需消耗任何能源，也不需要增加其他附属设备，并且可以24小时不间断进行；

(2)多级跌水曝气净化系统的设置可适用于任何有坡度的护坡，灵活设置所需系统的数量，不受护坡坡度及长度限制；

(3)避免了传统曝气方式中能耗高，曝气系统易堵塞，人工管理困难等劣势，构建完成后可实现整体系统的简单化、自动化、无能耗、低维护，在本曝气环节不需要任何人工干预，水流流经本装置自然复氧；

(4)通过跌水管与传输管道不同管径的设置，保证了径流在跌水管道与传输管道内都能够保持较高的流速，提高了径流的曝气效果；

(5)植物滞流净化系统与多级跌水曝气净化系统协同发挥处理作用，植物滞流净化系统能够起到初筛、滞留、防止多级跌水曝气净化系统堵塞等作用，多级跌水曝气净化系统则起到过滤、曝气、传输等作用，两者相辅相成；

(6)本发明具有良好的景观效果，主要系统埋设于护坡内部，暴露在外部的均为景观性较好的配置植物，因此也具有景观用途；

(7)本发明多级跌水曝气净化护坡系统，其生物悬浮球填料流动性好、易清洗、易更换，防堵塞，净化时效长。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明径流收集过滤装置的结构示意图。

图3为本发明悬浮球的结构示意图。

标号说明：

1、径流收集过滤装置；11、植草毯；12、生物悬浮球填料层；13、开孔PVC板；14、跌水孔；15、通气口；16、防护网；17、第1级径流收集过滤装置；18、第n级径流收集过滤装置；2、跌水传输管道；21、跌水管道；22、传输管道；3、植物滞留净化系统；31、草本植物；32、灌木植物；33、花卉。

具体实施方式

为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明结合护岸自然地形，埋设径流收集管道，并在管道口设置径流预处理装置，构建多级跌水曝气净化系统；栽植“灌、花、草”等多种植物，构建植物滞流净化系统。植物滞流净化系统在护坡表面及根系范围内发挥滞流、过滤作用，多级跌水曝气净化系统在护坡地下纵深发挥过滤、曝气作用。

如图1所示的一种具有多级跌水曝气功能的滞流净化护坡系统，包括n级径流收集过滤装置、n个跌水传输管道和植物滞流净化系统，其中n≥2；所述径流收集过滤装置埋设在护坡下，所述跌水传输管道一端与所述径流收集过滤装置连接，另一端与下一级跌水传输管道连通，第n级跌水传输管道的一端与第n级径流收集过滤装置连接，另一端出水直接排入河湖中。所述多级跌水曝气净化系统，包括径流收集过滤装置、跌水传输管道两部分。所述植物滞流净化系统，由草本植物、灌木、花卉按照一定原则栽植而成。

如图2所示，径流收集过滤装置形状为直径250-350mm的不规则半球体，自上而下分别为植草毯、生物悬浮球填料层、开孔PVC板、在径流收集过滤装置一端设置有通气口。

所述植草毯，厚度为20mm-30mm，相对于护坡呈内凹形，目的是保证其所在位置上方护坡的径流雨水能够流入径流收集过滤层装置；植草毯上种植根系不发达的草科植物，避免其根系深入下方生物悬浮球填料层。

所述生物悬浮球填料层，主要材料为悬浮球填料。如图3所示，悬浮球填料系列由聚丙烯材料注塑而成，分内外双层球体，外部为中空鱼网状球体，内部为旋转球体。主要起生物膜载体的作用，同时兼有截留悬浮物的作用，具有生物附着力强、比表面积大、挂膜率高、不引起二次污染等特点。径流收集过滤装置中轴线的生物悬浮球填料层最厚，为70mm-100mm。生物悬浮球填料层能够形成微生物膜，对流入的径流进行生物膜过滤。

所述开孔PVC板，其材料为具有一定承重能力的PVC板材，其形状呈半球面，PVC板底部设置有若干跌水孔，跌水孔的分布原则为位于跌水管道管壁延长线以内，保证跌水垂直落下时不接触跌水管道管壁为宜，从而确保跌水速度，提高曝气效果。跌水孔形状为倒锥形，上端孔径为3mm-4mm，底端孔径以1mm-2mm为宜，跌水以水滴形式跌落，保证了水流与空气有足够大的接触面，即保证了足够的传质动力。

所述通气口，位于径流收集过滤装置远离径流方向的一侧，为40mm-50mm的圆筒状结构，其顶端开口处略高于护坡坡地，所述通气口包覆开孔土工格栅，通气口底端连通跌水管道；其作用主要是向跌水管道及传输管道中输送空气，保障系统的曝气效果。

所述跌水传输管道，包括跌水管道与传输管道，跌水管道与传输管道的长度和数量根据所在护坡具体的地形进行设计；

所述跌水管道长度以不超过2m为宜，因为长度过长将显著增加施工难度，其孔径宽度应略小于径流收集过滤装置，以200-250mm为宜，其设置方向为竖直方向，跌水从跌水孔滴落，通过跌水管道流入传输管道；

所述传输管道，通过连接件与跌水管道连通，其宽度应明显窄于跌水管道，其设置方向应与水平方向呈一定坡度，这两点都有助于跌水在传输管道内形成急流，从而提高曝气效果。跌水流经传输管道后，跌入下一层的跌水管道，再次跌水曝气，这一过程循环反复。

所述植物滞流净化系统，由草本植物、灌木、花卉按照一定原则栽植而成。

由于草本植物群落在湖泊表层生长茂密，对径流的减速滞流作用强，但是其根系分布单一，稳定风化层的作用比较差，因此以草本植物生长为主的边坡容易发生脱落；而灌木植物，地面部分滞流能力不强，但是纵向根系发达，可以控制更深层的土壤，它的根系固定土壤的能力比草本植物强，草地中加入灌木植物后，比单纯草本植物覆盖的边坡稳定性更强。

鉴于草本植物与灌木各自的优缺点，因此选择生态护坡植物群落,以草灌结合种植为宜。草本及地被植物能控制坡面的水土流失,设置于径流收集过滤系统前，能够起到初步过滤的作用，避免径流中的大颗粒物质堵塞径流收集过滤系统；而灌木类植物可以控制更深层的侵蚀，故设置在护坡坡度较陡的区域，使整体结构更加稳定。其他地区可以随机种植草本植物、灌木和花卉，提升整体系统的景观营造效果。

实施方法：

1.裹挟面源污染物质的径流从护坡顶端沿坡体向下方输送，植物滞流净化系统首先发挥滞流作用，并能够固定部分污染物质，消减污染物含量。

2.径流顺坡而下，流经第一级径流收集过滤装置，经过植草毯、生物悬浮球填料层双重过滤，通过跌水孔滴入跌水管道，在跌水过程中实现跌水曝气。

3.径流通过跌水管道后流入相对口径较窄的传输管道，跌水在传输管道内能够形成急流，从而提高曝气效果。

4.跌水流经传输管道后，跌入下一层的跌水管道，再次跌水曝气，这一过程循环反复。

5.最终经过多次曝气和过滤的径流流入护坡下的河湖，不仅避免了向河湖中增加新的污染物质，而且多级曝气后对河湖的黑臭水体等原有水质问题也能起到缓解作用。

以上通过具体的和优选的实施例详细的描述了本发明，但本领域技术人员应该明白，本发明并不局限于以上所述实施例，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种具有多级跌水曝气功能的滞流净化护坡系统，其特征在于：包括n级径流收集过滤装置和n个跌水传输管道，其中n≥2；所述径流收集过滤装置埋设在护坡下，所述径流收集过滤装置的形状为不规则半球体；所述跌水传输管道一端与所述径流收集过滤装置连接，另一端与下一级跌水传输管道连通，第n级跌水传输管道的一端与第n级径流收集过滤装置连接，另一端出水直接排入河湖中；所述每一级径流收集过滤装置的直径为250mm-350mm；

所述每一级径流收集过滤装置均自上而下设置植草毯、生物悬浮球填料层和开孔PVC板，在径流收集过滤装置一端设置有通气口；所述植草毯，厚度为20mm-30mm，相对于护坡呈内凹形；所述生物悬浮球填料层的材料为悬浮球填料，所述悬浮球填料由聚丙烯注塑而成，悬浮球填料分内外双层球体，外部为中空鱼网状球体，内部为旋转球体；所述开孔PVC板材料为PVC，所述开孔PVC板形状呈半球面，所述开孔PVC板底部设置有至少2个跌水孔，跌水从所述跌水孔垂直落下时不接触跌水传输管道管壁；所述通气口为圆筒状结构，所述通气口的直径为40mm-50mm，所述通气口顶端开口处高于护坡坡地，底端连通所述跌水传输管道，所述通气口包覆开孔土工格栅；

还包括植物滞留净化系统，所述植物滞留净化系统以草本植物和灌木植物相结合栽植而成；所述草本植物设置在所述径流收集过滤系统前，所述灌木植物设置在护坡陡峭区域，其他区域随机种植草本植物和灌木植物。

2.根据权利要求1所述的具有多级跌水曝气功能的滞流净化护坡系统，其特征在于：所述径流收集过滤装置中轴线的生物悬浮球填料层最厚，所述生物悬浮球填料层厚度为70mm-100mm。

3.根据权利要求2所述的具有多级跌水曝气功能的滞流净化护坡系统，其特征在于：所述跌水孔形状为倒锥形，上端孔径为3mm-4mm，底端孔径以1mm-2mm。

4.根据权利要求1所述的具有多级跌水曝气功能的滞流净化护坡系统，其特征在于：所述跌水传输管道，包括跌水管道与传输管道，跌水管道与传输管道的长度根据所在护坡具体的地形进行设计；所述跌水管道的设置方向为竖直方向，所述跌水管道的直径小于径流收集过滤装置；所述传输管道通过连接件与所述跌水管道连通，所述传输管道的直径小于所述跌水管道，所述传输管道的设置方向应与水平方向呈一定坡度向下。

5.根据权利要求4所述的具有多级跌水曝气功能的滞流净化护坡系统，其特征在于：所述跌水管道长度不超过2m，所述跌水管道的直径为200mm-250mm。

6.根据权利要求1所述的具有多级跌水曝气功能的滞流净化护坡系统，其特征在于：所述植物滞流净化系统，还包括花卉，所述花卉随机种植在所述其他区域。