CN107100132B

CN107100132B - 一种基质更替式生态滤坝

Info

Publication number: CN107100132B
Application number: CN201710497633.1A
Authority: CN
Inventors: 于鲁冀; 柏义生; 梁亦欣; 陈涛; 范鹏宇; 王月杰; 岳浩杰
Original assignee: Zhengzhou University
Current assignee: Zhengzhou University
Priority date: 2017-06-27
Filing date: 2017-06-27
Publication date: 2023-02-24
Anticipated expiration: 2037-06-27
Also published as: CN107100132A

Abstract

本发明涉及一种基质更替式生态滤坝，包括上游滤坝体、下游滤坝体；上游滤坝体和下游滤坝体间构成填料空间，填料空间内装有金属填料框，金属填料框内装有立体弹性多孔填料球，填料球内填充有基质填料，上游滤坝体、下游滤坝体均是由石块构成的表层和表层下面的由砾石、沸石并掺有铁渣等重量的混合物制成的内层构成，上游滤坝体、下游滤坝体的底部两边有第一滤坝基底桩、第二滤坝基底桩，第一滤坝基底桩、第二滤坝基底桩之间有连在一起的钢筋混凝土铺设成的铺底，上游滤坝体、下游滤坝体建筑在铺底上，本发明结构新颖独特，易建造，成本低，使用效果好，不会产生阻塞现象，使用寿命长，可有效解决河流的生态环境保护，经济和社会效益巨大。

Description

一种基质更替式生态滤坝

技术领域

本发明涉及河流环保设备，特别是一种基质更替式生态滤坝。

背景技术

随着我国经济的迅猛发展，水资源的消耗随之增加，而带来水环境也受到了严重污染。我国北方主要是河流水环境污染严重，河道水体自净能力丧失，河道水生态系统遭到破坏，对河道治理和修复（恢复）水生态系统是目前社会发展以及水生态文明建设的迫切需求。

生态滤坝又称透水坝、过滤坝等，是结合人工湿地和快速渗滤的原理而开发的一种河道生态净化与修复技术，是在不影响河道行洪的条件下，利用砾石、卵石、碎石等在河道中垒筑的坝体，具有净化水质，提高水中溶解氧等作用。目前较多的对生态滤坝基质进行了改进，在坝体内掺杂不同的基质材料，从而提高坝体的强化净化能力。但是忽视了坝体掺杂不同的基质材料后，由于生物膜生长而造成堵塞的现象，且更换材料并非易事，从而导致生态透水坝形成溢流坝，运行周期缩短，达不到河流环境的保护。

发明内容

针对上述情况，为克服现有技术之缺陷，本发明之目的就是提供一种基质更替式生态滤坝，可有效解决快速释放碳源，降解水体中氮污染物，而且能够防止生态滤坝运行过程中的堵塞，便于金属填料框内基质填料的更替问题。

本发明解决的技术方案是，一种基质更替式生态滤坝，包括上游滤坝体、下游滤坝体；上游滤坝体和下游滤坝体间构成填料空间，填料空间内装有金属填料框，金属填料框内装有立体弹性多孔填料球，填料球内填充有基质填料，上游滤坝体、下游滤坝体均是由石块构成的表层和表层下面的由砾石、沸石并掺有铁渣等重量的混合物制成的内层构成，上游滤坝体、下游滤坝体的底部两边有第一滤坝基底桩、第二滤坝基底桩，第一滤坝基底桩、第二滤坝基底桩之间有连在一起的钢筋混凝土铺设成的铺底，上游滤坝体、下游滤坝体建筑在铺底上，所述的基质填料是由等重量的：释放碳源的玉米芯、孔隙度高吸附作用强的沸石粉、水泥混合剂剂、附着能力强的硝化菌加水制成粒径为20-30mm的球状颗粒，填入立体弹性多孔填料球内，填充率为50%，所述的上游滤坝体成斜坡面，斜坡面的长与上游滤坝体的高之比为3:1，下游滤坝体成斜坡面，斜坡面的长与上游滤坝体的高之比为2:1。

本发明结构新颖独特，易建造，成本低，使用效果好，可有效改变生态滤坝基质填料放置的结构，随意取出来更换填料，方便使用；立体弹性填料球内的基质填料在水流扰动下，悬浮于水体中，充分与河水接触，有利于生物膜生长更新，同时基质填料释放碳源，可持续降解水体中氮污染物，去除率高，滤坝过滤去除水体悬浮物，基质填料更换方便，不会产生阻塞现象、形成溢流坝，使用寿命长，可有效解决河流的生态环境保护，经济和社会效益巨大。

附图说明

图1为本发明的结构主视图；

图2为本发明的结构俯视图；

图3为本发明的金属填料框结构示意图；

图4为本发明的立体弹性填料球的结构图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式做详细说明。

如图1-4所示，本发明包括上游滤坝体1、下游滤坝体3；上游滤坝体1和下游滤坝体3间构成填料空间8，填料空间8内装有金属填料框2，金属填料框2内装有立体弹性多孔填料球4，填料球4内填充有基质填料6，上游滤坝体1、下游滤坝体3均是由石块构成的表层和表层下面的由砾石、沸石并掺有铁渣等重量的混合物制成的内层构成，上游滤坝体1、下游滤坝体3的底部两边有第一滤坝基底桩5-1、第二滤坝基底桩5-2，第一滤坝基底桩5-1、第二滤坝基底桩5-2之间有连在一起的钢筋混凝土铺设成的铺底7，上游滤坝体1、下游滤坝体3建筑在铺底7上，所述的基质填料6是由等重量的：释放碳源的玉米芯、孔隙度高吸附作用强的沸石粉、水泥混合剂、附着能力强的硝化菌加水制成粒径为20-30mm的球状颗粒，填入立体弹性多孔填料球4内，填充率为50%，所述的上游滤坝体1成斜坡面，斜坡面的长与上游滤坝体1的高之比为3:1，下游滤坝体3成斜坡面，斜坡面的长与上游滤坝体1的高之比为2:1。

为了保证使用效果和使用方便，

所述的表层厚度为200-300mm，石块粒径为100-300mm，砾石、沸石的粒径均为30-50mm。

所述的金属填料框2是由多个金属填料框上下叠放、左右排放在一起构成的方形。

所述的立体弹性多孔填料球4为聚乙烯制成的周壁上均布有通孔构成的圆网状，直径为95-105mm，悬浮于水中，填料球4在金属填料框2内的填充率为70%。

由上述可以看出，本发明滤坝在结构上新颖独特之处在于，a）基质更替式生态滤坝，滤坝天然块石（掺杂铁渣）、金属填料框架和基质填料构成；

b）生态滤坝外层迎水面斜体、背水面斜体以及坝顶部位以天然石块构筑坝体，作为支撑；中间内部采用新型填料作为基质材料；

c）新型填料放置在立体弹性填料球，填充率为50%，立体弹性填料球携带新型填料可悬浮于水体中，在水流扰动作用下，有利于生物膜生长更新。

d）填料球放置在不锈钢的金属框架内，不与坝体焊接，整个金属填料框架形状与坝体留出的空隙形状相同，便于安放，可随意取出更换填料，使用方便；

e）整个滤坝底部基座采用混凝土结构。

所述新型填料为自制能够释放碳源的颗粒，具有质量轻、机械强度高、孔隙度高、能持续释放碳源、生物膜附着能力强的特点，粒径为20-30mm。

所述基质放置在立体弹性填料球内（聚乙烯球状），悬浮在水体中。

本发明利用在生态滤坝坝顶处填充新型基质填料的自然吸附和基质内硝化菌的净化作用，以及基质释放碳源作用（为反硝化菌在反硝化过程中补充碳源），同时利用流水缓慢通过填充基质上多孔结构形成微生物膜，通过水流扰动使得基质填料与河水充分接触，有利于生物膜生长更新，最终使微污染水体经基质更替式生态滤坝后，水体中污染物等被吸附和降解，使河流水体的净化效果得到提高。

利用基质更替式生态滤坝首先可以雍水，减小水流速度，使得水体缓慢通过滤坝，水体经过滤坝上游部分（坡度1:3）时，通过砾石、沸石并掺杂有铁渣的结构产生吸附、微生物膜降解和微电解作用，水体中的可降解有机物、氨氮和溶解氧（DO）被利用。进入新型基质填充部分和滤坝下游部分（坡度1:3）时，坝体内处于缺氧或厌氧状态，微生物在反硝化过程中得到新型基质释放的碳源补充，同时新型基质填料中高效硝化菌的作用，提高了坝体中硝化与反硝化作用。

新型基质填料通过多个金属填料框，可以取出更换基质填料，防止填充的基质堵塞，导致滤坝崩溃。

本发明在具体建造时，结合水体地形地貌、水系形态及水体污染等情况，在不影响行洪情况下，在河道缓流段构建基质更替式生态滤坝。生态滤坝底部以混凝土作为基座，以天然石块（掺杂铁渣）构筑坝体，作为支撑；中间内部采用新型填料作为基质材料，并放置在立体弹性填料球内，悬浮在水中。立体弹性填料球被放置在不锈钢的金属框架内，不与坝体焊接，整个金属填料框架形状与坝体留出的空隙形状相同，便于安装，便于取出更换填料，使用方便、快捷。

河水流经生态滤坝基质填料，通过水流扰动使得在立体弹性填料球中的基质填料悬浮于水中，与河水充分接触，易于生物膜附着，同时基质填料释放碳源，以及坝体的过滤吸附，有利于微生物降解河水中氮污染物。并经实地应用，取得了非常好的有益技术效果，例如：在河南选取一无行洪压力河流，水面宽≥15 m，正常水位≥2m)，河漫滩宽≥35 m处设置基质更替式生态滤坝，河流水体COD浓度约30-50mg/L，氨氮浓度约为2-5mg/L。按照本发明给出的一种基质更替式生态滤坝的结构在河床9建造生态滤坝，坝顶高2.5m，坝顶宽2m，长同河床9的河道宽。经一年的试验测定，本发明的生态坝去氮污染物能力提高10%以上，而且建造成本均为同类坝体的1/3，使用寿命提高3倍以上，而且立体弹性多孔填料球的更换非常方便，更换效率相对于原有同类的生态滤坝效率提高5倍以上，其效果之好是未曾料到的。

总之，本发明的一种基质更替式生态滤坝，属于环境工程中水处理技术领域。其特征是滤坝天然块石、砾石、沸石（掺杂铁渣）、金属填料框架和基质填料构成。生态滤坝外层迎水面斜体、背水面斜体以及生态滤坝底部以混凝土作为基座，以天然天然块石、砾石、沸石（掺杂铁渣）构筑坝体，作为支撑；中间内部采用新型填料作为基质材料，并放置在立体弹性填料球内；再将填料球放置在不锈钢的金属框架内，不与坝体焊接，整个金属填料框架形状与坝体留出的空隙形状相同，便于安放，可随意取出更换填料，使用方便。在填充新型基质填料的自然吸附和基质内硝化菌的净化作用，以及基质释放碳源作用（为反硝化菌在反硝化过程中补充碳源），同时利用流水缓慢通过填充基质上多孔结构形成微生物膜，通过水流扰动使得基质填料与河水充分接触，有利于生物膜生长更新，最终使微污染水体经基质更替式生态滤坝后，水体中污染物被吸附和降解，使河流水体的净化效果得到提高。本发明通过改变生态滤坝基质填料放置的结构，增加新型基质填料，提高了净水作用，易于操作运行，无动力消耗，抗冲击能力强，维护更换方便，能有效防止基质堵塞。

与现有坝体相比，具有以下有益技术效果：

（1）相比普通生态滤坝，提高了坝体中硝化与反硝化，总氮去除提高约10%。

（2）抗冲击能力强，使用寿命长，可延长使用寿命至少3倍以上，维护更换方便，能有效防止基质堵塞，同时可以根据实际水质变化情况，调整新型基质填料的填充率。

（3）本发明改变生态滤坝基质填料放置的结构、易于操作运行，更换效率提高5倍以上，无动力消耗，节能环保，适合城市河流、沟渠和无行洪压力的微污染河流水体。

（4）、易生产建造，成本低，成本为原有设备的1/3，是治疗河流污染设备上的创新，经济和社会效益巨大。

Claims

1.一种基质更替式生态滤坝，包括上游滤坝体（1）、下游滤坝体（3），其特征是：上游滤坝体（1）和下游滤坝体（3）间构成填料空间（8），填料空间（8）内装有金属填料框（2），金属填料框（2）内装有立体弹性多孔填料球（4），填料球（4）内填充有基质填料（6），上游滤坝体（1）、下游滤坝体（3）均是由石块构成的表层和表层下面的由砾石、沸石并掺有铁渣等重量的混合物制成的内层构成，上游滤坝体（1）、下游滤坝体（3）的底部两边有第一滤坝基底桩（5-1）、第二滤坝基底桩（5-2），第一滤坝基底桩（5-1）、第二滤坝基底桩（5-2）之间有连在一起的钢筋混凝土铺设成的铺底（7），上游滤坝体（1）、下游滤坝体（3）建筑在铺底（7）上，所述的基质填料（6）是由等重量的：释放碳源的玉米芯、孔隙度高吸附作用强的沸石粉、水泥混合剂剂、附着能力强的硝化菌加水制成粒径为20-30mm的球状颗粒，填入立体弹性多孔填料球（4）内，填充率为50%，所述的上游滤坝体（1）成斜坡面，斜坡面的长与上游滤坝体（1）的高之比为3:1，下游滤坝体（3）成斜坡面，斜坡面的长与上游滤坝体（1）的高之比为2:1。

2.根据权利要求1所述的基质更替式生态滤坝，其特征是：所述的表层厚度为200-300mm，石块粒径为100-300mm，砾石、沸石的粒径均为30-50mm。

3.根据权利要求1所述的基质更替式生态滤坝，其特征是：所述的金属填料框（2）是由多个金属填料框上下叠放、左右排放在一起构成的方形。

4.根据权利要求1所述的基质更替式生态滤坝，其特征是：所述的立体弹性多孔填料球（4）为聚乙烯制成的周壁上均布有通孔构成的圆网状，直径为95-105mm，悬浮于水中，填料球（4）在金属填料框（2）内的填充率为70%。