CN107651751A - 一种具有水体修复功能的河岸式渗滤系统和方法 - Google Patents

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CN107651751A CN201711062576.0A CN201711062576A CN107651751A CN 107651751 A CN107651751 A CN 107651751A CN 201711062576 A CN201711062576 A CN 201711062576A CN 107651751 A CN107651751 A CN 107651751A
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柳海涛
孙双科
郑铁刚
李广宁
姜涵
张超
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    • E02BHYDRAULIC ENGINEERING
    • E02B15/00Cleaning or keeping clear the surface of open water; Apparatus therefor
    • E02B15/04Devices for cleaning or keeping clear the surface of open water from oil or like floating materials by separating or removing these materials
    • E02B15/06Barriers therefor construed for applying processing agents or for collecting pollutants, e.g. absorbent

Abstract

本发明涉及一种具有水体修复功能的河岸式渗滤系统和方法,包括:带有前池的引水设施,引水设施下游设置多条沿河岸两侧阶梯排列的渗滤槽,渗滤槽进口上游设置拦污网栅,各个过滤槽进口处和出口处分别设置各自的进水闸门和出水闸门;各个出水闸门连接与河道相通的出水槽,渗滤槽从进口到出口依次设置多孔挡水胸墙、前部透水段、多段渗滤段、后部透水段、多孔板。渗滤系统位于河岸或湖岸边,与现有的水利工程相结合,并与岸边地形相互衔接,不会影响原有水利工程的正常运行,同时保持和改善下游河道水质,还可结合河岸整治,上部培植绿植,美化环境。所述系统成本低,适宜于净化污染严重的城市河流、污水处理厂尾水的深度脱氮除磷,以及农业面源污染的控制。

Description

一种具有水体修复功能的河岸式渗滤系统和方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种具有水体修复功能的河岸式渗滤系统和方法,是一种环保系统和 方法,是一种用于治理河流污染的并可更新维护的工程措施。
背景技术
[0002] 现有的污染水体的处理方法主要有三种,一种是活性污泥法,第二种是污水生物 膜法,第三种是生态处理法。活性污泥法是我国现有污水处理厂的主要工艺类型,相当于水 体自净能力的人工强化,具有处理能力高,出水水质好的优点,但该类处理方法工程投资与 维护费用相对最高。具体的处理工艺包括AB法、SBR法、氧化沟法、A/0法、A/A/0法等。污水生 物膜法是利用微生物群体附着在固体填料表面而形成生物膜来处理废水的一种方法,是土 壤自净能力的人工强化,具有处理效率高、耐冲击负荷性能好、产泥量低,便于运行管理的 优点,但微生物量较难控制,建设费用相对较高。具体的处理工艺包括好氧生物滤池、好氧 处理生物流化床、生物转盘、厌氧生物池、厌氧生物流化床等。生态处理法是近10多年来逐 渐兴起的一种污水处理方法,主要分为水体净化法和土壤净化法两种。水体净化法主要采 用稳定塘、生态系统塘等方法,其机理与活性污泥法相近,但净化效率相对较低。土壤净化 法主要采用土壤渗滤、人工湿地等方法,其净化原理与污水生物膜法相似,但具有建设费用 低廉,管理简单的特点,对于难以生化降解的有机物、氮磷营养物和菌类的去除率,都高于 常规的污水二级处理,达到部分三级处理的效果。与二级处理厂相比,其建设费用约为前者 1/5〜1/3,运行费用约为前者的1/20〜1/10。随着绿色环保理念的兴起,土壤净化方法逐渐成 为研究热点,具有较广阔的应用前景。
[0003] 在土壤净化法中,土壤渗滤与人工湿地都是利用土壤颗粒的吸附作用、微生物、植 物等作用,不同之处在于人工湿地处理系统一般均是是由植物根系和土壤胶粒共同发挥作 用,净化效率受自然环境影响明显,由于采用开放型式,存在地下水污染扩散的风险。而土 壤渗滤系统采用封闭型式,内部包含许多人工配置的滤层,通过改变其间的填充物实现其 净化功能的强化,因此具有投资少,运营成本低,对有机物去除效果好、环保安全等优势。然 而,传统的土壤渗滤系统也存在一些缺陷,如水力负荷低,处理能力小,易堵塞等问题,为 此,国内外学者对其进行持续的改进研宄。例如,中国专利《一种两段式强化脱氮多级土壤 渗滤系统》中提出了一种两段式强化脱氮多级土壤渗滤系统,该系统采用一种新型固相碳 源,添加入混合泥块层中,同时在原有渗滤流程中增加一个封闭式非曝气段,用以强化反硝 化反应,提高脱氮效果。从实际实验情况来看,该系统可以实现长期运行,且不易堵塞。但其 不足之处在于:首先,该系统渗透路径长度不足,当水力负荷达到2.0m3/m2 • d以上时,水力 停留时间缩短,微生物新陈代谢受限,对C0D、TN、TP去除率有所下降,从而影响了水质净化 效率。第二,该系统所需的渗透压需要采用水泵工作来实现,长期运行,能耗较高。第三,在 实际工程中,土壤渗滤系统应当同相关的水利工程相结合,进行综合管理,才能维持该系统 长期稳定,实现污水净化能力的提升。
[0004]目前,许多学者提出了将土壤渗滤系统与水利工程相结合的方法,以实现河道水 体的长期净化效果。中国专利《一种用于城市污染河流水体修复的河床式渗滤水质净化技 术》(申请号:CN200710098794 • X)公开了一种河床式渗滤水质净化技术,通过在河床底部开 挖建设渗滤层,然后在其上游建设橡胶坝,形成上下游水位差,上游污水通过导管进入渗滤 层,再排出到下游河道。中国专利《小流量的浑水河道改造为生态景观的清水河道的结构》 (申请号:201220680574.4)公开了一种将小流量的浑水河道改造为生态景观的清水河道生 态工程结构,包括在浑水河道中设置沉淀池、过滤池,对浑水进行沉淀、过滤,再排入下游清 水河道。中国专利《河道水质净化及生态修复可调节湿地技术》(申请号:200910015968.0) 公开了一种河道水质净化及生态修复可调节湿地,该技术是在河道内设置高度可调的橡胶 坝,在坝的上游种植水生植物,形成人工湿地,实现对河水的净化。中国专利《小流量河水 净化和污染拦截装置》公开了一种河水净化与污染拦截装置,该技术也是在河道内设置橡 胶坝,然后在坝上游建设生态滤床,实现净化水质的作用。上述专利的共同点是,均是在河 道中央建设渗滤工程,实现河道污水的净化效果,但这种设计有明显不足之处。首先,开挖 河床修建渗滤工程,本身破坏了底栖动物生存环境,造成二次污染,同时渗滤系统长期浸泡 于污水和河床底部,运行维护较为困难;第二,水生植物的主要功能是恢复河道的生态系 统,辅助建立河道的景观效果,虽然能够吸收一部分的氮、磷等污染物,但其作用相对较弱, 且受自然环境的影响明显。第三,大多数河流具有行洪、过鱼、通航等水利需求,直接在河道 中修建过滤设施,会对水利功能造成不利影响。
发明内容
[0005] 为了克服现有的技术问题,本发明提出了一种具有水体修复功能的河岸式渗滤系 统和方法。所述的系统和方法同水利工程相结合,通过在河岸两侧设置自流过滤系统,形成 水流的往复流动,在往复流动中实现水流的过滤和净化功能。所述的系统和方法可修复河 道水质环境,同时避免了对河道生态与水利功能的不利影响。
[0006] 本发明的目的是这样实现的:一种具有水体修复功能的河岸式渗滤系统,包括:带 有前池的引水设施,所述的引水设施下游设置多条沿河岸两侧阶梯排列的渗滤槽,所述的 渗滤槽进口上游设置拦污网栅,各个所述过滤槽进口处和出口处分别设置各自的进水闸门 和出水闸门;各个出水闸门连接与河道相通的出水槽,所述的过滤槽从进口到出口依次设 置多孔挡水胸墙、前部透水段、多段渗滤段、后部透水段、多孔板。
[0007] 进一步的,所述的引水设施是水坝或水栗;所述渗滤槽的走向或沿河岸或与河岸 成一定角度或垂直。
[0008] 进一步的,所述的各个渗滤槽之间在进口附近和出口附近,设置能够使水流串联 流动在各阶梯渗滤槽中的连通闸门。
[0009] 进一步的,所述的前部透水段和后部透水段中填充砾石。
[0010] 进一步的,所述的渗滤段是可更换的填料箱,所述的填料箱中填充渗滤填料在渗 滤填料中交错叠放混合泥块。
[0011] 进一步的,所述的渗滤填料是天然沸石或重质陶粒或两者的混合物,所述的混合 泥块是共混碳源块,所述的共混碳源块包括:陶砂、红壤、石灰石、炼钢高炉水洗渣、麦秸、木 炭,所述的陶砂、红壤、石灰石、炼钢高炉水洗渣、麦秸、木炭的干重比为30:40:10:10:5:5; 共混碳源块的尺寸为:〇 • 2m长,0 • 15m宽,0 • lm高。
[0012] —种使用上述系统的具有水体修复功能的河岸式渗滤方法,过程如下: 开启过程:当上游水位淹没深度超过某一阶梯渗滤槽底部20cm以上时,该阶梯进水闸 门先局部开启,联通闸门与出水闸门关闭,使渗滤槽内水位升高,待渗流到达近渗滤槽出口 后,逐渐调整进水闸门达到设计流量,同时调整出水闸门达到设计水位; 渗滤过程:污水进入渗滤槽后,先经过前部透水段的接触氧化,再经过多个渗滤段内的 硝化-反硝化,各个渗滤段中的渗滤填料内为好氧环境,以发生硝化反应,而混合泥块内为 厌氧环境,以发生反硝化反应,再经过后部透水段进行接触氧化,最后从出水闸门经过出水 槽排出进入河道,混合泥块内丰富的碳源与铁源具有长时间维持脱氮脱磷的净化能力。 [0013]干湿操作过程:先关闭进水闸门,然后开启渗滤槽出水闸门,使整个渗滤槽处于干 燥状态,经过一段时间的氧化还原反应后,再开启进水口闸门,恢复渗滤运行。
[0014] 进一步的,所述的开启过程中,当前池水位超过某一阶梯的渗滤槽底部20厘米以 上时,先部分开启该渗滤槽的进水闸门,关闭该渗滤槽的出水闸门,同时关闭所有连通闸 门,当该渗滤槽中的水流到达出口时,调整进水闸门达到设计流量,同时调整出水闸门,达 到设计流量,进行该渗滤槽的渗滤过程;之后由高至低按照上述开闸方式,渐次开启该渗滤 槽以下的各阶梯渗滤槽进入渗滤过程,形成各条渗滤槽的并联渗滤过程。
[0015] 进一步的,所述的开启过程中,先按照使各条渗滤槽首尾连通的形式开启相应的 各个连通阀门,当前池水位超过某一阶梯的渗滤槽底部20厘米以上时,先部分开启该渗滤 槽的进水闸门,关闭所有渗滤槽的出水闸门,使水流从高阶梯的渗滤槽往复流动到最低的 渗滤槽中,当往复流动的水流到达最低渗滤槽出口时,调节进水闸门达到设计流量,同时调 节最低渗滤槽的出水闸门,达到设计水位,形成各条渗滤槽的串联渗滤过程。
[0016] 一种上述系统的设计方法,所述设计方法的步骤如下: 根据河流两岸地形,确定引水设施的位置,当河道岸坡较陡,两岸空间狭窄时,可设置 挡水坝形成前池,渗滤槽的走向沿河岸布置,采用台阶式进水口;对于平原河道,岸坡较缓, 高位渗滤槽距离水岸较远,此时,可利用地形开挖前池并设置水泵,通过采用水泵提水方 式,从最高位渗滤槽逐级渗滤,渗滤槽的走向可与河岸成一定角度或垂直; 对于沿河向布置的渗滤系统,需要确定前池水位与台阶式进水口的位置-高程坡度线, 保证整个渗滤系统与原有河岸平顺衔接; 根据台阶式进水口的位置-高程坡度线,确定渗滤槽的底宽与高度的比例;渗滤槽地底 宽不小于0.8m,同时相邻渗滤槽的高程差一般在0.5〜1.0cm,渗滤槽的填料高度低于渗滤槽 设计尚度0.2〜0.3m; 根据进水口上游水位变动范围与渗滤槽内填料断面尺寸,最终确定台阶式进水口的级 数、位置与底板高程; 充分调查当地资源,确定合理的渗滤填充材料,然后采用室内试验的方法,研究采用渗 滤槽的水力特性,确定渗滤槽进水闸门开度与流量的关系,研宄采用上述渗滤槽的脱氮脱 磷效果,确定单级渗滤段的最小渗滤长度与最大出水流量,保证净化水质指标; 针对布置方案,采用多孔介质渗流数学模型,模拟充水与排水运行过程,确定进水闸门 开度与渗滤流量之间的关系,出水闸门与运行水位的关系,便于实际运行控制,必要时调整 体型布置型式,保证系统安全运行。
[0017] 本发明产生的有益效果是:渗滤系统位于河岸或湖岸边,与现有的水利工程相结 合,可提供稳定的污水来源、能源以及综合管理条件,保证系统长期运行。渗滤系统与岸边 地形相互衔接,不会影响原有水利工程的正常运行,同时保持和改善下游河道水质,还可结 合河岸整治,上部培植绿植,美化环境。渗滤系统通过采用多级渗滤槽串联的方式,增加了 污水与渗滤层内微生物膜接触的时间,可显著提高污水净化效率。渗滤系统通过采用周期 性干湿运行方式,避免了污水长期浸泡,通过氧化还原反应,维持渗滤层内生物环境。渗滤 系统通过更换渗滤槽内填料的方法,提升系统净化能力。本发明所述系统基础建设成本低, 适宜于净化污染严重的城市河流、污水处理厂尾水的深度脱氮除磷,以及农业面源污染的 控制。
附图说明
[0018] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
[0019] 图1是本发明的实施例一所述系统的结构示意图,是渗滤系统沿河岸布置的示意 图; 图2是本发明的实施例一所述渗滤槽纵向剖面的结构示意图; 图3是本发明的实施例一所述的阶梯渗滤槽的横向剖面结构示意图,是图1中A-A方向 是剖面图; 图4是本发明的实施例三所述的渗滤系统与河岸垂直的布置结构示意图; 图5是本发明的实施例三所述的渗滤系统与河岸垂直的布置结构示意图,是图4中C-C 方向剖视图。
具体实施方式
[0020] 实施例一: 本实施例是一种具有水体修复功能的河岸式渗滤系统,如图1、2所示。本实施例包括: 带有前池1的引水设施,所述的引水设施下游设置多条沿河岸两侧阶梯排列的渗滤槽2,所 述的渗滤槽进口上游设置拦污网栅3,各个所述过滤槽进口处和出口处分别设置各自的进 水闸门4和出水闸门5;各个出水闸门连接与河道相通的出水槽6,所述的过滤槽从进口到出 口依次设置多孔挡水胸墙7、前部透水段8、多段渗滤段9、后部透水段10、多孔板11。
[0021]本实施例所述的引水设施可以是河流上的挡水设施,形成具有一定水位的前池。 在河道中修建挡水设施,包括泄洪闸、橡胶坝等,在洪水季节闸门开启,正常行洪,在枯水季 节则下闸蓄水,阻挡上游污水,形成水位落差,启用过滤系统。也可以是利用河道或开挖的 渠道,通过水泵抽水直接为前池供水。前池中最高水位不得超过最高位渗滤槽的设计水位。 挡水设施可以为新建或者已建水利设施,前池位于挡水设施与河岸衔接处,不影响原有水 利工程正常的功能。
[0022] 前池下游布置自流式多级渗滤槽,这些渗滤槽可以沿河道岸坡平顺衔接,借助河 道岸坡的坡面,还不影响河道原有的行洪与通航功能。如果设置了挡水设施,在挡水期间, 上游污水依靠水头差自流进入渗滤槽,净化后的水排入下游河道。当河道水位变幅较大时, 可以采用多条与河岸平行的阶梯渗滤槽,以扩大渗滤系统的过滤量,显著改善河道水质。 [0023]各条渗滤槽不同高程的进水口,如图3所述,根据岸坡地形,在平面上错开布置成 台阶状,进水口之间高度相差可以设置为0.5-1.0m。每个进水口前均设有拦污网栅,或多个 进水口设置同一拦污网栅,以去除水体中较大的悬浮物。进水口上设置平板闸门,用于控制 流量,当水位较高时,高位进水口水深低于设计水深,进水闸门全开,污水自流进入渗滤槽, 低位进水口闸门可采用局部开启,以控制流量。随着水位的进一步降低,低位进水口闸门全 开,污水自流进入次一级渗滤槽。
[0024]闸门后部的多孔挡水胸墙,下部开孔范围不得高于后部透水段内填料高度。透水 段内,可以填埋多孔材料,如砾石,多孔材料在污水流经时可进行初步的接触氧化,去掉悬 浮颗粒、部分有机物和氨氮,然后再进入渗滤段。
[0025]渗滤槽尾部设后部透水段、连通闸门、多孔墙、出水闸门。渗滤段内,采用可更换的 复合土壤渗滤填料。各渗滤槽之间由连通闸门连接,可形成串联型式。透水槽与渗滤槽均为 敞口结构,便于更换填料,维持系统净水效能。
[0026]每条渗滤槽都设置多段渗滤段,形成多级渗滤。每级渗滤段内采用复合土壤滤层, 形成不同的好氧-厌氧环境,满足系统内的硝化-反硝化反应需求,通过增加渗滤段的级数, 可进一步提高脱氮除磷的效果。在渗滤槽渗滤填料上部区域既可以添加盖板,便于行人,也 可以添加土壤,种植水生植物,提高景观效果。
[0027]渗滤系统运行前,应先经过生化繁殖,以形成稳定的内部生态,然后可以长期稳定 运行,污染物的去除效果良好。渗滤系统采用开敞式渗滤槽,渗滤系统可以方便的替换更加 高效的填料组分,可在保持净化标准的同时,大幅提高水力负荷率。
[0028]渗滤系统通过底部排空的方式,可进行系统干湿交替运行,提高有机物的去除效 率,延长系统寿命。
[0029]如果阶梯渗滤槽沿河岸设置在河岸坡上,系统除了用于净化河道内水体以外,也 可用于两岸地表污水进入河道之前的过滤与净化,实现再生水的资源化。
[0030] 实施例二: 本实施例是实施例一的改进,是实施例一关于引水设施的细化。本实施例所述的引水 设施是水坝或水栗与前池的结合;所述渗滤槽的走向或沿河岸或与河岸成一定角度或垂 直。
[0031] 在河岸较陡、空间不足的城市河流,在河流上设坝,或者利用已有的水坝,形成具 有一定水位的前池,达到至少一阶渗滤槽的高程,如图3所示,可采用沿河岸纵向流动的渗 滤槽,污水沿着河岸纵向流动,净化后排入下游河道。
[0032] 实施例三: 本实施例是上述实施例的改进,是上述实施例关于渗滤槽的细化。本实施例所述的各 个渗滤槽之间在进口附近和出口附近设置能够使水流串联流动在各阶梯渗滤槽中的连通 闸门12,如图1所示。
[0033]连通闸门的作用可以使不同高程的渗滤槽,首尾均有连通闸门相互连接。当上游 污水水质太差时,可采用串联渗滤方式净化。污水先进入上层渗滤槽,待到流经整个渗滤槽 后,经过尾端连通闸门流入下一级渗滤槽,待到反向流经该渗滤槽后,在首端连通闸门处流 入更低一级的渗滤槽。通过长距离的渗滤、净化后,净水通过最低一级渗滤槽的出水闸门, 排出到下游河道。这样,通过改变渗滤槽之间连通闸门的衔接方式,可以改变污水渗滤路 径,从而适应各种水质。
[0034]当对于郊区河流,河岸较缓,可采用多级过滤系统,如图4、5所示。前池可采用水栗 13供水,污水从最高位渗滤槽逐级向下往复流动(为便于识别,图4中开启的闸门用虚线表 示),实现污水渗滤。在空间许可的条件下,可采用这种多个渗滤系统并联的方式(如图4那 样采用两个并排设置,当然还可以设置更多个平行渗滤槽),形成大规模污水处理能力。这 种布置方案适用对己建成的水利设施进行改造。
[0035]这种并联的渗滤槽可以通过改变连通闸门,使渗滤槽内实现正反向交替流动,避 免长期使用后堵塞。
[0036] 实施例四: 本实施例是上述实施例的改进,是上述实施例关于前部透水段和后部透水段的细化。 本实施例所述的前部透水段和后部透水段中填充砾石。
[0037]透水段所使用的材料可以就地取材,使用当地的能够找到各种石材,破碎为大小 应当适中的块状,填埋在填料箱中,底部可通过设置曝气的方法,提高净化效率。
[0038] 实施例五: 本实施例是上述实施例的改进,是上述实施例关于渗滤段的细化。本实施例所述的渗 滤段是可更换的填料箱,所述的填料箱中填充渗滤填料901在渗滤填料中交错叠放混合泥 块902,如图2中的B点放大图所示。
[0039]渗滤段是分段装在可更换填料箱内。填料包括渗滤填料和混合泥块层,渗滤填料 可以为天然沸石或重质陶粒等,粒径为10〜20mm。混合泥块为添加了固相碳源的模块。在 填料箱中先在底部铺设5〜10cm渗滤填料,在其上交错放置混合泥块,然后在混合泥块间隙 继续填充渗滤填料,直至超出混合泥块l〇cm左右,再继续放置混合泥块,如此直至填满整个 填料箱。渗滤填料内为好氧环境,主要发生硝化反应,而混合泥块内为厌氧环境,可发生反 硝化反应,如此,可起到较强的脱氮脱磷效果。
[0040] 实施例六: 本实施例是上述实施例的改进,是上述实施例关于渗滤填料的细化。本实施例所述的 渗滤填料是天然沸石或重质陶粒或两者的混合物,所述的混合泥块是共混碳源块,所述的 共混碳源块包括:陶砂、红壤、石灰石、炼钢高炉水洗渣、麦秸、木炭,所述的陶砂、红壤、石灰 石、炼钢高炉水洗渣、麦秸、木炭的干重比为30:40:10:10:5:5;共混碳源块的尺寸为:〇. 2m 长,0• 15m 宽,0• lm 高。
[0041]渗滤填料的选择,可因地制宜,通过添加麦秸、玉米棒等农作物炭化制品,提高渗 滤层内脱氮效率。通过添加炼钢炉水洗渣,提高渗滤层内的脱磷效果。
[0042] 实施例七: 一种使用上述系统的具有水体修复功能的河岸式渗滤方法,所述方法的过程如下: 开启过程:当上游水位淹没深度超过某一阶梯渗滤槽底部20cm以上时,该阶梯进水闸 门先局部开启,连通闸门与出水闸门关闭,使渗滤槽内水位升高,待水流到达渗滤槽出口 后,逐渐调整进水闸门达到设计流量,同时调整出水闸门达到设计水位。这样做的目的是防 止过快的充水速度破坏渗滤槽内填料结构,造成填料表面生物膜脱落,降低净化效率。当上 游水位较低,进水口的淹没水深小于设计水位时,进水口的闸门先局部开启,渗滤槽连通闸 门与出水闸门均关闭,整个渗滤槽内水位升高,待水流到达出口后,进水闸门全开,同时调 整尾部出水闸门达到淹没水深。当上游水位降低,进水口淹没水深小于20cm时,可将该级进 水口进水闸门关闭,开启低一级进水口,具体操作方法同上,此时进水口淹没深度大于设计 水位,进水闸门需要部分开启,以控制渗滤槽内设计流量。
[0043]开启过程还可以这样进行:当前池水位超过某一阶梯的渗滤槽底部20cm以上时, 可开启该渗滤槽进水闸门,调整设计流量,开启该渗滤槽出水闸门,调整设计水位,进行该 渗滤槽的渗滤运行;当前池水位低于某一阶梯的渗滤槽底部20cm以下时,关闭该渗滤槽,启 用下一阶梯渗滤槽,具体操作方法同上。
[0044]渗滤过程:污水进入渗滤槽后,先经过前部透水段的接触氧化,去掉悬浮物,降解 部分有机物和氨氮,再经过多个渗滤段内的硝化-反硝化,各个渗滤段中的渗滤填料内为好 氧环境,以发生硝化反应,而混合泥块内为厌氧环境,以发生反硝化反应。能够起到较强的 脱氮脱磷效果,再经过后部透水段进行接触氧化,最后从出水闸门经过出水槽排出进入河 道。混合泥块内包含的碳源和铁源使得系统具有长期净化能力。按照设计标准,污水自上游 进口开始,经过砾石透水槽的接触氧化,再经过渗滤槽内的硝化-反硝化,最后从出水闸门 排出,排出的水质可以达到排放标准,当上游水质较差时,应当关闭出水闸门,同时开启连 通闸门,延长渗滤长度,以提高净化效果。
[0045] 干湿操作过程:先关闭进水闸门,然后开启渗滤槽出水闸门,使整个渗滤槽处于千 燥状态,经过一段时间的氧化还原反应后,再开启进水口闸门,恢复渗滤运行。为保持渗滤 系统长期正常工作,需要进行干湿操作。在洪水季节,挡水系统开启,河道正常行洪,下游渗 滤系统中高程较低的渗滤槽,也会处于淹没状态,此时渗滤系统关闭进水闸门、连通闸门与 出水闸门,停止运行。当河道流量减小,挡水系统关闭,上下游形成水位落差时,先开启渗滤 槽连通闸门与出水闸门,使整个系统处于干燥状态。经过一段时间的氧化还原反应后,再开 启进水口闸门,系统开始运行。
[0046]实施例八: 本实施例是实施例七的改进,是实施例七关于开启过程的细化。本实施例所述的开启 过程中,当前池水位超过某一阶梯的渗滤槽底部20厘米以上时,先部分开启该渗滤槽的进 水闸门,关闭该渗滤槽的出水闸门,同时关闭所有连通闸门,当该渗滤槽中的水流到达出口 时,调整进水闸门达到设计流量,同时调整出水闸门达到设计水位,进行该渗滤槽的渗滤过 程;之后由高至低,按照上述方式渐次开启该渗滤槽以下的各阶梯渗滤槽进入渗滤过程。这 样形成各条渗滤槽的并联渗滤过程。
[0047] 本实施例开启的是各条渗滤槽并联渗滤的过程。各条渗滤槽独立平行的进行渗滤 过程,相互之间没连接。这种渗滤过程处理的水量相对较大,但渗滤过程相对较短,在污染 不太严重的情况下可以使用。
[0048]实施例九: 本实施例是实施例七的改进,是实施例七关于开启过程的细化。本实施例所述的开启 过程中,先按照使各条渗滤槽首尾连通的形式开启相应的各个连通闸门,当前池水位超过 某一阶梯的渗滤槽底部20厘米以上时,先部分开启该渗滤槽的进水闸门,关闭所有渗滤槽 的出水闸门,使水流从高阶梯的渗滤槽往复流动到最低的渗滤槽中,当往复流动的水流到 达最低渗滤槽的出口时,调节进水闸门达到设计流量,同时打开最低渗滤槽的出水闸门,调 节最低渗滤槽的出水闸门达到设计水位,形成各条渗滤槽的串联渗滤过程。
[0049]本实施例开启的是串联渗滤的过程,可以将各个阶梯的所有渗滤槽全部串联起 来,当河流出现严重污染时可以使用这种方式。当阶梯较多时,可以根据河流污染的情况, 将两条以上的渗滤槽作为一组进行连接,以分组渗滤槽的形式,有选择的进行渗滤过程。
[0050] 实施例十: 本实施例是上述系统的设计方法。设计过程如下: (1)根据挡水系统两岸地形,确定进水系统中台阶式进水口的位置-高程坡度线,保证 整个渗滤系统与原有河岸平顺衔接。
[0051] (2)根据台阶式进水口的位置-高程坡度线,确定渗滤槽的底宽与高度的比例。为 便于更换滤料,一般地底宽不小于0.8m,同时相邻渗滤槽的高程差一般在〇 • 5〜1.0cm,由此 得到渗滤槽基本尺寸,渗滤槽的透水段与渗滤段的填料高度应低于渗滤槽设计高度0.2〜 0_3m〇
[0052] (3)根据进水口上游水位变动范围与渗滤槽内填料断面尺寸,最终确定台阶式进 水口的级数、位置与底板高程。
[0053] (4)充分调查当地资源,确定合理的渗滤填充材料,然后采用室内试验的方法,研 究采用渗滤槽的水力特性,确定渗滤槽进水闸门开度与流量的关系,研究采用上述渗滤槽 的脱氮脱磷效果,确定单级渗滤段的最小渗滤长度与最大出水流量,保证净化水质指标。 [0054] (5)针对整个系统的布置方案,采用多孔介质渗流数学模型,模拟充水与排水运行 过程,确定进水闸门开度与渗滤流量之间的关系,出水闸门与运行水位的关系,便于实际运 行控制,必要时调整体型布置型式,保证系统安全运行。
[0055] (6)对于平原河道,岸坡较缓,高位渗滤槽距离水岸较远,此时,进水系统可直接采 用水栗提水方式,从最高位渗滤槽逐级渗滤,最后排入河道,该系统的污水渗滤方向与河岸 垂直,且其运行不受上游水位变化的影响,水泵可根据电网负荷调峰运行。
[0056] (7)当河岸空间较大,适宜布置更大规模的渗滤系统时,可将第(6)条中的渗滤系 统,沿河岸并列布置,可大幅提高污水处理效率。
[0057]所述设计方法的具体步骤如下: 根据河流两岸地形,确定引水设施的位置,或设置挡水坝形成前池,或利用地形开挖前 池并设置水泵;对于城市河道,岸坡较陡,两岸余地有限时,可利用挡水设施形成的水位差 自流渗滤,污水渗滤槽沿岸边布置。对于平原河道,岸坡较缓,高位渗滤槽距离水岸较远,此 时,引水设施可以采用水栗提水方式,从最高位渗滤槽逐级渗滤,污水渗滤的方向或沿河岸 或与河岸成一定角度或垂直。
[0058] 确定前池水位与台阶式进水口的位置-尚程坡度线,保证整个渗滤系统与原有河 岸平顺衔接。
[0059] 根据台阶式进水口的位置-高程坡度线,确定渗滤槽的底宽与高度的比例;渗滤槽 的底宽不小于0.8m,同时相邻渗滤槽的高程差一般在〇.5〜l.〇cm,渗滤槽的填料高度低于渗 滤槽设计高度0.2〜0.3m。
[0060] 根据进水口上游水位变动范围与渗滤槽内填料断面尺寸,最终确定台阶式进水口 的级数、位置与底板高程。 >
[0061] 充分调查当地资源,确定合理的渗滤填充材料,然后采用室内试验的方法,研宄采 用上述渗滤槽的水力特性与脱氮脱磷效果,确定单级渗滤段的最小渗滤长度与出水流量, 保证净化水质指标。
[0062] 针对布置方案,采用多孔介质渗流数学模型,模拟充水与排水运行过程,确定闸门 开度与渗滤流量之间的关系,便于实际运行控制,必要时调整体型布置型式,保证系统安全 运行。
[0063] 应用实例: 所述应用的河道污染水质的特征为:C0Dcr8mg/L,氨氮25 • 6mg/L,总氮33 • 5mg/L,总磷 2.4mg/L。水深变化范围:0.5〜3.0m。
[0064] 采用如下步骤: 〜(1)目前在河道上建设挡水闸一座,两岸现有河岸坡度为1:1,因此河岸渗滤槽的底宽 与高度大致相等,为便于施工,渗滤槽的深度定为lm,外缘与现有地面线齐平,这样渗滤槽 的底宽也为lm。
[0065] (2)考虑填料高度应低于渗滤槽高度〇 • 2_〇 • 3m,因此透水槽与渗滤槽内填料断面 高度不超过〇.8m。
[0066] (3)现有河道水深变化范围在0 • 5-3 • Om,故可采用多级渗滤系统,工作范围应在水 位变动范围内。经计算,最低一级渗滤槽的相对于河底的底高程为0.6m,按照渗滤槽填料断 面高度,各级渗滤槽的高程差为0 • 8m这样共分为3层,底高程分别是0.6m、1.4m、2.2m。对应 的水位范围分别是0.6〜1.4m、1.4〜2.2m、2.2〜3.0m。
[0067] (4)通过调查当地资源,透水段填料采用公分石,直径3-5cm,渗滤段内的渗滤层填 料采用沸石,直径5-10mra,混合模块采用陶砂、红壤、石灰石、炼钢高炉水洗渣、麦秸、木炭等 共混碳源,按照干重比30:40:10:10:5:5均匀混合而成。模块尺寸为0.2m长,0.15m宽,0. lm 高,模块迎水面为〇.2m长,0.15m宽,横向间隔0.1m,纵向间隔0.2m。
[0068] (5)针对上述渗滤槽布置体型,进行污水净化试验,研宄发现在渗滤段长2m,水力 负荷1.0 m3/m2 • d时,系统对总氮的平均去除率约65%,对总磷的平均去除率为90%,对 (X)D的平均去除率为70%,为进一步提高出水流量,同时保持净化效率,将渗滤槽长度增加5 倍,达到l〇m,这样每级渗滤槽的设计水力负荷可达5 m3/m2 • d左右。
[0069] (6)通过采用数学模型对渗滤槽内水力特性进行研宄,一方面确定不同上游水位 下,进水闸门的开度与流量的关系,同时计算得知设计水力负荷条件下,渗滤槽内水体浸润 线高度,确定出水闸门、连通闸门的开度与运行水深的关系,便于实际运行控制。
[0070] (7)在上游某一水位条件下,通过局部开启进水口闸门,形成设计水力负荷。在其 作用下,污水首先经过拦污栅,其中非溶解性大颗粒漂浮物被过滤,然后经过控制闸门与多 孔挡水胸墙,进入砾石透水段进行接触氧化,再进入各级渗滤段内进行硝化与反硝化反应, 最后净化后的水体经过出水闸门汇流至排水槽。
[0071] (8)当上游水质较好时,可以同时开启3级渗滤槽,净水流量最大。当上游水质较差 时,可单独开启高位渗滤槽,然后打开连通闸门,与下游渗滤槽形成3级串联,仍可保持出水 水质。
[0072] 最后应说明的是,以上仅用以说明本发明的技术方案而非限制,尽管参照较佳布 置方案对本发明进行了详细说明,本领域的普通技术人员应当理解,可以对本发明的技术 方案(比如渗滤槽的阶梯排列方式、渗滤过程的形式、步骤的先后顺序等)进行修改或者等 同替换,而不脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1. 一种具有水体修复功能的河岸式渗滤系统,其特征在于,包括:带有前池的引水设 施,所述的引水设施下游设置多条沿河岸两侧阶梯排列的渗滤槽,所述的渗滤槽进口上游 设置拦污栅,各个所述过滤槽进口处和出口处分别设置各自的进水闸门和出水闸门;各个 出水闸门连接与河道相通的出水槽,所述的过滤槽从进口到出口依次设置多孔挡水胸墙、 前部透水段、多段渗滤段、后部透水段、多孔板。
2. 根据权利要求1所述的渗滤系统,其特征在于,所述的引水设施是水坝或水栗;所述 渗滤槽的走向或沿河岸或与河岸成一定角度或垂直。
3. 根据权利要求2所述的渗滤系统,其特征在于,所述的各个渗滤槽之间在进口附近和 出口附近设置能够使水流串联流动在各阶梯渗滤槽中的连通闸门。
4. 根据权利要求3所述的渗滤系统,其特征在于,所述的前部透水段和后部透水段中填 充砾石。
5. 根据权利要求4所述的渗滤系统,其特征在于,所述的渗滤段是可更换的填料箱,所 述的填料箱中填充渗滤填料在渗滤填料中交错叠放混合泥块。
6. 根据权利要求5所述的渗滤系统,其特征在于,所述的渗滤填料是天然沸石或重质陶 粒或两者的混合物,所述的混合泥块是共混碳源块,所述的共混碳源块包括:陶砂、红壤、石 灰石、炼钢高炉水洗渣、麦秸、木炭,所述的陶砂、红壤、石灰石、炼钢高炉水洗渣、麦秸、木炭 的干重比为30:40:10:10:5:5;共混碳源块的尺寸为:0.2m长,0.15m宽,0.1m高。
7. —种使用权利要求6所述系统的具有水体修复功能的河岸式渗滤方法,其特征在于, 所述方法的过程如下: 开启过程:当上游水位淹没深度超过某一阶梯渗滤槽底部20cm以上时,该阶梯进水闸 门先局部开启,出水闸门关闭,使渗滤槽内水位升高,待水流到达渗滤槽出口后,逐渐调整 进水闸门达到设计流量,同时调整出水闸门达到设计水位; 渗滤过程:污水进入渗滤槽后,先经过前部透水段的接触氧化,再经过多个渗滤段内的 硝化-反硝化,各个渗滤段中的渗滤填料内为好氧环境,以发生硝化反应,而混合泥块内为 厌氧环境,以发生反硝化反应,再经过后部透水段进行接触氧化,最后从出水闸门经过出水 槽排出进入河道,混合泥块内丰富的碳源与铁源具有长时间维持脱氮脱磷的净化能力; 干湿操作过程:先行关闭进水闸门,开启渗滤槽连通闸门与出水闸门,使整个渗滤槽处 于干燥状态,经过一段时间的氧化还原反应后,再开启进水口闸门,恢复渗滤运行。
8. 根据权利要求7所述方法,其特征在于,所述的开启过程中,当前池水位超过某一阶 梯的渗滤槽底部20厘米以上时,先部分开启该渗滤槽的进水闸门,关闭该渗滤槽的出水闸 门,同时关闭所有连通闸门,当该渗滤槽中的水流到达出口时,调节进水闸门得到设计流 量,同时调节出水闸门达到设计水位,进行该渗滤槽的渗滤过程;之后由高至低按照上述开 闸方式渐次开启该渗滤槽以下的各阶梯渗滤槽进入渗滤过程,形成各条渗滤槽的并联渗滤 过程。
9. 根据权利要求7所述方法,其特征在于,所述的开启过程中,先按照使各条渗滤槽首 尾连通的形式开启相应的各个连通阀门,当前池水位超过某一阶梯的渗滤槽底部20厘米以 上时,先部分开启该渗滤槽的进水闸门,关闭所有渗滤槽的出水闸门,使水流从高阶梯的渗 滤槽往复流动到最低的渗滤槽中,当往复流动的水流到达最低渗滤槽的出口时,调节进水 闸门达到设计流量,同时打开最低渗滤槽的出水闸门,调节最低渗滤槽的出水闸门达到设 计流量,形成各条渗滤槽的串联渗滤过程。
10. —种权利要求6所述系统的设计方法,其特征在于,所述设计方法的步骤如下: 根据河流两岸地形,确定引水设施的位置,或设置挡水坝形成前池,或利用地形开挖前 池并设置水泵;对于城市河道,岸坡较陡,两岸余地有限时,可采用挡水设施,渗滤槽的走向 沿岸布置; 对于平原河道,岸坡较缓,高位渗滤槽距离水岸较远,此时,引水设施可以采用水泵提 水方式,从最高位渗滤槽逐级渗滤,渗滤流动的走向沿河岸或与河岸成一定角度或垂直,这 种方式适用于对现有挡水设施进行生态改造; 确定前池水位与台阶式进水口的位置-高程坡度线,保证整个渗滤系统与原有河岸平 顺衔接; 根据台阶式进水口的位置-高程坡度线,确定渗滤槽的底宽与高度的比例;渗滤槽地底 宽不小于0.8m,同时相邻渗滤槽的高程差一般在0.5〜1.0cm,渗滤槽的填料高度低于渗滤槽 设计尚度0.2〜0.3m; 根据进水口上游水位变动范围与渗滤槽内填料断面尺寸,最终确定台阶式进水口的级 数、位置与底板高程; 充分调查当地资源,确定合理的渗滤填充材料,然后采用室内试验的方法,研究采用渗 滤槽的水力特性,确定渗滤槽进水闸门开度与流量的关系,研宄采用上述渗滤槽的脱氮脱 磷效果,确定单级渗滤段的最小渗滤长度与最大出水流量,保证净化水质指标; 针对布置方案,采用多孔介质渗流数学模型,模拟充水与排水运行过程,确定进水闸门 开度与渗滤流量之间的关系,出水闸门与运行水位的关系,便于实际运行控制,必要时调整 体型布置型式,保证系统安全运行。
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