CN107724333B - 一种河流增强脱氮效果的防堵生态滤坝 - Google Patents

一种河流增强脱氮效果的防堵生态滤坝 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种河流增强脱氮效果的防堵生态滤坝，包括坝基，坝基中部垂直向上对称焊接有4根钢筋棍，钢筋棍上固装有石笼网，坝体的迎水面和背水面的石笼网与坝基之间构成的空腔内均装有鹅卵石，坝体中部用隔离网隔制成的碎石填充室内填充有碎石，靠碎石填充室的坝体内有砌墙式堆砌的填料框，填料框内装有若干填料球，填料球内填充有生态基质颗粒，坝体迎水面与背水面的鹅卵石沿水流方向水平装有多孔双层布水管，布水管在迎水面的进口上和背水面的出口上均装有阀门，本发明结构简单，增强反硝化效果，并能提高生态滤坝有效体积，防止堵塞，有良好的经济和社会效益。

Description

一种河流增强脱氮效果的防堵生态滤坝
技术领域
本发明涉及河流环境保护，特别是对河流等微污染水体中的氨氮有增强去除效果、防止堵塞的一种河流增强脱氮效果的防堵生态滤坝。
背景技术
河流孕育了城市，影响着城市的发展，然而，伴随着城镇化和工业化水平的快速发展，污水和废水的排放量不断增长，河流健康正受到严重威胁。河流、湖泊氨氮含量超标是地表水环境污染主要问题之一，多年来，世界各国在氨氮污染治理上投入大量精力，但是河流氨氮污染以及引发的环境问题仍然未解决，是人类修复水体污染关注的重点之一。根据水体污染修复的位置不同，生物修复技术分为原位修复和异位修复。异位修复如湿地等，需要占用河道外大量空间，不适于大面积水体污染修复。
生态滤坝又称为透水坝或过滤坝，在最早生态滤坝建设目的是为改变河水流速、拦水巩固堤防，其对水质的净化作用非常小，随着科研的深入发展，人类逐渐开发透水坝对河水污染物的去除效果。其原理与人工湿地相似，主要依靠基质的吸附过滤以及生物代谢作用净化水质，经微生物代谢作用去除的氮含量在10~40%，不占用河道外空间，属于原位修复的一种。为保持结构稳定，生态滤坝在河道中一般建设为梯体，即沿水流方向上窄下宽，形成生态滤坝坝体上部透水压力小、下部透水压力大的现象，河水大部分从生态滤坝上部透过，造成有效净化体积大大减小的弊端。而且，自然河道中常存有大量悬浮固体颗粒，经生态滤坝拦截，吸附在生态坝体空隙中，在不经过严格的管理条件下，生态滤坝的堵塞极易发生，从而失去行洪以及去污功效。
试验发现，寡营养和低C/N比是制约河水脱氮的一项重要因素，在自然河流中，较低的碳氮磷浓度无法为微生物特别是有脱氮作用的微生物提供良好营养环境，进而限制脱氮微生物的生长；微污染水体中C/N一般低于2.0，微生物反硝化作用时需要碳作为电子供体，进而将硝化过程中积累的硝酸盐、亚硝酸盐转化成气体从水体中去除，河流中的C/N比往往不能满足脱氮需求。
发明内容
针对上述情况，为克服现有技术之缺陷，本发明之目的是提供一种河流增强脱氮效果的防堵生态滤坝，可有效解决生态滤坝有效体积过低、布水不均匀、易堵塞等问题，保证脱氮需求。
本发明解决的技术方案是，包括坝基，坝基中部垂直向上对称焊接有4根钢筋棍，钢筋棍上固装有石笼网，构成上窄下宽的空心梯形坝体，坝体的迎水面和背水面的石笼网与坝基之间构成的空腔内均装有鹅卵石，鹅卵石分别构成坝体的迎水斜面和背水斜面，坝体中部用隔离网隔制成的碎石填充室内填充有碎石，靠碎石填充室的坝体内有砌墙式堆砌的填料框，填料框内装有若干填料球，填料球内填充有生态基质颗粒，坝体迎水面与背水面的鹅卵石沿水流方向水平装有多孔双层布水管，布水管在迎水面的进口上和背水面的出口上均装有阀门，所述多孔双层布水管是由外管套装于内管上构成。
本发明结构简单，能有效提高有机碳源含量，增强反硝化效果，可将河水总氮浓度从15.93mg/L处理至8.47mg/L，去除率达到46.8%，与同体积的普通生态滤坝相比，提高了约15个百分点，并能提高生态滤坝有效体积，并起到均匀布水和反冲洗作用，防止堵塞，有良好的经济和社会效益。
附图说明
图1为本发明坝基示意图；
图2为本发明坝体横断面主视图；
图3为本发明坝体纵断面主视图；
图4为本发明坝体俯视图；
图5为本发明覆盖有石笼网的填料框的示意图；
图6为本发明填料球的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明的具体实施方式做详细说明。
如图1、2、3、4、5、6所示，一种河流增强脱氮效果的防堵生态滤坝，包括坝基8，坝基8中部垂直向上对称焊接有4根钢筋棍10，钢筋棍10上固装有石笼网7，构成上窄下宽的空心梯形坝体，坝体的迎水面和背水面的石笼网7与坝基8之间构成的空腔内均装有鹅卵石1，鹅卵石1分别构成坝体的迎水斜面和背水斜面，坝体中部用隔离网隔制成的碎石填充室9内填充有碎石2，靠碎石填充室9的坝体内有砌墙式堆砌的填料框4，填料框4内装有若干填料球11，填料球11内填充有生态基质颗粒3，坝体迎水面与背水面的鹅卵石1沿水流方向水平装有多孔双层布水管5，布水管5在迎水面的进口上和背水面的出口上均装有阀门6，所述多孔双层布水管5是由外管套装于内管上构成。
为了保证使用效果和使用方便，所述坝基8为由钢筋混凝土浇筑成的长方形。
所述的生态基质颗粒3为专利申请号CN201610929155.2的制备方法制成的颗粒，包括以下步骤：（1）配料：生态基质颗粒是由以下重量计的原料制成：高渗透性多孔无机材料50%～75%、无机结 合料20%～25%和缓释碳源3%～5%； 所述的高渗透性多孔无机材料为：硅藻土、钙基膨润土或沸石粉中的2种或3种的混合 物； 所述的无机结合料为普通硅酸盐水泥、粉煤灰或矿渣硅酸盐水泥的一种，或两种的混 合物；所述的缓释碳源为玉米芯；（2）玉米芯改性：将玉米芯粉碎成过40-60目筛的颗粒，加入质量浓度2%的氢氧化钠溶 液，浸泡2-4h，用清水冲洗至pH为中性，60℃烘箱中烘干，紫外光照射10h，得改性玉米芯；（3）造粒：将高渗透性多孔无机材料、无机结合料和改性玉米芯使用搅拌机搅拌混合均 匀，置入造粒机造粒，在20～25r/min，向造粒机内喷水，使原料逐渐滚动成直径9-12mm的球 形颗粒；（4）养护：将制好的球形颗粒平铺在平板上，置于阴凉处，养护3-5天，每天早晚各洒水 一次，洒水至颗粒表面湿润，晾干，即成生态基质颗粒。
所述鹅卵石1粒径为5-10cm。
所述碎石2粒径为2-4cm。
所述石笼网7孔径为5-10cm。
所述填料框4为由钢筋材质制成的空心长方体。
所述填料球11为直径为15cm的空心球形。
所述多孔双层布水管5的内管、外管为长度相同的、由PVC制成的长圆形，内管外径8cm，外管外径10cm，外管、外管管壁厚度2cm，所述外管管壁上均布的圆孔的孔径为0.5cm。
本发明具体使用时，（1）按照图1所示方式构建坝基。
（2）将坝体总体积15%的生态基质颗粒分装于多个直径15cm的填料球11，并将填料球11装于表面覆盖孔径为5-10cm石笼网的填料框中，宽度和高度与坝体一致，厚度由所用填料球11量定。
（3）将粒径5-10cm的鹅卵石布设于坝体迎水端和背水端，起均匀布水和拦截部分大颗粒悬浮物作用，将粒径2-4cm的碎石布设于坝体中部，起物理吸附作用，并营造微厌氧环境，为硝化细菌的生长代谢提供场所，将含有生态基质颗粒的填料框置于坝体中后部，起到缓释碳源的作用，坝体迎水面坡度为1:2，背水面坡度为1:3。
（4）将双层多孔布水管沿水流方向均匀布设于生态滤坝中，布设密度为生态滤坝坝体的1/7~1/5。
（5）生态滤坝运行时，多孔双层布水管迎水面阀门打开，背水面阀门关闭，内外管重合，此时外管管壁的圆孔被内管管壁堵塞，管壁压力增加，河水无法从布水管中流出，而是从水压更小的坝体上部基质缝隙中流过。
（6）为提高生态滤坝有效净化体积，从滤坝背水面将位于下部的多孔双层布水管内管抽出若干长度，生态滤坝迎水面下部区域透水压力减小，河水除从生态滤坝上部基质缝隙中流过，也从下部基质缝隙中流过。
（7）运行若干天，生态滤坝迎水面基质因物理化学及生物综合作用造成堵塞，于滤坝后继续将内管从外管中缓慢抽出若干长度，改变布水管内部水压，水流从管壁上进入生态滤坝内部；
（8）若生态滤坝局部堵塞严重，失去透水净化的效果，关闭迎水面阀门，打开背水面阀门，抽出内管，向外管连接潜水泵，向布水管内冲水，可达到对生态滤坝基质反冲洗的目的，避免了更换基质，耗费大量人力、物力的缺点。
本发明结构简单，能有效提高有机碳源含量，增强反硝化效果，保证脱氮需求，可有效解决提高生态滤坝有效体积，并起到均匀布水和反冲洗作用，防止堵塞，有良好的经济和社会效益。

Claims (8)

1.一种河流增强脱氮效果的防堵生态滤坝，包括坝基（8），其特征是：坝基（8）中部垂直向上对称焊接有4根钢筋棍（10），钢筋棍（10）上固装有石笼网（7），构成上窄下宽的空心梯形坝体，坝体的迎水面和背水面的石笼网（7）与坝基（8）之间构成的空腔内均装有鹅卵石（1），鹅卵石（1）分别构成坝体的迎水斜面和背水斜面，坝体中部用隔离网隔制成的碎石填充室（9）内填充有碎石（2），靠碎石填充室（9）的坝体内有砌墙式堆砌的填料框（4），填料框（4）内装有若干填料球（11），填料球（11）内填充有生态基质颗粒（3），坝体迎水面与背水面的鹅卵石（1）沿水流方向水平装有多孔双层布水管（5），布水管（5）在迎水面的进口上和背水面的出口上均装有阀门（6），所述多孔双层布水管（5）是由外管套装于内管上构成，内管、外管为长度相同的、由PVC制成的长圆形，内管外径8cm，外管外径10cm，外管、外管管壁厚度2cm，外管壁上均布有孔径为0.5cm的圆孔，生态滤坝运行时，多孔双层布水管迎水面阀门打开，背水面阀门关闭，内外管重合，此时外管管壁的圆孔被内管管壁堵塞，管壁压力增加，河水无法从布水管中流出，而是从水压更小的坝体上部基质缝隙中流过；为提高生态滤坝有效净化体积，从滤坝背水面将位于下部的多孔双层布水管内管抽出若干长度，生态滤坝迎水面下部区域透水压力减小，河水除从生态滤坝上部基质缝隙中流过，也从下部基质缝隙中流过，从而实现有效脱氮。
2.根据权利要求1所述的河流增强脱氮效果的防堵生态滤坝，其特征是：所述坝基（8）为由钢筋混凝土浇筑成的长方形。
3.根据权利要求1所述的河流增强脱氮效果的防堵生态滤坝，其特征是：所述的生态基质颗粒（3）为专利申请号CN201610929155.2的制备方法制成的颗粒，包括以下步骤：（1）配料：生态基质颗粒是由以下重量计的原料制成：高渗透性多孔无机材料50%～75%、无机结合料20%～25%和缓释碳源3%～5%；所述的高渗透性多孔无机材料为：硅藻土、钙基膨润土或沸石粉中的2种或3种的混合物；所述的无机结合料为普通硅酸盐水泥、粉煤灰或矿渣硅酸盐水泥的一种，或两种的混合物；所述的缓释碳源为玉米芯；（2）玉米芯改性：将玉米芯粉碎成过40-60目筛的颗粒，加入质量浓度2%的氢氧化钠溶液，浸泡2-4h，用清水冲洗至pH为中性，60°C烘箱中烘干，紫外光照射10h，得改性玉米芯；（3）造粒：将高渗透性多孔无机材料、无机结合料和改性玉米芯使用搅拌机搅拌混合均匀，置入造粒机造粒，在20～25r/min，向造粒机内喷水，使原料逐渐滚动成直径9-12mm的球形颗粒；（4）养护：将制好的球形颗粒平铺在平板上，置于阴凉处，养护3-5天，每天早晚各洒水一次，洒水至颗粒表面湿润，晾干，即成生态基质颗粒。
4.根据权利要求1所述的河流增强脱氮效果的防堵生态滤坝，其特征是：所述鹅卵石（1）粒径为5-10cm。
5.根据权利要求1所述的河流增强脱氮效果的防堵生态滤坝，其特征是：所述碎石（2）粒径为2-4cm。
6.根据权利要求1所述的河流增强脱氮效果的防堵生态滤坝，其特征是：所述石笼网（7）孔径为5-10cm。
7.根据权利要求1所述的河流增强脱氮效果的防堵生态滤坝，其特征是：所述填料框（4）为由钢筋材质制成的空心长方体。
8.根据权利要求1所述的河流增强脱氮效果的防堵生态滤坝，其特征是：所述填料球（11）为直径为15cm的空心球形。
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