CN109930561B - 一种生物滤水器透水坝 - Google Patents

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本发明涉及生物滤水器透水坝，可有效降解水体中氮污染物、难降解有机物和藻类，解决透水坝堵塞的问题，其解决的技术方案是，由若干鹅卵石铺设而成的地基上依次设置有沉水植物区域、水生动物区域、第一填料区域、第二填料区域，本发明运行成本低，环保清洁，能够有效促进硝化/反硝化类细菌生长，增强脱氮效果，同时，透水坝还能削减一定量的难降解有机物和浮萍等藻类，且能定期更换基质和水生动物，坝体不易堵塞，是生物滤水器上的创新。

Description

一种生物滤水器透水坝
技术领域
本发明涉及河流环境保护，特别是一种生物滤水器透水坝。
背景技术
由于地表水水环境质量标准与城镇污水排放一级A标准存在梯度差，导致污水厂达标排放的水进入河流中仍呈现微污染的状态，长此以往，造成河流水体富营养化。
透水坝又称过滤坝或滤水坝等，是结合人工湿地和快速渗滤的原理而开发的一种河道净化与修复技术。利用砾石、卵石、碎石等基质组配在河道中垒筑规则坝体，依靠基质的过滤吸附和基质表面附着微生物代谢分解净化水质。试验发现较低的C、N、P浓度和难降解有机物无法为微生物（特别是硝化/反硝化类微生物）提供良好的营养环境，不利于脱氮。同时，富营养化水体中藻类的存在，增大滤坝的堵塞风险，依靠物理化学方法去除，存在去除不彻底、二次污染的问题。
水生动物滤食性贝类具有较强的滤水功能，通过其对碎屑和藻类的滤食，减少水体中藻类的含量，同时，难降解有机物经其滤食消化后的排泄物可提高水体可生化性。有关研究发现，底栖软体动物对富营养化水体具有明显的净化效应，通过增加三角帆蚌、螺蛳、河蚌等放养量，补充底栖动物资源数量，增加了系统稳定性，促进了物质循环，达到了净化水质的目的。研究表明，滤食性贝类可有效改善富营养化水体水质，在富营养化水体中挂养滤食性贝类净化水质也进入实用化阶段。沉水植物作为生产者，水生动物滤食性贝类作为消费者，可构建食物链，有助于增强水生态系统的稳定性，与营养型基质表面分解者微生物共同构建透水坝，并用于微污染河流原位净化技术中，还未有相关的报道。
发明内容
针对上述情况，为解决现有技术之缺陷，本发明之目的就是提供一种生物滤水器透水坝，可有效降解水体中氮污染物、难降解有机物和藻类等，同时由于金属填料框的使用，可定期更换基质和水生动物，很好地解决透水坝堵塞的问题。
本发明解决的技术方案是，包括地基、坝体和填料区域，由若干鹅卵石铺设而成的地基上依次设置有沉水植物区域、水生动物区域、第一填料区域、第二填料区域，沉水植物区域由地基上设置的砾石层构成，砾石层上种植有沉水植物，水生动物区域由若干个互相平行的金属杆与地基上的坝体连接构成，金属杆上挂装有水生动物滤食性贝类，第一填料区域由地基上设置的上游坝体构成，上游坝体由金属填料框堆叠而成，金属填料框内放置有第一营养型基质颗粒，第二填料区域由地基上设置的下游坝体构成，下游坝体利用镀锌铁丝网构成填料空间，填料空间内放置有第二营养型基质颗粒，地基两端设置混凝土桩，保护结构稳定，下游坝体呈斜坡面，斜坡面的长与坝体高之比为3:1。
本发明结构简单新颖，运行成本低，环保清洁，使用效果好，能够有效促进硝化/反硝化类细菌生长，增强脱氮效果，同时，透水坝还能削减一定量的难降解有机物和浮萍等藻类，且能定期更换基质和水生动物，坝体不易堵塞，经济和社会效益不可忽视，是生物滤水器上的创新。
附图说明
图1为本发明的横断面结构主视图。
图2为本发明的结构俯视图。
图3为本发明水生动物挂养示意图。
图4为本发明金属填料框结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。
由图1-4给出，本发明包括地基、坝体和填料区域，由若干鹅卵石11铺设而成的地基10上依次设置有沉水植物区域、水生动物区域、第一填料区域、第二填料区域，沉水植物区域由地基10上设置的砾石层9构成，砾石层9上种植有沉水植物8，水生动物区域由若干个互相平行的金属杆7与地基上的坝体13连接构成，金属杆7上挂装有水生动物滤食性贝类6，第一填料区域由地基10上设置的上游坝体4构成，上游坝体4由金属填料框5堆叠而成，金属填料框5内放置有第一营养型基质颗粒3a，第二填料区域由地基上设置的下游坝体1构成，下游坝体1利用镀锌铁丝网2构成填料空间，填料空间内放置有第二营养型基质颗粒3b，地基10两端设置混凝土桩12，保护结构稳定，下游坝体1呈斜坡面，斜坡面底长与坝体高之比为3:1，坡度接近20°，滤坝过水稳定，对NH4 +-N和TN去除效果最好。
为了保证使用效果，所述镀锌铁丝网2网眼规格为3×4cm。
所述的第一营养型基质颗粒3a、第二营养型基质颗粒3b粒径均为2-5cm，优化滤坝孔隙率，改善透水性能，不易被生物膜等杂质堵塞；基质种类繁多，常用有给水污泥陶粒、缓释碳源生态基质、生物基质等，组合使用效果更好。
所述的金属填料框5是由钢筋材质和镀锌铁丝网制成的空心长方体，钢筋作为骨架，内衬镀锌铁丝网。
所述的水生动物滤食性贝类6为三角帆蚌，采用网兜挂养，网兜每隔5-10cm打结，绳结之间的网兜内放置1只三角帆蚌，三角帆蚌具有很强的滤水能力，对富营养化水体中藻类消除能力较高；其滤食作用能够有效去除有机类污染物，并通过消化作用大幅度提高有机污染物的生物可降解性。
所述的沉水植物8为金鱼藻、轮叶黑藻、菹草、苦草等，可搭配种植。
所述的砾石层9中砾石粒径为0.5-1.5cm。
所述的鹅卵石11长度为5-10cm。
所述的沉水植物区域鹅卵石铺设有1层，水生动物区域鹅卵石铺设有3层，第一填料区域、第二填料区域鹅卵石均铺设有2层。
本发明由砾石和营养型基质、水生动物滤食性贝类、沉水植物、金属填料框、镀锌铁丝网等组件构成，可用于城市内河、沟渠、溪流、景观水体等的原位生态净化，特别适合于微污染、低碳氮比且存在藻类生长河流的强化脱氮、削减难降解有机物和抑制藻类生长。本发明能充分发挥沉水植物、水生动物和微生物的协同净化效应，强化水体微生物的作用，丰富水生动物的栖息环境，增强水体的自净能力。
本发明与现有技术相比，具有以下优点：
1、本发明通过镀锌铁丝网和金属填料框来构建透水坝的基本形状，通过镀锌铁丝网固定基质填料，形成坝体结构，便于构建，节省成本，适应性广；上游坝体放置金属填料框，模块化组装，施工简单，快速高效；当长期运行时，定期更换金属填料框内基质材料（第一营养型基质颗粒3a、第二营养型基质颗粒3b），很好的克服了透水坝堵塞的难题。
2、本发明利用水生动物三角帆蚌的滤水和滤食能力，可对透过坝体的河水进行二次过滤，经过三角帆蚌的滤食作用，对水体中难降解有机物和藻类进行吞食和初步分解，排泄后便于微生物的分解利用，提高水体的可生化性，降低了难降解污染物质的量，抑制藻类的生长，提高脱氮效果。
3.本发明利用沉水植物生产者的作用，不仅可向水体中复氧，满足水生动物滤食性贝类的溶解氧需求，还能促进出现一些微型原后生动物，如草履虫、水蚤等，形成食物链，保证了整个系统中物质和能量循环，更能稳定地去除水体中污染物。
4.本发明在传统透水坝基质材料上，添加了营养型基质，其表面积大且粗糙、多孔性结构适合微生物附着生长，有助于形成生物膜；营养型基质释放碳源等营养元素的功能可为硝化/反硝化类细菌的初步生长提供营养碳源，保证基质填料挂膜成功。当生态基质表面生物膜处于稳定期时，水体经过三角帆蚌的滤食作用后，其可生化性提高，易于被微生物降解，与营养型基质接触后，能够有效脱氮和去除COD。
以下为本发明的具体实施实例，实施对象为一段城市内河道，来水为污水厂尾水，COD、氨氮和总氮浓度分别为19.16-50.71mg/L、1.16-13.21mg/L和10.98-28.97mg/L，尾水流经本发明的生物透水坝后，COD、氨氮和总氮的平均去除率为13-29%、10.6-22%和20%-47%，其中对总氮去除效果最好，高于普通透水坝1.7-3倍。此外，污水厂尾水中有藻类（浮萍）生长，流经生物透水坝后，浮萍数量明显减少，出水水质明显变好。
与现有原位净化技术相比，本发明简单实用，高效环保，有效结合了水生动物、沉水植物和微生物的协同净化效果，能有效脱氮，降低有机物含量，抑制藻类生长，对富营养化水体有明显净化效果，且长期运行时不宜堵塞，具有良好的经济和社会效益。

Claims (9)

1.一种生物滤水器透水坝，包括地基、坝体和填料区域，其特征在于，由若干鹅卵石(11)铺设而成的地基(10)上依次设置有沉水植物区域、水生动物区域、第一填料区域、第二填料区域，沉水植物区域由地基(10)上设置的砾石层(9)构成，砾石层(9)上种植有沉水植物(8)，水生动物区域由若干个互相平行的金属杆(7)与地基上的坝体(13)连接构成，金属杆(7)上挂装有水生动物滤食性贝类(6)，第一填料区域由地基(10)上设置的上游坝体(4)构成，上游坝体(4)由金属填料框(5)堆叠而成，金属填料框(5)内放置有第一营养型基质颗粒(3a)，第二填料区域由地基上设置的下游坝体(1)构成，下游坝体(1)利用镀锌铁丝网(2)构成填料空间，填料空间内放置有第二营养型基质颗粒(3b)，地基(10)两端设置混凝土桩(12)，保护结构稳定，下游坝体(1)呈斜坡面，斜坡面的长与坝体高之比为3:1。
2.根据权利要求1所述的生物滤水器透水坝，其特征在于，所述镀锌铁丝网(2)网眼规格为3×4cm。
3.根据权利要求1所述的生物滤水器透水坝，其特征在于，所述的第一营养型基质颗粒(3a)、第二营养型基质颗粒(3b)为给水污泥陶粒、缓释碳源生态基质、生物基质的一种或两种以上的组合，粒径均为2-5cm。
4.根据权利要求1所述的生物滤水器透水坝，其特征在于，所述的金属填料框(5)是由钢筋材质和镀锌铁丝网制成的空心长方体，钢筋作为骨架，内衬镀锌铁丝网。
5.根据权利要求1所述的生物滤水器透水坝，其特征在于，所述的水生动物滤食性贝类(6)为三角帆蚌，采用网兜挂养，网兜每隔5-10cm打结，绳结之间的网兜内放置1只三角帆蚌，三角帆蚌具有很强的滤水能力，对富营养化水体中藻类消除能力较高；其滤食作用能够有效去除有机类污染物，并通过消化作用大幅度提高有机污染物的生物可降解性。
6.根据权利要求1所述的生物滤水器透水坝，其特征在于，所述的沉水植物(8)为金鱼藻、轮叶黑藻、菹草、苦草的一种或两种以上的组合。
7.根据权利要求1所述的生物滤水器透水坝，其特征在于，所述的砾石层(9)中砾石粒径为0.5-1.5cm。
8.根据权利要求1所述的生物滤水器透水坝，其特征在于，所述的鹅卵石(11)长度为5-10cm。
9.根据权利要求1所述的生物滤水器透水坝，其特征在于，所述的沉水植物区域鹅卵石铺设有1层，水生动物区域鹅卵石铺设有3层，第一填料区域、第二填料区域鹅卵石均铺设有2层。
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