CN110316851B - 一种用于削减涝池渠道水中氮磷含量的处理装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于削减涝池渠道水中氮磷含量的处理装置，包括：第一过滤器、U型旁通管和第二过滤器；第一过滤器的出水口与第二过滤器的进水口相连通；第一过滤器内沿水流方向依次设置有滤网、第一出水端口、溢流堰和第一进水端口；第一出水端口与U型旁通管的进水口相连通，第一进水端口与U型旁通管的出水口相连通；第二过滤器内设置有导流装置；过滤区沿水流方向依次包括：悬浮物截留区、营养元素削减区和重金属吸附区；第二过滤器的顶部设置有开口，开口与过滤区相连通，开口上设置有可拆卸的盖板。本发明的处理装置，可用于地表径流收集方式的涝池渠道水处理，能够有效削减涝池渠道水中氮磷含量。

Description

一种用于削减涝池渠道水中氮磷含量的处理装置

技术领域

本发明属于涝池渠道水处理技术领域，特别涉及一种用于削减涝池渠道水中氮磷含量的处理装置。

背景技术

涝池又叫蓄水池或堰塘，可以用来拦蓄地表径流，能够充分和合理利用自然降雨，防止水土流失，也是山区抗旱和满足人畜用水的一种有效措施。在新时期的背景下，现代化的涝池更多的是发挥蓄水排涝和人文景观作用，并起到修复生态、连通水系的作用。

随着现代化进程脚步的加快，农村地区地面不透水面积显著增加，污染物在这些不透水的地面上逐渐累积。在降雨时，雨水冲刷地面将污染物冲入雨水径流并形成雨水径流污染。雨水径流污染是一种扩散性污染，污染物包括颗粒物、有机物、重金属等有毒有害物质。这些污染物随雨水进入到自然水体会造成水体污染，在西北某些地区尤其是农村地区，初期雨水的污染物指标最高值已远远高于典型城市生活污水。在建有涝池的农村地区，初期雨水的去向主要是通过明渠汇入涝池。由于涝池水体的流动性相对较小，为保障涝池池水的水质，需对渠道水的水质作一定的要求。因此，有必要在涝池渠道水流入池体之前，对其进行适当的处理。

城市排水系统大多采取雨污分流制，有比较完善的城市雨水收集系统，因此城市的初期雨水大多在雨水口处进行处理。因为西北农村地区雨水的收集方式主要靠地表径流，因城市雨水口在竖直方向上设置，而农村地区缺少雨水的集中收集且涝池的池深较浅不宜设置竖向处理装置，所以城市初期雨水的处理方式并不完全适用。

综上，亟需一种适用于地表径流收集方式的涝池渠道水处理装置。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于削减涝池渠道水中氮磷含量的处理装置，以解决上述存在的技术问题。本发明的处理装置，可用于地表径流收集方式的涝池渠道水处理，能够有效削减涝池渠道水中氮磷含量。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明的一种用于削减涝池渠道水中氮磷含量的处理装置，包括：第一过滤器、U型旁通管和第二过滤器；

第一过滤器的进水口用于与地表径流雨水收集管的出水口相连通，第一过滤器的出水口与第二过滤器的进水口相连通，第二过滤器的出水口用于与涝池相连通；

第一过滤器内沿水流方向依次设置有滤网、第一出水端口、溢流堰和第一进水端口；第一出水端口与U型旁通管的进水口相连通，第一进水端口与U型旁通管的出水口相连通；

第二过滤器内设置有导流装置，用于将待过滤水流导入过滤区并最终通过第二过滤器的出水口排入涝池；所述过滤区沿水流方向依次包括：悬浮物截留区、营养元素削减区和重金属吸附区；所述悬浮物截留区填充的滤料为石英砂、磁铁矿、陶粒、无烟煤、锰砂、麦饭石和火山岩中的一种或多种；所述营养元素削减区的填充物为兼具脱氮除磷功能的颗粒型复合吸附填料；

第二过滤器的顶部设置有开口，开口与过滤区相连通，开口上设置有可拆卸的盖板。

本发明的进一步改进在于，所述重金属吸附区的填充物为能够吸附预设重金属的颗粒型填料。

本发明的进一步改进在于，营养元素削减区内的填料为活性炭、沸石、金属氧化物、改性活性炭、改性沸石和改性金属氧化物中的一种或多种。

本发明的进一步改进在于，滤网倾斜设置，倾斜方式为自下而上向着水流方向倾斜，倾斜角的取值范围为30°～60°。

本发明的进一步改进在于，滤网孔径的取值范围为5mm～10mm。

本发明的进一步改进在于，溢流堰的堰顶为锯齿状，堰顶高度为第一过滤器内流道高度的1/3～2/3。

本发明的进一步改进在于，U型旁通管的底部设置有排污口，排污口设置有可拆卸的封盖。

本发明的进一步改进在于，第二过滤器的进水口处沿水流方向为渐阔结构；渐阔结构内的中部设置有导流板，导流板用于将水流导入两侧；导流板的两侧均通过连接板连接有缓冲板，缓冲板为设置有凸起的板状结构，用于与第二过滤器的壳体形成缓冲区；两个缓冲板之间设置有若干隔板，构成两个过滤区和一个汇水排污区；每个过滤区均包括悬浮物截留区、营养元素削减区和重金属吸附区；两个重金属吸附区的出水口与汇水排污区的入水口相连通，汇水排污区的出水口作为整个处理装置的出水口。

本发明的进一步改进在于，导流板、缓冲板和各个隔板的预设高度位置均设置有溢水口；

第一过滤器的流道通过溢水口能够与汇水排污区连通。

本发明的进一步改进在于，初期雨水的量按照降雨历时的前15～30min收集计算，滤速取5m/h～15m/h，在滤料中的水力停留时间在30～60min。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明提供的涝池渠道水处理装置，可从源头上对雨水径流进行多级处理，适用于地表径流收集方式的涝池渠道水处理；包括悬浮物截留区滤料选自石英砂、磁铁矿、陶粒、无烟煤、锰砂、麦饭石、火山岩等滤料中的一种或多种，用以去除水中的颗粒物和漂浮物；还包括营养元素削减区用于去除水中氨氮、总磷等营养物质；以及重金属吸附区。本发明能够逐级分离雨水中的颗粒物、漂浮物、氮和磷、油和油脂、重金属等污染物，可有效削减涝池渠道水中氮磷含量；拦截效果好，可避免或减轻渠道水中的污染物对自然水体造成的污染；通过顶部的开口可添加滤料，且能够及时将拦截的污染物取出，过滤器不会产生异味影响周围环境，且易于安装，维护方便。

本发明还设置有重金属吸附区，填充由金属氧化物、壳聚糖、金属框架材料及改性的金属氧化物、壳聚糖、金属框架材料组成的复合吸附材料，用于吸附水中以六价铬为代表的重金属。

本发明的营养元素削减区填充有用于去除水中氨氮、总磷等营养物质的颗粒状吸附材料A，为由活性炭、沸石、金属氧化物及改性的活性炭、沸石、金属氧化物组成的复合吸附材料。

本发明中滤网倾斜设置，既可减少水头损失又可方便清掏。

本发明提供的渠道水处理装置，滤网孔径为5mm-10mm，尺寸小于较大颗粒物及漂浮物孔径，可以拦截漂浮物或者大的悬浮物。

本发明设置有溢流堰，在降雨量持续增大的过程中，雨水可以从溢流堰顶部的锯齿状出水堰上出水，无需外界动力，水头损失小，不影响泄洪，而且可进一步起到拦截颗粒物的作用。

本发明拦截下来的污泥等污染物可从排污口及时清理，避免堵塞。

本发明设置有缓冲层，可防止雨水流量过大，同时还可进一步截留颗粒物。

本发明设置有溢流口，当水量过大时，滤框中的水位继续上升，一部分水可直接从溢流口流出，保证泄洪安全；同时，由于导流板的存在，洪水会被均匀的分配到两侧的滤框内，以分担溢流口的泄洪压力。

附图说明

图1是本发明实施例的一种用于削减涝池渠道水中氮磷含量的处理装置的安装结构示意图；

图2是本发明实施例的一种用于削减涝池渠道水中氮磷含量的处理装置中过滤器剖视及水流流向示意图；

图3是本发明实施例的一种用于削减涝池渠道水中氮磷含量的处理装置中过滤器的顶部示意图；

图1至图3中，滤网1；U型旁通管2；溢流堰3；排污口4；导流板5；连接板6；缓冲板7；悬浮物截留区8；营养元素削减区9；重金属吸附区10；汇水排污区11；装置出水口12；13盖板。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明的技术方案而不用于限制本发明的保护范围。

请参阅图1，本发明的一种用于削减涝池渠道水中氮磷含量的处理装置，包括：第一过滤器和第二过滤器。

第一过滤器的进水口作为整个处理装置的进水口，与地表径流雨水收集管的出水口相连通；第一过滤器的出水口与第二过滤器的进水口相连通，第二过滤器的出水口作为整个处理装置的出水口，与涝池相连通。处理装置设置在涝池的进水口处，出水口位于滤框的正中间的出水甬道。

第一过滤器内沿水流方向依次设置有滤网1和溢流堰3。滤网1设置在U型旁通管2之前，U型旁通管2的两端口均与第一过滤器相连通，U型旁通管2的两端口处于溢流堰3的两侧。U型旁通管2设置在滤网1之后连通第一过滤器的前端和后端，可使水流相对平稳地流入第二过滤器；同时，竖直方向的U型旁通管2可以使渠道水的流速减缓，减轻对后面滤料的冲击。U型旁通管2的底部设置有排污口4，用于排出污泥等。具体可以是，滤网1设置在第一过滤器的起始位置，溢流堰3设置在第一过滤器的中部，U型旁通管2安装在第一过滤器下部，排污口4在弧形U型旁通管2的最底端。滤网1在起始位置倾斜放置，倾斜的方式为自下而上向水流方向倾斜)，倾斜角的取值范围为与水平方向呈30°-60°夹角。滤网1的孔径取值范围为5mm-10mm，适用于拦截大的颗粒物。溢流堰3为锯齿状的堰顶高度在第一过滤器的中间位置，能够防止拦截雨水流量过大时，雨水在过滤器前端产生拥堵；溢流堰3可以防止水流量过大的同时，还可以拦截部分粒径较大的颗粒物。排污口4与U型旁通管2底部切线呈45°夹角，在有渠道水进入过滤器时，排污口4出口处使用螺纹盖拧紧，在没有渠道水进入过滤器时，可以打开螺纹盖将排污口4处积存的泥沙排出。

第二过滤器的进口处位敞口结构，敞口结构的出口处设置有导流装置，用于将水流引入两侧的缓冲区，然后依次流过悬浮物截留区8、营养元素削减区9和重金属吸附区10，最终汇入汇水排污区11，经装置出水口12排入涝池。导流装置设置在第二过滤器的各区滤料前，各区通过隔板隔开，构成折返式流道，能够减小第二过滤器的尺寸。第二过滤器的顶部设置有开口，所述开口与各区相连通，用于装填滤料和取出拦截下的污染物；滤框顶部设置有盖板13，最顶部的平台覆盖盖板13并固定在过滤器的顶部，在需要更换滤料或清除污染物时可将盖板13打开。具体可以是，U型旁通管2后设置导流装置，导流装置包括导流板5，其是向第二过滤器过滤区中心倾斜的板状结构。导流装置自渐扩部分开始至渐扩部分结束之间，依次相连的部分包括导流板5、连接带和缓冲板7。导流板5、连接带和缓冲板7位于第二过滤器滤框的内部；导流板5是向过滤区中心倾斜的板状结构，连接板6是向过滤区底部竖直延伸及向两侧延伸的板状结构，缓冲板7是向过滤区入口处呈折线型凸起的板状结构；缓冲板7可以防止渠道水进入滤框时流速过大，同时还可以隔离大的污染物。盖板13为伸缩式金属盖板。

优选的，还设置有溢流口，其开口位置处于各个隔板的上部预设位置，当水流量过大时，一部分水从溢流口溢流至出水甬道。

第二过滤器的过滤区第一区为悬浮物截留区8，悬浮物截留区8以滤包形式固定在滤框的预设位置。悬浮物截留区8滤料选自石英砂、磁铁矿、陶粒、无烟煤、锰砂、麦饭石、火山岩等滤料中的一种或多种。滤料的种类、滤料的粒径及滤料的各组分配比等可以根据待处理渠道水中的污染物的情况来选择，且滤料需保证一定的截留能力、良好的透水能力和足够的机械强度。过滤区除包括填充用于截留悬浮物的滤料的第一区外，还包括填充了用于去除水中氨氮、总磷等营养物质的颗粒状吸附材料A(由活性炭、沸石、金属氧化物及改性的活性炭、沸石、金属氧化物组成的复合吸附材料)的第二区，以及填充用于去除重金属等有毒物质的颗粒状吸附材料B(由金属氧化物、壳聚糖、金属框架材料及改性的金属氧化物、壳聚糖、金属框架材料组成的复合吸附材料)的第三区。

优选的，颗粒状吸附材料A或B可填装在滤包中，吸附剂A、B均为可循环利用材料，使用一定时限后可将滤包取出并对吸附材料做再生处理。

优选的，在设计计算处理装置的尺寸参数时，初期雨水的量一般按照降雨历时的前15～30min收集计算，根据西北地区的降雨量估算，滤速取5-15m/h；在滤料中的水力停留时间在30～60min左右以达到对初期雨水的净化作用。

综上，本发明提供的涝池渠道水处理装置可以从入口处对进入涝池的渠道水进行多级处理，拦截进水中的颗粒物和漂浮物，并在一定程度上去除水中氨氮、磷、重金属和油脂等污染物，从而减轻初期雨水对涝池水体造成的污染。

实施例1

以陕西渭南市某村庄的涝池为例，根据涝池的服务面积以及当地的水文气象资料确定涝池渠道水处理装置的尺寸及各项细节，并对流入该村涝池的雨水进行了初步的检测。水质情况如下：总磷0.35±0.05mg/L，氨氮0.45±0.05mg/L，六价铬0.13±0.02mg/L，参照地表水环境质量标准(GB3838-2002)，该景观水属于劣V类水，具体数据如表1所示。

表1.实施例1中水质浓度数据对比表

如图1所示，涝池渠道水处理装置设置在涝池的边坡上。渠道水处理装置总长约为150cm-200cm，在渐扩管之前内径为30cm，在渐扩管之后为截面50cm×50cm的方管。

滤网1为不锈钢材质，孔径为5mm-10mm，拦截拦截大的颗粒物。U型旁通管2为不锈钢材质，内径为5cm-10cm。溢流堰3为不锈钢材质的锯齿状板材，高度15cm。排污口4为不锈钢材质，内径为5cm-10cm。导流板5为不锈钢材质的锯齿状板材，高度约为30cm。连接板6为不锈钢板材连接导流板5和缓冲板7。缓冲板7为不锈钢材质表面有不均匀的凸起，长度约为100cm-150cm。悬浮物截留区8的填充物为石英砂、磁铁矿、陶粒、无烟煤、锰砂、麦饭石、火山岩等滤料的一种或多种，长度约为100cm-150cm。营养元素削减区9的填充物为一种兼具脱氮除磷功能的颗粒型复合吸附填料(由活性炭、沸石、金属氧化物及改性的活性炭、沸石、金属氧化物复合吸附材料中的一种或多种组成)，此区域长度约为100cm-150cm，吸附材料以滤包的形式放入滤框内，吸附饱和后连包取出进行后续的再生处理。重金属吸附区10的填充物为一种可以吸附多种重金属的颗粒型填料(由金属氧化物、壳聚糖、金属框架材料及改性的金属氧化物、壳聚糖、金属框架材料复合中的一种或多种组成的复合型吸附填料)，此区域长度约为100cm-150cm，吸附材料以滤包的形式放入滤框内，吸附饱和后连包取出进行后续的再生处理。汇水排污区11长度约为100cm-150cm，高约为30cm。出水口12尺寸高为50cm，宽约为10cm。

本实例中，待处理景观水的温度为25-30℃。单个水处理装置进水流量为15m³/h，停留吸附时间为0.5h，复合吸附剂填加总量为30kg。

通过分光光度法测定本发明装置的出水氮、磷浓度。本装置处理后的出水水质：氨氮浓度为0.32±0.03mg/L，总磷浓度为0.105±0.05mg/L，六价铬的浓度为0.073±0.005mg/L。本实例中，氨氮、总磷和六价铬的去除效率分别为：71.4％、70％和43.7％。采用填充物(石英砂、磁铁矿、陶粒、无烟煤、锰砂、麦饭石、火山岩等滤料的一种或多种)采用一定比例配置而成的滤料滤包15kg，采用兼具脱氮除磷功能的颗粒型复合吸附填料(由活性炭、沸石、金属氧化物及改性的活性炭、沸石、金属氧化物复合吸附材料中的一种或多种)采用一定比例配置而成的填料滤包20kg，可以吸附多种重金属的颗粒型填料(由金属氧化物、壳聚糖、金属框架材料及改性的金属氧化物、壳聚糖、金属框架材料复合中的一种或多种)采用一定比例配置而成的填料滤包20kg，处理后的出水水质达到《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)的类水水质标准。在本实例中，进入该涝池的渠道水得到了有效的处理，池水水质获得了有效保障。

实施例2

实验地点为水量400-450m³的西安市某高校校内景观湖水体。水质状况如下：氨氮为2.54±0.04mg/L，总磷为0.14±0.06mg/L，参照地表水环境质量标准(GB3838-2002)，该景观水属于劣V类水，具体数据如表2所示。

表2.实施例2中水质浓度数据对比表

处理装置总长约为100cm-150cm，在渐扩管之前内径为20cm，在渐扩管之后为截面40cm×40cm的方管。

滤网1为不锈钢材质，孔径为5-10mm，拦截拦截大的颗粒物。U型旁通管2为不锈钢材质，内径为5-10cm。溢流堰3为不锈钢材质的锯齿状板材，高度10cm。排污口4为不锈钢材质，内径为5-10cm。导流板5为不锈钢材质的锯齿状板材，左右两块导流板的夹角渐扩管的角度相同，高度约为25cm。连接板6为不锈钢板材连接导流板5和缓冲板7。缓冲板7为不锈钢材质表面有不均匀的凸起，长度约为50cm-100cm。悬浮物截留区8的填充物为石英砂、磁铁矿、陶粒、无烟煤、锰砂、麦饭石、火山岩等滤料的一种或多种，长度约为100cm-150cm。

营养元素削减区9的填充物为一种兼具脱氮除磷功能的颗粒型复合吸附填料(由活性炭、沸石、金属氧化物及改性的活性炭、沸石、金属氧化物复合吸附材料中的一种或多种组成)，长度约为50cm-1000cm，以滤包的形式放入滤框内。重金属吸附区10的填充物为一种可以吸附多种重金属的颗粒型填料(由金属氧化物、壳聚糖、金属框架材料及改性的金属氧化物、壳聚糖、金属框架材料复合中的一种或多种组成的复合型吸附填料)，长度约为50cm-100cm，以滤包的形式放入滤框内。汇水排污区11长度约为50cm-100cm，高约为25cm。出水口12尺寸高为40cm，宽约为5cm。

本实例中，待处理景观水的温度为25-30摄氏度。单个水处理装置进水流量为1.5m³/h，停留吸附时间为0.7h，复合吸附剂填加总量为20kg。

通过分光光度法测定本发明装置的出水氮、磷浓度。本装置处理后的出水水质：氨氮浓度为0.24±0.03mg/L，总磷浓度为0.098±0.05mg/L，六价铬的浓度为0.073±0.005mg/L。本实例中，氨氮、总磷和六价铬的去除效率分别为：40％、57.3％和43.7％。采用填充物(石英砂、磁铁矿、陶粒、无烟煤、锰砂、麦饭石、火山岩等滤料的一种或多种)采用一定比例配置而成的滤料滤包10kg，采用兼具脱氮除磷功能的颗粒型复合吸附填料(由活性炭、沸石、金属氧化物及改性的活性炭、沸石、金属氧化物复合吸附材料中的一种或多种)采用一定比例配置而成的填料滤包15kg，可以吸附多种重金属的颗粒型填料(由金属氧化物、壳聚糖、金属框架材料及改性的金属氧化物、壳聚糖、金属框架材料复合中的一种或多种)采用一定比例配置而成的填料滤包15kg，采用处理后的出水水质达到《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)的V类水水质标准。在本实例中，该景观湖的进水中的污染物被显著削减，湖水水质状况得到了明显改善。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (5)

1.一种用于削减涝池渠道水中氮磷含量的处理装置，其特征在于，包括：第一过滤器、U型旁通管（2）和第二过滤器；

第一过滤器的进水口用于与地表径流雨水收集管的出水口相连通，第一过滤器的出水口与第二过滤器的进水口相连通，第二过滤器的出水口用于与涝池相连通；

第一过滤器内沿水流方向依次设置有滤网（1）、第一出水端口、溢流堰（3）和第一进水端口；第一出水端口与U型旁通管（2）的进水口相连通，第一进水端口与U型旁通管（2）的出水口相连通；

第二过滤器内设置有导流装置，用于将待过滤水流导入过滤区并最终通过第二过滤器的装置出水口（12）排入涝池；所述过滤区沿水流方向依次包括：悬浮物截留区（8）、营养元素削减区（9）和重金属吸附区（10）；所述悬浮物截留区（8）填充的滤料为石英砂、磁铁矿、陶粒、无烟煤、锰砂、麦饭石和火山岩中的一种或多种；所述营养元素削减区（9）的填充物为兼具脱氮除磷功能的颗粒型复合吸附填料；

第二过滤器的顶部设置有开口，开口与过滤区相连通，开口上设置有可拆卸的盖板（13）；

其中，所述重金属吸附区（10）的填充物为能够吸附预设重金属的颗粒型填料；营养元素削减区（9）内的填料为活性炭、沸石和金属氧化物中的一种或多种；滤网（1）倾斜设置，倾斜方式为自下而上向着水流方向倾斜，倾斜角的取值范围为30^o~60^o；滤网（1）孔径的取值范围为5mm~10mm；

第二过滤器的进水口处沿水流方向为渐阔结构；渐阔结构内的中部设置有导流板（5），导流板（5）用于将水流导入两侧；导流板（5）的两侧均通过连接板（6）连接有缓冲板（7），缓冲板（7）为设置有凸起的板状结构，用于与第二过滤器的壳体形成缓冲区；两个缓冲板（7）之间设置有若干隔板，构成两个过滤区和一个汇水排污区（11）；每个过滤区均包括悬浮物截留区（8）、营养元素削减区（9）和重金属吸附区（10）；两个重金属吸附区（10）的出水口与汇水排污区（11）的入水口相连通，汇水排污区（11）的出水口作为整个处理装置的出水口。

2.根据权利要求1所述的一种用于削减涝池渠道水中氮磷含量的处理装置，其特征在于，溢流堰（3）的堰顶为锯齿状，堰顶高度为第一过滤器内流道高度的1/3~2/3。

3.根据权利要求1所述的一种用于削减涝池渠道水中氮磷含量的处理装置，其特征在于，U型旁通管（2）的底部设置有排污口（4），排污口（4）设置有可拆卸的封盖。

4.根据权利要求1所述的一种用于削减涝池渠道水中氮磷含量的处理装置，其特征在于，导流板（5）、缓冲板（7）和各个隔板的预设高度位置均设置有溢水口；

第一过滤器的流道通过溢水口能够与汇水排污区（11）连通。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的一种用于削减涝池渠道水中氮磷含量的处理装置，其特征在于，初期雨水的量按照降雨历时的前15~30min收集计算，滤速取5 m/h ~15m/h，在滤料中的水力停留时间在30~60min。

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