CN113184987A - 一种末端阻控面源氮污染的反硝化墙及其应用 - Google Patents

一种末端阻控面源氮污染的反硝化墙及其应用 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种末端阻控面源氮污染的反硝化墙及其应用，涉及面源氮污染控制技术领域。本发明提供的反硝化墙包括沿径流方向依次设置的导渗沟、一级墙体和二级墙体；所述一级墙体内装填有碳源。本发明利用导渗沟能够对径流中的悬浮物进行较好截留，减少了反硝化墙体堵塞的可能性；同时，导渗沟能够将径流引入底部，初步营造缺氧环境，有利于后续反硝化作用的进行。本发明在一级墙体内装填碳源，能够使径流中的硝态氮在反硝化菌作用下进行脱氮，二级墙体能够使径流中的有机物被一级墙体流出的多余碳源降解得以有效去除。本发明提供的反硝化墙设置两级墙体，同时减少了输入水体的氮污染和有机物污染，能够对面源污染进行末端阻控。

Description

一种末端阻控面源氮污染的反硝化墙及其应用
技术领域
本发明涉及面源氮污染控制技术领域，具体涉及一种末端阻控面源氮污染的反硝化墙及其应用。
背景技术
地表径流产生的面源污染来源多而分散，传统的点源脱氮工艺并不适合治理径流中氮污染，成本较高，见效慢。因此有效去除地表径流中氮污染是当前面临的环境难题之一，也是减少水体外源氮输入负荷的重要途径。地表径流中氮污染的控制途径包括源头控制、过程阻断和末端阻控等方面。水体岸边带可作为水陆界面的关键屏障，因此，在岸边带合理设计末端阻控系统、提高岸边带截污功能是控制面源污染行之有效的手段。
末端阻控是指运用一些物理、生物和工程的方法在岸边带对面源污染物进行拦截阻断和净化，使其在陆地上的停留时间延长，主要通过吸附作用和微生物反硝化作用削减径流输入水体的氮负荷。
目前常用的末端阻控有植物缓冲带、人工湿地、生态沟渠等技术，由于缺乏生物反硝化所需的缺氧条件或者碳源，这些技术对于硝酸盐的去除能力相对较弱。因此，开发有效的氮脱除技术应用于岸边带，作为阻挡外源氮污染的末端屏障，对于面源污染控制具有十分重要的现实意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种末端阻控面源氮污染的反硝化墙及其应用，本发明提供的反硝化墙能够对径流中的氮进行末端阻控，减少输入水体中的氮污染。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种末端阻控面源氮污染的反硝化墙，包括
导渗沟；
进水口与所述导渗沟的出水口相连通的一级墙体；
进水口与所述一级墙体的出水口相连通的二级墙体；
所述一级墙体内装填有碳源。
优选地，所述导渗沟内装填有砾石；所述砾石包括大尺寸砾石和小尺寸砾石；所述大尺寸砾石的粒径为10～30mm；所述小尺寸砾石的粒径为5～10mm。
优选地，所述一级墙体内还装填有砾石和土壤。
优选地，所述一级墙体内自下而上依次设置有复合基质层、砾石层和土壤层；所述复合基质层装填有碳源、砾石和土壤。
优选地，所述复合基质层、砾石层和土壤层的高度比为7:1:2。
优选地，所述一级墙体内壁上设置有折流板；所述折流板沿径流方向垂直设置。
优选地，还包括一级出水槽；所述一级出水槽的进水口与所述一级墙体的出水口相连通；所述一级出水槽的出水口与所述二级墙体的进水口相连通；所述一级出水槽的进水口的水平高度高于所述一级出水槽的出水口的水平高度，高度差为4～6cm。
优选地，所述二级墙体内装填有白云石。
优选地，所述二级墙体内自下而上依次设置有混合基质层、砾石层和土壤层；所述混合基质层装填有白云石和土壤。
本发明还提供了上述技术方案所述反硝化墙在末端阻控面源氮污染中的应用，将所述反硝化墙设置在接纳径流的水体岸边带；所述反硝化墙的最低点高于接纳径流的水体的最高水位。
本发明提供了一种末端阻控面源氮污染的反硝化墙，包括导渗沟；进水口与所述导渗沟的出水口相连通的一级墙体；进水口与所述一级墙体的出水口相连通的二级墙体；所述一级墙体内装填有碳源。本发明利用导渗沟能够对径流中的悬浮物进行较好截留，减少了反硝化墙体堵塞的可能性；同时，导渗沟能够将径流引入底部，初步营造缺氧环境，有利于后续反硝化作用的进行。本发明在一级墙体内装填碳源，能够使径流中的硝态氮在反硝化菌作用下进行脱氮，二级墙体能够使径流中的有机物被一级墙体流出的多余碳源降解得以有效去除。本发明提供的反硝化墙设置两级墙体，同时减少了输入水体的氮污染和有机物污染，能够对面源污染进行末端阻控。
附图说明
图1为本发明实施例采用的反硝化墙的结构示意图；其中，1为导渗沟，2为一级墙体，3为二级墙体，4为一级出水槽，5为二级出水槽，6为一级墙体的出水口，7为折流板；
图2为一级墙体内部的示意图；
图3为二级墙体内部的示意图。
具体实施方式
本发明提供了一种末端阻控面源氮污染的反硝化墙，包括
导渗沟；
进水口与所述导渗沟的出水口相连通的一级墙体；
进水口与所述一级墙体的出水口相连通的二级墙体；
所述一级墙体内装填有碳源。
在本发明中，径流方向为反硝化墙的长度方向。在本发明中，所述反硝化墙优选设置于地面以下，实际应用时，在接纳径流的水体岸边带进行挖掘构建。本发明沿径流方向依次设置导渗沟、一级墙体和二级墙体。
本发明提供的反硝化墙包括导渗沟。在本发明中，所述导渗沟的深度优选为0.6～1.0m；宽度优选为0.2～0.5m；长度根据所设置地点的径流量确定。本发明利用导渗沟将径流引入底部，初步营造缺氧环境，有利于后续反硝化作用的进行。
在本发明中，所述导渗沟内优选装填有砾石。在本发明中，所述砾石优选包括大尺寸砾石和小尺寸砾石；所述大尺寸砾石的粒径优选为10～30mm；所述小尺寸砾石的粒径优选为5～10mm。在本发明的具体实施例中，当所述导渗沟的深度为1.0m时，导渗沟0～50cm深度装填有大尺寸砾石，所述导渗沟50～100cm深度装填有小尺寸砾石。本发明利用导渗沟能够对径流中的悬浮物进行较好截留，减少了反硝化墙体堵塞的可能性。
在本发明中，所述导渗沟的出水口优选设置于导渗沟的底部。
本发明提供的反硝化墙还包括进水口与所述导渗沟的出水口相连通的一级墙体。在本发明中，所述一级墙体的进水口优选设置于一级墙体的底部。在本发明中，所述一级墙体的长度优选为2～4m，更优选为3m；深度优选为1m；宽度根据径流量确定。
在本发明中，所述一级墙体内装填有碳源，所述碳源优选为农业固废，更优选为花生壳和玉米秸秆。在本发明中，所述碳源的粒径优选为2～4cm。本发明在一级墙体内添加农业固废提供碳源，能够促使硝态氮发生反硝化反应而去除。
在本发明中，所述一级墙体内还装填有砾石和土壤。在本发明中，所述砾石的粒径优选为5～10mm。
在本发明中，所述一级墙体内自下而上优选依次设置有复合基质层、砾石层和土壤层。在本发明中，所述复合基质层优选装填有碳源、砾石和土壤；所述碳源、砾石和土壤的质量比优选为1:1～2:10。在本发明中，所述复合基质层、砾石层和土壤层的高度比优选为7:1:2。本发明利用复合基质层去除氮污染，利用砾石层保证一级墙体出水的顺畅排出，利用土壤层保证岸边带草本植物的生长。
在本发明中，所述一级墙体内壁上优选设置有折流板；所述折流板优选沿径流方向垂直设置。在本发明中，所述折流板的数量优选为多个，更优选为2个；多个所述折流板间隔设置，使径流呈“S”流动。在本发明中，相邻折流板之间的间距优选为1m。本发明利用折流板延长径流停留时间，促进径流与一级墙体内基质的充分接触，提高反硝化细菌的脱氮效率。
在本发明中，所述径流板的材质优选为无规共聚聚丙烯(PPR)，具有较好的坚固性和耐温度冲击能力。
在本发明中，所述一级墙体的出水口优选设置于一级墙体的上部，更优选距地面0.3m深。
本发明提供的反硝化墙包括进水口与所述一级墙体的出水口相连通的二级墙体。在本发明中，所述二级墙体的长度优选为1～3m，深度优选为1m；宽度根据径流量确定。在本发明中，所述二级墙体的进水口设置于二级墙体的底部。
在本发明中，所述二级墙体内优选装填有白云石。在本发明中，白云石可作为微生物的良好载体，长期运行会使白云石表面形成生物膜，对有机物进行降解去除；白云石具有良好的氨氮去除功能，可进一步强化一级墙体的脱氮效果；因为白云石所含钙对磷具有良好的去除作用，即使有少量白云石流失到水体中，进而沉淀于沉积物中，不但不会影响水体水质，反而会强化磷在沉积物中的固定，减少磷向上覆水的迁移。
在本发明中，所述白云石的粒径优选为1～3cm。
在本发明中，所述二级墙体内还装填有砾石和土壤；所述砾石的粒径优选为5～10mm。在本发明中，所述二级墙体内不添加碳源。
在本发明中，所述二级墙体内自下而上优选依次设置有混合基质层、砾石层和土壤层。在本发明中，所述混合基质层优选装填有白云石和土壤；所述白云石和土壤的质量比优选为2～4:10。在本发明中，所述混合基质层、砾石层和土壤层的高度比优选为7:1:2。本发明利用混合基质层去除有机物，利用砾石层保证二级墙体出水的顺畅排出，利用土壤层保证岸边带草本植物的生长。
在本发明中，所述二级墙体内壁上优选设置有折流板，所述折流板的设置方式优选与一级墙体内一致，这里不再赘述。折流构造在二级墙体内可以促进有机物的去除。
在本发明中，所述反硝化墙优选还包括一级出水槽；所述一级出水槽的进水口优选与所述一级墙体的出水口相连通；所述一级出水槽的出水口优选与所述二级墙体的进水口相连通；所述一级出水槽的进水口的水平高度高于所述一级出水槽的出水口的水平高度，高度差优选为4～6cm，更优选为5cm。
本发明利用一级出水槽使一级墙体出水后经过跌水，实现曝气，为后续二级墙体中的有机物去除供氧。
在本发明中，所述一级出水槽的宽度优选为0.25m；所述一级出水槽内不填充砾石。
本发明提供的反硝化墙优选还包括二级出水槽；所述二级出水槽的进水口与所述二级墙体的出水口相连通。在本发明中，所述二级出水槽的深度优选为30cm。在本发明中，所述二级出水槽内优选填充有砾石，所述砾石的粒径优选为5～10mm。本发明利用二级出水槽将二级墙体的出水溢流到地面，经净化的水输入到接纳径流的水体。
在本发明中，所述导渗沟、一级墙体、一级出水槽和二级墙体的底部优选独立设置有沿径流方向自上而下的坡度，所述坡度优选为0.5～1.0％。本发明通过坡度的设置能够保证径流的顺利流动。
本发明还提供了上述技术方案所述反硝化墙在末端阻控面源氮污染中的应用。本发明将所述反硝化墙设置在接纳径流的水体岸边带；所述反硝化墙的最低点高于接纳径流的水体的最高水位。本发明利用反硝化墙作为截留水体外源氮污染的最后一道屏障，有效降低水体的外源氮污染。
下面将结合本发明中的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
采用图1所示的反硝化墙对径流进行脱氮处理：
沿径流方向依次设置导渗沟、一级墙体、一级出水槽、二级墙体和二级出水槽；所述导渗沟、一级墙体、一级出水槽、二级墙体和二级出水槽合建，其总体长、宽和深分别为0.8m、0.3m和0.8m，每部分用挡板隔开，其中导渗沟和一级墙体挡板底部0～50mm为打孔隔板；一级墙体和一级出水槽隔板距底部0～550mm为无孔隔板，距底部550～800mm为打孔隔板；二级墙体不设导渗沟，由一级出水槽底部进水孔进入；一级和二级墙体均安装两块折流板。
导渗沟宽0.2m，在导渗沟0～40cm深度装填10～30mm粒径的砾石，40～80cm深度装填5～10mm粒径的砾石。一级墙体表层0～20cm装填土壤，其下部装填10cm厚的砾石，底部50cm深度为复合基质层，所述复合基质层中花生壳、砾石和土壤的质量比1:1:10。二级墙体表层0～20cm装填土壤，接着在20～30cm处装填砾石，底部的50cm深度为混合基质层，所述混合基质层中白云石和土壤的质量比2:5。
采用总氮为15mg/L、硝态氮为12mg/L、氨氮3mg/L和总有机碳(TOC)为34mg/L的模拟进水，在温度20℃、水力负荷1.0m3/(m2·d)下的运行结果表明，总氮去除率为55％，硝态氮去除率为42％，氨氮去除率在81％，TOC去除率为63％。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种末端阻控面源氮污染的反硝化墙，其特征在于，包括
导渗沟；
进水口与所述导渗沟的出水口相连通的一级墙体；
进水口与所述一级墙体的出水口相连通的二级墙体；
所述一级墙体内装填有碳源。
2.根据权利要求1所述的反硝化墙，其特征在于，所述导渗沟内装填有砾石；所述砾石包括大尺寸砾石和小尺寸砾石；所述大尺寸砾石的粒径为10～30mm；所述小尺寸砾石的粒径为5～10mm。
3.根据权利要求1所述的反硝化墙，其特征在于，所述一级墙体内还装填有砾石和土壤。
4.根据权利要求1或3所述的反硝化墙，其特征在于，所述一级墙体内自下而上依次设置有复合基质层、砾石层和土壤层；所述复合基质层装填有碳源、砾石和土壤。
5.根据权利要求4所述的反硝化墙，其特征在于，所述复合基质层、砾石层和土壤层的高度比为7:1:2。
6.根据权利要求1所述的反硝化墙，其特征在于，所述一级墙体内壁上设置有折流板；所述折流板沿径流方向垂直设置。
7.根据权利要求1所述的反硝化墙，其特征在于，还包括一级出水槽；所述一级出水槽的进水口与所述一级墙体的出水口相连通；所述一级出水槽的出水口与所述二级墙体的进水口相连通；所述一级出水槽的进水口的水平高度高于所述一级出水槽的出水口的水平高度，高度差为4～6cm。
8.根据权利要求1所述的反硝化墙，其特征在于，所述二级墙体内装填有白云石。
9.根据权利要求1或8所述的反硝化墙，其特征在于，所述二级墙体内自下而上依次设置有混合基质层、砾石层和土壤层；所述混合基质层装填有白云石和土壤。
10.权利要求1～9任一项所述反硝化墙在末端阻控面源氮污染中的应用，将所述反硝化墙设置在接纳径流的水体岸边带；所述反硝化墙的最低点高于接纳径流的水体的最高水位。
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