CN115323981A - 可行洪排涝的中小河流防堵塞生态滤坝及使用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了可行洪排涝的中小河流防堵塞生态滤坝及使用方法，属于水环境技术领域，包括坝基，所述坝基由钢筋混凝土浇筑而成，所述坝基的迎水面设置有前置坝体，中间设置生物膜反应器，背水面设置后置坝体，所述前置坝体由格宾石笼构成，格宾石笼内填充有珍珠岩填料或加气砖碎块等轻质滤料，且从迎水面往后，填料的粒径依次减小；所述生物膜反应器，下部沿水流方向平行设置有通气管，通气管接入岸边气泵，实现曝气，依靠微生物的同化、降解净化水质；所述后置坝体成阶梯型，由格宾石笼构成。本发明具备纵贯式泄洪通道，可以解决行洪排涝河道内建设生态滤坝影响行洪安全的问题。

Description

可行洪排涝的中小河流防堵塞生态滤坝及使用方法
技术领域
本发明属于水环境技术领域，涉及河流环境保护，尤其涉及可行洪排涝的中小河流防堵塞生态滤坝及使用方法。
背景技术
河流对于人类的生存和发展的重要性不言而喻。社会的快速发展带来的水环境破坏，水质恶化现象对河流生态系统造成了不可逆转的损害，河道原位净化技术是解决河流水体污染的有效手段，其中，生态滤坝技术近年来在河流生态治理工程中得到了一些应用，取得了明显的应用效果。
生态滤坝又称透水坝或过滤坝，主要依靠快速渗滤原理和人工湿地原理实现水质的净化，采用砾石和碎石在被污染的河道中人工垒筑坝体，通过石料基质的吸附与过滤以及生物作用净化水质。但是在自然条件下，许多河流具备行洪排涝功能，在河道中建设传统生态滤坝会影响河道行洪，河道防洪安全遭到威胁，这也导致许多生态滤坝工程因无法通过防洪影响评价而难以实施建设。
此外，河水中含有泥沙等悬浮物，遭到滤坝的拦截后就被吸附在坝体滤料空隙中，极易发生堵塞，堵塞后的生态滤坝就变成溢流坝，失去了原有的净化效果，达不到净化河流水质系统的初衷。对现有滤坝进行研究后发现，滤坝堵塞严重制约了其过水效率及净水能力，滤坝在河道中运行3个月后，其过水效率仅为最初的三分之一，并且净水能力降低约35％，随着运行时间的继续延长，其净化效果继续下降。
因此，如何构建一种具备行洪排涝能力和防堵塞功能的生态滤坝的堵塞是目前亟需解决的问题。
发明内容
本发明要解决的问题是提供一种可行洪排涝的中小河流防堵塞生态滤坝及使用方法，解决了以上背景技术中存在的问题，通过生态滤坝内部的纵贯式泄洪通道可以解决行洪排涝河道内建设生态滤坝影响行洪安全的问题，通过构建装填轻质填料的前置坝体可有效解决滤坝堵塞引起的后期清理维护困难的问题，保证了其净水能力及运行寿命。
为解决上述技术问题，本发明可行洪排涝的中小河流防堵塞生态滤坝，包括坝基，所述坝基由钢筋混凝土浇筑而成，所述坝基的迎水面设置有前置坝体，中间设置生物膜反应器，背水面设置后置坝体，
所述前置坝体由泄洪通道、可调节堰门和格宾石笼构成，格宾石笼内填充有珍珠岩填料或加气砖碎块等轻质滤料，且从迎水面往后，填料的粒径依次减小；
所述生物膜反应器设置于生态滤坝中间，由外部框架和内部泄洪通道构成，生物膜反应器下部沿水流方向平行设置有通气管，通气管接入岸边气泵，实现曝气，依靠微生物的同化、降解净化水质；
所述后置坝体成阶梯型，由格宾石笼构成，格宾石笼由粒径120-250mm块石填充；
生物膜反应器包括外部框架，所述外部框架内设有生物挂膜填料，所述生物挂膜填料包括透水承载笼和其内部的悬浮填料；所述泄洪通道为C30钢筋混凝土浇筑而成的水流通道，通道两侧混凝土壁厚度与权利要求3所述的混凝土壁厚度一致；
所述通气管为PE管，布设密度为生态滤坝中部坝体底面积的1/20～1/15，通气管的管径为50mm，管壁上均布有圆孔，孔径为8mm，通气管接水泵进行反冲洗时，清除生物膜反应器和坝体内部淤泥。
进一步的，所述坝基由C30钢筋混凝土浇筑而成，厚度200mm，断面为开口向上的槽形。
进一步的，格宾石笼的规格为240mm×240mm，内装填珍珠岩填料或加气砖碎块等轻质滤料的粒径为100-150mm；所述泄洪通道为两侧格宾石笼之间的水流通道，通道两侧为C30钢筋混凝土浇筑而成的混凝土壁，混凝土壁厚度为滤坝高度的1/12～1/15之间；所述可调节堰门设置于泄洪通道最前端，固定于混凝土壁上，平时关闭，水流无法进入泄洪通道，当进入汛期，可调节堰门上提打开，用于泄洪。
进一步的，所述悬浮填料直径为10～12mm，在透水承载笼81内的填充率为70％～80％。
进一步的，透水承载笼为聚乙烯制成的周壁上均布有通孔的圆球笼，直径为95～105mm，孔径为5～6mm，悬浮于水中，在生物膜反应器内的填充率为80％。
可行洪排涝的中小河流防堵塞生态滤坝的使用方法，包括以下步骤，
S1、将悬浮填料分装于直径100mm，孔径为5mm的透水聚乙烯承载球笼组成生物挂膜填料，单个承载球笼填充率为80％；将生物挂膜填料装于生物膜反应器内中，填充率为80％；
S2、将粒径80-150mm的珍珠岩或加气砖碎块填充于240mm×240mm格宾网组成格宾石笼，以实现均匀布水和分级拦截颗粒悬浮物，将装载生物挂膜填料的生物膜反应器置于坝体中部，为净水微生物的生长代谢提供载体，背水面设置阶梯型石笼格宾网，由粒径120-250mm块石填充。
S3、将多孔通气管布设于生态滤坝底部，通气管材质为PE管，布设密度为生态滤坝中部坝体底面积的1/20～1/15，生物挂膜填料下部的通气管道每间隔5cm开孔径为8mm的圆孔，通气管连接岸边气泵供气。
进一步的，当坝前河流水体流速小于0.02m/s，且河水水质为Ⅴ类水时，每2小时曝气15min；当河流水体流速小于0.02m/s，且为微污染劣Ⅴ类水质时，每1小时曝气15min；河流水体流速每增加0.01m/s，曝气频率相应提高一倍。
进一步的，前置坝体每3个月取出格宾石笼使用高压水枪冲洗一次，如堵塞严重，更换前置坝体，若生物膜反应器淤积严重，将通气管连接潜水泵，向生物挂膜填料内冲水使淤泥悬浮于水中，同时使用一台潜污泵放置于生物膜反应器内部抽吸排泥，直至生物膜反应器内水体清澈。
与现有技术相比，本发明具有的优点和积极效果如下。
1、本发明具有可行洪排涝、结构简单、净化效率高、造价低、便于维护管理等优点；特别是滤坝内的纵贯式泄洪通道可以解决行洪排涝河道内建设生态滤坝影响行洪安全的问题，滤坝内的生物膜反应器具有微生物负载量大、水质净化高等特点，与传统滤坝相比，该发明在河流行洪排涝功能、防堵塞效果、水质净化效率、拆卸清洗便利程度等方面具有突出的实质性特点和显著的进步。
2、本申请中，在河流进入汛期后，通过上提打开泄洪通道最前端的堰门，使洪水通过泄洪通道快速下泄，水流几乎全部通过泄洪通道流过滤坝，不会影响河道行洪。
3、本申请中，在非汛期，可调节堰门处于关闭状态，水流经过迎水面时，水中固体颗粒物会被前置坝体中的填料截留，实现悬浮物的过滤净化；水流流过前置坝体后，进入生物膜反应器，生物膜反应器为本专利的技术关键，通气管曝气时将生物膜反应器内部的生物挂膜填料吹起，悬浮于水体中，生物挂膜填料表面适宜微生物的生长和繁殖，形成具有分层结构的微生物膜，通过微生物的吸收、同化和分解作用，削减水体中有机物、氨氮等污染物浓度，实现水体的强化净化。经过强化净化的水流进入后置坝体经过进一步过滤、吸附净化后，流出滤坝。
4、本发明的泄洪通道、坝体结构、滤料配比和通气管布置方式等技术方案根据实际情况后设计计算确定，前置坝体的三层格宾石笼可拆卸，且填充物为珍珠岩或加气砖碎块等轻质填料，重量轻，便于更换，大大简化了后期维护清理难度，解决了堵塞问题，使用寿命长；通气管同时具有曝气和反冲洗功能，接气泵时为曝气管，接水泵时为反冲洗管。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是本发明可行洪排涝的中小河流防堵塞生态滤坝的结构剖面主视图；
图2是本发明可行洪排涝的中小河流防堵塞生态滤坝的结构俯视图；
图3是本发明生物挂膜填料的结构示意图；
图4是发明的格宾网的立体结构示意图。
附图标记：
1、前置坝体；2、生物膜反应器；3、后置坝体；4、坝基；5、格宾石笼；6、通气管；7、钢筋笼；8、生物挂膜填料；81、透水承载笼；82、悬浮填料；9、可调节堰门；10、泄洪通道。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面结合附图对本发明的具体实施例做详细说明。
如图1-图4所示，可行洪排涝的中小河流防堵塞生态滤坝，包括坝基4，坝基4由钢筋混凝土浇筑而成，坝基4的迎水面设置有前置坝体1，中间设置生物膜反应器2，背水面设置后置坝体3，
前置坝体1由泄洪通道10、可调节堰门9和格宾石笼5构成，格宾石笼5内填充有珍珠岩填料或加气砖碎块等轻质滤料，泄洪通道为C30钢筋混凝土浇筑而成的水流通道，通道两侧混凝土壁厚度与混凝土壁厚度一致；
生物膜反应器2设置于生态滤坝中间，由外部框架和内部泄洪通道10构成，外部框架内设有生物挂膜填料8，生物挂膜填料8包括透水承载笼81和其内部的悬浮填料82，下部沿水流方向平行设置有通气管6，通气管6接入岸边气泵，实现曝气，依靠微生物的同化、降解净化水质；泄洪通道为两侧格宾石笼之间的水流通道，通道两侧为C30钢筋混凝土浇筑而成的混凝土壁，混凝土壁厚度为滤坝高度的1/12～1/15之间；可调节堰门设置于泄洪通道最前端，固定于混凝土壁上，平时关闭，水流无法进入泄洪通道，当进入汛期，可调节堰门上提打开，用于泄洪；
后置坝体3成阶梯型，由格宾石笼5构成，格宾石笼5由粒径120-250mm块石填充，主要起到支撑，增加强度的作用。
优选地，坝基4由C30钢筋混凝土浇筑而成，厚度200mm，断面为开口向上的槽形，方便槽部的固定；更优选地，格宾石笼5的规格为240mm×240mm，内装填珍珠岩填料或加气砖碎块等轻质滤料的粒径为100-150mm，根据设置的位置不同，选择填充不同的粒径。
优选地，生物膜反应器2包括外部框架，外部框架内设有生物挂膜填料8，生物挂膜填料8包括透水承载笼81和其内部的悬浮填料82。
优选地，透水承载笼81为聚乙烯制成的周壁上均布有通孔的圆球笼，采用此材质，实用寿命长，不容易被腐蚀，采用此形状，扩大接触面积，圆球笼的直径为95～105mm，孔径为5～6mm，悬浮于水中，在生物膜反应器2内的填充率为80％。
优选地，悬浮填料82直径为10～12mm，在透水承载笼8181内的填充率为70％～80％，保证了透气率，实现更好的净化效果。
优选地，通气管6为PE管，布设密度为生态滤坝中部坝体底面积的1/20～1/15，通气管6的管径为50mm，管壁上均布有圆孔，孔径为8mm，通气管6接水泵进行反冲洗时，清除生物膜反应器2和坝体内部淤泥，以上这些结构的设置，保证了充分曝气，有利于提升净化的效率。
可行洪排涝的中小河流防堵塞生态滤坝的使用方法，包括以下步骤，
S1、将悬浮填料分装于直径100mm，孔径为5mm的透水聚乙烯承载球笼组成生物挂膜填料，单个承载球笼填充率为80％；将生物挂膜填料装于生物膜反应器内中，填充率为80％；
S2、将粒径80-150mm的珍珠岩或加气砖碎块填充于240mm×240mm格宾网组成格宾石笼，以实现均匀布水和分级拦截颗粒悬浮物，将装载生物挂膜填料的生物膜反应器置于坝体中部，为净水微生物的生长代谢提供载体，背水面设置阶梯型石笼格宾网，由粒径120-250mm块石填充。
S3、将多孔通气管布设于生态滤坝底部，通气管材质为PE管，布设密度为生态滤坝中部坝体底面积的1/20～1/15，生物挂膜填料下部的通气管道每间隔5cm开孔径为8mm的圆孔，通气管连接岸边气泵供气。
优选地，当坝前河流水体流速小于0.02m/s，且河水水质为Ⅴ类水时，每2小时曝气15min；当河流水体流速小于0.02m/s，且为微污染劣Ⅴ类水质时，每1小时曝气15min；河流水体流速每增加0.01m/s，曝气频率相应提高一倍。
优选地，若生态滤坝前置堵塞严重，失去透水净化效果，则对前置坝体及时进行清洗或更换，若生物膜反应器淤积严重，将通气管连接潜水泵，向生物挂膜填料内冲水使淤泥悬浮于水中，同时使用一台潜污泵放置于生物膜反应器内部抽吸排泥，直至生物膜反应器内水体清澈，为防止生态滤坝堵塞，保证净化效果，前置坝体每3个月取出格宾石笼使用高压水枪冲洗一次，如堵塞严重，可直接更换前置坝体。
实际的工作过程：在非汛期，可调节堰门关闭状态下，水流经过迎水面时，水中固体颗粒物会被前置坝体中的填料截留，实现悬浮物的过滤净化；水流流过前置坝体后，进入生物膜反应器，通气管曝气时将高分子生物挂膜填料吹起，悬浮于水体中，通过生物挂膜填料表面附着微生物的吸收、同化和分解作用，削减水体中有机物、氨氮等污染物浓度，实现水体的强化净化。经过强化净化的水流进入后置坝体经过进一步过滤、吸附净化后，流出滤坝。
在汛期后，通过上提打开泄洪通道最前端的堰门，使洪水通过泄洪通道快速下泄，水流几乎全部通过泄洪通道流过滤坝，不会影响河道行洪。
本发明结构简单，造价低，便于维护管理，前置坝体每3个月取出冲洗一次，具体冲洗频次可根据河流内悬浮物浓度进行适当调整，与同类型的滤坝相比，该可拆卸式前置坝体能够有效的解决来水悬浮物堵塞滤坝问题，可拆卸式大大简化了后期维护清理的难度。
经实际检测，本发明的实施案例对水质为Ⅴ类～略超标的劣Ⅴ类河水中有机物(以CODCr计)、氨氮去除率分别达到45％及48％，与普通生态滤坝相比，污染物去除率有显著提高。同时，本发明在实际河流内运行6个月后，过水能力稳定在最初的80％以上，具备净化效果好、防堵塞、易清理维护、运行稳定的优点，与传统滤坝相比，该发明在水质净化效率、水体复氧功能、拆卸清洗便利程度、防堵塞效果等方面具有突出的实质性特点和显著的进步，在实际应用中可以取得良好的经济和社会效益。
以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (8)

1.可行洪排涝的中小河流防堵塞生态滤坝，其特征在于：包括坝基，所述坝基由钢筋混凝土浇筑而成，所述坝基的迎水面设置有前置坝体，中间设置生物膜反应器，背水面设置后置坝体，
所述前置坝体由泄洪通道、可调节堰门和格宾石笼构成，格宾石笼内填充有珍珠岩填料或加气砖碎块等轻质滤料，且从迎水面往后，填料的粒径依次减小；
所述生物膜反应器设置于生态滤坝中间，由外部框架和内部泄洪通道构成，生物膜反应器下部沿水流方向平行设置有通气管，通气管接入岸边气泵，实现曝气，依靠微生物的同化、降解净化水质，所述泄洪通道为两侧格宾石笼之间的水流通道，通道两侧为C30钢筋混凝土浇筑而成的混凝土壁，混凝土壁厚度为滤坝高度的1/12～1/15之间；所述可调节堰门设置于泄洪通道最前端，固定于混凝土壁上，平时关闭，水流无法进入泄洪通道，当进入汛期，可调节堰门上提打开，用于泄洪；
所述后置坝体成阶梯型，由格宾石笼构成，格宾石笼由粒径120-250mm块石填充；
生物膜反应器包括外部框架，所述外部框架内设有生物挂膜填料，所述生物挂膜填料包括透水承载笼和其内部的悬浮填料；所述泄洪通道为C30钢筋混凝土浇筑而成的水流通道，通道两侧混凝土壁厚度与混凝土壁厚度一致；
所述通气管为PE管，布设密度为生态滤坝中部坝体底面积的1/20～1/15。
2.根据权利要求1所述的可行洪排涝的中小河流防堵塞生态滤坝，其特征在于：所述坝基由C30钢筋混凝土浇筑而成，厚度200mm，断面为开口向上的槽形。
3.根据权利要求1所述的可行洪排涝的中小河流防堵塞生态滤坝，其特征在于：格宾石笼的规格为240mm×240mm，内装填珍珠岩填料或加气砖碎块等轻质滤料的粒径为100-150mm。
4.根据权利要求1所述的可行洪排涝的中小河流防堵塞生态滤坝，其特征在于：所述悬浮填料直径为10～12mm，在透水承载笼81内的填充率为70％～80％，通气管的管径为50mm，管壁上均布有圆孔，孔径为8mm，通气管接水泵进行反冲洗时，清除生物膜反应器和坝体内部淤泥。
5.根据权利要求1所述的可行洪排涝的中小河流防堵塞生态滤坝，其特征在于：透水承载笼为聚乙烯制成的周壁上均布有通孔的圆球笼，直径为95～105mm，孔径为5～6mm，悬浮于水中，在生物膜反应器内的填充率为80％。
6.权利要求1-5任一项所述的可行洪排涝的中小河流防堵塞生态滤坝的使用方法，其特征在于：包括以下步骤，
S1、将悬浮填料分装于直径100mm，孔径为5mm的透水聚乙烯承载球笼组成生物挂膜填料，单个承载球笼填充率为80％；将生物挂膜填料装于生物膜反应器内中，填充率为80％；
S2、将粒径80-150mm的珍珠岩或加气砖碎块填充于240mm×240mm格宾网组成格宾石笼，以实现均匀布水和分级拦截颗粒悬浮物，将装载生物挂膜填料的生物膜反应器置于坝体中部，为净水微生物的生长代谢提供载体，背水面设置阶梯型石笼格宾网，由粒径120-250mm块石填充。
S3、将多孔通气管布设于生态滤坝底部，通气管材质为PE管，布设密度为生态滤坝中部坝体底面积的1/20～1/15，生物挂膜填料下部的通气管道每间隔5cm开孔径为8mm的圆孔，通气管连接岸边气泵供气。
7.根据权利要求6所述的可行洪排涝的中小河流防堵塞生态滤坝的使用方法，其特征在于：当坝前河流水体流速小于0.02m/s，且河水水质为Ⅴ类水时，每2小时曝气15min；当河流水体流速小于0.02m/s，且为微污染劣Ⅴ类水质时，每1小时曝气15min；河流水体流速每增加0.01m/s，曝气频率相应提高一倍。
8.根据权利要求6所述的可行洪排涝的中小河流防堵塞生态滤坝的使用方法，其特征在于：前置坝体每3个月取出格宾石笼使用高压水枪冲洗一次，如堵塞严重，更换前置坝体，若生物膜反应器淤积严重，将通气管连接潜水泵，向生物挂膜填料内冲水使淤泥悬浮于水中，同时使用一台潜污泵放置于生物膜反应器内部抽吸排泥，直至生物膜反应器内水体清澈。
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