CN116375129A - 脱氮除磷生态滤坝及基于该滤坝的水体净化方法 - Google Patents

Abstract

一种脱氮除磷生态滤坝，包括多个箱体，多个箱体沿河道中轴对称并横跨布置于流道内，多个箱体共同组成两个坝身，坝身的上游面靠近河岸的一端上设置进水端，坝身的下游面靠近河道中心的一端上设置出水端；进水端和出水端上分别设有一个石笼，石笼上设有叠梁闸，进水端上的叠梁闸靠近上游的进水斜槽设置，出水端的叠梁闸靠近下游设置；箱体侧壁上设有过水孔洞组成单个坝身的多个箱体侧壁上过水孔洞，相邻过水孔洞在竖直方向上呈上下交错布置并形成垂直流—折流型净水通道。本发明专利采用上述结构，能够高效削减类似水体中各类污染物浓度，同时建造方便，占地面积相对小，可适应河道各类水位工况，长时间运行后，淤堵问题可通过简易管护解决。

Description

脱氮除磷生态滤坝及基于该滤坝的水体净化方法

技术领域

本发明涉及生态环保污水处理技术领域，具体的是一种脱氮除磷生态滤坝及基于该滤坝的水体净化方法。

背景技术

治理建设需求越来越高，但城镇化的推进与环境影响的矛盾愈加突出，大量生活污水及面源污染排入水体，导致水质恶化。因此，解决城市内河及湿地水环境问题已迫在眉睫，开展相关新技术的研究，以保障类似水体的生态健康至关重要。

原位净化技术是处理该类水体的重要技术，生态滤坝为其中一种，通过利用填料作为载体，形成生物膜对污水进行生物—生态净化。

申请号为201910681165.0的中国发明专利申请公开了一种面向城市非行洪河道的垂直流—折流复式强化脱氮除磷防堵生态滤坝，该滤坝有强化的脱氮除磷效果，也实现了一定防堵及景观性，但因结构布置的局限性，该类坝体占用河道比例较大，因此仅为一种面向城市非行洪河道的生态滤坝，同时该滤坝的反冲洗系统及建造相对复杂，不利于简便管护。

申请号为202110844732.9的中国发明专利申请公开了一种用于城市河道水体过滤净化的生态岛型净水滤坝，该滤坝同样存在大量占用河道的问题，适用性较差。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种脱氮除磷生态滤坝及基于该滤坝的水体净化方法，该生态滤坝可以高效削减类似水体中各类污染物浓度，同时建造方便，占地面积相对小，可适应河道各类水位工况，长时间运行后，淤堵问题可通过简易管护解决。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种脱氮除磷生态滤坝，包括箱体，所述的箱体为多个，多个箱体沿河道中轴对称并横跨布置于流道内，多个箱体共同组成两个坝身，坝身的上游面靠近河岸的一端上设置进水端，坝身的下游面靠近河道中心的一端上设置出水端；

所述的进水端和出水端上分别设有一个石笼，石笼上设有叠梁闸，进水端上的叠梁闸靠近上游的进水斜槽设置，出水端的叠梁闸靠近下游设置；

所述的箱体侧壁上设有过水孔洞组成单个坝身的多个箱体侧壁上过水孔洞，相邻过水孔洞在竖直方向上呈上下交错布置并形成垂直流—折流型净水通道。

优选的方案中，所述的石笼内填充碎石，石笼顶部设置盖板。

优选的方案中，多个所述的箱体中，与上游进水与下游出水连接的过水孔洞上还设有过水花墙。

优选的方案中，所述的箱体内填充脱氮除磷填料，脱氮除磷填料顶部铺设防渗膜，防渗膜上方铺设种植土并种植绿化植物。

优选的方案中，相邻所述的箱体内的种植土之间设置一道通气隔层，通气隔层由砾石填充组成，砾石内安装排气帽。

优选的方案中，所述的过水花墙上的过水孔与进水方向呈60°夹角布置。

优选的方案中，所述的石笼高度低于箱体高度，石笼顶部的盖板与箱体顶面平齐，盖板与石笼实现形成用于人工清淤的检修井结构。

基于上述脱氮除磷生态滤坝的水体净化方法，包括以下步骤：

1）根据上游进水水位控制坝身进水端和出水端的叠梁闸，使上游进水溢流进入坝身；

2）上游进水流经石笼并穿过石笼内的碎石后实现固态杂质的初步过滤；

3）水流进入箱体中并沿垂直流—折流型净水通道逐步经过多个箱体内的脱氮除磷填料；

4）经脱氮除磷处理之后的水流由坝身中部的箱体上的叠梁闸溢流至下游。

优选的方案中，通过控制进水端叠梁闸挡水高度上升、出水端叠梁闸挡水高度下降，实现加快箱体内流经水流的流速以达到对箱体的冲洗目的。

优选的方案中，行洪期间通过拆卸流道中部箱体，实现流道正常行洪作业，汛期结束后重新安装中部的箱体可继续进行水体净化作业。

本发明所提供的一种脱氮除磷生态滤坝及基于该滤坝的水体净化方法，通过采用上述结构及方法,具有以下有益效果：

（1）通过横向设置进水段、坝身段和出水段形成生态滤坝，可以有效增强生态滤坝的脱氮除磷效果，延长水体净化停留时间，巧妙的结构设计减少了坝体占用河道的面积，降低河道的行洪影响；

（2）通过设置在进、出水段的叠梁闸控制上下游水位差，提高坝身水体流速，起到防淤堵作用，盖板下的检查井亦可实施定期清淤，管护方便；

（3）箱体上部可种植绿化植物，产生良好的景观效果，改善河道生境。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

图1为本发明剖面图；

图2为本发明俯视图；

图3为本发明A-A断面图；

图4为本发明B-B断面图；

图5为本发明C-C断面图；

图6为本发明D-D断面图；

图7为本发明E-E断面图；

图8为本发明F-F断面图。

图中：上游进水1，叠梁闸2，石笼3，过水花墙4，脱氮除磷填料5，箱体6，种植土7，排气帽8，砾石9，绿化植物10，防渗膜11，盖板12，过水孔洞13，下游出水14，进水斜槽15。

具体实施方式

实施例1：

如图1-8中，一种脱氮除磷生态滤坝，包括箱体6，所述的箱体6为多个，多个箱体6沿河道中轴对称并横跨布置于流道内，多个箱体6共同组成两个坝身，坝身的上游面靠近河岸的一端上设置进水端，坝身的下游面靠近河道中心的一端上设置出水端；

所述的进水端和出水端上分别设有一个石笼3，石笼3上设有叠梁闸2，进水端上的叠梁闸2靠近上游的进水斜槽15设置，出水端的叠梁闸2靠近下游设置；

所述的箱体6侧壁上设有过水孔洞13组成单个坝身的多个箱体6侧壁上过水孔洞13，相邻过水孔洞13在竖直方向上呈上下交错布置并形成垂直流—折流型净水通道。

优选的方案中，所述的石笼3内填充碎石，石笼3顶部设置盖板12。

优选的方案中，多个所述的箱体6中，与上游进水1与下游出水14连接的过水孔洞13上还设有过水花墙4。

优选的方案中，所述的箱体6内填充脱氮除磷填料5，脱氮除磷填料5顶部铺设防渗膜11，防渗膜11上方铺设种植土7并种植绿化植物10。

优选的方案中，相邻所述的箱体6内的种植土7之间设置一道通气隔层，通气隔层由砾石9填充组成，砾石9内安装排气帽8。

优选的方案中，所述的过水花墙4上的过水孔与进水方向呈60°夹角布置。

优选的方案中，所述的石笼3高度低于箱体6高度，石笼3顶部的盖板12与箱体6顶面平齐，盖板12与石笼3实现形成用于人工清淤的检修井结构。

实施例2：

在实施例1基础上：

所述生态滤坝总长为25.2m，进水段、出水段均对称布置，其中进水段设置于两端，出水段布置于中间，以图1所示为例，坝身段对称分隔成6个小箱体，使处理水体整体呈现两端进、中间出。

进水段净尺寸为3.0×1.6×3.0m(长×宽×高)，上游进水1水位高程为30.7m，进水斜槽15坡度为1：1，斜坡底高程为28.2m，叠梁闸2两侧门槽高度为3.0m，由多块尺寸为1.5×0.4m(宽×高)碳钢材料组成，闸门挡水高度根据上、下游水位要求控制；叠梁闸2与盖板12形成具有清淤和检修功能的检查井，井底部设有尺寸为3.0×1.0×1.0m(长×宽×高)的石笼3，石笼3内部填充粒径为30～50mm的石灰石；石笼3紧靠生态滤坝进水箱体6底部的过水花墙4，过水花墙4尺寸为3.0×0.8m(长×高)，花墙进水孔与进水方向呈60°夹角。

坝身段净尺寸为25.2×3.4×3.0m(长×宽×高)，分隔为6个单体尺寸为4.0×3.4×3.0m(长×宽×高)的箱体6，箱体6侧壁设有过水孔洞13，尺寸为2.0×0.8m(长×高)，相邻箱体6过水孔洞13的高程为上、下错开设置；箱体6内填充脱氮除磷填料5，由具有孔隙率高、吸附力强，粒径为10～12mm的特制陶粒和粒径为16～32mm的级配沸石组成，填料深度为2.5m；填料上层敷设厚度为9mm的HDPE土工膜作为防渗膜11，防渗膜上铺盖种植土7，厚度0.5m，作为种植绿化植物10的基层；种植土10中间设置一道通气隔层，隔层由排气帽8和砾石9组成，排气帽8采用DN50的UPVC管。

出水段结构布置与进水段类似，经箱体6处理后的水体通过高程较高的过水花墙4流经设置于检查井室的石笼3，石笼3的尺寸为3.0×1.0×2.0m(长×宽×高)；后溢流过叠梁闸2，最终排入下游水体14，水位高程为30.1m。

实施例3：

在实施例1的基础上，基于实施例1所述脱氮除磷生态滤坝的水体净化方法，包括以下步骤：

1）根据上游进水1水位控制坝身进水端和出水端的叠梁闸2，使上游进水1溢流进入坝身；

2）上游进水1流经石笼3并穿过石笼3内的碎石后实现固态杂质的初步过滤；

3）水流进入箱体6中并沿垂直流—折流型净水通道逐步经过多个箱体6内的脱氮除磷填料5；

4）经脱氮除磷处理之后的水流由坝身中部的箱体2上的叠梁闸2溢流至下游。

优选的方案中，通过控制进水端叠梁闸2挡水高度上升、出水端叠梁闸2挡水高度下降，实现加快箱体6内流经水流的流速以达到对箱体6的冲洗目的，另外，检查井室内石笼3进一步过滤、拦截杂物，过水花墙4可提高进水的稳定性及均匀配水的作用，长期运行后，可人工对井内杂物进行清捞。

优选的方案中，坝身段由6个（或其他双数个）独立的箱体横向连接而成，箱体侧壁上设有过水孔洞，相邻箱体过水孔洞上、下错开设置形成垂直流—折流型净水通道，可改变水体流向增加水力停留时间，提高与陶粒和沸石的接触时间，提高吸附效果及生物膜的形成，同时上、下错开及排气帽的设置可在箱体内形成厌氧、缺氧、好氧的净化环境，易产生硝化-反硝化反应，最终提高脱氮除磷的效果。

本发明结构设计巧妙，占地面积小，造价低，管护简便，对NH3-N和TP的去除率分别可达到43%和38%；长期运行后，通过对检查井的清捞及叠梁闸定期控制上、下游水位差，提高水体流速自动冲洗，可实现过水能力稳定在设计能力的90%以上；多个箱体6拼接的结构，对设置于行洪河道的生态滤坝，具有方便拆卸及安装优势，行洪期间通过拆卸流道中部箱体6，实现流道正常行洪作业，汛期结束后重新安装中部的箱体6可继续进行水体净化作业。

Claims (10)

1.一种脱氮除磷生态滤坝，其特征在于：包括箱体（6），所述的箱体（6）为多个，多个箱体（6）沿河道中轴对称并横跨布置于流道内，多个箱体（6）共同组成两个坝身，坝身的上游面靠近河岸的一端上设置进水端，坝身的下游面靠近河道中心的一端上设置出水端；

所述的进水端和出水端上分别设有一个石笼（3），石笼（3）上设有叠梁闸（2），进水端上的叠梁闸（2）靠近上游的进水斜槽（15）设置，出水端的叠梁闸（2）靠近下游设置；

所述的箱体（6）侧壁上设有过水孔洞（13）组成单个坝身的多个箱体（6）侧壁上过水孔洞（13），相邻过水孔洞（13）在竖直方向上呈上下交错布置并形成垂直流—折流型净水通道。

2.根据权利要求1所述的一种脱氮除磷生态滤坝，其特征在于：所述的石笼（3）内填充碎石，石笼（3）顶部设置盖板（12）。

3.根据权利要求1所述的一种脱氮除磷生态滤坝，其特征在于：多个所述的箱体（6）中，与上游进水（1）与下游出水（14）连接的过水孔洞（13）上还设有过水花墙（4）。

4.根据权利要求1所述的一种脱氮除磷生态滤坝，其特征在于：所述的箱体（6）内填充脱氮除磷填料（5），脱氮除磷填料（5）顶部铺设防渗膜（11），防渗膜（11）上方铺设种植土（7）并种植绿化植物（10）。

5.根据权利要求1所述的一种脱氮除磷生态滤坝，其特征在于：相邻所述的箱体（6）内的种植土（7）之间设置一道通气隔层，通气隔层由砾石（9）填充组成，砾石（9）内安装排气帽（8）。

6.根据权利要求1所述的一种脱氮除磷生态滤坝，其特征在于：所述的过水花墙（4）上的过水孔与进水方向呈60°夹角布置。

7.根据权利要求2所述的一种脱氮除磷生态滤坝，其特征在于：所述的石笼（3）高度低于箱体（6）高度，石笼（3）顶部的盖板（12）与箱体（6）顶面平齐，盖板（12）与石笼（3）实现形成用于人工清淤的检修井结构。

8.基于权利要求1-7任意一项所述的一种脱氮除磷生态滤坝的水体净化方法，其特征在于包括以下步骤：

1）根据上游进水（1）水位控制坝身进水端和出水端的叠梁闸（2），使上游进水（1）溢流进入坝身；

2）上游进水（1）流经石笼（3）并穿过石笼（3）内的碎石后实现固态杂质的初步过滤；

3）水流进入箱体（6）中并沿垂直流—折流型净水通道逐步经过多个箱体（6）内的脱氮除磷填料（5）；

4）经脱氮除磷处理之后的水流由坝身中部的箱体（2）上的叠梁闸（2）溢流至下游。

9.根据权利要求8所述的一种脱氮除磷生态滤坝的水体净化方法，其特征在于：通过控制进水端叠梁闸（2）挡水高度上升、出水端叠梁闸（2）挡水高度下降，实现加快箱体（6）内流经水流的流速以达到对箱体（6）的冲洗目的。

10.根据权利要求9所述的一种脱氮除磷生态滤坝的水体净化方法，其特征在于：行洪期间通过拆卸流道中部箱体（6），实现流道正常行洪作业，汛期结束后重新安装中部的箱体（6）可继续进行水体净化作业。

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