CN205556231U - 一种山地城市暴雨径流竖流式脱氮装置 - Google Patents
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Abstract
本专利公开一种山地城市暴雨径流竖流式脱氮装置，该装置由溢流口1、种植层2、过滤层3、脱氮层Ⅰ4、脱氮层Ⅱ5、种植植物6、排水口7、土工布8组成；溢流口1高于种植层2表层0.5～1.0米，种植层２厚度0.3～0.5米，由砂土混合物构成，砂土体积比为8:2；过滤层3位于土工布8下部，由河砂构成；脱氮层Ⅰ4位于过滤层3下部，高度1.0米，且脱氮层Ⅰ4的横截面积是过滤层3的1/3～1/2；脱氮层Ⅰ4由外室9、中室10和内室11组成；脱氮层Ⅱ5位于脱氮层Ⅰ4下部，且脱氮层Ⅱ5的内室11与脱氮层Ⅰ4的外室9连通。本专利的优点如下：（1）结构紧凑，节省用地；（2）脱氮效率高，尤其是对初期降雨径流污染的控制效果较好。
Description
技术领域
本专利属于环境保护技术领域，具体涉及山地城市暴雨径流中氮素的去除，尤其适用于大坡度路面暴雨径流溶解性氮的去除。
背景技术
水体富营养化是我国目前面临的重大水环境问题之一，已成为制约我国国民经济发展的重要瓶颈。氮是植物、藻类和微生物生长的首要营养性限制因素，是引发水体富营养化的主要驱动元素之一，水体中氮的过量输入和富集往往导致水生生态环境的改变[Collins K A, Lawrence T J, Stander E K, Jontos R J, Kaushal S S, Newcomer TA, Grimm N B, Cole Ekberg M L. Opportunities and challenges for managingnitrogen in urban stormwater: A review and synthesis[J]. EcologicalEngineering, 2010,36: 1507–1519]。近年来，城市化的快速推进使得大量的原生态地面迅速转变为不透水下垫面，大大降低了暴雨期间城市区域的氮滞留能力；与此同时，随着点源污染控制率的不断提高，城市暴雨径流对受纳水体氮素污染的贡献日益凸显[DavidsonE A, Savage K E, Bettez N D, Marino R, Howarth R W. Nitrogen in runoff fromresidential roads in a coastal area[J]. Water Air Soil Pollution, 2010,210:3-13.]。据报道，很多国家和地区受纳水体氮素污染的50%以上来自城市暴雨径流，2/3 的河口水环境由于暴雨径流氮素污染而功能退化[Pitt R, Maestre A, Morquecho R. TheNational Stormwater Quality Database (NSQD, version 1.1)[DB]. Dept. of Civiland Environmental Engineering, University of Alabama, Tuscaloosa, AL. 2005.]。因此，关注城市暴雨径流氮素污染的高效控制意义重大。
山地城市地形复杂，暴雨径流峰短流急，对下垫面累积污染物的冲刷更为强烈，对受纳水体的水质安全威胁更为突出。课题组在对山城重庆不同下垫面暴雨径流氮素污染的长期研究中发现，溶解性氮是暴雨径流中氮素的主要赋存形态（占总氮的73-82%），而溶解性氮中又以无机氮为主（占总氮的63-82%）[何强,彭述娟,王书敏,王振涛.不同下垫面暴雨径流氮赋存形态分布特性及控制技术[J]. 土木建筑与环境工程,2012,34(5):147-153]。溶解性氮包括铵态氮、硝态氮、溶解性有机氮等几种形式，不同形态氮素的生物有效性不同，一般说来溶解性氮较固态氮更容易被生物利用。截至目前，针对溶解性氮素的去除手段还比较有限，传统湿地技术对于溶解性氮的去除效率也比较低，溶解性氮的高效去除还主要依赖“硝化-反硝化”的生物过程进行[Wilcock R J, Müller K, van Assema G B,Bellingham M A, Ovenden R. Attenuation of Nitrogen, Phosphorus and E. coliInputs from Pasture Runoff to Surface Waters by a Farm Wetland: theImportance of Wetland Shape and Residence Time[J]. Water Air Soil Pollut.,2012,223:499–509]。 然而，“硝化-反硝化”过程的发生需要反应时间保障、碳源保障，以及“好氧-缺氧”交替的反应条件保障，这对于产流时间短、产流量大以及碳源相对不足的山地城市暴雨径流来说具有极大挑战。
已公开的中国专利展示了几种城市暴雨径流氮素污染调控的方法。专利文献CN101913709A “一种复合生态拦截填料及制备方法”提出一种城市暴雨径流氮磷截留的填料，但该技术主要针对湖泊等开放水体；专利文献CN1446759A “氮磷污染控制的复合湿地生态方法及其系统”提出了一种暴雨径流氮素污染的控制技术，但该技术复杂程度相对较高，水力停留时间较长，在用地紧张的山地城市并不适应。总体来水，针对山地城市暴雨径流氮素污染进行高效控制的技术还比较少，根据山地城市地理特点，针对性开发暴雨径流氮素污染的短时高效技术很有必要。
发明内容
山地城市暴雨径流氮素污染是城市受纳水体污染的主要来源之一，同时，传统的城市暴雨径流管理措施并不具备快速脱氮功能，因此，实现山地城市暴雨径流氮素污染的短时快速脱除具有极大技术挑战。鉴于此，本发明针对山地城市暴雨径流污染特性和山地城市地形特点，提出一种山地城市暴雨径流竖流式脱氮装置。该装置可以高效降低暴雨径流中的氮素浓度，管理简单，不需动力，可广泛用于西南片区广大山地城市。
本发明专利的技术方案如下：
一种山地城市暴雨径流竖流式脱氮装置，其特征在于：所述一种山地城市暴雨径流竖流式脱氮装置由溢流口（1）、种植层（2）、过滤层（3）、脱氮层Ⅰ（4）、脱氮层Ⅱ（5）、种植植物（6）、排水口（7）、土工布（8）组成；
溢流口（1）高于种植层（2）表层0.5～1.0米；种植层（２）厚度0.3～0.5米，由砂土混合物构成，砂土体积比为8:2；土工布（8）位于种植层（2）底部；过滤层（3）位于土工布（8）下部，由河砂构成；种植植物（6）植于种植层（2），为幸福树、南天竹、灯芯草、香根草、麦冬；
脱氮层Ⅰ（4）位于过滤层（3）下部，高度1.0米，且脱氮层Ⅰ（4）的横截面积是过滤层（3）的1/3～1/2；脱氮层Ⅰ（4）由外室（9）、中室（10）和内室（11）组成，均填充粒径10-20mm的砾石，且内室（11）中掺杂少量固体碳源（12）；固体碳源（12）为竹片、稻壳，掺杂体积为内室（11）容积的0.1%～0.5%；内室（11）水流方向为下向流，中室（10）水流方向为上向流，外室（9）水流方向为下向流；内室（11）与中室（10）底部通过10～20cm空隙连通；
脱氮层Ⅱ（5）位于脱氮层Ⅰ（4）下部，且脱氮层Ⅱ（5）的内室（11）与脱氮层Ⅰ（4）的外室（9）连通；脱氮层Ⅱ（5）与脱氮层Ⅰ（4）几何结构相同；脱氮层Ⅱ（5）的内室1（1）不添加固体碳源，且脱氮层Ⅱ（5）的外室（9）底部开设排水口（7）。
为有利于系统脱氮，脱氮层Ⅰ（4）、脱氮层Ⅱ（5）的折流流态设计，保证了内室（11）、中室（10）处于淹没状态，促使水体逐步由好氧状态过渡到缺氧状态。
本发明专利的主要优点如下：（1）、结构紧凑，节省用地；（2）、脱氮效率高，尤其是对初期降雨径流污染的控制效果较好；（3）、暴雨径流洪峰调控效果突出；（4）、兼具城市景观效果。
附图说明
图1是一种山地城市暴雨径流竖流式脱氮装置结构示意图，图中：
1-溢流口；2-种植层；3-过滤层；4-脱氮层Ⅰ；5-脱氮层Ⅱ；6-种植植物；7-排水口；8-土工布；9-外室9；10-中室10；11-内室；12-固体碳源。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明进行具体描述，在此指出以下实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域的技术熟练人员可以根据上述发明内容对本发明作出一些非本质的改进和调整。
实施例1 山地城市暴雨径流竖流式脱氮装置的构建
如附图所示，山地城市暴雨径流竖流式脱氮装置由溢流口（1）、种植层（2）、过滤层（3）、脱氮层Ⅰ（4）、脱氮层Ⅱ（5）、种植植物（6）、排水口（7）、土工布（8）组成。
溢流口1高于种植层（2）表层0.5～1.0米；种植层（２）厚度0.3～0.5米，由砂土混合物构成，砂土体积比为8:2；土工布（8）位于种植层（2）底部；过滤层（3）位于土工布（8）下部，由河砂构成；种植植物（6）植于种植层（2），可以为幸福树、南天竹、灯芯草、香根草、麦冬等。
脱氮层Ⅰ（4）位于过滤层（3）下部，高度1.0米，且脱氮层Ⅰ（4）的横截面积是过滤层（3）的1/3～1/2；脱氮层Ⅰ（4）由外室（9）、中室（10）和内室（11）组成，均填充粒径10-20mm的砾石，且内室（11）中掺杂少量固体碳源（12）；固体碳源（12）可为竹片、稻壳等，掺杂体积为内室（11）容积的0.1%～0.5%；内室（11）水流方向为下向流，中室（10）水流方向为上向流，外室（9）水流方向为下向流；内室（11）与中室（10）底部通过10～20cm空隙连通。
脱氮层Ⅱ（5）位于脱氮层Ⅰ（4）下部，且脱氮层Ⅱ（5）的内室（11）与脱氮层Ⅰ（4）的外室（9）连通；脱氮层Ⅱ（5）与脱氮层Ⅰ（4）几何结构相同；脱氮层Ⅱ（5）的内室（11）不添加固体碳源，且脱氮层Ⅱ（5）的外室（9）底部开设排水口（7）。
当暴雨径流流入该装置时，初期径流下渗，一次流经种植层（2）、土工布（8）、过滤层（3）、脱氮层Ⅰ（4）、脱氮层Ⅱ（5），最后经排水口（7）排至市政排水管道，过量的暴雨径流经溢流口（2）溢流至市政排水管道；在暴雨径流流经脱氮层Ⅰ（4）、脱氮层Ⅱ（5）时，脱氮层Ⅰ（4）、脱氮层Ⅱ（5）的折流流态设计，保证了内室（11）、中室（10）处于淹没状态，促使水体逐步由好氧状态过渡到缺氧状态，实现了暴雨径流脱氮。
山地城市暴雨径流竖流式脱氮装置的建设面积与承纳不透水下垫面面积的比例为1:1～1:4。
Claims (1)
1.一种山地城市暴雨径流竖流式脱氮装置，其特征在于：所述一种山地城市暴雨径流竖流式脱氮装置由溢流口（1）、种植层（2）、过滤层（3）、脱氮层Ⅰ（4）、脱氮层Ⅱ（5）、种植植物（6）、排水口（7）、土工布（8）组成；
溢流口（1）高于种植层（2）表层0.5～1.0米；种植层（２）厚度0.3～0.5米，由砂土混合物构成，砂土体积比为8:2；土工布（8）位于种植层（2）底部；过滤层（3）位于土工布（8）下部，由河砂构成；种植植物（6）植于种植层（2），为幸福树、南天竹、灯芯草、香根草、麦冬；
脱氮层Ⅰ（4）位于过滤层（3）下部，高度1.0米，且脱氮层Ⅰ（4）的横截面积是过滤层（3）的1/3～1/2；脱氮层Ⅰ（4）由外室（9）、中室（10）和内室（11）组成，均填充粒径10-20mm的砾石，且内室（11）中掺杂少量固体碳源（12）；固体碳源（12）为竹片、稻壳，掺杂体积为内室（11）容积的0.1%～0.5%；内室（11）水流方向为下向流，中室（10）水流方向为上向流，外室（9）水流方向为下向流；内室（11）与中室（10）底部通过10～20cm空隙连通；
脱氮层Ⅱ（5）位于脱氮层Ⅰ（4）下部，且脱氮层Ⅱ（5）的内室（11）与脱氮层Ⅰ（4）的外室（9）连通；脱氮层Ⅱ（5）与脱氮层Ⅰ（4）几何结构相同；脱氮层Ⅱ（5）的内室（11）不添加固体碳源，且脱氮层Ⅱ（5）的外室（9）底部开设排水口（7）。
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| CN109970188A (zh) * | 2019-04-12 | 2019-07-05 | 重庆大学 | 竖直折流式反硝化反应器 |
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