CN207108762U

CN207108762U - 一种面源污染型河、湖(库)岸坡污染拦截净化系统

Info

Publication number: CN207108762U
Application number: CN201720990523.4U
Authority: CN
Inventors: 彭福全; 张毅敏; 杨飞; 高月香; 朱月明; 汪龙眠; 孔明
Original assignee: Nanjing Institute of Environmental Sciences MEP
Current assignee: Nanjing Institute of Environmental Sciences MEP
Priority date: 2017-08-09
Filing date: 2017-08-09
Publication date: 2018-03-16
Anticipated expiration: 2027-08-09

Abstract

本实用新型公开了一种面源污染型河、湖(库)岸坡污染拦截净化系统，包括沿河、湖(库)岸线设置的多级处理单元，每级处理单元均由进水单元和出水单元组成，其中出水单元位于靠近河、湖(库)岸线的一侧，进水单元由进水堰、分隔堰以及填充在进水堰和分隔堰之间的进水滤料组成，出水单元由出水堰、分隔堰以及填充在出水堰和分隔堰之间的出水滤料组成，进水单元上端高度高于出水单元上端高度，分隔堰下部设置有导流通道，进水单元内的水能通过导流通道进入出水单元，出水单元的上端与相邻处理单元的进水单元连接。本实用新型具有能对面源污染物入河、湖(库)末端深度净化处理的优点。

Description

一种面源污染型河、湖(库)岸坡污染拦截净化系统

技术领域

本实用新型属于环保水处理的技术领域，具体涉及一种面源污染型河、湖(库)岸坡污染拦截净化系统。

背景技术

目前我国部分河、湖(库)内源、点源污染已得到基本控制，但河、湖(库)流域水体富营养化、水生态健康问题依然严重，河流潜在的黑臭风险依旧仍未得到有效控制，而这些河、湖(库)流域大都是以面源污染源为主的面源污染型河、湖(库)流域，因此面源污染型河、湖(库)的生态综合治理与修复的重要性将逐步凸显。

面源污染物主要来自农业农村、初期雨污径流及干湿沉降。农业农村面源污染物主要来自河、湖(库)沿岸种植业、养殖业及周边农村分散生活污水；初期雨污主要是由于降雨初期地表径流冲刷地面污染物；本发明专利中的干湿沉降主要指未直接沉降于河、湖(库)水体中的干湿沉降污染物。

面源污染物主要通过降雨径流入河、湖(库)污染环境，在降雨及灌溉的驱动下，氮磷、农药及其他污染成分通过径流、淋溶、侧渗向水体迁移；某些含氮污染物和农药中的有机组分通过挥发进入大气，随后又通过大气干湿沉降向水体迁移；大量废弃物堆积产生的污染物随径流、淋溶、侧渗向水体迁移。污染产生量受降雨的强烈影响，降雨量越大、降雨强度越高，污染产生量就越大。降雨产生地表径流或淋溶时，溶于水中的污染物向水体迁移。降雨强度越大，径流量越大，向水体迁移的污染量越多。面源污染不仅包括氮、磷等无机物污染，还包括农药带来的有机污染，呈复合污染特征。加上面源污染物来源的多样化，难以像点源污染治理那样制定统一的技术标准和措施。因此，面源污染难以治理。排放的大部分污染物在进入河、湖(库)水体后浓度相对较低。由于浓度低，污染物来源多而分散，造成治理难度加大，传统的脱氮除磷工艺去除效率较低、成本高且见效慢。因此，目前我国河、湖(库)面源污染成为河、湖(库)水体恶化的重要因素。

目前对河、湖(库)面源污染物在其进入水体前，通过建立生态拦截系统，有效阻断径流水中氮磷等污染物进入水环境，是控制面源污染的重要技术手段。面源污染过程阻断常用的技术有两大类：一类是内部的拦截，如稻田生态田埂技术、生态拦截缓冲带技术、生物篱技术、设施菜地增设填闲作物种植技术、果园生草技术(果树下种植三叶草等减少地表径流量)；另一大类是污染物沿程拦截阻断技术，包括生态拦截沟渠技术、生态护岸边坡技术等。这类技术多通过对现有沟渠的生态改造和功能强化，或者额外建设生态工程，利用物理、化学和生物的联合作用对污染物主要是氮磷进行强化净化和深度处理，不仅能有效拦截、净化面源污染物，而且滞留土壤氮磷于田内和(或)沟渠中，实现污染物中氮磷的减量化排放、最大化去除或氮磷的资源化利用。卢晓明等发明了一种用于农业面源污染治理的复合生态浮床(ZL201620450957.0)，沿河沟通过复合生态浮床养殖构建满江红植物带，对河水进行植物-微生物联合处理，这样方式既有效减轻和控制柑园的氮、磷污染，降低与消除柑园土壤长期受污染河水灌溉的风险；付国楷等发明了一种用于控制农业面源污染的塘库系统(ZL201620919844.0)，包括若干个农田水净化塘单元；每个农田水净化塘单元包括农田、水质净化塘和泵站，充分使用农田回水与地表径流水、提高了地区水资源利用率；汪涛等发明了一种农业面源污染治理的梯级稻田镶嵌生态沟渠净化系统(ZL201620904130.2)，包括排水沟系统、土质田埂系统、集水池系统、引水槽系统、水田湿地系统，通过设置三级按梯级分布的水田湿地有效的对污水进行过滤，有效阻隔了面源污染物进入水体；杭小帅等发明了一种农业面源污染生态拦截设施(ZL201620831099.4)，包括农田单元、生态拦截带、缓冲带和天然水体，利用生态拦截带和缓冲带，净化了来自农田单元的水体，并资源化利用了来自农田单元水体中流失的养分，解决了农业面源污染导致的天然水体富营养化问题；郑冬宇等发明了用于改善受纳水体面源污染治理的生态沟渠系统(ZL201620793060.8)，包括用于沉淀面源来水携带的泥沙等固体物质的沉淀池、用于去除面源来水中部分污染物质的生态净化区，减少污染物对受纳水体的污染负荷；曾晓岚等公开了一种农业面源污染高效截流系统及控制方法(CN201610259032.2)，包括用于开闭截流口的闸门、控制闸门开闭的启闭机、超声明渠流量计和控制单元，根据农灌沟渠径流量与DTP浓度的相关性和浓度峰值的出现规律，采用流量和时间组合控制方式，实现对农业面源污水的截流，可以最大程度上在相同截留水量的情况下截留更多的污染物；崔远来等发明了一种治理农业面源污染的塘堰生态系统(ZL201620290357.2)，塘堰主体沿长轴方向设置有生态进水沟和生态出水沟，减污效果较好，总氮的去除率达到60%~90%，总磷的去除率达到30%~80%；孔令为等发明了一种塘-生态沟渠面源污染处理系统(ZL201620311333.0)，包括顺次设置的生态塘和生态沟渠，设置生物填料、曝气装置和植物种植区，通过生态塘过滤、生态沟渠净化处理。

现有技术优点突出，但大都集中在农业面源的内部拦截和河、湖(库)水体净化，针对其他面源污染的末端入河、湖(库)沿程处理较少或工艺复杂(外加曝气装置、泵闸系统等)，成本较高，管护难度大。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种能对面源污染物入河、湖(库)末端深度净化处理的河、湖(库)岸坡污染拦截净化系统。

为实现上述技术目的，本实用新型采取的技术方案为：

一种面源污染型河、湖(库)岸坡污染拦截净化系统，其中：包括沿河、湖(库)岸线设置的多级处理单元，每级处理单元均由进水单元和出水单元组成，其中出水单元位于靠近河、湖(库)岸线的一侧，进水单元由进水堰、分隔堰以及填充在进水堰和分隔堰之间的进水滤料组成，出水单元由出水堰、分隔堰以及填充在出水堰和分隔堰之间的出水滤料组成，进水单元上端高度高于出水单元上端高度，分隔堰下部设置有导流通道，进水单元内的水能通过导流通道进入出水单元，出水单元的上端与相邻处理单元的进水单元连接，且出水单元的出水堰即为相邻处理单元的进水单元的进水堰。

为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：

上述的处理单元呈条带状布设，平行于河、湖(库)岸线，垂直于河、湖(库)岸坡径流流向。

上述的进水滤料上端高出出水单元水位高度，使进水单元内无滞水区，出水滤料上端低于出水单元水位高度，使出水单元上部形成蓄水区。

上述的导流通道为导流渠或导流管。

上述的进水单元内的进水滤料粒径从上至下逐渐缩小，出水单元内的出水滤料粒径从上至下逐渐增大。

上述的出水单元在出水滤料上部铺设一层粒径、比重均大于出水滤料的防护滤料。

上述的进水单元和出水单元上均种植水生植物。

上述的分隔堰为夯土墙，夯土墙横向渗透系数小于10^-6 cm/s。

上述的进水滤料、出水滤料均由碎石、多孔碎砖、建筑碎材、煤渣、沸石、椰壳、贝壳、陶粒、火山石、活性炭组成。

本实用新型的面源污染型河、湖(库)岸坡污染拦截净化系统，以高效净化末端入河、湖(库)面源污染物为目标，兼具岸坡生态防护功能。由多级处理单元串联组成，每级处理单元包括进水单元和出水单元两阶。一般平行于河流流向或湖(库)岸线，垂直于河、湖(库)岸坡径流流向，呈条带布置，但不限于条带形状。根据实际地形地貌可灵活布置呈块状、环状等其他几何图形，长度方向也可与河、湖(库)岸线、面源入河、湖(库)径流流向形成0-90°的夹角。面源径流经进水单元进水堰进入进水滤料区，然后经过导流通道进入出水单元，再经出水单元上部溢出至下一级处理单元的进水单元中。每级进水单元上端无积水区，上端进水滤料裸露于空气中；出水单元的出水滤料上方有一定高度蓄水区，一般高度5-10cm，进水单元滤料顶端高于出水单元出水堰5-10cm。进水堰、分隔堰和出水堰顶端需将土方夯实平整，以便均匀接受来水和溢流布水，厚度5-10cm。每级进出水单元间采用但不局限于夯土墙分隔，夯土墙横向渗透系数小于10^-6 cm/s；一般对于渗透系数小于10^-4 cm/s的土壤直接可作为每级进出水单元的防渗墙；整个工艺衬底一般不采取防渗处理(如北方旱作区地下水硝酸盐超标严重的话，需用夯土墙或粘土进行防渗处理)，如有特殊污染物，可通过配置专门滤料进行处理或出水再经其他工艺净化后再入河、湖(库)。每级各阶处理单元滤料粒径随水流方向由大到小配置，出水单元上端配置一定厚度(一般5-10cm)大颗粒大比重滤料防止水流大时上端小粒径滤料被冲走流失。每级两阶处理单元可根据面源负荷、面源污染物种类配置单层滤料、粒径不同的双层滤料或多层滤料，滤料层高度30-60cm，面源负荷工艺整体表面负荷宜50-100 m³/m²·d，单级水力停留时间宜为10-30min，根据径流流量确定实际滤料厚度和粒径级配。滤料上端可种植植物进行综合拦截处理面源径流，植物宜选择狗牙根植物、空心菜、黑麦草、水芹等对N、P吸收效果好的植物。

本发明设施的有益效果是：

1、有效拦截净化面源污染型河、湖(库)入河、湖(库)污染物，实现面源污染物末端负荷削减；

2、利用廉价滤料，可选择废弃砖块、建筑碎材等填充，实现废弃物资源化利用；

3、兼具生态护岸功能，布置形式多样，成本低，施工方式灵活、简单；

4、通过系统渗滤，增加面源径流地表停留时间，增加下渗量，减少地表径流量，降低入河、湖(库)水量，调蓄面源径流量。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是采用导流管作为导流通道的拦截净化系统的示意图；

图3是采用导流渠作为导流通道的拦截净化系统的示意图；

图4、5、6为本发明不同布置形式平面示意图。

其中的附图标记为：处理单元1、进水单元2、进水堰21、进水滤料22、出水单元3、出水堰31、出水滤料32、蓄水区33、分隔堰4、导流渠41、导流管42、导流通道5。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的实施例作进一步详细描述。

本实用新型的一种面源污染型河、湖(库)岸坡污染拦截净化系统，其中：包括沿河、湖(库)岸线设置的多级处理单元1，每级处理单元1均由进水单元2和出水单元3组成，其中出水单元3位于靠近河、湖(库)岸线的一侧，进水单元2由进水堰21、分隔堰4以及填充在进水堰21和分隔堰4之间的进水滤料22组成，出水单元3由出水堰31、分隔堰4以及填充在出水堰31和分隔堰4之间的出水滤料32组成，进水单元2上端高度高于出水单元3上端高度，分隔堰4下部设置有导流通道5，进水单元2内的水能通过导流通道5进入出水单元3，出水单元3的上端与相邻处理单元1的进水单元2连接，且出水单元3的出水堰31即为相邻处理单元1的进水单元2的进水堰。

实施例中，处理单元1呈条带状布设，平行于河、湖(库)岸线，垂直于河、湖(库)岸坡径流流向。

实施例中，进水滤料22上端高出出水单元3水位高度，使进水单元上部无滞水区，出水滤料32上端低于出水单元3水位高度，使出水单元3上部形成蓄水区33。

实施例中，导流通道5为导流渠41或导流管42。

实施例中，进水单元2内的进水滤料22粒径从上至下逐渐缩小，出水单元3内的出水滤料32粒径从上至下逐渐增大。

实施例中，出水单元3在出水滤料32上部铺设一层粒径、比重均大于出水滤料32的防护滤料。

实施例中，进水单元2和出水单元3上均种植水生植物。

实施例中，分隔堰4为夯土墙，夯土墙横向渗透系数小于10^-6 cm/s。

实施例中，进水滤料22、出水滤料32均由碎石、多孔碎砖、建筑碎材、煤渣、沸石、椰壳、贝壳、陶粒、火山石、活性炭组成。

面源型河、湖(库)由于面源污染物未能有效控制，造成河、湖(库)环境、生态恶化，水体富营养化程度持续加重，虽然通过农田内部、沿程技术工艺拦截净化，一定程度削减入河、湖(库)污染物，但仍存在大量污染物通过径流入河、湖(库)。专门的处理工艺由于成本高，操作复杂、施工不便等原因难以应用。

图1-6为本发明系统剖面和平面示意图，可有效利用废弃建筑多空材料、碎砖、煤渣、椰壳、贝壳等废弃物作为填料进行末端拦截净化面源污染物，也可针对高浓度负荷情况选择陶粒、火山石、沸石、活性炭等专性吸附填料进行工艺配置。面源径流由顶端通过进水堰21均匀布水进入进水单元2，通过进水滤料22和出水滤料32及附着微生物对水体中N、P、SS及溶解性有机物等污染物进行吸附、转化和降解，实现径流面源污染物的削减，进水单元2通过导流通道5连通出水单元3，水流在出水单元3流向与进水单元2流向相反，水流通过出水滤料32进入蓄水区33，再经过出水堰31溢流出水(或溢流配水进入下一级进水单元2)，在径流量大时部分径流通过分隔堰4溢流进入出水单元2(可根据径流量大小配置进水滤料22增大进出水单元水力负荷避免分隔堰4溢流，同时增加多级串联强化净化)。同时工艺可结合种植对N、P、有机物等吸收降解性能良好的植物如狗牙根植物、空心菜、黑麦草、水芹等进行联合净化削减入河、湖(库)面源污染负荷。

本发明面源污染型河、湖(库)岸坡污染拦截净化系统，其特征是拦截净化入河、湖(库)面源污染物，同时可实现废弃物料的资源化利用和调蓄雨污，施工灵活简单，成本低，对TN的有效削减率40%-80%，TP的有效削减率60-85%，COD的有效削减率50-75%，NH₃-N的有效削减率40-75%。

本发明适用于面源污染型河、湖(库)及非面源污染型河、湖(库)的面源污染物的拦截净化。

实施例1：

某面源污染型河流，主要污染源为沿岸农田(稻田)。农田氮平均排污系数15.57kg/hm²，磷平均排污系数3.26 kg/hm²，某次历时38min降雨强度为19.70mm的降水，平均径流TN7.81-9.12mg/L，TP2.83-4.52mg/L，COD_Mn36.32-54.08mg/L，设计工艺沿河流向呈条带分布，两级串联，长20m，两级进水单元宽30cm，填料高度50cm，两级出水单元宽30cm，填料高度40cm，蓄水区高10cm。采用双层滤料配置，进水单元上层20cm火山石，底部30cm陶粒，出水单元两种填料层高均为20cm。二级出水单元出水TN1.08-1.76mg/L，TP0.23-0.43mg/L，COD_Mn6.51-10.67mg/L，去除率分别为77%、84%、70%以上。

实施例2：

某面源污染型湖泊，主要污染源为沿岸农田(旱田)。农田氮平均排污系数16.87kg/hm²，磷平均排污系数4.32 kg/hm²，某次历时28min降雨强度为22.32mm的降水，平均径流TN6.28-7.96mg/L，TP1.95.83-3.63mg/L，COD_Mn30.41-48.56mg/L，设计工艺沿湖泊岸线向呈条带分布，两级串联，长18m，两级进水单元宽25cm，填料高度60cm，两级出水单元宽25cm，填料高度50cm，蓄水区高10cm。采用三层滤料配置，进水单元上层20cm碎石碎砖，中部20cm沸石，底部20cm贝壳，出水单元上层10cm碎石碎砖，中部20cm贝壳，底部20cm沸石。二级出水单元出水TN1.15-1.58mg/L，TP0.37-0.51mg/L，COD_Mn6.89-11.46mg/L，去除率分别为74%、73%、62%以上。

实施例3：

某面源污染型河流，主要污染源为沿岸村庄农村分散生活污水。某次历时49min降雨强度为26.55mm的降水，平均径流TN10.68-20.31mg/L，TP1.89-3.83mg/L，COD_Mn56.44-108.73mg/L，NH₃-N7.82-17.69mg/L，设计工艺沿河流向呈条带分布，三级串联，长30m，各级进水单元宽40cm，填料高度60cm，各级出水单元宽30cm，填料高度50cm，蓄水区高10cm。采用三层滤料配置，进水单元上层20cm碎石，中部20cm陶粒，底部20cm沸石；出水单元上层10cm碎石，中部20cm陶粒，底部沸石20cm。二级出水单元出水TN2.04-4.12mg/L，TP0.18-0.46mg/L，COD_Mn7.51-12.46mg/L，NH₃-N0.72-2.05mg/L去除率分别为61%、75%、77%、73%以上。

以上仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本实用新型思路下的技术方案均属于本实用新型的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理前提下的若干改进和润饰，应视为本实用新型的保护范围。

Claims

1.一种面源污染型河、湖(库)岸坡污染拦截净化系统，其特征是：包括沿河、湖(库)岸线设置的多级处理单元(1)，每级处理单元(1)均由进水单元(2)和出水单元(3)组成，其中出水单元(3)位于靠近河、湖(库)岸线的一侧，进水单元(2)由进水堰(21)、分隔堰(4)以及填充在进水堰(21)和分隔堰(4)之间的进水滤料(22)组成，出水单元(3)由出水堰(31)、所述的分隔堰(4)以及填充在出水堰(31)和分隔堰(4)之间的出水滤料(32)组成，所述的进水单元(2)上端高度高于出水单元(3)上端高度，所述的分隔堰(4)下部设置有导流通道(5)，进水单元(2)内的水能通过导流通道(5)进入出水单元(3)，所述的出水单元(3)的上端与相邻处理单元(1)的进水单元(2)连接，且出水单元(3)的出水堰(31)即为相邻处理单元(1)的进水单元(2)的进水堰。

2.根据权利要求1所述的一种面源污染型河、湖(库)岸坡污染拦截净化系统，其特征是：所述的处理单元(1)呈条带状布设，平行于河、湖(库)岸线，垂直于河、湖(库)岸坡径流流向。

3.根据权利要求1所述的一种面源污染型河、湖(库)岸坡污染拦截净化系统，其特征是：所述的进水滤料(22)上端高出出水单元(3)水位高度，使进水单元上部无滞水区，所述的出水滤料(32)上端低于出水单元(3)水位高度，使出水单元(3)上部形成蓄水区(33)。

4.根据权利要求1所述的一种面源污染型河、湖(库)岸坡污染拦截净化系统，其特征是：所述的导流通道(5)为导流渠(41)或导流管(42)。

5.根据权利要求1所述的一种面源污染型河、湖(库)岸坡污染拦截净化系统，其特征是：所述的进水单元(2)内的进水滤料(22)粒径从上至下逐渐缩小，所述的出水单元(3)内的出水滤料(32)粒径从上至下逐渐增大。

6.根据权利要求1所述的一种面源污染型河、湖(库)岸坡污染拦截净化系统，其特征是：出水单元(3)在出水滤料(32)上部铺设一层粒径、比重均大于出水滤料(32)的防护滤料。

7.根据权利要求1所述的一种面源污染型河、湖(库)岸坡污染拦截净化系统，其特征是：所述的进水单元(2)和出水单元(3)上均种植水生植物。

8.根据权利要求1所述的一种面源污染型河、湖(库)岸坡污染拦截净化系统，其特征是：所述的分隔堰(4)为夯土墙，所述的夯土墙横向渗透系数小于10^-6 cm/s。

9.根据权利要求1所述的一种面源污染型河、湖(库)岸坡污染拦截净化系统，其特征是：所述的进水滤料(22)、出水滤料(32)均由碎石、多孔碎砖、建筑碎材、煤渣、沸石、椰壳、贝壳、陶粒、火山石、活性炭组成。