CN211394183U - 一种非行洪河道的垂直流—折流防堵生态滤坝 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及非行洪河道的垂直流—折流防堵生态滤坝，可有效解决由于城市内流水体中含有大量悬浮物质，容易堵塞滤料，降低滤水及吸附过滤效率，随着运行时间的增加，滤坝逐渐变成阻水坝，严重影响其净水效果与排涝能力的问题，其解决的技术方案是，包括依次设置在底部坝基上的前置坝体、中部坝体和后置坝体，前置坝体沿迎水坡底部设置沉渣池，中部坝体由前置消力滤水池和其后方的垂直流—折流复式净水区构成，本实用新型可以有效增加河流溶解氧，延长水力停留时间，提供多级硝化‑反硝化及除磷反应所需环境，强化脱氮除磷效果，是防堵生态滤坝上的创新。

Description

一种非行洪河道的垂直流—折流防堵生态滤坝

技术领域

本实用新型涉及河道污水处理技术领域，特别是一种非行洪河道的垂直流—折流防堵生态滤坝。

背景技术

随着城市化、产业化的不断推进，大量生活和工业点源排污直接或间接排入河湖水体，导致河湖水质恶化，加上河道天然径流小，水污染问题日趋严重，解决河道水环境问题已经成为当下绿色发展的关键所在。城市内流非行洪河道往往水流速度较小，寡营养、低C/N比、溶解氧浓度过低是其水体污染的主要原因，从而影响河道水体中微生物对于污染物质的分解以及氮磷的去除。河流是我国当前水生态系统当中的关键构成部分，对于人类的生存和发展的重要性不言而喻。因此，开展河道水质生态净化，保障河流生态健康显得十分必要。

生态滤坝又称透水坝或过滤坝，利用快速渗滤及人工湿地原理，通过基质的吸附与过滤以及生物作用净化水质。生态滤坝作为一种生物－生态净化技术，因其可原位净化河流水质而愈发受到人们的关注，目前国内外大多数研究主要是通过改进坝体生态基质从而提高滤坝的吸附净化能力。但由于坝体体积限制，基质滤料作用时间有限，生态环境单一，无法有效分解污染物质，且由于城市内流水体中含有大量悬浮物质，容易堵塞滤料，降低滤水及吸附过滤效率，随着运行时间的增加，滤坝逐渐变成阻水坝，严重影响其净水效果与排涝能力。因此，生态滤坝的改进是目前亟需解决的问题。

发明内容

针对上述情况，为解决现有技术之缺陷，本实用新型之目的就是提供一种非行洪河道的垂直流—折流防堵生态滤坝，可以有效解决由于城市内流水体中含有大量悬浮物质，容易堵塞滤料，降低滤水及吸附过滤效率，随着运行时间的增加，滤坝逐渐变成阻水坝，严重影响其净水效果与排涝能力的问题。

本实用新型解决的技术方案是，包括依次设置在底部坝基上的前置坝体、中部坝体和后置坝体，前置坝体沿迎水坡底部设置沉渣池，中部坝体由前置消力滤水池和其后方的垂直流—折流复式净水区构成，垂直流—折流复式净水区为三道由三层不锈钢网笼固定的填料区构成，填料区从下往上第一层为缓释碳源基质层，第二层为Fe/C、沸石混合基质层，第三层为碎石、陶粒的混合填料层，垂直流—折流复式净水区各区之间经钢筋混凝土壁相隔，钢筋混凝土壁壁上设有多个过水孔，壁前设置防堵塞预警浮杆，垂直流—折流复式净水区前设置可调节式过水挡板，前置消力滤水池上部设置可拆卸式进水滤网，底部放置有钢筋单体框，钢筋单体框下部沿水流方向平行设置有多个多孔曝气反冲洗管，前置坝体后部两侧设置有溢流槽，垂直流—折流复式净水区表面铺设固定上部挺水植物的双层生态种植毯，各区双层生态种植毯表面种植不同类型净水型挺水植物，后置坝体坝后设置流量传感器，流量传感器固定在固定架上。

本实用新型可以有效增加河流溶解氧，延长水力停留时间，提供多级硝化-反硝化及除磷反应所需环境，强化脱氮除磷效果；此外，坝上种植多种挺水植物，可以改善河道生境，进一步增强水体净化能力，本滤坝能够有效预防堵塞，同时可以实时预警坝体堵塞情况，兼具实用性与景观性，是防堵生态滤坝上的创新。

附图说明

图1为本实用新型的结构主视图。

图2为本实用新型的结构俯视图。

图3为本实用新型填料球的主视图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细说明。

由图1-3给出，本实用新型包括依次设置在底部坝基4上的前置坝体2、中部坝体和后置坝体3，前置坝体2沿迎水坡底部设置沉渣池1，中部坝体由前置消力滤水池5和其后方的垂直流—折流复式净水区6构成，垂直流—折流复式净水区6为三道由三层不锈钢网笼16固定的填料区构成，填料区从下往上第一层为缓释碳源基质层17，第二层为Fe/C（铁碳填料）、沸石混合基质层18，第三层为碎石、陶粒的混合填料层19，垂直流—折流复式净水区6各区之间经钢筋混凝土壁7相隔，钢筋混凝土壁7壁上设有多个过水孔8，壁前设置防堵塞预警浮杆9，垂直流—折流复式净水区6前设置可调节式过水挡板10，前置消力滤水池5上部设置可拆卸式进水滤网11，底部放置有钢筋单体框12，钢筋单体框12下部沿水流方向平行设置有多个多孔曝气反冲洗管14，前置坝体2后部两侧设置有溢流槽15，垂直流—折流复式净水区6表面铺设固定上部挺水植物的双层生态种植毯20，各区双层生态种植毯20表面种植不同类型净水型挺水植物21、22、23，后置坝体3坝后设置流量传感器24，流量传感器24固定在固定架27上。

为了保证使用效果，所述的不锈钢网笼16孔径为16~20mm，各层不锈钢网笼16之间设置有由钢筋混凝土制成的过流挡板25以支撑上部不锈钢网笼16，钢筋间隔50mm布置，过流挡板25两端交错留有过水区26，过水区26宽50~80 mm，以此形成稳固的三层垂直式垂直流—折流复式净水区，增加多级硝化与反硝化与除磷过程，延长水力停留时间，可有效提高脱氮除磷效果。

所述的前置消力滤水池5宽度为垂直流—折流复式净水区总宽度的1/4~1/3，钢筋单体框12的高度为前置坝体2高度的1/3，以形成进水跌水堰，增大水流与空气的接触面积，同时河底曝气增氧，提高来水DO含量，同时，垂直流—折流复式净水区6三道坝体表面出水口成梯级分布。

所述的前置坝体2与后置坝体3均由沸石、砾石填充而成，填充粒径为12~16mm，由石笼网28绑扎固定。

所述的可拆卸式进水滤网11为不锈钢丝制成，孔径为15~20mm，置于前置坝体2顶部以下6~10cm处，宽度与前置消力滤水池5宽度一致，长度为坝长即河宽减去两侧溢流槽宽度，经卡扣固定在前置坝体2与钢筋混凝土壁7之间，用于阻挡杂物、石块、杂草等大的污染物。

所述的钢筋单体框12的高度为前置坝体2高度的1/3，钢筋单体框12内装载填料球13，填料球13内部填充有缓释碳源基质球，可长期有效向水体中释放碳源，并强化反硝化脱氮进程。

所述的填料球13为聚乙烯制成的周壁上均布有通孔的圆球状，直径为95~105 mm，孔径为8~10 mm，在钢筋单体框12内的填充率为100%。

所述的缓释碳源基质球直径为11~13 mm，在填料球13内的填充率为70%~80%，基质间空隙率为40%。

所述的缓释碳源基质球为专利号ZL201610929155.2的制备方法制成的颗粒，包括以下步骤：（1）配料：生态基质颗粒是由以下重量计的原料制成：高渗透性多孔无机材料50%~75%、无机结合料20~25%和缓释碳源3%~5%；所述的高渗透性多孔无机材料为：硅藻土、钙基膨润土或沸石粉中的2种或3种的混合物；所述的无机结合料为普通硅酸盐水泥、粉煤灰或矿渣硅酸盐水泥的一种，或两种的混合物；所述的缓释碳源为玉米芯；（2）玉米芯改性：将玉米芯粉碎成过40~60目筛的颗粒，加入质量浓度2%的氢氧化钠溶液，浸泡2~4 h，用清水冲洗至pH为中性，60℃烘箱中烘干，紫外光照射10h，得改性玉米芯；（3）造粒：将高渗透性多孔无机材料、无机结合料和改性玉米芯使用搅拌机搅拌混合均匀，置入造粒机造粒，在20~25 r/min，向造粒机内喷水，使原料逐渐滚动成直径9~12 mm的球形颗粒；（4）养护：将制好的球形颗粒平铺在平板上，置于阴凉处，养护3-5天，每天早晚各洒水一次，洒水至颗粒表面湿润，晾干，即成生态基质颗粒。

所述的多孔曝气反冲洗管14兼具曝气充氧和反冲洗功能，由PE制成，管径为80mm，两管间距30~50mm，管壁上均布的圆孔的孔径为5~8 mm，两孔间距10~15mm。

所述的溢流槽15槽宽300mm，设置高度为可拆卸进水滤网11下方10~20mm至坝底，可作分流或反冲洗水溢流槽，亦可作排涝溢流槽。

所述的不锈钢网笼16孔径为16~20mm，长为1/5~1/6河宽，宽为1/3总净水区宽度，三段净水区高度比为5:4:3。

所述的缓释碳源基质层由缓释碳源基质球组成，基质粒径为24~28mm；Fe/C与沸石混合基质层由铁碳填料和沸石组成，基质粒径为22~26mm；碎石、陶粒的混合填料层由碎石、陶组成，基质粒径为18~22mm。

所述的钢筋混凝土壁7有四道，过水孔8由前到后依次布置为上下两排、上部一排、上下两排、上部一排，第一道钢筋混凝土壁7下部过水孔直径为120~150mm，其余过水孔直径均为80~100 mm，每排过水孔圆心距为30~50mm。

所述的净水型挺水植物21、22、23分别为芦苇、菖蒲、千屈菜，种植密度分别为20株/m²、20株/m²、25株/m²，利用植物根系对微生物群落的促进作用，进一步强化脱氮效果，同时植物根系还对铬、镉、汞、铅、锌5种重金属具有富集作用，能够加强水质净化效果。

所述的双层生态毯为格栅结构，孔径为8~15mm，既能够加固挺水植物的种植，还能在滤坝间歇运行期间储存水分供植物存活。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

本实用新型的使用情况是，垂直流—折流复式净水区6三道填料层高度逐级递减，递减高度为100~150mm，形成三次跌水以提高水体中含氧量，同时结合垂直式折流式营造出有氧-缺氧-有氧-缺氧环境，可以进行两次硝化-反硝化以及除磷反应，增强脱氮除磷效果；滤坝运行时，当来水流量较小，以垂直—折流式为主，当来水流量较大，通过上部过水孔，表面流与垂直—折流式同时运行，如水量过大，可通过两侧溢流槽导出部分水量减轻来水负荷，保持滤坝正常运行，同时兼具排涝效果；滤坝垂直流—折流复式净水区6上部种植净水型挺水植物，利用植物根系对微生物群落的促进作用，进一步强化脱氮除磷效果，并净化水质；过水挡板10可以调整过水孔8高度进而起到调控进水流量、调节水力停留时间的作用；在枯水期，滤坝处于无水的停歇状态，一方面，大气中的氧进入滤坝内部，加快降解基质中沉淀的有机物，另一方面微生物新陈代谢需要的各种营养物得不到持续的补充，基质中的微生物逐渐进入内源呼吸期，消耗胞外聚合物或胞内成分，逐渐老化死亡并脱落。滤坝间歇运行及干湿交替的状态，可有效降低有机物及胞外聚合物在基质间隙的过度积累，有效防止滤坝堵塞，保持滤坝良好渗滤功能；前置消力滤水池内进行跌水增氧及机械曝气，显著提高进水DO含量，使微生物分解效率提高，防止进水处0~40cm段填料中胞外聚合物的过度积累，可有效防止滤坝堵塞；垂直流—折流复式净水区3道3×5的模块化基质中各设有一个防堵塞预警浮杆9，便于观察各模块基质堵塞情况，同时有利于实现滤坝堵塞后快速更换模块化基质来有效恢复滤坝过滤功能；流量传感器24可以根据出水流量大小判断滤坝整体堵塞状态，跟远程监控系统相连，能够实现远程自动化对河流流量的在线监测，可以根据出水流量大小判断滤坝整体堵塞状态，用固定架进行固定，固定架高出床底0.3m，限定流速范围：0.01m/s～6.0m/s，水深范围：0～5m，温度范围：0～65℃；城市非行洪河道流量不应超过2m³/s，水深不超过4m，悬浮物浓度不超过60mg/L；前置消力滤水池反冲洗时，下调可调节式过水挡板10关闭下方进水口，利用填料球13内基质20%~30%的空隙率促进各基质球间、基质球与冲洗水流间的碰撞、摩擦，带出内部堵塞物质，溢出物随水流从两侧溢流槽15排走，同时，每3~5个月更换一次填料球；在枯水期，滤坝处于无水的停歇状态，为保证坝体上部植物存活，需要对坝体上部植物进行洒水养护，频率为每天1~2次。

本实用新型设计最高进水流量2m³/s，水力停留时间为1h，经验系数取0.8，则设计垂直流—折流复式净水区最小设计总容积为15000m³，首段净水区高度设定为4/5常水位高度，三段净水区高度比为15:12:9，长度为坝长即河宽减去两侧溢流槽宽度，每段净水区宽度设置相同，总宽度计算公式为d=v/(h×l) 。

本实用新型针对滤坝堵塞原因，利用前置坝体的迎水坡可以阻挡碎石、泥沙等质量较重，体积较大的物质，进水滤网可阻挡垃圾、水草等，前置消力滤水池内置填料球可有效吸附及过滤来水中悬浮物，多重悬浮物预处理措施可有效防止坝体净化区堵塞。同时，沉渣池、可拆卸式滤网、反冲洗装置、模块化的基质层简化了后期清洗维护的难度，防堵塞预警浮杆及流量传感器可实时反映滤坝各模块基质及整体的堵塞情况，便于后期及时维护。此外，滤坝间歇运行及干湿交替的状态，可有效降低有机物及胞外聚合物在基质间隙的过度积累，有效防止滤坝堵塞，保持滤坝良好渗滤功能。净水区内缓释碳源基质可长期有效向水体中释放碳源，强化脱氮效果，Fe/C基质可实现脱氮除磷，碎石、陶粒层结合净水型挺水植物，不仅可以促进微生物群落生长，还具有富集多种重金属还原水体自然状态的功能。垂直流—折流复式净水区通过改变水体流向增加水力停留时间，增大水体与基质的接触面积，形成厌氧、缺氧、好氧的多重环境，能够产生两次硝化-反硝化及除磷反应，提高氮磷的去除率。本实用新型最高处理流速为2m³/s，当来水过大时，净化过程将从垂直—折流式变为表面流与垂直—折流式结合，部分来水通过坝体植物表面流出，同时两侧溢流槽可导出部分水量以减轻来水负荷。

本实用新型结构简单，造价低，便于维护管理，与同类型的滤坝相比，该发明可将河水总氮、总磷分别从21.26mg/L、0.42mg/L稳定降低至8.47mg/L、0.35mg/L，去除率分别达到了60.1%、16.7%，与同类型的普通生态滤坝相比，总氮去除率提高了约28个百分点，总磷去除率提高了约5个百分点；同时，本实用新型在实际河流内运行6个月后，总氮的去除率仍稳定在48%以上，总磷去除率仍稳定在10%以上，过水能力稳定在原先的80%以上，具备脱氮除磷效果好、防堵塞、后期清理维护简便、便于监测滤坝运行情况、运行稳定等优点，有良好的经济和社会效益。

Claims (9)

1.一种非行洪河道的垂直流—折流防堵生态滤坝，包括依次设置在底部坝基(4)上的前置坝体(2)、中部坝体和后置坝体(3)，其特征在于，前置坝体(2)沿迎水坡底部设置沉渣池(1)，中部坝体由前置消力滤水池(5)和其后方的垂直流—折流复式净水区(6)构成，垂直流—折流复式净水区(6)为三道由三层不锈钢网笼(16)固定的填料区构成，填料区从下往上第一层为缓释碳源基质层(17)，第二层为Fe/C、沸石混合基质层(18)，第三层为碎石、陶粒的混合填料层(19)，垂直流—折流复式净水区(6)各区之间经钢筋混凝土壁(7)相隔，钢筋混凝土壁(7)壁上设有多个过水孔(8)，壁前设置防堵塞预警浮杆(9)，垂直流—折流复式净水区(6)前设置可调节式过水挡板(10)，前置消力滤水池(5)上部设置可拆卸式进水滤网(11)，底部放置有钢筋单体框(12)，钢筋单体框(12)下部沿水流方向平行设置有多个多孔曝气反冲洗管(14)，前置坝体(2)后部两侧设置有溢流槽(15)，垂直流—折流复式净水区(6)表面铺设固定上部挺水植物的双层生态种植毯(20)，各区双层生态种植毯(20)表面种植不同类型净水型挺水植物(21、22、23)，后置坝体(3)坝后设置流量传感器(24)，流量传感器(24)固定在固定架(27)上。

2.根据权利要求1所述的非行洪河道的垂直流—折流防堵生态滤坝，其特征在于，所述的不锈钢网笼(16)孔径为16~20mm，长为1/5~1/6河宽，宽为1/3总净水区宽度，三段净水区高度比为5:4:3，各层不锈钢网笼(16)之间设置有由钢筋混凝土制成的过流挡板(25)以支撑上部不锈钢网笼(16)，钢筋间隔50mm布置，过流挡板(25)两端交错留有过水区(26)，过水区(26)宽50~80 mm。

3.根据权利要求1所述的非行洪河道的垂直流—折流防堵生态滤坝，其特征在于，所述的前置消力滤水池(5)宽度为垂直流—折流复式净水区总宽度的1/4~1/3，钢筋单体框(12)的高度为前置坝体(2)高度的1/3。

4.根据权利要求1所述的非行洪河道的垂直流—折流防堵生态滤坝，其特征在于，所述的前置坝体(2)与后置坝体(3)均由沸石、砾石填充而成，填充粒径为12~16mm，由石笼网(28)绑扎固定。

5.根据权利要求1所述的非行洪河道的垂直流—折流防堵生态滤坝，其特征在于，所述的可拆卸式进水滤网(11)为不锈钢丝制成，孔径为15~20mm，置于前置坝体(2)顶部以下6~10cm处，宽度与前置消力滤水池(5)宽度一致，长度为坝长即河宽减去两侧溢流槽宽度，经卡扣固定在前置坝体(2)与钢筋混凝土壁(7)之间，所述的钢筋混凝土壁(7)有四道，过水孔(8)由前到后依次布置为上下两排、上部一排，第一道钢筋混凝土壁(7)下部过水孔直径为120~150mm，其余过水孔直径均为80~100mm，每排过水孔圆心距为30~50mm。

6.根据权利要求1所述的非行洪河道的垂直流—折流防堵生态滤坝，其特征在于，所述的钢筋单体框(12)的高度为前置坝体(2)高度的1/3，钢筋单体框(12)内装载填料球(13)，填料球(13)内部填充有缓释碳源基质球，缓释碳源基质球直径为11~13mm，在填料球(13)内的填充率为70%~80%，基质间空隙率为40%。

7.根据权利要求6所述的非行洪河道的垂直流—折流防堵生态滤坝，其特征在于，所述的填料球(13)为聚乙烯制成的周壁上均布有通孔的圆球状，直径为95~105 mm，孔径为8~10mm，在钢筋单体框(12)内的填充率为100%。

8.根据权利要求1所述的非行洪河道的垂直流—折流防堵生态滤坝，其特征在于，所述的缓释碳源基质层由缓释碳源基质球组成，基质粒径为24~28mm；Fe/C与沸石混合基质层由铁碳填料和沸石组成，基质粒径为22~26mm；碎石、陶粒的混合填料层由碎石、陶组成，基质粒径为18~22mm。

9.根据权利要求1所述的非行洪河道的垂直流—折流防堵生态滤坝，其特征在于，所述的多孔曝气反冲洗管(14)兼具曝气充氧和反冲洗功能，由PE制成，管径为80 mm，两管间距30~50mm，管壁上均布的圆孔的孔径为5~8mm，两孔间距10~15mm；所述的溢流槽(15)槽宽300mm，设置高度为可拆卸进水滤网(11)下方10~20mm至坝底。

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