CN108409027A - 一种强化道路初期径流脱氮除磷过程的生物滞留池 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种强化道路初期径流脱氮除磷过程的生物滞留池，从上而下依次铺设有土壤覆盖层、上层混和填料层、下层混和填料层、碎石过滤层和卵石承托层，所述下层混和填料层为低渗透率混合填料，由河沙、铝污泥和碎木屑混合而成，所述上层混和填料层为高渗透率混合填料，所述上层混和填料层中设有多根通气管，通气管的一端伸入至上层混和填料层中，另一端伸出生物滞留池顶端与空气连通，多根所述通气管之间通过管道连通，本发明的新型生物滞留池可以充分的与城市道路、公园、生活区等区域的绿化和景观建设相结合，实现净化绿化的双重功效。

Description

一种强化道路初期径流脱氮除磷过程的生物滞留池

技术领域

本发明涉及环境保护领域，具体涉及一种强化道路初期径流脱氮除磷过程的生物滞留池。

背景技术

我国目前正处在城市化快速发展的阶段，这种高速发展给城市水环境带来了巨大的压力和挑战，引发了一系列的环境问题。城市面源污染是指在降水的条件下，雨水和径流冲刷城市地面，使污染物进入受纳水体引起的环境问题。由于城市中人类活动强，土地不透水面积比例高，因此降雨径流来势猛，水量大，水质差。城市面源主要污染物为COD、SS、TP和TN等。这些污染物随着降雨进入到地表水体，尤其在初期雨水中含量较高。这些污染物的去除对于城市水体环境的保护和水资源的合理高效利用具有十分重要的意义。同时，为了改善城市水安全和水的生态环境，我国目前正在进行海绵城市建设。海绵城市，是新一代城市雨洪管理概念，是指城市在适应环境变化和应对雨水带来的自然灾害等方面具有良好的“弹性”，也可称之为“水弹性城市”。国际通用术语为“低影响开发雨水系统构建”。下雨时吸水、蓄水、渗水、净水，需要时将蓄存的水“释放”并加以利用。建海绵城市就要有“海绵体”。城市“海绵体”既包括河、湖、池塘等水系，也包括绿地、花园、可渗透路面这样的城市配套设施。雨水通过这些“海绵体”下渗、滞蓄、净化、回用，最后剩余部分径流通过管网、泵站外排，从而可有效提高城市排水系统的标准，缓减城市内涝的压力。因此，适应于海绵城市建设的要求，为保证河、湖、池塘或蓄水池的水质，则也要求对雨水中的面源污染物进行截留去除。

城市绿化带和景观区对城市降雨形成径流具有缓冲作用，对面源污染物具有截留和去除的作用，对保护城市水生态和水环境具有重要的作用。目前，在城市绿化带或城镇景观区的建设上还存在着功能单一，结构设置不合理的缺点，尤其没有针对面源污染物中和等污染物的去除机理进行合理和针对性的结构设计，和的截留去除效果不好。

生物滞留设施能有效去除雨水径流中包括氮类化合物在内的多种污染物。设施进水中的有机氮和氨氮在下渗过程中易被介质吸附或截留得到去除。被吸附的有机氮和氨氮在两场降雨事件之间的落干期，由于氧气的作用发生氨化和硝化而转化为硝态氮。硝态氮只有在缺氧和碳源充足的条件下，通过反硝化作用以N₂的形式被去除。传统生物滞留设施为了保证设施的含水率并为植物生长提供营养，在填料层的介质中添加了一定量的堆肥，可为反硝化提供碳源。但是传统的生物滞留设施在降雨间歇期，介质处于好氧状态，通常无法满足反硝化作用所需要的缺氧条件。由于介质不能有效吸附带负电荷的硝酸盐，导致生物滞留设施出水中硝酸盐浓度经常高于进水浓度，特别是在进水中氨氮和有机氮比较高的场合。为解决上述问题，已公开的发明专利文件提出提高出水口的位置，创造淹水区使设施下部出现利于反硝化的厌氧环境，但这种方法使得淹没区的介质失去水量调蓄作用，降低了设施的年径流总量控制率，对硝态氮去除效果也不尽满意

理想的方法应是该方法可以随着不同绿化带及景观区建设的要求而随意进行绿化植物的选择，根据脱氮除磷的生物化学过程的要求而设置合理的生物滞留池结构，同时可以实现对水的快速排除而不造成路面积水，更为重要的是可以实现对水中氮磷的高效去除，避免水体的富营养化。

发明内容

针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种强化道路初期径流脱氮除磷过程的生物滞留池。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种强化道路初期径流脱氮除磷过程的生物滞留池，从上而下依次铺设有土壤覆盖层、上层混和填料层、下层混和填料层、碎石过滤层和卵石承托层，所述卵石承托层中设有多根排水管，所述排水管的一端位于卵石承托层中，排水管的另一端伸出生物滞留池，用以将处理的雨水及时的排出或输送至下一处理设施，所述下层混和填料层为低渗透率混合填料，由河沙、铝污泥和碎木屑混合而成，所述上层混和填料层为高渗透率混合填料，所述上层混和填料层中设有多根通气管，通气管的一端伸入至上层混和填料层中，另一端伸出生物滞留池顶端与空气连通，多根所述通气管之间通过管道连通，通气管上设有多个出气孔，上层混合填料层的粒径大，渗透率高，同时设置通气管，可以使上层混合填料处于好氧状态，所述下层混和填料层料粒径小，这样随着布水期与落干期的交替，从上而下逐渐形成好氧缺氧的状态，微生物逐渐形成稳定的群落，使得硝化与反硝化过程可以顺利的进行。

优选地，所述下层混合填料中的河沙、铝污泥和碎木屑的体积比为75～85:10～15:5～10，对污染物的去除效果最好。

优选地，所述上层混和填料层由河沙、矿渣和石英砂混合而成。

优选地，所述上层混和填料层中的河沙、矿渣和石英砂的体积比为75～85:5～10:10～15，在保证较低成本的同时，实现对污染物高效的去除。

优选地，所述卵石承托层粒径10～20mm，高度为200mm。

优选地，所述碎石过滤层中碎石的粒径8～10mm，厚度为150～20mm，过滤填料层中流失的细碎滤料，防止细碎的填料随水体流失，对下部排水系统造成堵塞。

优选地，在所述土壤覆盖层中种植植物，所述植物为花、草或者灌木中的一种或多种。所述植物种类应适应当地的气候，在净水的同时达到美化环境的作用。

优选地，所述下层混合填料中的铝污泥为自来水厂的尾泥，因污水厂尾泥中磷含量过高，存在淋洗现象，不宜选用污水厂尾泥。

优选地，所述排水管位于卵石承托层中的一端端口处设有滤网，降低排水管堵塞风险。

优选地，还包括溢流管，所述溢流管的一端与卵石承托层中的排水管连通，另一端伸入至所述土壤覆盖层上方的蓄水层中，并与蓄水层最高处持平。

本发明的有益效果：

1.本发明采用上层低渗透率材料加设通气管的方式，保证雨期径流可以快速的下渗，降低城市内涝的风险。同时实现落干期和布水期间，系统上层能够保持较好的好氧环境，利于硝化反应的进行，从而达到去除氨氮的目的。下层设置低渗透率材料，同时添加木屑作为有机物，营造了反硝化过程所需要的条件，实现对硝态氮的削减。

2.本发明下层填料选用铝污泥作为改良剂，该材料具有发达的孔隙结构，且有较高的比表面积，所以它对于磷的吸附量相对较大，其次铝污泥主要是无定型的非晶体结构，含有大量铝、铁、钙等金属离子或氧化物，这些离子对磷酸根有很强的吸附性能，可以与磷酸根发生络合反应，生成稳定的金属离子磷酸盐络合物，从而达到除磷的目的。

3.铝污泥作为水厂的一种固体废弃物，长期以来卫生填埋是其主要处理方式，而该发明选用铝污泥作为添加剂，实现了固体废弃物的资源化利用。

4.本发明对道路初期径流COD、SS等污染物高效截留的同时，实现高效的脱氮除磷过程。同时可以充分的与城市道路、公园、生活区等区域的绿化和景观建设相结合，实现绿化与雨水净化的双重功效。

附图说明

图1为本发明所述一种强化道路初期径流脱氮除磷过程的生物滞留池的结构示意图。

图中：1.排水管；2.通气管；3.蓄水层；4.土壤覆盖层；5.上层混和填料层；6.下层混和填料层7.碎石过滤层；8.卵石承托层；9.溢流管

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。

如图1所示，本发明所述的一种强化道路初期径流脱氮除磷过程的生物滞留池，从上而下依次铺设有土壤覆盖层4、上层混和填料层5、下层混和填料层6、碎石过滤层7和卵石承托层8，所述卵石承托层8中卵石的粒径10～20mm，高度为200mm，卵石承托层8中设有两根排水管1，所述排水管1的末端伸出生物滞留池，用以将处理的雨水及时的排出或输送至下一处理设施，排水管1位于卵石承托层8中的端口处设有滤网，降低排水管1堵塞的风险。所述下层混和填料层6为低渗透率混合填料，由河沙、铝污泥和碎木屑按体积比为75～85:10～15:5～10混合而成，所述上层混和填料层5为高渗透率混合填料，由河沙、矿渣和石英砂按体积比为75～85:5～10:10～15混合而成，所述上层混和填料层5中设有多根通气管2，通气管2的一端伸入至上层混和填料层5中，另一端伸出生物滞留池顶端与空气连通，多根所述通气管(2)之间通过连通，上层混合填料层5的粒径大，渗透率高，同时设置通气管，可以使上层混合填料层5处于好氧状态，所述下层混和填料层6的粒径小，这样随着布水期与落干期的交替，从上而下逐渐形成好氧缺氧的状态，微生物逐渐形成稳定的群落，使得硝化与反硝化过程可以顺利的进行。碎石过滤层7中碎石的粒径8～10mm，厚度为150～20mm，过滤填料层中流失的细碎滤料，防止细碎的填料随水体流失，对下部排水系统造成堵塞。

实施例一

挖掘一定深度的土壤，在底层铺设一层卵石承托层8，铺设高度为200mm，卵石粒径10～20mm，层卵石承托层8内水平并排设有两根直径为100mm的排水管1，排水管1用以将处理的雨水及时的排出或输送至下一处理设施，然后再铺设一层碎石过滤层7，填充厚度150mm，碎石粒径8-10mm；在碎石过滤层7上填充河沙、铝污泥和碎木屑混合而成的低渗透率混和填料，高度为500mm。河沙、铝污泥、碎木屑按照体积比为85:10:5的比例配置。

在下层混和填料层6上在铺设一层由河沙、矿渣和石英砂混合而成的大粒径，高渗透率混合填料，高度为300mm的上层混合填料层5。河沙、矿渣和石英砂按照体积比为85:5:10的比例配置，并在该层设置多个通气管2，通气管2直径为100mm，孔径为5mm，开孔距离100mm，用以保证整个上层混和填料的渗透率、含氧率等可以在落干期内得到恢复。

在上层混合填料层上再铺设厚度为150mm的土壤覆盖层，在该层种植如鸢尾，在净水的同时达到美化环境的功能。

实施例二

挖掘一定深度的土壤，在底层铺设一层卵石承托层8，铺设高度为200mm，卵石粒径10-20mm，层卵石承托层8内水平并排设有两根直径为100mm的排水管1，排水管1用以将处理的雨水及时的排出或输送至下一处理设施，然后再铺设一层碎石过滤层7，填充厚度150mm，碎石粒径8-10mm；

在碎石过滤层7上填充河沙、铝污泥和碎木屑混合而成的低渗透率混和填料，高度为600mm。河沙、铝污泥、碎木屑按照体积比为75:15:10的比例配置。

在下层混和填料层上在铺设一层由河沙、矿渣和石英砂混合而成的大粒径，高渗透率混合填料，高度为400mm。河沙、矿渣和石英砂按照体积比为75:10:15的比例配置，并在该层设置通气管2，通气管2直径为100mm，孔径为5mm，开孔距离100mm，用以保证整个上层混和填料的渗透率、含氧率等可以在落干期内得到恢复。

在上层混合填料层上再铺设厚度为150mm的土壤覆盖层，在该层种植耐如鸢尾，在净水的同时达到美化环境的功能。

对实施例一和实施二进行脱氮除磷效果检测，结果为：可有效去除初期径流中90％以上的氨氮和TSS，以及85％以上的总磷，对COD滞留率达到80％以上，同时对硝态氮的去除率达到60％以上，且去除效果稳定。

所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种强化道路初期径流脱氮除磷过程的生物滞留池，其特征在于：从上而下依次铺设有土壤覆盖层(4)、上层混和填料层(5)、下层混和填料层(6)、碎石过滤层(7)和卵石承托层(8)，所述卵石承托层(8)中设有多根排水管(1)，所述排水管(1)的一端位于卵石承托层(8)中，排水管(1)的另一端伸出生物滞留池，所述下层混和填料层(6)为低渗透率混合填料，由河沙、铝污泥和碎木屑混合而成，所述上层混和填料层(5)为高渗透率混合填料，所述上层混和填料层(5)中设有多根通气管(2)，所述通气管(2)的一端伸入至上层混和填料层(5)中，另一端与空气连通，多根所述通气管(2)之间通过管道连通，所述上层混和填料层(5)构成好氧区，所述下层混和填料层(6)构成缺氧区。

2.根据权利要求1所述的一种强化道路初期径流脱氮除磷过程的生物滞留池，其特征在于：所述下层混合填料(6)中的河沙、铝污泥和碎木屑的体积比为75～85:10～15:5～10。

3.根据权利要求1所述的一种强化道路初期径流脱氮除磷过程的生物滞留池，其特征在于：所述上层混和填料层(5)由河沙、矿渣和石英砂混合而成。

4.根据权利要求3所述的一种强化道路初期径流脱氮除磷过程的生物滞留池，其特征在于：所述上层混和填料层(5)中的河沙、矿渣和石英砂的体积比为75～85:5～10:10～15。

5.根据权利要求1所述的一种强化道路初期径流脱氮除磷过程的生物滞留池，其特征在于：所述卵石承托层(8)中卵石的粒径10～20mm，高度为200mm。

6.根据权利要求1所述的一种强化道路初期径流脱氮除磷过程的生物滞留池，其特征在于：所述碎石过滤层(7)中碎石的粒径8～10mm，厚度为150～20mm。

7.根据权利要求1所述的一种强化道路初期径流脱氮除磷过程的生物滞留池，其特征在于：在所述土壤覆盖层(4)中种植植物，所述植物为花、草或者灌木中的一种或多种。

8.根据权利要求1所述的一种强化道路初期径流脱氮除磷过程的生物滞留池，其特征在于：所述下层混合填料(6)中的铝污泥为自来水厂的尾泥。

9.根据权利要求1所述的一种强化道路初期径流脱氮除磷过程的生物滞留池，其特征在于：所述排水管(1)位于卵石承托层(8)中的一端端口处设有滤网。

10.根据权利要求1所述的一种强化道路初期径流脱氮除磷过程的生物滞留池，其特征在于：还包括溢流管(9)，所述溢流管(9)的一端与卵石承托层(8)中的排水管(1)连通，另一端伸入至所述土壤覆盖层(4)上方的蓄水层(3)中。