专利名称：一种降低污染河流中总磷的方法
技术领域：
本发明属于生态工程和环境工程领域，涉及一种降低污染河流中总磷负荷，包括颗粒态磷和溶解态磷的方法，是一种可快速拆卸维护的砌块式填料及渗滤坝体相组合的快速净化河水的方法。
背景技术：
近些年，气候变化和人类活动的双重作用改变了流域下垫面的水文特性，导致水资源在时空上的重新分配和陆面污染物质输移规律的改变，从而影响水体水质及生态系统健康。随着人们对于河流本质认识水平的提高，河流管理从以水量分配为重点，逐渐拓展为改善水质和修复河流生态系统为目的，特别是对受污染河流的水质净化技术提出了较高的要求。目前河道内受污河水的处理一般通过生态护坡、人工湿地和快速渗滤系统等方法。生态护坡是指将植物或基质载体单元覆盖在护坡上，当河水流过护坡时通过植物吸附、吸收作用净化水质(CN1811073);人工湿地多在江河水陆交错带建立大面积生态湿地，通过过滤系统与生态生物净化系统相结合的方法净化河水(CN1872731);而快速渗滤系统多将河水引至特定装置或是河道在底部布置渗滤材料，通过滤料的过滤、吸附以及微生物膜的吸收降解，降低悬浮物、有机质以及氮磷水平(CN101759298A)。现有技术的缺陷主要包括，人工湿地及生态护坡的方法虽能起到一定的净化河水的作用，但存在着占地面积大，投资较多，效率不高的缺陷，而且采用的生物和微生物还易受到水位和季节的影响，产生二次污染。目前的渗滤系统多为垂直渗滤系统，普遍存在滤料堵塞的问题，而且，渗滤系统在使用一段时间后，滤料的吸附能力逐渐达到饱和。为了解决堵塞和吸附能力下降的问题，一般采用反冲洗或者更换滤料再生的办法解决。反冲洗需要能量，滤料的更换则较为繁复，特别在偏远地区的河道，由于缺乏电力和场地限制，反冲洗和滤料整体更换往往无法进行，从而导致渗滤系统不能长期有效地发挥作用。
发明内容
针对现有技术中存在的上述缺陷，本发明的目的在于提供一种降低污染河流中总磷的方法，采用在河道内建设砌块式填料及渗滤坝体组成的砌块式渗滤坝，原位、快速去除污染河流中总磷污染，多级填料配置可有效降低河水中总磷及颗粒物含量，达到净化水质的效果，同时考虑河道过流量和兼顾防洪泄流安全；砌块式填料便于更换或者冲洗填料以解决填料再生问题。本发明的目的是通过如下技术方案实现的
一种降低污染河流中总磷的方法，其特征在于在河道内选择的控制断面上建造砌块式渗滤坝，所述的砌块式渗滤坝包括固定式坝体和固定式坝体上的填料砌块；所述的填料砌块采用错缝形式干砌在固定式坝体上；
所述的填料砌块由砌块式包络结构和填充其中的填料组成，填料选自活化沸石、陶粒、无烟煤和涂铁砂，其中活化沸石的粒径为24 32_，陶粒粒径为16 24_，无烟煤粒径为12 16mm,涂铁砂粒径为8 16mm ；
固定式坝体上的填料砌块在水流方向上分为三级，第一级填料砌块内填充活化沸石，第二级填料砌块内填充陶粒与无烟煤的混合物，其质量比为I :1.85 1 :2. 15，第三级填料砌块内填充涂铁砂。具体而言，所述的降低污染河流中总磷的方法，包括如下步骤
I.选择控制断面；
所述的控制断面通常布置在二级水功能区的上游，以靠近水文测流断面为佳。具体而言，选择控制断面遵循如下原则· (1)根据水体功能区设置控制断面，控制断面布置在二级水功能区的上游，既能调节水量又能起到净化水源的作用；
(2)断面位置应避开死水区、回水区、排污口处，选择顺直河段、河床稳定、水面宽阔、水流平稳、无急流、无浅滩处；
(3)控制断面附近如有水文测流断面应靠近水文测流断面，以便利用其水文参数，实现水质监测与水量控制的结合。2.建造固定式坝体；
具体而言，上述的固定式坝体，两侧为竖向的坝体，建筑高度与河道堤顶齐平，底部为混凝土找平层。两侧坝体分别向内形成“ L」”槽型结构，便于侧面嵌入填料砌块；底部混凝土找平层向上形成“ U ”槽型结构，便于底部嵌入砌块式填料包络结构。3.配置填料砌块；
将筛选的填料分别填充在各自的砌块式包络结构中，配置成填料砌块。所述的砌块式包络结构包括角铁框架、冲孔镀锌钢板和加强扁铁。角铁框架为长方体形，冲孔镀锌钢板焊接在角铁框架上，侧面和底面由冲孔镀锌钢板围挡，顶面留空，便于装卸填料。加强扁铁通常可焊接在角铁框架底部，以增强砌块底部的强度。上述砌块式包络结构的角铁框架，角铁规格优选为2cm，大小为20X30X40cm，容积为24升。按填料容重为O. 9-1. 5公斤/升计算，单个砌块及填料的重量为23-37公斤，其重量适合单人取出维护和再放置。上述冲孔镀锌钢板孔距与孔径由所填滤料的粒径决定，通常的规律为孔距约为填料粒径范围内较大值，略小于最大值，孔径略小于填料粒径范围内的最小值，保证填料不被冲走，也能保证砌块式包络结构的稳定性，还可降低砌块自重，保证透水面积，降低水头损失。上述的包络结构底部加强扁铁宽度为5cm，水平焊接在角铁框架底部，以保证砌块式填料包络结构的底部强度。上述砌块中的填料为活化沸石、陶粒、无烟煤、涂铁砂，分别填充在砌块式包络结构中，形成不同滤料的砌块并按梯级粒径布置在水流方向上。从保证滤后水质的角度出发，较小的滤料粒径是有利的。但本发明通过在河道内直接建造包含填料砌块的渗滤坝来原位进行净化水质，既要保证水质还要有一定的过流量，而且同时考虑坝身的稳定性，滤层较厚，因此，可以选用较大的滤料粒径。同时，水流方向上梯级粒径布置，滤料粒径沿水流方向由大趋小，有利于悬浮颗粒进入滤层的较深处，并且，由于大部分悬浮颗粒被截留在上游孔隙尺寸比较大的滤层，有利于减缓水头损失的增长。此外，较小粒径的滤料分布在滤层的尾部，也有利于保证滤后水质。经发明人多次实验发现，流速对于磷去除率具有很大影响，流速越大磷去除率越低，而且还会产生坝前雍水现象，不利于坝体稳定，因此，本发明更适用于平均流速小于2m/s的河道。具体而言，本发明降低总磷的方法中，填料砌块中选择填料的配料如下
第一级活化沸石，粒径为24 32_。吸附性能强，离子交换性能好，不仅能去除水中的
浊度、色度、异味，而且对水中有害的重金属及有机物具有较好的吸附交换作用。第二级陶粒与无烟煤质量比采用I :1.85 1 :2. 15，经发明人多次实验发现，在保证过流量的情况下，该配比不仅能够有效去除水中的悬浮颗粒物，而且能比纯陶粒的氨氮 去除率提高2 3倍，氨氮去除率接近30%。陶粒，粒径为16 24mm，颗粒圆、均匀、表面粗糙、多微孔、内部孔隙发达，比表面积大，从而生物菌附着能力强，繁殖快、挂膜效率高，低温低浊条件下去除氨氮效果好。无烟煤，粒径为12 16mm，具有最高的含碳量百分比和固体颗粒保持能力，能够可靠地提高悬浮颗粒清除能力。第三级涂铁砂，粒径为8 16mm，表面粗糙，空隙多，比表面积大，吸附能力强，除磷效果显著。4.在固定式坝体上安装填料砌块；
本发明中所述的填料砌块布置方法是不同种砌块按照梯级粒径布置的方法布置在水流方向上，同种砌块式填料层叠放置，无论是水平方向还是垂直方向，砌块间均错缝放置。填料砌块垂向摆放高度和摆放层数由该河道的特征水位决定
填料砌块的常设高程为该河道平水年多年平均水位；
填料砌块式的汛期堆放高程为该河道的汛期限制水位。渗滤坝上填料砌块的摆放高度与洪水位之间应留出泄洪高度，保证防洪要求。在洪水位以下，水流自流顺次通过滤料，经过滤料的物理拦截、化学吸附作用，有效降低颗粒物含量及含磷量，达到净化河水的目的。当滤料吸附能力接近饱和以后可以快速更换或者冲洗填料，在洪水来临前还可以人工迅速搬出填料砌块，保证洪水安全通过。填料砌块的最大堆放高程为该河道的保证水位，取决于防洪堤的防洪设计标准。本发明与现有技术相比，有益效果在于
(I)利用渗滤坝型式原位去除污染河流中总磷及颗粒磷的方法简便，处理效果好，能够快速、有效低降含磷量，同时能够降低悬浮颗粒物含量与氨氮含量。不仅同时考虑了渗滤坝的过水性和处理效果，同时兼顾坝体的安全性和防洪泄流的需要。(2)利用本发明所述的填料配方能够显著降低悬浮物及氨氮、总磷含量，氨氮去除率达20% 30%，总磷去除率达70%以上。(3)本发明的砌块式渗滤坝结构简单、投资低，便于安装和拆卸，当填料饱和后便于在机械施工困难的场地施工，进行人工更换或者冲洗填料。(4)在洪水发生前方便降低渗滤坝的高度，保护下游安全。下面结合具体实施例对本发明进行详细描述。本发明的保护范围并不以具体实施方式
为限，而是由权利要求加以限定。
图I为本发明方法涉及的砌块式渗滤坝的剖视结构示意图。图2为本发明方法涉及的砌块式渗滤坝的俯视结构示意图。图3为本发明方法涉及的砌块式渗滤坝中砌块式包络结构示意图。图4为本发明方法涉及的砌块式渗滤坝中砌块式包络结构底部示意图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明的具体实施和效果进行详细说明。本发明涉及一种降低污染河流中总磷的方法，在河道内选择的控制断面上建造砌块式渗滤坝，包括选择控制断面，建造固定式坝体，配置填料砌块，在固定式坝体上安装填料砌块。如图1，2所示，装有填料3的砌块式包络结构I沿水流方向及垂向错缝干砌在固定式坝体2中。如图3，4所示，上述的砌块式包络结构I包括角铁框架11，冲孔镀锌钢板12和加强扁铁13，冲孔镀锌钢板12和加强扁铁13焊接在砌块式包络结构框架11上；砌块式包络结构框架11顶面为空，其他五面被冲孔镀锌钢板12围挡。上述的固定式坝体2，两侧为竖向的坝体，建筑高度与河道堤顶齐平，两侧坝体分别向内形成“ L」”槽型结构21，便于侧面嵌入填料砌块；坝体底部为混凝土找平层，向上形成“ U ”槽型结构22，便于底部嵌入填料砌块。上述的填料砌块根据其中的填料3在水流方向上分为三级，第一级为活化沸石31，第二级为陶粒与无烟煤的混合物32，其质量比为I :1. 85^1 :2. 15，第三级为涂铁砂33。
实施例I
选择河道内水文断面下游20m处为控制断面。修建图1、2中所示的固定式坝体2，固定式坝体两侧及底部凹槽宽度为3m，底部凹槽长度为12m，设计坝高2. 4m。填料3放入砌块式包络结构I中，砌块式包络结构I大小为20 X 30 X 40cm，其中活化沸石砌块中粒径为24 32臟，冲孔镀锌钢板孔距30mm，孔径20mm，陶粒、无烟煤砌块中粒径分别为16 24mm和12 16mm，冲孔镀锌钢板孔距20mm，孔径10mm，陶粒与无烟煤质量比为I: I. 85，涂铁砂砌块中粒径为8 16mm，冲孔镀锌钢板孔距15mm，孔径5mm，包络结构底部加强扁铁宽度为5cm。装有不同填料的砌块式包络结构I按照自上游到下游活化沸石、陶粒与无烟煤、涂铁砂的顺序以错缝型式干砌在固定式坝体2中，坝体垂向上填料砌块也采取错缝干砌方式，以达到最高的稳定性。填料砌块的常设高程为该河道平水年多年平均水位312m。填料砌块式的汛期堆放高程为该河道的汛期限制水位311. 5m。填料砌块的最大堆高程为该河道的保证水位313m。
坝前水深为O. 98m，渗滤面积为11. 76m2。坝前河水中悬浮物较多，河水能见度较差，氨氮含量为2. 66mg/L，总磷含量为O. 96mg/L，经过渗滤坝后河水能见度明显提高，河水中氨氮含量为I. 90mg/L,总磷含量为O. 08 mg/L,氨氮去除率约为29%，总磷去除率约为92%。坝体稳定，坝前未出现明显雍水现象。
实施例2
选择河道内水文断面下游18m处为控制断面。修建图1、2中所示的固定式坝体2，固定式坝体两侧及底部凹槽宽度为2. 4m，底部凹槽长度为10m，设计坝高2. 2m。填料3放入砌块式包络结构I中，砌块式包络结构I大小为20 X 30 X 40cm，其中 活化沸石砌块中粒径为24 32臟，冲孔镀锌钢板孔距30mm，孔径20mm，陶粒、无烟煤砌块中粒径分别为16 24mm和12 16mm，冲孔镀锌钢板孔距20mm，孔径10mm，陶粒与无烟煤质量比为I: I. 85，涂铁砂砌块中粒径为8 16mm，冲孔镀锌钢板孔距15mm，孔径5mm，包络结构底部加强扁铁宽度为5cm。装有不同填料的砌块式包络结构I按照自上游到下游活化沸石、陶粒与无烟煤、涂铁砂的顺序以错缝型式干砌在固定式坝体2中，坝体垂向上填料砌块也采取错缝干砌方式，以达到最高的稳定性。填料砌块的常设高程为该河道平水年多年平均水位298. lm。填料砌块的汛期堆放高程为该河道的汛期限制水位297m。填料砌块的最大堆高程为该河道的保证水位300m。坝前水深为I. 20m，渗滤面积为12m2。坝前河水中悬浮物较多，河水能见度较差，氨氮含量为2. 41mg/L,总磷含量为O. 92mg/L，经过渗滤坝后河水能见度明显提高，氨氮含量为I. 81mg/L，总磷含量为O. 15 mg/L，氨氮去除率约为25%，总磷去除率约为84%。坝体稳定，坝前未出现水位雍高现象。
实施例3
选择河道内水文断面下游20m处为控制断面。修建图1、2中所示的固定式坝体2，固定式坝体两侧及底部凹槽宽度为3. 3m，底部凹槽长度为12m，设计坝高2. 6m。填料3放入砌块式包络结构I中，砌块式包络结构I大小为20 X 30 X 40cm，其中活化沸石砌块中粒径为24 32臟，冲孔镀锌钢板孔距30mm，孔径20mm，陶粒、无烟煤砌块中粒径分别为16 24mm和12 16mm，冲孔镀锌钢板孔距20mm，孔径10mm，陶粒与无烟煤质量比为I: I. 85，涂铁砂砌块中粒径为8 16mm，冲孔镀锌钢板孔距15mm，孔径5mm，包络结构底部加强扁铁宽度为5cm。装有不同填料的砌块式包络结构I按照自上游到下游活化沸石、陶粒与无烟煤、涂铁砂的顺序以错缝型式干砌在固定式坝体2中，坝体垂向上填料砌块也采取错缝干砌方式，以达到最高的稳定性。填料砌块的常设高程为该河道平水年多年平均水位305. 3m。填料砌块的汛期堆放高程为该河道的汛期限制水位304m。
填料砌块的最大堆高程为该河道的保证水位307m。坝前水深为I. 62m,渗滤面积为19. 44m2。坝前河水中悬浮物较多 ，河水能见度较差，氨氮含量为1.77mg/L，总磷含量为O. 89mg/L。经过渗滤坝后河水能见度明显提高，氨氮含量为I. 39mg/L，总磷含量为O. 17 mg/L，氨氮去除率约为21%，总磷去除率约为81%。坝体稳定，坝前未出现水位雍高现象。
权利要求
1.ー种降低污染河流中总磷的方法，其特征在于在河道内选择的控制断面上建造砌块式渗滤坝，所述的砌块式渗滤坝包括固定式坝体和固定式坝体上的填料砌块；所述的填料砌块采用错缝形式干砌在固定式坝体上； 所述的填料砌块由砌块式包络结构和其中填充的填料组成，填料选自活化沸石、陶粒、无烟煤和涂铁砂，其中活化沸石的粒径为24 32_，陶粒粒径为16 24_，无烟煤粒径为12 16mm,涂铁砂粒径为8 16mm ； 固定式坝体上的填料砌块在水流方向上分为三级，第一级填料砌块内填充活化沸石，第二级填料砌块内填充陶粒与无烟煤的混合物，质量比为I :1.85 1 :2. 15，第三级填料砌块内填充涂铁砂。
2.根据权利要求I所述的降低污染河流中总磷的方法，其特征在于所述的控制断面布置在ニ级水功能区的上游。
3.根据权利要求I所述的降低污染河流中总磷的方法，其特征在于所述的固定式坝体，两侧为竖向的坝体，建筑高度与河道堤顶齐平，底部为混凝土找平层；两侧坝体分别向内形成槽型结构，底部混凝土找平层向上形成槽型结构。
4.根据权利要求I所述的降低污染河流中总磷的方法，其特征在于所述的砌块式包络结构包括角铁框架、冲孔镀锌钢板和加强扁铁，冲孔镀锌钢板和加强扁铁焊接在角铁框架上；角铁框架为长方体形，侧面和底面为冲孔镀锌钢板围挡，顶面为空。
5.根据权利要求4所述的降低污染河流中总磷的方法，其特征在于所述的冲孔镀锌钢板冲孔孔距略小于填料颗粒直径的最大值，孔径略小于填料颗粒直径的最小值。
6.根据权利要求I所述的降低污染河流中总磷的方法，其特征在于所述在固定式坝体上，填料砌块在水平方向和垂直方向均错缝放置。
7.根据权利要求I所述的降低污染河流中总磷的方法，其特征在于填料砌块的常设高程为该河道平水年多年平均水位；汛期堆放高程为该河道的汛期限制水位；最大堆放高程为该河道的保证水位。
全文摘要
一种降低污染河流中总磷的方法，在河道内的控制断面上建造砌块式渗滤坝，所述的砌块式渗滤坝包括固定式坝体和填料砌块，填料砌块采用错缝形式干砌在固定式坝体上；所述的填料砌块由砌块式包络结构和填料组成，填料选自粒径24~32mm活化沸石、16~24mm陶粒、12~16mm无烟煤和8~16mm涂铁砂；固定式坝体上的填料砌块在水流方向上分为三级，第一级填充活化沸石，第二级填充质量比为1∶1.85~2.15陶粒与无烟煤的混合物，第三级填充涂铁砂。本发明利用渗滤坝原位去除污染河流中总磷，方法简便，能够有效低降含磷量，同时能够降低悬浮颗粒物含量与氨氮含量。
文档编号E02B7/04GK102849904SQ20121038693
公开日2013年1月2日 申请日期2012年10月15日 优先权日2012年10月15日
发明者张路, 杜应旸, 王兆德 申请人:中国科学院南京地理与湖泊研究所