本发明涉及河水除磷，特别涉及一种基于溢流低坝的小型河流后置式除磷装置及方法。
背景技术：
磷污染是导致河水富营养化的主要原因，所以在应对日益严重的河流水体富营养化问题过程中，要采取措施降低河流水体的含磷物质。在小型河流水体中过量磷主要来源于肥料、农业废弃物、生活污水、禽畜粪便和养殖废水等各种农业面源污染源。天然水体接纳这些废水后，水中含磷等营养物质增多，导致水质严重恶化，对我国农村人居环境、农业生态环境质量和水环境质量构成威胁，尤其是严重威胁饮用水源安全。
除了对农业面源污染源进行控制外，通过降低水体中的磷含量，也可以有效防范水体富营养化。对河流水体进行深度处理（包括物理学、化学和生物学方法）存在费用高、水量大的问题，显然不具有经济可行性。值得注意的是，据统计全国一米以上水深的河流只占百分之几，其余均在一米以下，溢流低坝应用广泛。根据溢流低坝的结构特点，采用化学吸附法，具有结构简单、耗能低、吸附容量大等优点，可有效降低小型河流水体的磷含量，对维护水生态环境具有重要作用。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种除磷吸附率高、后置式的除磷装置，增加装置与河水的接触面，通过吸附作用，去除基于溢流低坝的小型河流中的过量磷。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种基于溢流低坝的小型河流后置式除磷装置，其特征在于，所述后置式除磷装置，包括除磷单元和固定单元，所述除磷单元呈梯形体状，所述除磷单元设置在溢流低坝凹槽的溢流面正下方，所述除磷单元的固定侧面通过固定单元固定在溢流面，所述除磷层和钢渣层设置在所述除磷单元固定侧面的相对侧面上，所述除磷层，外层为金属筛网，内层为高炉炉渣和铁矿石粒混合颗粒，所述除磷层的水平剖面为弓形，所述钢渣层，外层为金属筛网，内层为钢渣粒，所述钢渣层与所述除磷层的弓形弧边连接优选的。
优选的，所述铁矿石粒为针铁矿、水铁矿或水赤铁矿中的一种或者多种混合。针铁矿、水铁矿或水赤铁矿的除磷性能优，吸附河水中的磷物质后反应生成磷酸铁或磷酸亚铁，固定在铁矿石上。
优选的，所述高炉矿渣和铁矿石粒的质量比为1:1~1:3。除磷率是40%~75%。
优选的，所述高炉矿渣和铁矿石粒的质量比为1:2。除磷率是75%
优选的，所述铁矿石粒为针铁矿、水铁矿或水赤铁矿中的一种。铁矿石用针铁矿时，除磷率是40-50%，铁矿石粒用水铁矿，除磷率是45-55%，铁矿石粒用水赤铁矿，除磷率是50~65%。
优选的，所述铁矿石粒为针铁矿、水铁矿或水赤铁矿中的两种混合颗粒，所述两种混合颗粒的质量比为20~80%:20~80%。铁矿石粒为针铁矿和水铁矿的两种混合颗粒，除磷率是50~65%，铁矿石粒为针铁矿和水赤铁矿的两种混合颗粒，除磷率是45-60%，铁矿石粒为水铁矿和水赤铁矿的两种混合颗粒，除磷率是55~65%。
优选的，所述两种混合颗粒的质量比为50~70%:30~50%。铁矿石为两种混合颗粒的最优质量比状态。
优选的，所述铁矿石粒为针铁矿、水铁矿或水赤铁矿的三种混合颗粒，所述针铁矿、水铁矿、水赤铁矿的质量比为20~80%:10~60%:5~30%。铁矿石为三种混合颗粒，除磷率为60~75%。
优选的，所述针铁矿、水铁矿、水赤铁矿的质量比为30~50%:30~40%:20~30%，铁矿石粒为三种混合颗粒的最优质量比状态。
优选的，所述除磷层金属筛网孔径为0.5~0.8cm，所述高炉矿渣粒径为1~4cm，所述铁矿石粒径为0.8~2.5cm，所述除磷层厚度为15cm。吸附河水中的磷，铁矿石固定河水中的磷物质。
优选的，所述钢渣层金属筛网孔径为0.5~1cm，所述钢渣粒径为1.5~5cm，所述钢渣层高度为20~24cm，高出除磷层5~9cm。钢渣层吸附除磷层流失的铁矿石以及河水中的小部分磷，减少二次污染以及提高除磷率。
优选的，所述除磷层的水平剖面的弓形弧边呈波浪形状，所述最上层的除磷层的弦边位于除磷单元顶部，所述除磷层的水平剖面面积为下一层除磷层面积的60%~70%，所述除磷层相互叠加形成梯田型。根据河水流量的特点，下一次除磷层面积大于上一层除磷面积，可增加河水与后置式除磷装置的接触面。
优选的，所述金属筛网为铝丝网。取材简单，便于固定除磷层和钢渣层。
优选的，所述固定单元包括水泥钉和卡槽装置，卡槽装置包括支撑装置和钩部，支撑装置为圆筒形的壳体，支撑装置上开有3或4个作为钉孔的轴向孔，水泥钉通过轴向孔固定卡槽装置在溢流低坝上；钩部，设置在圆壳支撑装置的侧面，连接除磷装置。固定单元用于固定除磷单元在溢流低坝上。
优选的，所述除磷单元的上下底面为长方形，上底面面积小于下底面面积，所述除磷单元的侧面为等腰梯形。长方形增加下底面的长度，增加河水与除磷装置的接触面积。
优选的，所述溢流低坝的坝体中部泄水孔口为凹槽。
优选的，所述梯田型除磷单元装填有多层的除磷层和钢渣层。多层实现增加除磷的效果。
优选的，所述除磷层和钢渣层可定期更换。定期更换，减少除磷装置中除磷物质的流失。
优选的，除磷层，外层金属筛网网孔径为0.5cm，高炉炉渣和铁矿石的的质量比为1:2，高炉矿渣粒径为2cm，铁矿石粒径为0.8cm，铁矿石粒为针铁矿、水铁矿、水赤铁矿的三种混合颗粒，针铁矿、水铁矿和水赤铁矿三者的质量比为40%：35%：25%，除磷层厚度为15cm；钢渣层，外层金属筛网孔径为0.5cm，所述钢渣粒径为1.5cm，所述钢渣层高度为24cm，高出除磷层9cm。本发明的后置式除磷装置的除磷率为75%。
本发明所述一种基于溢流低坝的小型河流后置式除磷装置，根据溢流堤坝中部泄水孔口为凹槽的特点，设计后置式处理装置，梯田型除磷单元为梯田型，增加其与河水的接触面，使得正常流速下通过凹槽溢流的河水洒落在梯田型除磷单元时，均洒落在梯田型除磷单元上，能充分发挥高炉矿渣和针铁矿混合物以及钢渣粒层的多层吸附作用，从而提高河流中磷去除率。
附图说明
图1是后置式除磷装置结构图；
图2是除磷层结构图；
图3是钢渣层结构图。
1是溢流低坝，2是河流，3是除磷单元，4是固定单元，5是除磷层，6是钢渣层，
7是金属筛网，8是高炉矿渣，9是铁矿石粒，10是钢渣粒。
具体实施方式
实施例1
如图1至图3所示，一种基于溢流低坝的小型河流后置式除磷装置，包括除磷单元3和固定单元4，所述除磷单元3呈梯形体状，所述除磷单元3设置在溢流低坝凹槽的溢流面正下方，所述除磷单元3的固定侧面通过固定单元4固定在溢流面，所述除磷层5和钢渣层6设置在所述除磷单元3固定侧面的相对侧面上，所述除磷层5，外层为金属筛网7，内层为高炉炉渣8和铁矿石粒9混合颗粒，所述除磷层5的水平剖面为弓形，所述钢渣层6，外层为金属筛网7，内层为钢渣粒10，所述钢渣层6与所述除磷层5的弓形弧边连接。
所述铁矿石颗粒为针铁矿、水铁矿或水赤铁矿中的一种或者多种混合。
除磷层5金属筛网7孔径为0.5cm，高炉矿渣8粒径为2cm，铁矿石粒9粒径为0.8cm，除磷层5厚度为15cm。
钢渣层6金属筛网7孔径为0.5cm，钢渣粒10粒径为1.5cm，钢渣层6高度为24cm，高出除磷层9cm。
除磷层5的水平剖面的弓形弧边呈波浪形状，最上层的除磷层5的弦边位于除磷单元3顶部，除磷层的水平剖面面积为下一层除磷层面积的65%，除磷层相互叠加形成梯田型。
金属筛网为铝丝网。
本发明的溢流低坝的小型河流后置式除磷装置的除磷率为40%~75%。
实施例2
如图1至图3所示，一种基于溢流低坝的小型河流后置式除磷装置，包括除磷单元3和固定单元4，所述除磷单元3呈梯形体状，所述除磷单元3设置在溢流低坝凹槽的溢流面正下方，所述除磷单元3的固定侧面通过固定单元4固定在溢流面，所述除磷层5和钢渣层6设置在所述除磷单元3固定侧面的相对侧面上，所述除磷层5，外层为金属筛网7，内层为高炉炉渣8和铁矿石粒9混合颗粒，所述除磷层5的水平剖面为弓形，所述钢渣层6，外层为金属筛网7，内层为钢渣粒10，所述钢渣层6与所述除磷层5的弓形弧边连接。
高炉矿渣8和铁矿石粒9的质量比为1:1，铁矿石粒9为针铁矿。
除磷层5金属筛网7孔径为0.5cm，高炉矿渣8粒径为2cm，铁矿石粒9粒径为0.8cm，除磷层5厚度为15cm。
钢渣层6金属筛网7孔径为0.5cm，钢渣粒10粒径为1.5cm，钢渣层6高度为24cm，高出除磷层9cm。
除磷层5的水平剖面的弓形弧边呈波浪形状，最上层的除磷层5的弦边位于除磷单元3顶部，除磷层的水平剖面面积为下一层除磷层面积的65%，除磷层相互叠加形成梯田型。
金属筛网为铝丝网。
本发明的溢流低坝的小型河流后置式除磷装置的除磷率为40%。
实施例3
如图1至图3所示，一种基于溢流低坝的小型河流后置式除磷装置，包括除磷单元3和固定单元4，所述除磷单元3呈梯形体状，所述除磷单元3设置在溢流低坝凹槽的溢流面正下方，所述除磷单元3的固定侧面通过固定单元4固定在溢流面，所述除磷层5和钢渣层6设置在所述除磷单元3固定侧面的相对侧面上，所述除磷层5，外层为金属筛网7，内层为高炉炉渣8和铁矿石粒9混合颗粒，所述除磷层5的水平剖面为弓形，所述钢渣层6，外层为金属筛网7，内层为钢渣粒10，所述钢渣层6与所述除磷层5的弓形弧边连接。
高炉矿渣8和铁矿石粒9的质量比为1:3，铁矿石粒9为水铁矿。
除磷层5金属筛网7孔径为0.5cm，高炉矿渣8粒径为2cm，铁矿石粒9粒径为0.8cm，除磷层5厚度为15cm。
钢渣层6金属筛网7孔径为0.5cm，钢渣粒10粒径为1.5cm，钢渣层6高度为24cm，高出除磷层9cm。
除磷层5的水平剖面的弓形弧边呈波浪形状，最上层的除磷层5的弦边位于除磷单元3顶部，除磷层的水平剖面面积为下一层除磷层面积的70%，除磷层相互叠加形成梯田型。
金属筛网为铝丝网。
本发明的溢流低坝的小型河流后置式除磷装置的除磷率为58%。
实施例4
如图1至图3所示，一种基于溢流低坝的小型河流后置式除磷装置，包括除磷单元3和固定单元4，所述除磷单元3呈梯形体状，所述除磷单元3设置在溢流低坝凹槽的溢流面正下方，所述除磷单元3的固定侧面通过固定单元4固定在溢流面，所述除磷层5和钢渣层6设置在所述除磷单元3固定侧面的相对侧面上，所述除磷层5，外层为金属筛网7，内层为高炉炉渣8和铁矿石粒9混合颗粒，所述除磷层5的水平剖面为弓形，所述钢渣层6，外层为金属筛网7，内层为钢渣粒10，所述钢渣层6与所述除磷层5的弓形弧边连接。
高炉矿渣8和铁矿石粒9的质量比为1:2，铁矿石粒9为水赤铁矿。
除磷层5金属筛网7孔径为0.5cm，高炉矿渣8粒径为2cm，铁矿石粒9粒径为0.8cm，除磷层5厚度为15cm。
钢渣层6金属筛网7孔径为0.5cm，钢渣粒10粒径为1.5cm，钢渣层6高度为24cm，高出除磷层9cm。
除磷层5的水平剖面的弓形弧边呈波浪形状，最上层的除磷层5的弦边位于除磷单元3顶部，除磷层的水平剖面面积为下一层除磷层面积的65%，除磷层相互叠加形成梯田型。
金属筛网为铝丝网。
本发明的溢流低坝的小型河流后置式除磷装置的除磷率为55%。
实施例5
如图1至图3所示，一种基于溢流低坝的小型河流后置式除磷装置，包括除磷单元3和固定单元4，所述除磷单元3呈梯形体状，所述除磷单元3设置在溢流低坝凹槽的溢流面正下方，所述除磷单元3的固定侧面通过固定单元4固定在溢流面，所述除磷层5和钢渣层6设置在所述除磷单元3固定侧面的相对侧面上，所述除磷层5，外层为金属筛网7，内层为高炉炉渣8和铁矿石粒9混合颗粒，所述除磷层5的水平剖面为弓形，所述钢渣层6，外层为金属筛网7，内层为钢渣粒10，所述钢渣层6与所述除磷层5的弓形弧边连接。
高炉矿渣8和铁矿石粒9的质量比为1:1，铁矿石粒9为针铁矿和水赤铁矿的两种混合颗粒，针铁矿和水赤铁矿的质量比为20%：80%。
除磷层5金属筛网7孔径为0.5cm，高炉矿渣8粒径为2cm，铁矿石粒9粒径为0.8cm，除磷层5厚度为15cm。
钢渣层6金属筛网7孔径为0.5cm，钢渣粒10粒径为1.5cm，钢渣层6高度为24cm，高出除磷层9cm。
除磷层5的水平剖面的弓形弧边呈波浪形状，最上层的除磷层5的弦边位于除磷单元3顶部，除磷层的水平剖面面积为下一层除磷层面积的65%，除磷层相互叠加形成梯田型。
金属筛网为铝丝网。
本发明的溢流低坝的小型河流后置式除磷装置的除磷率为55%。
实施例6
如图1至图3所示，一种基于溢流低坝的小型河流后置式除磷装置，包括除磷单元3和固定单元4，所述除磷单元3呈梯形体状，所述除磷单元3设置在溢流低坝凹槽的溢流面正下方，所述除磷单元3的固定侧面通过固定单元4固定在溢流面，所述除磷层5和钢渣层6设置在所述除磷单元3固定侧面的相对侧面上，所述除磷层5，外层为金属筛网7，内层为高炉炉渣8和铁矿石粒9混合颗粒，所述除磷层5的水平剖面为弓形，所述钢渣层6，外层为金属筛网7，内层为钢渣粒10，所述钢渣层6与所述除磷层5的弓形弧边连接。
高炉矿渣8和铁矿石粒9的质量比为1:3，铁矿石粒9为针铁矿和水铁矿的两种混合颗粒，针铁矿和水铁矿的质量比为80%：20%。
除磷层5金属筛网7孔径为0.5cm，高炉矿渣8粒径为2cm，铁矿石粒9粒径为0.8cm，除磷层5厚度为15cm。
钢渣层6金属筛网7孔径为0.5cm，钢渣粒10粒径为1.5cm，钢渣层6高度为24cm，高出除磷层9cm。
除磷层5的水平剖面的弓形弧边呈波浪形状，最上层的除磷层5的弦边位于除磷单元3顶部，除磷层的水平剖面面积为下一层除磷层面积的65%，除磷层相互叠加形成梯田型。
金属筛网为铝丝网。
本发明的溢流低坝的小型河流后置式除磷装置的除磷率为60%。
实施例7
如图1至图3所示，一种基于溢流低坝的小型河流后置式除磷装置，包括除磷单元3和固定单元4，所述除磷单元3呈梯形体状，所述除磷单元3设置在溢流低坝凹槽的溢流面正下方，所述除磷单元3的固定侧面通过固定单元4固定在溢流面，所述除磷层5和钢渣层6设置在所述除磷单元3固定侧面的相对侧面上，所述除磷层5，外层为金属筛网7，内层为高炉炉渣8和铁矿石粒9混合颗粒，所述除磷层5的水平剖面为弓形，所述钢渣层6，外层为金属筛网7，内层为钢渣粒10，所述钢渣层6与所述除磷层5的弓形弧边连接。
高炉矿渣8和铁矿石粒9的质量比为1:2，铁矿石粒9为水铁矿和水赤铁矿的两种混合颗粒，水铁矿和水赤铁矿的质量比为60%：40%。
除磷层5金属筛网7孔径为0.5cm，高炉矿渣8粒径为2cm，铁矿石粒9粒径为0.8cm，除磷层5厚度为15cm。
钢渣层6金属筛网7孔径为0.5cm，钢渣粒10粒径为1.5cm，钢渣层6高度为24cm，高出除磷层9cm。
除磷层5的水平剖面的弓形弧边呈波浪形状，最上层的除磷层5的弦边位于除磷单元3顶部，除磷层的水平剖面面积为下一层除磷层面积的65%，除磷层相互叠加形成梯田型。
金属筛网为铝丝网。
本发明的溢流低坝的小型河流后置式除磷装置的除磷率为60%。
实施例8
如图1至图3所示，一种基于溢流低坝的小型河流后置式除磷装置，包括除磷单元3和固定单元4，所述除磷单元3呈梯形体状，所述除磷单元3设置在溢流低坝凹槽的溢流面正下方，所述除磷单元固定侧面通过固定单元4固定在溢流面，所述除磷层5和钢渣层6设置在所述除磷单元3的固定侧面的相对侧面上，所述除磷层5，外层为金属筛网7，内层为高炉炉渣8和铁矿石粒9混合颗粒，所述除磷层5的水平剖面为弓形，所述钢渣层6，外层为金属筛网7，内层为钢渣粒10，所述钢渣层6与所述除磷层5的弓形弧边连接。
高炉矿渣8和铁矿石粒9的质量比为1:1，铁矿石粒9为针铁矿、水铁矿和水赤铁矿的三种混合颗粒，针铁矿、水铁矿和水赤铁矿的三种颗粒质量比为20%：60%：20%。
除磷层5金属筛网7孔径为0.5cm，高炉矿渣8粒径为2cm，铁矿石粒9粒径为0.8cm，除磷层5厚度为15cm。
钢渣层6金属筛网7孔径为0.5cm，钢渣粒10粒径为1.5cm，钢渣层6高度为24cm，高出除磷层9cm。
除磷层5的水平剖面的弓形弧边呈波浪形状，最上层的除磷层5的弦边位于除磷单元3顶部，除磷层的水平剖面面积为下一层除磷层面积的70%，除磷层相互叠加形成梯田型。
金属筛网为铝丝网。
本发明的溢流低坝的小型河流后置式除磷装置的除磷率为75%。
实施例9
如图1至图3所示，一种基于溢流低坝的小型河流后置式除磷装置，包括除磷单元3和固定单元4，所述除磷单元3呈梯形体状，所述除磷单元3设置在溢流低坝凹槽的溢流面正下方，所述除磷单元固定侧面通过固定单元4固定在溢流面，所述除磷层5和钢渣层6设置在所述除磷单元3的固定侧面的相对侧面上，所述除磷层5，外层为金属筛网7，内层为高炉炉渣8和铁矿石粒9混合颗粒，所述除磷层5的水平剖面为弓形，所述钢渣层6，外层为金属筛网7，内层为钢渣粒10，所述钢渣层6与所述除磷层5的弓形弧边连接。
高炉矿渣8和铁矿石粒9的质量比为1:3，铁矿石粒9为针铁矿、水铁矿和水赤铁矿的三种混合颗粒，针铁矿、水铁矿和水赤铁矿的三种颗粒质量比为80%：10%：10%。
除磷层5金属筛网7孔径为0.5cm，高炉矿渣8粒径为2cm，铁矿石粒9粒径为0.8cm，除磷层5厚度为15cm。
钢渣层6金属筛网7孔径为0.5cm，钢渣粒10粒径为1.5cm，钢渣层6高度为24cm，高出除磷层9cm。
除磷层5的水平剖面的弓形弧边呈波浪形状，最上层的除磷层5的弦边位于除磷单元3顶部，除磷层的水平剖面面积为下一层除磷层面积的65%，除磷层相互叠加形成梯田型。
金属筛网为铝丝网。
本发明的溢流低坝的小型河流后置式除磷装置的除磷率为70%。
实施例10
如图1至图3所示，一种基于溢流低坝的小型河流后置式除磷装置，包括除磷单元3和固定单元4，所述除磷单元3呈梯形体状，所述除磷单元3设置在溢流低坝凹槽的溢流面正下方，所述除磷单元3的固定侧面通过固定单元4固定在溢流面，所述除磷层5和钢渣层6设置在所述除磷单元3固定侧面的相对侧面上，所述除磷层5，外层为金属筛网7，内层为高炉炉渣8和铁矿石粒9混合颗粒，所述除磷层5的水平剖面为弓形，所述钢渣层6，外层为金属筛网7，内层为钢渣粒10，所述钢渣层6与所述除磷层5的弓形弧边连接。
高炉矿渣8和铁矿石粒9的质量比为1:2，铁矿石粒9为针铁矿、水铁矿和水赤铁矿的三种混合颗粒，针铁矿、水铁矿和水赤铁矿的三种颗粒质量比为40%：35%：25%。
除磷层5金属筛网7孔径为0.5cm，高炉矿渣8粒径为2cm，铁矿石粒9粒径为0.8cm，除磷层5厚度为15cm。
钢渣层6金属筛网7孔径为0.5cm，钢渣粒10粒径为1.5cm，钢渣层6高度为24cm，高出除磷层9cm。
除磷层5的水平剖面的弓形弧边呈波浪形状，最上层的除磷层5的弦边位于除磷单元3顶部，除磷层的水平剖面面积为下一层除磷层面积的60%，除磷层相互叠加形成梯田型。
金属筛网为铝丝网。
本发明的溢流低坝的小型河流后置式除磷装置的除磷率为62.5%。
本发明中当河流2通过溢流低坝1中部的凹槽型泄水孔口，洒落到除磷单元3，除磷单元3为梯田型，通过固定单元4固定在溢流面的下方，增加其与河流的接触面，使河流2均洒落在其上，河流2中的磷经过除磷单元3上的多层除磷层5和钢渣层6，除磷层5吸附河流2中的磷，吸附后反应生成磷酸铁或磷酸亚铁，固定在铁矿石上，铁矿石在冲刷后，部分细小微粒会被剥离出来，进一步降低水体的除磷效果，钢渣层6中钢渣吸附除磷层5中的剥离出来的部分细小微粒及河水中的小部分磷物质，减少河水的二次污染，提高除磷率。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内作出的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围内。