一种基于污染物高效原位拦截的生态滤坝及其应用的制作方法

本发明属于水环境治理技术领域，具体涉及一种基于污染物高效原位拦截的生态滤坝及其应用。

背景技术：

近几十年来，随着我国社会经济的快速发展，水体污染不断加剧，水环境质量不容乐观。随着污染物大量排入水体，最终大部分汇集进入河道，导致河道水质变差。现有的治理技术，除了控源截污外，主要包括异位治理和原位治理两种，但由于河道来水水量波动较大，异位处理能力不能满足要求，且具有占地面积大、投资偏高等局限性，故污染河道原位治理技术是目前的发展趋势。

生态滤坝作为一种重要的河道原位治理技术，最早用于加固堤岸，而后被应用于水体生态修复，主要利用基质吸附过滤和生物降解原理净化水质。现有生态滤坝主要存在施工难度大、净化能力有限、坝体堵塞严重、使用寿命较短等问题，大大限制了其在河道治理中的应用。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于污染物高效原位拦截的生态滤坝及其应用，所述生态滤坝实现分区净化，可有效提高滤坝去除能力，且从根本上缓解了坝体堵塞问题，大大延缓了生态滤坝使用寿命。

本发明提供了一种基于污染物高效原位拦截的生态滤坝，按水流方向依次包括坝前拦截区、前坝、生物接触氧化区和后坝；

所述坝前拦截区按照水流方向依次包括水上拦污浮筒和渔网；

所述前坝是由若干个分别填充中小粒径基质和大粒径基质生态石笼单体交错堆积而成；

所述生物接触氧化区包括曝气系统和生物填料区，所述曝气系统包括设置在河道底部的曝气管和附在所述曝气管上的微孔曝气盘，所述曝气系统的上方安装填料支撑体，在所述填料支撑体上挂生物填料；

所述后坝是由若干个填充超细粒径基质的生态石笼单体交错堆积而成。

优选的，所述水上拦污浮筒和渔网的间距为10m；所述渔网与前坝的间距为10～20m。

优选的，所述水上拦污浮筒漂浮在水面上且高于水面20～30cm；

所述水上拦污浮筒的材质为塑料。

优选的，所述渔网的网宽1～2m，垂直高度不低于50cm，所述渔网的内网眼为1指及以下，所述渔网的顶部至少高出水面20cm。

优选的，所述前坝中，生态石笼单体的长×宽×高为0.5m×0.5m×0.5m或1m×1m×1m；

所述堆积的层数不超过三层，坝体纵向总长度从底部往上每层依次减少一个生态石笼单体的长度，上层的每个生态石笼单体底部有且仅有两个生态石笼单体支撑；

所述交错堆积的方法为填充中小粒径基质的生态石笼单体用装填大粒径基质的生态石笼单体间隔开来；

所述前坝的长度5～20m，宽度为2～20m，高度为1～3m。

优选的，所述中小粒径基质和大粒径基质包括钢渣、沸石或砾石，所述中小粒径基质的粒径8～20mm；所述大粒径基质的粒径为15～30mm。

优选的，所述生物接触氧化区的长度为10～50m，宽度为2～20m，所述填料支撑体的边缘与前坝、后坝或岸边的距离不大于0.5m，所述填料支撑体的高度低于河道常水位。

优选的，所述填料支撑体为栅栏结构的支撑体和在所述栅栏结构的支撑体四角处垂直连接的4个支柱；

在所述栅栏结构的支撑体上挂有生物填料单体，所述生物填料单体的长度为0.5～2.5m，每两个生物填料单体的间距为10～20cm。

优选的，所述后坝的堆积方式如下：坝体纵向总长度从底部往上每层依次减少一个生态石笼单体的长度，上层的每个生态石笼单体底部有且仅有两个生态石笼单体支撑；

所述后坝中，生态石笼单体的长×宽×高为0.5m×0.5m×0.5m或1m×1m×1m；

所述后坝的长度10～20m，宽度为2～20m，高度为1～3m。

优选的，所述超细粒径基质的粒径为3～10mm。

本发明提供的所述生态滤坝在河道水环境治理中的应用。

与现有技术相比，本发明具有以下优点和效果如下：

1)本发明提供的生态滤坝4个处理单元整体设计合理，坝前拦截区通过设置两级拦截-水上拦污浮筒和渔网，可有效降低漂浮物和悬浮物下流进入坝体造成堵塞，前坝通过吸附性能较好的基质增加坝体对氨氮和总磷的去除效果，其后的生物接触氧化区，可增加了水体溶解氧含量，同时进一步降低有机物及氨氮含量，后坝采用超细粒径基质，有利于实现坝体反硝化，降低水体总氮和硝态氮含量，通过以上措施结合实现水质净化；

2)坝体采用生态石笼单体组成而成，与现有应用较多的一体坝相比，施工难度相对较小，且石笼单体可根据实际情况随时增减、更换及拆除，后期维护管理方便，使用寿命更长，极大增加了生态滤坝的适用范围；

3)前坝进行了水力学优化设计，两种粒径基质交错排列，有利于延长水力停留时间，增加坝体的去除效果，且水体流动方向不再单一，有利于缓解了坝体堵塞，降低基质更换频率，延长坝体使用寿命。

附图说明

图1为本发明提供的生态滤坝的结构俯视图；

图2为本发明提供的前坝纵断面图；

图3为本发明提供的后坝纵断面图；

图4为本发明提供的生物填料俯视图；

图5为本发明提供的填料支撑体的实物图；

其中：1坝前拦截区；2水上拦污浮筒；3渔网；4前坝；5生物接触氧化区；6生物填料；7微孔曝气盘；8曝气分管；9曝气主管；10后坝；11河道堤岸；12中小粒径基质；13大粒径基质；14生态石笼单体；15河道底部；16超细粒径基质；17生物生物填料单体；18填料支撑体。

具体实施方式

本发明提供了一种基于污染物高效原位拦截的生态滤坝，按水流方向依次包括坝前拦截区、前坝、生物接触氧化区和后坝；

所述坝前拦截区按照水流方向依次包括水上拦污浮筒和渔网；

所述前坝是由若干个分别填充中小粒径基质和大粒径基质生态石笼单体交错堆积而成；

所述生物接触氧化区包括曝气系统和生物填料区，所述曝气系统包括设置在河道底部的曝气管和附在所述曝气管上的微孔曝气盘，所述曝气系统的上方安装填料支撑体，在所述填料支撑体上挂生物填料；

所述后坝是由若干个填充超细粒径基质的生态石笼单体交错堆积而成。

本发明提供的生态滤坝的结构俯视图见图1。所述生态滤坝包括四个单元，按照水流方向分步依次为坝前拦截区、前坝、生物接触氧化区和后坝。

污染河道上游来水首先经过所述坝前拦截区。所述坝前拦截区按照水流方向依次包括水上拦污浮筒和渔网。在一个实施例中，所述水上拦污浮筒和渔网的间距优选为10m。所述水上拦污浮筒优选漂浮在水面上且高于水面20～30cm；所述水上拦污浮筒的材质优选为塑料，例如pvc和pe等。所述渔网的网宽优选1～2m，垂直高度优选不低于50cm，所述渔网的内网眼优选为1指及以下，所述渔网的顶部优选至少高出水面20cm。所述坝前拦截区作为第一道污染物过滤防线，一级拦污浮筒首先拦截大中型垃圾及其他水面漂浮物，二级渔网作为其补充拦截，通过拦截处理后可防止绝大部分漂浮物进入前坝基质而导致堵塞。

在所述渔网的下游距离10～20m处设置前坝。在所述前坝中，由若干个多个正方体生态石笼单体组合而成，生态石笼单体的结构稳定不易产生较大形变。生态石笼单体按列按层堆积排列，每层含多列石笼，列与列之间填充基质依次为中小粒径基质和大粒径基质，下一层总长度比上一层少一列，横断面为一个等腰梯形；所述堆积的层数优选不超过三层，坝体纵向总长度从底部往上每层依次减少一个生态石笼单体的长度，上层的每个生态石笼单体底部有且仅有两个生态石笼单体支撑。所述交错堆积的方法优选为填充中小粒径基质的生态石笼单体用装填大粒径基质的生态石笼单体间隔开来(见图2)。所述生态石笼单体为添充基质的石笼网。所述石笼网优选采用镀锌钢丝。所述中小粒径基质和大粒径基质优选对氨氮、总磷吸附效果较好的基质，例如钢渣、沸石或砾石等。所述中小粒径基质的粒径优选为8～20mm；所述大粒径基质的粒径优选为15～30mm。在一个实施例中，所述前坝的长度优选为10m，宽度优选为20m，高度优选为2m，具体的选用生态石笼单体的尺寸(长×宽×高)为1×1×1m，分上下层，纵断面为下层10排、上层9排，每排10个。在另一个实施例中，所述前坝的长度优选为5m，宽度优选为8m，高度优选为1m，具体的选用生态石笼单体尺寸(长×宽×高)为0.5×0.5×0.5m，分上下层，纵断面为下层10排、上层9排，每排10个。

在所述前坝的下游距离0.5m处设置生物接触氧化区(见图4)。所述生物接触氧化区的长度优选为20～30m，宽度优选为8～20m。所述生物接触氧化区包括曝气系统和生物填料区，所述曝气系统包括设置在河道底部的曝气管和附在所述曝气管上的微孔曝气盘，所述曝气系统的上方安装填料支撑体，在所述填料支撑体上挂生物填料。所述填料支撑体和生物填料组成生物填料区。所述填料支撑体的边缘与后坝或岸边的距离优选为0.5m；所述填料支撑体的高度低于河道常水位。在所述填料支撑体为栅栏结构的支撑体和在所述栅栏结构的支撑体四角处连接的4个支柱(见图5)，所述填料支撑体通过4个支柱固定在河道的底部；所述栅栏结构的支撑体分上下平行分布的两层，两层的间距优选为0.5～2.5m，下层的栅栏结构的支撑体距离河道底部为0.2～0.3m。在上次栅栏结构的支撑体上挂有生物填料单体，生物填料单体的下端垂直的固定在下层栅栏结构的支撑体上，防止随水流飘动。所述生物填料单体的长度为0.5～2.5m，每两个生物填料单体的间距为10～20cm。在一个实施例中，所述填料支撑体的长度为19m，宽度为19m，高度为1.8m；在所述填料支撑体上优选每隔1m设有一根不锈钢管，共20根，在所述不锈钢管上挂有生物填料单体，所述生物填料单体的长度优选为1m，每两个生物填料单体的间距优选为10～20cm。在另一个实施例中，所述生物接触氧化区的长度为30m，宽度为8m，填料支撑体上挂填充有生物填料的生物填料单体，生物填料单体长度为0.7m，河流的底部设置曝气装置，沿岸两侧分别布设一根曝气主管，曝气主管的长度为29m，曝气主管上每间隔1m设一根曝气分管，共30根，微孔曝气盘设置曝气分管上，每两个微孔曝气盘的间距为1m。本发明对所述生物填料的种类没有特殊限制，采用本领域所熟知的生物填料即可，所述生物填料优选为立体弹性填料。生物接触氧化区的设置可增加了水体溶解氧含量，同时进一步降低有机物及氨氮含量。

在所述生物接触氧化区的下游距离0.5m处设置后坝。所述后坝的堆积方式优选与所述前坝的堆积方式相同，具体如下：坝体纵向总长度从底部往上每层依次减少一个生态石笼单体的长度，上层的每个生态石笼单体底部有且仅有两个生态石笼单体支撑(见图3)。所述后坝中，生态石笼单体的长×宽×高为0.5m×0.5m×0.5m或1m×1m×1m。所述后坝的长度10～20m，宽度为2～20m，高度为1～3m。所述超细粒径基质的粒径优选为3～10mm。所述超细粒径基质的种类优选包括砾石、钢渣等。所述后坝采用粒径更小的基质进行填充，有利于进一步提升污染物的截留效果。

本发明提供的基于污染物高效原位拦截的生态滤坝的构建方法按照上述记载进行布置即可。所述生态滤坝的构建方法可显著降低施工难度，分区净化可有效提高滤坝去除能力，且从根本上缓解了坝体堵塞问题，大大延缓了生态滤坝使用寿命。

本发明提供了所述生态滤坝在河道水环境治理中的应用。所述河道优选中小型河道。采用上述生态滤坝对河道的水环境进行治理，使水质处理效果趋于稳定，且坝体运行良好，且前坝和后坝末端水流均匀，未产生堵塞。同时河道水质监测结果表明tn的去除率为29.4％～40.7％，tp的去除率为30.6％～32.4％，nh4⁺-n的去除率为35.1％～36.7％，codcr的去除率为28.8％～35.6％，说明本应用能高效实现水质净化。

下面结合实施例对本发明提供的一种基于污染物高效原位拦截的生态滤坝进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。

实施例1

在某受污染河道原位修复中，首先在河道治理区上游设置渔网，横向长22m，宽1.5m，内网眼1指，网两端通过尼龙绳捆绑于岸边固定桩上。渔网顶部高出水面约0.5m，其余沉于水面以下。

渔网下游20m为前坝，坝体总长10m，总宽20m，总高2m，石笼网采用镀锌钢丝，石笼单体尺寸(长×宽×高)为1×1×1m，分上下层，纵断面为下层10排、上层9排，每排10个，基质采用砾石，大粒径选用15～30mm的颗粒，中小粒径选择8～20mm的颗粒，两种粒径基质石笼单体交错排列，每排采用相同粒径，即沿水流方向下层1、3、5、7、9排和上层1、3、5、7、9排采用大粒径填料，下层2、4、6、8、10排和上层2、4、6、8排采用中小粒径填料。

前坝后为生物接触氧化区，该区域长20m，宽20m，填料支撑体边缘与前坝、后坝及岸边距离为0.5m，支撑体总长19m，总宽19m，总高1.8m，支撑体上每1m设有一根不锈钢管，共20根，不锈钢管上挂有弹性填料，弹性填料长1m，间距10cm。

生物接触氧化区后连接后坝，坝体总长10m，总宽20m，总高2m，石笼单体尺寸(长×宽×高)为1×1×1m，分上下层，纵断面为下层10排、上层9排，每排10个，采用超细粒径基质，砾石粒径为3～10mm。

本实施例试运行1个月后，水质处理效果趋于稳定，坝体运行良好，且前坝和后坝末端水流均匀，未产生堵塞，河道水质监测结果见表1。

表1生态滤坝上下游水质监测结果(均值)

实施例2

某城市河道上游来水主要为污水处理厂尾水，入河水质为《城镇污水处理厂污染物排放标准》(gb18918-2002)一级a标准，在排口下游100m处建立生态滤坝系统，与实施例1区别在于：小眼渔网横向长10m，宽0.5m；渔网下游10m设单层前坝，坝体总长5m，宽8m，高1m；前坝后接生物接触氧化区，该区域长30m，宽8m，填料支撑体上挂弹性生物填料单体，单体长0.7m，底部为微孔曝气，沿岸两侧分别布设一根曝气主管，管长29m，主管上每1m设一根曝气分管，共30根，曝气盘设置曝气分管上，间距为1m；生物接触氧化区后为单层后坝，坝体总长12m，宽8m，高1m。

本实施例试运行3个月以来，系统运行良好，水质去除率较稳定，未发现堵塞现象，系统进出水监测结果见表2。

表2生态滤坝上下游水质监测结果(均值)

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。