專利名稱：一種降低污染河流中總磷的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于生態(tài)工程和環(huán)境工程領(lǐng)域，涉及一種降低污染河流中總磷負荷，包括顆粒態(tài)磷和溶解態(tài)磷的方法，是一種可快速拆卸維護的砌塊式填料及滲濾壩體相組合的快速凈化河水的方法。
背景技術(shù)：
近些年，氣候變化和人類活動的雙重作用改變了流域下墊面的水文特性，導(dǎo)致水資源在時空上的重新分配和陸面污染物質(zhì)輸移規(guī)律的改變，從而影響水體水質(zhì)及生態(tài)系統(tǒng)健康。隨著人們對于河流本質(zhì)認識水平的提高，河流管理從以水量分配為重點，逐漸拓展為改善水質(zhì)和修復(fù)河流生態(tài)系統(tǒng)為目的，特別是對受污染河流的水質(zhì)凈化技術(shù)提出了較高的要求。目前河道內(nèi)受污河水的處理一般通過生態(tài)護坡、人工濕地和快速滲濾系統(tǒng)等方法。生態(tài)護坡是指將植物或基質(zhì)載體單元覆蓋在護坡上，當河水流過護坡時通過植物吸附、吸收作用凈化水質(zhì)(CN1811073);人工濕地多在江河水陸交錯帶建立大面積生態(tài)濕地，通過過濾系統(tǒng)與生態(tài)生物凈化系統(tǒng)相結(jié)合的方法凈化河水(CN1872731);而快速滲濾系統(tǒng)多將河水引至特定裝置或是河道在底部布置滲濾材料，通過濾料的過濾、吸附以及微生物膜的吸收降解，降低懸浮物、有機質(zhì)以及氮磷水平(CN101759298A)。現(xiàn)有技術(shù)的缺陷主要包括，人工濕地及生態(tài)護坡的方法雖能起到一定的凈化河水的作用，但存在著占地面積大，投資較多，效率不高的缺陷，而且采用的生物和微生物還易受到水位和季節(jié)的影響，產(chǎn)生二次污染。目前的滲濾系統(tǒng)多為垂直滲濾系統(tǒng)，普遍存在濾料堵塞的問題，而且，滲濾系統(tǒng)在使用一段時間后，濾料的吸附能力逐漸達到飽和。為了解決堵塞和吸附能力下降的問題，一般采用反沖洗或者更換濾料再生的辦法解決。反沖洗需要能量，濾料的更換則較為繁復(fù)，特別在偏遠地區(qū)的河道，由于缺乏電力和場地限制，反沖洗和濾料整體更換往往無法進行，從而導(dǎo)致滲濾系統(tǒng)不能長期有效地發(fā)揮作用。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種降低污染河流中總磷的方法，采用在河道內(nèi)建設(shè)砌塊式填料及滲濾壩體組成的砌塊式滲濾壩，原位、快速去除污染河流中總磷污染，多級填料配置可有效降低河水中總磷及顆粒物含量，達到凈化水質(zhì)的效果，同時考慮河道過流量和兼顧防洪泄流安全；砌塊式填料便于更換或者沖洗填料以解決填料再生問題。本發(fā)明的目的是通過如下技術(shù)方案實現(xiàn)的
一種降低污染河流中總磷的方法，其特征在于在河道內(nèi)選擇的控制斷面上建造砌塊式滲濾壩，所述的砌塊式滲濾壩包括固定式壩體和固定式壩體上的填料砌塊；所述的填料砌塊采用錯縫形式干砌在固定式壩體上；
所述的填料砌塊由砌塊式包絡(luò)結(jié)構(gòu)和填充其中的填料組成，填料選自活化沸石、陶粒、無煙煤和涂鐵砂，其中活化沸石的粒徑為24 32_，陶粒粒徑為16 24_，無煙煤粒徑為12 16mm,涂鐵砂粒徑為8 16mm ；
固定式壩體上的填料砌塊在水流方向上分為三級，第一級填料砌塊內(nèi)填充活化沸石，第二級填料砌塊內(nèi)填充陶粒與無煙煤的混合物，其質(zhì)量比為I :1.85 1 :2. 15，第三級填料砌塊內(nèi)填充涂鐵砂。具體而言，所述的降低污染河流中總磷的方法，包括如下步驟
I.選擇控制斷面；
所述的控制斷面通常布置在二級水功能區(qū)的上游，以靠近水文測流斷面為佳。具體而言，選擇控制斷面遵循如下原則· (1)根據(jù)水體功能區(qū)設(shè)置控制斷面，控制斷面布置在二級水功能區(qū)的上游，既能調(diào)節(jié)水量又能起到凈化水源的作用；
(2)斷面位置應(yīng)避開死水區(qū)、回水區(qū)、排污口處，選擇順直河段、河床穩(wěn)定、水面寬闊、水流平穩(wěn)、無急流、無淺灘處；
(3)控制斷面附近如有水文測流斷面應(yīng)靠近水文測流斷面，以便利用其水文參數(shù)，實現(xiàn)水質(zhì)監(jiān)測與水量控制的結(jié)合。2.建造固定式壩體；
具體而言，上述的固定式壩體，兩側(cè)為豎向的壩體，建筑高度與河道堤頂齊平，底部為混凝土找平層。兩側(cè)壩體分別向內(nèi)形成“ L」”槽型結(jié)構(gòu)，便于側(cè)面嵌入填料砌塊；底部混凝土找平層向上形成“ U ”槽型結(jié)構(gòu)，便于底部嵌入砌塊式填料包絡(luò)結(jié)構(gòu)。3.配置填料砌塊；
將篩選的填料分別填充在各自的砌塊式包絡(luò)結(jié)構(gòu)中，配置成填料砌塊。所述的砌塊式包絡(luò)結(jié)構(gòu)包括角鐵框架、沖孔鍍鋅鋼板和加強扁鐵。角鐵框架為長方體形，沖孔鍍鋅鋼板焊接在角鐵框架上，側(cè)面和底面由沖孔鍍鋅鋼板圍擋，頂面留空，便于裝卸填料。加強扁鐵通常可焊接在角鐵框架底部，以增強砌塊底部的強度。上述砌塊式包絡(luò)結(jié)構(gòu)的角鐵框架，角鐵規(guī)格優(yōu)選為2cm，大小為20X30X40cm，容積為24升。按填料容重為O. 9-1. 5公斤/升計算，單個砌塊及填料的重量為23-37公斤，其重量適合單人取出維護和再放置。上述沖孔鍍鋅鋼板孔距與孔徑由所填濾料的粒徑?jīng)Q定，通常的規(guī)律為孔距約為填料粒徑范圍內(nèi)較大值，略小于最大值，孔徑略小于填料粒徑范圍內(nèi)的最小值，保證填料不被沖走，也能保證砌塊式包絡(luò)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，還可降低砌塊自重，保證透水面積，降低水頭損失。上述的包絡(luò)結(jié)構(gòu)底部加強扁鐵寬度為5cm，水平焊接在角鐵框架底部，以保證砌塊式填料包絡(luò)結(jié)構(gòu)的底部強度。上述砌塊中的填料為活化沸石、陶粒、無煙煤、涂鐵砂，分別填充在砌塊式包絡(luò)結(jié)構(gòu)中，形成不同濾料的砌塊并按梯級粒徑布置在水流方向上。從保證濾后水質(zhì)的角度出發(fā)，較小的濾料粒徑是有利的。但本發(fā)明通過在河道內(nèi)直接建造包含填料砌塊的滲濾壩來原位進行凈化水質(zhì)，既要保證水質(zhì)還要有一定的過流量，而且同時考慮壩身的穩(wěn)定性，濾層較厚，因此，可以選用較大的濾料粒徑。同時，水流方向上梯級粒徑布置，濾料粒徑沿水流方向由大趨小，有利于懸浮顆粒進入濾層的較深處，并且，由于大部分懸浮顆粒被截留在上游孔隙尺寸比較大的濾層，有利于減緩水頭損失的增長。此外，較小粒徑的濾料分布在濾層的尾部，也有利于保證濾后水質(zhì)。經(jīng)發(fā)明人多次實驗發(fā)現(xiàn)，流速對于磷去除率具有很大影響，流速越大磷去除率越低，而且還會產(chǎn)生壩前雍水現(xiàn)象，不利于壩體穩(wěn)定，因此，本發(fā)明更適用于平均流速小于2m/s的河道。具體而言，本發(fā)明降低總磷的方法中，填料砌塊中選擇填料的配料如下
第一級活化沸石，粒徑為24 32_。吸附性能強，離子交換性能好，不僅能去除水中的
濁度、色度、異味，而且對水中有害的重金屬及有機物具有較好的吸附交換作用。第二級陶粒與無煙煤質(zhì)量比采用I :1.85 1 :2. 15，經(jīng)發(fā)明人多次實驗發(fā)現(xiàn)，在保證過流量的情況下，該配比不僅能夠有效去除水中的懸浮顆粒物，而且能比純陶粒的氨氮 去除率提高2 3倍，氨氮去除率接近30%。陶粒，粒徑為16 24mm，顆粒圓、均勻、表面粗糙、多微孔、內(nèi)部孔隙發(fā)達，比表面積大，從而生物菌附著能力強，繁殖快、掛膜效率高，低溫低濁條件下去除氨氮效果好。無煙煤，粒徑為12 16mm，具有最高的含碳量百分比和固體顆粒保持能力，能夠可靠地提高懸浮顆粒清除能力。第三級涂鐵砂，粒徑為8 16mm，表面粗糙，空隙多，比表面積大，吸附能力強，除磷效果顯著。4.在固定式壩體上安裝填料砌塊；
本發(fā)明中所述的填料砌塊布置方法是不同種砌塊按照梯級粒徑布置的方法布置在水流方向上，同種砌塊式填料層疊放置，無論是水平方向還是垂直方向，砌塊間均錯縫放置。填料砌塊垂向擺放高度和擺放層數(shù)由該河道的特征水位決定
填料砌塊的常設(shè)高程為該河道平水年多年平均水位；
填料砌塊式的汛期堆放高程為該河道的汛期限制水位。滲濾壩上填料砌塊的擺放高度與洪水位之間應(yīng)留出泄洪高度，保證防洪要求。在洪水位以下，水流自流順次通過濾料，經(jīng)過濾料的物理攔截、化學(xué)吸附作用，有效降低顆粒物含量及含磷量，達到凈化河水的目的。當濾料吸附能力接近飽和以后可以快速更換或者沖洗填料，在洪水來臨前還可以人工迅速搬出填料砌塊，保證洪水安全通過。填料砌塊的最大堆放高程為該河道的保證水位，取決于防洪堤的防洪設(shè)計標準。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，有益效果在于
(I)利用滲濾壩型式原位去除污染河流中總磷及顆粒磷的方法簡便，處理效果好，能夠快速、有效低降含磷量，同時能夠降低懸浮顆粒物含量與氨氮含量。不僅同時考慮了滲濾壩的過水性和處理效果，同時兼顧壩體的安全性和防洪泄流的需要。(2)利用本發(fā)明所述的填料配方能夠顯著降低懸浮物及氨氮、總磷含量，氨氮去除率達20% 30%，總磷去除率達70%以上。(3)本發(fā)明的砌塊式滲濾壩結(jié)構(gòu)簡單、投資低，便于安裝和拆卸，當填料飽和后便于在機械施工困難的場地施工，進行人工更換或者沖洗填料。(4)在洪水發(fā)生前方便降低滲濾壩的高度，保護下游安全。下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明進行詳細描述。本發(fā)明的保護范圍并不以具體實施方式
為限，而是由權(quán)利要求加以限定。


圖I為本發(fā)明方法涉及的砌塊式滲濾壩的剖視結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明方法涉及的砌塊式滲濾壩的俯視結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本發(fā)明方法涉及的砌塊式滲濾壩中砌塊式包絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為本發(fā)明方法涉及的砌塊式滲濾壩中砌塊式包絡(luò)結(jié)構(gòu)底部示意圖。
具體實施方式

下面結(jié)合附圖及具體實施例對本發(fā)明的具體實施和效果進行詳細說明。本發(fā)明涉及一種降低污染河流中總磷的方法，在河道內(nèi)選擇的控制斷面上建造砌塊式滲濾壩，包括選擇控制斷面，建造固定式壩體，配置填料砌塊，在固定式壩體上安裝填料砌塊。如圖1，2所示，裝有填料3的砌塊式包絡(luò)結(jié)構(gòu)I沿水流方向及垂向錯縫干砌在固定式壩體2中。如圖3，4所示，上述的砌塊式包絡(luò)結(jié)構(gòu)I包括角鐵框架11，沖孔鍍鋅鋼板12和加強扁鐵13，沖孔鍍鋅鋼板12和加強扁鐵13焊接在砌塊式包絡(luò)結(jié)構(gòu)框架11上；砌塊式包絡(luò)結(jié)構(gòu)框架11頂面為空，其他五面被沖孔鍍鋅鋼板12圍擋。上述的固定式壩體2，兩側(cè)為豎向的壩體，建筑高度與河道堤頂齊平，兩側(cè)壩體分別向內(nèi)形成“ L」”槽型結(jié)構(gòu)21，便于側(cè)面嵌入填料砌塊；壩體底部為混凝土找平層，向上形成“ U ”槽型結(jié)構(gòu)22，便于底部嵌入填料砌塊。上述的填料砌塊根據(jù)其中的填料3在水流方向上分為三級，第一級為活化沸石31，第二級為陶粒與無煙煤的混合物32，其質(zhì)量比為I :1. 85^1 :2. 15，第三級為涂鐵砂33。
實施例I
選擇河道內(nèi)水文斷面下游20m處為控制斷面。修建圖1、2中所示的固定式壩體2，固定式壩體兩側(cè)及底部凹槽寬度為3m，底部凹槽長度為12m，設(shè)計壩高2. 4m。填料3放入砌塊式包絡(luò)結(jié)構(gòu)I中，砌塊式包絡(luò)結(jié)構(gòu)I大小為20 X 30 X 40cm，其中活化沸石砌塊中粒徑為24 32臟，沖孔鍍鋅鋼板孔距30mm，孔徑20mm，陶粒、無煙煤砌塊中粒徑分別為16 24mm和12 16mm，沖孔鍍鋅鋼板孔距20mm，孔徑10mm，陶粒與無煙煤質(zhì)量比為I: I. 85，涂鐵砂砌塊中粒徑為8 16mm，沖孔鍍鋅鋼板孔距15mm，孔徑5mm，包絡(luò)結(jié)構(gòu)底部加強扁鐵寬度為5cm。裝有不同填料的砌塊式包絡(luò)結(jié)構(gòu)I按照自上游到下游活化沸石、陶粒與無煙煤、涂鐵砂的順序以錯縫型式干砌在固定式壩體2中，壩體垂向上填料砌塊也采取錯縫干砌方式，以達到最高的穩(wěn)定性。填料砌塊的常設(shè)高程為該河道平水年多年平均水位312m。填料砌塊式的汛期堆放高程為該河道的汛期限制水位311. 5m。填料砌塊的最大堆高程為該河道的保證水位313m。
壩前水深為O. 98m，滲濾面積為11. 76m2。壩前河水中懸浮物較多，河水能見度較差，氨氮含量為2. 66mg/L，總磷含量為O. 96mg/L，經(jīng)過滲濾壩后河水能見度明顯提高，河水中氨氮含量為I. 90mg/L,總磷含量為O. 08 mg/L,氨氮去除率約為29%，總磷去除率約為92%。壩體穩(wěn)定，壩前未出現(xiàn)明顯雍水現(xiàn)象。
實施例2
選擇河道內(nèi)水文斷面下游18m處為控制斷面。修建圖1、2中所示的固定式壩體2，固定式壩體兩側(cè)及底部凹槽寬度為2. 4m，底部凹槽長度為10m，設(shè)計壩高2. 2m。填料3放入砌塊式包絡(luò)結(jié)構(gòu)I中，砌塊式包絡(luò)結(jié)構(gòu)I大小為20 X 30 X 40cm，其中 活化沸石砌塊中粒徑為24 32臟，沖孔鍍鋅鋼板孔距30mm，孔徑20mm，陶粒、無煙煤砌塊中粒徑分別為16 24mm和12 16mm，沖孔鍍鋅鋼板孔距20mm，孔徑10mm，陶粒與無煙煤質(zhì)量比為I: I. 85，涂鐵砂砌塊中粒徑為8 16mm，沖孔鍍鋅鋼板孔距15mm，孔徑5mm，包絡(luò)結(jié)構(gòu)底部加強扁鐵寬度為5cm。裝有不同填料的砌塊式包絡(luò)結(jié)構(gòu)I按照自上游到下游活化沸石、陶粒與無煙煤、涂鐵砂的順序以錯縫型式干砌在固定式壩體2中，壩體垂向上填料砌塊也采取錯縫干砌方式，以達到最高的穩(wěn)定性。填料砌塊的常設(shè)高程為該河道平水年多年平均水位298. lm。填料砌塊的汛期堆放高程為該河道的汛期限制水位297m。填料砌塊的最大堆高程為該河道的保證水位300m。壩前水深為I. 20m，滲濾面積為12m2。壩前河水中懸浮物較多，河水能見度較差，氨氮含量為2. 41mg/L,總磷含量為O. 92mg/L，經(jīng)過滲濾壩后河水能見度明顯提高，氨氮含量為I. 81mg/L，總磷含量為O. 15 mg/L，氨氮去除率約為25%，總磷去除率約為84%。壩體穩(wěn)定，壩前未出現(xiàn)水位雍高現(xiàn)象。
實施例3
選擇河道內(nèi)水文斷面下游20m處為控制斷面。修建圖1、2中所示的固定式壩體2，固定式壩體兩側(cè)及底部凹槽寬度為3. 3m，底部凹槽長度為12m，設(shè)計壩高2. 6m。填料3放入砌塊式包絡(luò)結(jié)構(gòu)I中，砌塊式包絡(luò)結(jié)構(gòu)I大小為20 X 30 X 40cm，其中活化沸石砌塊中粒徑為24 32臟，沖孔鍍鋅鋼板孔距30mm，孔徑20mm，陶粒、無煙煤砌塊中粒徑分別為16 24mm和12 16mm，沖孔鍍鋅鋼板孔距20mm，孔徑10mm，陶粒與無煙煤質(zhì)量比為I: I. 85，涂鐵砂砌塊中粒徑為8 16mm，沖孔鍍鋅鋼板孔距15mm，孔徑5mm，包絡(luò)結(jié)構(gòu)底部加強扁鐵寬度為5cm。裝有不同填料的砌塊式包絡(luò)結(jié)構(gòu)I按照自上游到下游活化沸石、陶粒與無煙煤、涂鐵砂的順序以錯縫型式干砌在固定式壩體2中，壩體垂向上填料砌塊也采取錯縫干砌方式，以達到最高的穩(wěn)定性。填料砌塊的常設(shè)高程為該河道平水年多年平均水位305. 3m。填料砌塊的汛期堆放高程為該河道的汛期限制水位304m。
填料砌塊的最大堆高程為該河道的保證水位307m。壩前水深為I. 62m,滲濾面積為19. 44m2。壩前河水中懸浮物較多 ，河水能見度較差，氨氮含量為1.77mg/L，總磷含量為O. 89mg/L。經(jīng)過滲濾壩后河水能見度明顯提高，氨氮含量為I. 39mg/L，總磷含量為O. 17 mg/L，氨氮去除率約為21%，總磷去除率約為81%。壩體穩(wěn)定，壩前未出現(xiàn)水位雍高現(xiàn)象。
權(quán)利要求
1.ー種降低污染河流中總磷的方法，其特征在于在河道內(nèi)選擇的控制斷面上建造砌塊式滲濾壩，所述的砌塊式滲濾壩包括固定式壩體和固定式壩體上的填料砌塊；所述的填料砌塊采用錯縫形式干砌在固定式壩體上； 所述的填料砌塊由砌塊式包絡(luò)結(jié)構(gòu)和其中填充的填料組成，填料選自活化沸石、陶粒、無煙煤和涂鐵砂，其中活化沸石的粒徑為24 32_，陶粒粒徑為16 24_，無煙煤粒徑為12 16mm,涂鐵砂粒徑為8 16mm ； 固定式壩體上的填料砌塊在水流方向上分為三級，第一級填料砌塊內(nèi)填充活化沸石，第二級填料砌塊內(nèi)填充陶粒與無煙煤的混合物，質(zhì)量比為I :1.85 1 :2. 15，第三級填料砌塊內(nèi)填充涂鐵砂。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的降低污染河流中總磷的方法，其特征在于所述的控制斷面布置在ニ級水功能區(qū)的上游。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的降低污染河流中總磷的方法，其特征在于所述的固定式壩體，兩側(cè)為豎向的壩體，建筑高度與河道堤頂齊平，底部為混凝土找平層；兩側(cè)壩體分別向內(nèi)形成槽型結(jié)構(gòu)，底部混凝土找平層向上形成槽型結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的降低污染河流中總磷的方法，其特征在于所述的砌塊式包絡(luò)結(jié)構(gòu)包括角鐵框架、沖孔鍍鋅鋼板和加強扁鐵，沖孔鍍鋅鋼板和加強扁鐵焊接在角鐵框架上；角鐵框架為長方體形，側(cè)面和底面為沖孔鍍鋅鋼板圍擋，頂面為空。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的降低污染河流中總磷的方法，其特征在于所述的沖孔鍍鋅鋼板沖孔孔距略小于填料顆粒直徑的最大值，孔徑略小于填料顆粒直徑的最小值。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的降低污染河流中總磷的方法，其特征在于所述在固定式壩體上，填料砌塊在水平方向和垂直方向均錯縫放置。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的降低污染河流中總磷的方法，其特征在于填料砌塊的常設(shè)高程為該河道平水年多年平均水位；汛期堆放高程為該河道的汛期限制水位；最大堆放高程為該河道的保證水位。
全文摘要
一種降低污染河流中總磷的方法，在河道內(nèi)的控制斷面上建造砌塊式滲濾壩，所述的砌塊式滲濾壩包括固定式壩體和填料砌塊，填料砌塊采用錯縫形式干砌在固定式壩體上；所述的填料砌塊由砌塊式包絡(luò)結(jié)構(gòu)和填料組成，填料選自粒徑24~32mm活化沸石、16~24mm陶粒、12~16mm無煙煤和8~16mm涂鐵砂；固定式壩體上的填料砌塊在水流方向上分為三級，第一級填充活化沸石，第二級填充質(zhì)量比為1∶1.85~2.15陶粒與無煙煤的混合物，第三級填充涂鐵砂。本發(fā)明利用滲濾壩原位去除污染河流中總磷，方法簡便，能夠有效低降含磷量，同時能夠降低懸浮顆粒物含量與氨氮含量。
文檔編號E02B7/04GK102849904SQ20121038693
公開日2013年1月2日 申請日期2012年10月15日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月15日
發(fā)明者張路, 杜應(yīng)旸, 王兆德 申請人:中國科學(xué)院南京地理與湖泊研究所