堤岸结合的直立护岸区面源污染净化系统 【技术领域】
本发明属于环保技术领域， 具体涉及一种堤岸结合的直立护岸区面源污染净化系统。 背景技术
面源污染， 是指溶解和固体的污染物从非特定地点， 在降水或融雪的冲刷作用下， 通过径流过程而汇入受纳水体 ( 包括河流、 湖泊、 水库和海湾等 ) 并引起有机污染、 水体富 营养化或有毒有害等其他形式的污染， 具有发生随机性、 污染物排放时间及途径不确定性、 污染负荷时空差异性大等特点， 其对流域污染的贡献率约占 66％， 已成为我国流域污染的 主要因素。根据面源污染发生区域和过程的特点， 一般将其分为城市和农业面源污染两大 类。 其中， 城市面源污染因初期径流中含有大量污染物， 其产生的污染负荷远高于城市生活 污水 ； 农业面源污染约占面源污染总量的 60 ～ 80％。目前， 国内外积极开展了对面源污染控制的研究， 根据污染物所处位置的不同， 控 制对策可分为源头控制、 中途控制和末端治理。其中末端治理技术有缓冲带、 生态护岸、 植 被截污带、 雨水沉淀池、 氧化塘和湿地系统等， 而这些技术在城区往往受城市建筑、 岸边占 地等条件的限制， 实施改造难度较大， 代价也很高 ； 而在农村地区， 采用的滨岸缓冲带技术 和湿地生态技术， 亦需占用大量的岸边场地空间， 不利于推广实施。因此， 已有研究提出结 合河道护岸自身地形特点来开展面源污染的末端治理， 如针对阶梯式护岸区申请的发明专 利： 一种高效快速去除面源污染的生态岸坡构建方法 ( 中国专利号 ZL200610161264.0)， 提 出沿河堤岸坡至河道水体之间建立三级滤床系统， 从上至下顺序为三级滤床， 二级滤床和 一级滤床， 且按阶梯式方式布置 ； 而针对斜坡式护岸申请的发明专利 ： 大中河道复式平台 面源截留净化系统 ( 中国专利号 ZL200810123577.6)， 提出在河道斜坡与复式平台的交接 处设置横断面为上宽下窄梯形的拦截横沟， 复式平台中按离河心由远至近的顺序逐层填充 不同粒径砾石， 复式平台顶部铺设混凝土砖， 滨水一侧设置为斜坡驳岸， 斜坡驳岸上铺设无 砂混凝土砌块， 并根据水深高低依次种植形成沉水植物群落、 浮水植物群落和挺水植物群 落。
上述结合坡岸地形采用的各种面源污染措施， 都因护堤外侧有阶梯或斜坡式场地 空间 ； 而在流域河道常见的直立护岸区， 因其护岸外侧直立， 没有足够的场地建造空间来实 施上述面源末端治理措施。 因此， 针对直立护岸区场地空间狭小的自身特点， 寻找一种能与 用地状况相兼容的面源污染净化方法尤显重要。此次提出的直立护岸区控制面源污染技 术， 是在考虑直立护岸区护堤外侧没有场地空间、 内侧土地资源紧缺的基础上， 依托河道两 侧直立护堤和岸， 进行一定的构建处理以控制面源污染， 达到污染控制和效益的最大化。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对直立护岸区目前没有足够的场地空间以实 施现有的面源污染治理技术， 结合直立护岸自身特点， 提供一种堤岸结合的直立护岸区面源污染净化系统。
本发明解决上述技术问题所采取的技术方案是 ： 一种堤岸结合的直立护岸区面源 污染净化系统， 该净化系统设在直立护岸内侧的地表以下， 所述的净化系统由导入机构， 净 化层结构和排水机构构成， 其中，
所述的导入机构包括布水沟和布水系统， 布水系统由多组水平设置的布水管道构 成， 布水管道设在齐平于布水沟底面的位置与布水沟联通， 或设在低于布水沟底面的位置 并通过弯管与布水沟联通， 布水管道通过底部的布水孔垂直向下布水 ；
所述的净化层结构包括隔板、 支撑架、 泥水外排管以及多层基质层， 其中， 所述的 隔板平行或近似平行于直立护岸的内侧斜坡设置， 将布水系统与直立护岸隔出一个最小为 10 ～ 20cm 的间距， 形成一斜向通道 ；
所述的支撑架设在斜向通道的底部， 与直立护岸的内侧斜坡底部共同围成泥水外 排区， 在泥水外排区内设泥水外排管， 支撑架与隔板底部形成有空隙 ；
所述的多层基质层包括小粒径基质层、 第一中粒径基质层、 第二中粒径基质层和 大粒径基质层， 其中， 在隔板一侧的布水系统下方， 按水流垂直下行方向依次填装有第一中 粒径基质层和大粒径基质层， 在隔板另一侧的斜向通道内， 按水流上行方向依次填装有第 二中粒径基质层和小粒径基质层 ；
所述的排水机构为排水管， 排水管为弯管， 进口设在斜向通道内小粒径基质层上 方和布水系统下方的位置， 出口排入河道。
本发明主要是通过过滤、 沉淀、 土壤及基质的吸附、 微生物净化等协同作用来完成 对面源污染物的削减和控制。 该方法对面源污染净化的基本过程为 ： 城市、 农村地区的径流 汇集了各种污染物后， 经由管道、 明渠或自行分散径流经由布水沟进入布水系统， 然后均匀 分布垂向下行依次流经第一中粒径基质层和大粒径基质层， 通过隔板底部及支撑架的空隙 水平流入由支撑架与直立护岸的内侧斜坡底部围成的泥水外排区， 水流垂向上行依次流经 第二中粒径基质层和小粒径基质层， 径流中的有机物、 氮、 磷等污染物经基质层时被基质和 微生物协同作用去除， 最后通过排水管排入河道。
隔板近似平行于直立护岸的内侧斜坡时， 应当保持上口大、 下口小， 材料为聚氯乙 烯、 硬聚氯乙烯中的一种或两种组合。
排水管由两根直管和一个 90°弯头组成， 根据直立护岸的尺寸和内斜坡角度确定 出水管在护岸中的铺设角度， 以保证排水管进口段与护坡内斜坡基本平行 ； 排水管的出口 位于河道年均常水位高度， 排水管的进口高于小粒径基质层 5 ～ 10cm， 低于布水系统 5 ～ 10cm， 比河道高水位略高一点 ； 管径应根据现场实际单位径流量和布水负荷确定， 约为 5 ～ 50cm ； 材质为聚乙烯， 聚氯乙烯中的一种或两种组合。
在上述方案的基础上， 在所述导入机构的布水沟上表面设有水平的栅形盖板， 该 栅形盖板的栅条间隙为 1 ～ 10cm， 材料为聚氯乙烯、 硬聚氯乙烯、 铸铁、 钢筋混凝土、 贴条、 钢管、 竹条中的一种或多种组合。而布水沟的尺寸大小应根据实际布置场地及面源污染量 确定。
在上述方案的基础上， 所述的每组布水管道均由相互连通的一根布水主管和多根 布水支管构成， 布水主管的长度一直延伸至近隔板处， 布水主管的中部向两侧垂直延伸出 两条布水支管， 这两条布水支管的中部和端部分别再向两侧垂直延伸出四条布水支管， 布水主管和布水支管上均设有多个布水孔， 材质为聚氯乙烯、 硬聚氯乙烯、 铸铁、 钢管中的一 种或多种组合。 布水支管根据现场实际单位径流量和布水负荷确定主管和支管的间距和开 孔数量， 以保证面源污染快速、 均匀的布置到基质层中去。
在上述方案的基础上， 所述的每组布水管道的布水主管的进口均对应一个篦子， 该篦子为栅条状， 垂直设在布水沟与布水系统之间， 篦子每隔 8 ～ 10m 设置一条， 每条篦子 的长度为 20 ～ 100cm， 高度为 5 ～ 50cm， 材料为聚氯乙烯、 硬聚氯乙烯、 铸铁、 钢筋混凝土、 贴条、 钢管、 竹条中的一种或多种组合。
在上述方案的基础上， 所述的支撑架为截面由两条相垂直的边构成的折角形结 构， 与直立护岸的内侧斜坡底部共同围成泥水外排区， 尺寸为 5 ～ 25cm×5 ～ 25cm， 材料为 聚氯乙烯、 硬聚氯乙烯中的一种。
在上述方案的基础上， 在护岸内侧斜坡底部的转角处设有凹弧形的防渗膜封头， 该防渗膜封头由混凝土封浇或粘合剂粘结在该转角处， 防渗膜自布水系统进口的垂直下方 铺设至防渗膜封头处， 大粒径基质层铺设在该防渗膜的上方。防止污染水直接进入地下污 染地下水。
在上述方案的基础上， 所述的泥水外排管与外设的泵联通， 泥水外排管管径为 10 ～ 25cm， 材料为聚氯乙烯、 硬聚氯乙烯中的一种。 泥水外排管的管道底部两侧 45°开孔， 紧挨地面铺设。 当排水管出现排水不畅时， 可在下次雨水来临前开启与泥水外排管相连的泵将面源污染净化系统内的泥水外排至污 水管， 从而利用反冲作用有效去除基质层中的堵塞物， 保证系统的通畅运行。
在上述方案的基础上， 所述的第一中粒径基质层的高度为 30 ～ 80cm， 第二中粒径 基质层的高度为 10 ～ 20cm， 该中粒径基质层的粒径为 5 ～ 10mm， 为砂土、 砂粒、 瓜子片、 砾 石、 沸石、 陶粒、 煤灰渣、 高炉渣、 钢渣中的一种或多种组合。可根据所需达到的污染物去除 效果选择不同的基质种类。
在上述方案的基础上， 所述的大粒径基质层的高度为 10 ～ 25mm， 粒径为 15 ～ 25mm， 为砾石、 沸石、 陶粒、 高炉渣中的一种或多种组合。 可根据所需达到的污染物去除效果 选择不同的基质种类。
在上述方案的基础上， 所述的小粒径基质层的高度为 10 ～ 50cm， 粒径为 0.15 ～ 5mm， 为砂粒、 煤灰渣、 高炉渣中的一种或多种组合。 可根据所需达到的污染物去除效果选择 不同的基质种类。
在净化系统的表面铺设有净化系统表面层。
本发明的有益效果是 ：
1、 根据直立型护坡区土地资源紧缺的特点， 充分利用直立型护坡及周边构造， 不 必占用多余土地即可保证对面源污染进行有效控制 ；
2、 设施简单可行， 成本低廉 ；
3、 后期维护工作简单， 因地制宜， 对于控制降雨径流、 农业生产型面源污染可以起 到明显效果， 从而有效减少污染物进入河道。
附图说明
图 1 为本发明净化系统的剖面结构示意图。图 2 为本发明布水系统管道布置的结构示意图。 附图中标号说明 1- 布水沟 2- 栅形盖板 3- 布水系统 31- 布水主管 4- 第一中粒径基质层 5- 粗粒径基质层 7- 支撑架 8- 泥水外排管 10- 第二中粒径基质层 11- 小粒径基质层 13- 隔板 14- 护岸 16- 河道水体 17- 护岸顶部抹面 19- 护岸栏杆 20- 篦子32- 布水支管 6- 防渗膜 9- 防渗膜封头 12- 排水管 15- 护岸基础 18- 净化系统表面层具体实施方式
下面通过实施案例进一步描述本发明。
一种堤岸结合的直立护岸区面源污染净化系统， 该净化系统设在直立护岸 14 内 侧的地表以下， 护岸 14 的底部设有比护岸底面更宽的护岸基础 15， 护岸 14 的顶部设有护岸 顶部抹面 17 及护岸栏杆 19， 护岸顶部抹面 17 内侧为净化系统表面层 18， 该净化系统表面 层 18 下方即为净化系统。 所述的净化系统由导入机构， 净化层结构和排水机构构成， 其中，
所述的导入机构包括布水沟 1 和布水系统 3。
其中， 在所述布水沟 1 上表面设有水平的栅形盖板 2， 该栅形盖板 2 的栅条间隙为 1 ～ 10cm， 材料为聚氯乙烯、 硬聚氯乙烯、 铸铁、 钢筋混凝土、 贴条、 钢管、 竹条中的一种或多 种组合。
布水系统 3 由多组水平设置的布水管道构成， 布水管道设在齐平于布水沟 1 底面 的位置与布水沟 1 联通， 或设在低于布水沟 1 底面的位置并通过弯管与布水沟 1 联通， 布水 管道通过底部的布水孔垂直向下布水 ；
每组布水管道均由相互连通的一根布水主管 31 和多根布水支管 32 构成， 布水主 管 31 的长度一直延伸至近隔板 13 处， 布水主管 31 的中部向两侧垂直延伸出两条布水支管 32， 这两条布水支管 32 的中部和端部分别再向两侧垂直延伸出四条布水支管 32， 布水主管 31 和布水支管 32 上均设有多个布水孔， 材质为聚氯乙烯、 硬聚氯乙烯、 铸铁、 钢管中的一种 或多种组合 ；
每组布水管道的布水主管 31 的进口均对应一个篦子 20， 该篦子 20 为栅条状， 垂 直设在布水沟 1 与布水系统 3 之间， 篦子 20 每隔 8 ～ 10m 设置一条， 每条篦子 20 的长度为 20 ～ 100cm， 高度为 5 ～ 50cm， 材料为聚氯乙烯、 硬聚氯乙烯、 铸铁、 钢筋混凝土、 贴条、 钢管、 竹条中的一种或多种组合。
所述的净化层结构包括隔板 13、 支撑架 7、 泥水外排管 8 以及多种基质层。
其中， 所述的隔板 13 平行或近似平行于直立护岸 14 的内侧斜坡设置， 将布水系统 3 与直立护岸 14 隔出一个最小为 10 ～ 20cm 的间距， 形成一斜向通道。
所述的支撑架 7 设在倾斜通道的底部， 为截面由两条相垂直的边构成折角形结 构， 与直立护岸 14 的内侧斜坡底部共同围成泥水外排区 8， 且支撑架 7 将隔板 13 两侧联通，
支撑架 7 尺寸为 5 ～ 25cm×5 ～ 25cm， 材料为聚氯乙烯、 硬聚氯乙烯中的一种。
所述的泥水外排管 8 设在泥水外排区内， 且在斜坡底部至护岸基础 15 平面的转角 处设有凹弧形的防渗膜封头 9， 该防渗膜封头 9 由混凝土封浇或粘合剂粘结在该转角处， 防 渗膜 6 自布水系统 3 进口的垂直下方铺设至防渗膜封头 9 处， 大粒径基质层 5 铺设在该防 渗膜 6 的上方。
所述的多层基质层填装在隔板 13 的内外两侧， 其中， 在隔板 13 一侧的布水系统 3 下方， 按水流垂直下行方向依次填装有第一中粒径基质层 4 和大粒径基质层 5， 在隔板 13 另 一侧的斜向通道内， 按水流垂直上行方向依次设有第二中粒径基质层 10 和小粒径基质层 11 ；
其中， 第一中粒径基质层的高度为 30 ～ 80cm， 第二中粒径基质层的高度为 10 ～ 20cm， 该中粒径基质层的粒径为 5 ～ 10mm， 为砂土、 砂粒、 瓜子片、 砾石、 沸石、 陶粒、 煤灰渣、 高炉渣、 钢渣中的一种或多种组合 ；
大粒径基质层的高度为 10 ～ 25mm， 粒径为 15 ～ 25mm， 为砾石、 沸石、 陶粒、 高炉渣 中的一种或多种组合 ；
小粒径基质层的高度为 10 ～ 50cm， 粒径为 0.15 ～ 5mm， 为砂粒、 煤灰渣、 高炉渣中 的一种或多种组合。 所述的排水机构为排水管 12， 排水管为弯管， 由两根直管和一个 90°弯头组成， 排水管 12 的进口设在斜向通道内小粒径基质层 11 上方 5 ～ 10cm、 布水系统 3 下方 5 ～ 10cm， 比河道高水位略高一点 ； 排水管的出口位于河道年均常水位高度。
所述的泥水外排管 8 与外设的泵联通， 泥水外排管 8 管径为 10 ～ 25cm， 材料为聚 氯乙烯、 硬聚氯乙烯中的一种。
城市面源污染径流汇集至 b×h ＝ 25cm×15cm 的布水沟 1， 然后通过间距为 10m 的 栅条状铸铁篦子 20 进入布水系统 3 均匀布水， 污染水先后流经第一中粒径基质层 4( 粒径 为 5 ～ 10mm 的高炉渣， 高度为 85cm)、 粗粒径基质层 5(25mm 的砾石， 高度为 20cm)、 第二中粒 径基质层 10( 粒径为 5 ～ 10mm 的高炉渣， 高度为 20cm) 和小粒径基质层 11(0.15 ～ 1.5mm 粗砂， 铺设高度为 25cm)， 最后经由排水管 12( 管径为 15cm， 排水管进口高度较小粒径基质 层 11 高 20cm) 排入河道。
城市面源污染的测时污染水水质为 SS、 COD、 TN、 TP 分别为 528mg/L、 250mg/L、 3.9mg/L、 2.15mg/L， 排水管 12 出水的 COD、 TN、 TP 分别为 20mg/L、 15mg/L、 0.5mg/L、 0.08mg/ L， 去除率分别达到 96％、 94％、 87％和 96％， 各项污染物都得到很大程度的净化， 达到降雨 径流面源污染控制的目的。
当排水管 12 出现排水不畅时， 在雨水来临前开启与泥水外排管 8(Φ20cm) 连的泵 (1 台 ) 将面源污染净化系统内的泥水外排至污水管， 从而利用反冲作用有效去除小粒径基 质层 11 中的堵塞物， 保证系统的通畅运行。