流動水域原位脫氮反應器的製作方法

2023-05-26 23:07:41 1

專利名稱：流動水域原位脫氮反應器的製作方法
技術領域：
本發明是一種流動水域原位脫氮反應器。
背景技術：
隨著人類工農業生產強度的增加和對水資源需求的提高，由氮磷等營養物過剩引起的湖泊、水庫、河口、海岸等水體富營養化已成為社會經濟發展及生態環境建設過程中迫切需要解決的關鍵問題之一。溪流、溝渠、河道等流動水域不僅是上遊陸域向下遊水域輸送氮磷等營養物的主要通道，在區域和全球的氮循環中起到了重要的調控作用，而且是許多地區生活、生產、娛樂用水的直接或間接來源，與人類健康和生存質量息息相關。因此，實現這些流動水域的氮磷汙染控制至關重要。由於實施水汙染源頭控制代價大，農業施肥、畜禽養殖、農村生活等產生的非點源汙染控制難度大，使對汙染水體進行原位修復和淨化成為當前水汙染控制中的主要技術手段之一。當前適用於流動水域原位脫氮技術主要包括強 化充氧、沉澱作用等物理淨化技術和人工溼地/緩衝帶、生態浮島、生物濾膜等生物淨化技術。然而，現有的這些技術手段尚存在脫氮能力弱、應用和運行成本高、壽命較短、需額外的空間、適用性低、存在二次汙染的風險等一方面或多方面不足，進而限制了這些技術手段的應用和推廣，能同時克服以上不足、實現流動水域持續、自動、高效、原位脫氮技術尚未見報導，進而影響到水體富營養化控制的成效。

發明內容
本發明的目的是提供一種流動水域原位脫氮反應器，以實現對入(湖)庫溪流、排水溝渠、城市河道等流動水域的低成本、無二次汙染的、高效、持續原位脫氮。本發明目的是通過以下技術方案來實現的流動水域原位脫氮反應器包括沿水流方向依次設置在河床上的沉砂池、跌水壩、反應池和鵝卵石堆成的擋水牆，反應池的下層填充木屑層、在木屑層的底部靠近鵝卵石擋水牆處鋪設用於收集脫氮尾水的PVC管，PVC管上具有多個帶紗網的尾水收集孔，PVC管出水口與軟質排水暗管相連，該軟質排水暗管穿過鵝卵石擋水牆下方的河床底部，其出水口露於鵝卵石擋水牆下遊河床表面，在軟質排水暗管的出水口安裝有排水龍頭，在木屑層的上面並列鋪設粘砂層和礫石層，其中粘砂層靠近擋水牆，礫石層靠近跌水壩，礫石層的透水性大於粘砂層的透水性。由於流動水體的自然落差，上遊的水流自動通過沉砂池後，利用跌水壩充氧後，再利用擋水牆前後側的水位差，使大部分水流進入反應池進行處理，處理後的尾水進入反應池底部的多孔PVC管，並通過若干個軟質排水暗管向下遊排出。本發明不僅可有效利用溪流、溝渠、河道等流動水域的原始空間和生物群落進行原位脫氮處理，而且可以利用流動水域自上而下的高差變化對原水進行跌水充氧，對其他汙染物也起到一定的淨化作用，實現汙染水域的持續處理和淨化。所需的大部分材料可以實現就地取材，建造簡單、費用低廉，無需外加動力、使用壽命長、維護成本低，無二次汙染，不影響該水域的洩洪能力，可以自動、持續、有效去除入(湖)庫溪流、排水溝渠、城市河道等流動水域中的高濃度氮。


圖I是本發明反應器的構成示意圖。
具體實施例方式以下結合附圖進一步說明本發明
參照圖1，本發明的流動水域原位脫氮反應器包括沿水流方向依次設置在河床上的沉砂池I、跌水壩2、反應池3和鵝卵石堆成的擋水牆4，反應池3的下層填充木屑層7、在木屑層7的底部靠近鵝卵石擋水牆4處鋪設用於收集脫氮尾水的PVC管8，PVC管8上具有多個帶紗網的尾水收集孔11，PVC管8出水口與軟質排水暗管5相連，該軟質排水暗管5穿過鵝卵石擋水牆4下方的河床底部，其出水口露於鵝卵石擋水牆4下遊河床表面，在軟質排水暗管5的出水口安裝有排水龍頭6，在木屑層7的上面並列鋪設粘砂層9和礫石層10，其中粘砂層9靠近擋水牆4，礫石層10靠近跌水壩2，礫石層10的透水性大於粘砂層9的透水性。為了確保反應器脫氮能力且不影響水域的洩洪能力，安裝於排水暗管5出水口上的排水龍頭6最低處離河床表面的高度要低於反應池3上方的水位高度，且鵝卵石擋水牆4與跌水壩2高度相當。設置反應器前，根據流動水域的河渠形態、流量、氮形態、泥沙含量、汙染物特徵等現狀設計反應器安裝位置、相應大小內徑的PVC管和軟質排水管、低透水性粘砂層和高透水性礫石層體積比、反應池或木屑層體積、跌水壩高度和沉砂池大小。在安裝反應器時，需攔水作業。根據選定反應器安裝位置的水流方向，首先，利用人工或機械手段，在河床上開挖一定體積的沉砂池，並利用原始河床在沉砂池後側形成一個具有一定高度的跌水壩；其次，在跌水壩下遊處開挖一定體積的反應池，將直徑5-15cm鵝卵石組成的擋水牆堆積在緊貼反應池後側上方河床上，該鵝卵石擋水牆的高度要與跌水壩的高度相當，由於鵝卵石擋水牆不密封、具有一定的透水能力，因此，在通常的中小水流情況下，鵝卵石擋水牆與跌水壩之間始終形成一個具有一定水深的蓄水池，從而不僅保持跌水充氧的效果，而且使絕大部分水流自動進入反應池；在水流較大的情況下，能使水流躍過該擋水牆向下遊排出，從而不僅不影響洩洪能力，而且能使部分水流自動進入反應池；在反應池後側開挖若干個用於鋪設軟質排水暗管的溝渠，使得排水暗管穿過鵝卵石擋水牆下方的河床底部，排水暗管的出水口露於鵝卵石擋水牆下遊河床表面，鋪設完成後，回填開挖溝渠產生的河床沉降物 』然後，在反應池底部鋪設多孔帶紗網的PVC管，並將PVC管出水口與軟質排水暗管入水口連接固定；再在反應池內下層填充直徑O. 4-lcm的碎木屑，充滿壓實，使得木屑層的透水性達到中等大小；通過簡單篩選開挖沉砂池和反應池所產生的河床沉積物，分為鵝卵石、礫石、沙壤粘質混合物等。將沙壤粘質混合物和礫石並列鋪設於反應池內木屑層上方，其中沙壤粘質混合物層靠近鵝卵石擋水牆，壓實使其具有較低的透水能力，直徑l_2cm的礫石層靠近跌水壩，適當平整使其具有較強的透水能力。在軟質排水暗管的出水口安裝排水龍頭，可以通過調整排水龍頭離河床的高度調整水流在反應池內的作用時間長短和出水流量大小，從而適應不同水文條件下的持續高效脫氮作業。流動水域原位脫氮反應器工作原理，首先，水流經過沉砂池後實現脫砂處理，並實現大部分吸附態汙染物的去除。之後，脫砂處理後的水流經過跌水壩，通過跌水充氧，在流經高透水性礫石層後進入反應池後，在原著的硝化細菌和以及木屑氧化分解產生CO2作用下，強化了氨氮的硝化作用
NH4+ + 2C02 + 202 + 硝化細菌一NO3 + H2O + 2H+
CH2O + O2 — CO2+ H2O
之後，攜帶著主要氮素形態為硝態氮的水流進一步慢慢通過中等透水性的木屑層(滯留時間>1天)、進入尾水收集的PVC管、最後到達下遊的排水龍頭過程中，在原著的反硝化細菌作用下，所處的厭氧(部分上層覆蓋著透水性較弱的粘砂層)和富碳環境進一步強化了反硝化作用
5CH20 + 4N03 + 反硝化細菌一2N2 + 4HC03 + CO2 + 3H20本反應器構建的連續好氧-厭氧和富碳生境以及反應池內部具有較高溫度的條件對 全程自養脫氮、厭氧氨氧化等其他脫氮過程也起到強化作用。反應池中的木屑層含碳量為6000 kg C時,按平均硝態氮去除能力為500 g N d \氨態氮50 g N d 1計算，根據反應式，年消耗的碳量僅相當於約5%的木屑層所含碳量，因此本反應器建造完成後理論上能充足供碳至少15年以上。採用流動水域原位脫氮反應器，不僅可以有效利用溪流、溝渠、河道等流動水域的原始空間和生物群落，通過連續強化硝化、反硝化等生物地球化學過程進行持續的自動脫氮處理。通過沉砂池的沉砂和跌水充氧作業，不僅可以有效抑制反應池的堵塞現象，大大增長了反應器運行壽命，而且可以有些攔截和去除吸附態磷等汙染物，通過適時(如發生暴雨徑流前後)和定期(每年1-2次)去除沉砂池中堆積的泥沙，可以進一步有效降低這些吸附態汙染物的汙染風險。上述具體實施方式
用來解釋說明本發明，而不是對本發明進行限制，在本發明的精神和權利要求的保護範圍內，對本發明作出的任何修改和改變，都落入本發明的保護範圍。
權利要求
1.流動水域原位脫氮反應器，其特徵是包括沿水流方向依次設置在河床上的沉砂池(1)、跌水壩(2)、反應池(3)和鵝卵石堆成的擋水牆(4)，反應池(3)的下層填充木屑層(7)、 在木屑層(7 )的底部靠近鵝卵石擋水牆(4 )處鋪設用於收集脫氮尾水的PVC管(8 )，PVC管 (8 )上具有多個帶紗網的尾水收集孔(11)，PVC管(8 )出水口與軟質排水暗管(5 )相連，該軟質排水暗管(5)穿過鵝卵石擋水牆(4)下方的河床底部，其出水口露於鵝卵石擋水牆(4) 下遊河床表面，在軟質排水暗管(5)的出水口安裝有排水龍頭(6)，在木屑層(7)的上面並列鋪設粘砂層(9)和礫石層(10)，其中粘砂層(9)靠近擋水牆(4)，礫石層(10)靠近跌水壩(2)，礫石層(10)的透水性大於粘砂層(9)的透水性。
2.根據權利要求I所述的流動水域原位脫氮反應器，其特徵在於鵝卵石擋水牆(4)的高度與跌水壩(2)的高度相當。
全文摘要
本發明公開流動水域原位脫氮反應器包括沿水流方向依次設置在河床上的沉砂池、跌水壩、反應池和鵝卵石堆成的擋水牆，反應池的下層填充木屑層、在木屑層的底部靠近鵝卵石擋水牆處鋪設用於收集脫氮尾水的PVC管，PVC管出水口與軟質排水暗管相連，該軟質排水暗管穿過鵝卵石擋水牆下方的河床底部露於鵝卵石擋水牆下遊河床表面，在其出水口安裝排水龍頭，在木屑層的上面並列鋪設粘砂層和礫石層，其中粘砂層靠近擋水牆，礫石層靠近跌水壩。本反應器就地取材，建造簡單、費用低廉，可利用流動水域自上而下的落差變化進行沉砂和跌水充氧處理，實現汙染水域的持續處理和淨化。可以有效去除入(湖)庫溪流、排水溝渠、城市河道等流動水域中的高濃度氮。
文檔編號C02F9/14GK102923914SQ201210456289
公開日2013年2月13日 申請日期2012年11月14日 優先權日2012年11月14日
發明者陳丁江, 張柏發, 黃宏 申請人:浙江大學