一種高效控制山地城市道路徑流氮素污染的裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明專利公開一種高效控制山地城市道路徑流氮素污染的裝置，該裝置由植被生長介質(zhì)層（2）、過濾層（3）、碳源層（4）、二次過濾層（5）組成；所述植被生長介質(zhì)層（2）厚度0.2米，由滲透系數(shù)較高的土壤類型構(gòu)成；所述過濾層（3）厚度1米，由具有吸附能力的陶粒、沸石等填料和石英砂混合而成；所述碳源層（4）厚度0.3米，由石灰石和持續(xù)性碳源混合而成；所述二次過濾層（5）由吸附性填料和石英砂混合而成。該裝置具有以下優(yōu)點：實現(xiàn)了山地城市暴雨徑流氮素濃度的短時高效去除，不需動力，既實現(xiàn)了氮的快速去除，又避免了出水的二次污染；裝置布置靈活，安裝方便，不影響城市景觀，尤其適用于大坡度路面暴雨徑流氮素污染的控制。
【專利說明】一種高效控制山地城市道路徑流氮素污染的裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明專利屬于環(huán)境保護(hù)【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及山地城市暴雨徑流中氮素的去除，尤其適用于大坡度路面暴雨徑流溶解性氮的去除。
【背景技術(shù)】
[0002]水體富營養(yǎng)化是我國目前面臨的重大水環(huán)境問題之一，已成為制約我國國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要瓶頸。氮是植物、藻類和微生物生長的首要營養(yǎng)性限制因素，是引發(fā)水體富營養(yǎng)化的主要驅(qū)動元素之一,水體中氮的過量輸入和富集往往導(dǎo)致水生生態(tài)環(huán)境的改變[Collins K A, Lawrence T J, Stander E K, Jontos R J, Kaushal S S, Newcomer T A,Grimm N B， Cole Ekberg M L Opportunities and challenges for managing nitrogenin urban stormwater: A review and synthesis[J].Ecological Engineering,2010, 36: 1507 - 1519] o近年來，城市化的快速推進(jìn)使得大量的原生態(tài)地面迅速轉(zhuǎn)變?yōu)椴煌杆聣|面，大大降低了暴雨期間城市區(qū)域的氮滯留能力；與此同時，隨著點源污染控制率的不斷提高，城市暴雨徑流對受納水體氮素污染的貢獻(xiàn)日益凸顯[Davidson E A, Savage KE, Bettez N D, Marino R, Howarth R ff.Nitrogen in runoff from residential roadsin a coastal area[J].Water Air Soil Pollution, 2010，210:3-13.]。據(jù)報道，很多國家和地區(qū)受納水體氮素污染的50%以上來自城市暴雨徑流，2/3的河口水環(huán)境由于暴雨徑流氮素污染而功能退化[Pitt R, Maestre A, Morquecho R.The National StormwaterQuality Database (NSQD, version L I)[DB].Dept, of Civil and EnvironmentalEngineering, University of Alabama, Tuscaloosa, AL.2005.]。因此，關(guān)注城市暴雨徑流氮素污染的高效控制意義重大。
[0003]山地城市地形復(fù)雜，暴雨徑流峰短流急，對下墊面累積污染物的沖刷更為強烈，對受納水體的水質(zhì)安全威脅更為突出。課題組在對山城重慶不同下墊面暴雨徑流氮素污染的長期研究中發(fā)現(xiàn)，溶解性氮是暴雨徑流中氮素的主要賦存形態(tài)(占總氮的73-82%)，而溶解性氮中又以無機氮為主(占總氮的63-82%)[何強，彭述娟，王書敏，王振濤.不同下墊面暴雨徑流氮賦存形態(tài)分布特性及控制技術(shù)[J].土木建筑與環(huán)境工程，2012, 34 (5): 147-153]。溶解性氮包括銨態(tài)氮、硝態(tài)氮、溶解性有機氮等幾種形式，不同形態(tài)氮素的生物有效性不同，一般說來溶解性氮較固態(tài)氮更容易被生物利用。截至目前，針對溶解性氮素的去除手段還比較有限，傳統(tǒng)濕地技術(shù)對于溶解性氮的去除效率也比較低，溶解性氮的高效去除還主要依賴“硝化-反硝化”的生物過程進(jìn)行[Wilcock R J,Miiller K, van Assema G B, Bellingham M A, Ovenden R.Attenuation of Nitrogen,Phosphorus and E.coli Inputs from Pasture Runoff to Surface Waters by a FarmWetland: the Importance of Wetland Shape and Residence Time[J].Water Air SoilPollut.，2012，223:499 - 509]。然而，“硝化-反硝化”過程的發(fā)生需要反應(yīng)時間保障、碳源保障，以及 “好氧-缺氧”交替的反應(yīng)條件保障，這對于產(chǎn)流時間短、產(chǎn)流量大以及碳源相對不足的山地城市暴雨徑流來說具有極大挑戰(zhàn)。[0004]已公開的中國專利展示了幾種城市暴雨徑流氮素污染調(diào)控的方法。專利文獻(xiàn)CN101913709A “一種復(fù)合生態(tài)攔截填料及制備方法”提出一種城市暴雨徑流氮磷截留的填料，但該技術(shù)主要針對湖泊等開放水體；專利文獻(xiàn)CN1446759A “氮磷污染控制的復(fù)合濕地生態(tài)方法及其系統(tǒng)”提出了一種暴雨徑流氮素污染的控制技術(shù)，但該技術(shù)復(fù)雜程度相對較高，水力停留時間較長，在用地緊張的山地城市并不適應(yīng)?？傮w來水，針對山地城市暴雨徑流氮素污染進(jìn)行高效控制的技術(shù)還比較少，根據(jù)山地城市地理特點，針對性開發(fā)暴雨徑流氮素污染的短時高效技術(shù)很有必要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]山地城市暴雨徑流氮素污染是城市受納水體污染的主要來源之一，同時，傳統(tǒng)的城市暴雨徑流管理措施并不具備快速脫氮功能，因此，實現(xiàn)山地城市暴雨徑流氮素污染的短時快速脫除具有極大技術(shù)挑戰(zhàn)。鑒于此，本發(fā)明針對山地城市暴雨徑流污染特性和山地城市地形特點，提出一種適合山地城市特色的暴雨徑流氮素污染控制裝置。該裝置可以高效降低暴雨徑流中的氮素濃度，管理簡單，不需動力，可廣泛用于西南片區(qū)廣大山地城市。
[0006]本發(fā)明專利的技術(shù)方案如下:
一種高效控制山地城市道路徑流氮素污染的裝置，其特征在于:所述裝置單體由植被生長介質(zhì)層(2)、過濾層(3)、碳源層(4)、二次過濾層(5)組成，旁通管道(I)與植被生長介質(zhì)層(2)的高差提供0.3-0.5米的過濾水頭；所述植被生長介質(zhì)層(2)厚度0.2米，由滲透系數(shù)較高的砂壤土構(gòu)成，植被類型可根據(jù)城市景觀規(guī)劃要求選?。凰鲞^濾層(3)厚度I米，由具有吸附能力的陶粒、沸石等填料和石英砂混合而成，混合比例1:1 ;所述碳源層(4)厚度0.3米，由石灰石和可持續(xù)性碳源混合而成；所述二次過濾層(5)由具有吸附能力的填料(活性炭顆粒、陶粒等)和石英砂混合而成，混合比例1:1。
[0007]為適應(yīng)山地城市道路長度差別較大的特點，本技術(shù)特征在于實際應(yīng)用中整個裝置系統(tǒng)由若干裝置單體串聯(lián)組成，串聯(lián)級數(shù)以道路坡度和長度確定。
[0008]為適應(yīng)山地城市道路具有一定坡度的特點，本裝置特征在于裝置單體呈階梯式分布，分為下向流和上向流兩格，暴雨徑流在裝置內(nèi)流態(tài)為上下折流式。
[0009]為滿足山地城市暴雨徑流氮素污染快速脫除的需求，本裝置特征在于通過裝置單體上下折流的流態(tài)特點，實現(xiàn)了 “好氧-缺氧”交替分布的脫氮條件，有利于實現(xiàn)山地城市暴雨徑流中氮素的快速脫除。
[0010]為確保山地城市暴雨徑流氮素污染的快速去除，同時保障出水水質(zhì)，本裝置特征在于通過裝置單體“過濾層-碳源層-二次過濾層”的交替排列，保證了輸入徑流中氨氮的快速去除，提供了持續(xù)性穩(wěn)定碳源，同時高效滯留了碳源層設(shè)置釋放的溶解性有機碳、有機氮等物質(zhì)，有效避免了出水色度升高的現(xiàn)象。
[0011]本發(fā)明專利的主要優(yōu)點如下:(I)、實現(xiàn)了山地城市暴雨徑流氮素濃度的短時高效去除，不需動力，對于暴雨徑流中的有機物也有明顯去除效果；(2)、裝置占地小，布置靈活，安裝方便，可根據(jù)具體地形適當(dāng)調(diào)整，不影響城市景觀，尤其適用于大坡度路面的暴雨徑流氮素污染控制；(3)、裝置折流式的流態(tài)設(shè)計、“過濾層-碳源層-二次過濾層”的交替排列，既實現(xiàn)了氮的快速去除，又避免了出水二次污染現(xiàn)象的發(fā)生?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0012]圖1是該裝置的單體示意圖。
【具體實施方式】
[0013]圖1為本裝置單體圖。路面暴雨徑流經(jīng)沉砂井沉淀去除顆粒態(tài)污染物后輸入本裝置，裝置最上部為植物生長介質(zhì)層(2)，該層由高滲透性土壤組成，當(dāng)遇到高強度降雨時，過量徑流由上部旁通管道(1)排至下水道，旁通管道(1)距離植物生長介質(zhì)層(2)的高差為
0.3-0.5米；暴雨徑流穿過最上部介質(zhì)層(2)后進(jìn)入過濾層(3)，過濾層(3)主要由吸附性填料和石英砂組成，以強化氨氮的吸附截留；在暴雨徑流繼續(xù)往下流動的過程中，由于單元格折向流的流態(tài)設(shè)計，單元格下部處于淹沒狀態(tài)，徑流逐漸形成反硝化缺氧環(huán)境；在碳源層
(4)填充石灰石和固定碳源混合物，既維持較高的過水性能，又能持續(xù)性提供反硝化碳源，以彌補暴雨徑流中C/N比例失衡的缺陷，采用的碳源有木片、硫磺、還原性煤等。徑流流經(jīng)碳源層(4)后折向上流流經(jīng)二次過濾層(5)，該層同樣由吸附性填料組成，以便截留此前產(chǎn)生的溶解性有機氮等污染物。實際應(yīng)用過程中可根據(jù)道路情況采用多個裝置單體串聯(lián)使用。
【權(quán)利要求】
1.一種高效控制山地城市道路徑流氮素污染的裝置，其特征在于:所述裝置單體由植被生長介質(zhì)層(2)、過濾層(3)、碳源層(4)、二次過濾層(5)組成，旁通管道(1)與植被生長介質(zhì)層(2)的高差提供過濾水頭(0.3-0.5米)；所述植被生長介質(zhì)層(2)厚度0.2米，由滲透系數(shù)較高的砂壤土構(gòu)成，植被類型可根據(jù)城市景觀規(guī)劃要求選取；所述過濾層(3)厚度I米，由具有吸附能力的陶粒、沸石等填料和石英砂混合而成，混合比例1:1 ;所述碳源層(4)厚度0.3米，由石灰石和可持續(xù)性碳源混合而成；所述二次過濾層(5)由具有吸附能力的填料(活性炭顆粒、陶粒等)和石英砂混合而成，混合比例1:1。
2.如權(quán)利要求1所述的針對山地城市暴雨徑流氮素進(jìn)行高效去除的裝置，其特征在于實際應(yīng)用中整個裝置系統(tǒng)由若干裝置單體串聯(lián)組成，串聯(lián)級數(shù)以道路坡度和長度確定。
3.如權(quán)利要求1所述的針對山地城市暴雨徑流氮素進(jìn)行高效去除的裝置，其特征在于裝置單體呈階梯式分布，分為下向流和上向流兩格，暴雨徑流在裝置內(nèi)流態(tài)為上下折流式。
4.如權(quán)利要求1所述的針對山地城市暴雨徑流氮素進(jìn)行高效去除的裝置，其特征在于通過裝置單體上下折流的流態(tài)特點，實現(xiàn)了 “好氧-缺氧”交替分布的脫氮條件，有利于實現(xiàn)山地城市暴雨徑流中氮素的快速脫除。
5.如權(quán)利要求1所述的針對山地城市暴雨徑流氮素進(jìn)行高效去除的裝置，其特征在于通過裝置單體“過濾層-碳源層-二次過濾層”的交替排列，保證了輸入徑流中氨氮的快速去除，提供了持續(xù)性穩(wěn)定 碳源，同時高效滯留了碳源層設(shè)置釋放的溶解性有機碳、有機氮等物質(zhì)，有效避免了出水色度升高的現(xiàn)象。
【文檔編號】C02F9/14GK103936221SQ201310021134
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2013年1月21日 優(yōu)先權(quán)日:2013年1月21日
【發(fā)明者】王書敏, 于慧, 朱啟紅 申請人:重慶文理學(xué)院