山地城市暴雨徑流豎流式脫氮裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本專利屬于環(huán)境保護技術領域，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】
[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)化的主要驅動元素之一，水體中氮的過量輸入和富集往往導致水生生態(tài)環(huán)境的改變[Collins K A, Lawrence T J, Stander E K, Jontos R J, Kaushal S S, Newcomer TA, Grimm N B， Cole Ekberg M L.0pportunities and challenges for managingnitrogen in urban stormwater: A review and synthesis[J].EcologicalEngineering, 2010,36: 1507-1519]。近年來，城市化的快速推進使得大量的原生態(tài)地面迅速轉變?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日益凸顯[DavidsonE A, Savage K E， Bettez N D， Marino R， Howarth R ff.Nitrogen in runoff fromresidential roads in a coastal area[J].Water Air Soil Pollut1n, 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.TheNat1nal Stormwater Quality Database (NSQD, vers1n 1.1)[DB].Dept.0f Civiland Environmental Engineering, University of Alabama, Tuscaloosa, AL.2005.]。因此，關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[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”的生物過程進行[Wilcock R J , Miiller K, van Assema G B,Bellingham M A, Ovenden R.Attenuat1n of Nitrogen, Phosphorus and E.coliInputs from Pasture Runoff to Surface Waters by a Farm Wet land: theImportance of Wetland Shape and Residence Time[J].Water Air Soil Pollut.,2012,223:499-509]。然而，“硝化-反硝化”過程的發(fā)生需要反應時間保障、碳源保障，以及“好氧-缺氧”交替的反應條件保障，這對于產流時間短、產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控的方法。專利文獻CN101913709A “一種復合生態(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，但該技術主要針對湖泊等開放水體;專利文獻CN1446759A “氮磷污染控制的復合濕地生態(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，但該技術復雜程度相對較高，水力停留時間較長，在用地緊張的山地城市并不適應。總體來水，針對山地城市暴雨徑流氮素污染進行高效控制的技術還比較少，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很有必要。

【發(fā)明內容】

[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，提出一種山地城市暴雨徑流豎流式脫氮裝置。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)明專利的技術方案如下:
山地城市暴雨徑流豎流式脫氮裝置，其特征在于:所述山地城市暴雨徑流豎流式脫氮裝置由溢流口 1、種植層2、過濾層3、脫氮層14、脫氮層Π 5、種植植物6、排水口7、土工布8組成。
[0007]根據(jù)權利要求1所述的山地城市暴雨徑流豎流式脫氮裝置，其特征在于:溢流口I高于種植層2表層0.5?1.0米;種植層2厚度0.3?0.5米，由砂土混合物構成，砂土體積比為8: 2;土工布8位于種植層2底部;過濾層3位于土工布8下部，由河砂構成;種植植物6植于種植層2，可以為幸福樹、南天竹、燈芯草、香根草、麥冬等。
[0008]根據(jù)權利要求1所述的山地城市暴雨徑流豎流式脫氮裝置，其特征在于:脫氮層14位于過濾層3下部，高度1.0米，且脫氮層14的橫截面積是過濾層3的1/3?1/2;脫氮層14由外室9、中室10和內室11組成，均填充粒徑10-20mm的礫石，且內室11中摻雜少量固體碳源12;固體碳源12可為竹片、稻殼等，摻雜體積為內室11容積的0.1%?0.5%;內室11水流方向為下向流，中室10水流方向為上向流，外室9水流方向為下向流；內室11與中室10底部通過10?20cm空隙連通。
[0009]根據(jù)權利要求1所述的山地城市暴雨徑流豎流式脫氮裝置，其特征在于:脫氮層Π5位于脫氮層14下部，且脫氮層Π5的內室11與脫氮層14的外室9連通;脫氮層Π5與脫氮層I4幾何結構相同；脫氮層Π 5的內室11不添加固體碳源，且脫氮層Π 5的外室9底部開設排水P7o
[0010]為有利于系統(tǒng)脫氮，脫氮層14、脫氮層Π5的折流流態(tài)設計，保證了內室11、中室10處于淹沒狀態(tài)，促使水體逐步由好氧狀態(tài)過渡到缺氧狀態(tài)。
[0011]本發(fā)明專利的主要優(yōu)點如下:(1)、結構緊湊，節(jié)省用地；(2)、脫氮效率高，尤其是對初期降雨徑流污染的控制效果較好；(3)、暴雨徑流洪峰調控效果突出；(4)、兼具城市景觀效果。
【附圖說明】
[0012]圖1是山地城市暴雨徑流豎流式脫氮裝置結構示意圖，圖中:
1-溢流口；2-種植層;3-過濾層;4-脫氮層1;5_脫氮層Π ;6_種植植物;7-排水口 ；8-土工布;9-外室9; 10-中室10; 11-內室；12-固體碳源。
【具體實施方式】
[0013]下面通過具體實施例對本發(fā)明進行具體描述，在此指出以下實施例只用于對本發(fā)明進行進一步說明，不能理解為對本發(fā)明保護范圍的限制，本領域的技術熟練人員可以根據(jù)上述
【發(fā)明內容】
對本發(fā)明作出一些非本質的改進和調整。
[0014]實施例1山地城市暴雨徑流豎流式脫氮裝置的構建
如附圖所示，山地城市暴雨徑流豎流式脫氮裝置由溢流口 1、種植層2、過濾層3、脫氮層
14、脫氮層Π 5、種植植物6、排水口 7、土工布8組成。
[00?5] 溢流口 I高于種植層2表層0.5?1.0米;種植層2厚度0.3?0.5米，由砂土混合物構成，砂土體積比為8: 2;土工布8位于種植層2底部;過濾層3位于土工布8下部，由河砂構成；種植植物6植于種植層2，可以為幸福樹、南天竹、燈芯草、香根草、麥冬等。
[0016]脫氮層14位于過濾層3下部，高度1.0米，且脫氮層14的橫截面積是過濾層3的1/3?1/2;脫氮層14由外室9、中室10和內室11組成，均填充粒徑10-20mm的礫石，且內室11中摻雜少量固體碳源12;固體碳源12可為竹片、稻殼等，摻雜體積為內室11容積的0.1%?0.5%;內室11水流方向為下向流，中室10水流方向為上向流，外室9水流方向為下向流；內室11與中室10底部通過10?20cm空隙連通。
[0017]脫氮層Π5位于脫氮層14下部，且脫氮層Π5的內室11與脫氮層14的外室9連通;脫氮層Π 5與脫氮層14幾何結構相同；脫氮層Π 5的內室11不添加固體碳源，且脫氮層Π5的外室9底部開設排水口 7。
[0018]當暴雨徑流流入該裝置時，初期徑流下滲，一次流經(jīng)種植層2、土工布8、過濾層3、脫氮層14、脫氮層Π 5，最后經(jīng)排水口 7排至市政排水管道，過量的暴雨徑流經(jīng)溢流口 2溢流至市政排水管道;在暴雨徑流流經(jīng)脫氮層14、脫氮層Π 5時，脫氮層14、脫氮層Π 5的折流流態(tài)設計，保證了內室U、中室10處于淹沒狀態(tài)，促使水體逐步由好氧狀態(tài)過渡到缺氧狀態(tài)，實現(xiàn)了暴雨徑流脫氮。
[0019]山地城市暴雨徑流豎流式脫氮裝置的建設面積與承納不透水下墊面面積的比例為1:1?1:4。
【主權項】
1.山地城市暴雨徑流豎流式脫氮裝置，其特征在于:所述山地城市暴雨徑流豎流式脫氮裝置由溢流口 1、種植層2、過濾層3、脫氮層14、脫氮層Π 5、種植植物6、排水口7、土工布8組成。2.根據(jù)權利要求1所述的山地城市暴雨徑流豎流式脫氮裝置，其特征在于:溢流口I高于種植層2表層0.5?1.0米;種植層2厚度0.3?0.5米，由砂土混合物構成，砂土體積比為8:2 ； 土工布8位于種植層2底部;過濾層3位于土工布8下部，由河砂構成;種植植物6植于種植層2，可以為幸福樹、南天竹、燈芯草、香根草、麥冬等。3.根據(jù)權利要求1所述的山地城市暴雨徑流豎流式脫氮裝置，其特征在于:脫氮層14位于過濾層3下部，高度1.0米，且脫氮層14的橫截面積是過濾層3的1/3?1/2;脫氮層14由外室9、中室10和內室11組成，均填充粒徑10-20mm的礫石，且內室11中摻雜少量固體碳源12;固體碳源12可為竹片、稻殼等，摻雜體積為內室11容積的0.1%?0.5%;內室11水流方向為下向流，中室10水流方向為上向流，外室9水流方向為下向流；內室11與中室10底部通過10?20cm空隙連通。4.根據(jù)權利要求1所述的山地城市暴雨徑流豎流式脫氮裝置，其特征在于:脫氮層Π5位于脫氮層14下部，且脫氮層Π 5的內室11與脫氮層14的外室9連通;脫氮層Π5與脫氮層14幾何結構相同；脫氮層Π 5的內室11不添加固體碳源，且脫氮層Π 5的外室9底部開設排水口I。
【專利摘要】本發(fā)明公開山地城市暴雨徑流豎流式脫氮裝置，該裝置由溢流口1、種植層2、過濾層3、脫氮層Ⅰ4、脫氮層Ⅱ5、種植植物6、排水口7、土工布8組成；溢流口1高于種植層2表層0.5～1.0米，種植層２厚度0.3～0.5米，由砂土混合物構成，砂土體積比為8:2；過濾層3位于土工布8下部，由河砂構成；脫氮層Ⅰ4位于過濾層3下部，高度1.0米，且脫氮層Ⅰ4的橫截面積是過濾層3的1/3～1/2；脫氮層Ⅰ4由外室9、中室10和內室11組成；脫氮層Ⅱ5位于脫氮層Ⅰ4下部，且脫氮層Ⅱ5的內室11與脫氮層Ⅰ4的外室9連通。本發(fā)明的優(yōu)點如下：（1）結構緊湊，節(jié)省用地；（2）脫氮效率高，尤其是對初期降雨徑流污染的控制效果較好。
【IPC分類】C02F3/30, C02F3/32
【公開號】CN105668791
【申請?zhí)枴緾N201610122368
【發(fā)明人】王書敏
【申請人】重慶文理學院
【公開日】2016年6月15日
【申請日】2016年3月4日