一種強化脫氮的生物滯留池的制作方法
【專利摘要】本發明涉及一種用于雨水徑流處理的強化脫氮的生物滯留池，用于解決現有設施脫氮效率差，有機物淋出嚴重的現象。所述裝置由覆蓋層、填料層和保護層組成。填料層在傳統生物滯留設施介質成分（黃砂、土壤及堆肥）的基礎上，加入了重量比例為3?5%的高C/N有機物，保護層主要是黃砂和土壤的混合物。高C/N有機物可使填料層在進水期和間歇期呈現厭氧?好氧環境交替演進的狀態，有利于各種形態氮素的脫除，下方保護層可有效截留去除填料層有機物溶淋產生的COD，在保證高效脫氮的基礎上，克服了生物滯留設施存在的有機物淋出嚴重的現象。
【專利說明】
一種強化脫氮的生物滯留池
技術領域
[0001] 本發明屬于環境保護領域，具體涉及一種用于雨水徑流處理的強化脫氮的生物滯 留池。
【背景技術】
[0002] 城市雨水徑流是城市環境中氮類化合物一個重要的輸出載體。高濃度的氮類化合 物釋放到水體中易造成富營養化，導致水生生態環境的惡化。因此，控制徑流中含氮污染物 意義重大。由于雨水徑流中的大部分氮類污染物都是溶解性的，包括過濾等物理處理方法 難以有效去除這些物質。
[0003] 生物滯留設施能有效去除雨水徑流中包括氮類化合物在內的多種污染物。設施進 水中的有機氮和氨氮在下滲過程中易被介質吸附或截留得到去除。被吸附的有機氮和氨氮 在兩場降雨事件之間的落干期，由于氧氣的作用發生氨化和硝化而轉化為硝態氮。硝態氮 只有在缺氧和碳源充足的條件下，通過反硝化作用以N 2O或N2的形式被去除。傳統生物滯 留設施為了保證設施的含水率并為植物生長提供營養，在填料層的介質中添加了一定量的 堆肥，可為反硝化提供碳源。但是傳統的生物滯留設施在降雨間歇期，介質處于好氧狀態， 通常無法滿足反硝化作用所需要的缺氧條件。由于介質不能有效吸附帶負電荷的硝酸鹽， 導致生物滯留設施出水中硝酸鹽濃度經常高于進水濃度，特別是在進水中氨氮和有機氮比 較高的場合。為解決上述問題，已公開的發明專利文件(CN204803077U)提出提高出水口的 位置，創造淹水區使設施下部出現利于反硝化的厭氧環境，但這種方法使得淹沒區的介質 失去水量調蓄作用，降低了設施的年徑流總量控制率，對NOf-N去除效果也不盡滿意。已公 開的發明專利文件(CN105621622A)提出在填料層下層空間中填充低透水性材料構建適合 反硝化的厭氧空間，并在下層介質添加秸桿作為碳源，這種方法能在一定程度上提高脫氮 效果。但是一方面秸桿等有機物C/N較低，容易對出水中氮濃度造成不利影響；另一方面設 施容易產生有機物淋出的現象，使得出水中COD過高。
[0004] 本發明針對上述問題，創新性地提出構建上層反硝化生物滯留設施的方法。只在 設施上層的填料層中添加高C/N的有機物(木肩類），利用木肩強化好氧微生物的生長，促使 上層設施在進水期和落干期中呈現厭氧好氧交替發生的狀態，使得反硝化作用能在上層填 料層中發生。下層保護層可對上層介質中木肩分解的淋出物進行有效處理截留，使得設施 在有效除氮的同時，出水中COD淋出控制在較低的水平上。
【發明內容】
[0005] 針對現有技術中生物滯留設施在水質控制上存在的不足之處，本發明的目的是提 供一種能在水文控制效果不變的基礎上，高效脫氮又能降低出水中COD濃度的強化脫氮的 生物滯留池。
[0006] 為實現上述目的，本發明采用了如下技術方案： 一種強化脫氮的生物滯留池，其中：自上而下由覆蓋層、填料層和保護層組成，填料層 采用黃砂、田園土和高C/N有機物混合而成，黃砂、田園土和高C/N有機物重量比為65~87:10 ~30:3~5;保護層由黃砂和田園土組成，黃砂和田園土重量比為60~80:20~40;覆蓋層一側上 部設有進水管，另一側上部設有溢流管;填料層中添加高C/N有機物，利用高C/N有機物強化 好氧微生物的生長，促使填料層在進水期和落干期中呈現厭氧好氧交替發生的狀態，使得 反硝化作用能在填料層中發生;保護層對填料層中高C/N有機物分解的淋出物進行有效處 理截留，使得生物滯留池在有效除氮的同時，出水中COD淋出控制在較低的水平上。
[0007] 本發明中，填料層和保護層的高度分別為350~550mm。
[0008] 本發明中，高C/N有機物以木質素或纖維素為主要成分，如木肩、刨花等。
[0009] 本發明中，對于地下水最高水位與設施底部間距小于0.6m的地區，在保護層底部 設置礫石層，礫石層底部鋪設有不透水土工布，所述礫石層中鋪設穿孔排水管。
[0010] 本發明中，所述爍石層高度為50~100mm，穿孔排水管的孔徑為6~12mm。
[0011] 本發明中，所述覆蓋層厚度為50~100mm。
[0012] 本發明中，所述植物6采用鳶尾等。
[0013] 采用上述技術方案，本發明的有益效果：除了能夠保證生物滯留設施有效削減徑 流總量和峰值流量的水文功能，還能保證設施上部填料層在進水過程中呈現缺氧/厭氧狀 態，對雨水徑流中的氮素高效脫除，使得設施并不需要采用排水管上彎等結構也能達到很 好的脫氮效果，充分利用下方基質層的水量調蓄作用。另外，設施填料層下部的保護層可對 溶淋產生的有機物過濾截留，有效提高出水的水質。
【附圖說明】
[0014] 圖1為新型脫氮生物滯留池結構示意圖 圖中編號：1為覆蓋層，2為填料層，3為保護層，4為礫石層，5為進水管，6為植物，7為溢 流管，8為不透水土工布，9為穿孔排水管。
【具體實施方式】
[0015] 下面通過實施例結合附圖進一步說明本發明。
[0016] 實施例1:如圖1所示，本發明的強化脫氮的雨水生物滯留池包括主體結構:覆蓋 層1、填料層2、保護層3和礫石層4,雨水徑流收集和排出管道:進水管5、溢流管7和穿孔出水 管9，填料層2栽種耐淹耐旱植物6 (如鳶尾），礫石層4底部鋪設有不透水土工布8。
[0017] 不透水表面的徑流首先通過進水管5進入生物滯留池內，然后依次經過覆蓋層1、 填料層2和保護層3，在地下水最高水位與設施底部間距大于0.6m地區，出水可直接下滲補 充地下水。在地下水最高水位與設施底部間距小于0.6m地區，徑流在礫石層4和不透水土工 布上8積聚，通過穿孔出水管9排放到雨水管道，也可用作市政雜用水或用作景觀水體補充 水。當徑流量過大時，超過滲透能力的徑流可經溢流管7直接排放。
[0018] 所述填料層2由黃砂、田園土和木肩的混合組成，黃砂、田園土和木肩的重量比為 65~87:10~30:3~5。所述填料層2為植物6提供足夠的水分和營養以維持其生長。所述填料層 2中所用木肩除了能提高介質含水率和作為反硝化碳源外，還能促進好氧微生物的生長，使 得填料層在進水期呈現缺氧或厭氧環境，在降雨間歇期(落干期)介質含水率降低到田間持 水度以下時呈現好氧環境。被填料層2截留的有機氮和氨氮在落干期發生氨化及硝化作用， 在進水期厭氧環境中發生反硝化作用，實現總氮的脫除。
[0019] 所述保護層3由黃砂和田園土混合組成，黃砂和田園土混合物的重量比為60~80: 20~40。在當地土壤粘粒含量小的場合可黃的用量可取小值，保證保護層3飽和滲透速率在2 ~7cm/h范圍即可。進水經填料層2過程中，會將填料層2淋出的小顆粒及溶解有機物帶入保 護層3,所述保護層3可將這些有機物截留并降解，保證出水水質。對于地下水最高水位距設 施底部大于〇. 6m地區，出水可直接下滲補充地下水。
[0020] 在地下水最高水位距設施底部小于0.6m地區，所述礫石層4由直徑大于穿孔排水 管9孔徑的礫石組成。所述礫石直徑不超過20mm，所述礫石層4的厚度為100-200mm。所述礫 石層4主要用于保護穿孔收集管9，防止其堵塞，經過滲濾的雨水由穿孔收集管9收集，排除 生物滯留設施。
[0021] 利用該新型脫氮生物滯留池為原型構建的生物滯留柱A，在使用自來水配置的模 擬雨水徑流實驗中，考慮最不利情況，即總氮濃度很高且大部分為MV-Ν，平均進水總氮 7.58mg/L時，和基質未加有機物的生物滯留柱B，在下層添加木肩的生物滯留柱C和出水口 上彎式的生物滯留柱D，脫氮處理效果和出水有機物淋出濃度對比如表所示。
[0022]表1四種生物滯留設施脫氮效果對比（進水流速4cm/h)
表3生物滯留設施填料層中ORP對比
綜合表可知，強化脫氮生物滯留設施A，總氮脫除效果明顯好于不加有機質的傳統生物 滯留設施B和出水管上彎式生物滯留設施D。整個進水過程中，新型脫氮生物滯留設施A填料 層ORP能降到-200mV以下，而傳統生物滯留設施B的ORP-直維持在600mV以上，不能達到適 合脫氮的厭氧條件。在有機物淋出方面，新型脫氮生物滯留設施A能保證出水COD維持在較 低水平，并不會出現下層無保護層的生物滯留設施C的COD濃度升高的現象。由于本發明在 同樣的介質層厚度下，所有介質層都可以吸收、截留徑流，設施的水文控制效果優于存在水 飽和區的出水管上彎式設施與設置低滲層造成積水層的設施。
【主權項】
1. 一種強化脫氮的生物滯留池，其特征在于：自上而下由覆蓋層、填料層和保護層組 成，填料層采用黃砂、田園土和高C/N有機物混合而成，黃砂、田園土和高C/N有機物重量比 為65~87:10~30:3~5;保護層由黃砂和田園土組成，黃砂和田園土重量比為60~80:20~40;覆 蓋層一側上部設有進水管，另一側上部設有溢流管;填料層上種植物;填料層中添加高C/N 有機物，利用高C/N有機物強化好氧微生物的生長，促使填料層在進水期和落干期中呈現厭 氧好氧交替發生的狀態，使得反硝化作用能在填料層中發生;保護層對填料層中高C/N有機 物分解的淋出物進行有效處理截留，使得生物滯留池在有效除氮的同時，出水中COD淋出控 制在較低的水平上。2. 根據權利要求1所述的強化脫氮的生物滯留池，其特征在于，填料層和保護層的高度 分別為350~550mm。3. 根據權利要求1所述的強化脫氮的生物滯留池，其特征在于，高C/N有機物以木質素 或纖維素為主要成分，如木肩、刨花等。4. 根據權利要求1所述的強化脫氮的生物滯留池，其特征在于，對于地下水最高水位與 設施底部間距小于0.6m的地區，在保護層底部設置礫石層，礫石層底部鋪設有不透水土工 布，所述礫石層中鋪設穿孔排水管。5. 根據權利要求4所述的強化脫氮的生物滯留池，其特征在于，所述礫石層高度為50~ 100mm，穿孔排水管的孔徑為6~12mm。6. 根據權利要求1所述的強化脫氮的生物滯留池，其特征在于，所述覆蓋層厚度為50~ 100mm〇
【文檔編號】C02F101/38GK106006966SQ201610511755
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年7月4日
【發明人】李田, 萬哲希
【申請人】同濟大學