專利名稱：流動水域原位脫氮反應器的制作方法
技術領域：
本發(fā)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(nóng)業(yè)生產(chǎn)強度的增加和對水資源需求的提高，由氮磷等營養(yǎng)物過剩引起的湖泊、水庫、河口、海岸等水體富營養(yǎng)化已成為社會經(jīng)濟發(fā)展及生態(tài)環(huán)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游陸域向下游水域輸送氮磷等營養(yǎng)物的主要通道，在區(qū)域和全球的氮循環(huán)中起到了重要的調控作用，而且是許多地區(qū)生活、生產(chǎn)、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(xiàn)這些流動水域的氮磷污染控制至關重要。由于實施水污染源頭控制代價大，農(nóng)業(yè)施肥、畜禽養(yǎng)殖、農(nóng)村生活等產(chǎn)生的非點源污染控制難度大，使對污染水體進行原位修復和凈化成為當前水污染控制中的主要技術手段之一。當前適用于流動水域原位脫氮技術主要包括強 化充氧、沉淀作用等物理凈化技術和人工濕地/緩沖帶、生態(tài)浮島、生物濾膜等生物凈化技術。然而，現(xiàn)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、存在二次污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(xiàn)流動水域持續(xù)、自動、高效、原位脫氮技術尚未見報道，進而影響到水體富營養(yǎng)化控制的成效。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種流動水域原位脫氮反應器，以實現(xiàn)對入(湖)庫溪流、排水溝渠、城市河道等流動水域的低成本、無二次污染的、高效、持續(xù)原位脫氮。本發(fā)明目的是通過以下技術方案來實現(xiàn)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墻，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墻處鋪設用于收集脫氮尾水的PVC管，PVC管上具有多個帶紗網(wǎng)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墻下方的河床底部，其出水口露于鵝卵石擋水墻下游河床表面，在軟質排水暗管的出水口安裝有排水龍頭，在木屑層的上面并列鋪設粘砂層和礫石層，其中粘砂層靠近擋水墻，礫石層靠近跌水壩，礫石層的透水性大于粘砂層的透水性。由于流動水體的自然落差，上游的水流自動通過沉砂池后，利用跌水壩充氧后，再利用擋水墻前后側的水位差，使大部分水流進入反應池進行處理，處理后的尾水進入反應池底部的多孔PVC管，并通過若干個軟質排水暗管向下游排出。本發(fā)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，對其他污染物也起到一定的凈化作用，實現(xiàn)污染水域的持續(xù)處理和凈化。所需的大部分材料可以實現(xiàn)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，無二次污染，不影響該水域的泄洪能力，可以自動、持續(xù)、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(fā)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(fā)明
參照圖1，本發(fā)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墻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墻4處鋪設用于收集脫氮尾水的PVC管8，PVC管8上具有多個帶紗網(wǎng)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穿過鵝卵石擋水墻4下方的河床底部，其出水口露于鵝卵石擋水墻4下游河床表面，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的上面并列鋪設粘砂層9和礫石層10，其中粘砂層9靠近擋水墻4，礫石層10靠近跌水壩2，礫石層10的透水性大于粘砂層9的透水性。為了確保反應器脫氮能力且不影響水域的泄洪能力，安裝于排水暗管5出水口上的排水龍頭6最低處離河床表面的高度要低于反應池3上方的水位高度，且鵝卵石擋水墻4與跌水壩2高度相當。設置反應器前，根據(jù)流動水域的河渠形態(tài)、流量、氮形態(tài)、泥沙含量、污染物特征等現(xiàn)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(yè)。根據(jù)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，并利用原始河床在沉砂池后側形成一個具有一定高度的跌水壩；其次，在跌水壩下游處開挖一定體積的反應池，將直徑5-15cm鵝卵石組成的擋水墻堆積在緊貼反應池后側上方河床上，該鵝卵石擋水墻的高度要與跌水壩的高度相當，由于鵝卵石擋水墻不密封、具有一定的透水能力，因此，在通常的中小水流情況下，鵝卵石擋水墻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墻向下游排出，從而不僅不影響泄洪能力，而且能使部分水流自動進入反應池；在反應池后側開挖若干個用于鋪設軟質排水暗管的溝渠，使得排水暗管穿過鵝卵石擋水墻下方的河床底部，排水暗管的出水口露于鵝卵石擋水墻下游河床表面，鋪設完成后，回填開挖溝渠產(chǎn)生的河床沉降物 ’然后，在反應池底部鋪設多孔帶紗網(wǎng)的PVC管，并將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??；通過簡單篩選開挖沉砂池和反應池所產(chǎn)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并列鋪設于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墻，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(xù)高效脫氮作業(yè)。流動水域原位脫氮反應器工作原理，首先，水流經(jīng)過沉砂池后實現(xiàn)脫砂處理，并實現(xiàn)大部分吸附態(tài)污染物的去除。之后，脫砂處理后的水流經(jīng)過跌水壩，通過跌水充氧，在流經(jīng)高透水性礫石層后進入反應池后，在原著的硝化細菌和以及木屑氧化分解產(chǎn)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
之后，攜帶著主要氮素形態(tài)為硝態(tài)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、最后到達下游的排水龍頭過程中，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(huán)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(xù)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(yǎng)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(tài)氮去除能力為500 g N d \氨態(tài)氮50 g N d 1計算，根據(jù)反應式，年消耗的碳量僅相當于約5%的木屑層所含碳量，因此本反應器建造完成后理論上能充足供碳至少15年以上。采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(xù)強化硝化、反硝化等生物地球化學過程進行持續(xù)的自動脫氮處理。通過沉砂池的沉砂和跌水充氧作業(yè)，不僅可以有效抑制反應池的堵塞現(xiàn)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(tài)磷等污染物，通過適時(如發(fā)生暴雨徑流前后)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(tài)污染物的污染風險。上述具體實施方式
用來解釋說明本發(fā)明，而不是對本發(fā)明進行限制，在本發(fā)明的精神和權利要求的保護范圍內，對本發(fā)明作出的任何修改和改變，都落入本發(fā)明的保護范圍。
權利要求
1.流動水域原位脫氮反應器，其特征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墻(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墻(4 )處鋪設用于收集脫氮尾水的PVC管(8 )，PVC管 (8 )上具有多個帶紗網(wǎng)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)穿過鵝卵石擋水墻(4)下方的河床底部，其出水口露于鵝卵石擋水墻(4) 下游河床表面，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)的上面并列鋪設粘砂層(9)和礫石層(10)，其中粘砂層(9)靠近擋水墻(4)，礫石層(10)靠近跌水壩(2)，礫石層(10)的透水性大于粘砂層(9)的透水性。
2.根據(jù)權利要求I所述的流動水域原位脫氮反應器，其特征在于鵝卵石擋水墻(4)的高度與跌水壩(2)的高度相當。
全文摘要
本發(fā)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墻，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墻處鋪設用于收集脫氮尾水的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墻下方的河床底部露于鵝卵石擋水墻下游河床表面，在其出水口安裝排水龍頭，在木屑層的上面并列鋪設粘砂層和礫石層，其中粘砂層靠近擋水墻，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(xiàn)污染水域的持續(xù)處理和凈化?？梢杂行コ?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(yōu)先權日2012年11月14日
發(fā)明者陳丁江, 張柏發(fā), 黃宏 申請人:浙江大學