一种具有径流污染物去除功效的公路生态滤沟渗滤系统

摘要

本发明公开了公路雨水污染物过滤领域内的一种具有径流污染物去除功效的公路生态滤沟渗滤系统，包括矩形沟槽、生态滤床以及间隔一定距离设置在矩形沟槽底部的出水口，生态滤床内从上而下依包括土壤层、多层滤料层、净化介质层和空隙较大的基底排水层，各层之间布置土工布，本发明通过结构层材料的搭配达到集过滤、通风、排水效果为一体的结构系统，不需要外加构筑就能实现对路面径流中各类污染物，尤其溶解态氮去除效率高、运行稳定性好、自通风等功能，可用于公路污水过滤中。

说明书

技术领域

本发明涉及一种公路生态滤沟，特别涉及一种渗滤系统。

背景技术

我国道路事业蓬勃发展的同时，对生态系统的干扰与破坏也在不断增大。频繁的交通活动，汽车尾气排放、轮胎和路面磨损、部件腐蚀以及油脂渗漏等导致大量的悬浮颗粒物、重金属、营养盐和有机物等污染物在路面积累，当降水形成路面径流，这些有害物质即被挟带排人水体或土壤，即造成受纳水体水质恶化和水生生态破坏以及周边土壤的重金属污染。

为了改善水生态系统，缓解广泛应用的汇处理措施带来的土地资源浪费，就地处理雨水径流污染的源处理措施作为一种高效、便捷的手段，受到越来越多的关注。生态滤沟在不占用耕地的前提下，减少高负荷污染的路面径流对受纳水体的污染程度，缓解道路蓬勃发展带来的水体污染问题，在道路工程中有着广阔的应用前景。

传统的道路生态滤沟主要是利用多空隙结构进行过滤，对溶解态氮净化效果很不明显，且径流中的总氮中85%为溶解态形式存在。传统滤床的整体结构表现为以孔隙率由上至下依次变小的布局工作，且对于滤床底部的排水功能需要通过复杂的布置排水管得以实现，存在维修困难，稳定性不高的缺点。

传统滤床中对于硝化细菌的繁殖需要通过布置通气装置才能实现，在系统的长期运行过程中，由于通气装置的老化与堵塞作用，传统滤床的硝化细菌会因为缺氧而造成死亡，从而导致整体处治除液态氮系统功能的丧失。因而，一种具有功能长期稳定性的新型系统布局方法亟待采取。

传统生态滤床的排水设备未充分考虑到水力作用，对于排水大多采用机械的抽取等措施，且排水效率较差。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有径流污染物去除功效的公路生态滤沟渗滤系统，提高各种径流污染物，尤其是溶解态氨氮的去除效果，能有效保证出水水质；且不易堵塞，自然通风，运行稳定，运行周期长，且结构简单，运行费用低，可维修性高等优点。

本发明的目的是这样实现的：一种具有径流污染物去除功效的公路生态滤沟渗滤系统，包括矩形沟槽、生态滤床以及间隔一定距离设置在矩形沟槽底部的出水口，生态滤床内从上而下依包括土壤层、多层滤料层、净化介质层和空隙较大的基底排水层，各层之间布置土工布。

作为本发明的进一步限定，所述多层滤料层的材质为多孔陶粒，所述多层滤料层由上、下两层滤料层构成，上层滤料层内多孔陶粒的粒径为9-11mm，上层滤料层的高度为12-18cm，下层滤料层内多孔陶粒的粒径为3-5mm，下层滤料层的高度12-15cm。

作为本发明的进一步限定，所述多孔陶粒选用粘土陶粒、粉煤灰陶粒或淤泥陶粒中的一种。

作为本发明的进一步限定，所述净化介质层由沸石填充而成，沸石粒径为3-5mm，净化介质层为22-27cm。

作为本发明的进一步限定，基底排水层由卵石和砾石组成，卵石和砾石的体积比为4:1，所述卵石的粒径为50-100mm，砾石的粒径为10-30mm，控制高度在30-40cm。

作为本发明的进一步限定，所述矩形沟槽宽度为35-45cm，高度为100-110cm。

作为本发明的进一步限定，矩形沟槽底部沿其长度方向设置有若干斜坡，相邻的斜坡相向设置，所述出水口设置在斜坡底部，所述斜坡的的坡度为3/100~5/100，所述出水口每隔10m设置一个。

本发明的工作时，将生态滤床按上述结构铺设好之后，在多层滤料层铺上土壤层，土壤层内种植上麦冬草或黑麦草，降水形成的路面径流污水流入生态滤床，污水经过水压作用均匀分散到周围土壤层中，在土壤基质-植物根系-微生物系统的综合净化作用基质下得到初步净化，初步净化后的污水依次通过多层滤料层，经多孔陶粒吸附、絮凝沉淀和过滤截取水中的悬浮态污染物，间接提高介质净化层中沸石的氨氮反应空间，污水通过净化介质层后沸石的离子交换和填料的吸附作用机制下，进一步去除溶解态氨氮等污染物，被净化后的污水通过滤沟基底层的大连通孔隙顺着地面纵向斜坡流道出水口后被排出。

本发明的多层滤料层由两层滤料构成，采用的滤料粒径尺寸从上到下逐渐变小，结合陶粒的大比例表面积和水渗透能力，达到高效截留悬浮态污染物的能力，充分过滤掉污水中的不溶性物质，从而间接地提高了介质净化层中沸石的氨氮反应空间，使到达介质净化层的水流能充分进行除氮反应。

本发明的净化介质层所用的填料细粒沸石是一族架状构造的含水铝硅酸盐矿物，配合内部宽阔的空洞和孔道实现了较高的离子交换性能与高效吸附性能，对径流污水中氮磷污染物，尤其总氮具有优先吸附能力，净化介质层填料高度与内部低孔隙率保证了水流通过时有足够的氨氮反应时间与硝化菌繁殖的培养空间。

本发明的基底排水层自然的利用大粒径卵石与砾石填充所形成的大孔隙，既实现了高效的排水功能，又保证了非雨天时期整个滤床的通风效果，为硝化菌的繁殖提供了良好的有氧环境，保证了整个系统除氮功效的持久性。

本发明通过结构层材料的搭配达到集过滤、通风、排水效果为一体的结构系统，不需要外加构筑就能实现溶解态氮去除效率高、运行稳定性好、自通风等功能；与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

（1）出水水质好，运行稳定，对氮（尤其溶解态氮）、磷去除能力高；

（2）透水性好，不易堵塞，自然通风，运行周期长；

（3）结构简单，三层结构层填料的设计使渗滤下来的水分布均匀，不需要集水系统、排水系统和通风系统，只需简单的出水口就可以使出水有效排出；

（4）所用填料来源广泛，成本低廉，便于大规模推广应用；

（5）处理效果受季节影响小，地表种植的黑麦草等，耐寒性好，且具有景观效应。

附图说明

图1为本发明生态滤沟的横断面布置图。

图2为本发明生态滤沟的纵断面布置图。

其中，1麦冬草，2土壤层，3上层滤料层，4下层滤料层，5净化介质层，6基底排水层，7土工布，8矩形沟槽，9出水口。

具体实施方式

如图1-2所示的一种具有径流污染物去除功效的公路生态滤沟渗滤系统，包括矩形沟槽8、生态滤床以及出水口9，所述矩形沟槽8宽度为35-45cm，高度为100-110cm，生态滤床内从上而下依包括土壤层2、多层滤料层、净化介质层5和空隙较大的基底排水层6，各层之间布置土工布7，矩形沟槽8底部沿其长度方向设置有若干斜坡，相邻的斜坡相向设置，所述出水口9设置在斜坡底部，所述斜坡的的坡度为3/100~5/100，所述出水口9每隔10m设置一个，所述多层滤料层的材质为粘土陶粒，所述多层滤料层由上、下两层滤料层构成，上层滤料层3内粘土陶粒的粒径为9-11mm，上层滤料层3的高度为12-18cm，下层滤料层4内粘土陶粒的粒径为3-5mm，下层滤料层4的高度12-15cm，所述净化介质层5由沸石填充而成，沸石粒径为3-5mm，净化介质层5为22-27cm，基底排水层6由卵石和砾石组成，卵石和砾石的体积比为4:1，所述卵石的粒径为50-100mm，砾石的粒径为10-30mm，控制高度30-40cm。

本发明建造时采取以下步骤实现：

步骤1）矩形沟槽8开挖宽度在35-45cm，高度在100-110cm，沟槽四周和底部有混凝土浇筑，底面斜坡顺着高速公路纵向控制在1：100，在斜坡的底部每隔10m设置一处出水口9。

步骤2）选取卵石和砾石作为滤床基底排水层6，为保证整个系统的高效排水、底部自然通风效果的实现，粒径分别在50-100mm和10-30mm，控制高度在30-40cm，两种石料按照4:1的体积比进行混合填充，保证最终底基层孔隙率控制在35%左右。

步骤3）在基底排水层6的上方选取沸石填充净化介质层5，沸石粒径3-5mm，控制高度在22-27cm，沸石主要化学成分是SiO2，其内部有着宽阔的空洞和孔道，沸石离子交换能力强、化学性能稳定、可以与水中大量的阳离子进行交换降低水浊度值，除去水中的氟离子、氨氮离子等有害离子。

步骤4）选取粘土陶粒铺筑上、下两层滤料层，粒径分别为9-11mm和3-5mm，控制高度分别在15-18cm和12-15cm，粘土陶粒为多孔轻质材料，多孔结构使之可以存留大量的地表水、悬浮颗粒及污染物，存留的水和部分污染物可供给植物生长，轻质性能有利于降低材料运输成本。

步骤5）在多层滤料层的上面铺上土壤层2，土壤层2内种植麦冬草1或黑麦草，生态滤床的各层之间布置土工布7。

本系统处理高速公路径流污水，水利负荷4.22m³/（m²d），经培养后运行，系统出水较为稳定，并且对经本系统过滤后对滤水进行检测，得到SS（悬浮物）、COD（化学耗氧量）、Pb（铅重金属）、Zn（锌重金属）、营养盐（TP、TN）和溶解态氮的去除率分别达93%、83%、92%、78%、85%、60%、50%。

本发明并不局限于上述实施例，如多孔陶粒选用粉煤灰陶粒或淤泥陶粒中的一种也是可以的，在本发明公开的技术方案的基础上，本领域的技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中的一些技术特征作出一些替换和变形，这些替换和变形均在本发明的保护范围内。