一种山地城市道路径流阶梯式脱氮装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本专利属于环境保护技术领域，具体涉及山地城市暴雨径流中氮素的去除，尤其适用于大坡度路面暴雨径流溶解性氮的去除。
【背景技术】
[0002]水体富营养化是我国目前面临的重大水环境问题之一，已成为制约我国国民经济发展的重要瓶颈。氮是植物、藻类和微生物生长的首要营养性限制因素，是引发水体富营养化的主要驱动元素之一，水体中氮的过量输入和富集往往导致水生生态环境的改变[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.0pportunities and challenges for managing nitrogenin urban stormwater: A review and synthesis[J].Ecological Engineering,2010, 36: 1507 - 1519] o近年来，城市化的快速推进使得大量的原生态地面迅速转变为不透水下垫面，大大降低了暴雨期间城市区域的氮滞留能力；与此同时，随着点源污染控制率的不断提高，城市暴雨径流对受纳水体氮素污染的贡献日益凸显[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 Pollut1n, 2010，210:3-13.]。据报道，很多国家和地区受纳水体氮素污染的50%以上来自城市暴雨径流，2/3的河口水环境由于暴雨径流氮素污染而功能退化[Pitt R, Maestre A, Morquecho R.The Nat1nal StormwaterQuality Database (NSQD, vers1n L I) [DB].Dept, of Civil and EnvironmentalEngineering, University of Alabama, Tuscaloosa, AL.2005.]。因此，关注城市暴雨径流氮素污染的高效控制意义重大。
[0003]山地城市地形复杂，暴雨径流峰短流急，对下垫面累积污染物的冲刷更为强烈，对受纳水体的水质安全威胁更为突出。课题组在对山城重庆不同下垫面暴雨径流氮素污染的长期研究中发现，溶解性氮是暴雨径流中氮素的主要赋存形态(占总氮的73-82%)，而溶解性氮中又以无机氮为主(占总氮的63-82%)[何强，彭述娟，王书敏，王振涛.不同下垫面暴雨径流氮赋存形态分布特性及控制技术[J].土木建筑与环境工程，2012, 34(5): 147-153]。溶解性氮包括铵态氮、硝态氮、溶解性有机氮等几种形式，不同形态氮素的生物有效性不同，一般说来溶解性氮较固态氮更容易被生物利用。截至目前，针对溶解性氮素的去除手段还比较有限，传统湿地技术对于溶解性氮的去除效率也比较低，溶解性氮的高效去除还主要依赖“硝化-反硝化”的生物过程进行[Wilcock R J,Milller K, van Assema G B, Bellingham M A, Ovenden R.Attenuat1n 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”过程的发生需要反应时间保障、碳源保障，以及“好氧-缺氧”交替的反应条件保障，这对于产流时间短、产流量大以及碳源相对不足的山地城市暴雨径流来说具有极大挑战。
[0004]已公开的中国专利展示了几种城市暴雨径流氮素污染调控的方法。专利文献CN101913709A “一种复合生态拦截填料及制备方法”提出一种城市暴雨径流氮磷截留的填料，但该技术主要针对湖泊等开放水体；专利文献CN1446759A “氮磷污染控制的复合湿地生态方法及其系统”提出了一种暴雨径流氮素污染的控制技术，但该技术复杂程度相对较高，水力停留时间较长，在用地紧张的山地城市并不适应。总体来水，针对山地城市暴雨径流氮素污染进行高效控制的技术还比较少，根据山地城市地理特点，针对性开发暴雨径流氮素污染的短时高效技术很有必要。
【发明内容】
[0005]山地城市暴雨径流氮素污染是城市受纳水体污染的主要来源之一，同时，传统的城市暴雨径流管理措施并不具备快速脱氮功能，因此，实现山地城市暴雨径流氮素污染的短时快速脱除具有极大技术挑战。鉴于此，本发明针对山地城市暴雨径流污染特性和山地城市地形特点，提出一种适合山地城市特色的山地城市道路径流阶梯式脱氮装置。该装置可以高效降低暴雨径流中的氮素浓度，管理简单，不需动力，可广泛用于西南片区广大山地城市。
[0006]本发明专利的技术方案如下:
[0007]—种山地城市道路径流阶梯式脱氮装置，其特征在于:所述装置由一级处理装置
(11)和二级处理装置(12 )串联构成，一级处理装置(11)和二级处理装置(12 )通过连通孔
(10)连接，连通孔(10)是高100mm，宽100mm的矩形结构，且连通孔(10)顶部位于植被生长介质层III (14)底部，连通孔(10)底部高于过滤层IIK16)底部600mm ；
[0008]所述一级处理装置(11)由旁通管道(1)、植被生长介质层I (2)、过滤层I (3)、排水层I (4)、过滤层II (5)、挡板(6)、种植植物(8)、进水区(9)、连通孔(10)、植被生长介质层II (13)组成；植被生长介质层1(2)和植被生长介质层II (13)厚度均为0.2米，宽度均为1.5米，长度均为1.5米，均由砂土和河沙混合而成，砂土与河沙的混合比例为:砂土体积:河沙体积=3:7 ;过滤层I (3)厚度0.7米，长度和宽度均为1.5米，由石英砂填充构成，且过滤层I (3)顶部高于过滤层II (5)顶部0.2米；排水层I (4)厚度0.3米，宽1.5米，长3.0米，由粒径10-20mm的石灰石构成；过滤层II (5)厚度0.5米，长度和宽度均为1.5米，由粒径2-3mm的火山岩构成；
[0009]所述二级处理装置(12)由植被生长介质层111(14)、过滤层111(16)、排水层II
(17)、过滤层IV (18)、挡板(6)、排水管(7)、种植植物(8)、连通孔(10)、植被生长介质层IV
(15)组成；植被生长介质层III(14)和植被生长介质层IV (15)厚度均为0.2米，宽度均为1.5米，长度均为1.5米，均由砂土和河沙混合而成，砂土与河沙的混合比例为:砂土体积:河沙体积=3:7 ;过滤层III(16)厚度0.7米，长度和宽度均为1.5米，由石英砂填充构成，且过滤层III(16)顶部高于过滤层IV (18)顶部0.2米；排水层II (17)厚度0.3米，宽1.5米，长3.0米，由粒径10-20mm的石灰石构成；过滤层IV (18)厚度0.5米，长度和宽度均为1.5米，由粒径2-3mm的火山岩构成。
[0010]根据权利要求1所述的一种山地城市道路径流阶梯式脱氮装置，其特征在于:排水层I (4)底部高于排水层II (17)底部400mm。
[0011]根据权利要求1所述的一种山地城市道路径流阶梯式脱氮装置，其特征在于:旁通管道(I)高于植被生长介质层I (2) 0.2米，由直径200mm的PVC管构成；过滤层I (3)位于植被生长介质层I (2)正下方，且与植被生长介质层I (2)底部相连；排水层I (4)位于一级处理装置(11)底部，且排水层I (4)上部与过滤层I (3)、过滤层II (5)相连。
[0012]根据权利要求1所述的一种山地城市道路径流阶梯式脱氮装置，其特征在于:过滤层I (3)和过滤层II (5)之间用挡板(6)隔开；挡板(6)竖直放置，高度为1.2米，宽度为1.5米，厚度为10mm，由PVC材质构成；挡板(6)底端与排水层I (4)顶部相连，且挡板(6)底端位于排水层I (4)顶部正中间；挡板(6)顶端高于植被生长介质层I (2) 0.3米。
[0013]根据权利要求1所述的一种山地城市道路径流阶梯式脱氮装置，其特征在于:过滤层III(16)和过滤层IV (18)之间用挡板(6)隔开；挡板(6)竖直放置，高度为1.2米，宽度为1.5米，厚度为10mm，由PVC材质构成；挡板(6)底端与排水层II (17)顶部相连，且挡板(6 )底端位于排水层II (17 )顶部正中间。
[0014]