本發(fā)明涉及橋面徑流污染處理一體化裝置及處理方法，屬于污水處理技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

橋梁跨域重要的水體流域，是道路交通的重要樞紐。作為交通運輸?shù)妮d體，橋面滯留大量交通工具產(chǎn)生的污染物質(zhì)。這些污染物質(zhì)會經(jīng)過雨雪徑流直接進入到橋梁所跨越的水體中，甚至在橋梁附近農(nóng)田得到累積。這些橋面累積污染物會對跨橋水體，尤其是飲用水源保護水體，構(gòu)成污染風險；還會污染附近農(nóng)田，導(dǎo)致污染物在食物鏈上的累積，對人類安全產(chǎn)生風險。橋面徑流污染在生態(tài)敏感區(qū)顯得更加嚴重，近年來逐漸受到人們重視。經(jīng)過研究橋面徑流中的污染物組成發(fā)現(xiàn)橋面徑流初期的雨水中含有較多固體懸浮物、cod、氨氮，甚至重金屬等污染物。這種污染物經(jīng)過降水徑流沖刷直接排放至受納水體中。根據(jù)國家標準的規(guī)定，跨三級以上水體的橋梁必須建有應(yīng)急安全處置池。其功能是對運輸危險品的車輛發(fā)生事故后的危險化學(xué)品進行收集儲存，防止給敏感水體帶來了環(huán)境污染風險。但是，由于應(yīng)急處置池只是應(yīng)急收集路面事故危險品，其對雨水徑流沒有凈化功能是。根據(jù)危險品事故統(tǒng)計，應(yīng)急處置池使用頻率低，導(dǎo)致資源的浪費和閑置。因此，在跨越生態(tài)敏感區(qū)的橋段基于應(yīng)急安全池建立有效的處理雨水徑流水處理裝置，增加安全池在雨水徑流的處理功能是非常有必要的。

前期研究表明，橋面徑流是一種間歇性排放的污染源，其受地區(qū)和氣候的影響顯著。徑流雨水排放具有間歇性，徑流水量受到降雨強度和降雨歷時的影響。每次形成的徑流流量也不恒定。夏季大暴雨在短時間內(nèi)形成大量徑流水量，而春秋季的小雨產(chǎn)生的徑流很小，甚至可能形不成徑流。根據(jù)研究，橋面徑流污染物的濃度具有明顯的變化規(guī)律。降雨30分鐘排放的徑流污染物濃度較高。30分鐘后污染物濃度基本已經(jīng)低于地表水環(huán)境質(zhì)量標準(gb3838-2002)中規(guī)定的二級水體標準。且初期徑流對污染物的貢獻率很高，因此前30分鐘的初期徑流成為處理的重點。經(jīng)過水質(zhì)檢測，橋面徑流中主要含有cod、ss、氨氮、pb等污染物。這些水質(zhì)和產(chǎn)水特征完全不同于市政廢水和工業(yè)廢水，具有鮮明的特征性。目前，尚未有橋面雨水徑流處理的技術(shù)與方法。

橋面雨水徑流的特點為橋面徑流處理提出了更嚴格的要求。首先，生態(tài)敏感區(qū)一般都位于遠離城市的野外，人工維護十分不方便。因此，處理技術(shù)和設(shè)施的自動化以及遠程監(jiān)控的能力是解決這一問題的關(guān)鍵。其次，生態(tài)敏感區(qū)的大橋一般沒有可以利用的電源。因此，對設(shè)備的能耗要求和設(shè)備的供電也是一個突出要求。此外，橋下有大面積的河流和河灘，一般沒有太大的空地用于裝置的搭建。因此，利用事故安全池建設(shè)的處理設(shè)備要求設(shè)計緊湊，易于安裝和調(diào)試。

綜上，現(xiàn)有的水處理技術(shù)方案都不能直接用于橋面徑流的處理?；诟咚俾房缑舾兴w研發(fā)整體解決徑流污染的技術(shù)和一體化設(shè)備成為目前的公路環(huán)境保護的迫切要求。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對橋面徑流水質(zhì)污染物特征和初期排放規(guī)律，并且考慮到橋區(qū)的特點，發(fā)明了一套一體化的橋面徑流處理技術(shù)和裝置。處理技術(shù)采用沉淀、混凝、沉淀和離子交換工藝，能夠?qū)崿F(xiàn)橋面雨水的徑流的處理要求鏡凈化。基于該技術(shù)，利用橋面設(shè)置的事故安全池，發(fā)明了一套利用安全池收集處理橋面徑流一體化設(shè)備。該技術(shù)與一體化設(shè)備裝置結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小。且采用智能控制與監(jiān)控體系，使用太陽能電池供電，實現(xiàn)了橋區(qū)徑流雨水的收集和處理。

該發(fā)明的橋面徑流污染處理一體化裝置，包括污染處理一體化裝置如圖1，該污染處理一體化裝置主要包括布水器(1)、初沉池(2)、絮凝池(4)、二沉池(8)、過濾裝置(9)和太陽能裝置(15)；

污染處理一體化裝置整體外層為外圓筒(42)，在外圓筒(42)內(nèi)部上部分的貼近內(nèi)側(cè)面部分為初沉池(2)，初沉池(2)為桶裝結(jié)構(gòu)，初沉池(2)包括中心桶(18)和中心桶(18)外側(cè)面的螺旋形斜板(17)，中心桶(18)與外圓筒(42)同軸，中心桶(18)與外圓筒(42)之間具有空隙，多個螺旋形斜板(17)分層固定在中心桶(18)與外圓筒(42)的空隙間；螺旋形斜板(17)之間有空隙；在外圓筒(42)內(nèi)部中心桶(18)的下面設(shè)有初沉池污泥斗(11)，初沉池污泥斗(11)的大口外側(cè)面與外圓筒(42)內(nèi)表面密封固定；中心桶(18)的底端為二沉池污泥漏斗(11’)，二沉池污泥漏斗(11’)的大口外側(cè)面與中心桶(18)內(nèi)表面密封固定；二沉池污泥漏斗(11’)在初沉池污泥斗(11)的上面；二沉池污泥漏斗(11’)和初沉池污泥斗(11)之間軸向具有空隙，在二沉池污泥漏斗(11’)和初沉池污泥斗(11)空隙之間設(shè)有環(huán)狀的布水器(1)；二沉池污泥漏斗(11’)和初沉池污泥斗(11)的中心均設(shè)有排污口分別通過排泥管(12)與污泥暫存區(qū)(14)連接；中心桶(18)的上端口桶壁設(shè)有v字形溢流槽(3)；中心桶(18)的內(nèi)部上部為絮凝池(4)；絮凝池(4)包括圓桶隔板(44)，圓桶隔板(44)與中心桶(18)同軸，圓桶隔板(44)與中心桶(18)之間具有空隙，圓桶隔板(44)的下端為圓錐形池底(40)，池底(40)與中心桶(18)的內(nèi)表面密封固定，圓桶隔板(44)下端面與池底(40)密封固定，圓桶隔板(44)下端設(shè)有進水口(25)，優(yōu)選進水口(25)為拱形的，有多個進水口(25)，如4個；

外圓筒(42)上端設(shè)有支架(43)，支架(43)上安裝有電動機以及減速器(24)，電動機以及減速器(24)與攪拌軸(19)連接，攪拌軸(19)向下伸入到圓桶隔板(44)中，攪拌軸(19)的上部安裝固定有框式攪拌槳(21)，框式攪拌槳(21)伸入到圓桶隔板(44)與中心桶(18)的空隙間；攪拌軸(19)的中、下部安裝固定有intermic式攪拌槳(20)，intermic式攪拌槳(20)在圓桶隔板(44)內(nèi)，攪拌軸(19)的最下端通過三腳軸承座(23)固定到池底(40)上；池底(40)的中心設(shè)有出水口(26)；池底(40)下面池底(40)內(nèi)部為二沉池(8)；二沉池(8)包括螺旋形斜板、中央水管和布水器(7)，中央水管的下端為布水器，中央水管與出水口(26)連接，多個螺旋形斜板螺旋層疊分布固定在中央水管的四周，螺旋形斜板之間具有空隙；布水器在二沉池污泥漏斗(11’)的上面；初沉池污泥斗(11)的下面設(shè)有過濾裝置(9)；二沉池(8)的上部中心桶(18)的桶壁上設(shè)有孔通過管路(41)與過濾裝置(9)連接；過濾裝置(9)設(shè)有排水管(10)進行排水；外圓筒(42)的頂端安裝有太陽能裝置(15)，太陽能裝置(15)用于提供運轉(zhuǎn)所需電驅(qū)動力；在支架上還固定有加藥裝置(6)用于絮凝池加藥。

在過濾裝置(9)的下面設(shè)有廢液缸(13)，用于盛放過濾裝置(9)反沖洗的廢液；污泥暫存區(qū)(14)也位于過濾裝置(9)的下面。

橋面徑流污染處理一體化裝置還包括集雨口(28)、橫向水管(29)、總水管(30)、收集處理系統(tǒng)；橋面上每隔一段距離設(shè)置一個集雨口(28)，每個集雨口與一個橫向水管(29)連接，每個橫向水管(29)與總水管(30)連接，總水管(30)與收集處理系統(tǒng)，該收集處理系統(tǒng)包括安全池，安全池包括小池(32)、大池(34)，小池(32)、大池(34)之間采用隔板隔開，總水管(30)和三通閥(31)連接，三通閥(31)的另外兩個口分別與小池(32)、大池(34)連接，小池(32)與污染處理一體化裝置(36)連接，處理后的水通過出水管(10)就近排入河流。污染處理一體化裝置上還設(shè)有自動控裝置(16)，自動控裝置(16)用于控制閥門、加藥裝置(6)、電動機以及減速器(24)的運轉(zhuǎn)。

由于前30min的徑流污染物濃度較高，30min后濃度基本低于國家二級水體標準，因此收集處理系統(tǒng)只收集和處理前30min的初期徑流，30min后的徑流可不經(jīng)處理直接排出。收集處理系統(tǒng)依靠控制三通閥(31)來截取前30min的橋面徑流。

小池(32)、大池(34)之間的隔板上部設(shè)置溢流槽(33)，大池池壁上部設(shè)置溢流孔(38)；污染處理一體化裝置(36)的安裝平面比小池(32)池低1～2m，用來產(chǎn)生一定的水頭，驅(qū)動污染處理一體化裝置(36)中的水流。

小池閥門(35)連接小池32和污染處理一體化裝置(36)，大池閥門(37)用于排空大池(34)中的水。

該徑流處理裝置將初沉池、絮凝池和二沉池整合在一起，其中初沉池位于裝置最外側(cè)，初沉池中央的圓筒形空間為絮凝池和二沉池，絮凝池位于二沉池上方；初沉池和二沉池之間設(shè)有溢流槽，絮凝池底部設(shè)有連通絮凝池和二沉池的出水口。過濾器位于裝置底部。裝置最底部是廢液缸和污泥暫存區(qū)。將應(yīng)急安全處置池進行改造后，該裝置可與其對接，改造方式即用一隔板將應(yīng)急安全處置池分成大小兩個池子，小池用于收集橋面前30min的初期徑流，收集后由徑流處理裝置進行處理。大池只有收集危化品泄露的應(yīng)急儲存功能。隔板頂部設(shè)有溢流槽，小池集滿后，繼續(xù)流入的徑流溢流入大池中并排放。

附圖說明

圖1污染處理一體化裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2初沉池內(nèi)部結(jié)構(gòu)；

圖3絮凝池；

圖4絮凝池池體剖視圖；

圖5徑流處理裝置水流過程；

圖6裝置安裝圖；

1布水器、2初沉池、3v字形溢流槽、4絮凝池、5攪拌裝置、6加藥裝置、7中央水管和布水器、8二沉池、9過濾裝置、10排水管、11初沉池污泥斗、11’二沉池污泥漏斗、12排泥管、13廢液缸、14污泥暫存區(qū)、15太陽能裝置、16自動控裝置、17螺旋形斜板、18中心桶、19攪拌軸、20intermic式攪拌槳、21框式攪拌槳、22聯(lián)軸器、23三腳軸承座、24電動機以及減速器、25進水口、26出水口、27橋體、28集雨口、29橫向水管、30總水管、31三通閥、32小池、33溢流槽、34大池、35小池閥門、36污染處理一體化裝置、37大池閥門、38溢流孔、39排泥閥、40池底、41管路、42外圓筒、43支架、44圓桶隔板。

具體實施方式

下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步說明，但本發(fā)明并不限于以下實施例。

實施例1

該裝置需要與安全池進行對接，且需要對安全池進行改造，該裝置與安全池組成一整個收集處理系統(tǒng)。

如圖1，水由進水管和布水器1進入初沉池2中進行初步沉淀，沉淀下來的顆粒物落入落入污泥斗。其中，初沉池2為圓筒形，位于整個裝置的外側(cè)，初沉池2中央留出一個圓柱形的空間給絮凝池4和二沉池8；初沉池2的結(jié)構(gòu)如圖2所示，螺旋形斜板17安裝在中心桶18上，螺旋形斜板17增大了沉淀池的面積，水流可沿螺旋形斜板17緩慢上升，顆粒物在螺旋形斜板17上逐漸沉淀，螺旋下滑，這樣設(shè)計的沉淀池空間利用率可達100％，且運行穩(wěn)定，很少產(chǎn)生湍流，無水流死角；

如圖1，初沉池2頂部有v字形溢流槽3，水到達初沉池2頂部時通過v字形溢流槽3溢流至絮凝池4中。裝置的最頂端的攪拌裝置5和加藥泵6會持續(xù)工作，將絮凝劑加至絮凝池4外層的水中，實現(xiàn)絮凝攪拌。其中，絮凝池4的結(jié)構(gòu)如圖3所示，由圓筒形隔板分成內(nèi)層和外層，內(nèi)外層容積比應(yīng)為2:1，隔板底部有4個拱形進水口25，外層的水和絮凝體由這4個進水口25進入內(nèi)層；絮凝池的攪拌裝置包括攪拌軸19、兩個intermic式攪拌槳20、一個框式攪拌槳21、聯(lián)軸器22、三腳軸承座23、電動機以及減速器24組成，框式攪拌槳21用來攪拌絮凝池外層的水，兩個intermic式攪拌槳20用來攪拌絮凝池內(nèi)層的水，并且由于intermic式攪拌槳20能夠使水流形成軸向循環(huán)，絮凝體之間可以充分接觸，促進絮凝體的長大；內(nèi)外攪拌槳共軸，形成線速度差，達到外層攪拌強度高，內(nèi)層攪拌強度低的效果，絮凝效果好；攪拌裝置只使用一個電動機驅(qū)動，并且不需要齒輪系，方便控制和維護；絮凝池池體的剖面圖如圖5所示，池底為圓錐形，剖面與水平面成10°～15°的坡度，便于外層的水和絮凝體流入內(nèi)層，錐頂開有出水口26，經(jīng)絮凝處理后的水和絮凝體從出水口26流出。

如圖1，絮凝后，水和絮凝體一起由絮凝池底部的出水口流出，經(jīng)過中央水管和布水器7進入二沉池8底部，水在二沉池8中沿斜板緩慢上升，大顆粒的絮凝體逐漸沉淀在斜板上，最終滑入污泥斗；其中，中央水管上端與絮凝池的出水口相接，下端安裝一布水器；二沉池8的上端有一出水口，與外部水管相連。

二沉池8沉淀后的水經(jīng)過外部水管進入過濾裝置9，過濾裝置9設(shè)有兩根過濾柱，內(nèi)裝石英砂濾料，兩根過濾柱一個常用一個備用，保證過濾裝置9不會因濾料堵塞而中斷工作，經(jīng)過過濾裝置9處理后，水由排水管10排出；過濾裝置9配有配套的反沖洗設(shè)備，當其中一根過濾柱滿載以后需要進行反沖洗，開啟反沖洗泵，用清水進行反沖洗，反沖洗產(chǎn)的廢水排至廢液缸13，完成反沖洗后過濾柱就可以繼續(xù)使用。

初沉池和二沉池的底部設(shè)有污泥斗，兩個圓錐形污泥斗同心放置，但上下有足夠的間隔，上部小的污泥斗用來收集二沉池8沉下來的絮凝體，下部大的污泥斗用來收集初沉池2的可自行沉降的大顆粒污泥，排泥管12有兩根，分別排出兩個污泥斗的污泥，通過排泥閥定期排泥，排出的污泥出存在裝置底部的污泥暫存區(qū)14。

裝置的能源由架在裝置頂部的太陽能電池15提供，裝置的控制由自控裝置16完成。

經(jīng)過整個處理流程后，裝置出水水質(zhì)可以達到國家二級水體標準。

裝置的水流過程如圖5中的箭頭所示。

如圖1，裝置頂部安裝有一環(huán)形支架，支架上安裝有加藥裝置6，包括藥液罐和加藥泵；加藥裝置6位于絮凝池4上方，初沉池2頂端的水平面上安裝一濁度計，測量初沉后水的濁度，即絮凝池進水濁度,并且在進水管1處安裝一流量計，監(jiān)測裝置進水流量。加藥方式采用濕投法，預(yù)先配置15％的pac溶液和2％的pam溶液放在儲藥罐中。加藥裝置的控制也由自控裝置完成，加藥泵的流量與濁度相關(guān)，經(jīng)實驗優(yōu)化后，絮凝池進水濁度與絮凝劑投加量的關(guān)系，經(jīng)擬合和計算后得加藥泵流量與濁度和進水流量的關(guān)系為

qpac＝q·(273.89t+3.23)×10^-4[ml/min]

qpam＝q·(2.42t+192.08)×10^-6[ml/min]

其中，qpac為pac溶液的流量，qpam為pam溶液的流量，單位ml/min；q為裝置進水流量，單位l/h；t為絮凝池進水濁度，單位ntu。

裝置的安裝圖如圖6所示，27為橋體，橋面上每隔一段距離設(shè)置一個集雨口28，流入集雨口的水進入橫向水管29，再經(jīng)總水管30進入收集處理系統(tǒng)，該收集處理系統(tǒng)主要由小池32、大池34和橋面徑流處理裝置36組成，處理后的水通過出水管10就近排入河流；

由于前30min的徑流污染物濃度較高，30min后濃度基本低于國家二級水體標準，因此收集處理系統(tǒng)只收集和處理前30min的初期徑流，30min后的徑流可不經(jīng)處理直接排出。收集處理系統(tǒng)依靠控制三通閥31來截取前30min的橋面徑流，由安全池和徑流處理裝置36組成，安全池中有一隔板，將安全池分為小池32和大池34，小池32用來收集橋面前30min的初期徑流，大池34是安全池被小池32劃走一部分空間后剩下的部分，平時不具有收集徑流的作用，只在發(fā)生?；愤\輸車事故的時候充當應(yīng)急安全處置池。

隔板上部設(shè)置溢流槽33，大池池壁上部設(shè)置溢流孔38；污染處理一體化裝置36的安裝平面比安全小池32池底1～2m，用來產(chǎn)生一定的水頭，驅(qū)動污染處理一體化裝置36中的水流；

該系統(tǒng)的工作過程為：發(fā)生降雨時，徑流流入集雨口28，再經(jīng)橫向水管29和總水管30進入收集處理系統(tǒng)；前30min，三通閥31將總水管30的水全部接入小池中32；30min后，三通閥31將總水管30的水全部接入大池34中，再從大池閥門37排出，就近排入河流；如果水量過大來不及排出，則多余的水從溢流孔38流出，防止水位過高。降雨結(jié)束后，小池閥門35打開，小池32中等待處理的水進入污染處理一體化裝置36，經(jīng)過處理后的水從污染處理一體化裝置36的出水管10排出，就近排入河流。小池32和大池34的池底可能有污泥，因此需要設(shè)置一個污泥池，并且定期排泥，排泥時打開排泥閥39，將污泥排入污泥池中。

該系統(tǒng)是基于安全池設(shè)計的，仍然保留有安全池的功能。該系統(tǒng)需要設(shè)計遠程報警系統(tǒng)，一旦發(fā)生交通事故導(dǎo)致的危險化學(xué)品泄漏，則觸發(fā)報警，自動關(guān)閉所有閥門，包括小池閥門35、大池閥門37和排泥閥39，直到危險排除后閥門才能繼續(xù)打開。

取某大橋的橋面沉積物進行配水，并且搭建一套小試裝置來模擬實際徑流處理裝置的工藝流程；實驗發(fā)現(xiàn)，初沉可以去除66％的cod，但是仍然有一部分cod附著在膠體上不能用初沉去除；初沉后再經(jīng)過絮凝，對cod的去除率達到89％；最后經(jīng)過過濾，出水的cod濃度已低于污水綜合排放標準(gb8978-1996)中規(guī)定的城鎮(zhèn)二級污水處理廠的一級排放標準，對cod的去除率達92％。